Газохроматографическое определение пестицидов в основных элементах водных экосистем тема автореферата и диссертации по химии, 02.00.02 ВАК РФ

РГ6 од 1 АсК 1998

На правах рукописи

Сапожникова Елена Викторовна

ГАЗОХРОМАТОГРАФИЧЕСКОЕ ОПРЕДЕЛЕНИЕ ПЕСТИЦИДОВ В ОСНОВНЫХ ЭЛЕМЕНТАХ ВОДНЫХ ЭКОСИСТЕМ

02.00.02. - аналитическая химия

АВТОРЕФЕРАТ диссертации па соискание ученой степени кандидата химических наук

Ростов-на-Дону 1998

Работа выполнена в Ростовском государственном университете и Азовском научно-исследовательском институте рыбного хозяйства

Научные руководители: доктор химических наук, профессор,

член-корреспондент РАЕН А.Д.Семенов

кандидат химических наук, доцент М.М.Евстифеев

Официальные оппоненты: доктор химических наук

А.Г.Страдомская

кандидат химических наук, доцент И.М.Кутырев

Ведущая организация: Ростовский государственный

педагогический университет

Защита состоится «/У» дгМ-Ирл. 1998 г. в /У22 на заседании Диссертационного совета К 063.52.06 в Ростовском государственном университете по адресу:

344090, г.Ростов-на-Дону, ГСП-71, ул.Зорге, 7, 217 аудитория химического факультета РГУ

С диссертацией можно ознакомиться в научной библиотеке РГУ, ул.Пушкинская, 148.

Отзывы в двух экземплярах просим отправлять по адресу: 344090, г.Ростов-на-Дону, ГСП-71, ул.Зорге, 7, химический факультет РГУ

Автореферат разослан «/¿» 1998 г

Ученый секретарь Диссертационного совета доктор химических наук,

профессор

В.В.Кузнецов

Общая характеристика работы

Актуальность работы. Необходимым условием эффективной охраны водных объектов и их биологических ресурсов от пестицидного загрязнения является адекватная информация о качественном и количественном составе пестицидов в основных элементах водных экосистем. Удовлетворение этого условия требует постоянного развитая и совершенствования методики идентификации и.количественного определения широкого набора применяемых пестицидов, периодически обновляющегося вследствие адаптации к ним вредителей сельского хозяйства и по причинам экономического характера.

Вместе с тем, по, мере накопления данных о недостаточной точности информации, получаемой с помощью существующих методик, возникает необходимость в их последовательном совершенствовании. В первую очередь, это относится к устойчивым хлорорганическим пестицидам, в значительных количествах накопившихся в элементах экосистем и по-прежнему представляющих большую опасность для водных организмов.

В настоящее время имеется ряд программ по улучшению экологической ситуации в Азово-Черноморском бассейне, по сохранению и поэтапному восстановлению рыбных запасов. Существенным элементом этих программ является эффективный контроль за загрязнением водных объектов, в том числе за пестицидным загрязнением.

В течение последних пяти лет на территории Ростовской области прекратилось применение 16 пестицидных препаратов, в то же время стали использоваться 25 новых. По ряду причин, в том числе из-за отсутствия достаточно экономичных, аттестованных методик анализа, большинство этих соединений находится вне регулярного государственного и ведомственного контроля.

Поэтому методико-методологическое обеспечение мониторинга пестицидного загрязнения и оценки влияния пестицидов на водные организмы, в том числе, на промысловую ихтиофауну, является проблемой, актуальной как в научном, так и в прикладном отношении.

Диссертационная работа выполнена в рамках научно-технических общегосударственных и отраслевых программ Госкомры-боловства РФ и поддержана Российским фондом фундаментальных исследований (грант 96-05-64380).

Цель и задачи работы. Цель работы состояла в разработке и совершенствовании методик идентификации и количественного определения ряда пестицидов, позволяющих проводить анализ основных элементов водных экосистем на уровне ниже предельно-допустимой кон-

центрации этих токсикантов, а также в практическом применении их для оценки современного состояния пестицидного загрязнения водных объектов Азово-Черноморского бассейна.

Для достижения названной цели поставлены и решены следующие задачи:

1. Исследование газохроматографических свойств ряда С1-, № и Р- содержащих пестицидов и наработка библиотеки индексов удерживания для предварительной автоматизированной расшифровки сложного состава природных проб.

2. Исследование закономерностей газохроматографического поведения ряда полифункциональных соединений в зависимости от фундаментальных свойств и структуры их молекул.

3. Изучение и устранение влияния посторонних веществ на характеристики удерживания пестицидов на примере реальных проб объектов окружающей среды.

4. Разработка на этой основе и метрологическая аттестация аналитических методик газохроматографического определения пестицидов в природных водах и гидробионтах.

5. Оценка современного состояния загрязнения водных объектов Азово-Черноморского бассейна пестицидами с использованием разработанных методик.

Научная новизна. Впервые проведено сравнительное изучение и установлены основные закономерности поведения ряда С1-, И- и Р- содержащих пестицидов на двух неподвижных фазах разной полярности ИВ-1701 и N13-54 в искусственных смесях и реальных пробах основных элементов водных экосистем. На этой основе разработаны и усовершенствованы методики идентификации и количественного определения пестицидов, в том числе не определявшихся ранее в водных объектах Азово-Черноморского бассейна.

Впервые с использованием разработанных методик дана оценка современного состояния загрязнения Азовского моря, включая применяемые: в последние годы новые пестициды.

Предложен комплекс критериев, позволяющих учитывать и снижать матричные эффекты при анализе объектов окружающей среды и существенно повысить надежность идентификации и количественного определения пестицидов.

Практическая значимость. В результате проведенных исследований решены поставленные задачи по методико-методологическому обеспечению работ, выполняемых в рамках государственных научно-технических программ ГНТП «Мировой океан» (раздел «Азовское мо-, ре»), ФКЦП «Аквакультура», проекта «Моря России», отраслевых про-

грамм Госкомрыболовства РФ «Разработать научные основы охраны рыбохозяйственных водоемов от загрязнения» (проект «Экология рыбо-хозяйственных водоемов»), «0сетр-2000».

Разработаны методики газохроматографического определения массовой концентрации пестицидов в природных (пресных и морских) водах и в гидробионтах, а также в очищенных сточных водах и в питьевой воде. Методики определения пестицидов в природных водах регламентированы в Руководящем документе "Методические указания. Газо-хроматографическое определение пестицидов в природных (пресных, морских), очищенных сточных водах и в питьевой воде" и аттестованы в соответствии с ГОСТ Р 8.563-96. Получены свидетельства о метрологической аттестации методик количественного химического анализа пестицидов, выданные Ростовским центром метрологии, стандартизации и сертификации за N 21/449 - 21/459; 21/491.

Разработанные методики используются в центральной специнспекции аналитического контроля Госкомэкологии по Ростовской области. В течение 1996-98 гг. Азовским НИИ рыбного хозяйства при непосредственном участии автора проведены исследования пестицидНого загрязнения водных объектов Азово-Черноморского бассейна с использованием предложенных методик.

На защиту выносятся следующие положения:

1. Библиотека уточненных индексов удерживания Cl-, N- и Р-содержащих пестицидов на двух фазах разной полярности (NB-1701 и NB-54) для автоматизированной предварительной их идентификации.

2. Установленные корреляционные зависимости между структурными характеристиками ряда полифункциональных соединений и их хроматографическими свойствами, предложенные для повышения на-деясности идентификации пестицидов.

3. Результаты исследования влияния матричных эффектов на характеристики удерживания веществ и способы их учета и снижения.

4. Разработанные и метрологически аттестованные методики газохроматографического определения пестицидов в природных водах и в органах и тканях рыб.

5. Оценка современного состояния уровней песгицидного загрязнения водных объектов Азово-Черноморского бассейна с использованием разработанных методик.

Апробация работы. Основные результаты работы доложены на межвузовской научно-практической Конференции «Развитие экономики, социальной сферы и правовой системы в Северо-кавказском регионе» (Отрадная, 1997), третьем Международном конгрессе «Вода: экология и технология» Экватэк-98 (Москва, 1998), International EIFAC

Symposium on water for sustainable inland fisheries and aquaculture (Lisbon, 1998), третьей Всероссийской конференции по анализу объектов окружающей среды «Экоаналитика-98» (Краснодар, 1998).

Публикации. По материалам диссертации опубликовано 7 работ в виде статей и тезисов.

Объем и структура работы. Диссертационная работа состоит из введения, обзора литературы, экспериментальной части (7 разделов), выводов, списка литературы и приложения. Работа изложена на 137 страницах машинописного текста, включающего 13 рисунков, 31 таблицу и библиографию из 118 наименований.

Основное содержание работы

Исследование газохроматографических свойств пестицидов

Для разработки методик идентификации и количественного определения пестицидов в элементах водных экосистем (вода, донные отложения, промысловая ихтиофауна) были определены и уточнены газо-хроматографические свойства пестицидов: характеристики удерживания, чувствительность детекторов, пределы обнаружения, линейные диапазоны детектирования, соотношения интенсивностей хроматогра-фических пиков на двух фазах разной полярности.

Работу проводили с использованием газохроматографической системы, включающей 5 двухканальных газовых хроматографов с аналогичными парами капиллярных колонок (NB-1701 и NB-54), разными специфическими детекторами и хроматомасс-спектрометр высокого разрешения с единым программным обеспечением и универсальной серией индексных стандартных веществ.

Определение пестицидов проводили на двухканальном газовом хроматографе высокого разрешения Микромат фирмы «Нордион» (Финляндия) с детекторами по захвату электронов, оснащенном персональным компьютером, позволяющим проводить расчет индексов удерживания и предварительную расшифровку состава проб в автоматическом режиме.

Установлено, что лучшее разделение смеси пестицидов, представленных в табл.1, достигается при следующих условиях хроматогра-фирования:

температура детектора - 300°С, температура инжектора - 225°С, температурное программирование термостата колонок: начальная температура - 50°С,

выдержка - 2 мин,

первая скорость подъема - 20°/мин, . время подъема - 5 мин, промежуточная температура - 150°С, вторая скорость подъема - 6°/мин, время подъема - 21 мин, конечная температура колонок - 275°С, выдержка - 20 мин,

время выхода колонки на режим (охлаждение до 50°С) - 10 мин, скорость газа-носителя (азот) - 3 мл/мин.

Расчет индексов удерживания проводили при помощи программы Микман («Нордион», Финляндия) методом кубического сплайна. В качестве индексных стандартов использовали ряд п -алкилбнс(трифтор-метил)фосфинсульфидов - (так называемую серию М):

Э

РзС —Р-Я,

I

СН

где 11п = (СН2)ПСН3; п = 6, 8, 10,12, 14,16, 18,20,22, 24.

Вычисленные индексы удерживания пестицидов приведены в

табл.1.

Стандартные отклонения времен удерживания, фиксируемые обработчиком хроматографа с точностью 0,1 с, колеблются от 0,2 до 2,2 с (0,1%), индексов удерживания - от 0,1 до 1,0 единиц (0,03%). Абсолютные же значения индексов удерживания исследуемых пестицидов на двух колонках разнятся в интервале 11 - 306 единиц индекса. Следовательно, предварительную автоматизированную идентификацию возможно проводить без применения дополнительных технических средств стабилизации режима хроматографирования.

Пределы обнаружения рассчитывали, как количество вещества, вызывающее сигнал, равный удвоенной величине шумов: ПРО = 2 ' Иш/Бч (Яш - величина шума, - чувствительность детектора, рассчитанная по формуле Портера, как отношение выходного сигнала К к измеряемой величине концентрации Б-г = 11/С).

Таблица 1

Библиотека индексов удерживания и пределы обнаружения _пестицидов электрон-захватным детектором_

N Название вещества Индекс удерживания ПРО, п" 10"15, г/с

N13-1701 N13-54

1. пентахлорбензол 635 597 0,3

2. трифлуралин 1343 1246 1,8

3. а-ГХЦГ 1390 1270 4,8

4. диазинон 1440 1374 30,1

5. ■у-ГХЦГ 1478 1335 0,8

6. гептахлор 1514 1470 1,2

7. альдрин 1569 1538 1,0

8. хлороталонил 1626 1408 2,3

9. (3-ГХЦГ 1641 1335 / 1,5

10. хлорпирифос 1657 1563 1,3

11. паратион-метил 1670 1479 33,3

12. малатион 1698 1546 7Д

13. метатион 1714 1527 5,6

14. триадимефон 1750 1574 4,8

15. о,п-ДДЕ 1758 1684 1,4

16. пенконазол 1829 1637 6,1

17. п,п-ДДЕ 1838 1752 0,6

18. дильдрин 1871 1750 1,5

19. о,п-ДДД 1915 1770 2,1

20. п,п-ДДД 2012 1851 0,8

21. п,п-ДДТ 2034 1933 2,5

22. пропиконазол 2046 2067 1935 1948 2,3

23. каратэ 2145 2069 4,8

24. фозалон 2150 2098 33,1

25. ипродион 2282 2036 4,3

26. фенаримол ' 2413 2187 5,1

27. фенвалерат 2610 2681 2599 2649 4,3

28. дифеноконазол 3122 3152 2883 2898 50,0

Расчеты, основанные на полученных значениях пределов обнаружения, показали, что достаточно 1 л исследуемой пробы воды для количественного определения пестицидов на уровне 0,1 ПДК, что было подтверждено экспериментально.

Изучение взаимосвязей между структурой и хроматографическим поведением замещенных нитробензолов

При переходе от смесей стандартных образцов пестицидов, для которых нарабатывалась библиотека индексов удерживания, к реальным пробам, нередко возникают затруднения в идентификации, обусловленные влиянием сложного и непостоянного состава мешающих веществ. Хроматограммы таких проб имеют множество пиков посторонних веществ, частично накладывающихся на пики определяемых соединений.

Смещения пиков пестицидов, оцененные с помощью серий внутренних стандартов, достигают 15 с или 10 индексных единиц. Эти матричные эффекты существенно снижают надежность идентификации. Вместе с тем, к точности информации, получаемой в природоохранных исследованиях, предъявляются жесткие требования, так как на ее основе рассчитываются ущербы, наносимые водным и биологическим ресурсам и представляются в судебные органы иски для их возмещения.

Для повышения надежности идентификации нами были изучены закономерности хроматографического поведения веществ в зависимости от их физико-химических характеристик, обусловленных, в конечном счете, структурой молекул. ,

В литературе имеется ряд работ по корреляционным зависимостям между индексами удерживания и физико-химическими характеристиками веществ некоторых классов: полиароматических углеводородов, эфиров, спиртов, кетонов (Saura-Calixto, Garcia-Raso, Bermejo, Buy-dens и др.).

Нами с этой целью изучен ряд замещенных нитробензолов, часть которых (п-нитрофенол, динитро- и нитрохлорбензолы) обладает фун-гицидными свойствами.

где X = NCb, С1, СНз, ОН, NHZ

В качестве заместителей рассматривали атомы и группы, детектируемые с помощью ДЭЗ и наиболее часто содержащиеся в составе мо-

лекул пестицидов. Предположив, что взаимодействие указанных соединений с веществом стационарной фазы происходит в значительной мере по донорно-акцепторному механизму и учитывая электронные эффекты заместителей, можно ожидать следующий порядок элюирования веществ:

НБ<НХБ< ДНЕ НТ<НФ<НА<ДНА -—->-►

удерживание

Усиление свойств С1 < Ж)2 СН3<ОН<ЫН2

акцепторных донорньгх

где НБ - нитробензол; НХБ - нитрохлорбензолы; ДНБ-

динитробензолы; НТ - нитротолуолы; НФ - нигрофенолы; НА -нитроаншшны; ДНА - динитроанилины.

Эксперимент показал следующий порядок элюирования нитробензолов:

НБ < НТ < НХБ < ДНБ < НФ < НА < ДНА.

Следовательно, изменения индексов удерживания замещенных нитробензолов с элекгроноакцепторными заместителями согласуются с изменениями их акцепторных свойств:

НБ > НХБ > ДНБ

Производные, содержащие донорные группировки, демонстрируют наибольшие величины индексов удерживания. По-видимому, это объясняется тем, что в нитробензоле я-элекгроны нитрогруппы и ароматического кольца сопряжены, что приводит к увеличению вклада полярных резонансных структур в резонансный гибрид.

При введении в молекулу нитробензола электронодонорных заместителей (Ш2,ОН и т.п.) этот эффект усиливается, а ее структура все более приближается к хиноидной:

Следствием этого является, в частности, увеличение дипольного момента молекулы. С учетом донорных свойств заместителей, индексы удерживания закономерно изменяются в следующем ряду:

НТ<НФ< НА<ДНА.

Помимо зависимости индексов удерживания от природы заместителей, нами было изучено влияние положения заместителей на величину удерживания. Отмечено, что из соединений, содержащих донорные заместители, слабее удерживаются о-изомеры, а в удерживании веществ с акцепторными заместителями наблюдается противоположный эффект, что также согласуется с изменениями их дипольных моментов.

Были рассмотрены корреляционные зависимости индексов удерживания вышеназванной группы веществ от молекулярной массы (Мг), температуры кипения дипольного момента (ц) и плотности (ё). Установлено, что для близких по структуре классов соединений наблюдаются разные величины вкладов физико-химических характеристик в удерживание. При переходе к большому набору веществ с широкими различиями в структуре вклад названных характеристик в удерживание на полярной стационарной фазе уменьшается в ряду: р. > <1 > Мг» 1К, а на неполярной фазе - в ряду (1 > ц > Мг»Ь:, то есть вклад дипольного момента выше на полярной неподвижной фазе.

То обстоятельство, что вклад tк невелик, представляется весьма существенным. Определение температур кипения чистых пестицидов связано со значительными материальными затратами, а в ряде случаев практически невозможно вследствие их термического разложения. В то же время снижение коэффициента корреляции г в регрессионных уравнениях без учета этого фактора невелико (табл.2).

Таблица 2

Регрессионные уравнения для расчета индексов удерживания

Фаза Уравнение r

NB-1701 I = -41,16-6,22" M7-1,72 "tK+ 1091,28 "d + 212,96 д 0,96

I = - 0,80 - 2,74' Mr + 511,56' d + 196,97' ц 0,92

NB-54 I = -1632,36 + 8,81 ' Mr - 0,40' tK + 274,46 • d + 183,19 ■ ц 0,95

I = - 1423,86 + 7,95' Mr +■ 299,20' d + 178,81" ц 0,94

В основе другого подхода исследований корреляций «индекс удерживания - молекулярная структура» лежит определение инкрементов индексов различных функциональных групп. Такой подход использован в работах Korhonen, Tarjan, Takacs.

Инкременты индексов удерживания для вышеназванных заместителей рассчитывали по уравнению (1):

SIr = IphN02R " IpiiN02, (1)

где 31я - инкремент индекса удерживания заместителя;

Ьшо2н - индекс удерживания нитробензола с заместителем К;

Ьшог - индекс удерживания нитробензола.

Вычисленные инкременты использовали для расчета индексов удерживания соединений по аддитивному уравнению (2) :

1рассн. = 1рЬЫ02 + (2).

Использование корреляций структура - индексы удерживания на основе предложенных нами регрессионных уравнений и инкрементов индексов удерживания позволяет существенно повысить надежность идентификации пестицидов в реальных пробах сложного состава.

Например, при исследовании современного состояния водных объектов Азово-Черноморского бассейна было установлено, что за пик о,п-ДДЕ, обычно доминирующего в группе ДДТ и его метаболитов и поэтому являющегося одним из основных показателей пестицидного загрязнения, нередко принимается хромато графический пик другого вещества, близкого по времени удерживания к о,п-ДДЕ. Использование корреляционных зависимостей и инкрементов индексов удерживания позволило более надежно идентифицировать пик о,п-ДДЕ. Точность его идентификации была подтверждена на ряде проб методом хроматомасс-спектрометрии.

Изучение и устранение влияния липидов на характеристики удерживания пестицидов

Одним из наиболее серьезных артефактов, значительно снижающих надежность идентификации пестицидов в природных водах и, в большей степени, в донных отложениях и гидробионтах, является влияние липидов. Как вещества малополярные, липиды при анализе временно модифицируют стационарную фазу, снижая ее полярность. При этом приведенные выше зависимости индексов удерживания от молекулярной структуры пестицидов «перестают работать» и неопределенность идентификации значительно возрастает. Более того, использование фаз разной полярности для повышения точности идентификации может стать нецелесообразным, так как уменьшается различие их полярности.

Несмотря на то, что анализ хлорорганических пестицидов проводится со специфическими детекторами, последние с различной чувстви-

тельностью также реагируют на полиароматические углеводороды, 0-, Ы-, Б-содержащие органические соединения, поэтому в природных пробах сложного состава всегда наблюдаются изменения характеристик удерживания исследуемых пестицидов. Возникает необходимость изучения направления и величин сдвигов хроматографических пиков.

Для повышения надежности идентификации в природных пробах сложного состава предлагается использовать комплекс критериев, включающий применение двумерной хроматографии, зависимостей индексов удерживания от молекулярной структуры веществ, соотношения интен-сивностей хроматографических пиков на двух фазах разной полярности, в наиболее сложных случаях хроматомасс-спектрометрии и метода добавок.

Наибольшие смещения параметров удерживания пестицидов наблюдаются при анализе проб биологических материалов с высоким содержанием липидов. Интервал сдвигов времен удерживания составляет 4-15 с или 5-10 единиц индексов удерживания.

Например, при идентификации п,п-ДДТ в пробе шпрота (одного из массовых видов промысловых черноморских рыб) на неполярной стационарной фазе наблюдаются два пика в районе выхода этого пестицида - с индексами удерживания 1934 и 1940 единиц (рис.1).

Индекс удерживания п,п-ДДТ в стандартной смеси составляет 1933 единицы. По соотношению интенсивностей хроматографических пиков получаем:

аЛгкддт = 1.43 (1,Л2)1=1934 = 0,8 и (1,/12>,]9-,г) = 1,43.

Следовательно, пик с индексом удерживания 1934 единицы, практически совпадающий с пиком п,п-ДДТ на хроматограмме стандартной смеси, идентифицировать как п,п-ДДТ было бы ошибочно. В свою очередь, эта ошибка могла повлечь за собой неверное представление об источнике загрязнения среды обитания и накопления в рыбах стойких ХОП, так как соотношение концентраций ДДТ и его метаболитов служит критерием «свежего» или «хронического» загрязнения.

Для устранения матричных эффектов применяют различные способы избирательного извлечения, методы очистки полученных экстрактов. Существующие подходы устранения влияния липидов (кислотное разложение или щелочное омыление) приводят к потерям нестойких пестицидов, к образованшо многочисленных продуктов их полураспада, затрудняющих идентификацию.

TIHE-13.13.23

CHANNEL 2

Ш Ш

I ?

Ii

Ш

|l

ш

im Ф

Ш Ш:4

iflil rvj.

лай .5 £033.2

Рис.1. Хроматограмма пестицидов, выделенных из пробы шпрота

Согласно литературным данным, одним из наиболее эффективных сорбентов для очистки от мешающего влияния липидов является оксид алюминия. Нами для устранения влияния липидов предложен относительно простой способ очистки экстрактов проб в тонком слое оксида алюминия. Установлено, что удовлетворительная степень очистки от липидов достигается на сорбенте третьей степени активности по Брокману и Шоддеру, при использовании в качестве подвижной фазы п-гексана. Кг липидов составляет 0,3-0,4, Кг пестицидов - 0,4-1,0.

Степень извлечения пестицидов составляет от 56-60% для дильд-рина, метатиона и паратион-метила до 75-86% для остальных токсикантов.

Таким образом удается устранить мешающее влияние липидов на поведение большинства исследуемых пестицидов, в том числе стойких хлорорганических и новых, широко применяющихся в последние годы.

Разработка методик газохромптографического определения пестицидов в природных водах и гидробионтах

С учетом предложенной схемы повышения надежности идентификации были разработаны методики газохроматографического определения пестицидов в природных водах и гидробионтах.

Методика определения пестицидов в пробах природных вод заключается в двукратной экстракции пробы н-гексаном, концентрировании полученного экстракта и газохроматографическом анализе по индексам удерживания на двух фазах разной полярности. Продолжительность подготовки единичной пробы - 50 мин. Время хроматографиро-вания - 60 мин. Подготовка серии из б проб занимает 1,5-2 часа. Общее время анализа - 8 часов.

Метрологические характеристики указанной методики представлены в табл.3.

Разработанные методики применены для анализа водных объектов Азово-Черноморского бассейна.

Нами предложена относительно простая и доступная методика определения 20-ти С1-, N и Р-содержащих пестицидов в органах и тканях рыб. Выбор пестицидных препаратов основан на перечне средств защиты растений, наиболее широко применяющихся на территории Ростовской области, а также пестицидов, применявшихся ранее, но имеющих большой период разложения.

Разработанная методика основана на 3-кратной экстракции биологического материала к-гексаном, концентрировании полученного экстракта, очистке его от мешающего влияния липидов и других коэкстрак-тивных веществ в тонком слое оксида алюминия, элюировании зоны сорбента, свободной от липидов, смесью н-гексана и ацетона, мягком концентрировании полученного экстракта и газохроматографическом анализе. Продолжительность подготовки единичной пробы - 60 мин. Время хроматографирования - 60 мин. Пробоподготовка серии из 6 проб занимает 6 ч. Общее время анализа -8 ч.

Метрологические характеристики предложенной нами методики представлены в табл.4.

Результаты определения метрологических характеристик данной методики свидетельствуют о том, что методика характеризуется хорошей воспроизводимостью и правильностью и может быть использована для определения указанных пестицидов в органах и тканях рыб.

Предложенная методика апробирована на реальных пробах промысловых рыб Азово-Черноморского бассейна - органах и тканях судака, осетра, шпрота, барабули, мерланга, хамсы и др.

Таблица 3

Метрологические характеристики методик определения пестицидов в пробах природных вод

Наименование Хер, Б, 5, мкг/л А, %

пестицида мкг/л мкг/л мкг/л

Диазинон 0,10 0,098 0,010 0,031

0,20 0,232 0,021 0,080 60

0,40 0,353 0,076 0,222

Дифеноконазол 0,30 0,320 0,047 0,002

0,60 0,481 0,060 0,023 35

1,20 1,255 0,143 0,430

Малатион 0,010 0,0099 0,0022 0,0032

0,020 0,0205 0,0029 0,0060 30

0,040 0,0391 0,0051 0,0118

Метатион 0,001 0,00094 0,00016 0,00017

0,002 0,00191 0,00030 0,00032 20

0,004 0,00444 0,00070 0,00064

Паратион-метил 0,013 0,0117 0,0030 0,0036

0,026 0,0275 0,0029 0,0066 30

0,052 0,0530 0,0060 0,0130

Пенконазол 0,030 0,029 0,0025 0,0020

0,060 0,057 0,0067 0,0052 30

0,120 0,121 0,0120 0,0360

Триадимефон 0,0176 0,0180 0,0025 0,0044

0,0352 0,0370 0,0036 0,0078 25

0,0700 0,0646 0,0068 0,0130

Фенаримол 0,020 0,0241 0,0027 0,0008

0,040 0,0363 0,0039 0,0014 ' 4

0,080 0,0696 0,0091 0,0014

Фозалон 0,010 0,0117 0,0011 0,0005

0,020 0,0181 0,0025 0,0010 5

0,040 0,0361 0,0060 0,0014

Хлороталонил 0,010 0,0092 0,0014 0,0006

0,020 0,0221 0,0045 0,0011 10

0,040 0,0349 0,0055 0,0019

Хлорпирифос 0,005 0,0048 0,0005 0,0010

0,010 0,0108 0,0015 0,0018 20

0,020 0,0194 0,0015 0,0034

где (I - истинное значение концентрации, мкг/л; Э-стандартное отклонение, мкг/л; 8 - доверительный интервал (Р=0,95), мкг/л; А,%- ошибка методики.

Таблица 4

Метрологические характеристики методик определения пестицидов в пробах гидробионтов

Наименование пестицида И, мкг/мл хср, мкг/мл 8, мкг/мл ^ мкг/мл

1 2 3 4 5 6

сх-ГХЦГ 0,01 0,02 0,04 0,007 0,015 0,029 .0,0011 0,0065 0,0089 0,001 0,002 0,002 15

у-ГХЦГ 0,01 0,02 0,04 0,007 0,015 0,028 0,0013 0,0046 0,0089 0,001 0,001 0,003 15

р-гхцг 0,02 0,04 0,08 0,013 0,028 0,055 0,0041 0,0076 0,0093 0,001 0,002 0,005 10

о,п-ДДЕ 0,02 0,04 0,08 0,015 0,031 0,064 0,0039 0,0063 0,0084 0,001 0,003 0,005 10

п,п-ДДЕ 0,02 0,04 0,08 0,016 0,033 0,067 0,0053 0,0068 0,0139 0,002 0,003 0,009 10

о,п-ДЦД 0,025 0,050 0,075 0,017 0,035 0,053 0,0045 0,0048 0,0058 0,0021 0,0041 0,0249 50

п,п-ДДД 0,05 0,10 0,20 0,039 0,079 0,162 0,0058 0,0057 0,0070 0,003 0,005 0,010 10

п,п-ДДГ 0,05 0,10 0,20 0,038 0,080 0,156 • 0,0041 0,0051 0,0067 0,0060 0,0013 0,0123 20

Гептахлор 0,01 0,02 0,04 0,008 0,016 0,032 0,0006 0,0007 0,0015 0,001 0,001 0,006 15

Альдрин 0,01 0,02 0,04 0,0094 0,0185 0,0384 0,0019 0,0033 0,0078 0,001 0,002 0,016 40

Метатнон 0,05 0,10 0,20 0,026 0,054 0,118 0,0035 0,0066 0,0078 0,008 0,019 0,011 40

Трифлуралин 0,02 0,04 0,08 0,016 0,033 0,065 0,0012 0,0074 0,0082 0,001 0,003 0,002 10

Продолжение табл.4.

1 2. 3 4 5 6

Хлорпирифос 0,25 0,16 0,024 0,053

0,50 0,36 0,059 0,091 40

г ' 1,0 0,72 0,076 0,105

Паратион-метил 0,07 0,036 0,0076 0,0011

0,14 0,074 0,0065 0,0063 10

0,28 0,145 0,0137 0,0134

Пропиконазол 0,01 0,007 0,0021 0,0019

0,02 0,015 0,0040 0,0021 15

0,04 0,029 0,0065 0,0043

Пенконазол 1,0 0,8 0,066 0,05

2,0 1,7 0,264 0,43 40

4,0 3,2 0,408 1,11

Пентахлор- 0,01 0,0081 0,0025 0,001

бензол 0,02 0,0172 0,0048 0,002 10

0,04 0,0354 0,0097 0,002

Дильдрин 0,025 0,014 0,0039 0,002

0,050 0,027 0,0041 0,004 20

0,100 0,056 0,0051 0,009

Каратэ 0,125 0,094 0,051 0,014

0,250 0,181 0,072 0,028 10

0,50 0,354 0,130 0,009

Фенвалерат 0,25 0,201 0,024 0,020

0,50 0,420 0,039 0,036 10

1,0 0,883 0,048 0,101

Оценка современного состояния пестицидного загрязнения водных объектов Азово-Черноморского бассейна

Анализ ретроспективной информации загрязнения Азовского моря стойкими хлорорганическими пестицидами и наши собственные исследования за последние три года показали, что с 1989-90 гг. происходило снижение уровней пестицидного загрязнения моря, максимум которого наблюдался в 1987-88 гг. Это обстоятельство, по-видимому, обусловлено резким спадом сельскохозяйственного производства.

В 1995 г. среднегодовая концентрация стойких хлорорганических пестицидов в воде Азовского моря составила 15 нг/л, т.е. 1,5 ПДК. В 1996 г. она снизилась до 0,7 ПДК ив 1997 г. - до 0,5 ПДК. Локальные всплески концентрации ХОП в 1995-96 гг. достигали 5-6 ПДК (в период

максимального загрязнения - десятки ПДК). Летом 1997 г. ни в одном районе моря не было зафиксировано случаев превышения ПДК.

Динамика содержания ХОП в донных отложениях в общих чертах с некоторыми временными смещениями повторяла ход среднегодовой их концентрации в водной среде. В 1995 г. средняя концентрация стойких хлорорганических пестицидов в донных отложениях Азовского моря составила 1,1 нг/г и после некоторого повышения в 1996 г. до 2,1 нг/г, в 1997 г. снизилась до 1,7 нг/г.

Концентрация стойких ХОП в воде Черного моря в 1995 г. была, в среднем, на уровне 1,5-2 ПДК, к 1996 г. она снизилась до 1-1,5 ПДК и к 1997 г. - до 0,5-0,7 ПДК. Максимальная локальная концентрация в 1995 г. достигала 6 ПДК, в 1996 г. - 4 ПДК и в 1997 г. - 1 ПДК.

Помимо пестицидов глобального цикла, с применением разработанных нами методик в природных водах были обнаружены следующие пестициды, в концентрациях до (нг/л):

Азовское море: хлорпирифос-2,7-3,1; хлороталонил - 1,5-1,9;

пенконазол- 0,8-1,0; фенаримол - 1,3-4,8; малатион - 7,4-7,8.

Черное море: хлорпирифос - 0,3; малатион- 8,2-8,6;

фозалон - 20,6 - 22,1; паратион-метил - 5,6; диазинон - 3,3; пенконазол - 4,9.

р.Дон: малатион - 3,5; диазинон- 3,3

метатион-1,0-2,1.

Среди этих пестицидов отмечены случаи превышения ПДК до 2 и 10 раз фозалона и метатиона соответственно.

Факты обнаружения названных, пестицидов в концентрациях, превышающих ПДК, свидетельствуют о том, что их применение взамен запрещенных ядохимикатов не исключает негативного воздействия на водные организмы моря, включая промысловую ихтиофауну.

Результаты исследования содержания пестицидов в органах и тканях промысловых рыб на протяжении последних лет показали, что, несмотря на снижение уровней пестицидного загрязнения воды и донных отложений Азовского и Черного морей, накопление пестицидов гидробионтами остается довольно значительным.

В качестве примера на рис.2 приведены результаты анализа органов и тканей осетра и мерланга - массовых видов азовских и черноморских промысловых рыб.

Рис.2. Содержание пестицидов в органах а) осетра, нг/г

ю

0 0,

/// //////■

Г ^ *

/ /./ / ^ / /

Л*

« / с

* / а /

печень V/' икра / мышцы

б) мерланга, нг/г

Высокое содержание пестицидов группы ДЦТ в печени рыб свидетельствует об их хроническом накоплении (это характерно и для донных отложений). Весьма значительно накопление паратион-метила и,

особенно, пенконазола, обычно неконтролируемых в элементах водных экосистем. Высокие концентрации этих пестицидов в жабрах указывают также на относительно «свежие» источники загрязнения водной среды этими веществами.

Несмотря на то, что в настоящее время наблюдается тенденция снижения уровней пестицидного загрязнения, учитывая высокую устойчивость ряда хлорорганических пестицидов к биодеградации, большой (до нескольких десятков лет) период полураспада, есть основания полагать, что пестицидное загрязнение природной среды, и, в частности, водных объектов, по-прежнему представляет большую опасность.

Выводы

1. Уточнена и расширена библиотека индексов удерживания С1-, И- и Р-содержащих пестицидов на двух фазах разной полярности (№31701 и N13-54), что позволяет проводить их предварительную автоматизированную идентификацию в основных элементах водных экосистем (вода, донные отложения, промысловая ихтиофауна).

2. Использование исследованных зависимостей индексов удерживания ряда полифункциональных соединений от фундаментальных физико-химических характеристик молекул, выраженных в виде соответствующих регрессионных уравнений и суммы инкрементов, существенно повышают надежность идентификации пестицидов в сложных по составу объектах окружающей природной среды.

3. В ряду физико-химических характеристик пестицидов: й - /и -Мг - 1К последняя вносит минимальный вклад в величину индексов удерживания. Вследствие этого значения коэффициента корреляции снижаются незначительно, что весьма важно, так как определение чистых пестицидов связано со значительными материальными затратами, а в ряде случаев практически невозможно.

4. Относительно высокий вклад дипольного момента в величины индексов удерживания полифункциональных соединений, в том числе пестицидов, подтверждает целесообразность выбора слабополярной (N8-54) и полярной (N0-1701) фаз, как основы газохроматографиче-ской системы их идентификации в объектах окружающей природной среды.

5. Матричные эффекты, обусловленные временным снижением полярности фаз под влиянием липидов, приводят к неприемлемо сильным искажениям полученной в процессе хроматографирования информации, не поддающейся сколько-нибудь существенной корректировке.

Предложенный способ хроматографии в тонком слое оксида алюминия позволяет отделить ряд пестицидов от липидов и обеспечить удовлетворительную надежность их идентификации и количественного определения в липид-содержащих биологических материалах (органах и тканях рыб) и донных отложениях водных объектов.

6. Разработанные и усовершенствованные методики определения 28 пестицидов в природных (пресных и морских) водах и в гидробио-нтах, а также в очищенных сточных водах и в питьевой воде по своим метрологическим характеристикам отвечают требованиям Госстандарта РФ, что подтверждено свидетельствами о метрологической аттестации методик количественного химического анализа пестицидов, выданные Ростовским центром метрологии, стандартизации и сертификации.

7. Результаты исследования современного (1995-1998 гг.) состояния пестицидного загрязнения основных элементов водных экосистем Азово-Черноморского бассейна показали, что:

- в течение последних лет наблюдается тенденция снижения уровней загрязнения воды, донных отложений и гидробионтов Азовского моря стойкими хлорорганическими пестицидами. Тем не менее, локальные всплески концентрации ХОП в ряде случаев превышают 5 ПДК;

- в водных объектах р.Дон, Черного и Азовского морей обнаружен ряд пестицидов, не контролируемых ранее, причем концентрация некоторых из них превышает установленную норму ПДК в водах.

Основное содержание диссертации изложено в следующих работах:

1. Сапожникова Е.В., Семенов А.Д. Развитие системы идентификации и определения пестицидов в природных -водах \\ «Основные проблемы рыбного хозяйства и охраны рыбохозяйственных водоемов Азово-Черноморского бассейна», сборник научных трудов АзНИИРХ, Ростов-на-Дону, изд-во «Молот», 1997 г., с.36-42.

2. А.Д.Семенов, Т.Н.Савускан, Е.В.Сапожникова Газохромато-графическая идентификация пестицидов в природных водах \\ Тезисы докладов межвузовской научно-практической конференции «Развитие экономики, социальной сферы и правовой системы в северо-кавказском регионе», Отрадная, (16-17 мая 1997 г.), с.ЗО.

3. А.Д.Семенов, М.М.Евстифеев, Е.В.Сапожникова Газохромато-графическая методика определения пестицидов в тканях и органах рыб \\ Тезисы докладов третьей Всероссийской конференции по анализу объ-

ектов окружающей среды «Экоаналитика-98», Краснодар, (20-25 сентября 1998 г.), с.390-391.

4. Семенов А.Д., Сапожникова Е.В., Грибанова С.Э. Динамика загрязнения Азовского моря устойчивыми хлорорганическими пестицидами (ХОП) \\ Тезисы докладов 3-го международного конгресса «Вода: экология и технология» Экватэк-98, Москва, (20-25 июня 1998 г.), с.127-128.

5. Семенов А.Д., Сапожникова Е.В., Грибанова С.Э. Пестицидное загрязнение и его роль в снижении рыбопродуктивности Азовского моря \\ «Экология», Екатеринбург, 1998, N 6, с.483-487.

6. Семенов А.Д., Сапожникова Е.В., Бондаренко Ю.Ю. Определение пестицидов в органах и тканях рыб методом газовой хроматографии \\ «Известия ВУЗов. Северо-Кавказский регион. Естественные науки», Ростов-на-Дону, 1998, N 4, с.92-95.

7. A.D.Semenov, E.V.Makarov, E.V.Sapozhnikova and S.E.Gribanova Organochlorine pesticides in the Sea of Azov (1982-1997) \\ International EIFAC Symposium on water for sustainable inland fisheries and aquaculture. Lisbon, Portugal. June 23-26. 1998. Abstracts P09, p.28-29.

Подписано к печати 12.11.98 г. Формат бумаги 60 х 84 /8. Бумага офсетная. Печ. лист. 1. Заказ № 16. Тираж 100 экз. Издательско-шлиграфяческий комплекс БИОС РГУ 344091, г.Росгов-на-Дону, ул. Зорге 28/2, переход 3-4 этажей, телефон: 22-38-45 (7 линия)

/V ' & & __ ? / ^ /,' Г-,, /,

и ' ' ^ ^ " / ¿Л--') "" V

РОСТОВСКИЙ ОРДЕНА ТРУДОВОГО КРАСНОГО ЗНАМЕНИ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ

На правах рукописи УДК 543.544.45: 632.95:628.515.

Сапожникова Елена Викторовна

ГАЗОХРОМАТОГРАФИЧЕСКОЕ ОПРЕДЕЛЕНИЕ ПЕСТИЦИДОВ В ОСНОВНЫХ ЭЛЕМЕНТАХ ВОДНЫХ ЭКОСИСТЕМ

Специальность 02.00.02. - аналитическая химия

Диссертация

на соискание ученой степени кандидата химических наук

Научные руководители: доктор химических наук, профессор, член-корр.РАЕН

Семенов А.Д.

кандидат химических наук, доцент Евстифеев М.М.

Ростов-на-Дону 1998

Содержание

стр.

Введение................................................5

Глава 1. Обзор литературы....................................10

1.1. Общие сведения о пестицидах...............................10

1.2. Краткие сведения о токсичности определяемых компонентов. ... 12

1.3. Методы анализа пестицидов................................ 15

1.3.1. Определение пестицидов методом газовой хроматографии..........................................17

1.3.1.1. Методы извлечения пестицидов из проб воды.........17

1.3.1.2. Методы извлечения пестицидов из проб гидробионтов...........................................19

1.3.1.3. Способы очистки экстрактов биологического материала отлипидов............................................. .20

1.3.1.4. Газохроматографический анализ пестицидов..........22

1.3.2. Корреляции структура - удерживание органических веществ в капиллярной газо-жидкостной хроматографии......27

Глава 2. Экспериментальная часть..............................42

2.1. Рабочие растворы, реактивы, аппаратура.......................42

2.2. Объекты исследования ......................................43

2.3. Исследование газохроматографического поведения пестицидов ... 51

2.3.1. Характеристики удерживания.........................51

2.3.2. Характеристики количественного газохроматографического определения пестицидов......................60

2.4. Изучение взаимосвязей между структурой и

хроматографическим поведением замещенных нитробензолов......65

2.4.1. Корреляции структура - удерживание . .................66

2.4.1.1. Зависимость индексов удерживания от природы заместителя.............................................66

2.4.1.2. Влияние положения заместителя на величину удерживания веществ....................................70

2.4.1.3. Корреляции между индексами удерживания и физико-химическими свойствами замещенных

нитробензолов..........................................71

2.4.2. Инкременты индексов удерживания для

различных молекулярных фрагментов.......................79

2.5. Изучение и устранение влияния матричных эффектов на характеристики удерживания пестицидов..........................82

2.6. Разработка и метрологическая аттестация методик газохроматографического определения пестицидов

в природных водах и гидробионтах.............................93

2.6.1. Разработка методик определения пестицидов в природных водах.........................................93

2.6.1.1. Оптимизация условий экстракции пестицидов........ . 93

2.6.1.2. Идентификация пестицидов.........................97

2.6.2. Разработка методик определения пестицидов в пробах гидробионтов...........................................98

2.6.2.1. Извлечение пестицидов из проб гидробионтов.........98

2.6.2.2. Очистка экстрактов биоматериала от липидов сорбцией в тонком слое...................................99

2.6.2.3. Идентификация и количественное определение пестицидов............................................103

2.6.3. Метрологическая аттестация методик газохроматографического определения пестицидов в природных водах

и гидробионтах.........................................106

2.6.3.1. Оценивание показателя воспроизводимости..........107

2.6.3.2. Оценивание показателя правильности измерений......108

2.6.3.3. Оценивание показателя точности измерений.........109

2.7. Практическое применение результатов исследований. Основные результаты исследования пестицидного загрязнения

водных объектов Азово-Черноморского бассейна в 1995-97 гг.........113

ВЫВОДЫ...................................................123

ЛИТЕРАТУРА..............................................125

ПРИЛОЖЕНИЕ

ВВЕДЕНИЕ

В настоящее время ежегодно на мировой рынок поступает свыше 5 млн.т. пестицидов [1] и более 30% (1,5 млн.т.) этих веществ уже поступило в наземные и морские экосистемы эоловым или водным путем. По прогнозам специалистов заметного снижения пестицидного загрязнения водных объектов следует ожидать к 2005 - 2030 гг. [2].

Учитывая высокую устойчивость ряда хлорорганических пестицидов к биодеградации и большой (до нескольких десятков лет) период полураспада, есть основания полагать, что пестицидное загрязнение природной среды, и, в частности, водных объектов, по-прежнему представляет большую опасность.

Необходимым условием эффективной охраны водных объектов и их биологических ресурсов от пестицидного загрязнения является адекватная информация о качественном и количественном составе пестицидов в основных элементах водных экосистем. Удовлетворение этого условия требует постоянного развития и совершенствования методики идентификации и количественного определения широкого набора применяемых пестицидов, периодически обновляющегося вследствие адаптации к ним вредителей сельского хозяйства и по причинам экономического характера.

Вместе с тем, по мере накопления данных о недостаточной точности информации, получаемой с помощью существующих методик, возникает необходимость в их последовательном совершенствовании. В первую очередь, это относится к устойчивым хлорорганическим пестицидам, в значительных количествах накопившихся в элементах экосистем и по-прежнему представляющих большую опасность для водных организмов.

В настоящее время имеется ряд программ по улучшению экологической ситуации в Азово-Черноморском бассейне, по сохранению и по-

этапному восстановлению рыбных запасов. Существенным элементом этих программ является эффективный контроль за загрязнением водных объектов, в том числе за пестицидным загрязнением.

Идентификация и количественное определение пестицидов в элементах водных экосистем является одной из наиболее сложных аналитических проблем экологического мониторинга, как информационной основы разработки и реализации природоохранных мероприятий.

Это обусловлено, прежде всего, сложностью и разнообразием состава пестицидов и мешающих посторонних веществ. Кроме того, в соответствии с повышающимися требованиями практики к эффективности, специфичности пестицидов и по иным причинам состав применяемых в регионах и на бассейнах пестицидов существенно изменяется во времени. В настоящее время ассортимент применяемых в сельском хозяйстве препаратов насчитывает несколько сотен соединений, которые используются в виде тысяч препаративных форм [3].

В течение последних пяти лет на территории Ростовской области прекратилось применение 16 пестицидных препаратов, в то же время стали использоваться 25 новых. По ряду причин, в том числе из-за отсутствия достаточно экономичных, аттестованных методик анализа, большинство этих соединений находится вне регулярного государственного и ведомственного контроля.

Поэтому методико-методологическое обеспечение мониторинга пестицидного загрязнения и оценки влияния пестицидов на водные организмы, в том числе, на промысловую ихтиофауну, является проблемой, актуальной как в научном, так и в прикладном отношении.

Настоящее исследование посвящено разработке и совершенствованию методик идентификации и количественного определения ряда пестицидов, позволяющих проводить анализ основных элементов водных экосистем на уровне ниже предельно-допустимой концентрации этих токсикантов, а также практическом применении их для оценки современ-

ного состояния пестицидного загрязнения водных объектов Азово-Черноморского бассейна.

Работа проведена в рамках государственных научно-технических программ ГНТП «Мировой океан» (раздел «Азовское море»), ФКЦП «Аквакультура», отраслевых государственных программ Госкомрыболов-ства РФ «Разработать научные основы охраны рыбохозяйственных водоемов от загрязнения» (проект «Экология рыбохозяйственных водоемов»), «0сетр-2000» и поддержана Российским фондом фундаментальных исследований (грант 96-05-64380).

В работе впервые проведено сравнительное изучение и установлены основные закономерности поведения ряда С1-, 14- и Р-содержащих пестицидов на двух неподвижных фазах разной полярности N13-1701 и N13-54 в искусственных смесях и реальных пробах основных элементов водных экосистем.

Исследованные зависимости индексов удерживания ряда полифункциональных соединений от фундаментальных физико-химических характеристик молекул, выраженные в виде соответствующих регрессионных уравнений и суммы инкрементов, позволяют существенно повысить надежность идентификации пестицидов в сложных по составу объектах окружающей природной среды.

На этой основе разработаны и усовершенствованы методики идентификации и количественного определения пестицидов, в том числе ранее не определявшихся в водных объектах Азово-Черноморского бассейна.

Предложенные методики регламентированы в Руководящем документе "Методические указания. Газохроматографическое определение пестицидов в природных (пресных, морских), очищенных сточных водах и в питьевой воде" и аттестованы в соответствии с ГОСТ Р 8.563-96. Получены свидетельства о метрологической аттестации методик количественного химического анализа пестицидов, выданные Ростовским цен-

тром метрологии, стандартизации и сертификации за N 21/449 - 21/459; 21/491.

Впервые с использованием разработанных методик дана оценка современного состояния загрязнения водных объектов Азово-Черноморского бассейна, включая применяемые в последние годы новые пестициды.

Материалы диссертации опубликованы в следующих работах:

1. Сапожникова Е.В, Семенов А.Д. Развитие системы идентификации и определения пестицидов в природных водах \\ «Основные проблемы рыбного хозяйства и охраны рыбохозяйственных водоемов Азово-Черноморского бассейна», сборник научных трудов АзНИИРХ, Ростов-на-Дону, изд-во «Молот», 1997 г., с.36-42.

2. А.Д.Семенов, Т.Н.Савускан, Е.В.Сапожникова Газохроматогра-фическая идентификация пестицидов в природных водах \\ Тезисы докладов межвузовской научно-практической конференции «Развитие экономики, социальной сферы и правовой системы в Северо-кавказском регионе», Отрадная, (16-17 мая 1997 г.), с.ЗО.

3. А.Д.Семенов, М.М.Евстифеев, Е.В.Сапожникова Газохромато-графическая методика определения пестицидов в тканях и органах рыб \\ Тезисы докладов третьей Всероссийской конференции по анализу объектов окружающей среды «Экоаналитика-98», Краснодар, (20-25 сентября 1998 г.), с.390-991.

4. Семенов А.Д., Сапожникова Е.В., Грибанова С.Э. Динамика загрязнения Азовского моря устойчивыми хлорорганическими пестицидами (ХОП) \\ Тезисы докладов 3-го международного конгресса «Вода: экология и технология» Экватэк-98, Москва, (20-25 июня 1998 г.), с. 127-128.

5. Семенов А.Д., Сапожникова Е.В., Грибанова С.Э. Пестицидное загрязнение и его роль в снижении рыбопродуктивности Азовского моря \\ «Экология», Екатеринбург, 1998, N 6, с.483-487.

6. Семенов А.Д., Сапожникова Е.В., Бондаренко Ю.Ю. Определение пестицидов в органах и тканях рыб методом газовой хроматографии // «Известия ВУЗов. Северо-кавказский регион. Естественные науки», Ростов-на-Дону, 1998, N 4, с.92-95.

7. A.D.Semenov, E.V.Makarov and E.V.Sapozhnikova Organochlorine pesticides in the Sea of Azov (1982-1997) International EIFAC Symposium on water for sustainable inland fisheries and aquaculture. Lisbon, Portugal. June 23-26. 1998. Abstracts P09, p.28-29.

На защиту выносятся следующие положения:

1. Библиотека уточненных индексов удерживания Cl-, N- и Р-содержащих пестицидов на двух фазах разной полярности (NB-1701 и NB-54) для автоматизированной предварительной их идентификации.

2. Установленные корреляционные зависимости между структурными характеристиками ряда полифункциональных соединений и их хроматографическим свойствами, предложенные для повышения надежности идентификации пестицидов.

3. Результаты исследования влияния матричных эффектов на характеристики удерживания веществ и способы их учета и снижения.

4. Разработанные и метрологически аттестованные методики газо-хроматографического определения пестицидов в природных водах и в органах и тканях рыб.

5. Оценка современного состояния уровней пестицидного загрязнения водных объектов Азово-Черноморского бассейна с использованием разработанных методик.

Глава 1. Обзор литературы

1.1. Общие сведения о пестицидах

Пестициды - собирательный термин, охватывающий все химические вещества, используемые для борьбы с различными видами вредных организмов. По направлению использования пестициды подразделяются на: акарициды - химические препараты, применяемые для борьбы с клещами; инсектициды - химические препараты для борьбы с вредными насекомыми; регуляторы роста растений - химические вещества, влияющие на процессы роста и развития растений; фунгициды - химические препараты, подавляющие развитие спор грибов и др. [3].

По химическому строению пестициды условно подразделяют на ряд классов [4]:

- галогенпроизводные углеводородов (гексахлорциклогексан (ГХЦГ), дихлордифенилтрихлорэтан (ДДТ), его метаболиты дихлордифе-нилхлорэтан (ДДД) и дихлордифенилэтан (ДДЕ), метоксихлор, тедион, ди-кофол, гексахлорбензол, пентахлорбензол, тетрахлорбензол, хлороталонил и

др.);

- органические соединения фосфора (диазинон, гетерофос, малати-он, паратион-метил, фосфамид, ДДВФ, хлорофос, этафос и др.);

- амины и соли четвертичных аммониевых оснований (раундап, стомп, трифлуралин, банкол, ботран и др.)

- кетоны, спирты, нитрофенолы, простые эфиры (изофен, диносеб, набу, акрекс, блазер и др.);

- алифатические, алициклические, ароматические кислоты и их производные (ацетал, бромоксинил, бутизан, дактал, далапон, лассо, мав-рик, пропанид, рамрод, дуал, суми-альфа и др.);

- синтетические пиретроиды (амбуш, децис, фенвалерат, карате, фастак, цимбуш, дифеноконазол и др.);

- арилоксиалканкарбоновые кислоты и их производные (2,4-Д, 2,4ДМ, 2М-4Х, 2М-4ХМ, 2М-4ХП, фюзилад и др.);

- производные карбаминовой, тио- и дитиокарбаминовой кислот (альдикарб, фенмедифам, промет, ронит, эптам, ялан, ТМТД, триаллат, ци-неб и др.);

- производные мочевины, тиомочевины и сернистой кислоты (фену-рон, которая, монурон, диурон, линурон, малоран, хлорсульфурон, топсин-М и др.);

- пятичленные гетероциклические соединения (триадимефон, бай-тан, беномил, БМК, ниссоран, рейсер, ипродион, ронстар, сумилекс, пропи-коназол, пенконазол и др.);

- шестичленные гетероциклические соединения (базагран, аполло, витавакс, дикват, лонтрелл, симм-триазиновые: симазин, атразин, пропазин, прометрин, семерон, метазин и др.).

Основными источниками поступления пестицидов в водоемы являются смывы с почв, сточные, коллекторные, дренажные воды сельскохозяйственных и промышленных предприятий, атмосферные осадки [5]. Пестициды поступают в водные объекты не только с площади водосбора, но и могут привноситься из далеко расположенных источников. Более того, атмосферный перенос по существующим оценкам может быть даже основным источником поступления пестицидов [6]. Так, запасы хлорорганиче-ских пестицидов (ХОП) в поверхностном слое почвы сопоставимы с их поступлением из атмосферы и для разных районов составляют [7]:

Сумма ГХЦГ А В 46-122 300-750

63-206 170-530

А

Сумма ДДТ

В

где А - поток из атмосферы, мкг/кв.м в год В - запас в почве, мкг/кв.м

Содержание пестицидов вследствие их токсичности ограничивается в водоемах, используемых для водоснабжения и рыборазведения. Некоторые пестициды ухудшают качество и органолептические свойства воды. Особенно опасно загрязнение пестицидами грунтовых вод, используемых для питьевого водоснабжения.

В настоящее время для подавляющего большинства пестицидов разработаны и установлены нормы предельно-допустимой концентрации в воде. Наиболее строгие ПДК пестицидов установлены для воды рыбохозяйст-венных водоемов: для большинства токсикантов они составляют от ОД - 10 нг/л; для отдельных соединений - до 1-5 мкг/л [8]. В воде водоемов сани-тарно-бытового назначения диапазон ПДК пестицидов колеблется от 1 до 50 мкг/л [9].

В связи с этим, пестициды наряду с другими токсичными веществами (тяжелые металлы и их соединения, полициклические ароматические углеводороды, радиоактивные вещества и др.) относятся к числу приоритетных соединений, подлежащих контролю в объектах окружающей среды [10]. Особое внимание уделяется воде, являющейся одним из факторов переноса пестицидов в районы, находящиеся на значительном удалении от площадей обработки.

1.2. Краткие сведения о токсичности определяемых компонентов

Многие пестициды, в том числе малатион, беномил, молинат, стомп, пропиконазол, фозалон, эсфенвалерат уже при относительно низких концентрациях существенно ухудшают органолептические свойства воды [11].

Доказано негативное влияние пестицидов на показатели общей заболеваемости населения, на устойчивость организма к инфекциям, что может

приводить к увеличению заболеваний в районах с интенсивным использованием пестицидов [12].

В связи с загрязнением воды пестицидами, естественные условия формирования рыбных запасов в значительной степени изменяются. Рыбы испытывают как ухудшение условий