CC BY
37
2009
Известия ТИНРО
Том 157
УДК 577.1+543.544
А.С. Петрова1, А.П. Черняев2*
1 Дальневосточный государственный университет, 690600, г. Владивосток, ул. Октябрьская, 27;
2 Тихоокеанский научно-исследовательский рыбохозяйственный центр, 690091, г. Владивосток, пер. Шевченко, 4
ОПРЕДЕЛЕНИЕ СОДЕРЖАНИЯ КСЕНОЭСТРОГЕНА 4-НОНИЛФЕНОЛА В ВОДАХ АМУРСКОГО ЗАЛИВА (ЯПОНСКОЕ МОРЕ)
Методом обращенно-фазовой высокоэффективной жидкостной хроматографии проведена оценка содержания 4-нонилфенола в водах Амурского залива и прилегающих акваторий. Исследование проводили в теплый период 2008 г. на 7 станциях. Показано, что содержание общих фенолов находится в интервале от 0,8 до 17,0 мкг/л, а 4-нонилфенола — от значения ниже пределов обнаружения до 1,24 мкг/л. Максимальное значение зафиксировано в устье р. Объяснения. Существующие концентрации 4-нонилфенола в водах Амурского залива не способны оказывать негативное влияние на гидробионтов. В бухте Золотой Рог и р. Объяснения содержание 4-нонилфенола находится на субкритическом уровне.
Ключевые слова: ксеноэстрогены, 4-нонилфенол, Амурский залив, жидкостная хроматография, бухта Золотой Рог.
Petrova A.S., Chernyaev A.P. Determination of the xenoestrogen 4-nonylphe-nol content in the water from the Amur Bay (Japan Sea) // Izv. TINRO. — 2009. — Vol. 157. — P. 168-174.
The 4-nonylphenol concentration in the water samples from the Amur Bay and adjacent area is determined by the method of reversed phase high performance liquid chromatography. The samples were taken at 7 sites in spring and fall of 2008. They had the range of total phenol content 0.8-17.0 pg/l, and the range of 4-nonylphenol content from the minimal detection limit to 1.24 pg/l with the highest concentration at the mouth of Ob'yasneniya River (Golden Horn Bay). Generally, the concentrations of 4-nonylphenol in the Amur Bay are too low for negative influence on marine organisms, but they are on subcritical level in the adjacent Golden Horn Bay.
Key words: хenoestrogen, 4-nonylphenol, Amur Bay, Golden Horn Bay, liquid chromatography.
Введение
Ксеноэстрогены (гормоноподобные ксенобиотики) — вещества антропогенного происхождения, имитирующие, в силу идентичности пространственного строения, природные гормоны (рис. 1).
* Петрова Александра Сергеевна, аспирантка, e-mail: [email protected]; Черняев Андрей Павлович, кандидат химических наук, старший научный сотрудник, e-mail: [email protected].
Рис. 1. Пространственно-структурная схожесть 17^-эстрадиола и 4-нонилфенола (Soto, Sonnenschein, 1995)
Fig. 1. Spatial and structural similarity of 4-nonylphenol and 17-ß-estradiol (Soto, Sonnenschein, 1995)
Одно из веществ, проявляющих ксеноэстрогенные свойства, — 4-нонилфе-нол, относящийся к алкилфенолам. Нонилфенол широко используется во многих сферах жизни современного общества: в сельском хозяйстве — при производстве пестицидов, в пищевой промышленности — при изготовлении тары и упаковок, в медицине — при синтезе ноноксинола-9 (действующее вещество контрацептивов). Кроме этого, он применяется для получения фенолформальдегидных смол, в производстве ингибиторов коррозии, красителей и химических стабилизаторов (Grayson, 1978). Основными путями поступления нонилфенола в окружающую среду являются промышленные и бытовые сбросы сточных вод, в которых он присутствует в форме полиэтоксилатов. В ходе биологической очистки сточных вод полиэтоксилаты нонилфенола частично преобразуются в стойкий и токсичный 4-нонилфенол. Довольно высокие концентрации 4-нонилфенола обнаруживаются в сточных водах целлюлозно-бумажного производства. Кроме того, 4-нонилфенол, как и многие другие алкилфенолы, используется, ввиду высокой стабильности и превосходных чистящих, эмульгирующих свойств (Chemical M arket Reporter, 2001), для изготовления неионогенных поверхностно-активных веществ.
Даже небольшие количества алкилфенолов, накопившись в среде до критической концентрации, способны изменять нормальный ход биохимических процессов клетки, вносить искажение в сигналы, передаваемые гормонами (McMaster et al., 1991; Henley, Korach, 2006). В зависимости от свойств агента изменения в репродуктивной системе живых организмов носят различный характер: замедление созревания органов размножения (Soverchia et al., 2005), уменьшение размеров гонад, снижение содержания тестостерона и эстрадиола (Montserrat et al., 2004), появление в нормальной популяции гермафродитов (Howell et al., 1980). 4-нонилфенол, как и все ксеноэстрогены, нарушает нормальное формирование эмбриона и процесс воспроизводства живых организмов, в том числе и человека.
Большое количество исследований (Staples et al., 2004) показывает, что 4-нонилфенол токсичен для рыб (ЛК50* = 0,017 - 3,000 мг/л) (рис. 2). Беспозвоночные и морские водоросли также чувствительны к его воздействию (ЛК50 находится в интервалах соответственно 0,021-3,000 и 0,027-2,500 мг/л). Действие 4-нонилфенола на млекопитающих (крыс) приводит к уменьшению прироста массы тела, кровоизлиянию в печени и нарушениям в центральной нервной системе (ЛД50* = 1,3 г/кг) (Servos, 1999).
ЛК50 (ЛД50) — летальная концентрация (доза), при которой погибает 50 % осо-
бей из экспериментальной группы.
Рис. 2. Хроническая токсичность 4-нонилфенола для морских организмов (Staples et al., 2004)
Fig. 2. Chronic toxicity of 4-nonylphenol for marine organisms (Staples et al., 2004)
Содержание 4-нонилфенола в водах рек, озер и прибрежных морских акваторий исследовалось ранее (Ying et al., 2002). Концентрации 4-нонилфенола в природных водах Испании варьируют от значений ниже уровня определения до довольно высокой концентрации — 0,644 мг/л (Sole et al., 2000). В Южной Корее в водах р. Хан (Han) было обнаружено до 187,6 нг/л 4-нонилфенола (Donghao Li et al., 2004), а в водах оз. Шива (Shihwa Lake) — 17,4-1533,1 нг/л (Zhengyan Li et al., 2004). В Канаде содержание 4-нонилфенола в водах рек варьирует от 0,14 до 55,3 мкг/л (Bеrryman et al., 2004). По классификации, разработанной Baronti (2000), поверхностные воды с содержанием нонилфенола менее 0,001 мг/л относятся к слабозагрязненным, 0,001-0,010 мг/л — загрязненным, более 0,010 мг/л — сильнозагрязненным.
Использование бытовых моющих средств на основе нонилфенола запрещено или ограничено в большинстве развитых стран. В соответствии с российским законодательством (Постановление Правительства РФ № 251 от 24.03.2000) и Конвенцией МАРПОЛ 73/78 сброс нонилфенола в морскую среду в исключительной экономической зоне РФ запрещен. Нонилфенол внесен в "Бюллетень Российского регистра потенциально опасных химических и биологических веществ" (http://spohv.ru), однако в Российской Федерации ПДК для 4-нонилфе-нола не установлено.
Цель настоящей работы — определение содержания 4-нонилфенола в водах Амурского залива и прилегающих акваторий.
Материалы и методы
Для определения содержания алкилфенолов в водных образцах наиболее часто используется жидкостная хроматография (Anghel et al., 1994; Careri et al., 2001) с предварительным их извлечением и концентрированием методами жидкостной (Wickbold, 1972; Lee, 1999) и твердофазной экстракции (Ahel, Giger, 1985; Chalaux et al., 1994).
Определение массовой концентрации общих фенолов проводили флуори-метрическим методом на анализаторе жидкости "Флюорат-02М" с предварительным извлечением их из морской воды бутилацетатом и реэкстракцией в водный раствор гидроксида натрия. 4-нонилфенол определяли на жидкостном хроматографе "Shimadzu" LC-10 ADvp (Япония), оснащенном флуоресцентным детектором и диодной матрицей, аналитическая колонка Discovery С18 (25,0 см х 0,46 см). Элю-ент: ацетонитрил — вода (в объемных процентах) — 90 : 10. Элюирование проводили в изократическом режиме, скорость подачи элюента — 0,5 мл/мин. Про-
ба отбиралась автосемплером, элюент перед входом в хроматографическую систему дегазировали. Все реактивы имели марку "ос.ч", стандарт 4-нонилфенола — фирмы "Lancаster", степень чистоты > 98 %.
Для экстракции были взяты пробы объемом 1 л (в трех параллелях). В качестве экстрагента использовали дихлорметан. Экстрагент объемом 20 мл добавляли к пробе, затем анализируемую пробу тщательно перемешивали, после чего переносили в делительную воронку. Отделив органический слой, пробу повторно экстрагировали тем же объемом дихлорметана. Полученные экстракты сушили над безводным сульфатом натрия и упаривали досуха на роторном испарителе при пониженном давлении. Полученные остатки перерастворяли в 1 мл ацетонитрила.
Определили минимально детектируемые количества 4-нонилфенола для двух детекторов: диодной матрицы и флуоресцентного, они составили соответственно 18,2 и 1,0 нг/мл. Таким образом, установлено, что при анализе использование флуоресцентного детектора предпочтительнее.
Места отбора проб: станция № 1 располагалась в прибрежной зоне Амурского залива в районе Спортивной гавани, № 2 — в бухте Золотой Рог, станция № 3 — устье р. Объяснения, № 4 — южнее устья р. Кедровой, № 5, 6, 7 — в центральной части Амурского залива (рис. 3).
^ \ ^ 6 4P / <f Г ,-> J3оло- А- S / 2
У , о 5 о С 1 / ! уа fj
43"|-1-1-1-1--1-1-^- " Г-'-'-'-^-^-^-
131.6 131.7 131.8 131.9
Рис. 3. Карта-схема района работ: 1-7 — номера станций
Fig. 3. Scheme of sampling: 1-7 — stations' numbers
Отбор проб воды проводили весной и осенью 2008 г. Пробы отбирали в стеклянные бутыли объемом 5 л, которые предварительно ополаскивали дистиллированной водой и дважды исследуемой водой непосредственно перед отбором.
Результаты и их обсуждение
На диаграмме (рис. 4) видно, что из исследуемых акваторий наименее загрязнены общими фенолами и 4-нонилфенолом центральная часть и западное побережье Амурского залива. Восточное побережье в плане загрязнения относительно благополучно, а наиболее загрязненными являются бухта Золотой Рог и р. Объяснения.
Воды зал. Петра Великого загрязняются сбросами недостаточно очищенных хозяйственно-бытовых стоков населенных пунктов и сточных вод промышлен-
171
ных предприятий. Основными загрязнителями являются предприятия электроэнергетики, коммунального хозяйства, химической промышленности, машиностроения и металлообработки.
18 16 -14 12
1 10
ш о
8 6 4 2 0
0,44
1
Q
н/о - не обнаружено (концентрация ниже 0,001 мкг/л)
1,24 1,5 ■
1 1 0,8 н/о I н/о I н/о -1 н/о
2
3
5
6
7
4
Станции
□ Массовая концентрация общих фенолов □ Массовая концентрация 4-нонилфенола
17
14
9
Рис. 4. Содержание фенолов в водах Амурского залива и прилегающих акваторий
Fig. 4. Content of phenols in the waters of the Amur Bay and adjacent area
В течение года в воды Амурского залива и прилегающие акватории происходит сброс большого количества сточных вод. По статистическим данным (форма 2ТП-Водхоз), в Амурский залив поступает 46332,96 тыс. м3/год, в бухту Золотой Рог — 23480,27 тыс. м3/год, из них 8222,83 тыс. м3/год со стоком р. Объяснения. Все сбрасываемые сточные воды отнесены к категории "загрязненные, без очистки", в их состав входят такие загрязняющие вещества, как нефтеугле-водороды (29,90 т/год), фенолы (2,96 т/год), синтетические поверхностно-активные вещества (86,37 т/год) и др.
В результате проведенных исследований установлено, что содержание 4-нонилфенола в районе восточного побережья Амурского залива (Спортивная гавань) составляет 0,435 мкг/л. Одним из возможных источников поступления 4-нонилфенола является картонная фабрика, расположенная в г. Уссурийск, постоянно сбрасывающая сточные воды в р. Раздольную. Дополнительными источниками загрязнения могут служить промышленные стоки некоторых других производств, а также хозяйственно-бытовые стоки. Воды р. Раздольной по результатам комплексной оценки в 2003 г. отнесены к "очень грязным", ПДК (предельно допустимая концентрация) по фенолам в ней превышалась до 6 раз. Эта река поставляет в Амурский залив загрязняющих веществ в 26-28 раз больше, чем все промышленно-бытовые городские стоки Владивостока. Течение несет воды р. Раздольной вдоль восточного побережья, что объясняет наличие в районе Спортивной гавани относительно небольших концентраций 4-нонилфенола.
В центральной части Амурского залива и в районе западного побережья содержание 4-нонилфенола находится ниже предела обнаружения. Вероятно, это обусловлено большой площадью, глубиной залива и системой поверхностных и подводных циркуляционных течений (Лоция ..., 1972), благодаря которым происходит значительное разбавление загрязненных вод, а также удаленностью источников эмиссии 4-нонилфенола.
Содержание 4-нонилфенола в бухте Золотой Рог составляет 1,22 мкг/л. Специфика данной бухты в том, что она является одной из староосвоенных и поэтому наиболее подвержена влиянию городских стоков. В бухту поступают сточные воды городской канализации. Огромное негативное воздействие оказывают городские порты и судоремонтные заводы, сбрасывающие в воду технические масла, топливо и хозяйственно-бытовые стоки. Существенный вклад в загрязнение бухты вносит р. Объяснения, в водах которой содержание 4-нонилфе-нола составляет 1,235 мкг/л. Одним из основных источников загрязнения им, вероятнее всего, является ТЭЦ-2. С электростанции в реку без специальной очистки поступает огромное количество сточных вод от охлаждения и продувочных вод из систем обратного водоснабжения, зачастую загрязненных компонентами трансформаторных масел. Известно, что многие составные части материалов трансформаторов изготавливаются из фенолформальдегидных смол, содержащих 4-нонилфенол. Замена трансформаторов и их разрушение приводит к неконтролируемому попаданию токсичных компонентов в окружающую среду. Несмотря на то что замасленные и замазученные воды проходят грубую очистку с последующим отстаиванием в приемной емкости и нефтеловушке и тонкую очистку в двухслойном механическом и угольном фильтрах, содержание масел в сточных водах составляет 0,5-1,0 мкг/л.
Заключение
Существующие концентрации 4-нонилфенола в водах Амурского залива не способны оказывать существенное негативное влияние на эндокринную систему гидробионтов, а тем более вызывать их гибель. По приведенной выше классификации воды Амурского залива можно отнести к слабозагрязненным. В бухте Золотой Рог и р. Объяснения содержание 4-нонилфенола находится на критическом уровне и способно вызвать изменения в структуре сообществ морских организмов.
Гидробионты являются одним из основных звеньев в пищевой цепочке, по которой токсиканты попадают в организм человека. Таким образом, сложившаяся ситуация предопределяет необходимость проведения полноценных мониторинговых работ, выявление и классификацию источников загрязнения веществами, проявляющими ксеноэстрогенный эффект.
Список литературы
Бюллетень Российского регистра потенциально опасных химических и биологических веществ. http://spohv.ru.
Лоция Японского моря. — Л. : МО СССР, Гл. упр. навигации и океанографии, 1972. — Ч. 1. — 288 с.
Ahel M., Giger W. Determination of alkylphenols and alkylphenol mono- and diethoxy-lates in environmental samples by high-performance liquid chromatography // Anal. Chem. — 1985. — № 57. — P. 1577-1583.
Anghel D.F., Balcan M., Voicu A., Elian M. Analysis of alkylphenol-based nonionic surfactants by high-performance liquid-chromatography // J. of Chromatography A. — 1994. — Vol. 668. — P. 375-383.
Baronti C. Monitoring natural and synthetic estrogens at activated sludge sewage treatment plants and in a receiving river water // Environmental Science and Technology. — 2000. — Vol. 34. — P. 5059-5066.
Berryman D., Houde F., DeBlois C., O'Shea M. Nonylphenolic compounds in drinking and surface waters downstream of treated textile and pulp and paper effluents: a survey and preliminary assessment of their potential effects on public health and aquatic life // Chemosphere. — 2004. — Vol. 56. — P. 247-255.
Careri M., Elviri L., Mangia A. Development and validation of a method using online solid-phase extraction and liquid chromatography with ultraviolet detection for the
determination of bisphenol A, octylphenol, and nonylphenol in groundwater // J. of AOAC International. — 2001. — Vol. 84. — P. 1383-1392.
Chalaux N., Bayona J.M., Albaiges J. Determination of nonylphenols as pentaflu-orobenzyl derivatives by capillary gas-chromatography with electron-capture and mass-spec-trometric detection in environmental matrices // J. of Chromatography A. — 1994. — Vol. 686. — P. 275-281.
Chemical Market Reporter. Chemical profile: Nonylphenol. July 9, 2001. http:// www.aperc.org/nonylphenol.pdf.
Donghao Li, Minseon Kim, Won Joon Shim et al. Seasonal flux of nonylphenol in Han River, Korea // Chemosphere. — 2004. — Vol. 56. — P. 1-6.
Grayson M. Alkylphenols // Encyclopedia of Chemical Technology. — N.Y. : John Wiley and Sons, 1978. — Vol. 2. — P. 72-96.
Henley D.V., Korach K.S. Endocrine-disrupting chemicals use distinct mechanisms of action to modulate endocrine system function // Endocrinology. — 2006. — Vol. 147. — P. 25-32.
Howell W.M., Black D.A., Bortone S.A. Abnormal expression of secondary sex characters in a population of mosquitofish, Gambusia Affinis holbrooki: evidence for environmental-induced masculinization // Copeia. — 1980. — Vol. 4. — P. 676-681.
Lee H.B. Review of analytical methods for the determination of nonylphenol and related compounds in environmental samples // Water Qual. Res. J. Canada. — 1999. — Vol. 34, № 1. — P. 3-35.
McMaster M.E., Van der Kraak G.J., Port C.B. Changes in gepatic mixed-function oxygenase activity, plasma steroid levels and age at maturity of a white sucker population on exposed to blooched craft pulp mill effluent // Aquatic Toxicol. — 1991. — Vol. 21. — P. 199-218.
Montserrat N., Gonzalez A., Mendez E. et al. Effects of follicle stimulating hormone on estradiol-17 ß production and P-450 aromatase (CYP19) activity and mRNA expression in brown trout vitellogenic ovarian follicles in vitro // General and Comparative Endocrinology. — 2004. — Vol. 137. — P. 123-131.
Servos M.R. Review of the aquatic toxicity, estrogenic responses and bioaccumulation of alkylphenols and alkylphenols polyethoxylates // Water Qual. Res. J. Canada. — 1999. — Vol. 34, № 1. — P. 123-177.
Sole M., de Alda M.J.L., Castillo M. et al. Estrogenicity determination in sewage treatment plants and surface waters from the Catalonian area (NE Spain) // Environmental Science and Technology. — 2000. — Vol. 34. — P. 5076-5083.
Soto A.M., Sonnenschein C. The E-Screen assay as a tool to identify estrogens: an update on estrogenic environmental pollutants // Environmental Health Perspectives. — 1995. — Vol. 103. — P. 113-122.
Soverchia L., Ruggeri B., Palermo F. et al. Modulation of vitellogenin synthesis through estrogen receptor beta-1 in goldfish (Carassius auratus) juveniles exposed to 17-b estradiol and nonylphenol // Toxicology and Applied Pharmacology. — 2005. — Vol. 209. — P. 236-243.
Staples C., Mihaich E., Carbone J. et al. A weight of evidence analysis of the chronic ecotoxicity of nonylphenol ethoxylates, nonylphenol ether carboxylates, and non-ylphenol // Human Ecol. Risk Assessm. — 2004. — Vol. 10. — P. 999-1017.
Wickbold R. Determination of nonionic surfactants in river and waste water // J. of Cromatographic Science. — 1972. — № 9. — P. 17-77.
Ying G.G., William B., Kookana R. Environmental fate of alkylphenols and alky-lphenol ethoxylates // Environment International. — 2002. — Vol. 28. — P. 215-226.
Zhengyan Li, Donghao Li, Jae-Ryoung Oh, Jong-Geel Je. Seasonal and spatial distribution of nonylphenol in Shihwa Lake, Korea // Chemosphere. — 2004. — Vol. 56. — P. 611-618.
Поступила в редакцию 23.01.09 г.
