CC BY
27
Методы исследования
УДК 613-073
Доктор мед. наук Ю. В. Новиков, канд. хим. наук М. Т. Дмитриев, канд. биол. наук В. А. Хрусталева
ФИЗИЧЕСКИЕ МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ В СОВРЕМЕННОЙ ГИГИЕНЕ 1
Московский научно-исследовательский институт гигиены им. Ф. Ф. Эрисмана н Институт общей и коммунальной гигиены им. А. Н. Сысина, Москва
В современной гигиене все шире используются физические методы исследования, позволяющие решать принципиально, новые задачи. Важное значение таких методов отмечается не только учеными-гигиенистами, но и представителями физических наук. Так, один из крупнейших современч ных американских физиков указывает, что именно физические методы сыграют основную роль в защите от загрязнения окружающей среды (Ф. Дайсон).
В последние годы в связи с интенсивным развитием исследований, посвященных санитарной охране внешней среды, гигиеническая наука и санитарная практика призваны решить ряд новых задач, связанных с разработкой чувствительных методов определения различных вредных веществ в объектах внешней среды. Это возможно при использовании таких методов, как газовый хроматографический анализ, хроматография в тонком слое, эмиссионный спектральный анализ, атомно-абсорбционный спектральный анализ, фазовый рентгеновский анализ, масс-спектральный анализ и др. Значение этих приемов возрастает в связи с приказом министра здравоохранения СССР № 300 от 29/ IV 1969 г. об утверждении новых штатных нормативов медицинского и инженерно-технического персонала санэпидстанций, которые позволяют иметь в их составе около 3000 инженеров и более 1000 техников. Тем самым возрастают возможности внедрения физических методов в практику санитарно-гигиенических исследований.
Особенно перспективным представляется широкое внедрение газо-хроматографических методов. Стоимость газовых хроматографов невысока, а работа с ними относительно не сложна, что обусловливает их повсеместное применение в санэпидстанциях. В то же время чувствительность газохроматографических методов, по полученным нами данным, составляет тысячные доли микрограмма для пламенноионизационных и миллионные доли микрограмма для электроннозахватных детекторов, что намного порядков превышает чувствительность обычных спектрофотометрических методов, соответствующую определению долей микрограмма в анализируемой пробе.
Газовый хроматографический анализ открывает большие возможности для разделения смесей веществ на отдельные компоненты, позволяет проводить идентификацию веществ, определять количественный состав и выделять отдельные фракции компонентов. Применение этого метода помогает достичь такого разделения, которого нельзя получить другими методами. Поэтому газовый хроматографический анализ дает гигиенисту и санитарному врачу важный инструмент, ибо в объектах внешней среды
1 Доложено на XVI Всесоюзном съезде гигиенистов и санитарных врачей.
(атмосфера населенных мест, вода водоемов) очень часто содержится целый «букет» вредных органических веществ. При этом можно разделять смеси сложного состава с близкими физическими и химическими свойствами отдельных компонентов. Благодаря газовому хроматографическому методу удается в одном анализе установить все примесные компоненты или большинство их, что обычно неосуществимо с помощью других методов; применение же высокочувствительных детекторов в ряде случаев облегчает определение примеси без предварительного концентрирования. Все это делает газовую хроматографию исключительно ценной при гигиенических исследованиях. Одним из преимуществ ее перед другими физико-хиМическими методами является быстрота проведения анализов; воспроизводимые результаты получают в течение минут и даже секунд. Расшифровка результатов хроматографического анализа достаточно проста, а современный газовый хроматограф представляет собой автоматический прибор, требующий от обслуживающего персонала выполнения лишь небольшого числа операций. Таким образом, можно говорить о достаточной универсальности этого метода.
В последние годы разработаны различные газохроматографические методы определения токсических веществ в тех или иных средах. Речь идет, в частности, об изучении ацетальдегида, акролеина, пропионового, крото-нового и масляного альдегидов, ацетона, метилэтилкетона, метилизопро-пилкетона, метилбутилкетона, метилалмилкетона и других альдегидов и кетонов в атмосфере. Применение газовой хроматографии делает доступным комплексный контроль загрязнения воздуха сложным «букетом» углеводородов, например выхлопными газами автомобилей. Были разработаны методы анализа в воздухе органических компонентов выхлопных газов автомобилей — метана, ацетилена, этилена, пропилена, пропана, бутана, пептана, гексана и других веществ, а также бензола, толуола, ксилолов'и других ароматических углеводородов на фоне непредельных углеводородов. Метод газовой хроматографии позволил также установить механизм образования фотохимического смога в загрязненном воздухе городов и промышленных центров (М. Т. Дмитриев и Н. А. Китросский).
В большинстве случаев выброс современных производств представляет собой сложную смесь различных веществ. Применительно к этому были разработаны методы определения тетрагидрофурана, метилтетрагидро-фурана, фурана и других веществ в производстве тетрагидрофурана, ци-клогексана, гептана, метилциклогексана и других веществ в производстве капролактама, ацетонитрила, акрилонитрила пропилонитрила, метакри-лонитрила и других веществ в производстве акрилонитрила. В ряде случаев практически важно при анализе токсических веществ исключить мешающее действие других соединений, содержащихся в избытке и менее токсичных по сравнению с основным загрязнителем, но обладающих однотипными химическими свойствами. Для этого были разработаны методы определения синильной кислоты, дициана на фоне аминов и нитрилов в атмосфере.
Газохроматографический метод может быть успешно применен для анализа сточных вод и биологических материалов. Были, в частности, разработаны методы определения синтанола, алкилсульфата, алкилбензол-сульфоната, проксамина, проксанола и других детергентов в воде, диокса-на, изопропанола, тетрагидрофурана, акрилонитрила в воде. Отбор проб воздуха производится на местах в пробоотборные трубки или полиэтиленовые мешки. При концентрировании пробы в процессе отбора или анализа возможно одновременное определение до нескольких десятков ингредиентов при концентрациях нескольких микрограммов в 1 ма, что существенно ниже ПДК большинства нормированных веществ, находящихся в атмосфере. Около 10 газохроматографических методик определения токсических веществ в атмосфере рекомендовано методической комиссией по физико-
химическим методам анализа для практического использования и унифицировано совещаниями экспертов-химиков стран — членов СЭВ.
Интенсивное развитие бумажной и тонкослойной хроматографии, применение ее в различных областях науки привели к тому, что этот вид анализа широко используется и в гигиенической практике. Такого рода методы особенно эффективны для разделения смесей веществ, находящихся в микроколичествах и в малых объемах, экономичны, не требуют специальной дорогостоящей аппаратуры, доступны для лабораторий санэпидстанций и при сравнительно малой затрате средств позволяют разделять вещества, близкие по химическим свойствам. Особенно важно то, что эти методы ввиду портативности аппаратуры могут быть применены не только в стационарах, но и экспедиционных условиях. В последние годы решен ряд сложных гигиенических вопросов о применении бумажной или тонкослойной хроматографии, разработан метод раздельного определения кислот групп Сг—С,0 от муравьиной до пеларгоновой, метод разделения и количественного анализа алифатических спиртов групп Сх—Сю от метилового до децилового (в связи с комплексным изучением состояния воздушной среды вокруг предприятий, производящих жирозаменители).
Проведена также разработка методов идентификации винилацетата, 2-этилгексилакрилата из смеси при помощи бумажной хроматографии с применением реакции меркурирования, идентификации акролеина, ацет-альдегида и кротонового альдегида при помощи тонкослойной хроматографии с конечным люминесцентным количественным определением. Методы избирательны и высокочувствительны. Они позволили решить ряд гигиенических вопросов, связанных с загрязнением воздушной среды жилых помещений. Кроме того, важное значение приобретает изучение загрязнения атмосферы вокруг предприятий цветной металлургии. В связи с этим разработаны методы определения в воздухе меди, кобальта и никеля при помощи бумажной хроматографии. Методы позволяют анализировать эти вещества в пределах десятых долей микрограмма.
Для исследования изменения минерального обмена костной ткани и внутренних органов при воздействии на организм различных факторов внешней среды установлены методические подходы к использованию эмиссионного спектрального анализа для относительного количественного определения макро- и микроэлементов костной ткани животных. Это исключает ошибки, связанные с приготовлением эталонов, поскольку интенсивность спектральных линий элементов контрольных животных сравнивается с интенсивностью соответствующих спектральных линий подопытных животных. Эмиссионный спектральный анализ позволяет гигиенистам определять макро- и микроэлементы в отдельных органах и тканях каждого животного, так как для анализа достаточно иметь сотые доли грамма' золы. В то же время определение многих микроэлементов химическими методами возможно лишь при объединении органов и других биологических объектов от целой группы животных, причем точность определения будет существенно ниже.
Среди новейших методов, необходимых для гигиенической науки, следует назвать атомно-абсорбционный анализ. С помощью его проводится количественное исследование большей части элементов периодической системы Менделеева в различных объектах внешней среды. При анализе микро- и макроэлементов нет нужды в предварительном разделении их или отделении мешающих анализу примесей, что повышает погрешность определения и увеличивает трудоемкость. Атомно-абсорбционный спектральный анализ обладает высокой избирательностью. Его преимущества перед длительным и кропотливым химическим методом состоят в быстроте определения, более легком приготовлении образцов, точности и чувствительности. Явление атомной абсорбции заключается в селективном поглощении света свободными атомами элементов, находящихся в слое нагретого газа (плазмы), которые переходят при этом из невозбужденного со-
стояния в состояние с более высокой энергией. Поглощающий слон атомного пара создается в пламени, куда предварительно в виде аэрозоля вводится растворенная проба. Пламя «просвечивается» излучением газоразрядной лампы низкого давления, интенсивность выделяемой монохрома-тором аналитической линии определяемого элемента измеряется фотоэлектрическим устройством.
Этот метод применяется, например, для изучения меди в пробах пыли и биологическом материале.
При изучении состава проб пыли большое значение имеет не только химический состав ее по элементам, но и то, в каких соединениях находятся эти элементы в ней, так как степень их токсичности зависит от формы соединений. Эта задача может быть решена с помощью фазового рентгеновского анализа. Принцип метода основан на изучении дифракции рентгеновых лучей телами различного строения и состава. В частности, использован наиболее доступный метод фазового анализа — метод порошка, в котором регистрация дифракционной картины на рентгенопленку происходит посредством порошковой камеры. Рентгенограммы порошков получают в порошковых цилиндрических камерах РКУ-114М на железном излучений с марганцевым фильтром на рентгеновской установке УРС-55А.
Образец в виде цилиндрического столбика, образованного посредством накатывания пылевой пробы на стеклянный волосок с помощью коллодия, помещают на пути рентгеновского пучка в порошковой камере. Линии рентгенограмм являются результатом пересечения конусов отраженных лучей с цилиндрической рентгеновской пленкой, находящейся в камере. Получение сплошных линий на рентгенограмме достигается медленным, равномерным вращением образца. Для этого используют электромотор со скоростью вращения 2—3 об/мин. Анализ проводят, сопоставляя межплоскостные расстояния и интенсивности линий на снятых рентгенограммах с данными для чситых веществ, систематизированных в картотеке рентгенометрических данных, изданной американским обществом по испытанию материалов. При помощи фазового рентгеновского анализа изучены образцы различных проб пыли. В результате обнаружены сложные химические соединения, которые нельзя выявить другими известными методами (алгомосиликаты, борлит, силикаты, халькопирит и др.).
Наиболее универсальным из физических методов анализа является масс-спектрометрический метод. Благодаря разделению определяемых веществ в электрическом и магнитном полях, что осуществляется в ионизированном состоянии, становится возможным не только исследование вещества, но и его идентификация по молекулярному весу при относительной доле осколочных ионов. Масс-спектрометрический метод благодаря его универсальности позволяет решать достаточно сложные гигиенические задачи.
Так, при исследовании воздуха улиц выделено около 200 различных органических веществ. В качестве основных веществ, имеющих наибольшее гигиеническое значение, можно назвать ксилолы, акролеин, ксилено-лы, крезолы, кротоновый альдегид, формальдегид, метилэтилкетон, ацетон, этилен, ацетилен, фенол, толуол, бензол, пропилен, этилбензолы и многие другие.
При масс-спектрометрическом исследовании выдыхаемого человеком воздуха установлено, что наряду с углекислотой важное гигиеническое значение имеют метилэтилкетон, аммиак, сероводород, фенол, окись углерода, метиламин, муравьиная кислота, ацетальдегид, бензол, ацетон, формальдегид, метанол, метан, этилен и другие вещества. Проведенные масс-спектрометрические исследования загрязненного воздуха позволили рекомендовать гигиенические нормы воздухообмена в гаражах, автодорожных и железнодорожных тоннелях, подземных переходах, кинотеатрах, зрительных залах и других подземных помещениях и пунктах культурно-бытового назначения (М. Т. Дмитриев и соавт.).
Масс-спектрометрический метод использован также для расшифровки сложного «букета», встречающегося в производстве тетрациклина, для анализа полимерных и биологических- материалов и других сред. Так, впервые установлено, что в производстве антибиотиков важную гигиеническую роль играют как простые органические вещества — ацетон, про-панол, бутадиен, бутанол, бензол, мезитилен, так и относительно сложные соединения — этаноламин, кротоновый альдегид, апидиновый альдегид, аминодиметилбензол, триметилбензол, стеариновая и меркаптомасля-ная кислоты и др. Без обогащения чувствительность масс-спектромет-рического метода составляет 1 часть на миллион, с обогащением достигает 1 мкг/м3, что также удовлетворяет практическим потребностям.
Использование современных физических приемов значительно расширяет методический арсенал гигиенистов и санитарных врачей, поднимает на новую ступень гигиеническую науку и санитарную практику.
ЛИТЕРАТУРА. Дмитриев М. Т. и др. Городское^хозяйство Москвы, 1972, № 10, с. 38. — Д м и т р и е в М. Т., К и т р о с с к и й Н. А.' Вести. АМН СССР, 1970, № 12, с. 39. — Д а й'с о н Ф. Успехи физ. наук, 1971, т.* 103, № 3, с. 534.
Поступила 16/X 1972 г.
УДК 613.632.4:661.788.151-074
Г. С. Лисецкая, Н. С. Биленко, Г. Ф. Б акал
ОПРЕДЕЛЕНИЕ ТЕТРАЭТИЛСВИНЦА В ВОЗДУХЕ ПРОМЫШЛЕННЫХ ПРЕДПРИЯТИЙ
Известны методы определения тетраэтилсвинца (ТЭС) в воздухе, основанные на его предварительном поглощении концентрированной азотной кислотой или силикагелем (Е. А. Перегуд и Е. В. Гернет). При поглощении концентрированной азотной кислотой происходит одновременно разрушение ТЭС с образованием азотнокислой соли. Однако наши опыты показали, что этот метод является неизбирательным и продолжительным. Так, для достижения требуемой чувствительности (ПДК равна 0,005 мг/м3) необходимо пропускать воздух через поглотители в течение 6—7 часов с максимальной скоростью 50 л]час. При увеличении скорости пропускания воздуха количественного поглощения ТЭС не происходит. Кроме ТЭС азотной кислотой поглощаются и другие соединения свинца, что приводит к завышенным результатам.
В случае поглощения ТЭС силикагелем марки АСМ проводят элюиро-вание этиловым спиртом, окисление йодом и, наконец, визуальное определение в виде хромата свинца (Е. А. Перегуд и Е. В. Гернет). Нами изучено поглощение ТЭС силикагелем марки КСМ и КСК. В качестве элюантов для избирательного извлечения ТЭС из силикагеля использовали этанол, хлороформ и бензин, а также 10% раствор азотной кислоты и хлороформ одновременно. После разрушения ТЭС свинец определяли дитизоном. Опыты показали, что ТЭС не извлекается количественно названными растворителями. Кроме того, замечено, что силикагель обладает непостоянной адсорбционной способностью. Сразу после переведения силикагеля в активную форму ТЭС количественно поглощается им и прак-
Извлеченне ТЭС из активирован ного и окисленного угля
Извлечение ТЭС (в %)
Элюант X <0 а л S.5 <Г 3 X X
о >* 5ч
"« a 2 со a X о
Спирт . . . Хлороформ Бензин . . . 98,2 60,0 70 30,0 48,3 51,2
