Исследование соли в аквариуме внутреннего рифа, часть I

В марте 2003 года доктор Рональд Шимек опубликовал результаты исследования биологического анализа, в котором он пришел к выводу, что две самые популярные солевые смеси в аквариумной индустрии, Instant Ocean и Coralife, являются токсичными для морских обитателей (1). Исследование также показало, что две другие, менее распространенные солевые смеси, Bio-Sea MarineMix и Crystal Sea Bio-Assay Formula, показали значительно лучшие результаты, сравнимые с натуральной морской водой (2). Доктор Шимек указал, что наиболее вероятной причиной токсичности является уровень тяжелых металлов, присутствующих в солевых смесях (3).

Как и большинство аквариумистов, мы были немедленно обеспокоены этими результатами. Как сказано в названии работы доктора Шимека, токсичные металлы в наших солевых смесях – это действительно плохое начало для рифового аквариума. Дальнейшее изучение исследования выявило несколько областей, в которых дальнейшее тестирование и изучение может быть полезным.

Во-первых, данные о концентрации тяжелых металлов в этих четырех солевых смесях были получены из двух совершенно разных источников: Instant Ocean и Coralife из независимого анализа четырехлетней давности (Atkinson & Bingman, 1999), а два других – от производителя. Доктор Шимек выражает некоторое беспокойство по этому поводу (4), но приходит к выводу, что данные производителя не вызывают подозрений (5). Это было интересное заключение в свете работы, которую доктор Шимек и мы проделали по Two Little Fishies Combisan за два года до этого (Inland Reef and Ron Shimek 2001). В том случае данные, напечатанные на бутылке, от очень уважаемого производителя, были признаны доктором Шимеком совершенно ненадежными. В ходе последовавших за этим споров компания Inland Reef провела независимый анализ и подтвердила данные доктора Шимека, что в конечном итоге привело к тому, что производитель убрал напечатанный анализ со своей бутылки.

Во-вторых, если очевидно, что высокий уровень токсичных металлов в Instant Ocean и Coralife был первопричиной плохой работы биоанализа в исследовании доктора Шимека, мы рассудили, что проведение анализа всех четырех солей, обработанных и протестированных идентичным образом, может выявить причинный элемент или элементы.

Наконец, мы были уверены, что химические формулы многих солевых смесей были обновлены после исследования Аткинсона и Бингмана в 1999 году. Эти ценные данные остро нуждались в обновлении с использованием современных формул солевых смесей.

Поэтому мы решили провести независимый элементный анализ солевых смесей. После обсуждения на сайте Reefs.org объем работ расширился и стал охватывать все популярные солевые смеси, используемые в настоящее время в хобби, а не только те, которые были исследованы доктором Шимеком. Высокая стоимость проведения такого большого количества элементных анализов заставила Inland Reef обратиться за пожертвованиями, чтобы помочь покрыть общие расходы. Подавляющее большинство средств на проведение данного исследования было предоставлено членами сайта Reefs.org и несколькими аукционами пожертвованных товаров, проведенными Reefs.org. Также были сделаны взносы членами сайта ReefCentral.com и соответствующее пожертвование от сотрудников ReefCentral.com. Оставшаяся часть расходов была покрыта непосредственно компанией Inland Reef Aquaria.

К сожалению, мы приняли решение закрыть Inland Reef Aquaria и заняться другими деловыми интересами как раз в то время, когда исследование только начиналось. Это и ряд других “реальных” обязанностей привели к неоднократным задержкам в проведении исследования и публикации его результатов. Мы приносим искренние извинения всем, кто внес свой вклад в это исследование и терпеливо ждал результатов гораздо дольше, чем кто-либо предполагал. Мы надеемся, что вы поймете, что ожидание того стоило!

Процедура

Выбор солей для тестирования был основан на серии опросов, проведенных на дискуссионном форуме Reefs.org. При имеющихся средствах можно было провести только ограниченное количество тестов. Кроме того, результаты опроса высказались за включение новой солевой смеси Oceanic в сравнении с Coralife, в результате чего одна из солей в исследовании доктора Шимека была исключена из списка. Окончательный список, без особого порядка, выглядит следующим образом:

• Морская соль AquaMedic (AM)
• Морская соль Oceanic (O)
• Морская соль Omega Sea (OS)
• Aqua Craft Bio-Sea MarineMix (BSM)
• Marine Enterprises Crystal Sea MarineMix (CSM)
• Морская соль Tropic Marin (TM)
• Instant Ocean (IO)
• Kent Marine Salt (KM)
• Marine Enterprises Crystal Sea Bio-Assay Formula (CSB)

Сокращения, указанные здесь, используются в графиках и таблицах, приведенных ниже.

Несколько пакетов (или коробок) каждой соли были получены в течение 10 месяцев. Все соли были приобретены либо у оптовых поставщиков или в розничных магазинах, либо получены непосредственно от производителя на выставках. Ни в одном случае ни один производитель не знал, что предоставляет образец для использования в данном исследовании.

Из каждого мешка было получено несколько образцов из разных мест внутри мешка, чтобы минимизировать влияние оседания. В идеальном мире для каждой марки соли было бы проведено несколько элементных анализов, что позволило бы определить диапазон погрешности для каждого исследуемого элемента. К сожалению, высокая стоимость этих анализов не позволила провести такое количество тестов – первоначальная оценка проведения трех тестов для каждой смеси соли составила более 15 000 долларов. Поэтому для получения “среднего” образца для каждой марки соли были объединены образцы, взятые как минимум из трех разных мешков соли одной марки. Затем мы проследили за тем, чтобы испытательная лаборатория последовательно выполнила каждую партию, чередуя калибровку. Мы также включали эталонный образец природной морской воды и воды RO/DI в каждую партию. Исходные данные для образцов НСВ и RO/DI дали нам очень высокую уверенность в данных по всем протестированным элементам. Кроме того, мы достаточно уверены, что период, за который мы получили пакеты с образцами, не включал изменений формулы ни у одного производителя.

После того, как образцы были отобраны, каждому из них была присвоена случайная кодовая буква. Вся последующая обработка и тестирование проводились “вслепую” человеком, который не знал кодовых букв. Только после получения результатов из лаборатории они были соотнесены с реальными названиями солевых смесей.

Вся лабораторная посуда, которая контактировала с солями, включая емкости для смешивания и измерения, контейнеры для образцов, стержни для перемешивания, ложки для отбора проб и т.д., была трижды промыта кислотой из полипропилена, чтобы свести к минимуму возможность загрязнения любыми металлами. Для каждой смеси солей использовались отдельные наборы лабораторной посуды, чтобы предотвратить перекрестное загрязнение.

Соли смешивались с водой RO/DI до концентрации 35 ppt, измеренной калиброванным рефрактометром. Образец воды RO/DI был включен в каждую партию образцов, отправленных в лабораторию. Пробы воды RO/DI были ниже пределов обнаружения по всем элементам, кроме цинка, содержание которого составило 21 ppb. Это значение было вычтено из уровня содержания цинка, указанного для каждого образца соли.

Тест на урожайность

Для проверки урожайности мы измерили сухой вес каждой солевой смеси, необходимый для получения заданного количества соленой воды при концентрации 35 ppt. Чтобы свести накопление влаги к минимуму, продолжительность нахождения каждого сухого образца на воздухе была сведена к минимуму, и все сухие образцы обрабатывались одинаково. После смешивания всех солевых растворов соленость проверялась с помощью калиброванного рефрактометра. Затем влажным образцам давали 24 часа для полного растворения перед повторным тестированием и, при необходимости, корректировкой солености до 35 ppt. В таблице ниже показано количество использованного сухого образца, объем полученной соленой воды и фактический выход из 50-галлонового мешка (или эквивалентной порции) каждой соли:

Смесь солей	Сухой вес (г)	Выход (мл)	мл на г	выход из 50-галлонового мешка
Aqua Medic	21.14	536	25.355	42.26 галлон
Oceanic	21.35	526	24.637	42.96 галлон
Omega Sea	23.47	571	24.329	43.70 галлон
Bio-Sea Marinemix	22.59	580	25.675	46.12 галлон
Crystal Sea Marinemix	21.39	534	24.965	43.53 галлон
Тропик Марин	21.19	540	25.484	41.74 галлон
Мгновенный океан	20.70	520	25.121	45.13 галлон
Кент	20.67	520	25.157	42.20 галлон
Био-анализ Кристального моря	20.65	510	24.697	43.00 галлон

Разница между самым высоким и самым низким урожаем составляет 4,38 галлонов (разница чуть меньше 9%). Но, очевидно, что каждый производитель соли планирует соленость меньше, чем у полноценной морской воды, когда рекламирует выход своих пакетов.

Элементное тестирование

Изначально мы хотели провести несколько основных тестов (pH, аммиак, нитриты и нитраты) перед отправкой влажных образцов в лабораторию, поскольку тестирование с помощью масс-спектрограммы с индуктивно-связанной плазмой (ICPMS) дает только концентрацию элементов. В ходе подготовки мы провели предварительное исследование потребительских наборов для тестирования, а также выполнили несколько базовых тестов на контрольных образцах. Мы пришли к неутешительному выводу, что ни один из имеющихся сегодня на рынке потребительских наборов для тестирования не является достаточно точным для этих целей. В некоторых случаях даже базовую тенденцию было трудно получить (т.е. эталонные образцы с более высокой концентрацией иногда не показывали более высоких результатов). Поэтому предварительное тестирование было прекращено, и влажные образцы были отправлены в местную лабораторию. Они согласились проверить pH до ICPMS, но для проверки нитратов или подобных соединений потребуется хроматография железа или аналогичные тесты, что значительно повысит стоимость каждого образца.

Многие элементы, которые были включены в результаты ICPMS, были ниже порога обнаружения теста в 0,5 ppb для всех образцов соли. Соответственно, эти элементы не включены в приведенные ниже данные и сравнения. К таким элементам относятся: Бериллий, скандий, галлий, германий, иттрий, цирконий, ниобий, рутений, родий, кадмий, олово, цезий, лантан, церий, празеодим, неодим, самарий, европий, гадолиний, тербий, диспрозий, гольмий, эрбий, тулий, иттербий, лютеций, гафний, рений, осмий, иридий, платина, таллий, торий и уран.

Серебро и теллур были ниже предела обнаружения 5 ppb для всех солей. Интересно, что в исследовании Аткинсона и Бингмана 1999 года уровни серебра в Instant Ocean и Coralife составляли 248 ppb и 410 ppb соответственно.

Содержание золота и ртути было ниже предела обнаружения 50 ppb, а железа – ниже предела обнаружения 500 ppb для всех образцов.

Тесты на содержание нескольких элементов показали незначительную разницу между солевыми смесями. Данные по этим элементам приведены в Приложении.

Уровни содержания элементов в природной морской воде (ПМВ) были взяты из различных отчетов и исследований. Диапазон значений концентраций элементов в НСВ варьируется в зависимости от исследования и района океана, в котором были взяты пробы. Для всех элементов мы приводим как самые низкие, так и самые высокие значения, чтобы установить приемлемый диапазон.

pH

Природная морская вода в среднем имеет pH 8,25. В аквариумах с соленой водой pH обычно колеблется от 7,8 до 8,5. Ниже показано измеренное значение pH для каждого образца смешанной соли. Измерение pH проводилось через 24 часа после первоначального смешивания и после регулярной аэрации.

Алюминий (ppb)

Это один из элементов, названных в исследовании доктора Шимека как значительно более высокий уровень токсичности для Instant Ocean и Coralife по сравнению с Bio-Sea MarineMix и Crystal Sea Bio-Assay. Как видно, Bio-Sea MarineMix показал вторую по величине концентрацию алюминия, а Crystal Sea Bio-Assay сравнялся с Instant Ocean.

Сурьма (ppb)

Сурьма – потенциальный токсин тяжелых металлов, который не был назван в исследовании доктора Шимека. Две соли от Marine Enterprises: Crystal Sea MarineMix и Crystal Sea Bio-Assay, а также Kent Marine, имели значительно более высокие уровни, чем NSW (примерно в десять раз NSW).

Бор (ppm)

Бор не считается тяжелым металлом. Он является полупроводником и легче углерода, азота и кислорода. Обычно он содержится в морской воде в виде ионов бората. Уровень содержания бора в протестированных солевых смесях сильно варьируется: от менее одной тридцатой от значений NSW до более чем в три раза выше NSW. Интересно, что Crystal Sea Bio-Assay имеет второй самый высокий уровень содержания бора, Crystal Sea MarineMix от того же производителя – самый высокий, а Instant Ocean – самый близкий к уровню NSW.

Барий (ppb)

Барий – еще один потенциальный загрязнитель тяжелыми металлами. Как Bio-Sea MarineMix, так и Crystal Sea Bio-Assay схожи с NSW. Тест Instant Ocean показал самую низкую концентрацию бария.

Висмут (ppb)

Висмут является потенциальным загрязнителем тяжелыми металлами, который не упоминается в исследовании доктора Шимека. Все солевые смеси, кроме AquaMedic, показали результаты ниже предела обнаружения 5 ppb.

Бром (ppm)

Бром – это галоген, неметаллический солеобразующий элемент, родственный хлору, фтору, йоду и астатину. Он присутствует в морской воде в основном в виде свободных бромид-ионов. Все солевые смеси имеют избыточное содержание брома по сравнению с NSW, но он не должен быть токсичным загрязнителем при любом из этих уровней.

Кобальт (ppb)

Уровень кобальта, являющегося потенциальным металлическим токсином, в тестах Instant Ocean, Kent Marine и Crystal Sea Bio-Assay был ниже порога обнаружения 0,5 ppb. Все остальные солевые смеси значительно превышали уровни NSW, включая Bio-Sea MarineMix.

Хром (ppb)

Хром – еще один элемент, который в исследовании доктора Шимека назван значительно более высоким уровнем токсичности для Instant Ocean и Coralife по сравнению с Bio-Sea MarineMix и Crystal Sea Bio-Assay. Результаты наших тестов показывают, что, хотя все соли были выше NSW, Instant Ocean оказался самым низким. Bio-Sea MarineMix была второй по величине, а Crystal Sea Bio-Assay – третьей по концентрации хрома.

Медь (ppb)

Еще один токсин тяжелых металлов, уровень меди во всех солевых смесях был выше, чем в NSW. И снова исследование доктора Шимека показывает, что уровни меди в Bio-Sea MarineMix и Crystal Sea Bio-Assay ниже, чем в Instant Ocean и Coralife. Фактически, Instant Ocean протестирован со второй самой низкой концентрацией меди. Две другие соли в его исследовании находились примерно в середине поля.

Литий (промилле)

Литий – это легкий металл, который существует в морской воде в виде свободного положительного иона. Уровни лития были ниже или в общем диапазоне уровней NSW для всех солей, кроме солей компании Marine Enterprises: Crystal Sea MarineMix и Crystal Sea Bio-Assay. Эти две солевые смеси примерно в 70 раз превышали уровни NSW.

Марганец (ppb)

Марганец – еще один потенциально токсичный элемент, содержание которого в Instant Ocean и Coralife было значительно выше, чем в Bio-Sea MarineMix и Crystal Sea Bio-Assay. Наши результаты показывают, что, хотя во всех солевых смесях содержание этого элемента было выше, чем в NSW, Instant Ocean был сопоставим с другими солями. Только Oceanic показал значительно высокий уровень – примерно в десять раз выше, чем другие солевые смеси.

Молибден (ppb)

И снова исследование доктора Шимека показало гораздо более высокие уровни в Instant Ocean и Coralife, чем в Bio-Sea MarineMix или Crystal Sea Bio-Assay. Однако наши результаты показывают, что Instant Ocean и Bio-Sea MarineMix имеют одинаково низкий уровень, а Crystal Sea Bio-Assay занимает второе место по концентрации молибдена.

Никель (ppb)

Никель – еще один металл, концентрация которого, согласно исследованию доктора Шимека, значительно выше в Instant Ocean и Coralife, чем в Bio-Sea MarineMix или Crystal Sea Bio-Assay. Фактически, Crystal Sea Bio-Assay имел самую высокую концентрацию никеля, а Instant Ocean был третьим по низкому содержанию.

Свинец (ppb)

Свинец – это токсичный тяжелый металл, концентрация которого в Instant Ocean в 100 раз выше, чем в Crystal Sea Bio-Assay, о чем сообщается в исследовании доктора Шимека. Наши результаты показывают, что все солевые смеси были выше, чем NSW, но в Crystal Sea Bio-Assay уровень свинца был немного выше, чем в Instant Ocean. Bio-Sea MarineMix имел тот же уровень, что и Instant Ocean.

Палладий (ppb)

Палладий не был специально указан в исследовании д-ра Шимека. Все солевые смеси были примерно в 100 000 раз выше, чем NSW, но сходны между собой в пределах десяти раз.

Селен (ppb)

Селен – еще один потенциальный токсин тяжелых металлов, который не был назван в исследовании д-ра Шимека. Соли компании Marine Enterprises показали более низкий уровень содержания этого элемента по сравнению с другими солями. Тем не менее, все солевые смеси в 100-400 раз превышали средний уровень NSW.

Кремний (ppm)

Все соли, кроме Crystal Sea Bio-Assay, тестировались ниже минимального предела обнаружения теста.

Стронций (ppm)

Стронций является необходимым элементом для роста каменистых кораллов. Oceanic и Crystal Sea MarineMix показали недостаточное содержание стронция, в то время как Omega Sea протестировала примерно в два раза больше NSW. Все остальные солевые смеси были аналогичны NSW.

Титан (ppb)

Титан – еще один элемент, содержание которого, согласно исследованию доктора Шимека, значительно выше в Instant Ocean и Coralife, чем в Crystal Sea Bio-Assy. Наши результаты показывают, что в четырех солевых смесях уровень NSW примерно в восемь раз выше: AquaMedic, Crystal Sea MarineMix, Instant Ocean и Crystal Sea Bio-Assy. Все остальные соли были в два-три раза выше уровня NSW.

Цинк (ppb)

В исследовании доктора Шимека также сообщалось, что содержание цинка в Instant Ocean и Coralife в несколько раз выше, чем в Crystal Sea Bio-Assay и Bio-Sea MarineMix. Мы показываем, что уровень содержания цинка в Oceanic значительно выше, чем в NSW, а в AquaMedic, Omega Sea и Tropic Marin – примерно в пять раз выше среднего уровня NSW. Другие соли находятся на уровне или ниже уровня NSW.

Резюме

Необходимо рассмотреть три отдельных вопроса:

1. Выдерживают ли данные производителя тщательную проверку?
2. Обнаружены ли в этих тестах концентрации тяжелых металлов, которые могли бы объяснить результаты биопробы доктора Шимека?
3. Проливают ли эти результаты свет на выбор солевой смеси, доступный любителю?

Эти вопросы будут рассмотрены в части II данной статьи в следующем месяце.

Ссылки

1. Аткинсон, М. и К. Бингман 1999. Состав нескольких синтетических смесей морской воды. Aquarium Frontiers Online . Март, 1999 г.
2. Inland Reef и Рон Шимек 2001. Анализ TLF Combisan. Онлайн библиотека статей Reefs.org (http://www.reefs.org/library/article/combisan_analysis.html).
3. Шимек, Р. Л. 2003. The Toxicity of Some Freshly Mixed Artificial Sea Water; A Bad Beginning For A Reef Aquarium. Reefkeeping.com. Том 2. Номер 3. Март, 2003.
4. Рэнди Холмс Фарли 1998. Понимание морской воды. Aquarium Frontiers Online. Июль, 1998 г.

Конечные примечания

1 “Данное исследование показало, что искусственная морская вода, изготовленная с использованием некоторых распространенных и популярных коммерческих смесей искусственной соленой воды, является токсичной для личинок морского ежа, используя вариант стандартной биопробы. Такая вода также, вероятно, будет оказывать воздействие на других животных.” Шимек, 2003

2 “Это исследование также показало, что некоторые искусственные смеси морской воды производят воду, которая может поддерживать развитие личинок так же хорошо, как и природная морская вода.” Шимек, 2003

3 “Две соли, из которых была приготовлена искусственная морская вода с самой низкой выживаемостью личинок, последовательно содержат концентрации тяжелых металлов в сотни и сотни тысяч раз больше, чем в природной морской воде. Те соли, которые обеспечивали наилучшую выживаемость, имели концентрации тяжелых металлов, которые обычно варьировались от, в худшем случае, примерно одной трети до, в лучшем случае, одной тысячной от этих значений.” Шимек, 2003

4 “… Я был вынужден полагаться на данные, предоставленные производителем Crystal Sea Marinemix Bioassay Formula. Для Bio-Sea Marinemix я использовал данные из одной из рекламных брошюр, описывающих эту соль.” Шимек, 2003

5 “К счастью, нет априорных причин сомневаться в правдивости любого из этих источников”. Шимек, 2003

Source: reefs.com