Содержание к диссертации
Введение
ГЛАВА 1. Гербицид 2,4-дихлорфеноксиуксусная кислота .12
1.1. Общая характеристика пестицидов .12
1.2. Гербициды 14
1.3. История применения 2,4-дихлорфеноксиуксусной кислоты 17
1.4. Физические свойства и применение 2,4-дихлорфеноксиуксусной кислоты .19
1.5. Сохраняемость 2,4-дихлорфеноксиуксусной кислоты в объектах окружающей среды 22
1.6. Действие 2,4-дихлорфеноксиуксусной кислоты на сорные и культурные растения 23
1.7. Токсическое действие 2,4-дихлорфеноксиуксусной кислоты на животных и человека .28
1.8. Промышленное получение 2,4-дихлорфеноксиуксусной кислоты и современные технологии его производства 47
1.9. Идентификация 2,4-дихлорфеноксиуксусной кислоты 49
1.10. Количественное определение 2,4-дихлорфеноксиуксусной кислоты 51
Экспериментальная часть
ГЛАВА 2. Материалы и методы 58
2.1. Статистические данные для изучения .58
2.2. Объект и материал для исследования 59
2.3. Реактивы и оборудование 60
2.4. Методы исследования 61
2.4.1. Ранжирование территории и оценка относительных экологических рисков .61
2.4.2. Статистические методы обработки данных 63
2.4.3. Спектрофотометрические методы .64
2.4.4. Хроматографические методы .66
ГЛАВА 3. Гербициды в агропромышленном комплексе курской области .70
3.1. Особенности использования гербицидов в Курской области .70
3.2. Объмы применения и территориальные нагрузки гербицида 2,4-
дихлорфеноксиуксусной кислоты в Курской области 73
3.3. Относительный экологический риск развития патологий ЖКТ среди населения Курской области в условиях высоких гербицидных нагрузок 79
3.4. Экологические проблемы Курской области, связанные с применением гербицидов 84
ГЛАВА 4. Идентификация 2,4-дихлорфеноксиуксусной кислоты 87
4.1. Метод УФ-спектрофотометрии 87
4.2. Идентификация хроматографическими методами .94
4.2.1. Нормальнофазная тонкослойная хроматография .94
4.2.2. Обращннофазная тонкослойная хроматография 96
4.3. Метод высокоэффективной жидкостной хроматографии 97
ГЛАВА 5. Количественное определение 2,4-дихлорфенокси-уксусной кислоты в биологическом материале 100
5.1. Определение 2,4-дихлорфеноксиуксусной кислоты в биологическом материале с применением метода тонкослойной хроматографии в сочетании со спектрофотометрией 100 5.1.1. Определение оптимального растворителя для снятия УФ-спектров растворов 2,4-дихлорфеноксиуксусной кислоты 100
5.1.2. Изучение извлечения 2,4-дихлорфеноксиуксусной кислоты из биологического материала различными изолирующими агентами 102
5.1.3. Подбор оптимальных условий для экстракции исследуемого вещества 104
5.2. Определение 2,4-дихлорфеноксиуксусной кислоты в биологическом материале с применением метода высокоэффективной жидкостной хроматографии 112
5.2.1. Извлечение 2,4-дихлорфеноксиуксусной кислоты из биоматериала и экстракционная очистка 112
5.2.2. Очистка на колонке 113
5.2.3. Количественное определение 2,4-дихлорфеноксиуксусной кислоты методом высокоэффективной жидкостной хроматографии 114
5.2.4. Определение 2,4- дихлорфеноксиуксусной кислоты в злаковых культурах 116
Выводы 118
Заключение 120
Список литературы
- Сохраняемость 2,4-дихлорфеноксиуксусной кислоты в объектах окружающей среды
- Ранжирование территории и оценка относительных экологических рисков
- Относительный экологический риск развития патологий ЖКТ среди населения Курской области в условиях высоких гербицидных нагрузок
- Определение оптимального растворителя для снятия УФ-спектров растворов 2,4-дихлорфеноксиуксусной кислоты
Введение к работе
Актуальность темы. Большой экономический ущерб сельскому хозяйству наносит сорная растительность, для борьбы с которой существует отдельная группа пестицидов – гербициды. Одним из наиболее широко используемых гербицидных препаратов в мире уже более полувека является 2,4-дихлорфеноксиуксусная кислота (2,4-Д), которая предназначена для уничтожения двудольных сорняков в посевах зерновых культур. Существует много информации, касающейся различных случаев токсического воздействия ядохимиката на здоровье человека, отмечены инциденты с летальным исходом [Куликова Н.А., 2010; Лепешкин И.В., 2004; USDA, 2006].
Известны случаи выявления 2,4-Д в продуктах переработки сельскохозяйственных культур и даже в мясе и молоке коров, что может отрицательно сказаться на здоровье людей. Риск негативного воздействия гербицида 2,4-Д возрастает в случае проживания людей в регионах, специализирующихся на возделывании злаков, а также на территориях, расположенных вблизи предприятий по производству данного гербицида [Давидюк Е.И., 2004; Гафурова С., 2011]. В доступной литературе отсутствуют данные об объёмах применения гербицидного препарата в сельскохозяйственных регионах, например, на территории Курской области. Вопросы качественного и количественного определения содержания 2,4-Д в биологических объектах остаются недостаточно разработанными до сих пор; не обеспечена высокая точность и быстрота выполнения анализа, в связи с чем возникает необходимость в усовершенствовании методик обнаружения препарата.
Таким образом, вышеизложенное объясняет актуальность поливекторного экологического и аналитического исследования гербицида с возможностью оценки риска его использования в агропромышленном комплексе.
Цель работы: проведение эколого-аналитического исследования 2,4-дихлорфеноксиуксусной кислоты с разработкой унифицированных методик мониторинга в объектах окружающей среды.
Задачи исследования:
1. Оценить объёмы использования и территориальные нагрузки
гербицидов в целом и непосредственно 2,4-дихлорфеноксиуксусной
кислоты в Курской области.
2. Выделить экологически неблагоприятные территории региона по
уровню пестицидных нагрузок.
3. Определить экологические риски развития патологий желудочно-
кишечного тракта населения в условиях интенсивного применения
гербицида 2,4-Д.
4. Изучить спектрофотометрические характеристики и
хроматографическую подвижность 2,4-дихлорфеноксиуксусной кислоты с
целью создания методик экспресс-контроля.
5. Изучить особенности экстракции объекта исследования
различными группами изолирующих агентов из биологического
материала, разработать схему очистки извлечений из сырья злаковых
культур.
6. Разработать методики количественного определения 2,4-Д в
биоматериале и апробировать их на агрокультурах.
Научная новизна. Впервые изучены динамика применения, объёмы использования и рассчитаны территориальные нагрузки ядохимиката 2,4-Д в районах Курской области, проведено ранжирование территорий по уровню пестицидной нагрузки с выделением экологически неблагоприятных районов. Оценены относительные экологические риски развития ряда форм патологий желудочно-кишечного тракта (ЖКТ) детского и взрослого населения Курской области в зонах интенсивного применения гербицидов группы 2,4-Д.
Исследованы особенности хроматографического поведения 2,4-Д в тонких слоях сорбента и в аналитических колонках для ВЭЖХ-анализа. Впервые оценены представленные в работе подвижные фазы различной полярности. Рассмотрены особенности поглощения веществом (в разных по химической природе растворителях) электромагнитного излучения в УФ-области спектра. Разработана методика извлечения 2,4-Д из биологического материала, очистки получаемых извлечений и количественного анализа. Впервые в качестве изолирующего агента использовали этилацетат; для количественного определения 2,4-Д при мониторинге предложены методы хроматоспектрофотометрии и ВЭЖХ. Разработанные методики были апробированы на агрокультурах и запатентованы.
Практическая значимость. Результаты ранжирования районов Курской области с выделением экологически неблагоприятных территорий с относительно высокими объёмами применения 2,4-Д, а также показатели относительного экологического риска формирования патологий ЖКТ у населения области могут быть полезны для служб мониторинга за состоянием окружающей природной среды, региональных
представителей природоохранных органов Госкомэкологии. Данная информация может быть использована для оценки экологической ситуации по уровням загрязнения окружающей среды отдельных административно-территориальных единиц Курской области.
Разработанная методика идентификации и количественного определения 2,4-Д может применяться для санитарно-эпидемиологического контроля в службах Россельхознадзора, на станциях агрохимической защиты.
Результаты исследования могут быть рассмотрены в университетах при изучении курсов биологии и экологии, токсикологической и аналитической химии.
Положения, выносимые на защиту:
-
Пестицидная назрузка в Курской области за последнее десятилетие характеризуется как средняя, при этом 7 районов области являются неблагоприятными по объёмам применения гербицида 2,4-Д.
-
Увеличение относительного экологического риска возникновения болезней поджелудочной железы, желчного пузыря и желчевыводящих путей у детей, а также гастритов и дуоденитов у взрослых обусловлено значительными объёмами внесения гербицида 2,4-Д на отдельных территориях области.
-
Результаты исследования хроматографической подвижности 2,4-Д в тонких слоях сорбентов позволили выбрать оптимальную подвижную фазу (гексан – диэтиловый эфир (6:4)) и указывают на целесообразность применения в экологическом контроле нормальнофазовой хроматографии.
-
Методика экстракции объекта исследования из биологического материала и ступенчатой очистки позволяет максимально отделить соэкстрактивные вещества.
-
Предлагаемые унифицированные методики идентификации и количественного определения 2,4-Д с использованием хроматоспектрофотометрии и ВЭЖХ характеризуются экспрессностью и высокой степенью точности.
Внедрение результатов работы на Федеральном уровне. На основе проведённых исследований, представленных в диссертации, был получен патент на изобретение № 2453848: «Способ определения 2,4-дихлорфеноксиуксусной кислоты в биологическом материале».
Связь исследований с проблемным планом биологических наук.
Диссертационная работа выполнена в соответствии с планом научно-исследовательских работ кафедры биологии, медицинской генетики и
экологии Курского государственного медицинского университета и соответствует проблеме «Экология». Номер государственной регистрации 01201266227.
Апробация работы. Основные положения работы были представлены на X и XI международных научно-практических конференциях «Экология и безопасность жизнедеятельности» (Пенза, декабрь 2010; декабрь 2011), на VIII международной научно-практической конференции «Окружающая среда и здоровье» (Пенза, май 2011), в материалах II Всероссийской научной конференции с международным участием «Медико-биологические аспекты мультифакториальной патологии» (Курск, 17-19 мая 2011), на 75, 76, 77-й итоговых научных конференциях студентов и молодёжи КГМУ «Молодёжная наука и современность» (Курск, 2010, 2011, 2012), на четвертой международной телеконференции "Проблемы и перспективы современной медицины, биологии и экологии" (Томск, 2011), в материалах VI Всероссийской научно-практической конференции молодых ученых-медиков, организованной Воронежским, Курским, Казанскими медицинскими вузами (Казань, 2012), в материалах V всероссийской научно-практической конференции с международным участием «Биомедицинская инженерия и биотехнология» (Курск, 2012).
Личный вклад. Автор принимал участие в постановке цели, задач и разработке плана исследований, провел анализ зарубежных и отечественных источников литературы по теме диссертации, выполнил экспериментальные исследования, провел статистическую обработку данных. Полученные результаты проанализированы совместно с руководителем, сделаны выводы и обобщения. В работах, выполненных в соавторстве, использованы результаты исследования с долей участия автора 70-80%.
Публикации. По материалам работы было опубликовано 13 статей во
всероссийской и международной печати, 6 статей в научных рецензируемых журналах (рекомендуемых ВАК, для публикации материалов диссертации).
Объём и структура диссертации. Диссертационная работа включает в себя введение, 5 глав (обзор литературы, материалы и методы исследования, 3 главы результатов собственных исследований), заключение, выводы и список использованной литературы. Работа изложена на 145 страницах, содержит 20 рисунков и 30 таблиц. Библиографический список включает 205 источников, из них 106 на русском и 99 - на иностранных языках.
Материалом для исследования являлись данные об объёмах применения пестицидов в целом, гербицидов в частности и конкретно 2,4-Д за период 2000-2010 годы для 28 районов Курской области. Оценка объёмов внесения в почву препарата 2,4-Д проводилась по количеству действующего вещества, территориальная нагрузка гербицида рассчитана с учётом информации о площади посева обрабатываемых культур.
Материалом для изучения заболеваемости населения Курской области послужили сведения об обращаемости за медицинской помощью детей (в возрасте от 0 до 15 лет) и взрослых (с 18 лет) в районные учреждения здравоохранения, в Областную детскую поликлинику и Курскую областную клиническую больницу за период с 2006 по 2010 годы, а также данные, полученные из амбулаторных карт населения, находящихся на лечении в лечебно-профилактических учреждениях области. Величину относительного экологического риска (R) формирования патологий в условиях интенсивного применения гербицида 2,4-Д вычисляли с применением 4-польной формулы Двойрина. Статистическую значимость определяли с помощью критерия 2. Наличие связи исследуемого фактора с заболеванием считали установленной с вероятностью 95% при 2 3,84 и с вероятностью 99% при 6,63. Для оценки степени ошибочности расчётов риска использовали критерий Колмагорова-Смирнова (р), значение которого не должно превышать 0,05.
Объектом исследования была выбрана 2,4-дихлорфеноксиуксусная кислота (фирма-производитель Sigma-aldrich, США, содержание основного вещества не менее 97%). 2,4-Д как гербицидный препарат в настоящее время не выпускается, а входит в состав различных комплексных препаратов.
На территории Курской области наибольшие объёмы использования зарегистрированы для 2,4-Д-содержащего препарата Диален Супер. В качестве материала для исследования были взяты сельскохозяйственные культуры, обрабатываемые препаратом Диален Супер, согласно справочнику «Список пестицидов и агрохимикатов разрешенных к применению на территории Российской Федерации 2012 год». Используемые сорта злаков: мягкая яровая пшеница «Курская 2038», озимая пшеница «Московская 39», рожь «Талловская 33», яровой ячмень «Суздалец», овёс «Борец», кукуруза «ПР39Г12».
Для разработки способов качественного и количественного определения применены методы СФМ, ТСХ, ВЭЖХ. Эксперименты проводили на модельных смесях измельченных зерен злаковых культур с известным содержанием порошкообразного вещества 2,4-Д.
Сохраняемость 2,4-дихлорфеноксиуксусной кислоты в объектах окружающей среды
Гербициды (от лат. herba – трава и caedo – убиваю) – химические вещества, применяемые для уничтожения сорной растительности. В сельскохозяйственной энциклопедии 1974 года дано следующее толкование сорняков: «растения, произрастание которых на данном месте по какой-либо причине нежелательно». Государственным стандартом нашей страны (ГОСТ 16265-89) установлено такое определение: «Сорные растения – дикорастущие растения, обитающие на сельскохозяйственных угодьях и снижающие величину и качество продукции». В каждой почвенно-климатической зоне наибольший вред сельскому хозяйству причиняют несколько сотен, а на отдельных полях – не более десяти видов сорняков [43, 98].
Сокращение объмов применения гербицидов в 90-е годы, связанное с экономическими трудностями страны, привело к увеличению засорнности посевов сельскохозяйственных культур. Так, потери урожая от сорных растений за несколько лет составили приблизительно 20% [31].
Ядохимикаты по характеру действия на растения делятся на гербициды сплошного действия, убивающие все виды растений, и гербициды избирательного (селективного) действия, уничтожающие одни виды растений и не повреждающие другие. В большинстве случаев один и тот же ядохимикат в зависимости от концентрации и условий применения может проявлять себя как гербицид сплошного или селективного действия [8]. Различают биохимическую и топографическую избирательность гербицида. При биохимической избирательности действие гербицида связано с вмешательством его в обмен веществ чувствительных к нему растений. В устойчивых растениях гербицид детоксицируется. Топографическая избирательность гербицида связана с различиями в анатомическом и морфологическом строении растений и способе внесения гербицида. Топографической избирательностью объясняется повышенная чувствительность к гербицидам растений, произрастающих в определенных условиях, например, в тени на плодородной влажной почве [98, 100].
Гербициды могут быть с широкой и узкой избирательностью. Широкой избирательностью обладает 2,4-Д, уничтожающая все двудольные растения, узкой – например пропанид, уничтожающий просянки в посевах риса. Многие гербициды могут быть использованы как для обработки надземных частей сорняков (листовые), так и для внесения на поверхность почвы (почвенные или корневые) [50, 75].
Современные гербициды делятся на несколько больших групп по химическому составу: простые эфиры, замещнные фенолы, четвертичные соединения аммония, арилоксиалкан-карбоновые кислоты и их производные, бензойные кислоты, галоидозамещнные алифатические кислоты, карбаматы, тиокарбаматы, амиды, производные мочевины, производные фосфоновой кислоты, производные пиридина, дипиридилия, имидазолинонов, тиадиазинов и другие органические соединения [43].
Известно свыше 1000 соединений с гербицидными свойствами, но для борьбы с сорняками используют более 150. Гербициды изготовляют главным образом в виде растворов, порошков (растворимых в воде), паст, концентратов, эмульсии. Обычно в препарате кроме действующего вещества содержится наполнитель – какое-либо нейтральное вещество (тальк, мел, каолин), а также ПАВ, смачиватели (ОП-7, ОП-10), прилипатели и другие добавки, которые повышают эффективность действия гербицида [43].
Основной способ применения гербицидов – обработка растений с помощью наземных опрыскивателей и с самолтов водными растворами, водными эмульсиями и суспензиями. Сроки внесения гербицидов: до или после зяблевой вспашки, в разное время до посева сельскохозяйственной культуры, в период от посева до появления всходов и после появления всходов культурных растений в различные фазы их развития [32, 87].
Доза гербицидов зависит от степени засорения полей, особенностей культуры, почвенно-климатических условий и агротехнических примов. При одних и тех же дозах гербициды в основном с понижением температуры (ниже 8-12С) действуют слабее, с повышением – сильнее. На лгких почвах гербицидов требуется меньше, чем на тяжлых, богатых гумусом [98].
Химические методы борьбы с сорняками обычно применяют в сочетании с агротехническими. Биологическим методам борьбы с сорняками отдатся большее предпочтение, чем химическим, однако они пока широко не используются. Применение гербицидов ведт к значительной экономии ручного труда [42].
Многолетнее применение гербицидов способно привести к серьзным негативным последствиям, к которым относятся: 1) воздействие гербицидов на живые организмы (растения, животные, полезные грибы и бактерии); 2) развитие устойчивых к гербицидам форм организмов; 3) миграция гербицидов по пищевым цепям, попадание в организм человека с пищей, водой или воздухом [60].
Большинство гербицидов являются ядами для человека и теплокровных животных. Чтобы предупредить неблагоприятное воздействие гербицидов (попадание в водомы, накопление в растениях или в животных продуктах и т.п.), следует соблюдать правила, предусмотренные инструкциями по их применению. Необходимо не допускать контакта яда с любой частью тела. Работают с гербицидами в резиновых перчатках и сапогах, спецодежде из пыленепроницаемой ткани, головном уборе, респираторах, очках. Многих проблем позволяет избежать отказ от использования одного и того же гербицида или гербицидов одного класса в течение нескольких лет на одном и том же участке [51, 98].
Ранжирование территории и оценка относительных экологических рисков
Риск токсического действия 2,4-Д на людей возрастает в случае проживания в сельскохозяйственных регионах, специализирующихся на производстве зерна. 2,4-Д может попасть в организм с водой, растениями, мясом и молоком коров, которых пасли на территориях, обработанных гербицидом [55].
В конце 80-х годов исследования, проводившиеся в Украине при интенсивном применении 2,4-Д (аминная соль и бутиловый эфир 2,4-Д при норме расхода 0,8-1,5 кг/га по действующему веществу), показали, что почва, содержавшая остатки гербицида на уровнях, не превышающих ПДК, являлась постоянным источником вторичного поступления вещества в полевые культуры. Остаточные количества 2,4-Д накапливались в растениях, что приводило к загрязнению готовой сельскохозяйственной продукции. При этом остатки 2,4-Д были обнаружены в продукции, выращенной и на тех полях, где гербицид не применяли в течение 1-2 лет. Наличие 2,4-Д было установлено в зерне озимой пшеницы, ячменя, кукурузы, а также в зрелых корнеплодах сахарной свклы в количествах 0,001-0,15 мг/кг, в ботве сахарной свклы, использовавшейся на фермах в качестве зелного корма и для приготовления силоса (от 0,002 до 0,15 мг/кг), в соломе хлебных злаков (от 0,002 до 0,7 мг/кг). Также были обнаружены количества 2,4-Д в образцах силоса в пределах от 0,002 до 0,1 мг/кг. Поступая в организм домашних животных с кормами, остатки гербицида медленно выводились из него. Об этом свидетельствовало наличие 2,4-Д в коровьем молоке. Остаточные количества 2,4-Д были обнаружены в 91,3% от общего числа исследовавшихся образцов молока, при этом содержание препарата колебалось в пределах от 0,0001 до 0,01 мг/л. Таким образом, полученная продукция растительного и животного происхождения часто не соответствовала требованиям гигиенического нормирования в Украине, согласно которому остатки 2,4-Д в пищевых продуктах не допускаются. Были проведены расчты суточного поступления гербицида в организм человека с учтом среднего суточного потребления хлебных продуктов (в пересчете на муку), крупяных изделий, молочных продуктов (в пересчете на молоко). Используя данные расчты, было определено суточное поступление вещества 2,4-Д на 1 кг массы тела (м.т.) человека весом 70 кг, которое в среднем составляло 0,00008 мг/кг м.т. в сутки. Среднесуточная нагрузка препарата на 1 кг м.т. составляла 80% от допустимой суточной дозы (ДСД 0,0001 мг/кг в сутки), а уровни нагрузки колебались в диапазоне от величины в 5 раз меньшей до величины в 2,5 раза большей, чем ДСД [31]. Рассчитанное суточное поступление остатков гербицида в организм отражало только часть реальной нагрузки 2,4-Д на человека, так как не были учтены остатки, поступавшие с другими пищевыми продуктами, питьевой водой и вдыхаемым воздухом [26].
Начиная с периода перестройки и в последующие годы, в результате экономического кризиса, а также других причин, применение гербицидов группы 2,4-Д резко сокращалось. Это привело к снижению нагрузки остатков гербицида на агроландшафты. В 1998-2002 годах в институте экогигиены и токсикологии им. Л.И. Медведя проведены измерения массовой доли 2,4-Д в 3 тысячах образцов различных пищевых продуктов растительного и животного происхождения. В результате проведнных исследований установлено, что 98,2% образцов пищевых продуктов не содержали остаточные количества 2,4-Д. Часть образцов, которые могли содержать остатки гербицида на уровне ниже предела чувствительности количественного метода определения ("следовые количества"), не превышала 1,8%. В Украине разрешен к применению на зерновых культурах целый ряд гербицидов группы 2,4-Д (Бюктрил Д, Дезормон, Ланцет, Лендмастер, Лонтрим, Трезор, Диален С, Диален Супер, Дикопур Ф, Эстерон, диэтиламинная и аминная соли 2,4-Д и другие препараты), что не исключает возможность возобновления широкомасштабного применения гербицидов этой группы в Украине [70]. С возрастанием нагрузки 2,4-Д на сельскохозяйственные угодья увеличится и вероятность загрязнения сельскохозяйственной продукции е остатками, что может повысить риск для здоровья широких масс населения [26]. В 1998 году в Калифорнии были проведены испытания по определению остаточных количеств 2,4-Д в цитрусовых после сбора урожая, концентрация гербицида составила 0,54-0,61 мг/кг. На совместном совещании ФАО/ВОЗ были рассмотрены случаи превышения концентрации 2,4-Д в фруктах. Установленные совещанием максимальные остаточные количества 2,4-Д составили 0,3 мг/кг для цитрусовых [144, 195].
В нашей стране были зарегистрированы случаи обнаружения повышенных концентраций пестицидов в продуктах питания в 2013 году. Лабораторией донского управления Россельхознадзора было установлено превышение максимально допустимого уровня пестицидов в 1,5 раза в польских яблоках, доставленных в Ростов [22].
Таким образом, на основе представленных исследований можно сделать вывод, что есть вероятность попадания в организм 2,4-Д с пищевыми продуктами, а также с водой и вдыхаемым воздухом в случае широкомасштабного применения гербицида в регионах. Поэтому существует риск для здоровья человека, связанный с применением гербицидов группы 2,4-Д [150].
Относительный экологический риск развития патологий ЖКТ среди населения Курской области в условиях высоких гербицидных нагрузок
На основе статистических данных о количествах применения гербицидов в агропромышленном комплексе Курской области за период 2000-2010 годы, были построены диаграммы, отражающие динамику объмов применения гербицидов, а также территориальные нагрузки на посевных площадях за изучаемый период.
По характеру кривой на рисунке 7 можно сказать, что динамика неустойчива, объмы применения гербицидов подвержены высокой вариабельности в различные годы от 160 до 371 тонны. Однако территориальные нагрузки (рис. 8) претерпевают небольшие изменения, особенно в последние годы изучаемого периода, и составляют более 90 г на гектар посевной площади. Резкое увеличение территориальных нагрузок наблюдалось только в 2001 году и достигло значения 152 г/га.
Объмы применения и территориальные нагрузки 2,4-дихлорфеноксиуксусной кислоты в Курской области
Объм применения 2,4-Д по Курской области в среднем равен 78 тоннам в год за изучаемый период. Гербициды на основе 2,4-Д составляют более 50% от объма всех гербицидных препаратов области.
Данные по применению 2,4-Д во всех районах области были рассмотрены за период с 2000 по 2010 годы, также был проведн расчт территориальных нагрузок гербицида. Полученные результаты представлены в виде диаграмм (рис. 9 и 10). Динамика объмов применения в изучаемый период напоминает синусоидальную волну, которая меняет от одного года к другому свои значения с минимальных на максимальные (от 51 до 106 тонн) и наоборот. Такая зависимость может быть связана с цикличностью применения различных гербицидных препаратов с целью уменьшения толерантности сорных видов растений.
Территориальные нагрузки исследуемого вещества колеблются от 70 до 131 г/га в различные годы. Динамика изменяется скачкообразно (сходно с объмами применения), при этом заметно, что за весь изучаемый период величина территориальной нагрузки имеет тенденцию к небольшому увеличению.
По объмам внесения гербицида 2,4-Д за 10 лет провели ранжирование 28 районов Курской области, результаты для наглядного территориального представления оформлены в виде картограммы на рисунке 11.
В результате экологического районирования выделены территории: 1. С высокими объмами применения 2,4-Д (более 4 тонн в год) – Фатежский и Тимский (для них максимальное количество гербицида составляет около 5 тонн в год); а также Черемисиновский, Щигровский, Советский, Медвенский и Обоянский районы. 2. Со средними объмами применения 2,4-Д (от 2 до 4 тонн в год) – Больше-Солдатский, Глушковский, Кореневский, Курчатовский, Октябрьский, Рыльский и др.
3. С незначительными объмами применения 2,4-Д (менее 2 тонн в год) – Беловский, Дмитриевский, Железногорский, Золотухинский, Касторенский, Конышевский, Суджанский и Горшеченский районы. Для последнего характерно минимальное количество гербицида – 0,56 тонн в год.
Провели расчт территориальных нагрузок на основе имеющихся данных о площади посева культур в каждом районе, обрабатываемой исследуемым гербицидом. Среднегодовые территориальные нагрузки находятся в пределах от 32 г/га в Горшеченском районе до 216 г/га 2,4-Д в Фатежском районе за изучаемый период.
Так, к районам с высоким значением территориальных нагрузок гербицида (более 120 г/га) относятся Советский, Черемисиновский, Тимский, Обоянский, Фатежский, Щигровский и Медвенский. К районам с низким значением территориальных нагрузок (менее 60 г/га) – Горшеченский, Дмитриевский, Касторенский, Конышевский, Золотухинский, Суджанский, Железногорский, Беловский, Кореневский.
Относительный экологический риск развития патологий ЖКТ среди населения Курской области в условиях высоких гербицидных нагрузок. В ходе анализа распространнности изучаемых патологий пищеварительной системы проведено ранжирование региона и выделены относительно неблагополучные районы, характеризующиеся высокой частотой встречаемости патологий и районы с минимальным уровнем заболеваемости.
Проведнный по формуле Двойрина (1) расчт относительного экологического риска развития патологий ЖКТ населения позволил установить вовлеченность исследуемого пестицида в формирование отдельных нозологий детского и взрослого организма (таблица 7 и 8).
Определение оптимального растворителя для снятия УФ-спектров растворов 2,4-дихлорфеноксиуксусной кислоты
Исследования проводили на модельных смесях анализируемого вещества с мелкоизмельченным зерном ячменя. Для приготовления модельных смесей в 5 стеклянных стаканов вносили 10 г мелкоизмельчнных зрен ячменя, прибавляли 10 мг 2,4-дихлорфеноксиуксусной кислоты, тщательно перемешивали биологическую ткань с веществом и оставляли на 1,5 часа при температуре 18-220С.
Полученную смесь заливали 20 мл изолирующего агента (этилацетата) и оставляли на 30 минут при перемешивании. Извлечение отделяли, операцию настаивания повторяли. Отдельные извлечения объединяли, растворитель испаряли в токе воздуха. Остаток обрабатывали 10 мл ацетона при энергичном перемешивании в течение 3 минут. Ацетоновое извлечение отделяли, а процесс обработки остатка повторяли ещ дважды по вышеописанной схеме. Отдельные ацетоновые извлечения объединяли в выпарительной чашке и испаряли растворитель в токе воздуха при температуре 18-22оС. Остаток растворяли в 10 мл хлороформа, экстрагировали дважды порциями буферного раствора с pH 10-11 по 10 мл каждая. Отдельные водно-щелочные экстракты отделяли от органической фазы, объединяли, подкисляли 24%-ым раствором хлороводородной кислоты до pH 2-3, насыщали хлоридом натрия и экстрагировали дважды порциями этилацетата по 20 мл каждая. Этилацетатные извлечения отделяли от водной фазы, объединяли и пропускали через стеклянный фильтр диаметром 4 см со слоем безводного сульфата натрия толщиной 1-1,5 см. Фильтр дополнительно промывали 20 мл этилацетата. Отдельные фильтраты объединяли, упаривали при 18-220С в токе воздуха до полного удаления растворителя. Объяснения данного способа ивлечения: 1) добавление ацетона необходимо для осаждения белков и пептидов, и для отделения гидрофильных и части гидрофобных веществ, которые ограниченно растворяются в этом растворителе; 2) экстрагирование буфером с высоким значением рН необходимо для перевода 2,4-Д в ионизированную форму; 3) подкисление соляной кислотой проводили для перевода 2,4-Д в молекулярную форму, что снижало растворимость гербицида в водной среде и способствовало его более полному переходу в органическую среду.
Очистку полученного остатка проводили на колонке с силикагелем. Остаток, полученный на завершающем этапе изолирования, растворяли в 2-3 мл смеси растворителей гексан – диэтиловый эфир в соотношении (6:4) и вносили в хроматографическую колонку размерами 490x11 мм, заполненную 10 г силикагеля L 40/100. Хроматографировали, используя подвижную фазу гексан – диэтиловый эфир (6:4). Элюат собирали отдельными фракциями по 2 мл каждая. Фракции с 5 по 11, которые содержали 2,4-Д, объединяли, упаривали при 18-22оС в токе воздуха до полного испарения растворителя. Остаток растворяли в 6-8 мл ацетонитрила, переносили в мерную колбу вместимостью 10 мл и доводили ацетонитрилом до метки (раствор А). 1,0 мл раствора А вносили в мерную колбу вместимостью 25 мл и доводили до метки ацетонитрилом (раствор Б). 5,0 мл раствора Б вносили в мерную колбу вместимостью 25 мл, туда же прибавляли 7,5 мл ацетонитрила и доводили до метки 0,025 М раствором дигидрофосфата калия. 20 мкл полученного раствора вводили в хроматограф типа «Alliance» фирмы «Waters». В случае малого содержания 2,4-Д в извлечениях из биообъектов раствор А разбавляли в меньшей степени или не разбавляли вообще.
Количественное определение 2,4-дихлорфеноксиуксусной кислоты методом высокоэффективной жидкостной хроматографии
Процесс хроматографирования осуществляли в колонке размером 150x3,9 мм с предколонкой размером 3,9x20 мм, заполненными обращннофазовым сорбентом «Symmetry C-18» с применением подвижной фазы ацетонитрил – 0,025 М раствор дигидрофосфата калия в соотношении 1:1 по объму и детектора на основе фотодиодной матрицы. Скорость подачи элюента составляла 1 мл/мин при температуре колонки 200С. Оптическую плотность регистрировали при длине волны равной 239 нм. Пик на хроматограмме с временем удерживания 3,721 мин (объмом удерживания 3721 мкл) соответствует 2,4-Д.
Количественное содержание 2,4-Д определяли, исходя из площади хроматографического пика, по уравнению градуировочного графика, пересчитывали на навеску вещества, внеснную в зерно ячменя.
Для построения градуировочного графика эксперимент проводили следующим образом: В ряд мерных колб вместимостью 100 мл вносили 1,0; 2,5; 5,0; 12,5; 25,0; 37,5; 50,0 мл 0,002 % раствора 2,4-Д в ацетонитриле, добавляли соответственно 49,0; 47,5; 45; 37,5; 25,0; 12,5; 0,0 мл ацетонитрила и доводили до метки 0,025 М раствором дигидрофосфата калия. Полученные концентрации вещества представлены в таблице 27. По 20 мкл каждого из полученных растворов вводили в хроматограф. Хроматографирование осуществляли в колонке размером 150x3,9 мм с предколонкой размером 3,9x20 мм, заполненными обращннофазовым сорбентом «Symmetry C-18», используя подвижную фазу ацетонитрил-0,025 М раствор дигидрофосфата калия в соотношении 1:1 по объму и детектор на основе фотодиодной матрицы. Скорость подачи элюента составляла 1 мл/мин при температуре колонки 20 0С. Оптическую плотность регистрировали при длине волны равной 239 нм.
