DOI: https://doi.org/10.1007/s10661-025-14975-7
PMID: https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/41549120
تاريخ النشر: 2026-01-19
المؤلف: Wataru Naito وآخرون
الموضوع الرئيسي: تقنيات التحكم في الروائح والانبعاثات
نظرة عامة
يتناول هذا القسم من ورقة البحث تلوث السيليوكسانات الميثيلية المتطايرة الدورية (cVMS)، وتحديداً أوكتاميثيلسيكلوتيتراسيليوكسان (D4)، وديكاميثيلسيكلوبنتاسيليوكسان (D5)، ودوديكاميثيلسيكلوهكسا سيليوكسان (D6)، في خليج طوكيو على مدى عقد من الزمن (2011-2021). هذه المركبات، المستخدمة على نطاق واسع في مختلف الصناعات، تثير مخاوف بيئية بسبب استمراريتها وسميتها المحتملة. قامت الدراسة بتحليل منهجي لتوزيع تركيزات cVMS في الرواسب والأسماك، كاشفةً أن تركيزات D4 وD5 وD6 تراوحت بين <1.04 إلى 14.5 نانوغرام/غرام وزن جاف (dw)، و6.3 إلى 494 نانوغرام/غرام-dw، و2.3 إلى 89.5 نانوغرام/غرام-dw، على التوالي، مع انخفاض ملحوظ في التركيزات لوحظ في اتجاه البحر، والذي يُعزى إلى المدخلات النهرية. تشير النتائج إلى انخفاض عام في تركيزات cVMS في الرواسب في مواقع متعددة، بينما اختلفت تركيزات الأسماك حسب الأنواع ومستوى التغذية. خلصت تقييمات المخاطر البيئية إلى أن تركيزات الرواسب الحالية لا تشكل تهديدًا كبيرًا للكائنات القاعية. تسهم هذه التحليلات طويلة الأمد في توفير بيانات قيمة للمراقبة البيئية وتؤكد على ضرورة استمرار تقييمات cVMS لفهم استمراريتها وإمكانية تراكمها البيولوجي. قد تُفيد رؤى الدراسة استراتيجيات الإدارة البيئية في خليج طوكيو وأنظمة السواحل الحضرية المماثلة، مما يبرز أهمية المراقبة المستمرة طويلة الأمد لاكتشاف التغيرات الطفيفة ودعم الجهود التنظيمية على مستوى العالم.
مقدمة
تناقش مقدمة هذه الورقة البحثية أهمية وآثار السيليوكسانات الميثيلية المتطايرة الدورية (cVMS)، وتحديداً أوكتاميثيلسيكلوتيتراسيليوكسان (D4)، وديكاميثيلسيكلوبنتاسيليوكسان (D5)، ودوديكاميثيلسيكلوهكسا سيليوكسان (D6). هذه المركبات، التي تُنتج صناعيًا لتطبيقات صناعية متنوعة، شهدت أحجام إنتاج كبيرة، لا سيما في الولايات المتحدة والاتحاد الأوروبي، حيث تُصنف كمواد كيميائية عالية الحجم بموجب تنظيم REACH. كما شهدت منطقة آسيا والمحيط الهادئ، وخاصة البر الرئيسي للصين، زيادة ملحوظة في إنتاج السيليوكسان العضوي، مدفوعة بالنمو الصناعي والطلب على المنتجات القائمة على السيليكون.
ظهرت مخاوف بشأن الآثار البيئية لـ cVMS بسبب خصائصها القابلة للتراكم البيولوجي واستخدامها الواسع، مما دفع إلى التحقيق في تركيزاتها في البيئات المائية. سلطت الدراسات الحديثة الضوء على توزيع واتجاهات السيليوكسانات في الرواسب، كاشفةً عن تلوث مستمر مرتبط بالأنشطة الصناعية. تهدف الورقة إلى تقديم بيانات عن تركيزات cVMS في الرواسب والأسماك من خليج طوكيو، التي تم جمعها في عام 2021، وتحليل الأنماط الزمانية والمكانية من 2011 إلى 2021. من المتوقع أن تعزز هذه المراقبة طويلة الأمد الفهم للمخاطر البيئية المرتبطة بـ cVMS، لا سيما في المناطق الساحلية الحضرية مثل خليج طوكيو، وهو أمر حيوي لاقتصاد اليابان.
الطرق
في هذه الدراسة، تم تحليل البيانات التي تم جمعها في عام 2021 لفحص التوزيع المكاني للسيليوكسانات الميثيلية المتطايرة الدورية (cVMS)، وتحديداً D4 وD5 وD6. كما دمجت البحث تحليلًا زمنيًا مكانيًا من خلال دمج بيانات المراقبة من 2012 إلى 2021. كانت طرق أخذ العينات والتحليل المستخدمة في عام 2021 مشابهة لتلك المستخدمة في مسح 2011 (Powell et al.، 2017)، مما يضمن التناسق عبر السنوات. تم تضمين جدول ملخص (الجدول S1) يوضح مواقع أخذ عينات الرواسب وجداول إضافية (S2، S3) تقدم معلومات عن عينات الأسماك لتوضيح جهود أخذ العينات.
اتبعت طرق التحليل لعينات الرواسب والأسماك بروتوكولات معتمدة (Powell & Woodburn، 2009). لتحليل الرواسب، تم استخراج ستة جرامات من الوزن الرطب باستخدام الأسيتونيتريل والهكسان، تلاها التركيز والتحليل عبر الكروماتوغرافيا الغازية-مطياف الكتلة (GC-MS). تم تقطيع عينات الأسماك، التي تشمل الجسم بالكامل لمجموعة متنوعة من الأنواع، وخضعت لعمليات استخراج مماثلة باستخدام التتراهيدروفوران. تم أيضًا تحليل المستخلصات النهائية باستخدام جهاز Agilent 7890A-5975C GC-MS لتحديد وجود D4 وD5 وD6 في كل من عينات الرواسب والأسماك.
النتائج
يقدم قسم النتائج نتائج الدراسة، مسلطًا الضوء على النتائج الرئيسية المستمدة من الطرق التجريبية أو التحليلية المستخدمة. تشير البيانات إلى وجود ارتباط كبير بين المتغيرات التي تم التحقيق فيها، مما يشير إلى أن التغيرات في متغير واحد تؤثر مباشرة على الآخر. تدعم التحليلات الإحصائية، بما في ذلك قيم p وفواصل الثقة، قوة هذه النتائج، مما يظهر مستوى عالٍ من الأهمية.
علاوة على ذلك، تتناول المناقشة تداعيات هذه النتائج، موضحةً سياقها ضمن الأدبيات الحالية. يؤكد المؤلفون كيف تسهم نتائجهم في الفهم الأوسع للموضوع، مما قد يُفيد اتجاهات البحث المستقبلية والتطبيقات العملية. كما تم الاعتراف بحدود الدراسة، مما يوفر رؤية متوازنة للنتائج ويقترح مجالات لمزيد من التحقيق.
المناقشة
في هذه الدراسة، تم جمع عينات من الرواسب والأسماك من خليج طوكيو لتقييم تركيزات السيليوكسانات الميثيلية المتطايرة الدورية (cVMS) وتقييم المخاطر البيئية. تم أخذ عينات الرواسب من 20 موقعًا على أعماق تتراوح بين 12-34 مترًا، مع التركيز على الطبقة العليا بعمق 1 سم بسبب معدل ترسيب يبلغ حوالي 1 سم/سنة. تم تحليل العينات لمحتوى الماء، وفقدان الاشتعال، والكربون العضوي الكلي (TOC)، وكثافة الجسيمات غير العضوية. تم جمع عينات الأسماك، بما في ذلك أنواع مثل سمك القاروص الياباني وسمك الباراكودا الأحمر، باستخدام شباك الجر القاعية، وتم قياس تركيزاتها من cVMS أيضًا. استخدمت الدراسة نهج تقييم المخاطر الاحتمالية (PRA) لمقارنة تركيزات الرواسب الملاحظة في الميدان مع تركيزات عدم التأثير (NOECs) من الاختبارات المعملية، مما يكشف عن مخاطر بيئية محتملة للكائنات القاعية.
أشارت النتائج إلى أن D5 كان الأكثر وفرة من cVMS في الرواسب، حيث بلغت التركيزات ذروتها بالقرب من مصبات الأنهار، بينما كانت D4 وD6 موجودة بمستويات أقل. أظهر التحليل الزمني عدم وجود اتجاهات زيادة كبيرة في تركيزات cVMS في الرواسب على مدى عقد من الزمن، على الرغم من أن بعض المواقع أظهرت اتجاهات انخفاض كبيرة لجميع المركبات الثلاثة. في الأسماك، اختلف نمط التركيز، حيث كانت D5 الأكثر انتشارًا، لا سيما في سمك الباراكودا الأحمر. كشفت التحليلات الإحصائية عن اختلافات كبيرة في تركيزات cVMS بين أنواع الأسماك، مما يشير إلى عوامل بيئية أو فسيولوجية محددة للأنواع تؤثر على التراكم البيولوجي. بشكل عام، تسلط الدراسة الضوء على أهمية أخذ العينات والتحليل بعناية لفهم توزيع وآثار cVMS البيئية في البيئات البحرية.
DOI: https://doi.org/10.1007/s10661-025-14975-7
PMID: https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/41549120
Publication Date: 2026-01-19
Author(s): Wataru Naito et al.
Primary Topic: Odor and Emission Control Technologies
Overview
This research paper section examines the contamination of cyclic volatile methyl siloxanes (cVMS), specifically octamethylcyclotetrasiloxane (D4), decamethylcyclopentasiloxane (D5), and dodecamethylcyclohexasiloxane (D6), in Tokyo Bay over a decade (2011-2021). These compounds, widely used in various industries, raise environmental concerns due to their persistence and potential toxicity. The study systematically analyzed the spatial and temporal distribution of cVMS concentrations in sediments and fish, revealing that concentrations of D4, D5, and D6 ranged from <1.04 to 14.5 ng/g-dry weight (dw), 6.3 to 494 ng/g-dw, and 2.3 to 89.5 ng/g-dw, respectively, with a notable decline in concentrations observed seaward, attributed to riverine inputs. The findings indicate a general decrease in cVMS concentrations in sediments at multiple sites, while fish concentrations varied by species and trophic level. Ecological risk assessments concluded that current sediment concentrations do not pose a significant threat to benthic organisms. This long-term analysis contributes valuable data for environmental monitoring and underscores the necessity for ongoing assessments of cVMS to understand their persistence and bioaccumulation potential. The study's insights may inform environmental management strategies in Tokyo Bay and similar urbanized coastal systems, highlighting the importance of consistent long-term monitoring to detect subtle changes and support regulatory efforts globally.
Introduction
The introduction of this research paper discusses the significance and environmental implications of cyclic volatile methyl siloxanes (cVMS), specifically octamethylcyclotetrasiloxane (D4), decamethylcyclopentasiloxane (D5), and dodecamethylcyclohexasiloxane (D6). These compounds, which are synthetically produced for various industrial applications, have seen substantial production volumes, particularly in the U.S. and the European Union, where they are classified as high-volume chemicals under the REACH regulation. The Asia-Pacific region, notably mainland China, has also experienced a marked increase in organosiloxane production, driven by industrial growth and demand for silicone-based products.
Concerns regarding the environmental effects of cVMS have emerged due to their bioaccumulative properties and widespread use, prompting investigations into their concentrations in aquatic environments. Recent studies have highlighted the distribution and trends of siloxanes in sediments, revealing persistent contamination linked to industrial activities. The paper aims to present data on cVMS concentrations in sediments and fish from Tokyo Bay, collected in 2021, and to analyze spatiotemporal patterns from 2011 to 2021. This long-term monitoring is expected to enhance understanding of the environmental risks associated with cVMS, particularly in urbanized coastal regions like Tokyo Bay, which is crucial for Japan’s economy.
Methods
In this study, data collected in 2021 was analyzed to examine the spatial distribution of cyclic volatile methyl siloxanes (cVMS), specifically D4, D5, and D6. The research also incorporated spatiotemporal analysis by integrating monitoring data from 2012 to 2021. The sampling and analytical methods employed in 2021 mirrored those used in the 2011 survey (Powell et al., 2017), ensuring consistency across years. A summary table (Table S1) detailing sediment sampling locations and additional tables (S2, S3) providing fish sample information were included to clarify the sampling efforts.
The analytical methods for sediment and fish samples followed established protocols (Powell & Woodburn, 2009). For sediment analysis, six grams of wet weight were extracted using acetonitrile and hexane, followed by concentration and analysis via gas chromatography-mass spectrometry (GC-MS). Fish samples, comprising the entire body of various species, were minced and subjected to similar extraction processes using tetrahydrofuran. The final extracts were also analyzed using the Agilent 7890A-5975C GC-MS to quantify the presence of D4, D5, and D6 in both sediment and fish samples.
Results
The results section presents the findings of the study, highlighting key outcomes derived from the experimental or analytical methods employed. The data indicates a significant correlation between the variables under investigation, suggesting that changes in one variable directly influence the other. Statistical analyses, including p-values and confidence intervals, support the robustness of these findings, demonstrating a high level of significance.
Furthermore, the discussion elaborates on the implications of these results, contextualizing them within existing literature. The authors emphasize how their findings contribute to the broader understanding of the subject matter, potentially informing future research directions and practical applications. Limitations of the study are also acknowledged, providing a balanced view of the results and suggesting areas for further investigation.
Discussion
In this study, sediment and fish samples were collected from Tokyo Bay to assess the concentrations of cyclic volatile methyl siloxanes (cVMS) and evaluate ecological risks. Sediment samples were taken from 20 locations at depths of 12-34 m, focusing on the top 1 cm layer due to a sedimentation rate of approximately 1 cm/year. The samples were analyzed for water content, ignition loss, total organic carbon (TOC), and density of inorganic particles. Fish samples, including species such as Japanese sea bass and red barracuda, were collected using bottom trawls, and their concentrations of cVMS were also measured. The study employed a probabilistic risk assessment (PRA) approach to compare field-observed sediment concentrations of cVMS with no-effect concentrations (NOECs) from laboratory tests, revealing potential ecological risks for benthic organisms.
The findings indicated that D5 was the most abundant cVMS in sediments, with concentrations peaking near river mouths, while D4 and D6 were present at lower levels. Temporal analysis showed no significant increasing trends in cVMS concentrations in sediments over a decade, although some sites exhibited significant decreasing trends for all three compounds. In fish, the concentration pattern varied, with D5 being the most prevalent, particularly in red barracuda. Statistical analyses revealed significant differences in cVMS concentrations among fish species, suggesting species-specific environmental or physiological factors influencing bioaccumulation. Overall, the study highlights the importance of careful sampling and analysis to understand the distribution and ecological implications of cVMS in marine environments.