Физико-химическиеметоды определения остаточных концентраций хлорорганических пестицидов впродуктах питания
Содержание
Введение
1. Общиесведения о хлорорганических соединениях
2.Хлорорганические пестициды в продуктах питания и методы их определения
Литература
Введение
Пестициды являются единственным загрязнителем, который сознательновносится человеком в окружающую среду. Применение пестицидов позволяет получатьстабильные урожаи и ограничивать распространение инфекций, передаваемыхживотными-переносчиками, например, малярии и сыпного тифа. Однако непродуманноеиспользование пестицидов имеет и негативные последствия. Пестициды поражаютразличные компоненты природных экосистем: уменьшают биологическуюпродуктивность фитоценозов, видовое разнообразие животного мира, снижаютчисленность полезных насекомых и птиц, а в конечном итоге представляютопасность и для самого человека.
Длительное хранение пестицидов на неприспособленных складах и вразрушенной таре приводит к сильному загрязнению окружающей среды: почвы,водных питьевых источников (даже артезианских вод), в целом агроландшафтов. Оноведет к появлению устойчивых к ним видов организмов, особенно среди насекомых;губит хищников (естественных врагов вредителей) и других полезных животных.Последнее вызывает резкое увеличение устойчивости к пестицидам возбудителейопасных болезней растений. Например, сейчас уже 110 видов наиболее опасныхфитопатогенных грибов стали высокоустойчивыми к 50 наиболее распространеннымфунгицидам. А ведь грибные болезни вызывают 80% потерь урожаясельскохозяйственных культур.
Особую опасность представляют хранящиеся стойкие органическиезагрязнители: хлорорганические соединения, ртутьорганические протравители, атакже обладающие высокой токсичностью фосфорорганические и медьсодержащиепестициды, нитросоединения.
Пестициды распространяются на большие пространства, весьмаудаленные от мест их применения. Поэтому весьма актуальна проблема определенияпестицидов в окружающей среде и продуктах питания.
1. Общие сведения о хлорорганических соединениях
Хлорорганические соединения. Физико-химические свойства и применение.Хлорорганические соединения (ХОС) широко применяют в качестве инсектицидов,акарицидов и фунгицидов для борьбы с вредителями зерновых, зернобобовых,технических и овощных культур, лесонасаждений, плодовых деревьев ивиноградников, а также используются в медицинской и ветеринарной санитарии дляуничтожения зоопаразитов и переносчиков болезней. Выпускают их в видесмачивающихся порошков, минерально-масляных эмульсий, дустов. У нас разрешеныдля применения следующие препараты: гексахлорциклогексан (ГХЦГ), гамма-изомерГХЦГ (линдан), гексахлорбутадиен (ГХБД), дилор, мезокс, полихлоркамфен (ПХК),тедион, каптан, тиодан и некоторые другие. Запрещено использовать такие опасныепестициды, как альдрин, дильдрин, эндрин и галекрон, ДДТ. Однако ДДТ покасохраняет свое значение в карантинных ситуациях. Благодаря резко выраженнымкумулятивным свойствам и персистентности он пока циркулирует в объектах внешнейсреды.
ХОС представляют собой галоидопроизводные многоядерных циклическихуглеводородов (ДДТ и его аналоги), циклопарафинов (ГХЦГ и его аналоги),соединений диеного ряда (альдрин, дильдрин, гексахлорбутадиен, гептахлор,дилор), терпенов (ПХП и ПХК), бензола и других соединений.
Все ХОС плохо растворяются в воде и хорошо в органическихрастворителях, маслах и жирах. Причем в пресной воде растворимость их выше, чемв соленой (эффект «высаливания»). В водоемах они поглощаются частицамиорганических веществ и осадком, вследствие чего их свойства и локализация могутменяться в разных типах водоемов. В акваториях, загрязненных нефтью, возникаетопасность концентрирования ХОС в пленке, растворимых фракциях и в донномосадке.
ХОС обладают высокой химической стойкостью к воздействию различныхфакторов внешней среды, относятся к группе высокостабильных исверхвысокостабильных пестицидов. В почве ДДТ сохраняется 12 и более лет, ПХП нПХК – до 0,5 – 2 лет, линдан и кельтан – до одного года. Коэффициент выноса ХОСиз почвы с поверхностным стоком составляет для ДДТ 0,02 – 0,3%, ГХЦГ – 0,06 – 0,10%,что соответствовало концентрации в воде 0,03 – 0,3 мкг/л (Ц.И. Бобовниковаи др.). Обладая этими свойствами, ХОС накапливаются в гидробионтах и передаютсяпо пищевой цепи, увеличиваясь примерно на порядок в каждом последующем звене.Однако не все препараты обладают одинаковой персистентностью и кумулятивнымисвойствами. В гидросфере и организме гидробионтов они постепенно разлагаются собразованием метаболитов. По вышеназванным причинам в зонах интенсивногоземледелия остатки ХОС и метаболитов в организме гидробионтов обнаруживаютсяпостоянно, что следует учитывать при диагностике отравлений.
В пресных и морских водоемах, а также гидробионтах, помимохлорорганических пестицидов, встречаются сходные с ними полихлорированныебифенилы (ПХБФ) и терфенилы (ПХТФ), используемые в промышленности. По своимфизико-химическим свойствам и физиологическому действию на организм, а такжеметодам анализа они весьма близки к хлорорганическим пестицидам. Поэтомунеобходима дифференциация этих групп хлорированных углеводородов.
Токсичность. Механизм действия ХОС на рыб во многом сходен с их влияниемна теплокровных животных. Рыбы и другие водные организмы более чувствительны кХОС, чем наземные животные. Особенно чувствительны к ХОС водные ракообразные инасекомые, которых нередко используют для контроля загрязнения воды какиндикаторные организмы.
В организм рыб ХОС поступают осмотически через жабры и черезпищеварительный тракт с кормом. Интенсивность поглощения ХОС рыбамиувеличивается при повышении температуры воды. Гидробионты способныконцентрировать ХОС в гораздо больших количествах, чем в окружающей среде(воде, грунте), коэффициент накопления этих веществ составляет в грунте 100,зоопланктоне и бентосе – 100 – 300, рыбах – 300 – 3000 и более. По этомупоказателю они относятся к группе веществ со сверхвысокой или с выраженнойкумуляцией. Суммарные концентрации ХОС в воде пресных и морских водоемов обычнониже микрограмма на литр.
В первую очередь ХОС накапливаются в органах и тканях, богатыхжирами или липоидами. У рыб их больше всего находят во внутреннем жире,головном мозге, желудочной и кишечной стенке, гонадах и печени, меньше – вжабрах, мышцах, почках и селезенке. С возрастом рыб отмечено увеличениеконцентрации ХОС. При метаболизме жиров во время голодания и миграции рыб, атакже при стрессовых состояниях накопленные в организме ХОС могут вызватьотравления рыб.
ХОС относят к ядам политропного действия с преимущественнымпоражением центральной нервной системы и паренхиматозных органов, особеннопечени. Кроме того, они вызывают расстройство функций эндокринной и сердечнососудистойсистемы, почек и других органов. ХОС также резко угнетают активность ферментовдыхательной цепи, нарушают тканевое дыхание. Некоторые препараты блокируют SH-группытиоловых ферментов. ХОС опасны для рыб своими отдаленными последствиями:эмбриотоксическим, мутагенным я тератогенным действием. Они снижаютиммунологическую реактивность и повышают восприимчивость рыб к инфекционнымболезням. ХОС относятся к группе высокотоксичных для рыб соединений (см.таблицу).Название и синонимы препаратов Виды рыб
Летальные концентрации CK50 по ДВ мг/л экспозиция ДДТ (дихлордифенил трихлорэтан, азотокс, 0,032 36 ч дикофан, пентахлорин Лосось 0,08 36 ч и др.) Щука 0,05* 48 ч Карась 0,07 – 0,03 96 ч ДДТ э. к. Карп 0,25 – 0,35** 48 ч ДДТ с. п. Карп 5,0** 48 ч Гамма-изомер ГХЦГ Карп 0,17 – 0,28 48 ч 90%-ный технический э. к. Радужная форель 0,3* 48 ч (гексахлорциклогексан, 0,2* 48 ч ГХЦГ, линдан, гамма-изомер) Пескарь 0,08 96 ч Плотва 0,08 24 ч Карась 0,12 48 ч Гексахлоран технический (8 – 12% гамма-изомера ГХЦГ) Карп 2,5 – 12,5** 96 ч Гептахлор (велзикол 104, гептамюль) Карп, радужная форель, щука 0,4 – 0,6* 48 ч Разные виды рыб 0,008 – 0,019 96 ч Гексахлорбензол Те же 0,25 – 3,6 96 ч Полихлоркамфен (ПХК, токсафен, килфен и др.) Радужная форель 0,23* 48 ч Окунь 0,16 24 ч Плотва 0,26 24 ч Карп, толстолобик 0,22 96 ч Верховка 0,04 96 ч Вьюн 0,18 96 ч Карп 0,022* 25 дн. Полидофен (40% ПХК + 20% ДДТ) Карп 0,17 96 ч Полихлорпинен (ПХП, стробан) Карп, линь Пелядь 1,0* 0,5* 24 ч 24 ч Щука 0,25* 24 ч Плотва, налим 0,1* 24 ч Окунь 0,05* 24 ч Метоксихлор (марлат) Разные рыбы 0,04 96 ч
Калган (ортоцид) Радужная форель 0,25* 24 ч
Карп 0,25 24 ч
Кельтан (дикофол, хлорэтанол) Карп 2,16 – 2,93 96 ч
Молодь верховки и пескаря 1,55 – 1,62 96 ч
Тиодан (эндосульфан, малике, циклодан, ти 0,01* 48 ч
мул) Щука 0,005* 48 ч
Карп 0,011 48 ч
Разные виды рыб 0,001 – 0,009 48 ч
Хроническое отравление карпов ПХК и полидофеном наступает приконцентрациях до 1/100 от CK50 (0,004 мг/л), кельтаном до 1/300 отСК50 (0,007 мг/л) и сопровождается гибелью 10 – 60% рыб в течение 60– 80 дней воздействия. Токсические концентрации других препаратов неустановлены. На основании изучения экспериментальных и природных токсикозов упогибших рыб обнаружены остатки некоторых ХОС (см. таблицу).Пестицид Виды рыб Органы Остатки ХОС, мг/кг острое отравление хроническое отравление ГХЦГ (линдан) Радужная форель Печень 11,7 – 14,6 Мышцы 2,3 – 3,5 ПХК Карпы (сеголетки) Внутренние органы 4,2 – 7.5 1,5 – 1, 6 Мышцы 1,6 – 1,8 0.1 – 0.5 Полидофен Карпы (сеголетки) Внутренние органы 3, – 3,9 1,5 Мышцы 0,3 – 1,5 0,1 – 0.5 Кельтан Карпы (сеголетки) Внутренние органы 8 – 24 1,5 – 4,4 Мышцы 5.8 Тиодан(эндосульфан) Форель, хариус Жабры 0,4 – 1,5 Печень 0,6 – 4,5 Мышцы 0,3 – 1,0 Карповые рыба целиком 1.0 – 4,7
В органах рыб, перенесших отравление, остатки ПХК, полидофена икельтана обнаруживают до 50 дней, а в трупах рыб до 8. При хранении погибшихрыб в холодильнике они сохраняются в тканях около 4 мес.
При поступлении ХОС с кормом интоксикация наступает при достижениилетального уровня их содержания в органах рыб, что доказано наэкспериментальной модели кумулятивного токсикоза.
В естественных условиях уровень накопления ХОС в рыбах зависит отобъема применения и величины остатков пестицидов в сточных водах. В зонах сумеренным применением хлорорганических пестицидов их остатки во внутреннихорганах рыб составляют: планктонофагов (плотва, тюлька) – 0,01 – 0,5 мг/кг ихищников (судак, окунь, щука) – 0,2 – 2,5 мг/кг. В жировых отложениях возможноувеличение на 1 – 2 порядка.
Из представителей зоопланктона наиболее чувствительны к ХОС водныечленистоногие и ракообразные. Токсические концентрации для дафний находятся науровне 0,001 мг/л, циклопов – более 0,01 мг/л. В то же время простейшие,моллюски, хирономиды к ним довольно устойчивы.
Симптомы и патоморфологические изменения. Несмотря на различие вхимической структуре, картина отравлений рыб хлорорганическими пестицидамиоднотипна. В первую очередь они действуют на рыб как нервные яды.
Сроки появления признаков отравления зависят от величиныконцентраций препаратов и времени их воздействия. При остром отравлении онинаступают через несколько часов после начала контакта с ядом, а при хроническом– через 7 – 10 дней.
Наиболее бурно симптомы проявляются при остром отравлении ихарактеризуются они повышенной возбудимостью, резким повышением подвижностирыб, отсутствием реакции на прикосновение к телу, нарушением координациидвижения (плавание по кругу, спирали, опрокидывание на бок) и полной потерейравновесия, замедлением дыхания. В агональной стадии развиваются параличи,гибель наступает от паралича центра дыхания. При вскрытии погибших рыбобнаруживают выраженное полнокровие внутренних органов, особенно печени ипредсердия, иногда встречаются мелкоточечные кровоизлияния в жабрах.Гистологическими исследованиями устанавливают застойную гиперемию сосудовпечени, почек, головного мозга, зернистое и жировое перерождение, а при высокихконцентрациях вакуольную дистрофию печеночных клеток (иногда их некробиоз),токсический отек жаберных лепестков, незначительное набухание респираторногоэпителия.
При хроническом отравлении рыбы перестают потреблять корм,угнетены или ведут себя беспокойно, интенсивно плавают у поверхности воды,затем они теряют равновесие, перевертываются на бок и погибают в состояниидепрессии. Печень погибших рыб набухшая, увеличена в объеме, с бледноватымоттенком. Отравление сопровождается тяжелыми дистрофическими инекробиотическими изменениями во внутренних органах и головном мозге. В печениобнаруживают обширные очаги зернисто-жировой и водяночной дистрофии, а такжефокусы некробиоза печеночных клеток, снижение или отсутствие в них гликогена.Иногда в печени отмечают гипертрофию клеток с наличием в них митотических фигурделения, а также скопление в их цитоплазме липофусцина.
В почках – дистрофия и последующая деструкция эпителия канальцев.Отмечена дистрофия и некробиоз клеток гемопоэтической ткани.
При высоких концентрациях препаратов жаберные лепестки отечны,респираторный эпителий набухший, отслоен от мембраны, частично десквамирован.При низких концентрациях эти изменения слабо выражены. Постоянно отмечаютдистрофию нейронов головного мозга и инволюцию фолликулярного эпителия вяичниках.
В случаях острого и особенно хронического отравления устанавливаютснижение уровня гемоглобина и количества эритроцитов (на 10 – 20%), лейкопению(число лейкоцитов снижено на 60%), нейтрофилию, лимфоцитопению. В эритроцитахотмечена гипохромазия, анизоцитоз, пойкилоцитоз, макро- и микроцитоз.
При поступлении пестицидов с кормом обнаруживают десквамативныйкатар кишечника, застойную гиперемию и дегенеративно-некробиотические измененияв печени.
Диагноз ставят на основании комплексных исследований; анамнестическихданных, клинико-анатомической картины интоксикации и обнаружения пестицидов вводе, грунте, органах рыб и других гидробионтах. Хлорорганические пестициды вэтих объектах определяют газохроматографическим методом согласно «Методическимуказаниям по определению ХОП и ПХБ при их совместном присутствии в объектахвнешней среды и биоматериале:», утвержденным Минздравом СССР. Для определенияПХК, полидофена и кельтана в воде и органах рыб разработаны и утверждены ГУВГосагропрома СССР методы тонкослойной хроматографии.
Прямым доказательством отравления рыб служат обнаружение ХОС вводе и органах рыб на уровне вышеприведенных летальных показателей и наличиеклинико-анатомических признаков интоксикации. В сомнительных случаях данныехимического анализа необходимо сравнивать с остатками ХОС в органах рыб изблагополучных водоемов. В рыбах и других объектах из крупных естественныхводоемов дополнительно определяют содержание полихлорбифенилов.
Профилактика заключается в недопущении внесения ХОП в водоохранной зоне,склоновых участках и основной водосборной площади водоемов, соблюдении правилприменения, хранения, транспортирования и утилизации пестицидов, периодическомконтроле их остатков в воде, грунте, гидробионтах. Присутствие ХОС в водерыбохозяйственных водоемов не допускается. Допустимые остаточные количествагексахлорана (сумма изомеров) в рыбе 0,2 мг/кг, ДДТ в рыбе и рыбных консервах0,2 мг/кг (временно), ПХК и ПХП не допускаются, для остальных ХОС неустановлены.
Рыба, содержащая остатки хлорорганических пестицидов, реализуетсясогласно санитарно-гигиеническим правилам. [1–3]
2. Хлорорганические пестициды в продуктах питания и методы ихопределенияМолоко – объект индикации токсической нагрузки хлорорганическихпестицидов на человека
Применениеперсистентных пестицидов в качестве химических средств защиты растений отвредных организмов на культурах полевого севооборота, как правило, приводит кнакоплению токсичных остатков действующих веществ и продуктов их деградации впочве обработанных полей, последующей миграции в объекты окружающей среды, ивторичному поступлению их в растения полевых культур, что обусловливаетсодержание остаточных количеств пестицидов в готовой сельскохозяйственнойпродукции [1, 2].
Товарнаячасть растениеводческой продукции используется человеком как готовые пищевыепродукты и как сырье для их изготовления, а побочная – в качестве зеленых кормов,силосной массы для домашних животных. Потребление животными кормов, содержащихостатки персистентных пестицидов, а человеком загрязненных пищевых продуктоврастительного и животного происхождения является основным путем поступлениятоксичных веществ в его организм.
Придлительном поступлении остатков пестицидов с пищевыми продуктами в организмчеловека или кормами в организм животного токсичные вещества постепеннонакапливаются в них и оказывают отрицательное воздействие на разныефункциональные системы организмов, вызывая нарушения в их работе. Очищение отвредных веществ осуществляется путем метаболического превращения токсикантов доболее подвижных в тканях соединений, способных легче исходных веществвыводиться из организма. Процесс выведения вредных действующих веществ иметаболитов пестицидов из организма теплокровных с биологическими жидкостями ифекальными массами очень продолжителен, а его интенсивность в большой мересвязана со степенью токсической нагрузки ксенобиотиков на человека или животное[3].
Индикаторомстепени и качества токсической нагрузки пестицидов на человека и домашнихживотных, живущих в определенном сельскохозяйственном регионе, могут служитьуровни содержания этих пестицидов в молоке человека и теплокровных животных.Однако наиболее удобным и доступным индикатором воздействия пестицидов наорганизмы можно считать молоко рогатого скота, в первую очередь – коровье.Большим достоинством данного объекта индикации токсической нагрузки являетсянеограниченность возможности отбора биоматериала и бездефицитность объемов,необходимых для проведения санитарно-гигиенических исследований, посколькустада рогатого скота имеются почти в каждом хозяйстве разныхсельскохозяйственных регионов.
Цельноекоровье молоко, и приготовленные из него молочные продукты, являются важнымкомпонентом пищевого рациона человека. Поэтому содержание в молочных продуктахвредных веществ (например, п, п'-ДДТ и его производные, изомеры ГХЦГ и др.) науровнях, превышающих величину максимально допустимого уровня (МДУ), может статьпричиной возникновения риска для здоровья населения. Среди разных возрастныхгрупп населения, группой повышенного риска к воздействию хлорорганическихпестицидов (ХОП) и продуктов их превращения считаются дети, потребляющие большемолочных продуктов, чем взрослые. Особому риску подвергаются дети младшего ираннего возраста, для которых молоко и молочные продукты являются основной инезаменимой частью пищевого рациона. Уменьшить воздействие ХОП на населениепозволяет санитарно-гигиенический контроль за соблюдением МДУ остаточныхколичеств пестицидов в пищевых продуктах, предлагаемых потребителю.
Изучениеуровней токсической нагрузки персистентных ХОП на крупный рогатый скот (КРС) исельское население проводилось в начале 90-х годов в одном из хозяйств Киевскойобласти. Исследовались образцы цельного коровьего молока, а также местныезеленые корма и силос, изготовленный из зеленой массы растений, возделывавшихсяв хозяйстве культур. Указанные образцы отбирались на фермах хозяйства в разноевремя года и исследовались на содержания остаточных количеств инсектицидов ДДТи ГХЦГ, то есть их действующих веществ и продуктов превращения (п, п'- и о, п'-ДДТ,п, п'- и о, п'-ДДЭ, п, п'- и о, п'-ДДД; -, -, -, -изомеры ГХЦГ). Измерения массовой доли ХОП в исследовавшихся образцахвыполнялись методом газожидкостной хроматографии на двух видах набивных колонокс использованием электроннозахватного детектора. Для селективногоколичественного анализа многокомпонентной смеси производных п, п'-ДДТ иизомеров ГХЦГ использовались стеклянные набивные колонки размером 1000x3 и2000x3 мм, соответственно заполненные сорбентами Хроматон N-AW-DMCS (0,16–0,20 мм)с 5% неподвижной фазы SE-30 и Хроматон N-AW-HMCS (0,125–0,160 мм) сосмесью неподвижных фаз 1,5% OV-17 + 1,95% QF-1 [4].
Надежностьидентификации соединений ХОП, обнаруженных методом ГЖХ, подтверждена и другимихроматографическими методами (ВЭЖХ, ТСХ).
Наблюденияза содержанием ХОП в молоке, отбиравшегося в летний период в течение двух летна фермах из холодильных установок, показали, что суммарные количества п, п'-ДДТи его производных, а также суммарные количества изомеров ГХЦГ в исследовавшихсяобразцах, в основном, были ниже МДУ для молока и молочных продуктов,потребляемых населением (0,05 мг/кг), а также предназначенных для детскогопитания (табл. 1). Только в одном случае уровень суммарногосодержания п, п'-ДДТ и его производных достигал МДУ, установленного длямолочных продуктов детского питания (0,01 мг/кг) [5, 7–9]. Основнымиостатками ХОП в коровьем молоке являлись п, п'-ДДЭ – метаболит п, п'-ДДТ и -изомерГХЦГ.
Изданных таблицы 1 видно, что уровни содержания ХОП в молоке в разное времяотбора проб несколько отличались. Это могло быть связано как с изменениемусловий содержания животных (стойловый или пастбищный режим содержания) вразные периоды года, так и особенностями кормового рациона. Например, прискармливании коровам сена и частичном докорме силосом (апрель) или при переходена пастбищный выпас (июнь, июль) уровень содержания п, п'-ДДТ и его производныхв молоке заметно увеличивался, а при введении в рацион зеленой массысельскохозяйственных культур (сентябрь, ноябрь) – снижался.
Суммарноесодержание изомеров ГХЦГ в молоке увеличивалось в тех случаях, когда кормовойрацион КРС большей частью состоял из зеленых кормов (июль, ноябрь), выращенныхна обработанных инсектицидом полях (табл. 2). При скармливанииживотным, в основном, сена и небольшого количества силоса, а также при выпасена пастбище (апрель, июнь), загрязнение молока изомерами ГХЦГ уменьшалось.
Намирассчитаны уровни возможного суточного поступления ХОП в организм человека сучетом нормы суточного потребления населением молока и молочных продуктов (впересчете на молоко), составляющей 1,225 кг/сут [6]. Суммарное суточноепоступление изомеров ГХЦГ колебалось от 0,001 до 0,007 мг/сут, а суммарноесуточное поступление п, п'-ДДТ и его производных – в пределах от 0,003 до0,01 мг/сут. Установленные уровни не превышали МДУ (табл. 3).
Влаборатории экспертизы пищевых продуктов ежегодно осуществляется контроль засодержанием ХОП в продуктах растительного и животного происхождения,поступающих на прилавки продовольственных магазинов г. Киева. Припроведении в 2002 году экспертных исследований молочной продукцииустановлено, что содержание остаточных количеств ХОП не превышало МДУ длямолока и молочных продуктов (в пересчете на молоко) для взрослого и детскогоконтингента населения.
В числомолочных продуктов, исследуемых на содержание п, п'-ДДТ и его производных, атакже изомеров ГХЦГ, входили: твердые и плавленые сыры, сметана, творог,сырковая масса и другие виды молочной продукции (табл. 4).
ОстаткиХОП в молочных продуктах, прошедших санитарно-гигиенический контроль в 2002 году,обнаруживались, в основном, в виде п, п'-ДДЭ-метаболита п, п'-ДДТ и -изомераГХЦГ.
Наосновании данных таблицы 4 проведен расчет возможного суточногопоступления ХОП в организм человека, с молоком и молочными продуктами,поступавшими на прилавки г. Киева (табл. 5).
Согласноданным таблицы 5, суточное поступление суммарного количества изомеров ГХЦГв организм человека с молочными продуктами в 2002 году составляло от0,0001 до 0,0007 мг/сут, а суммарного количества п, п'-ДДТ и егопроизводных – 0,0005–0,0028 мг/сут.
Сравниваяуровни суточного поступления ХОП в организм человека с молоком и молочнымипродуктами, установленные нами в начале 90-х годов, с уровнями, выявленными в2002 году, видно, что суточное поступление изомеров ГХЦГ и производных п,п'-ДДТ с молоком в организм человека уменьшилось в 10 и 4–6 раз соответственно.
Такимобразом, количественное содержание изомеров ГХЦГ и производных п, п'-ДДТ вмолоке КРС отражает процесс постепенного снижения степени загрязнения объектовокружающей среды остатками инсектицидов и одновременно является индикаторомвозможной токсической нагрузки ХОП на животных и человека.
Таблица 1. Уровни содержания ХОП в молоке коров (средниепоказатели по трем стадам хозяйства), 1990–1991 гг.
Время отбора проб молока (месяц)
Сумма изомеров ГХЦГ (мг/кг)
Сумма производных п, п'-ДДТ (мг/кг)
Июнь
0,0011
(0,0006–0,0017)
0,0037
(0,0024–0,0057)
Сентябрь
0,0015
(0,0012–0,0029)
0,0030
(0,0024–0,0057)
Ноябрь
0,0021
(0,0019–0,0029)
0,0020
(0,0023–0,0042)
Апрель
0,0014
(0,0010–0,0023)
0,0109
(0,0030–0,0274)
Июль
0,0054
(0,0027–0,0090)
0,0051
(0,0022–0,0071)
Сентябрь
0,0013
(0,0010–0,0017)
0,0025
(0,0020–0,0031)
Таблица 2. Уровни содержания ХОП в зеленых кормах и силосе (1990–1991 гг.)
Вид корма
Сумма изомеров ГХЦГ (мг/кг)
Сумма производных п, п'-ДДТ (мг/кг)
Зеленая масса:
кукурузы
0,0012
(0,0006–0,0026)
0,0062
(0,0027–0,0286) сахарной свеклы
0,0020
(0,0010–0,0029)
0,0045
(0,0020–0,0097)
Силос:
из ботвы сахарной свеклы
0,0035
(0,0032–0,0046)
0,0043
(0,0039–0,0062) из зеленой массы кукурузы
0,0059
(0,0037–0,0078)
0,0042
(0,0031–0,0059) из зеленой массы гречихи
0,0096
(0,0081–0,0118)
0,0021
(0,0015–0,0036) /> /> /> /> /> />
Таблица 3. Уровни возможного суточного поступления ХОП в организмсельского жителя с молоком и молочными продуктами (в пересчете на молоко),1990–1991 гг.
Время отбора проб молока (месяц)
Сумма изомеров ГХЦГ (мг/кг)
Сумма производных п, п'-ДДТ (мг/кг) Июнь 0,0014 0,0045 Сентябрь 0,0018 0,0037 Ноябрь 0,0026 0,0025 Апрель 0,0017 0,0134 Июль 0,0066 0,0062 Сентябрь 0,0016 0,0031
Таблица 4. Уровни содержания ХОП в молочных продуктах в пересчетена молоко (2002 г.)
Пробы молочных продуктов
Сумма изомеров ГХЦГ (мг/кг)
Сумма производных п, п'-ДДТ (мг/кг)
Сыры:
твердые
0,0006
(0,0002–0,0008)
0,0022
(0,0012–0,0024) плавленые
0,0004
(0,0003–0,0005)
0,0023
(0,0019–0,0024) Сметана
0,0003
(0,0002–0,0004)
0,0011
(0,0009–0,0012) Сырковая масса
0,0002
(0,0001–0,0002)
0,0006
(0,0005–0,0007) Творог
0,0001
(
0,0004
(0,0002–0,0005) Кисломолочные продукты 0,0004
(0,0003–0,0005)
Таблица 5. Уровни возможного суточного поступления ХОП в организмчеловека с молоком и молочными продуктами (в пересчете на молоко),г. Киев, 2002 г.
Пробы молочных продуктов
Сумма изомеров ГХЦГ (мг/кг)
Сумма производных п, п'-ДДТ (мг/кг)
Сыры:
твердые 0,0007 0,0027 плавленые 0,0005 0,0028 Сметана 0,0004 0,0014 Сырковая масса 0,0003 0,0007 Творог 0,0001 0,0005 Кисломолочные продукты 0,0001 0,0005
«Вольтамперометрический комплекс ИВА-5 для мониторинга элементов –токсикантов в воде и пищевых продуктах» [10]
Контроль содержания токсичных металлов на уровнепредельно-допустимых концентраций в природных, питьевых, сточных водах,продуктах питания и продовольственном сырье является важной проблемой, решение которойтребует создания новых средств измерения и экспрессных, надежных методованализа. Метод инверсионной вольтамперометрии, реализованный с использованиемграфитовых толстопленочных модифицированных электродов, обладает высокойчувствительностью и селективностью, низким влиянием матрицы и простотой ввыполнении, легко автоматизируется. Это послужило основой при разработкелабораторного вольтамперометрического комплекса «ИВА-5».
Комплекс включает: электронный блок, электрохимический датчик,программное обеспечение, методическое обеспечение. Электронный блок позволяет вавтоматическом режиме выполнять стадии накопления определяемого компонента нарабочем электроде, регистрации и измерения полезного сигнала и регенерацииповерхности рабочего графитового электрода. Электрохимический блок связан черезколлектор с электронным блоком и включает магнитную мешалку, электрохимическуюячейку, электроды. Индикаторным электродом является уникальный твердофазныйграфитсодержащий сенсор. Его преимущества перед российскими и зарубежнымианалогами: экологическая безопасность; электрохимическая регенерация в процессеанализа; высокая чувствительность и селективность; широкий спектр определяемыхэлементов, простота и низкая стоимость. Различные варианты этого сенсора запатентованы.Программное обеспечение работает в операционной среде Windows в интерактивномрежиме. Программа задает значения всех входных параметров, необходимых длявыполнения анализа, обеспечивает математическую обработку аналитическихсигналов, расчет концентрации определяемых веществ. Полученныеэкспериментальные данные могут быть выведены на печать в виде стандартногопротокола или помещены в буфер обмена для передачи другим приложениям.Методическое обеспечение комплекса ИВА-5 включает метрологически аттестованныеметодики измерения концентраций меди, свинца, кадмия, цинка, никеля, хрома,молибдена, марганца, мышьяка, олова и ртути в диапазоне 0,01–10 000 мкг/л.
Лабораторный аналитический комплекс «ИВА-5» включен в Госреестрсредств измерений (сертификат №9953) и рекомендован к применению Федеральнымгосударственным центром экологического контроля и анализа Министерстваприродных ресурсов России.
Пестициды группы хлорфеноксикарбоновых кислот
Применение капиллярного электрофореза
Применение пестицидов было и остается одним из основных путейинтенсификации сельскохозяйственного производства. Однако, будучи чужероднымихимическими веществами, вносимыми в окружающую среду, пестициды могутпредставлять собой известную опасность для природы и человека. Многие пестицидыспособны длительно сохраняться в среде обитания людей, попадая из одногообъекта среды в другой и превращаясь в более токсичные соединения. Согласномировой экологической статистике пестициды входят в группу экотоксикантов,составляющих так называемую «грязную дюжину» [1].
В качестве гербицидов наибольшее распространение получилихлорфеноксикарбоновые кислоты (ФКК) и их производные. Ввиду отсутствияприемлемых альтернативных способов борьбы с сорняками производство ипотребление пестицидов этой группы продолжает возрастать. Общая формула длясоединений группы хлорфеноксикарбоновых кислот.
Известно влияние заместителей R1 и R2 на гербицидную активностьэтих соединений. В общем случае возрастание активности происходит при R=Hal,причем максимум гербицидной активности наблюдается при наличии в бензольномкольце двух атомов хлора, при дальнейшем росте числа атомов Hal гербициднаяактивность снижается. Таким образом, соединения группы 2,4 – дихлорфеноксикарбоновыхкислот являются самыми активными гербицидами и, следовательно, наиболее широкоиспользуются. Активному распространению соединений группы 2,4 – Дспособствует также наличие у отдельных ее представителей (2,4 – Д, 2,4 –ДМ, 2М-4ХП) гормональных свойств: применение препаратов, содержащих указанныегербициды, ведет к интенсификации биосинтеза белка, стимулированиюкорнеобразования и ускорению дозревания плодов [2].
Наиболее распространенные пестициды группы ФКК и их ПДК в водныхобъектах представлены в табл. 1.
Таблица 1. Перечень наиболее распространенных пестицидов группыФКК и их ПДК в объектах окружающей среды
Название
Синоним или краткое обозначение
ПДК, мг/л
Кислота феноксиуксусная
ФУК
1 (питьевая вода)
Кислота 2,4 – дихлорфеноксиуксусная
2,4 – Д
0,03 (питьевая вода)
1 (природная)
Кислота 2-метил-4 хлорфеноксиуксусная
2М-4Х, МСРА
0,02 (воды рыбохоз. водоемов)
0,04 (сан-быт.)
Кислота 2,4,5 – трихлорфеноксиуксусная
2,4,5 – Т
Запрещена к применению!
Кислота 2,4 – дихлорфенокси-α-пропионовая
Дихлорпроп, 2,4 – ДР
0,5 (питьевая)
0,62 (природная)
Кислота 2-метил-4-хлорфенокси-α-пропионовая
Мекопроп, 2М-4ХП, МСРР
–
Кислота 2,4,5 – трихлорфенокси-α-пропионовая
2,4,5 – ТР, Silvex
–
Кислота 2,4 – дихлорфенокси-α-масляная
2,4 – ДВ
0,01 (питьевая)
В народном хозяйстве представители ФКК применяются в качествегербицидов (для борьбы с сорняками), арборицидов (для уничтожения малоценныхпород кустарников), альгицидов (для уничтожения водных растений при зарастанииводоемов). Попадая в различные объекты окружающей среды, пестицидынакапливаются в них либо включаются в различные миграционные цепи (рис. 1).При этом в каждом из объектов окружающей среды пестициды подвергаютсявсевозможным процессам разложения. ФКК характеризуются сравнительно низкойперсистентностью – способностью сохраняться какое-либо время в окружающейсреде, не теряя своей биологической активности, и, например, в почве подверженыкаталитическим процессам разложения с участием микроорганизмов и ферментов:деалкилированию, дегалогенированию, гидролизу, разрыву кольца и т.д. собразованием в конечном итоге 2,4 – Д и 2,4 – ДХФ (2,4 – дихлорфенола),более стабильных, чем исходные соединения. Обладая хорошей растворимостью вводе, продукты разложения вымываются из почвы и поступают в грунтовые воды, азатем в открытые водные объекты.
Кроме того, в водные объекты ФКК могут поступать как принепосредственном внесении ядохимикатов в водоемы (в качестве альгицидов), так исо стоками химических и родственных производств. В водных объектах ФКК такжепретерпевают разложение до 2,4 – Д и 2,4 – ДХФ [3].
Стабильность 2,4 – Д в различных объектах отражена в табл. 2и зависит как от физико-химических свойств вещества, так и биологическойприроды среды, температуры, влажности, УФ-радиации и т.д.
Таблица 2. Стабильность 2,4 – дихлорфеноксиуксусной кислоты
в объектах окружающей среды.
Объект среды
Максимальная стабильность
препарата, сутки
Почва
300–500
Растительные материалы
120–180
Водные организмы
100–150
Водная среда
120
О распределении 2,4 – Д в водных объектах имеютсяпротиворечивые данные. Учитывая коэффициенты распределения пестицида междуотдельными компонентами биосферы, в [4] было показано, что наибольшая доля 2,4 –Д накапливается в воде (93,8%), а в [3] продемонстрировано распределение 2,4 –Д при поступлении в воду: основная доля (60%) метаболизируется в растительномматериале в виде конъюгатов, незначительная часть (5–10%) адсорбируется доннымиосадками, песком и 30% остается в воде.
Экологическая безопасность пестицидов связана с ихизбирательностью, а также большей или меньшей персистентностью. Класс ФККотносится к среднетоксичным соединениям, значительно уступая по токсичности,например, группе хлорорганических пестицидов. Тем не менее ряд представителейФКК обладают отдаленным токсическим действием: так у 2,4,5 – Т выраженоэмбриотропное действие и этот препарат запрещен к применению в России.
Будучи ксенобиотиками, вносимыми в окружающую среду, пестицидыпредставляют собой несомненную опасность для природы и человека. Важную роль впредотвращении негативных последствий применения пестицидов играет контроль засодержанием их токсических остатков в объектах окружающей среды,растениеводческой продукции, кормах и продуктах питания. Наиболее широко дляанализа пестицидов класса ФКК используют физико-химические методы и в первуюочередь ГЖХ и ВЭЖХ, отличающиеся высокой селективностью и чувствительностьюопределения ФКК [5,6,7,8]. Однако кроме вышеуказанных достоинств методики имеютряд недостатков. Так, например, используемые в ГЖХ-варианте дериватизирующиеагенты представляют собой высокотоксичные соединения, а в ВЭЖХ-вариантеизвестно мешающее влияние гуминовых кислот и связанные с этим дрейф базовойлинии, трудности при идентификации и количественном определении. Кроме того,оба хроматографических метода анализа характеризуются сложностью аппаратурногооформления.
В гораздо меньшей степени для аналитического контроля различныхобъектов на содержание пестицидов используют фотометрические,электрохимические, иммуноферментные методы и методы биоиндикации [5,9].Большинство указанных методов характеризуются длительностью пробоподготовки,использованием большого количества (и объемов) реактивов, некоторые требуютналичия дорогих специфических реагентов.
Относительно новым, экспрессным и достаточно чувствительнымметодом анализа пестицидов является капиллярный электрофорез [8,9]. ФКК внейтральных и щелочных растворах диссоциируют с образованием органическиханионов. Этот факт определяет самый простой вариант их анализа методомкапиллярного электрофореза – так называемый зонный электрофорез, при котором компонентыпробы, введеной с входного конца кварцевого капилляра, разделяются вэлектрическом поле за счет их различных подвижностей и детектируются в видедискретных зон индивидуальных компонентов. Необходимо отметить важностьразделения и последующего определения не только самих ФКК, но и продуктов ихдеструкции, многие из которых также оказывают токсическое воздействие наокружающую среду и человека. Для ФКК таким сопутствующим компонентом является2,4 – дихлорфенол (2,4 – ДХФ).
В качестве разделительной системы выбрана смесь приоритетныхгербицидов (кислоты: феноксиуксусная, 2,4 – дихлорфеноксиуксусная (2,4 –Д), 2,4,5 – трихлорфеноксиуксусная, 2,4 – дихлорфенокси-α-пропионоваяи 2,4 – дихлорфенокси-α-масляная) и конечного продукта их разложения(2,4 – дихлорфенол). Все компоненты обладают заметным поглощением вУФ-области. Работа выполнялась на приборе «Капель-103» (НПФ АП «Люмэкс»), скадмиевой лампой (λраб 228,8 нм); длина используемогокварцевого капилляра 65 см (эффективная длина – 55 см); внутренний диаметркапилляра 75 мкм.
Оптимизировались следующие условия разделения ФКК методом зонногоэлектрофореза:
· Выборведущего электролита, оптимизация концентрации и рН.
· Вводпробы (гидродинамический, электрокинетический), оптимизация времени ввода длягидродинамического способа. Оценка способа ввода с выходного конца капилляра.
· Рабочеенапряжение.
· Полярностьприбора.
Литература
1. Тинсли И. Поведениехимических загрязнителей в окружающей среде./ Пер. с англ. М.: Мир, 1992. – 281 с.
2. Давидюк Е.И. Эколого-гигиеническаяоценка загрязнения объектов агробиоценоза некоторыми хлорорганическимипестицидами // Актуальні проблеми екогігієни і токсикології: Матеріалинаук.-практ. конф. Київ, 28–29 травня, 1998. – К., 1998. – С. 79–82.
3. Лунев М.И. Пестициды и охранаагрофитоценозов. – М.: Колос, 1992. –267 с.
4. Методы определения микроколичеств пестицидов впродуктах питания, кормах и внешней среде: Справочник. Т. 1. – М.: Колос, 1992.–566 с.
5. Федорова Л.М., Белова Р.С. Производныехлорфеноксиуксусных кислот и охрана окружающей среды. Саратов: СГУ, 1983. – 124 с.
6. Прогнозирование поведенияпестицидов в окружающей среде. Тр. Сов.-амер. симпоз. Ереван, октябрь 1981. Л.: Гидрометеоиздат, 1984. – 306 с.
7. Методы определения микроколичествпестицидов в продуктах питания, кормах и внешней среде. М.: Колос, 1977. – 215 с.
8. Методы определениямикроколичеств пестицидов в продуктах питания, кормах и внешней среде. М.:Колос, 1983. – 297 с.
9. Методика выполненияизмерений массовой концентрации 2,4 – Д, симазина, атразина в питьевойводе, воде водоемов и водоисточников методом ВЭЖХ. Уфа, РБ.АП-31/96.
10. В.М. Камышов, Х.З. Брайнина,Л.Э. Стенина, О.В. Инжеватова. «Вольтамперометрический комплекс ИВА-5для мониторинга элементов – токсикантов в воде и пищевых продуктах»