Химико-экологический анализ токсикантов

Объекты экотоксикологических исследований чрезвычайно разнообразны. Это - воды, почвы, фармацевтические препараты, биологические объекты животного происхождения, пищевые продукты и напитки, пестициды, средства бытовой химии, растительность, отходы и т.д. Поэтому комплекс прикладных задач, решаемых экотоксикологией, далеко не прост и весьма специфичен. Наиболее приоритетные из них:

1) создание современной методологии экотоксикологических исследований, позволяющей проводить достоверную оценку качества окружающей среды в условиях природопользования и комплексного влияния основных ее экологических составляющих на живые организмы;

2) осуществление ранней диагностики измерений в организме, выявляемых до наступления морфологических гинетических, популяционных и других измерений;

3) разработка прикладных основ химико-токсикологического анализа приоритетных загрязнителей, включающего разнообразные способы их обнаружения, изолирования и количественного определения в объектах окружающей среды;

4) создание целенаправленного мониторинга токсикантов, вызывающих те или иные отклонения в живых организмах, который позволит по-новому подойти к идентификации наиболее активно действующего фактора, так как специфичность биохимического ответа организма даст возможность проследить путь от следствия к причине, т.е. выйти на соответствующего токсического агента или на узкую группу агентов, выделяя их из общего массива веществ-загрязнителей.

Основная задача химико-токсикологического анализа – установление характера объекта, его консистенции и морфологического состава.

Чрезвычайно большое разнообразие объектов химико-токсикологического анализа обусловливает специфические его особенности, заключающиеся в изолировании (или извлечении из достаточно большого количества исследуемого образца ничтожно малых количеств токсиканта) и необходимости анализа в большинстве случаев не индивидуальных веществ, а многокомпонентных смесей, в которых каждый определяемый компонент может влиять на последующий. Стандартная схема выполнения химико-токсикологического анализа включает методы выделения (или изолирования) и очистки токсикантов, а также методы их качественного обнаружения и качественного определения (рис.1). Среди этих методов особенное внимание, как правило, уделяется методам выделения и очистки, поскольку анализируемые системы представляют собой достаточно сложные неоднородные и многокомпонентные смеси, анализ которых сопряжен с рядом трудностей, обусловленных селективностью определения, достоверностью и воспроизводимостью получаемых аналитических данных.

В зависимости от свойств и природы токсикантов для выделения веществ органического происхождения применяют различные способы изолирования: дистилляцией с воляным паром; подкисленным 96º- или 70º-ным этиловым спиртом (алкалоиды, ряд синтетических веществ, гликозиды); подкисленной водой (алкалоиды, синтетические лекарственные препараты и др.); подщелоченной водой (некоторые органические кислоты, фенол и его производные); различными органическими растворителями (остаточные количества пестицидов и др.).

Для изолирования веществ неорганической природы используются минерализация (соединения металлов и мышьяка), диализ (кислоты, щелочи, соли некоторых ядовитых кислот), озоление (фториды, кремнефтористые соединения).

Основными методами, применяемыми для очистки выделенных токсикантов, являются возгонка и перекристаллизация; экстракция и реэкстракция; различные виды хроматографии (газо-жидкостная, хроматография в тонком слое сорбента). Наиболее широко применяются последние из описанных вследствие дуализма характерных для них аналитических возможностей. Так, они позволяют не только определить и отделить исследуемые соединения от сопутствующих компонентов, но и качественно определить их структуры и количественное содержание. Например, газожидкостная хроматография широко применяется для анализа спиртов (этилового, метилового и др.), ацетальдегида, некоторых галогенопроизводных, а хроматография в тонком слое сорбента – для анализа барбитуратов, алкалоидов, различных лекарственных веществ, гликозидов, элементно-органических соединений.

Основные требования к методам качественного обнаружения – достаточно высокая чувствительность, характеризуемая низким пределом обнаружения, и специфичность. В ряде случаев на практике применяют весьма традиционные аналитические методы (гравиметрические и титриметрические), однако они не распространены широко из-за недостаточной чувствительности (диапазон определяемых содержаний токсикантов 0,1-1 г) при необходимости работы с недостаточно большими объемами растворов (до 100 мл). Более чувствительными и экспрессными являются микрохимические методы, например, капельный анализ и микрокристаллоскопический анализ с элементами кристаллооптики, широко применяющиеся для анализа как органических, так и неорганических соединений, позволяющие определять токсиканты в диапазоне концентраций 0,001-0,01 г при анализе очень малых объемов анализируемых систем (от 0,01 до 0,1 мл).

Для обнаружения отдельных токсических соединений (хинина, стрихнина, никоглина, атропина и др.) применяются хроматографические, полярографические, люминесцентные и биологические методы.

Методы количественного определения токсикантов представлены арсеналом различных физических (нейтронно-активационный, рентгенофлуоресцентный, масс-спектрометрический) и физико-химических методов (атомно-абсорбционный анализ, атомно-эмиссионный метод с индуктивно связанной плазмой, хроматографические, электрохимические и спектрофотометрические методы с использованием органических реагентов различных классов). В последнее время активно применяются тест-методы на основе классических цветных реакций, позволяющие определять токсиканты на уровне эксперсс-анализа с достаточно высокой точностью и селективностью. Перспективны в экотоксикологии комбинированные аналитические методы, сочетающие эффективные приемы концентрирования с разнообразными способами детектирования и химическими сенсорами.

Вопросы

1. Какие вещества являются токсикантными?

2. Дайте определение миграции элементов?

3. Какие факторы влияют на токсичность веществ в природных экосистемах?

4. Как оценивается антропогенный перенос токсикантов посредствам рек?

5. Что такое молярная токсичность?

Тесты

1. Что такое токсическая концентрация?

а) диапазон концентраций вредных веществ, которые способны при различной деятельности воздействия вызывать гибель живых организмов;

б) концентрация, фиксирующая начало процесса вредного воздействия, вызывающего гибели живых организмов в течении 30 суток;

в) содержание вещества в объектах окружающей среды, способного оказывать ядовитое воздействие.

2. Какое вещество называется вредным?

а) инородный ингредиент, оказывающий отрицательное влияние на живые организмы и природные экосистемы;

б) химическое соединение, которое при контакте с организмом человека может вызывать производственные травмы, профессиональные заболевания или отклонения в состоянии здоровья;

в) химическое вещество, вызывающее нарушение в росте, развитии или состоянии здоровья организмов и способное повлиять на эти показатели со временем.

3. Дайте определение миграции элементов в окружающей среде.

а) перенос химических элементов в окружающей среде;

б) распределение химических элементов на поверхности Земли;

в) перенос и перераспределение химических элементов в атмосфере, земной коре и на поверхности Земли.

4. Что такое молярная токсичность?

а) молярное количество металла;

б) количество металла, необходимого для проявления эффекта токсичности;

в) количество металла, необходимого для проявления эффекта токсичности при минимальной молярной величине, относящейся к металлу с наибольшей токсичностью.

5. Каковы основные задачи химико-экологического анализа?

а) определение качественного состава объекта;

б) разработка методов идентификации загрязнителей и их изолирования;

в) разработка методов качественного обнаружения и количественного определения требуемых ингредиентов в природном или промышленном объекте для оценки его фактического экологического состояния.