Вопросы пробоподготовки и определения токсикантов в объектах окружающей среды

Размещено на http://www.allbest.ru/

Вопросы пробоподготовки и определения токсикантов в объектах окружающей среды

Введение

Среди актуальных загрязнителей окружающей среды пестициды занимают одно из первых мест, что обусловлено, в частности, их способностью сохраняться в воде и почве в течение долгого времени. Особенно актуальны в данном аспекте плохо растворимые в воде хлороорганические пестициды и полихлорированные бифенилы, период полураспада которых на открытом воздухе может достигать нескольких сотен лет. Так, для каждого пестицида, устанавливаются правила и сроки применения, предельно допустимые концентрации в питьевых и поверхностных водах, почве и предельно допустимые нормы остаточных количеств в продуктах питания.

Существует, как известно, федеральный закон “О безопасном обращении с пестицидами и агрохимикатами” [1], устанавливающий “…правовые основы обеспечения безопасного обращения с пестицидами, в том числе с их действующими веществами, а также с агрохимикатами в целях охраны здоровья людей и окружающей среды”.

Рост масштабов применения подобных препаратов в сельском хозяйстве стимулирует разработку новых и модернизацию известных методик их определения на всех этапах анализа: хранения проб и стандартных образцов, пробоподготовки, определения и детектирования, вопросы автоматизации и так далее.

Кроме того, для адекватной оценки риска, обусловленного применением пестицидов, весьма актуальным является определение их остаточных количеств (связанные остатки), способных под влиянием различных факторов высвобождаться, адсорбироваться растениями и накапливаться в них в течение вегетационного периода.

В настоящее время существует достаточное количество нормативных документов, касающихся методов определения остаточных количеств пестицидов и их метаболитов в различных природных объектах.

Среди методов анализа, которые широко используются для определения пестицидов и других токсичных веществ в объектах окружающей среды относятся высокоэффективные варианты газовой и жидкостной хроматографии [2-6].

Критическое рассмотрение некоторых методик выявляет ряд общих положений, предполагающих многовариантность условий, а, следовательно, и характеристик результатов анализа [5]. В некоторых методиках, например, не всегда придается должное значение способу подготовки пробы для дальнейшего анализа и оборудованию, которое должно использоваться для этой операции. Однако, недостаточно измельченная и гомогенизированная проба не позволит взять представительную навеску для анализа.

В этой связи в данной работе были рассмотрены вопросы количественного определения различных пестицидов в почвах методами хроматографии и спектрофотометрии (СФ).

Экспериментальная часть

В работе исследованы образцы дерново-подзолистой почвы на предмет разделения и количественного определения таких пестицидов, как прометрин, 4,4?-дихлордифенилдихлорэтан (ДДД), гексахлорциклогексан (ГХЦГ), ципроконазол, 4,4?-дихлордифенилдихлорэтилен (ДДЭ), фосфамид, зенкор, метафос, альдрин, гептахлор с использованием методов спектрофотометрии (СФ) и хроматографии. Качественный и полуколичественный анализ препаратов пестицидов в тонком слое (ТСХ) осуществляли с использованием пластин Sorbfil. Обработку пластин осуществляли мелкокапельным опрыскиванием соответствующими реагентами.

Подбор условий, обеспечивающих эффективное разделение и количественное определение пестицидов, осуществляли с использованием газохроматографической системы Кристалл 2000 М производства ЗАО СКБ Хроматэк, укомплектованной капиллярными колонками, а также термоионным (ТИД) и детектором электронного захвата (ДЭЗ).

Результаты и их обсуждение

Как известно, предварительное увлажнение и компостирование пробы увеличивает степень экстракционного извлечения остатков пестицидов. Cогласно МУ 2542-76 МЗ СССР [7] перед извлечением симмтриазиновых гербицидов “…пробу почвы просеивают через почвенное сито и анализируют в естественно-влажном состоянии. Воздушно-сухую почву увлажняют водой из расчета 20% от массы почвы…”. В указанной методике нет, однако, четких указаний относительно времени компостирования препаратов почвы [8].

В связи с этим нами была поставлена задача оценки влияния времени компостирования и влагосодержания на степень экстракционного извлечения широко известного пестицида класса симм-триазинов - прометрина. При подготовке к анализу образцы почвы с различным влагосодержанием и компостированные в течение различных промежутков времени, пробу просеивали через почвенное сито и доводили до воздушно-сухого состояния. Предварительно определяли полную влагоёмкость [9].

Прометрин извлекали ацетоном, а затем после подщелачивания раствора - хлороформом [7]. Предварительно было установлено отсутствие влияния коэкстрактивных веществ при определении прометрина в препаратах почвы, на что указывало существенное различие в величинах R_f (метод ТСХ) и времени удерживания (метод ГЖХ) данных соединений и прометрина.

Методами ТСХ, ГЖХ и СФ была выявлена явная корреляция величины влагосодержания и времени компостирования препаратов дерново-подзолистой почвы со степенью экстракционного извлечения гезагарда 50 (рис. 1). Была обнаружена необходимость предварительного компостирования препаратов, увлажненных до величин порядка 80% от полного влагосодержания в течение 24 часов. Установленный временной интервал обеспечивает достижение сорбционно-десорбционного равновесия, при этом количество извлекаемого прометрина увеличивается более чем в 5 раз по сравнению с образцами, предварительно увлажненными водой из расчета 20% от массы почвы, согласно упомянутой методике.

При анализе природоохранного нормативного документа ПНД Ф 14.1:2:4.204-04 [9] установлено, что в нем отсутствует чёткая регламентация в отношении типа используемого детектора, условий хроматографирования и так далее, обеспечивающих эффективное разделение пестицидов. В указанном документе приведены лишь ориентировочные метрологические параметры и условия хроматографирования применительно к газовому хроматографу с детектором электронного захвата (ДЭЗ) и капиллярной кварцевой колонкой HP-608 фирмы Perkin Elmer.

В связи с этим перед нами была поставлена задача подбора условий, обеспечивающих эффективное разделение и количественное определение при использовании конкретной ГХ системы (Кристалл 2000 М производства ЗАО СКБ Хроматэк). В работе со стандартными образцами пестицидов, нами были подобраны условия совместного количественного определения альдрина, гептахлора, ДДД, ДДЭ, альфа-, бета- и гамма-ГХЦГ на капиллярных колонках DB-1 и DB-608. Типичная хроматограмма смеси представлена на рис. 2.

Градуировочные графики для рассмотренных пестицидов линейны в диапазоне от 0.5 до 10 нг/мл для обеих колонок (рис. 3). При этом газохроматографические колонки DB-1 и DB-608 характеризуются более широким диапазоном определяемых содержаний для альдрина, гептахлора и изомеров ГХЦГ, соответственно.

В связи с близкими временами удерживания, была осуществлена статистическая оценка возможности совместного определения в- и г-гексахлорциклогексана, обладающих различной физиологической активностью. Оказалось, что во всем диапазоне концентраций изомеров, используемых для градуировки в- и г-ГХЦГ, соответствующих содержаниям, регистрируе-мым при анализе их остаточных количеств, данные изомеры не оказывают взаимного значимого влияния на результаты их количественного определения при подобранных условиях хроматографирования. Причем, колонка DB-1, в отличие от DB-608, характеризуется лучшей разрешающей способностью (R_s) для в- и г-изомеров ГХЦГ (таблица). Рассчитанные пределы обнаружения токсикантов (10^-12-10^-11 г), позволяют определять их на уровне ПДК.

В настоящее время широко используется внесение комплексных пестицидных препаратов в почвы, что обусловлено синергизмом их действия в целях защиты растений. Для некоторых, вносимых в совокупности пестицидов, этапы пробоподготовки схожи, что позволяет предположить возможность их совместного извлечения из анализируемой пробы при условии возможного последующего определения каждого компонента в полученном экстракте.

Поэтому нами была поставлена задачи подбора условий совместного извлечения пестицидов из одной пробы почвы, а также оценки возможности совместного определения смесей пестицидов на примере систем метафос + зенкор, ципроконазол + фосфамид и прометрин + фосфамид методами тонкослойной и газожидкостной хроматографии.

В данном аспекте заслуживают внимания следующие особенности предлагаемых методик. При анализе ципроконазола методом ТСХ по стандартной методике [10, 11] предполагается использование любого из двух пятен, соответствующих четырем различным диастереомерам, обусловленных наличием двух асимметрических атомов углерода в его молекуле.

Нами была поставлена задача градуировки и оценки сходимости результатов количественного определения ципроконазола по каждому пятну в отдельности. Как оказалось, экспрессный количественный анализ ципроконазола методом ТСХ, целесообразно проводить, используя только одно из пятен, как характеризующееся лучшими метрологическими характеристиками, несмотря на то, что стандартная методика не уточняет тип пятна, используемого для его определения.

Кроме этого, методами ТСХ и ГЖХ было показано статистически незначимое влияние ципроконазола и метафоса на количественное определение прометрина и зенкора, соответственно, во всём диапазоне изученных содержаний, а также ципроконазола при анализе фосфамида в области содержаний, не превышающих 10 мкг по каждому компоненту, что накладывает определенные ограничения на возможность анализа высоких содержаний данных пестицидных препаратов. Возможным выходом из данной ситуации, как правило, служит анализ меньшей пробы образца.

Выводы

Cтепень экстракционного извлечения прометрина достоверно коррелирует с величиной влагосодержания и времени компостирования препаратов дерново-подзолистой почвы. Необходимое время компостирования препаратов почвы, увлажненных до величин порядка 80% от полного влагосодержания, обеспечивающее максимальное извлечение прометрина, составляет 24 часа. Подобраны оптимальные условия разделения и количественного определения изомеров гексахлорциклогексана, а также альдрина, гептахлора, 4,4?-дихлордифенилдихлорэтана, 4,4?-ди-хлордифенилдихлорэтилена применительно к конкретной газохроматографической системе.

Благодарности

Работа выполнена в рамках реализации ФЦП «Исследования и разработки по приоритетным направлениям развития научно-технологического комплекса России на 2007-2013 годы» (государственный контракт №16.552.11.7089 от 12 июля 2012 г.) с использованием оборудования ЦКП «ЭБЭЭ» ФГБОУ ВПО «ПГТУ».

Литература

пестицид газохроматографический проба

1. Федеральный закон от 19 июля 1997 г. N 109-ФЗ "О безопасном обращении с пестицидами и агрохимикатами" (с изменениями от 10 января 2003 г., 29 июня 2004 г., 16 октября 2006 г., 26 июня, 30 декабря 2008 г., 4 октября 2010 г., 18, 19 июля 2011 г.)

2. Емельянова Н.С., Демина А.Ю., Курбатова С.В. Хроматографическое удерживание производных тиофена в ОФ ВЭЖХ. Бутлеровские сообщения. 2010. Т.20. №6. С.27-34

3. Барсукова Д.А., Коваленко А.Е., Кардонский Д.А., Еганов А.А.Разработка химико-аналитического метода определения метаболитов эфедрина водного экстракта из побегов эфедры в моче методом ГХ-МС. Бутлеровские сообщения. 2012. Т.32. №11. С.101-104.

4. Ашихмина Т.Я., Мамаева Ю.И., Растегаев О.Ю. Химико-аналитическое сопровождение государственного экологического контроля и мониторинга природных сред в районе уничтожения химического оружия. Бутлеровские сообщения. 2010. Т.23. №15. С.73-80.

5. Серов Ю.М., Савкин В.В. Исследование адсорбции Mетафоса и ДНОК на почве методом газовой хроматографии. Бутлеровские сообщения. 2011. Т.27. №15. С.80-84.

6. Разаренова К.Н., Сипкина Н.Ю., Жохова Е.В. Динамика накопления некоторых фенольных соединений в надземной и подземной частях Geranium pratense L. Бутлеровские сообщения. 2012. Т.31. №7. С.93-97.

7. МУ 2542-76 МЗ СССР Методические указания по определению симмтриазиновых гербицидов (симазина, атразина, пропазина, прометрина, семерона, мезоранила, метазина, метопротрина, приматола-м) в зерне кукурузы, воде и почве методом газожидкостной хроматографии. Утверждены Минздравом СССР. М. 1976.

8. ПНД Ф 14.1:2:4.204-04. Количественный химический анализ вод. Методика выполнения массовой концентрации хлорорганических пестицидов и полихлорированных бифенилов (ПХБ) в пробах питьевых, природных и сточных вод методом газовой хроматографии. - Взамен ПНД Ф 14.2:4.74-96; ПНД Ф 14.1.79-96; введ. 17.05.2004. М.: Аналитический центр контроля качества воды ЗАО «РОСА». 2004. 32с.

9. Ганжара Н.Ф. Практикум по почвоведению. М.: Агроконсалт. 2002. 280с.

10. Громова В.С. Способ определения хлорорганических пестицидов в почве. АС. №1385075 МКИ 01 №33/24 Бюллетень № 12. 30.03.88.

11. Методические указания по определению микроколичеств пестицидов в пищевых продуктах, кормах и внешней среде. Сборник № 26. Киев: Укргосхимкомиссия. 2000. 221с.

Размещено на Allbest.ru