ในพิษวิทยาทางน้ำการสะสมทางชีวภาพคือการสะสมของสารเคมีที่อยู่ในน้ำในสิ่งมีชีวิตที่สัมผัสกับน้ำ^{[ 1 ] [ 2 ]}

มีหลายวิธีในการวัดและประเมินการสะสมทางชีวภาพและความเข้มข้นทางชีวภาพ ซึ่งรวมถึง: ค่าสัมประสิทธิ์การแบ่งส่วนออกทานอล-น้ำ (K _OW ), ปัจจัยความเข้มข้นทางชีวภาพ (BCF), ปัจจัยการสะสมทางชีวภาพ (BAF) และปัจจัยการสะสมทางชีวภาพ-ตะกอน (BSAF) แต่ละค่าเหล่านี้สามารถคำนวณได้โดยใช้ข้อมูลเชิงประจักษ์หรือการวัด รวมถึงจาก แบบจำลอง ทางคณิตศาสตร์^{[ 3 ]}หนึ่งในแบบจำลองทางคณิตศาสตร์เหล่านี้คือ แบบจำลอง BCF ที่อิงตาม ฟิวจาซิตี้ซึ่งพัฒนาโดยDon Mackay ^{[ 4 ]}

ปัจจัยการสะสมทางชีวภาพยังสามารถแสดงได้ในรูปของอัตราส่วนของความเข้มข้นของสารเคมีในสิ่งมีชีวิตต่อความเข้มข้นของสารเคมีในสิ่งแวดล้อม โดยรอบ BCF เป็นตัววัดขอบเขตของการแบ่งปันสารเคมีระหว่างสิ่งมีชีวิตและสิ่งแวดล้อมโดยรอบ^{[ 5 ]}

ในน้ำผิวดิน BCF คืออัตราส่วนของความเข้มข้นของสารเคมีในสิ่งมีชีวิตต่อความเข้มข้นของสารเคมีในน้ำ BCF มักแสดงในหน่วยลิตรต่อกิโลกรัม (อัตราส่วนของมิลลิกรัมของสารเคมีต่อกิโลกรัมของสิ่งมีชีวิตต่อมิลลิกรัมของสารเคมีต่อลิตรของน้ำ) ^{[ 6 ]} BCF อาจเป็นเพียงอัตราส่วนที่สังเกตได้ หรืออาจเป็นการคาดการณ์ของแบบจำลองการแบ่งส่วน^{[ 6 ]}แบบจำลองการแบ่งส่วนนั้นตั้งอยู่บนสมมติฐานที่ว่าสารเคมีจะแบ่งส่วนระหว่างน้ำและสิ่งมีชีวิตในน้ำ รวมถึงแนวคิดที่ว่ามีสมดุลทางเคมีระหว่างสิ่งมีชีวิตและสภาพแวดล้อมทางน้ำที่พบ^{[ 6 ]}

การสะสมทางชีวภาพสามารถอธิบายได้ด้วยปัจจัยการสะสมทางชีวภาพ (BCF) ซึ่งเป็นอัตราส่วนของความเข้มข้นของสารเคมีในสิ่งมีชีวิตหรือกลุ่มสิ่งมีชีวิตต่อความเข้มข้นในน้ำ: ^{[ 2 ]}

${\displaystyle BCF={\frac {Concentration_{Biota}}{Concentration_{Water}}}}$^{[ 2 ]}

ปัจจัยการสะสมทางชีวภาพยังสามารถเชื่อมโยงกับค่าสัมประสิทธิ์การแบ่งส่วนระหว่างออกทานอลกับน้ำ K _{ow ได้อีกด้วย} ค่าสัมประสิทธิ์การแบ่งส่วนระหว่างออกทานอลกับน้ำ(K _ow ) มีความสัมพันธ์กับศักยภาพของสารเคมีในการสะสมทางชีวภาพในสิ่งมีชีวิต สามารถทำนาย BCF ได้จาก log K _owผ่านโปรแกรมคอมพิวเตอร์โดยอิงจากความสัมพันธ์ระหว่างโครงสร้างกับกิจกรรม (SAR) ^{[ 7 ]}หรือผ่านสมการเชิงเส้น :

${\displaystyle \log BCF=m\log K_{OW}+b}$^{[ 8 ]}

ที่ไหน:

${\displaystyle K_{\text{OW}}={\frac {Concentration_{\text{octanol}}}{Concentration_{\text{water}}}}={\frac {C_{\text{O}}}{C_{\text{W}}}}}$ที่สมดุล

ค่าฟิวจาซิตี้และค่า BCF มีความสัมพันธ์กันตามสมการต่อไปนี้:

${\displaystyle Z_{\text{Fish}}={\frac {P_{\text{Fish}}\times {BCF}}{H}}}$^{[ 6 ]}

โดยที่ Z _Fishเท่ากับค่าความจุฟิวจาซิตี้ (mol/m³ ^/ Pa) ของสารเคมีในปลา P _Fishเท่ากับความหนาแน่นของปลา (มวล/ความยาว^³ ) BCF คือค่าสัมประสิทธิ์การแบ่งส่วนระหว่างปลากับน้ำ (ความยาว^³ /มวล) และ H เท่ากับ ค่าคงที่ ของกฎของเฮนรี่ (Pa m³ ^/ mol) ^{[ 6 ]}

สมการ	สารเคมีที่ใช้ในการสร้างสมการ	สายพันธุ์ที่ใช้
${\displaystyle \log BCF=0.76\log K_{\text{ow}}-0.23}$	84	ปลาหัวโต , ปลากระเบนสีน้ำเงิน, ปลาเทราต์สายรุ้ง , ปลาโมสกีโต
${\displaystyle \log BCF=\log K_{\text{ow}}-1.32}$[ 4 ]	44	หลากหลาย
${\displaystyle \log BCF=2.791-0.564\log S(S={\text{water solubility}})}$	36	ปลาเทราต์บรู๊ค , ปลาเทราต์เรนโบว์ , ปลาบลูจิลซันฟิช, ปลาแฟทเฮดมินโนว์ , ปลาคาร์พ
${\displaystyle \log BCF=3.41-0.508\log S}$[ 9 ]	7	หลากหลาย
${\displaystyle \log BCF=1.119\log Koc-1.579}$	13	หลากหลาย

โดยการใช้PBT Profiler และใช้เกณฑ์ที่กำหนดโดยสำนักงานคุ้มครองสิ่งแวดล้อมแห่งสหรัฐอเมริกาภายใต้พระราชบัญญัติควบคุมสารพิษ (TSCA) สารจะถือว่าไม่สะสมทางชีวภาพหากมีค่า BCF น้อยกว่า 1000 สะสมทางชีวภาพหากมีค่า BCF ตั้งแต่ 1000 ถึง 5000 ^{[ 10 ]}และสะสมทางชีวภาพมากหากมีค่า BCF มากกว่า 5000 ^{[ 10 ]}

เกณฑ์ภายใต้REACHคือ BCF ที่มากกว่า 2000 L/kg bzw สำหรับเกณฑ์ B และ 5000 L/kg สำหรับเกณฑ์ vB ^{[ 11 ]} BCF ที่มากกว่า 5000 ในสัตว์น้ำยังเป็นเกณฑ์สำหรับสารมลพิษอินทรีย์ที่คงอยู่ยาวนานภายใต้อนุสัญญาสตอกโฮล์ม^{[ 12 ]}

ปัจจัยการสะสมทางชีวภาพที่มากกว่า 1 บ่งชี้ถึง สารเคมี ที่ไม่ชอบน้ำหรือชอบไขมัน เป็นตัวบ่งชี้ว่าสารเคมีนั้นมีโอกาสสะสมทางชีวภาพ มากน้อย เพียง ใด ^{[ 1 ]}สารเคมีเหล่านี้มีความสัมพันธ์กับไขมันสูงและจะสะสมอยู่ในเนื้อเยื่อที่มีปริมาณไขมันสูงแทนที่จะอยู่ในสภาพแวดล้อมที่เป็นน้ำ เช่นไซโตซอลมีการใช้แบบจำลองเพื่อทำนายการแบ่งส่วนของสารเคมีในสิ่งแวดล้อม ซึ่งจะช่วยให้สามารถทำนายชะตากรรมทางชีวภาพของสารเคมีที่ชอบไขมันได้^{[ 1 ]}

โดยอิงตามสถานการณ์สภาวะคงที่ที่สมมติไว้ ชะตากรรมของสารเคมีในระบบจะถูกจำลองโดยให้เฟสและความเข้มข้นของจุดสิ้นสุดที่คาดการณ์ไว้^{[ 13 ]}

จำเป็นต้องพิจารณาว่าการบรรลุสภาวะสมดุลอาจต้องใช้เวลานานพอสมควรตามที่ประมาณไว้โดยใช้สมการต่อไปนี้ (เป็นชั่วโมง) ^{[ 14 ] [ 15 ]}

${\displaystyle t_{eSS}=0.00654\cdot K_{OW}+55.31}$

สำหรับสารที่มีค่า log(K _OW ) เท่ากับ 4 จะใช้เวลาประมาณห้าวันในการเข้าสู่สภาวะสมดุลอย่างมีประสิทธิภาพ สำหรับค่า log(K _OW ) เท่ากับ 6 เวลาที่ใช้ในการเข้าสู่สภาวะสมดุลจะเพิ่มขึ้นเป็นเก้าเดือน

ฟิวจาซิตี้เป็นเกณฑ์การทำนายอีกเกณฑ์หนึ่งสำหรับสมดุลระหว่างเฟสที่มีหน่วยเป็นความดัน เทียบเท่ากับความดันย่อยสำหรับวัตถุประสงค์ด้านสิ่งแวดล้อมส่วนใหญ่ เป็นแนวโน้มการหลบหนีของวัสดุ^{[ 1 ]} BCF สามารถกำหนดได้จากพารามิเตอร์เอาต์พุตของแบบจำลองฟิวจาซิตี้ และใช้เพื่อทำนายสัดส่วนของสารเคมีที่โต้ตอบโดยตรงและอาจมีผลต่อสิ่งมีชีวิต

หากมีค่า ฟิวจาซิตี้เฉพาะสิ่งมีชีวิตก็สามารถสร้างแบบจำลองสายใยอาหารที่คำนึงถึงสายใยโภชนาการ ได้ ^{[ 1 ]}สิ่งนี้มีความเกี่ยวข้องอย่างยิ่งสำหรับสารเคมีที่คงตัวซึ่งไม่สามารถถูกย่อยสลายเป็นผลิตภัณฑ์ได้ง่ายการสะสมทางชีวภาพของสารเคมีที่คงตัว เช่น โลหะที่เป็นพิษ อาจเป็นอันตรายต่อผู้ล่าระดับสูงสุดเช่นวาฬเพชฌฆาตนกเหยี่ยวและนกอินทรีหัวขาว

ปัจจัยการสะสมทางชีวภาพช่วยให้สามารถคาดการณ์ระดับการปนเปื้อนในสิ่งมีชีวิตโดยอาศัยความเข้มข้นของสารเคมีในน้ำโดยรอบ^{[ 13 ]} BCF ในบริบทนี้ใช้ได้เฉพาะกับสิ่งมีชีวิตในน้ำเท่านั้น สิ่งมีชีวิตที่หายใจด้วยอากาศจะไม่ดูดซับสารเคมีในลักษณะเดียวกับสิ่งมีชีวิตในน้ำชนิดอื่น ตัวอย่างเช่น ปลาดูดซับสารเคมีผ่านการกลืนกินและการไล่ระดับออสโมติกในแผ่นเหงือก^{[ 6 ]}

ในการทำงานกับสัตว์ไม่มีกระดูกสันหลังขนาดใหญ่ที่อาศัยอยู่บน พื้น น้ำ ทั้งน้ำและ ตะกอน บนพื้นน้ำอาจมีสารเคมีที่ส่งผลกระทบต่อสิ่งมีชีวิตเหล่านั้น ปัจจัยการสะสมของสิ่งมีชีวิตในตะกอน (BSAF) และปัจจัยการเพิ่มความเข้มข้นทางชีวภาพ (BMF) ก็มีอิทธิพลต่อความเป็นพิษในสิ่งแวดล้อมทางน้ำเช่นกัน

BCF ไม่ได้คำนึงถึงกระบวนการเผาผลาญโดยตรง ดังนั้นจึงจำเป็นต้องเพิ่มกระบวนการเผาผลาญเข้าไปในแบบจำลองในจุดอื่นๆ ผ่านสมการการดูดซึม การขับออก หรือการย่อยสลายสำหรับสิ่งมีชีวิตที่เลือกไว้

สารเคมีที่มีค่า BCF สูงจะมีคุณสมบัติชอบไขมันมากกว่า และเมื่อถึงสภาวะสมดุล สิ่งมีชีวิตจะมีปริมาณสารเคมีมากกว่าเฟสอื่นๆ ในระบบ ปริมาณสารเคมีสะสมในร่างกายคือปริมาณสารเคมีทั้งหมดในร่างกายของสิ่งมีชีวิต^{[ 13 ]}และปริมาณสารเคมีสะสมในร่างกายจะมากขึ้นเมื่อต้องรับมือกับสารเคมีที่มีคุณสมบัติชอบไขมัน

ในการพิจารณาระดับของการเกิดการสะสมทางชีวภาพ ปัจจัยทางชีวภาพจะต้องนำมาพิจารณาด้วย อัตราที่สิ่งมีชีวิตได้รับสารผ่านทางพื้นผิวระบบหายใจและการสัมผัสกับพื้นผิวผิวหนังของสิ่งมีชีวิต จะแข่งขันกับอัตราการขับถ่ายออกจากสิ่งมีชีวิต อัตราการขับถ่ายคือการสูญเสียสารเคมีจากพื้นผิวระบบหายใจ การเจือจางจากการเจริญเติบโต การขับถ่ายทางอุจจาระ และการเปลี่ยนแปลงทางชีวภาพของ กระบวนการเผาผลาญ ^{[ 16 ]}การเจือจางจากการเจริญเติบโตไม่ใช่กระบวนการขับถ่ายที่แท้จริง แต่เกิดจากการที่มวลของสิ่งมีชีวิตเพิ่มขึ้นในขณะที่ความเข้มข้นของสารปนเปื้อนยังคงที่ จึงเกิดการเจือจางขึ้น

ปฏิสัมพันธ์ระหว่างอินพุตและเอาต์พุตแสดงไว้ที่นี่: ^{[ 16 ]} ตัวแปรถูกกำหนดดังนี้: C _Bคือความเข้มข้นในสิ่งมีชีวิต (g*kg ⁻¹ ) ^{[ 16 ]} t แทนหน่วยของเวลา (d ⁻¹ ) ^{[ 16 ]} k ₁คือค่าคงที่อัตราสำหรับการดูดซึมสารเคมีจากน้ำที่พื้นผิวการหายใจ (L*kg ⁻¹ *d ⁻¹ ) ^{[ 16 ]} C _WDคือความเข้มข้นของสารเคมีที่ละลายในน้ำ (g*L ⁻¹ ) ^{[ 16 ]} k ₂ ,k _E ,k _G ,k _{B คือค่าคงที่อัตราที่แสดงถึงการขับถ่ายออกจากสิ่งมีชีวิตจากพื้นผิวการหายใจ การ} ^ขับถ่ายอุจจาระ การเปลี่ยนแปลงทางเมตาบอลิซึม และการเจือจางจากการเจริญเติบโต (d ⁻¹ ) ^{[ 16 ]}${\displaystyle {\frac {dC_{B}}{dt}}=(k_{1}C_{WD})-(k_{2}+k_{E}+k_{M}+k_{G})C_{B}}$

ตัวแปรคงที่ก็มีอิทธิพลต่อ BCF เช่นกัน เนื่องจากสิ่งมีชีวิตถูกจำลองเป็นถุงไขมัน อัตราส่วนของไขมันต่อน้ำจึงเป็นปัจจัยที่ต้องพิจารณา^{[ 6 ]}ขนาดก็มีบทบาทเช่นกัน เนื่องจากอัตราส่วนของพื้นผิวต่อปริมาตรมีอิทธิพลต่ออัตราการดูดซับจากน้ำโดยรอบ^{[ 16 ]}ชนิดของสิ่งมีชีวิตที่เกี่ยวข้องเป็นปัจจัยหลักที่มีอิทธิพลต่อค่า BCF เนื่องจากเป็นตัวกำหนดปัจจัยทางชีวภาพทั้งหมดที่เปลี่ยนแปลง BCF ^{[ 6 ]}

อุณหภูมิอาจส่งผลต่อการเปลี่ยนแปลงทางเมตาบอลิซึมและพลังงานชีวภาพ ตัวอย่างเช่น การเคลื่อนไหวของสิ่งมีชีวิตอาจเปลี่ยนแปลงไป เช่นเดียวกับอัตราการขับถ่าย^{[ 16 ]}หากสารปนเปื้อนเป็นไอออน การเปลี่ยนแปลงของ pH ที่ได้รับอิทธิพลจากการเปลี่ยนแปลงของอุณหภูมิอาจส่งผลต่อการดูดซึมทางชีวภาพได้เช่นกัน^{[ 1 ]}

ปริมาณอนุภาคตามธรรมชาติรวมถึงปริมาณคาร์บอนอินทรีย์ในน้ำสามารถส่งผลต่อการดูดซึมได้ สารปนเปื้อนสามารถจับกับอนุภาคในน้ำ ทำให้การดูดซึมทำได้ยากขึ้น รวมถึงอาจถูกสิ่งมีชีวิตกลืนกินเข้าไป การกลืนกินนี้อาจประกอบด้วยอนุภาคที่ปนเปื้อน ซึ่งจะทำให้แหล่งที่มาของการปนเปื้อนไม่ได้มาจากน้ำเพียงอย่างเดียว^{[ 16 ]}

• โปรไฟล์ PBT