CC BY
860 Вестник защиты растений, 2, 2013
УДК 581.573:632.95.024
ВОПРОСЫ ПРОБОПОДГОТОВКИ И ОПРЕДЕЛЕНИЯ ТОКСИКАНТОВ В ОБЪЕКТАХ ОКРУЖАЮЩЕЙ СРЕДЫ
А.К. Смирнов
Марийский государственный университет, Йошкар-Ола
Проведено критическое рассмотрение методик количественного определения остаточных количеств пестицидов в пробах воды и почвы. Подобраны оптимальные условия разделения и количественного их определения с использованием газохроматографической системы "Кристалл 2000 М" (ЗАО СКБ "Хроматэк").
Ключевые слова: остаточные количества пестицидов, почва, влагосодержание, разделение, количественный анализ.
Среди актуальных загрязнителей окружающей среды пестициды занимают первое место, что обусловлено, в частности, их способностью сохраняться в воде и почве в течение долгого времени. Особенно актуальны в данном аспекте плохо растворимые в воде хлорорганические пестициды и полихлорированные бифенилы, период полураспада которых на открытом воздухе может достигать нескольких сотен лет. 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" (2011), 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 т.д. Кроме того, для адекватной оценки риска, обусловленного применением пестицидов, весьма актуально определение их остаточных количеств (связанные
остатки), способных под влиянием различных факторов высво-бождаться, 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. Критическое рассмотрение некоторых методик выявляет ряд общих положений, предполагающих многовариантность условий, а следовательно, и характеристик результатов анализа. В некоторых методиках, например, не всегда придается должное значение способу подготовки пробы для дальнейшего анализа и оборудованию, которое должно использоваться для этой операции. Недостаточно измельченная и гомогенизированная проба не позволит взять представительную навеску для анализа.
В данной работе с использованием методов спектрофотометрии (СФ) и хроматографии, включая тонкослойную (ТСХ) и газожидкостную (ГЖХ) хроматографию, рассмотрены вопросы количественного определения пестицидов прометрин, 4,4 '-дихлордифенилдихлор-этан (ДДД), гексахлорциклогексан (ГХЦГ), ципроконазол, 4,4'-дихлор-дифенилдихлорэтилен (ДДЭ), фосфамид, метрибузин, метафос, альдрин, гептахлор.
Как известно, предварительное увлажнение и компостирование пробы увеличивает степень экстракционного
Вестник защиты растений, 2, 2013 извлечения остатков пестицидов. Согласно МУ 2542-76 МЗ СССР "Методические указания по определению симм-триазиновых гербицидов (симазина, агразина, пропазина, прометрина, семерона, мезоранила, метазина, метопротрина, приматола-м) в зерне кукурузы, воде и почве методом газожидкостной
хроматографии" перед извлечением симм-триазиновых 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 (Громова, 1988).
В связи с этим нами была поставлена задача оценить влияние времени компостирования и влагосодержания на степень экстракционного извлечения широко известного пестицида класса симм-триазинов - прометрина. Для решения поставленной задачи исследовались образцы дерново-подзолистой почвы с различным влагосодержанием и компостированные в течение различных промежутков времени. При подготовке почвы к анализу пробу просеивали через почвенное сито и доводили до воздушно-сухого состояния. Предварительно определяли полную влагоёмкость почвы (Ганжара, 2002). Прометрин извлекали из почвы согласно упомянутой методике ацетоном, а затем после подщелачивания раствора - хлороформом. Предварительно было показано отсутствие влияния коэкстрактивных веществ при
определении прометрина в почве, в частности существенное различие в величинах И( (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 отмечена 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.
В качестве эпизода проведенной работы выступает анализ природоохранного нормативного документа ПНД Ф 14.1:2:4.20404 (2004), где отсутствует четкая регламентация в отношении типа используемого детектора, условий хроматографирова-ния и т.д., обеспечивающих эффективное разделение пестицидов.
Рис. 1. Зависимость степени экстракционного извлечения прометрина от влагосодержания (w) и времени компостирования (t) по данным ГЖХ с ТИД (ГХ система "Кристалл 2000 М")
В указанном документе приведены 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 встала задача подбора условий, обеспечивающих эффективное разделение и количественное определение при использовании конкретной ГХ-системы, а именно "Кристалл 2000 М" производства ЗАО СКБ "Хроматэк", укомплектованного электронозахватным детектором (ДЭЗ).
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 ББ-1 и ББ-608. Типичная хроматограм-ма смеси представлена на рисунке 2.
Градуировочные графики рассмотренных пестицидов линейны в диапазоне от 0.5 до 10 нг/мл для обеих колонок (рис. 3). Как было показано, газохроматографические колонки ББ-1 и ББ-608 характеризуются более широким диапазоном определяемых содержаний для альдрина, гептахлора и изомеров ГХЦГ соответственно.
Ч, кВ
ня
I }
н II 11 ' 1__1
Ы ■> Ъ7 И Ь! 1Л1 11.1 '
Рис. 2. Хроматограмма смеси пестицидов: колонка ОБ-1; подвижная фаза: азот; ДЭЗ; концентрация компонентов 1 мкг/мл
В связи с близкими показателями времени удерживания была осуществлена статистическая оценка возможности совместного определения в- и у-гексахлорциклогексана, обладающих различной физиологической активностью. Установлено, что во всем диапазоне концентраций изомеров, используемых для градуировки в- и у-ГХЦГ, соответствующих содержаниям, регистрируемым при анализе их остаточных количеств, данные изомеры не оказывают взаимного значимого влияния на результаты их количественного определения при подобранных условиях хроматографирования. Причем колонка ББ-1, в отличие от ББ-608, характеризуется лучшей разрешающей способностью (И5) для в- и у- изомеров
Вестник защиты растений, 2, 2013 ГХЦГ (табл.). Рассчитанные пределы обнаружения токсикантов (10-12 -10-11 г) позволяют определять их на уровне ПДК.
Таблица. Разрешающая способность колонок ББ-1 и _РБ- 608 к в- и у-ГХЦГ_
Колонка ББ-608 ББ-1
С(в и у), нг/мл Rs Rs
1 1.23 2.58
2 1.26 2.94
4 1.28 3.14
6 1.29 3.09
8 1.29 3.07
10 1.31 2.94
20 1.33 3.50
30 1.39 3.55
40 1.38 3.56
50 1.46 3.63
С, нг/мл
Рис. 3. Зависимость площади пика от концентрации гептахлора (колонка ВБ-608)
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 пробопод-готовки схожи, что позволяет предположить возможность их совместного извлечения из анализируемой пробы при условии возможного последующего определения каждого компонента в полученном экстракте. Нами была решена задача подбора условий совместного извлечения пестицидов из одной пробы почвы, а также оценки возможности совместного определения смесей пестицидов на примере систем метафос+метрибузин, ципрокона-зол+фосфамид и прометрин+фосфамид
Вестник защиты растений, 2, 2013
методами тонкослойной и газожидкостной хроматографии.
Заслуживают внимания следующие особенности предлагаемых методик. При анализе ципроконазола методом ТСХ по стандартной методике (Методические указания, 2000) предполагается использование любого из двух пятен, соответствующих четырем различным диастереомерам, обусловленным 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 того, методами ТСХ и ГЖХ было
63
показано статистически незначимое влияние ципроконазола и метафоса на количественное определение прометрина и метрибузина, соответственно, во всем 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 и его разбавление.
Таким образом, важность решений, принимаемых по результатам анализа пестицидов, таких как оценка риска воздействия на человека и окружающую среду, выявление фальсификатов пестицидных препаратов, предъявляют высокие требования к используемым методикам, а в ряде случаев - и критического рассмотрения существующих нормативных документов.
Работа выполнена при финансовой поддержке Федерального агентства по образованию (Темплан НИР ГОУВПО "МарГУ" на 2010-2012 гг.).
Литература
Ганжара Н.Ф. Практикум по почвоведению. М., Агро-консалт, 2002, 280 с.
Громова В.С. Способ определения хлорорганических пестицидов в почве. АС. №1385075 МКИ 01 №33/24 Бюлл. №12, 30.03.88.
Методические указания по определению микроколичеств пестицидов в пищевых продуктах, кормах и внешней среде, №26. Киев, Укргосхимкомиссия, 2000, 221 с.
ПНД Ф 14.1:2:4.204-04. Количественный химический анализ вод. Методика выполнения массовой концентра-
ции 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, 32 с.
Федеральный закон от 19 июля 1997 г. № 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.).
ON SAMPLE PREPARATION AND TOXICANT DETECTION IN OBJECTS OF
ENVIRONMENT A.K.Smirnov
Critical consideration of techniques for quantitative detection of pesticide residues in water and soil samples is carried out. Optimum conditions for the residue separation and quantitative detection with use of gas chromatography detector Crystal 2000 M (joint-stock company SKB Khromatek) are selected.
Keywords: pesticide residues, soil, moisture content, separation, quantitative analysis.
А.К.Смирнов, к.х.н., [email protected]
