Environmental biosensors and related techniques for monitoring organochlorines, endocrine disrupting chemicals and cyanobacterial toxins are described. The practical requirements for an ideal environmental biosensor are analyzed. Specific case studies for environmental applications are reported for triazines, chlorinated phenols, PCBs, microcystins, and endocrine disrupting chemicals. A new promising approach is reported for microcystins and alkylphenols that utilize electrooptical detection.
This study was performed to measure the elimination effects of chlorine dioxide on phenol compounds, trihalomethanes (THMs) and algae in drinking water supply. The raw and chlorinated water were treated with 0.5ppm of chlorine dioxide. The phenols contained 0.052mg/1, 0.019mg/1 of raw and treatedwater was absolutely destroyed. The THMs was reduced to 50-60% of the concentration and the algae was inhibited to about 50% of the growth.
본 연구에서는 peroxidase 활성의 신속한 스크리닝을 위해 peroxidase의 활성을 정량적으로 평가할 수 있는 분석으로 agar plate와 96-well plate에서 peroxdase의 활성에 비례하여 색상감도를 측정할 수 있는 colorimetric 분석법을 개발하였다. 이 방법은 RP-HPLC 결과와 매우 비례적으로 상관적인 결과를 보였다. 이 colorimetric 분석법을 사용하여, 폐수에서 한천 고체배지에서 7회에 걸친 스크리닝으로 높은 농도의 2,4-DCP(1000 ppm)에서 생존하는 균주를 스크리닝하였고 선별된 이들 균주들은 탄소원으로 2,4-DCP 만을 대사할 수 있으며 높은 peroxidase 생산량을 보였다. 분리된 균주들 중 높은 peroxidase 활성을 가지는 2,4-DCP 분해 균주를 분리하였고 최종 분리된 균주는 염색폐수의 COD를 4시간 동안 44%에서 61%까지 제거하였다. 상기의 결과에 의해 본 연구에서 개발된 발색법이 페놀화합물 분해 균주 스크리닝법이 빠르고 쉬운 난분해성 물질인 페놀 혼합물의 분해 균주 탐색에 대하여 성공적으로 적용될 수 있기를 기대한다.
Polychlorinated naphthalenes (PCNs) formed along with dibenzo-p-dioxin and dibenzofuran products in the slow combustion of dichlorophenols (DCPs) at $600^{\circ}C$ were identified. Each DCP reactant produced a unique set of PCN products. Major PCN congeners observed in the experiments were consistent with products predicted from a mechanism involving an intermediate formed by ortho-ortho carbon coupling of phenoxy radicals; polychlorinated dibenzofurans (PCDFs) are formed from the same interemediate. Tautomerization of the intermediate and $H_2O$ elimination produces PCDFs; alternatively, CO elimination to form dihydrofulvalene and fusion produces naphthalenes. Only trace amounts of tetrachloronaphthalene congeners were formed, suggesting that the preferred PCN formation pathways from chlorinated phenols involve loss of chlorine. 3,4-DCP produced the largest yields of PCDF and PCN products with two or more chlorine substituents. 2,6-DCP did not produce tri- or tetra-chlorinated PCDF or PCN congeners. It did produce 1,8-DCN, however, which could not be explained.
페놀류 전구물질로부터 형성된 polychlorinated dibenzo-p-dioxins(PCDDs)와 dibenzofurans(PCDFs)의 모든 동족체와 이성질체의 경향을 페놀과 19개의 염화페놀류의 분포를 이용하여 연구하였다. 실험은 $400^{\circ}C$(particle-mediated formation)와 $600{\sim}700^{\circ}C$(gas-phase formation)에서 각각 행하여 졌으며, 운반가스로 사용된 가스의 조성은 92%의 질소와 8%의 산소를 사용하였다. 염소기가 없는 dibenzo-p-dioxin(DD)와 dibenzofuran(DF)를 포함한 모든 종류의 PCDDs와 PCDFs의 동족체와 이성질체들이 20개의 페놀류를 혼합하여 사용한 본 실험으로부터 얻어졌다. 가스상 실험은 PCDFs가 많이 생성하였고, 입자상 실험에서는 PCDDs를 많이 생성 하였다. 가장 많이 생성된 동족체는 각각 DD와 DF였으며, 염소기의 숫자가 증가할수록, 동족체의 생성량은 감소하였다. 하지만 가스상과 입자상 실험에서 얻어진 PCDDs와 PCDFs의 동족체와 이성질체의 분포는 거의 항상 일정하였다. 고농도로 존재하는 페놀과 적은수의 염소기를 가지고 있는 염화 페놀류의 농도가 가스상과 입자상에서 발생하는 PCDDs와 PCDFs의 분포에 아주 중요한 역활을 하였다.
The gas-phase formation of polychlorinated naphthalenes (PCNs) and dibenzofurans (PCDFs) was experimentally investigated by slow combustion of the three chlorophenols (CPs): 2-chlorophenol (2-CP), 3-chlorophenol (3-CP) and 4-chlorophenol (4-CP), in a laminar flow reactor over the range of 550 to $750^{\circ}C$ under oxidative condition. Contrary to the a priori hypothesis, different distributions of PCN isomers were produced from each CP. To explain the distributions of polychlorinated dibenzofuran (PCDF) and PCN congeners, a pathway is proposed that builds on published mechanisms of PCDF formation from chlorinated phenols and naphthalene formation from dihydrofulvalene. This pathway involves phenoxy radical coupling at unsubstituted ortho-carbon sites followed by CO elimination to produce dichloro-9, 10-dihydrofulvalene intermediates. Naphthalene products are formed by loss of H and/or Cl atoms and rearrangement. The degree of chlorination of naphthalene and dibenzofuran products decreased as temperature increased, and, on average, the naphthalene congeners were less chlorinated than the dibenzofuran congeners. PCDF isomers were found to be weakly dependent to temperature, suggesting that phenoxy radical coupling is a low activation energy process. Different PCN isomers, on the other hand, are formed by alternative fusion routes from the same phenoxy radical coupling intermediate. PCN isomer distributions were found to be more temperature sensitive, with selectivity to particular isomers decreasing with increasing temperature.
Bacterial bioluminescence has been known to be a highly valuable reporter system for its potential application as an effective and simple environmental monitoring method for toxic compounds. In this short report, we constructed a streptomycetes-Escherichia coli shuttle vector-containing bioluminescence system and evaluated its potential application for toxic compounds monitoring. The luxAB biolurninescence genes from Vibrio harveyi were cloned into a streptornycetes-E. coli shuttle vector (named pESK004) and functionally expressed in Streptomyces lividans. The recombinant S. lividans containing pESK004 exhibited an optimal biolurninescence at the optical density ($OD_{600\;nm}$) of 0.4-0.5 and aldehyde concentration of 0.005%. When the recombinant bioluminescence streptomycetes was exposed to a toxic compound such as heavy metals, chlorinated phenols, or pesticides, the bioluminescence was decreased proportionally to the concentration of toxic compound in the assay mixture. The $EC_{50}$ (effective concentration to decrease 50% of the bioluminescence prior to exposure) values in the recombinant biolurninescence streptomycetes for mercury, 2,4-dichlorophenol, and malathion were measured at 2.2 ppm, 144.0 ppm, and 82.4 ppm, respectively. The degree of sensitivity and specificity pattern toward these toxic compounds characterized in this recombinant bioluminescence streptomycetes were unique when compared with previously reported bacterial bioluminescence systems, and this revealed that a recombinant bioluminescence streptomycetes might provide an alternative or complementary system for potential environmental monitoring.
To obtain design and operating parameters for advanced water facilities, pilot test consisted of ozonation and GAC filtration was conducted at midstream of Nakdong River. Even though the concentrations were very low, 62 chemicals were detected above $0.005{\mu}g/L$ in raw water. In the preozonation, natural organic matters which could produce THMs and organics such as phenols and amines were effectively removed. The performance of TOC removal of GAC filtration with ozonation was better than GAC filtration alone and adsorption capacity of GAC adsorbers were ranged 3~6mg-TOC/g-carbon. And also the life of GAC adsorber for removing TOC was predicted more than 1 years if ozonation is introduced. This indicates that biological degradation of organics happened in GAC filters. Most organics detected at ppt level were removed below detection limit by GAC filtration with ozonation. These results show that ozonation and GAC filtration are the reliable and safe process for organic contaminants and chlorinated byproducts control at Nakdong River.
본 연구에서는 초임계수 중에서 o-chlorophenol(o-CP)의 분해 및 중간 생성물 형성에 미치는 NaOH의 효과를 검토하였다. NaOH를 첨가하지 않은 경우 o-CP의 분해율은 20% 이하로 낮았으나 NaOH를 o-CP의 몰 농도에 대하여 200% 이상 첨가한 경우 체류 시간 1초 이내에 100% 가까운 분해율을 얻을 수 있었다. 분해 과정에서 생성되는 PAHs 및 페놀 화합물의 양도 크게 감소하는 경향을 나타내어 NaOH 첨가가 부산물 생성 억제에도 효과가 있는 것으로 나타났다. NaOH를 첨가하지 않은 경우와 첨가한 경우 공통적으로 페놀, 크레졸, 염화 페놀류, PAHs 및 1-indanone, dibenzofuran, dibenzo-dioxin, p,p'-dihydroxybiphenyl 등과 같이 2개 이상의 벤젠 고리가 산소로 연결된 화합물이 검출되었다. 반면에 NaOH를 첨가한 경우에는 2-ethylphenol, o-hydroxyacetophenone, hydroquinone, 4-allylphenol, 3-phenoxyphenol 및 4,4'-oxybisphenol이 생성되어 NaOH 첨가로 인한 o-CP의 분해는 훨씬 더 복잡한 과정을 통해서 이루어지는 것으로 판단되었다. 또한 페놀의 소각 과정에서 생성되는 것으로 보고된 화합물인 dibenzofuran, dibenzo-p-dioxin 등도 본 연구에서도 생성된 것으로부터 소각과 초임계수에 의한 열분해 사이에는 상관성이 있는 것으로 판단되었다.
2, 4, 5-T 분해균주인 Pseudomonas sp. EL-071P 는 rifampicin, ampicilin, kanamycin 등의 중금속에 대하여 내성을 가지고 있었다. 이 균주로부터 2, 4, 5-T 분해능과 rifampicin 의 내성에 관련된 하나의 plasmid 를 분리, 정제하였으며 그 크기는 약 40 kb 이었다. E. coli 에 2, 4, 5-T 분해능에 관ㅎ련된 plasmid 를 transformation 한 결과 2, 4, 5-T 분해에는 plasmid 가 관여함을 확인할 수 있었다. 이 균주는 다양한 염소계방향족 동족체화합물을 유일한 탄소원으로 하여 생육할 수 있었으며, chlorophenol compound 의 경우 CI$^{-}$ 의 치환위치가 ortho, para-, meta- 위치순으로 분해가 잘 되었다. 2, 4, 5, -T 의 기질 유사체인 4-chlorophenol 에 의해 2, 4, 5-T 대사가 저해되었다. 비염소계 방향족화합물중 benzoate, salicylate, toluene 은 Pseudomonas sp. EL-071P 와 Pseudomonas putida KCTC 1643 에 의해 탄소원으로 이용되었으나 naphtalene 의 경우 Pseudomonas sp. EL-071 에 의해서만 탄소원으로 이용되어 표준균주인 Pseudomonas putida KCTC 1643 과 상이한 결과를 나타내었다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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