CC BY
6
9. flueHKo B. Fl. h ap. // Uhtoji. 11 reHeT.— 1984.— JS» 4.— C. 280—284.
10. Ashby J. // Short Term Test System for Detecting Carcinogenesis.— New York, 1980,— P. 74—93.
11. Baker R. S. // Carcinogenic and Mutagenic Metal Compounds / Ed. E. Merian.— New York, 1985,— P. 269—293.
12. Bianchi V., Levis A. G. // Ibid.— P. 269—293.
13. Borges K. M. H Diss. Abstr. Int. B.— 1991.— Vol. 51, N 7,— P. 3359—3362.
14. Brookes P. U Mutat. Res.— 1981,— Vol. 86,— P. 233—242.
15. Barue W. F. et al. // Cancer (Philad).— 1969.— Vol. 29,— P. 66—73.
16. Cannata J. B., Doming J. L. // Vet. hum. Toxicol.— 1989.— Vol. 31, N 6,— P. 577—583.
17. Chioccu S. M. et al. // Proc. Ann. Meet. Amer. Ass. Cancer Res.— 1950.— Vol. 31.— P. A792.
18. Christie N. T„ Costa M. // Biol. Trace Elem. Res.— 1983.— Vpl. 5, N 1,— P. 55—71.
19. Coombs iV. A. et al. // Ibid.— 1989,— Vol. 21,— P. 445— 450.
20. Dalinka M. K. et al. 11 Radiology.— 1969.— Vol. 93.— P. 914—916.
21. Dieter H. H. // Schriftenr. Ver, Wasser, Boden-u. Lufthyg.—
1987,— N 74,— S. 205—217.
22. Dupe V. £., Fisher D. E. // Cancer (Philad.).— 1972,— Vol. 30—..P. 1260—1266.
23. Fedtke N. et al. 11 Carcinogenesis.— 1990.— N 11 — P. 1287—1292.
24. Geiger L. et al. // Cancer Res.— 1983.— Vol. 43, N 7,— P. 3080—3087.
25. Genetic toxicology of ead compounds // Carcinogenesis.—
1988.— N 10,— P. 1727—1732.
26. Hansenk N.. Stern R. M. // Carcinogenic and Mutagenic Metal Compounds.— Ed. E. Merian.— New York, 1985.— P. 207—211.
27. Hayes R. E. // Biological and Environmental Aspects of Chromium.— Amsterdam, 1982,— P. 221—247.
28. Kao J. et al. // Toxicol, appl. Pharmacol.— 1983.— Vol. 67, N P. 206—217.
29. Karematsu N.. Nata M„ Kada T. 11 Mutat. Res.— 1975.— Vol. 31.— P. 185—189.
30. Kasprzak K. S., Hernandes L. Ц Cancer Res.— 1989,— Vol. 49.— P. 5964 —5968.
31. Kjetlstrand P.. Boberg U. // Scandinavian Cell Toxicology Congress, 10-th.— 1990,— P. 222—225.
32. Kochnar T. S. et al. // Proc. Ann. Meet. Amer. Ass. Cancer Res.— 1989,— Vol. 14, Suppl. 15.— P. 104.
33. Lohrer H. et al. 11 Carcinogenesis.— 1990.— N 11 — P. 1937—1941.
34. MacDougatl A. // J. Bone.— 1956.— Vol. 388,— P. 709— 710.'
35. Miura Т., Landolph J. R. // Environ. Mutagen.— 1987.— Vol. 9, Suppl. 8.— P. 190.
36. Moore M. et al. // Environ, moles. Mutagenes.— 1988.— Vpl. 11, N 1.— P. 49—63.
37. Nishioka H. 11 Mutat. Res.— 1975.— Vol. 31,— P. 185—189.
38. Oppenheimer B. S. et al. // Films Proc. Soc. exp. Biol. (N. Y.).— 1952,— Vol. 4,— P. 1433—1447.
39. Patierno S. R. et al. 11 FASEB J.— 1991.— Vol. 5, N 6,— P. 1603.
40. Rodrigues-Anrados F., Estvill J. // Rhinology.— 1987.— Vol. 25.— P. 213—215.
41. Sirover M. A. 11 Environ. Hlth Perspect.— 1981.— Vol. 40,— P. 163—172.
42. Sirover M. A., Loeb L. A. // Science.— 1976,— Vol. 194, N 4272,— P. 1434—1436.
43. Some Metals and Metalic Compounds.— Lyon, 1980.
44. Sunderman F. W. // Fund. appl. Toxicol.— 1989.— Vol. 13, N 2,— P. 205—216.
45. Some Monomers, Plastic and Synthetic Elastomers and Acrolein.— Lyon, 1979.
46. Strippler V. // Mschr. Unfallheilk.— 1959 — Bd 62,— S. 121 — 123.
47. Sunderman F. W. // Scand. J. Work. Environ. Hlth.— 1989.— Vol. 15, N 1— P. 1—2.
48. Tayton K. /., Ewings N. // Cancer (Philad.).— 1980,— Vol. 45.— P. 413—415.
49. Thais B. R. // Rev. Cuba. Farm.— 1991,— Vol. 25, N 1,— P. 4—19.
50. Thompson I. R„ Entin S. D. 11 Cancer (Philad.).— 1969.— Vol. 23,— P. 936—939.
Поступила 07.10.93
© А. Г. МАЛЫШЕВА, 1994 УДК 614.72-074
А. Г. Малышева
АНАЛИТИЧЕСКОЕ ИССЛЕДОВАНИЕ ВЕЩЕСТВ СЛОЖНОГО СОСТАВА ПРИ ИХ ГИГИЕНИЧЕСКОЙ ОЦЕНКЕ
НИИ экологии человека и гигиены окружающей среды им. А. Н. Сысина РАМН, Москва
При решении задач в области гигиены окружающей среды актуальными остаются проблемы контроля и гигиенического нормирования веществ, представляющих собой сложные многокомпонентные смеси. С точки зрения аналитической химии практически все объекты окружающей среды — это сложные смеси органических и неорганических веществ. Поэтому определение их состава — это аналитическая задача, без которой невозможно решать теоретические и методические вопросы гигиенической регламентации. В то же время с позиций гигиенического нормирования сложные многокомпонентные смеси иногда могут рассматриваться как самостоятельный объект изучения и регламентации. Это утверждение можно проиллюстрировать примером контроля загрязнения атмосферного воздуха жилой зоны в районах расположения предприятий пищевой промышленности, от которых в окружающую среду поступают наряду с твердыми частицами в виде пыли пищевых продуктов (например, пыли кофе, перца и др. при размоле, фасовке, упаковке и других технологических процессах на пищекомбинатах) и летучие органические вещества. Необходимо отметить особую гигиеническую значимость загрязнения окружающей среды предприятиями пищевой промышленности, которая проявляется многочисленными жалобами населения на наличие запаха в воздухе жилой зоны в районах расположения этих предприятий. В то время как содержание пыли можно контролировать простейшими весовыми методами, анализ летучих компонентов, включая запахи, требует использования эффек-
тивных аналитических методов, обладающих высокой чувствительностью и специфичностью.
С целью совершенствования контроля и решения методических подходов к гигиеническому нормированию сложных смесей, входящих в состав выбросов производства пищевой промышленности, мы провели аналитическое исследование летучих компонентов перца. Изучен спектр органических веществ, выделяемых в окружающую среду 3 видами перца, в частности, черным, красным и душистым. Для исследования использовали хромато-.масс-спектрометр ЛКБ-2091 (Швеция), соединенный с компьютером РДР 11/34 (США)1. Летучие органические вещества определяли методом газовой экстракции. При этом способе анализа исследованию подвергали газовую фазу, находящуюся в равновесном состоянии с твердой, в данном случае с образцом перца. В результате этого проведено определение именно тех веществ, которые поступают в окружающую среду в процессе переработки, упаковки и хранения перца.
Хромато-масс-спектрометрический анализ проводили при следующих условиях. Образец перца в количестве 100 г помещали в стеклянную колбу вместимостью 1 л с притертой пробкой и выдерживали его в темном месте в течение нескольких дней, чтобы установилось равновесное состояние
1 В проведении анализов принимал участие канд. хим. наук Е. Г. Растянников.
летучих компонентов в газовой фазе над образцом перца. Перед отбором пробы меняли притертую пробку на аналогичный шлиф с патрубками для входа и выхода воздуха, к выходному концу которого подсоединяли поглотительную трубку с сорбентом. В качестве сорбента использовали полимерный пористый материал тенакс йС. К противоположному концу поглотительной трубки подсоединяли шприц вместимостью 100 мл. Затем прокачивали пробу газовой фазы через поглотительную трубку в количестве 40 мл. Разделение смеси летучих компонентов, выделяемых образцом перца, после термодесорбции их из трубок при 250 °С в потоке гелия, последующего криофокусирования десорбированных веществ и вытеснения их при нагревании до 95—98 °С из охлаждаемого жидким азотом стеклянного капилляра осуществляли на кварцевой капиллярной колонке длиной 50 м и с внутренним диаметром 0,25 мм с силиконовой стационарной фазой БЕ-ЗО в режиме программирования температуры колонки от 20 °С в течение 4 мин до 270 °С со скоростью 4 °С/мин. Идентификацию органических веществ, содержащихся в летучих выделениях перца, проводили по масс-спектрам с помощью международного каталога масс-спектров на 30 000 соединений и компьютерной библиотеки масс-спектров.
Следует отметить, что используемый в данном иссле-довайии метод компьютерной хромато-масс-спектрометрии дает возможность определять одновременно свыше 100 химических соединений. К ним относятся: предельные (от бутана до тридекана и их изомеры), непредельные (от бутилена до децена и их изомеры), ароматические (бензол, толуол, ксилол, стирол и их производные), циклические и терпеновые углеводороды, хлор-, серо-, азотсодержащие соединения, альдегиды, кетоны, спирты, эфиры, органические кислоты. Таким образом, проведен анализ на наличие широкого спектра летучих органических веществ.
Компонентный состав веществ представлен терпеновыми и сесквитерпеновыми углеводородами, терпеноидными спиртами, ацетоном и ароматическим углеводородом — п-цимо-лом. Всего идентифицировано 26 веществ (табл. 1). Все соединения, за исключением ацетона и п-цимола, которые можно причислить к антропогенным загрязнителям, относятся к веществам природного происхождения. Состав летучих веществ специфичен для каждого вида перца, однако можно отметить некоторые черты, характерные для всех видов. Особенностью является наличие большого количества терпеновых углеводородов СюН|6, на долю которых приходится свыше 70 % количества выделяемых веществ. Среди терпеновых углеводородов в летучих выделениях перца обнаружены а- и р-пинены, лимонен, а- и (3-фелландрены, а-туйен, камфен.
Таблица I
Органические соединения в летучей фракции перца
Таблица 2
Содержанке основных групп летучих органических веществ в перце, %
Содержание, %
Соединение
в черном в красном в душистом
перце перце перце
Ацетон 0,7 _ 0,6
а-Туйен 0,5 1,0 0,5
а-Пинен 14,7 9,4 4,3
Камфен 0,7 1,0 —
Сабинен 14,6 — 2,5
р-Пинен 18,0 5,2 2,7
Мирцен 2,3 50,8 44,6
Д3-Карен 9,8 7,9 1,3
а-Терпинен 3,7 0;4
п-Цимол 0,7 0,9 0,3
а-Фелландрен 1,0 — —
Р-Феллапдрен 2,5 — —
1,8-Цинеол —■ — 22,6
Лимонен 8,4 ' 10,4 9,8
а-Оцимен 0,2 3,8 3,7
у-Терпинен 0,2 3,5 0,5
1,4-Цинеол 0,4 — —
Терпинолен 0,6 2,5 0,6
Линалоол 0,8 — 0,7
Терпинеол-4 0,2 — 0,5
Д-Элемен 1,0 — —
Копаен 3,6 — —
Метилизоэв генол — — 0,7
Аромадендрен 0,7 — —
Кариофиллен 18,2 — 3,8
Гумулен 0,6 — 0,1
Группа веществ
Вид перца
черный
красный
Терпеновые углеводороды 73,3 Сесквитерпеновые
углеводороды 24,0
Терпеноидные спирты 1,3
99,2
Не обнаружены
» »
70.7 4,0
23.8
сабинен, мирцен, Д -карен, а- и у-тергинены, терпинолен, р-оцимен. Помимо перечисленных терпеновых углеводородов, в летучих выделениях перца присутствуют более тяжелые компоненты — сесквитерпеновые углеводороды С15Н24. Среди них обнаружены А-элемен, копаен, аромадендрен, кариофил-лен, гумулен. Для всех видов перца характерно выделение в значительных количествах мирцена, лимонена, а-пинена, Д3-карена, (З-пинена. Эти вещества могут быть названы основными. Однако и качественный, и количественный состав летучих веществ строго специфичен для каждого вида перца. В табл. 2 представлены основные группы летучих органических веществ в перце разных видов. У черного перца основную долю из всех обнаруженных соединений составляют терпеновые и сесквитерпеновые углеводороды, у красного — только терпеновые, причем сесквитерпены и терпеноидные спирты вообще отсутствуют, у душистого перца — терпены и терпеноидные спирты. Главными соединениями в летучих выделениях черного перца являются кариофиллен (18,2 %), р-пинек (18 %),а-пинен (14,7 %),сабинен (14,6 %), Д3-карен (9,8%), лимонен (8,4%), копаен (3,6%), р-фел-ландрен (2,5 %), мирцен (2,3 %), доля которых составляет свыше 92 %. Главные летучие соединения красного перца — мирцен (50,8 %), лимонен (10,4 %), а-пннен (9,4 %), Д3-карен (7,9%), р-пинен (5,2%), р-оцимен (3,8%), а-терпинен (3,7 %), у-терпинен (3,5 %), содержание которых превышает 94 %. Главными летучими соединениями душистого перца являются мирцен (44,6%), 1,8-цинеол (22,6%), лимонен (9,8%), а-пинек (4,3%), кариофиллен (3,8%), р-оцимен (3,7%), р-пинен (2,7%), сабинен (2,5%), составляющие 94 % от общего выхода летучих органических веществ.
Исследованные виды перца имеют хорошо выраженную видовую специфику. Так, доля мирцена в летучей фракции черного перца составляет 2,3 %, красного — 50,8 %, душистого — 44,6%; содержание кариофиллена в черном перце равно 18,2 %, в душистом — 3,8 %, в красном — он не обнаружен и т. д. В черном перце преобладает кариофиллен (18,2%), в красном и душистом — мирцен (50,8 и 44,6%, соответственно). Большее количество а- и р-пинена, сабинена, Д3-карена по сравнению с другими видами перца выделяет в окружающую среду черный перец. Этот вид перца обладает более широким спектром летучих органических веществ. Для него характерны соединения, отсутствующие в летучих выделениях других видов перца, например а- и р-фелландрен, 1,4-цинеол, линалоол, терпинеол-4 и все из идентифицированных сесквитерпеновых углеводородов. В то же время специфической особенностью летучих соединений душистого перца является наличие большого количества (22,6%) терпе-ноидного спирта — 1,8-цинеола, который не обнаружен в черном и красном перце. Особенностью красного перца является выделение большого количества терпеновых углеводородов, содержание которых превышает 99 % от общего количества продуцируемых летучих соединений. Различия в компонентном составе и специфика проиллюстрированы на рисунке, в котором приведены хроматограммы летучих компонентов разных видов перца. Идентифицированные вещества: / — а-туйен, 2 — а-пинен, 3 — камфен, 4 — сабинен, 5 — р-пинен, 6 — мирцен, 7 — а-фелландрен, 8 — Д3-карен, 9 — п-цимол, 10 — р-фелландрен, 11 — лимонен, 12 — р-оцимен, 13 — у-терпинен, 14 — 1,4-цинеол, 15 — терпинолен, 16 — линалоол, 17 — терпинеол-4, 18 — Д-элемен, 19 — копаен, 20 — аромадендрен, 21 — кариофиллен, 22 — гумулен, 23 — а-терпинен, 24 — 1,8-цинеол, 25 — метилизоэвгенал. Хроматограммы фиксируют качественные и количественные различия между летучими компонентами черного, красного и душистого перца.
Таким образом, проведено хромато-масс-спектрометриче-ское изучение летучих органических веществ 3 видов перца — черного, красного и душистого. Установлено, что основными
100 во 60 40 20
О во во <Ю
го о во во
40 го
а
з
ии
ИШ
та
п . I
22
800 900
юоо ноо >гоо !зоо 1400 1500 /еоо поо
и:
/ООО ПОО 1200 1ЭОО 1400 1500 /оОО Г700
111
1-1-1-1-1-1-1-1 I
воо ООО /ООО ПОО 1200 1ЭОО 1400 !5СЮ !6СО ПОО
Фрагменты хроматограмм летучих компонентов перца.
По оси абсцисс — номера масс-спектра; по оси ординат — интенсивность пика (в отн. ед.), а — черный перец, б—красный, в — душистый перец. Остальные обозначении в тексте.
группами летучих веществ являются терпеновые и сесквитерпеновые углеводороды и терпеноидные спирты. Исследованные виды перца по компонентному составу летучих веществ имеют различия и ярко выраженную видовую специфику. Более широким спектром летучих веществ обладает черный перец.
Поскольку для каждого вида выявлены характерные специфические ингредиенты, то гигиенические нормативы и методы их контроля должны устанавливаться для каждого конкретного вида перца отдельно. Терпеновые углеводороды являются веществами природного происхождения и в основном
именно они обусловливают появление запаха в воздухе, в то же время эта группа веществ оказывает как раздражающее, так и токсическое действие. Так, смесь паров терпеновых углеводородов при концентрации 0,7—1 мг/л вызывает в течение 15 мин у большинства людей раздоажение дыхательных путей и глаз, а концентрации выше 0,55 мг/л являются непереносимыми большинством людей в течение 8 ч [I]. В связи с этим, определяя перспективы аналитического контроля загрязнения окружающей среды, вызванного летучими компонентами перца, исходя из возможностей практической санитарной службы, следует отметить необходимость одновременного решения 2 вопросов: выбор ведущего компонента с учетом эффекта (токсичность, раздражение, запах) и метода контроля, приемлемого для практики. Например, в качестве ведущего ингредиента может быть выбран кариофиллен, для которого возможно разработать метод контроля с использованием газовой хроматографии. В этом случае ПДК может предлагаться в расчете на этот ингредиент. Индикаторной характеристикой для установления Г1ДК может являться методика суммарного определения терпенов. Возможно также при осуществлении конроля ориентироваться на простейший метод — весовое определение пыли перца, а его норматив установить в пересчете на действующее начало — ведущую группу терпенов. Но в этом случае возникает трудно преодолимая задача дифференциации пыли перца от других видов пыли. Потенциально возможен также другой подход, в основе которого лежат аналитические возможности контроля. При этом выбирается индикаторный компонент, для которого уже имеется метод определения. ПДК в этом случае может устанавливаться в расчете на терпен, исходя из зависимости содержания индикаторного вещества от суммарного содержания терпенов. В то же время при разработке методов и осуществлении контроля за выбросами перца нельзя не учитывать высокую реакционную активность терпеновых углеводородов, которая в результате процессов трансформации может привести к образованию более токсичных соединений. В то же время различия в реакционной способности отдельных терпеновых углеводородов очень велики. Например, в ряду р-пинен<а-пи-нен<Д3-карен<лимонен<мирцен<оцимен<а - фелландрен< <Р-фелландрен<а-терпинен константы скоростей фотохимических реакций с озоном и оксидами азота для первого и последнего соединений отличаются на несколько порядков. В связи с этим аналитический контроль выбросов производства перца необходимо осуществлять с учетом процессов трансформации выбросов каждого конкретного вида перца. Однако остается неясным, в какой степени природные факторы будут вызывать трансформацию, но бесспорно, что применение сильного окислителя, например, такого, как озон, может рассматриваться перспективным для деструкции этой группы, т. е. снижения запаха и токсичности выброса [2, 3].
Литература
1. Вредные вещества в промышленности / Под ред. Н. В. Лазарева.— Т. 2. Л., 1976.
2. Малышева /.. Г., Растянников Е. Г. // Гиг. и сан,— 1993,— № 6,— С. 52—55.
3. Малышева А. Г., Растянников Е. Г. // Там же.— № 7.— С. 64—68.
Поступила 29.11.93
