Полициклические ароматические углеводороды

ПАУ представляют собой обширный класс химических соединений, насчитывающий более 200 представителей. Они широко распространены в объектах окружающей среды и стабильны в течение длительного времени. ПАУ обладают канцерогенной и мутагенной активностью.

ПАУ не производятся промышленностью. Канцерогенные ПАУ образуются в природе путем абиогенных процессов. Ежегодно в биосферу поступают тысячи тонн бенз(а)пирена природного происхождения (выделяются из гуминовых компонентов почвы). Большая же часть ПАУ поступает в биосферу за счет техногенных источников (сгорание нефтепродуктов, угля, дерева, мусора, пищи, табака, причем, чем ниже температура, тем больше образуется ПАУ).

Нафталин Антрацен Фенантрацен

Флуорен 3,4-Бензпирен Пирен

Хризен 1,2,5,6-Дибензантрацен Тетрафен

Согласно принятой классификации, ПАУ представляют собой органические соединения, основным элементом структуры которых является бензольное кольцо. Помимо незамещенных ПАУ, существует большое число полициклических соединений, содержащих различные функциональные группы в кольце или в боковой цепи (нитро-, амино,- сульфопроизводные, спирты, альдегиды, эфиры, кетоны и др.) Все соединения имеют углубление в структуре молекулы, так называемую «Вау»-область, характерную для многих канцерогенных веществ (рис. 2.2.).

«углубление» в структуре

Бенз(а)пирен

Большинство ПАУ – кристаллические соединения (за исключением некоторых производных нафталина) с высокой температурой плавления. В воде ПАУ плохо растворимы. При переходе к органическим растворителям растворимость ПАУ возрастает и зависит от их молекулярной массы. Как правило, с увеличением числа ароматических колец и алкильных радикалов растворимость ПАУ уменьшается. Следует отметить, что многие хорошо растворяющиеся в воде ПАУ не являются канцерогенами, но под действием УФ-излучения переходят в соединения, остротоксичные для водных организмов.

Большинство ПАУ интенсивно поглощают УФ-излучение (300–420 нм) и быстро фотоокисляются в атмосфере с образованием хинонов и карбонильных соединений. Так, в результате 20-минутного УФ-облучения происходит разложение 84,5% антрацена; 70,7% тетрафена; 52,0% 3,4-бензпирена; 51,5 хризена; 33,6% пирена.

Один из главных показателей токсичности ПАУ – их канцерогенность. Из обычного набора ПАУ, содержащихся в окружающей среде, наибольшую канцерогенную активность имеют бенз(а)пирен и 1,2,5,6-дибензантрацен. Канцерогенной активностью обладают и многие нитропроизводные ПАУ. Например, 1-нитропирен является токсичным мутагенным и канцерогенным веществом. Он попадает в окружающую среду при сжигании каменного угля, а также содержится в выхлопах дизельных двигателей. В результате развития высокочувствительных методов анализа в последнее время наряду с незамещенными ПАУ в окружающей среде и продуктах питания обнаружены их гетероциклические аналоги, иногда более канцерогенные, чем исходные соединения. Их присутствие в смеси с ПАУ может вызвать синергетический эффект.

Канцерогенная активность реальных сочетаний ПАУ на 70–80% обусловлена бенз(а)пиреном. Поэтому по присутствию бенз(а)пирена в пищевых продуктах и других объектах можно судить об уровне их загрязнения ПАУ и степени онкогенной опасности для человека.

Бенз(а)пирен используется в качестве индикатора ПАУ. Его обнаружение свидельствует лишь о факте загрязнения окружающей среды этими соединениями. Для получения реальной картины необходимо знать концентрацию 16 приоритетных веществ, которые формируют фоновое содержание ПАУ в атмосферном воздухе: нафталина, аценафталина, аценафтена, флуорена, фенантрена, антрацена, флуорантена, пирена, хризена, тетрафена, 3,4-бензфлуорантена, 11,12-бензфлуорантена, 3,4-бензпирена, 1,12-бензперилена, 2,3- о -фениленпирена, 1,2,5,6-дибензантрацена.

В группу приоритетных ПАУ для природных поверхностных вод входят шесть представителей данного списка: 3,4-бензпирен и 3,4-бензфлуорантен (сильные канцерогены), 1,12-бензперилен и 2,3- о -фениленпирен (слабые канцерогены), а также неканцерогенные, но токсичные флуорантен и 11,12-бензфлуорантен. Общая концентрация шести приоритеных ПАУ в питьевой воде не должна превышать 0,2 мкг/л.

ПАУ могут переходить из почвы в растения, корма для животных и затем в пищу человека. Фоновые концентрации бенз(а)пирена в растениях зависят от их способности накапливать ПАУ. В траве концентрации бенз(а)пирена довольно низкие (менее 1 нг/г), хотя в отдельных видах растений они могут достигать 20–30 нг/г. При этом растения усваивают бенз(а)пирен как через корневые системы, так и непосредственно из воздуха – загрязнение листьев и плодов. Так, в капусте содержание бенз(а)пирена заметно выше, чем в помидорах – соответственно 15,6 и 0,22 мкг/кг. В зернах пшеницы бенз(а)пирен обнаружен в количествах от 0,68 до 1,44 мкг/кг. В сушеных фруктах его содержание достигает 23,9 мкг/кг.

Содержание ПАУ в растениях тесно связано с их содержанием в почве. Необходимо следить, чтобы в почву не вносились такие удобрения, как ил, который, как правило, содержит большое количество бензопиренов.

Среднее содержание бенз(а)пирена в морской рыбе находится в диапазоне 0,1–0,2 мкг/кг. Исключение составляют угорь (1,1 мкг/кг) и лосось (5,96 мкг/кг). В речной рыбе содержание ПАУ зависит от степени загрязнения водоема. Так, при концентрации бенз(а)пирена в донном иле 2,1–4,3 мкг/кг в плотве было найдено 0,03–0,04 мкг/кг, а в окуне 0,05–1,9 мкг/кг. Фактор биоконцентрированиия ПАУ в рыбе меньше, чем в водных растениях и донных отложениях.

В пищевом сырье, полученном из экологически чистых растений, концентрация бенз(а)пирена 0,03–1,0 мкг/кг. Условия термической обработки значительно увеличивают его содержание до 50 мкг/кг и более. Полимерные упаковочные материалы могут играть немаловажную роль в загрязнении пищевых продуктов ПАУ, например, жир молока экстрагирует до 95% бенз(а)пирена из парафинобумажных пакетов или стаканчиков.

С пищей взрослый человек получает бенз(а)пиренаа 0,006 мг/год; в России, только с продуктами питания – 1–2 мг. В интенсивно загрязненных районах эта доза возрастает в 5 и более раз. По другим сведениям, доза поступления бенз(а)пирена в организм человека за 70 лет только с продуктами растительного происхождения с учетом их кулинарной обработки составляет 3–4 мг.

Бенз(а)пирен попадает в организм человека с такими пищевыми продуктами, в которых до настоящего времени существование канцерогенных веществ не предполагалось. Он обнаружен в хлебе, овощах, фруктах, маргарине, в обжаренных зернах кофе, копченостях, жаренных мясных продуктах. Причем его содержание значительно колеблется в зависимости от способа технологической и кулинарной обработки или от степени загрязнения окружающей среды. В литературе имеются следующие данные о содержании бенз(а)пирена в продуктах питания (табл. 3.5).

О предельных концентрациях, оказывающих на человека канцерогенное действие, нет точных данных, так как локальное действие этих веществ проявляется только при непосредственном контакте. Опыты с животными показали, что при нанесении вещества кисточкой на отдельные участки тела активность проявляют уже количества порядка 10–

Таблица 3.5. – Содержание бенз(а)пирена в различных пищевых продуктах

Наименование продукта	Содержание бенз(а)пирена, мкг/кг	Наименование продукта	Содержание бенз(а)пирена, мкг/кг
Свинина свежая	Не обнаружено	Сахар	0,23
Говядина свежая	Не обнаружено	Мука	0,2–1,6
Телятина свежая	Не обнаружено	Ржаной хлеб	0,08–1,63
Колбаса вареная	0,26–0,50	Помидоры	0,22
Колбаса копченая	0–2,1	Цветная капуста
Жареная телятина	0,18–0,63	Картофель	1–16,6
Камбала свежая (сухая масса)		Кофе умеренно пожареный	0,3–0,5
Красная рыба	0,7–1,7	Кофе пережареный	5,6–6,1
Сельдь холодного копчения	до11,2	Сушеные фрукты:
Молоко	0,01–0,02	сливы	23,9
Сливочное масло	0–0,13	яблоки	0,3
Подсолнечное масло	0,93–30,0	груша	5,7

100 мкг. При попадании в организм ПАУ под действием ферментов образуют эпоксисоединение, реагирующее с гуанином, что препятствует синтезу ДНК, вызывает нарушения или приводит к возникновению мутаций, несомненно, способствующих развитию раковых заболеваний.

Нормативы содержания ПАУ в питьевой воде составлены с учетом их возможного канцерогенного действия. Для стран Европейского сообщества ПДК составляет 0,2 мкг/л, а по рекомендациям ВОЗ – 0,01 мкг/л, по нормативам, принятым еще в СССР,технически допустимая концентрация – меньше 0,005 мкг/л.

Житель больших городов вынужден вдыхать до 200 мг бенз(а)пирена в год (ПДК для бенз(а)пирена в воздухе населенных мест – 1 нг/м³ (среднесуточная). Следует отметить, что ежегодная дополнительная доза курильщика, выкуривающего до 40 сигарет в день, составляет около 150 мг. Для горожан-курильщиков опасность состоит в том, что удвоенное поступление канцерогенов может привести к возникновению рака легких. Это подтверждается многочисленными медицинскими обследованиями курящих и некурящих людей в городах и сельской местности.

Определение бенз(а)пиренаа в пробах продуктов питания, воздуха и почвы проводят флуоресцентным методом. Методика основана на экстракции ПАУ из проб, фракционировании экстрактов методом ТСХ с последующей идентификацией и количественным определением бенз(а)пирена по спектрам флуоресценции при температуре жидкого азота. Предел обнаружения 10^–5 мг/кг.

Контрольные вопросы:

1. Каковы источники и пути попадания ПАУ в организм человека?

2. Характеризуйте воздействие ПАУ на организм человека.

3. Какие продукты питания содержат наибольшие количества ПАУ и почему?

4. Какие аналитические методы используются для определения содержания ПАУ?

§ 3.7. Пестициды

Пестициды – собирательное название средств, представляющих собой вещества различной химической природы (табл. 3.6) и используемых для борьбы с вредителями и болезнями растений, с сорной растительностью, вредителями зерна и зернопродуктов, древесины, шерсти, кожи, изделий из хлопка, с эктопаразитами домашних животных, с переносчиками заболеваний человека и животных.

Таблица 3.6. – Структурные формулы некоторых пестицидов

Структурные формулы пестицидов
Алахлор	Атразин	Банвел Д
Бендиокарб	Бенефин	Бентазон
Гексахлорбензол	Гептахлор	Гутион
Структурные формулы пестицидов
2,4-Д	2,4-Д Метиловый эфир	2,4-Д изо Октиловый эфир
Дактал	2,4-ДБ	2,4-ДБ Метиловый эфир
ДДД	ДДЕ	Димилин
Диурон	Дихлобенил	ДДТ
Линдан	Тиофос	Амбуш (перметрин)
Карбофуран	Метоксихлор	Метомил
Парадихлорбензол	Пентахлорфенол	Прометон
Прометрин	Пропазин	Пропанил
Структурные формулы пестицидов
Рамрод	Ридомил	Симазин
Суми-8	Суми-Альфа	2,4,5-Т
2,4,5-Т Метиловый эфир	2,4,5-Т изоОктиловый эфир
Тебутиурон	Темик
NN-Триаллат	Трифлюралин
Фузилад	Хлорпрофам
Циперметрин

К пестицидам относят химические вещества, применяемые для борьбы с различными вредными организмами: растительноядными клещами (акарициды), насекомыми (инсектициды), бактериями (бактерициды), высшими растениями (гербициды), грибами (фунгициды), моллюсками (лимациды), круглыми червями (нематоциды), паразитическими червями у животных (антигельминты), тлей (афицид), личинками и гусеницами (ларвициды) и др. Ядохимикаты также применяются для борьбы с грызунами, переносчиками заразных болезней (энцефалит, малярия, сыпной и возвратный тифы, сонная болезнь и многие другие). В эту группу веществ обычно включают регуляторы роста растений и антисептики, применяемые для предохранения неметаллических материалов от разрушения микроорганизмами, а также вещества, употребляемые для предуборочного удаления листьев с растений (дефолианты), вызывающие обезвоживание тканей растений, что ускоряет их созревание и облегчает уборку урожая (десиканты), предпосевную обработку семян (протравители семян) и др.

Мировой рынок пестицидов оценивается в сумму около 30 миллиардов долларов ежегодно. Используется более миллиона тонн пестицидов, причем 60% из них – в сельском хозяйстве. Сегодня предлагается выбор из 5000 видов пестицидов и 700 химических ингредиентов. По сравнению с началом 40-х гг., когда были впервые использованы пестициды, их потребление в сельском хозяйстве возросло в десятки раз, а потери урожая из-за насекомых за последние 50 лет увеличились вдвое. Эта статистика ставит под сомнение «эффективность» пестицидов. Интересно, что применение пестицидов привело к развитию 650 видов вредителей, устойчивых к некоторым из этих ядов.

Пестициды подразделяются на два основных класса: хлорорганические и фосфорорганические.

Хлорорганические пестициды (ХОП) представляют собой хлорпроизводные многоядерных углеводородов (ДДТ), циклопарафинов (гексахлорциклогексан), соединения диенового ряда (гептахлор), алифатических карбоновых кислот (пропанид) и др. Отличительная особенность ХОП – присутствие в молекулах бензольных колец.

К фосфорорганическим производным относятся оединения общей формулы:

где:	X и Y –	соответственно атом кислорода или серы;
	R –	углеводородная или оксиуглеводородная группа;
	Z –	комплексная органическая группа).

В качестве ФОП применяются сложные эфиры фосфорной (ДДВФ – диметилдихлорвинилфосфат, дибром, гардона), тиофосфорной (тиофос, метафос, метилмеркаптофос, кильваль, роннел и др), дитиофосфорной (карбофос, рогор, фосфамид, фталофосамифос), фосфоновой (хлорофос,) кислот, амиды пирофосфорной кислоты, алкилфосфорной, алкилфосфоновой и фторфосфорной кислоты.

Считается, что в мире сменилось за последнее столетие (эпоху наиболее массового их применения) три поколения пестицидов. Первое из них зародилось почти одновременно с первой мировой войной и составляли его в значительной степени обычные яды, токсичные для человека и позвоночных соединения мышьяка и ртутьорганические соединения, применявшиеся в больших концентрациях.

Появлению и внедрению второго поколения пестицидов способствовала Вторая мировая война. В военное время средства контроля над насекомыми были особенно необходимы, так как было много паразитов – вши, блохи, клопы, способствующие возникновению эпидемий. Поэтому широкое распространение получили впервые примененные для борьбы с насекомыми хлорорганические пестициды, в том числе, такие как ДДТ и гексахлоран, он же 1,2,3,4,5,6-гексахлорциклогексан (ГХЦГ). Инсектицидом, собственно, является гамма-изомер ГХЦГ – линдан. Тогда же появились и хлорорганические пестициды, ряд которых – альдрин, дильдрин, гептахлор, хлордан, являются наиболее опасными загрязнителями окружающей среды. К хлорорганическим соединениям также относятся несколько получивших широкое распространение гербицидов, в том числе, применяющийся до сих пор, 2-4-Д. Для хлоорганических пестицидов характерна высокая устойчивость в объектах окружающей среды. Так, период полураспада в почве большинства хлоорганических пестицидов превышает 1,5 года, а в случае ДДТ и дильдрина – 15–20 лет.

Другой класс соединений, к которому относятся многие пестициды второго поколения, – фосфорорганические соединения, в том числе эфиры тиофосфорной кислоты. Среди соединений этого класса – инсектициды октаметил, тиофос, меркаптофос. К этому поколению пестицидов относятся так же карбаматные гербициды и инсектициды, производные мочевины гербицидного действия, различные синтетические фунгициды, бактерициды, зооциды, нематоциды.

Отрицательные последствия применения пестицидов второго поколения обнаружились уже в 1950-е гг. Интересна судьба открытого в 1939 г. швейцарцем Паулем Мюллером инсектицида ДДТ. (Препарат токсичен, ЛД₅₀ – 200 мг/кг, ПДК в воде 0,1 мг/л, допустимые остатки в овощах и фруктах – 0,5 мг/кг, в других продуктах не допускается.) ДДТ сыграл огромную роль в борьбе с малярией, и в 1948 г. Мюллер был удостоин Нобелевской премии в области медицины за свое открытие. Однако, уже начиная с 1950 г., начали поступать сообщения о токсических свойствах ДДТ и реальной угрозе с его стороны для здоровья человека. Благодаря своей стойкости и летучести (период обращения вокруг Земли составлял всего 3–4 недели), ДДТ оказался одним из первых глобальных загрязнителей. Он был обнаружен на всех континентах, в том числе и в Антарктиде. Его способность аккумулироваться и передаваться по пищевым цепям привела к тому, что он был обнаружен в жировом слое пингвинов и в грудном молоке женщин. Все это способствовало тому, что уже в 60-х гг. в большинстве стран препарат был запрещен (в СССР с 1970 г).

Это стало толчком к появлению третьего поколения, состоящего в основном из синтетических пиретроидов и гормональных препаратов. Пиретроиды – это синтетические соединения, характер и механизм действия которых сходен с природными веществами – пиретринами (пиретрины, содержащиеся в цветках ромашек рода пиретрум (хризантемум), использовали еще в армии Александра Македонского для борьбы с паразитами человека). Основные их отличительные особенности – способность к более быстрому разрушению в окружающей среде, но при этом более высокая токсичность, позволяющая уменьшить нормы расхода. Благодаря этому уменьшается содержание остатков пестицидов в сельскохозяйственных продуктах, но зато повышается вероятность несчастных случаев при их применении (согласно отчету Всемирной организации здравоохранения от 1988 г., число таких несчастных случаев достигает миллиона ежегодно – впрочем, эта оценка считается чрезвычайно заниженной).

По данным американских ученых, 60% всех гербицидов, 90% фунгицидов и 30% инсектицидов вызывают опухоли у животных. Многие из них помимо высокой токсичности обладают ярко выраженными кумулятивными свойствами, последствия которых проявляются в изменении иммунологического статуса организма, мутагенном и тератогенном действии.

Пестициды подразделяются по принятой в России классификации токсичности при введении в желудок экспериментальным животным на:

· особо токсичные – с ЛД₅₀ до 50 мг/кг,

· высокотоксичные – с ЛД₅₀ до 50–200 мг/кг,

· среднетоксичные – с ЛД₅₀ 200–1000 мг/кг и

· малотоксичные – с ЛД₅₀ более 1000 мг/кг.

Отравления людей пестицидами разделяются на острые и хронические, и оценить количественно те и другие чрезвычайно сложно. Хронические отравления вообще пока не поддаются количественной оценке. По оценке американских исследователей, до 40% людей, профессионально связанных с производством и применением пестицидов, судя по биохимическим показателям крови, имеют признаки серьезного отравления. Это, однако, не единственная группа риска, подвергающаяся опасности со стороны пестицидов. К ним относятся также люди, живущие в окрестностях мест применения пестицидов; потребители, получающие пестициды в продуктах питания; те, кто пьет воду из источников, находящихся рядом с захоронениями неиспользованных и запрещенных пестицидов, и другие.

В 1960-е гг. основным источником отравления пестицидами являлись ртутьорганические пестициды, поражающие у человека в первую очередь нервную систему, затем на смену пришли хлорорганические пестициды. До настоящего времени из их числа остался среди используемых гранозан. Наиболее токсичны из этого класса пестицидов альдрин (ЛД₅₀ 40–50 мг/кг), дильдрин (ЛД₅₀ 25–50 мг/кг), ГХЦГ, полихлорпинен, линдан (ЛД₅₀ 25–200 мг/кг), хлориндан и ДДТ. Все это яды разностороннего воздействия, поражающие нервную систему, печень, почки, сердце, органы внутренней секреции.

Механизм токсического воздействия хлорпроизводных углеводородов на организмы еще не ясен. Ряд авторов полагают, что при отравлении ими нарушается тканевое дыхание. Механизм токсического действия ХОП связывают также с изменением ряда ферментных систем, в частности они блокируют SH-группы тканевых белков, нарушают биосинтез белка. Известно, что ХОП растворяются в жировой оболочке, окружающей нервные волокна, и влияют на перенос ионов в волокна и из них. Этот процесс очень важен для передачи нервных импульсов. Нарушения в движении ионов выражаются в появлении содроганий и конвульсий, приводя к смерти. Для млекопитающих ХОП особенно опасны способностью воздействия на репродуктивную функцию. Некоторые ХОП способны нарушать также структуру генетического аппарата. При высокой устойчивости в природе и широком распространении действие ХОП во многом аналогично действию диоксинов и дибензофуранов.

Среди фосфорорганических пестицидов наиболее опасными являются меркаптофос, метилмеркаптофос, октаметил, бутифос, трихлорметафос, метафос (ЛД₅₀ 35 мг кг), тиофос (ЛД₅₀ 6–50 мг/кг). Все эти вещества ныне запрещены, хотя многие из них – лишь недавно, и запреты долгое время нарушались. Продолжает использоваться инсектицид метафос, ставший причиной массовых отравлений в Гватемале и Никарагуа.

Если механизм действия, патогенез и принципы терапии отравлений хлор- и фосфорорганическими соединениями хорошо известны, то про адонис, представитель пиретроидов, мало кто знает, что это высокотоксичный препарат с ЛД₅₀ для крыс 100 мг/кг. Токсикодинамика и токсикокинетика его в организме сельскохозяйственных животных не изучены, антидоты не известны.

Потенциальную опасность пиретроидов врачи явно недооценивают. Общепризнанно мнение, что это малотоксичные и быстро разлагающиеся в объектах окружающей среды, организме животных и человека соединения. Однако экспериментальные данные свидетельствуют о том, что лишь у насекомых быстро вырабатывается устойчивость к этим препаратам. Для сельскохозяйственных животных и человека они более опасны.

Синтетические пиретроиды – это нейротропные яды. Накопление их в меньшей степени происходит в стволовой части, а больше в ингибиторных синапсах переднего мозга. Мишенью для этих препаратов являются натриевые каналы, которые переходят в пролонгированное открытое состояние, ведущее к возбуждению нервной системы. По мнению ряда авторов, пиретроиды более токсичны, чем фосфорорганические соединения и карбаматы.

Каждый день в мире происходит около 3000 случаев отравления пестицидами. Это более миллиона отравлений в год химическими веществами, загрязняющими воздух, почвы, воду и продукты. В 2005 году страны ЕС начали пытаться ввести единые стандарты в оценке опасности химических веществ, попадающих в продукты питания, и единую маркировку для продуктов питания.

Спектр оказываемого вредного влияния пестицидов, особенно хлорорганических, для здоровья человека очень широк: от острого отравления до мутагенной их активности. Пестициды – одна из причин вымирания видов. Являясь фактором отбора, они обладают способностью повреждать генетический аппарат клетки и вызывать мутации. Даже небольшие эволюционные сдвиги приводят, в конце концов, к изменению в генетической системе организма, а затем и к изменению поведения, что может повлиять на дальнейший ход эволюции. Известно, что ДДТ нарушает численность популяций некоторых микроорганизмов, а это может приводить к изменениям видового разнообразия сообществ и разрывам пищевых цепей.

Организация по защите окружающей среды допускает, что из 320 пестицидов, разрешенных к применению в агрономии, по меньшей мере, 66 – предполагаемые канцерогены. Многие из этих пестицидов смешиваются с 1200 нейтральными ингредиентами, состав которых производители не обязаны разглашать, ссылаясь на «коммерческую тайну». Для 800 из них до сих пор не установлены уровни токсичности, они предположительно являются канцерогенами.

Во многих странах действует автоматизированный мониторинг, обеспечивающий информацию об уровнях пестицидов и других хлорорганических соединений в продуктах питания. При мониторинге, в большинстве стран, определяются остаточные количества более 150 пестицидов, относящиеся к 45 группам, в более чем 260 видах пищевых продуктов. Результаты продолжительного мониторинга показывают возрастание общего содержания пестицидов в продуктах растительного и животного происхождения. Особенно это касается таких продуктов, как картофель, лук, капуста, помидоры, огурцы, морковь, свекла, яблоки, виноград, пшеница, рыба прудов и водохранилищ, молоко. Причем повышение допустимого уровня содержания пестицидов в 5 и более раз следует понимать как экстремальное загрязнение, а оно наблюдается, к сожалению, в широком ассортименте продуктов питания.

Максимально допустимые уровни содержания пестицидов в некоторых растительных и животных пищевых продуктах приведены в «Медико-биологических требованиях и санитарных нормах качества продовольственного сырья и пищевых продуктах», утвержденных 1.08.89 № 5061-89. Особенно строгий контроль должен быть за содержанием пестицидов в продуктах, предназначенных для детского и диетического питания. В таблице 3.7. приведены предельно допустимые остаточные количества некоторых пестицидов в продуктах питания.

Таблица 3.7. – Предельно допустимые остаточные количества некоторых пестицидов в продуктах питания

Наименование пестицида	Наименование пищевого продукта	Допустимое остаточное кол-во в мг/кг
Гексахлоран (смесь изомеров гексахлорциклогексана)	Молоко, мясо,яйца, масло. Все остальные пищевые продукты.	не допускается 1,0
Гербициды группы 2,4-Д	Все пищевые продукты	не допускается
Гептахлор	Все пищевые продукты	не допускается
ДДД	Зерно Овощи, фрукты	3,5 7,0
ДДТ	Овощи, фрукты Все остальные продукты	0,5 не допускается
Карбофос	Овощи, фрукты и др. продукты Зерно	1,0   3,0
Меркаптофос	Зерно Плоды	0,35 0,7
Метафос	Все пищевые продукты	не допускается

Сегодня без применения пестицидов не решить проблем уничтожения ряда насекомых и повышения урожайности, поэтому очень важен контроль за производством и применением пестицидов со стороны различных ведомств и организаций, а также информация населения о неблагоприятном воздействии этих соединений на организм человека. Однако в решении проблемы, связанной с негативным влиянием пестицидов на организм человека, существуют свои объективные трудности. Пестициды, поступающие в организм с пищевыми продуктами, подвергаются биотрансформации, и это затрудняет их обнаружение и осложняет раскрытие механизмов воздействия на человека. Кроме того, промежуточные продукты биотрансформации бывают более токсичны, чем первоначальный пестицид, и, в связи с этим, огромное значение приобретает опасность отдаленных последствий. Особую тревогу специалистов вызывает отсутствие чувствительных и хорошо воспроизводимых в лабораторных условиях методов определения остаточных количеств пестицидов вообще, и синтетических пиретроидов в частности.

В условиях расширяющегося рынка пестицидных препаратов существующие методы определения остаточных количеств пестицидов в объектах окружающей среды, продуктах растительного и животного происхождения распространяются лишь на малую часть применяемых пестицидов.

Используемые в практике методы испытаний, как правило, нуждаются в тщательной экспертизе и стандартизации. Большинство из них разработано на низком техническом уровне, многие методы трудоемки, длительны и не позволяют получать достоверную информацию о массовой концентрации этих веществ в объектах исследования. В результате при использовании официально утвержденных методов определения пестицидов в токсикологических лабораториях станций защиты растений, агрохимических, ветеринарных лабораториях и лабораториях других министерств и ведомств часто получают разноречивые результаты.

Это связано с отсутствием стандартных образцов пестицидов, что обусловливает построение калибровочных кривых на основе технических препаратов, и с низкой воспроизводимостью в условиях наших лабораторий методик, предлагаемых фирмами-производителями, и с несовершенством используемых методов математической обработки полученных результатов.

Методы определения пестицидов. Поиск оптимальных методов анализа пестицидов – одна из важнейших проблем аналитической химии. С современных позиций к ним, в первую очередь, относятся капиллярная газовая хроматография (ГХ), высокоэффективная жидкостная хроматография (ВЭЖХ), тонкослойная хроматография (ТСХ) и капиллярный электрофорез (КЭ). Эти методы обладают высокой разделяющей способностью, необходимой при анализе многокомпонентных образцов, и высокой чувствительностью, позволяющей определять пестициды на уровне концентраций 1 мкг/дм³ и ниже.

Выбор конкретного метода анализа во многом определяется самой аналитической задачей. К типичным задачам можно отнести следующие:

−определение пестицидов на разных стадиях их производства, приготовления готовых форм, при их хранении;

−определение остаточных количеств пестицидов в сельскохозяйственной продукции, в почве и в природных водах;

−определение пестицидов в биологических образцах;

−определение пестицидов в продуктах питания, в атмосфере, в питьевой воде.

Две последние задачи являются наиболее сложными, так как они требуют одновременного определения не заведомо известных веществ, а набора соединений из всего списка применяемых на практике пестицидов, количество которых превышает 1000 названий. Задачи такого типа иногда называют скриннинговыми. Их решают, главным образом, с помощью метода ГХ с масс-спектрометрическим детектированием (ГХ-МС), когда идентификация пестицидов осуществляется по заранее созданной библиотеке масс-спектров.

Учитывая большое разнообразие пестицидов при выборе методов их определения предпочтение, очевидно, надо отдавать «универсальным» методикам. Лаборатория, работающая по принципу «для каждого вещества свой метод анализа», может обеспечить высокую производительность лишь только по отношению к относительно малому количеству веществ. Переход от одной группы пестицидов к другой требует больших затрат времени на перестройку и калибровку приборов, приготовление стандартов и пр.

Рассматривая химико-аналитические методы с точки зрения их «универсальности» по отношению к анализу пестицидов, можно сделать следующие замечания.

Метод ТСХ достаточно чувствительный и простой в исполнении, однако в силу своей относительно невысокой разрешающей способности «универсальным» быть не может.

Метод ГХ обладает очень высокой разрешающей способностью, но его применение ограничивается термической лабильностью ряда пестицидов и необходимостью привлекать различные способы химической дериватизации многих пестицидов для повышения их летучести.

Метод капиллярного электрофореза, имея высокую разрешающую способность, не обеспечивает приемлемую концентрационную чувствительность и требует весьма высокую степень концентрирования образца, что часто нельзя осуществить из-за ограниченной растворимости пестицидов.

Метод ВЭЖХ обеспечивает для решения многих задач достаточное разрешение, не требует, как правило, предварительной дериватизации и пригоден для анализа термолабильных пестицидов. В сочетании с ГХ он позволяет решить практически все задачи, и именно эти два метода нашли наибольшее распространение в современной экологической аналитической химии.

Пестициды, как уже говорилось, отнесены к приоритетным экотоксикантам, и поэтому, должны находиться под постоянным контролем в объектах окружающей среды. Мониторинг пестицидов предусматривает их количественное определение в широком интервале концентраций, включающем уровень фона. Среди методов анализа, которые применимы к определению пестицидов, в первую очередь относятся высокоэффективные варианты газовой и жидкостной хроматографии.

Высокоэффективная жидкостная хроматография (ВЭЖХ) – один из самых информативных аналитических методов. Он широко используется во всех развитых странах, но, по сравнению с другими физико-химическими методами анализа, требует весьма высокой квалификации персонала, а стоимость одного анализа достигает нескольких десятков и даже сотен долларов США. Таким образом, упрощение самой процедуры ВЭЖХ-анализа и снижение ее стоимости предоставляется важной задачей.

Указанные недостатки ВЭЖХ обусловлены тем, что для каждого пестицида (или группы пестицидов) нормативные документы регламентируют свой «уникальный» вариант ВЭЖХ-анализа. Это приводит к необходимости часто перестраивать хроматограф, что занимает много времени и требует определенного опыта. Кроме того, аналитическая лаборатория, выполняющая анализы с привлечением многих разных методик, вынуждена содержать целый склад дорогостоящих колонок, органических растворителей и стандартных образцов пестицидов.

К пестицидам, определяемым в мировой практике методом ВЭЖХ, относятся труднолетучие и термолабильные соединения. К ним относятся атразин, симазин, хлорпрофам, линурон, хлортолурон, алахлор, трифлюоалин.

В анализе пестицидов используются особые методы пробоподготовки, которые представляется полезным рассмотреть более подробно.

Жидко-жидкостная экстракция (ЖЖЭ) – классический способ извлечения пестицидов из водных образцов. Обычно проводят повторяющуюся несколько раз экстракцию из 500–1000 мл водного образца в делительной воронке. Наиболее популярным растворителем является дихлорметан. Он способен экстрагировать соединения с различной полярностью и легко упаривается. Методы Агентства по охране окружающей среды США (ЕРА US) 8120 и 8140 используют ЖЖЭ с помощью дихлорметана для определения в воде 15 хлорорганических и 21 фосфорорганических пестицидов. Для извлечения гербицидов – производных карбоновых кислот – исходную воду подкисляют до рН<2 и затем экстрагируют неионизованные молекулы диэтиловым эфиром или дихлорметаном.

Классическая ЖЖЭ трудно автоматизируется, требует больших объемов токсичных растворителей и весьма продолжительна по времени. Разделению слоев растворителей при анализе сильно загрязненных вод часто мешает образование устойчивых эмульсий. В таких случаях рекомендуют одиночную длительную ЖЖЭ делительной воронке объемом 1л c растворителем, тяжелее воды.

Хотя классическая ЖЖЭ имеет много недостатков, она продолжает совершенствоваться. Так появилась микроЖЖЭ, разработаная как альтернативный метод для определения гербицида алахлор и двух его метаболитов. Принцип микроЖЖЭ – экстракция из большого объема воды (400 мл) очень маленьким объемом растворителя (500 мкл толуола) – может быть применена в качестве подготовки пробы для анализа методом ГХ без стадии испарения, что важно для определения высоколетучих соединений. В сравнении с твердофазной экстракцией этот метод подготовки пробы быстрее и дешевле.

Большое число разных гербицидов (фенилмочевины, триазины, динитроанилины, хлорацетамиды и урацилы) экстрагируют из пищевых продуктов механическим встряхиванием или гомогенизацией с органическими растворителями, такими как метанол, ацетонитрил, часто смешанными с водой дихлорметаном или этилацетатом, иногда при кислом значении рН.

Высокополярные гербициды, такие как глифосат, нерастворимы в большинстве органических растворителей и их экстрагируют водой или водой с хлороформом, иногда при кислом значении рН. При этой процедуре другие растворимые в воде компоненты (аминокислоты, аминосахара и др.) экстрагируются также. Их присутствие мешает определению глифосатов и делает необходимой очистку экстрактов, которая чаще всего осуществляется на ионообменных хроматографических колонках.

Бипиридиновые пестициды (дикват и паракват – четвертичные аммониевые соединения) обычно экстрагируют из матриц дефлегмацией или нагреванием с серной или с соляной кислотами, после чего проводят твердо-фазную экстракцию и хроматографию.

Твердофазная экстракция (ТФЭ) как метод подготовки образцов известна уже 50 лет. Ее преимущества: экономия времени и растворителей, исключение опасности образования эмульсий, возможность выделения следовых количеств аналита, возможность автоматизации. Особенно часто ТФЭ применяют при анализе природных вод.

ТФЭ активно применяют для определения триазиновых пестицидов и продуктов их распада – гидрокси- s -триазинов, гербицидов – производных мочевины, N -метилкарбаматов и их полярных метаболитов, хлорорганических и фосфорорганических инсектицидов, полярных пестицидов пиретроидов, триазольных и пиримидиновых пестицидов. Разработаны методы ТФЭ многокомпонентных смесей, включающие большое число пестицидов различных классов. Для повышения эффективности экстракции полярных пестицидов иногда применяют колонки со смесью двух сорбентов, например фаз С18 и Фенил.

При ТФЭ кислот на фазах С18 для уменьшения потерь раствор образца целесообразно подкислить до рН<2. Для ТФЭ неионных соединений иногда применяют графитированные сорбенты и фазы, представляющие собой макросетчатые стирол-дивинилбензольные полимеры. Для пестицидов триазиновой группы, производных мочевины и группы феноксикислот успешно используют картриджи с активированной графитированной сажей Carbopack B, ионообменные смолы в ацетатной форме и фазу пропил-NH₂. Для ТФЭ фосфорорганических пестицидов применяют мембранные диски из полистирол-дивинилбензола типа «XAD».

Сверхкритическая жидкостная экстракция (СКЖЭ) является относительно новым методом, применяемым для извлечения веществ с помощью специальных экстрагентов – «сверхкритических» жидкостей. Такими экстрагентами могут быть жидкие СО₂, NH₃, пропан, бутан и др. Перечисленные газы переходят в жидкое состояние при высоких давлениях, поэтому СКЭЖ проводят в автоклавах. После окончания экстракции давление в автоклавах сбрасывают до атмосферного, газ-экстрагент улетает, и в автоклаве остаются только экстрагированные вещества. Их растворяют в подходящих растворителях и растворы анализируют.

СКЖЭ используется главным образом для анализа различных классов пестицидов в почвах, тканях животных и растений. Регулируют эффективность экстракции путем добавок к экстрагенту других растворителей. Наиболее распространенный сорастворитель, добавляемый к углекислоте – метанол. Его добавление позволяет преодолеть матричные эффекты, когда пестициды, прочно связанные с матрицей, чистой углекислотой не экстрагируются. Кроме этого, добавка метанола или ацетона повышает растворимость в углекислоте полярных соединений.

Прямая СКЖЭ редко используется для экстракции аналитов из водной матрицы. Ограничение метода связано с проблемой образования льда и с проблемой удаления воды

По окончании пробоподготовки количественное определение пестицидов осуществляют методом ВЭЖХ и часто с УФ-детектором.

Контрольные вопросы:

1. Дайте определение пониятию «пестициды».

2. Классификации пестицидов по каким признакам вы знаете?

3. Характеризуйте ХОП, ФОП и пиретроиды по их токсическому воздейстию на организм, распространенности и устойчивости в окружающей среде?

4. Каковы механизмы токсического воздействия различных классов пестицидов на организм человека?

5. Какие особые методы пробоподготовки используются при определении пестицидов?

6. Какие аналитические методы используются для определения содержания пестицидов в продуктах питания?

Дата добавления: 2015-05-29