Введение к работе
Актуальность работы. Проблема взаимоотношений человека с окружающей средой все более обостряется в связи со стремительным ростом потребления природных ресурсов, вовлечением в хозяйственную деятельность все новых веществ и материалов. Все это создает реальную угрозу необратимого изменения среды обитания.
Все возрастающее применение пестицидов, минеральных удобрений, поверхностно-активных и других веществ приводит к серьезным экологическим проблемам. Это относится к широко применяемым веществам, обладающим высоким уровнем персистентности (хлор- и фосфорорганическим пестицидам, химическим элементам и другим), способным накапливаться и загрязнять почву, водоемы и продукты питания, оказывая при этом токсическое воздействие на организм человека.
Во Вьетнаме в 2007 году для сельскохозяйственного производства использовано 36000 т пестицидов 2000 наименований, в т.ч. 56% фосфорорганических (ФОП) и 30% хлорорганических (ХОП) (Tu Binh Minh, 2008). Эти стойкие загрязнители накапливаются в пищевых цепях, приводя к различным хроническим заболеваниям при попадании в организм.
Волосы обладают кумулятивными свойствами накапливать различные вещества из окружающей среды. Их состав отражает общее состояние здоровья человека и является биоматериалом, используемым в эколого-эпидемиологических исследованиях. Важной особенностью волос является их способность поглощать эндогенные вещества из организма человека и сохранять их практически неизменными в течение длительного времени (от нескольких месяцев до нескольких лет).
В связи с этим особую значимость в обеспечении экологической безопасности населения приобретает мониторинг ксенобиотиков в организме человека.
Цель работы заключалась в разработке комплекса экоаналитических способов для мониторинга химических элементов и пестицидов в волосах и выявлении признаков предрасположенности к воздействию ксенобиотиков.
Для достижения поставленной цели необходимо было решить следующие задачи:
оптимизировать условия проведения спектрального определения химических элементов с применением систем разложения волос в сосудах высокого давления;
установить оптимальные значения времени, температуры и давления флюида в процессе сверхкритической флюидной экстракции (СКФЭ) пестицидов из волос;
исследовать эффективности экстракции полярных и неполярных пестицидов из волос с использованием модифицированного диоксида углерода;
разработать способы определения хлор- и фосфорорганических пестицидов в волосах, основанных на СКФЭ и жидкостной экстракции с последующим ГЖХ-МС анализом экстракта;
выявить связь между активностью N-ацетилтрансферазы (NAT) и активности изоферментов системы цитохрома Р450 (CYP-450) и содержанием химических элементов и пестицидов в организме;
определить уровни накопления химических элементов и пестицидов в волосах вьетнамцев в различных районах городов Дананга (Вьетнам) и Казани и выявить характер пространственного распределения токсичных химических ксенобиотиков в биосубстратах вьетнамцев.
Научная новизна работы:
Определены активности ферментативных систем метаболизма химических ксенобиотиков NAT и CYP-450 в организме вьетнамцев с использованием тест-маркеров и установлены их корреляционные связи.
Установлено содержание 28 химических элементов (Ag, А1, В, Ва, Са, Си, Fe, К, Mg, Mn, Ni, Pb, Zn, Cr, Co, Ga, Li, Mo, Na, Cd, P, Se, Si, Sn, Sr, Ті, V, W) в волосах вьетнамцев, показана возможность использования их содержания для оценки экологического состояния.
Выявлена зависимость частот дисбаланса эссенциальных элементов в организме человека от скорости процессов детоксикации ксенобиотиков у вьетнамцев.
Установлена зависимость степени извлечения пестицидов из человеческих волос методом СКФЭ от времени экстракции, температуры и давления сверхкритического флюида. Выявлены оптимальные условия определения полярных и неполярных пестицидов в волосах человека методом СКФЭ-ГЖХ/МС анализа экстракта.
Для оценки экологической безопасности вьетнамцев выявлены различия в содержании химических элементов в волосах в зависимости от фенотипов метаболизма ксенобиотиков, от пола и времени проживания в России.
Определены фоновые значения содержания химических элементов и пестицидов в волосах вьетнамцев, проживающих в г.г. Казань и Дананга по результатам мониторинга ксенобиотиков на базе разработанных спектральных и хроматографических способов.
Практическая значимость: Разработаны способы определения химических элементов и пестицидов в человеческих волосах, основанные на методах атомно-эмиссионной спектроскопии с индуктивно-связанной плазмой (АЭС-ИСП) и СКФЭ-ГЖХ/МС анализе экстрактов волос. Экспериментальные результаты и выводы на их основе использованы в учебном процессе КНИТУ в дисциплинах «Экологический мониторинг» и «Контроль экологической безопасности химических производств», Данангского технологического университета в лабораторном практикуме по экологии для студентов очной и заочной форм обучения инженерных специальностей.
Личный вклад автора. Автором лично осуществлены: анализ литературных источников, выбор объектов исследования с учетом их специфики,
планирование и проведение экспериментальных исследований, интерпретация и анализ полученных результатов.
Автор выражает благодарность д.т.н., проф. Гумерову Ф.М. и к.х.н., доц. Умаровой Н.Н. за консультации по частным вопросам диссертационной работы.
Апробация работы. Материалы диссертации докладывались и обсуждались на II Международном форуме «Аналитика и аналитики» (Воронеж, 2008), I и II Научно-практической конференции «Экополис-Казань» (Казань, 2010, 2011), IX, X и XI Международной конференции молодых ученых «Пищевые технологии и Биотехнологии» (Казань, 2008, 2009, 2010), IV Международной конференции «Экстракция органических соединений» (Воронеж, 2010), XIX Менделеевском съезде по общей и прикладной химии (Волгоград, 2011), семинаре «Химический анализ медицинских объектов» (Научный Совет по аналитической химии РАН, Москва, 2011), 31st International Symposium on Halogenated Persistent Organic Pollutants "Dioxin-2011" (Brussels, Belgium, 2011), IX Международной конференции «Россия-СНГ-Восточная Европа: состояние, проблемы, перспективы» (Москва, 2011).
Работа отмечена дипломом I степени на конкурсе им. Лобачевского Н.И. по химии (г. Казань, 2011 г.).
Публикации. Автором опубликовано 17 работ, в т.ч. 5 статей - в журналах, рекомендованных Высшей аттестационной комиссией Министерства образования и науки Российской Федерации, 3 статьи и 9 тезисов докладов в научно-технических журналах и материалах конференций.
Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, четырех глав, выводов, списка использованных источников и приложений. Работа изложена на 139 страницах машинописного текста, содержит 32 таблицы и 37 рисунков. Список литературы включает 254 наименования работ, в том числе 169 зарубежных авторов.