«ПРЕДИСЛОВИЕ При неумелом использовании химических средств защиты растений от вредителей и болезней остатки пестицидов могут попадать в сельскохозяйственную продукцию, продукты питания, окружающую среду. Контроль за ...»

ПРЕДИСЛОВИЕ

При неумелом использовании химических средств защиты растений от

вредителей и болезней остатки пестицидов могут попадать в сельскохозяйственную продукцию, продукты питания, окружающую среду.

Контроль за содержанием пестицидов, фундаментальные исследования

их биологического действия на организм человека и животных, диагностика

и профилактика возможного неблагоприятного действия, разработка и

проведение природоохранных мероприятий потребовали надежных методов опеределения содержания этих соединений в различных средах.

Определение остаточных количеств пестицидов, разработка новых и совершенствование известных методов анализ в различных средах трудная задача, связанная с большими затратами средств и времени. Для проведения плодотворной работы в этой области необходимы знания теоретических основ в области аналитической химии органических веществ. Полувековой опыт работы в области контроля за содержанием пестицидов в различных средах привел специалистов международных организаций (ВОЗ, ИЮПАК) к выводу о том, что гарантии качества анализа обусловлены в первую очередь высоким профессиональным уровнем кадров. Важно иметь хорошо подготовленные кадры для всех видов аналитических работ-лаборантов, инженеров и других специалистов высшей квалификации. Исторически сложилась так, что в период становления организацию контроля за содержанием пестицидов возглавили и проводили агрономы, агрохимики, ветеринарные врачи, врачи гигиенисты, в меньшей степени химикианалитики.

Опыт работы показал, что наиболее эффективные результаты достигаются при объединении усилий специалистов различного профиля.

Обсуждение с ведущими специалистами в области контроля за содержанием пестицидов привело нас к выводу о том, что назрела потребность в учебнике, которое дало бы возможность начинающим работникам различного профиля ознакомиться с теоретическим обоснованием и особенностями практического использования современных методов определения микроколичеств пестицидов.

Учебник, по-нашему мнению, должна отличаться важными особенностями: во-первых, для расширения интереса молодых начинающих работников-исследователей, издание должно освещать новейшие достижения в данной области и перспективы их развития, во-вторых, учебное пособие должна помочь практическим работникам выбирать адекватные методы и грамотно их воспроизводить.

Исходя из особенностей издания в книге, мы впервые обобщили и теоретически обосновали экспериментальный материал, полученный в ходе работ, выполненных в ряде учреждений РК, РФ, Украины и зарубежных стран.

ВВЕДЕНИЕ

Химические вещества, используются для борьбы с вредителями и болезнями растений с незапамятных времен. Возможное первое упоминание о борьбе с плесень ю при помощи серы мы находим в эпических поэмах Гомера «Иллиада»

и «Одиссея», написанных за 1000 лет до нашей эры. Начиная с 1600г английские фермеры регулярно вплоть до XIX века рекомендовали замачивание семян пшеницы в морской воде для борьбы с головней. В 1885г во Франции начала широко применяться бордосская жидкость для опрыскивания виноградной лозы против мильди.

Пестициды - химикаты (инсектициды, гербициды, фунгициды) используются для удобрения почвы, борьбы с сорняками, насекомыми и грызунами, для защиты урожая от плесени и грибков. С их помощью повышают урожайность, увеличивают срок хранения растений, улучшают внешний вид фруктов, овощей и зерна.

Каждый день в мире около 3000 человек отравляются пестицидами. Это более миллиона отравлений в год химическими веществами, загрязняющими воздух, почвы, воду и продукты. Известно, что многие пестициды опасны для здоровья и обладают канцерогенными свойствами, однако до сих пор покупатель не может по этикетке определить, насколько же насыщен покупаемый продукт этими неполезными веществами. В развитых странах у потребителя, в принципе, существует выбор - покупать "органическую" (выращенную без химикатов) продукцию, или обычную. Разница в цене весьма существенна, и выбор "органических" продуктов не столь велик, как обычных. Огромный ассортимент "обычных" продуктов в супермаркетах это, по мнению ведущих экологов, "стратегический запас токсического оружия с огромным сроком хранения".

Организация по защите окружающей среды допускает, что из 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.

Пестициды - это "мина замедленного действия". За десятки лет использования эти химикаты скопились в почве. Они попадают в растения, а также в источники воды и, соответственно, в рыбу. Страдает и животноводство: скот питается обработанными химикатами растениями и к тому же получает инъекции гормонов роста и антибиотиков. В итоге, вся "химия" встраивается в ткани животных. Факты очевидны - мы рискуем получить значительные дозы пестицидов ежедневно. Вызывает тревогу, что многие из этих химикатов являются биологическими ядами, рассчитанными на уничтожение, и в организме человека они медленно, прогрессирующе разрушают клетки и органы.

1.КЛАССИФИКАЦИЯ И СВОЙСТВА ПЕСТИЦИДОВ

1.1. Классификация пестицидов по направленности действия По направленности действия пестициды подразделяются на несколько групп. Инсектициды («insect»-насекомое) препараты, предназначенные для борьбы с вредными насекомыми. К инсектицидам относят также препараты для борьбы с тлями-афициды. Инсектициды в зависимости от пути проникновения и поражения насекомых подразделяются на подгруппы:

контактные-поражающие насекомых при контакте вещества с любой частью тела, кишечные-поступающие в организм насекомого с пищей и отравляющие его при попадении в кишечник, системные - препараты способные к продвижению по сосудистой системе растения и отравляющие насекомых при поедании ими зараженных растений, фумигантыпроникающие в организм насекомого через дыхательные пути. Большинство инсектицидов проникают в организм насекомых несколькими путями.

Акарициды - препараты для борьбы с клещами.

Фунгициды «fungus» - гриб (предназначены для борьбы с болезнями фитопатогенными грибами - возбудителями заболеваний растений. Фунгициды подразделяются на протравители семян, используемые для предпосевной обработки семян с целью предохранения от всходов заболеваний, и фунгициды для вегетирующих растений.

Бактерициды - препараты для борьбы с возбудителями бактериальных болезней растений, животных и человека.

Антисептики - препараты для предохранения различных материалов от разрушения микроорганизмами. К этой же группе препаратов относят препараты, используемые для дезинфекции.

Гербициды («herba» - трава) - препараты для борьбы с сорными растениями. К гербицидам относят также препараты для уничтожения древесной и кустарниковой растительности - арборициды («arbor» - дерево) и препараты для уничтожения водорослей и другой водной растительности альгациды («alga» - морская трава). Гербициды в зависимости от способа применения и признаков действия на растения делятся на контактные, системные или действующие на корневую систему растений или на прорастающие семена.

Зооциды или родентициды («rodo» - грызть) - препараты для борьбы с грызунами. Моллюскоциды или лимациды – препараты для борьбы с моллюсками. Нематоциды – препараты для борьбы с нематодами (круглыми червями).

К пестицидам относят также регуляторы роста растений: препараты для стимулирования и торможения (ретарданты) роста растений, для удаления листьев - дефолианты, для подсушивания растений - десиканты. Дефолианты и десиканты применяют для облегчения уборки урожая хлопчатника, сои, картофеля и других культур.

Разработаны препараты для отпугивания - репелленты или для привлечения - аттрактанты («attraho» - привлекать) и стерилизации-половые стерилизаторы насекомых.

Пестициды используются в виде дустов, смачивающихся порошков, эмульсионных концентратов и в других препаративных формах.

Самая простая препаративная форма – дуст (от английского слова «dust»

- порошок, пыль). Изготавливают дуст без разбавителя, например, сера для обработки декоративных культур, с биологически активными разбавителями, главным образом, садовые инсектициды с серой в качестве наполнителя и разбавителями: дусты с инертными разбавителями, аэрозольные дусты мелкоизмельченный кремнезем или борная кислота в сжиженном газе. Этот тип дуста используется в основном в бытовой химии. В связи со сносом с обработанной поверхности воздушными потоками дусты являются наименее зффективной формой препаратов, способствующей загрязнению окружающей среды. В Японии разработана не подверженная сносу специальная препаративная форма – DL дуст (от английского слова «driftless» - не сносимый ветром). Для борьбы с вредителями в теплицах японские исследователи разработали дуст флотационного действие FD –дуст, содержащий специальные наполнители. Для уменьшение сноса и вреда окружающей среде, а также повышения эффективности выпускают микрогранулированные формы препаратов.

Смачивающиеся порошки (с,п.) представляют порошкообразные препараты, которые при разбавлении водой образуют устойчивые суспензии.

Для этого в препаративную форму добовляют диспергатор на основе ПАВ, а при необходимости ингибитор разложения.

Удобной для применения препаративной формой являются концентраты эмульсии (к.э.), при разбавлении которых образуются устойчивые эмульсии.

В большинстве концентраты эмульсий представляют трехкомпонентную систему: действующее вещество (25-75%) – растворитель-эмульгатор. В качестве растворителя чаще других используют ксилол, в качестве эмульгатора-анионные или неионогенные ПАВ. Катионные ПАВ используются редко.

Растворимые концентраты представляют собой раствор действующего вещества в воде в присутствии ПАВ. Иногда в препарат добовляют красители, антитокислители, средства, поникающие температуру замерзания гликоли и их производные. Одной из форм применения пестицидов являются диспергируемые в воде гранулы. Однако сравнительно высокая стоимость сдерживает ее распространение. Концентраты суспензии (к.с) готовят путем диспергирования в жидкость (вода, масло,эмульсионная система) действующего вещества, которое невозможно эмульгировать без соответствующего растворителя. В последние годы большое внимание уделяется микрокапсулированной форме препаратов, которая позволяет выделять препарат с заданной скоростью. Это достигается путем введения действующего вещества в очень маленькую капсулу (25-50мм) с пористыми стенками. Как в сельском хозяйстве, так и в здравоохранении находят применение аэрозоли пестицидов. Для получения инсектицидных и фунгицидных аэрозолей применяют главным образом, разбрызгивание растворов пестицидов в легколетучих растворителях; распыление растворов пестицидов с использованием распылительных устройств, сжигание различных дымообразующих материалов, содержащих пестициды (дымовые шашки). Пестицидные препараты выпускают также в виде кремов и мазей для отпугивания кровососущих насекомых, паст или лаков для обработки древесных покрытий, карандашей от мух и тараканов и в других формах.

На мировом рынке фигурируют сотни торговых названий пестицидов.

Для того, чтобы разобраться в этом многообразии важно уяснить, что торговое название препаративной форме препарата присваивает фирма-изготовитель. Названия препаратов, выпускаемых в странах СНГ регламентируются ГОСТ. Химические названия действующего вещества в техническом препарате определяются номенклатурными правилами Международного Союза теоретической и прикладной химии (ИКПАК). Для удобства пользования международная организация стандартов (МОС) утверждает для действующих веществ пестицидов общепринятые названия («сommon name»). Для выбора приемлемых общепринятых названий Всемирная организация интеллектуальной собственности выявляет возможные противоречия между предложенными названиями и товарными знаками в международном регистре, а национальные органы по стандартизации проводят аналогичные поиски в регистре товарных знаков своих стран. Для того, чтобы общее название было признано международным, оно должно получить голоса не менее 75% членов международной организации стандартов. Так, например, пестицид, действующим веществом которого является 1- гидрокси -2, 2, 2трихлорэтил) -0-0- диметилфосфонат, имеет общепринятое название трихлорфон. В СНГ этот препарат известен под названием хлорофос, а в других странах, как дилокс, диптерекс, негувон, рицифон, турон, диоксафос и другие. Другой пример. Препарат известный в СНГ (раньше–в СССР) под названием «фосфамид», действующее начало которого-0,0-диметил-S-(Nметил-карбомоилдитиофосфат), имеет общепринятое название–диметоат.

Торговые названия: астоат, дифен, дитрам, БИ-58, гетеротекс, камфен, изофектион, рогор, роксион, сенифор, нистемин, троксион, фентион, фостион, фосафамид, фосфотокс, церил, цигон. Общепринятые в торговле названия некоторых пестицидов приведены нами в приложении I.

1.4. Химическая классификация пестицидов.

Физиологическую активность технического препарата пестицида определяет его действующее вещество (д.в). Известны сотни действующих веществ. Их пестицидная активность, влияние на окружающую среду и здоровье человека определяется химическим строением, реакционной способностью, физико-химическими свойствами. Перечень действующих веществ непрерывно расширяется, а их свойства совершенствуются в сторону увеличения производственной эффективности и уменьшения отрицательного действия на биосферу. Химическое строение, свойства, а также параметры физиологической активности определяют пути аналитической идентификации и количественного определения микроколичеств препаратов. Развитие неорганических пестицидов, таких как мышьяк-, медь-, ртуть-, серусодержащих соединений, достигло высшей ступени к 1932 году. Однако, к этому времени были обнаружены и их недостатки, среди которых особенно значимыми явились высокая токсичность для теплокровных, особенно у соединений ртути и мышьяка. Успехам, достигнутым в области органической химии, способствовали исследования по изысканию новых пестицидов среди органических соединений. Начиная с 40-х годов прошлого столетия, пестициды органического ряда практически вытеснили с мирового рынка неорганические соединения.

Действующие вещества пестицидов относятся к различным классам органических соединений. Далее мы приводим краткую характеристику наиболее распространенных и эффективных групп препаратов.

Одним из первых органических агрохимикатов, произведших подлинную революцию в борьбе с вредителями в сельском хозяйстве и переносчиками болезней стали галогенпроизводные алифатических, ароматических, алициклических углеводородов. Хлорпроизводные представители этих класссов соединений известны под общим названием «Хлорорганические пестициды (ХОП). Галогенпроизводные алифатического ряда отличаются высокой летучестью и используются, главным образом, как фумиганты.

Наиболее широкое применение нашли такие препараты как гексахлорбутадиен и метилбромид СН3Br. К числу галогенпроизводных ароматических углеводородов-дифенилметана, относится 4,4'-дихлордифенил-трихлорметилметан, сокращенно называемый ДДТ. Синтез ДДТ был осуществлен более 100 лет назад, но инсектицидное свойства препарата открыты лишь незадолго до 2-ой мировой войны. Применение ДДТ сыграло решающую роль в борьбе с переносчиками таких заболеваний как тиф и малярия.

Разработчики синтеза ДДТ, а затем исследователи, открывшие инсектицидные свойства препарата были удостоены Нобелевской премии.

Препарат настолько хорошо известен, что упоминание о нем можно встретить даже в приключенческих романах. В связи с глобальными загрязнениями окружающей среды и накоплении в организме человека в СССР с 1970 года и в США в СНГ применение ДДТ в сельском хозяйстве запрещено.

Тем не менее, в анализируемых пробах, как сельскохозяйственной продукции, так и объектов окружающей среды до сих пор находят как ДДТ дихлордифенил-трихлорметилметан (I), так и объектов продукты его превращения–ДДД-4, 4-дихлор-дифенил-дихлорэтана(II). ДДЭ-4, 4-дихлордифенилдихлорэтилена (III).

Среди хлорпроизводных алициклических углеводородов наиболее известен 1,2,3,4,5,6-гексахлорциклогексан стереоизомеров ГХЦГ. Наибольшей биологической активностью обладает изомер. Препарат на его основе получил название «линдан». В техническом препарате гексахлорана наряду с -изомером содержиться смесь,, изомеры, содержание других изомеров незначительно.

В результате хлорирования некоторых терпенов (камфена, пинена), а также в результате реакции диенового синтеза на основе гексахлорциклопентадиена образуются, обладающие инсектицидной активностью, полициклические углеводороды. Препараты этого ряда обладают высокой токсичностью и стойкостью в окружающей среде, поэтому их применение в мире постепенно снижается, а в странах СНГ применение многих препаратов запрещено.

Хлорированием камфена или борнилхлорида до содержания хлора 67получают препараты-полихлоркамфен (токсафен, камфехлор) или полихлорпинен (хлортен).

(1,4,5,6,7,8,8-гептахлор-3а,4,7,7а-тетрагидро-4,7- метаноинден) ХОП практически нерастворимы в воде, но хорошо растворимы в полярных и неполярных органических растворителях, накапливаются в жировых тканях, что определяет основные направления и трудности анализа остаточных количеств этих соединений. ХОП содержатся в молочном жире и концентрируются в процессе переработки молока в сливках и в масле.

Микроколичество ХОП могут быть успешно определены хроматографиическими методами. Этому способствует селективность и высокая чувствительность к этой группе пестицидов, электронно-захватного детектора в газожидкостной хроматографии и проявляющих реагентов на основе нитрата серебра в тонкослойной хроматографии.

1.4.2. Органические соединения фосфора В сельском хозяйстве широко применяют органические соединения фосфора, объединенные названием - фосфорорганические пестициды (ФОП).

Наиболее часто используют смешанные эфиры фосфорной, тио–и дитиофосфорной, фосфоновой кислот и другие. В таблице 1.1. приведены общие формулы и основные типичные представители этой группы пестицидов.

ФОП в подавляющем большинстве обладают инсектоакарицидными свойствами. Из смешенных эфиров фосфорной кислоты в сельском хозяйстве и быту применяют препарат - дихлофос (ДДВФ)-0, 0-диметил -0-(2,2дихлорвинил) фосфат.

Таблица 1.1 - Типичные представители пестицидов фосфорный кислоты кислоты кислоты Эфиры R - низшие алифатические, ароматические или гетероциклические радикалы.

В водных растворах происходит гидролиз препарата, поэтому при хранении в присутствии влаги дихлофос разлагается. В кислых и щелочных средах гидролиз протекает значительно быстрее с образованием дихлорацетальдегида, диметилфосфорной кислоты и некоторых других соединений.

Производные тиофосфорной кислоты могут иметь структуру тионов или тиолов. Тионовые изомеры способны к перегруппировке в тиоловые изомеры

ORIII SRIII

Большинство тиоловых производных наиболее токсичны для насекомых и млекопитающих. В структуре смешанных эфиров тиофосфорной кислоты возможно присутствие низших алифатических радикалов, ароматического или гетероциклического радикалов, содержащих различные заместители в ядре или гетероцикле. Ароматические радикалы могут содержать нитро-, циано-, ацил-, диалкинамино-, трифторметил-, один, два, три атома галогена и другие группы.

В живых организмах и объектах окружающей среды производные тиофосфорной кислоты подвергаются окислению и гидролизу. В ходе окисления отщепляется тионовая сера и образуются производные фосфорной кислоты, большинство из которых более токсично, чем исходные соединения. В результате гидролиза тиофосфатов образуются кислые эфиры тиофосфорной и фосфорной кислот менее токсичные, чем исходные соединения. Обычно реакции окисления и гидролиза протекают почти одновременно.

При переходе от тиофосфатов к дитиофосфатам токсичность соединений для млекопитающих уменьшается, но увеличивается стойкость вещества в природных условиях.

Наиболее распространенными пестицидами этой группы являются карбофос и фосфамид.

Карбофос в живом организме, а также при продолжительном нагревании и в присутствии некоторых минералов, может изомеризоваться в значительно более токсичный метилтиоизомер.

Гидролиз карбофоса в кислой и щелочной средах протекает различно: в кислой среде образуется этиловый зфир тиолянтарной кислоты, в щелочнойэфир фумаровой кислоты и соль диметилдитиофосфорной кислоты. Реакция гидролиза карбофоса использована для его полярографического и фотометрического определения 1-деалкилирование; 2-гидролиз в живом организме; 3, 6- щелочной гидролиз; 4-окисление; 5-кислотный гидролиз; 7- расщепление ферментом карбоксилэстеразой.

Фосфамид также легко гидролизуется в растворах щелочей и кислот.

Аналогично карбофосу при нагревании он может перегруппироваться в более токсичный тиоловый изомер. При окислении происходит отщепление тионовой серы и образует монотиофосфат.

Наряду с производными: фосфорной, тио- и дитиофосфорных кислот используют производные алкил- и арилфосфоновых кислот. В основном, соединения этого класса практически мало летучи, устойчивы в кислотах и быстро гидролизуются в щелочах. Наиболее известен из этой группы пестицидов диптерекс (хлорофос). В щелочной среде хлорофос дегидрохлорируется с одновременной перегруппировкой. Основными продуктами реакции является дихлордивинилфосфат-ДДВФ, который затем гидролизуется до дихлорацетальдегида и фосфорной кислоты. Скорость реакции увеличивается с увеличением рН, при рН 8,0 за 2 ч претерпевает гидролиз более 60% препарата.

CH3O Термическое разложение хлорофоса протекает с образованием нескольких соединений: ДДВФ, хлораля, диметилдитиофосфорной кислоты.

CH3O CH3O реакция термического разложения хлорофоса Аналитик при проведении определения хлорофоса должен учитывать возможные превращения препарата.

В последние годы среди этой группы найдены препараты, обладающие гербицидными свойствами, например N-фосфонометил-глицинглифосат (раундап).

Другим фосфорорганическим препаратом, обладающим гербицидными свойствами, является глуфосинат аммония - (3-амино-3-карбоксипропил) метилфосфинат аммония (баста) производное фосфиновой кислоты.

Таким образом, характерными свойствами фосфорорганических пестицидов является способность к гидролизу, окислению, неустойчивость к воздействию ультрафиолетового облучения. На скорость форатолиза оказывают влияние характер заместителей в молекуле, изменение температуры, рН, присутствие катализаторов, некоторые растворители. Окисление особенно интенсивно протекает в присутствии озона и окислов азота.

Обычно ФОП представляют собой твердые кристаллические вещества, прозрачные или желтовато-коричневые, часто-маслянистые жидкости.

Многие имеют неприятный специфический запах. ФОП хорошо растворимы в органических растворителях-ксилоле, толуоле, ацетоне, хлороформе, как правило, плохо растворимы в воде. Хлорофос, фосфамид растворимы в воде.

Некоторые ФОП обладают высокой летучестью.

Ранее качественная идентификация и количественное определение микроколичеств ФОП проводилось фотометрическим, хроматографическим тметодами. Для повышения надежности идентификации определение проводится селективными детекторами на колонках различной полярности, а в условиях тонкослойной хроматографии (ТСХ) применяют различные детектирующие реагенты.

В основе механизма действия на теплокровных многих фосфорорганических пестицидов лежит угнетение функции жизненно важного ферментахолинэстеразы, который катализирует гидролиз в нервных тканях ацетилхолина, являющегося передатчиком нервного импульса. Эти свойства фосфорорганических пестицидов также используется аналитиками для избирательного определения микроколичеств указанных пестицидов хроматоферментным методом.

1.4.3. Органические соединения олова и ртути Органические соединения олова в сельском хозяйстве применяются для борьбы с вредителями и болезнями растений, в качестве гербицидов и регуляторов роста растений. Из этих препаратов получили наибольшее распространение: пликтран и фенбутатиноксид.

Пликтран-трициклогексилоловогидроксид (20) плохо растворяется в воде, умеренно - в органических растворителях, не летучие.

Фенбутатиноксид (вендекс, торк) (трис) 2-метил-2-фенил-пропил (олово) оксид (21) мало растворим в воде, хорошо - в органических растворителях. Разрушается под действием сильных окислителей и галогенов.

В СНГ в течение многих лет для протравливания семян применяют органическое соединение ртути. Наиболее широко известен гранозанзтилмеркурхлорид С2Н5HgCl. Препарат малорастворим в воде, очень летуч.

Летучесть при 200С составляет 12мг/м3. Распространение получил также другое ртутьорганическое соединение-этилмеркурфосфат (С2Н5Hg)3РО4 (23).

В почве под влиянием микроорганизмов препараты разлагаются с выделением металлической ртути, что приодит к длительному загрязнению окружающей среды.

реакция разложения ртутьсодержащих пестицидов в почве Под влиянием микроорганизмов возможно метилирование ртути с образованием токсичных метил-СН3HgH (24) и диметилртути СН3HgСH (25). Для раздельного определения органических соединений ртути используют хроматографические (газожидкостная, тонкослойная) методы. Ртуть органические препараты являются сильными ядами, и их применение в сельском хозяйстве запрещено.

1.4.4. Производные арилоксиалканкарбоновых кислот Большую группу пестицидов, главным образом - гербицидов, составляют алифатические, алициклические, ароматические карбоновые кислоты, арилоксиалканкарбоновые кислоты и их производные. Из них препараты на основе хлор- и алкилпроизводных арилоксиалканкарбоновых кислот общей формулы – А2О(СН2)nСООН. их эфиров и солей по масштабам производства и применения занимают одно из первых мест среди пестицидов других классов органических соединений. Наиболее широко известными препаратами этой группы является 2,4-Д-(2,.4-дихлорфеноксиуксусная кислота) (26) и ее производные. Другим, печально известным представителем этой группы, является 2,4,5-Т-2,4,5-трихлорфеноксиуксусная кислота (27) препарат под названием «оранж» применявшийся американцами для уничтожения растительности в джунглях Въетнама, нанесший непоправимый вред природе этой страны и значительный урон здоровью ее населения. В СНГ применение 2,4,5-Т запрещено. В качестве гербицидов применяются также арилоксипроизводные пропионовой и -масляной кислот.

В природной среде производные арилоксиалканкарбоновых кислот быстро гидролизуют до свободных кислот, которые далее определяются различными методами.

Все арилоксиуксусные кислоты - слабые кислоты. По химическим свойствам они аналогичны карбоновым кислотам. Для них характерны реакции образования ангидридов, хлорангидридов, амидов и других производных. При взаимодействии арилоксиуксусных кислот со спиртами в присутствии неорганических кислот (HCl, H2SO4) как катализаторов или других веществ (ВF3, BCl3) с хорошим выходом образуются эфиры.

Метиловые этих кислот получают также по реакции солей арилоксиалканкарбоновых кислот с диазоалканами в основном- диазометаном; по реакции с диметилсульфатом или свободных кислот с гидроксидом-тетраметиламмония. Эфиры использует для хроматографического определения арилоксиалканкарбоновых кислот в различных объектах.

Препараты этого класса соединений используются в качестве гербицидов и до недавнего времени занимали четвертое место в мире среди всех гербицидов. Однако, после установления канцерогенного действия у ряда представителей производных мочевины доля соединений этой группы на рынке гербицидов будет постепенно уменьшаться. В настоящее время производные мочевины используются, главным образом, в смесях с другими препаратами. Группа пестицидов, производных мочевины, включает большое число соединений различного химического строения. Наибольшее распространение получили «N,N –диалкил -N'- арил- и N-арил-N-метил-Nметоксимочевины.

К первой группе относятся, например - монурон N – диметил-N' – (4хлорфенил) мочевина ко второй – малоран Препараты этой группы плохо растворимы в воде, хорошо адсорбируются с почвой. При нагревании разрушаются с образованием аминопроизводных, которые определяют фотометрическим методом по реакции азосочетания.

Последние годы синтезированы препараты на основе сульфо-нилмочевины, характеризующиеся наименьшими из известных нормами расхода препарата. Основная молекула сульфонилмочевинного гербицида состоит из 3-х различных частей: арильной группы, сульфонильного мостика и азотсодержащего гетероцикла.

Арильная часть может состоять из фенила, тиофена, фурана, пиридина или нафталиновой группы. Гетероциклом обычно является симметричный пиримидин, или симметричный триазин, которые содержат низшие алкил-и алкилоксизаместители. Родоначальником гербицидов этой группы является хлорсульфон Препарат неустойчив в водных растворах с рН менее 5,0 и в полярных растворителях (метанол, ацетон).

1.4.6. Производные карбаминовой кислоты Общая структурная формула пестицидов этой группы где R-ароматическая или алифатическая группа. Известны 3 основных класса карбоматных пестицидов: R- метиловая группа-карбаматные инсектициды: R-ароматическая группировка-гербициды: R-бензимидазольная группировка-фунгициды. Соединение данного класса по химическому строению подразделяются: на карбоциклические, гетероциклические и оксимпроизводные карбоминовой кислоты (табл.1.2). В основе их инсектицидного действия также, как у фосфорорганических пестицидов, лежит ингибирование холиэстеразы.

Для карбаматов характерно низкое давление паров, средняя растворимость в органических растворителях. Обычно они плохо растворимы в неполярных растворителях, но характеризуются высокой растворимостью в полярных органических растворителях-метаноле, этаноле, ацетоне, диметилформамиде и др. Производное-бензимидазола-беномил распадается в воде до БМК, в обычных растворителях беномил также довольно неустойчив.

Карбаматные пестициды производят и применяют с 50-х годов.

Бензимидазольные производные поступили на рынок в 70-е годы. До начала 80-х годов производство карбаматных инсектицидов постоянно увеличивалось, но в последнее времяпопулярность этих соединений пошла на убыль. Это связано с тем, что у некоторых представителей этой группы (севин) обнаружены тератогенная и канцерогенная активность, что вызвало ограничение применения препаратов. Кроме того, в результате катастрофы на предприятии по производству пестицидов в г. Бхопал (Индия, приведшей к большим человеческим жертвам на многих заводах мира остановлено производство карбаматов, т.к. для их получения используется взрывоопасное соединение метилизоцианат. Сейчас разрабатываются технологии, исключающие стадии выделения метилизоцианата.

В связи с высокой токсичностью карбоматов для теплокровных ведутся поиски менее опасных препаратов этой группы.

Табица - 1.2. Производные карбаминовой кислоты Класс соединений Общая структурная Типичные представители Алкиловые эфиры бензимидазода

NHCOORII

1.4.7. Производные тио – и дитикарбаминовых кислот Трикарбаматы обладают инсектицидными, гербицидными и фунгицидными свойствами, находят широкое применение во всем мире и производятся промышленностью в огромных количествах. Трикарбаматы характеризуются наличием группировки Они существуют в виде солей или эфиров карбаминовой кислоты. В сложных эфирах алкильный заместитель связан либо с атомом кислорода (0 – тиокарбаматы), либо с атомом серы (S – трикарбаматы). Трикарбаматы гербициды принадлежат к группе S – трикарбаматных эфирных эфиров с общей формулой Где, R - алкильная группа, связанная с атомом серы, а R и R либо две алкильные группы, либо одна алкильная и одна циклоалкильная, либо гексаметиленовая группировка. Трикарбаматы менее полярны, чем карбаматы и растворяются в органических растворителях. Последовательное окисление трикарбаматов приводит к образованию соответствующих менее стабильных сульфоксидов и сульфонов:

Все трикарбаматные гербициды летучи. Большинство из них исключительно стабильно в интервале рН от 2 до 10. Их сульфоксидные или сульфоновые производные стабильны при рН 2, но менее устойчивы при рН 10. После гидролиза тиокарбаминатов когцентрированной серной кислотой образуются амины. Производные дитикарбаминовой кислоты содержат производные.

Диэтил и этиден-бис-дитиокарбаматы в природных условиях нестабильны и легко разрушаются.

Основными продуктами превращения диметилдитиокарбаминатов, также являются газообразные соединения – диметиламин и сероуглерод, тетраметилтиурамдисульфид (ТМТД), тетраметилтиомочевина, сера. В нейтральной и слабокислой среде преобладает образование ТМТД..

Основными продуктами превращения этилен-бис-дитиокарбаминатов является сероуглерод, сероводород, этилендиамин, нестойкий этиленизоцианат, этилентиураммонносульфид – монометр и полимер, сера и этиленмочевина, обладающая канцерогенным действием. М

NH C S CH2NHC SH S

Образование этилентиомочевины происходит в кислых (рН 3,8) и щелочных (рН 11) средах.

Аналитические методы должны идентифицировать и количественно определить не только исходные препараты, но и продукты их превращения.

Присутствие тех или иных количеств продуктов превращения дитиокарбаматов в продуктах питания зависит от сельскохозяйственной культуры и определяется рН клеточного сонна, т.к с скорость гидролиза существенно зависит от рН среды. В кислой среде (рН 3,8: 5,7) гидролиз протекает быстро, с повышением рН он значительно замедляется.

Диметилдитикарбаминаты более устойчивы к гидролизу по сравнению с этилен-бис-дитиокарбаматами, что, по видимому, связано с наличием у последних реакционноспособного атома водорода при азоте. Скорость гидролиза металлопроизводных диаметил- и этилен-бис-дитиокарбаматов зависит от природы металла и убывает в поряде Mn 2+ > Zn2+ > Cu2+ Полимерные бис-дитиокарбаматы относительно легко растворяются в высокополярных растворителях таких, как диметилсульфоксид и диметилформамид. Однако, возможно частичное разложение препаратов.

Для определение микроколичеств дитиокарбаминатов используют методы полярографии, хроматографии, фотометрии.

При нагревании бис – дитиокарбаминаты разрушаются с образованием CS2 и H2S в зависимости от условий проведения реакций Термического разложения дитиокарбаминатов Эти реакции используются для фотометрического определения препаратов этой группы по сероуглероду.

Дитикарбаматы образуют с медью окрашенные в желтый цвет комплексы, что использовано для определения микроколичеств ТМТД.

Восстановление ТМТД до диметилдитикарбамата использовано для его полярографического определения.

Таблица 1.3 - Производные тио – и дитиокарбаминовых кислот

N NC S S CN

Еще в глубокой древности было известно, что порошок из цветков дамасской ромашки (pizetzum) убивает некоторых насекомых. Инсектицидное действие этого растения связано с природным соединением пиретроином. Природный пиретрин состоит из смеси 6 продуктов – сложных эфиров хризантемовой или пиретриновой кислоты и алициклических кетоспиртов пиретролона, жасмолона, цинерола.

В настоящее время в промышленных масштабах производят синтетические аналоги пиретринов – синтетические пиретроиды. Наиболее важные синтетические пиретроиды, получившие практическое применение приведены нами в таблице 1.4.

Хризантемовая кислота имеет 2 хиральных центра – при СI и С циклопропанолового кольца, поэтому эфиры хризантемовой кислоты и их аналоги имеют 4 и более стереоизомера I, транс, I, цис, I, транс, I, цис.

Соотношения изомеров меняются в зависимости от метода синтеза. I изомеры более биологически активны, чем I изомеры. Активность цис – и транс – изомеров определяется спиртовой частью молекулы. Замена одного из 2–х атомов водорода в бензилметиленовой группе приводит к образованию нового хирального центра, который также определяет биологическую активность. Рацемический циперметрин содержит стереоизомеров, фенвалерат только 2, т.и. кислотная группировка не имеет хирального центра. Цис – и транс – изомеры синтетических пиретроидов отличаются токсичностью для млекопитающих. Транс – изомеры токсичны.

Синтетические пиретроиды под влиянием Уф – света, ферментов, микроорганизмов легко разлагаются с образованием различных продуктов.

Гидролиз синтетических пиретроидов, содержащих СN группу идет в направлении образования феноксибензилкислоты (ФВК), феноксибензилспирта (ФБС), феноксибензилальдегида (ФБА). Основным продуктом гидролиза перметрина, не содержащего СN–группу является ФБС. Эти различия в продуктах гидролиза могут быть положены в основу аналитического способа идентификации пиретроидов различного строения.

Таблица 1.4 - Синтетические пиретроиды Эфиры хризантемовой кислоты Следует отметить, что первым по масштабам применения в сельском хозяйстве зарубежных стран стоит пиретроидный инсектицид дельтаметрин (децил). Для пиретроидов характерны малые нормы расхода, поэтому поиск фотохимически устойчивых синтетических пиретроидов продолжается, хотя пиретроиды первого поколения достаточно стабильны и являются ценными заменителями ДДТ.

Инсектицидными свойствами обладают многие гетероциклические соединения, в том числе трех-, пяти- и шестичленные с одним, двумя, тремя и более гетероатомами в цикле (табл. 1.5).

Наиболее широко распространены соединения, содержащие в гетероцикле азот: производные пиридина, пиримидина, бензимидазола симметричного и ассимметричного триазина, триазола и другие.

Соединения перечисленных выше групп органических соединений имеют характерные химические свойства, которые определяют их поведение в живом организме и окружающей среде и обуславливают особенности определения остаточных количеств в этих средах.

Химические свойства ароматических гетероциклических соединений зависит от природы взаимодействия неподеленных электронных пар гетероатома (или гетероатамов) и электронов циклической системы. В зависимости от распределения электронной плотности возможно наличие в кольце электрофильных и нуклефильных центров реакции: в реакциях незамещенных ароматических гетероциклических имеют индуктивный эффекты. В ряду реакций гетероциклических соединений часто встречаются размыкание кольца и рециклизация, возможно образование комплексов с ионами металлов, образование оснований типа иониевых и соответствующих солей оснований.

Таблица 1.5 - Пестициды, содержащие гетероциклы Пятичленные Производное гетероциклические формула соединения Пятичленные с дву- Производное мя гетероатомами изооксазола гетероциклические соединения Пятичленные Производные гетероциклические триазолов соединения с тремя гетероатомами Шестичленные Производные гетероциклические пиримидина соединения В гетероциклических соединениях, содержащих больше одного гетероатома возникает взаимное влияние гетероатомов друг на друга. Отмеченные свойства углубляются при введении в гетероциклы различных заместителей. В зависимости от условий некоторые гетероциклические соединения обладают двумя видами таутометрии – кетоенольной и лактамлактимной.

В живых организмах и растениях азотсодержащие пестициды, особенно гетероциклы, содержащие в молекуле гидроксильную группу, а также метаболиты этих пестицидов способны к образованию прочных конъюгатов с сахарами, их производными, аминокислотами.

Азот гетероцикла, амино, имино – группы способны к протонизации, в результате чего, образуются ионизированные формы молекул. Препараты резко различаются по упругости паров, их сорбции и перемещению по почвенному горизонту.

Перечисленные особенности определили основные пути развития всех этапов определения содержания этой группы пестицидов в пищевых продуктах и объектах окружающей среды.

Из числа гетероциклических соединений следует выделить производные сим – триазина. Большинство сим – триазинов, используемых в качестве селективных гербицидов, представляют CI, –CH 3O, -CH3 S – производные замещенных диаминосимм – триазинов.

Названия хлорированных симм – триазинов оканчиваются на суффикс «зин» - атразин, цианазин и другие.

Названия триазинов, содержащих метилтиофрагмент, оканчиваются на «трин» - прометрин, тербутрин. Названия триазинов с метоксигруппой оканчиваются на «метон». Под влиянием различных факторов происходит N – деалкилирование и гидролиз препаратов с образованием гидрокси – производных типа Производные сим – триазина ведут себя как слабые основания.

Основные свойства производных изменяются в следующем порядке CI< CH 3S< CH 3O< OH. Число алкильных групп в 4 и 6 - позициям также имеет выраженное влияние на основность амино сим – триазинов. Например, чем больше этильных групп вместо атомов водорода у азота аминогрупп, тем больше основность соединения.

Растворимость симм – триазинов в воде зависит от рН. Так растворимость CI – производных в кислых средах резко возрастает. Метокси и метилтиопроизводные в воде растворимы лучше, но их растворимость при изменении рН изменяется мало. Эти производные обладают также большей летучестью.

Гидроксипроизводные обладают аморстерными свойствами и легко растворяются в сильных неорганических кислотах и основаниях. Соли легко гидролизуются водой.

В последние годы предложены препараты, относящиеся к группе несимметричных триазинов. Среди них наиболее известны метрибузин (зенкор), метамитрон (голтикс) и другие.

1.5. Токсические примеси в технических препаратах В последнее время уделяется внимание действию загрязнителей, содержащихся в препаратах пестицидов.

Информация о составе технических препаратов в научной литературе часто весьма скудна. Некоторые пестициды нарабатываются несколькими производителями, с чем связаны колебания, как в составе технического препарата, так и в составе примесей. Примеси могут влиять на характер превращения пестицидов, как во внешней среде, так и в живом организме.

Некоторые примеси токсичны. Опасность контакта с токсическими примесями проявляется во время их производства и применения.

Источники загрязнений технических продуктов могут быть разделены на первичные и вторичные.

К первичным загрязнителям относятся примеси в основном сырье для производства пестицидов. Химическая природа и количественное содержание примесей зависят от технологического процесса и применяемого сырья.

Так, например, амины, используемые для производства солей алкиламинов или феноксиалканкарбоновых кислот могут содержать N–нитроалкиламины. В процессе синтеза пестицидов возможны реакции, приводящие к образованию побочных продуктов. Например, в процессе синтеза пентахлорфенода и 2,4,5–трихлорфеноксиуксусной кислоты могут образоваться диоксины.

Ко вторичным источникам загрязнения относятся превращение активных д.в под влиянием факторов внешней среды (нагревание, обличение солнечным светом ) при неправильном хранении, при добавке к препаратам инградиентов, вызывающих нежелательные превращения, неправильное смещивание в баках перед практическим использованием.

Наиболее известным случаем влияния токсических примесей на здоровье человека является отправление в 1976 г. в Пакистане 2800 из сельскохозяйственных рабочих, занятых обработкой хлопковых плантаций малатионом. Эксперты международных организаций установили, что причиной отравления явился изомалатион – продукт изомеризации малатиона, образовавщийся в смачивающемся порошке препарата в результате неправильного его получения.

В связи с этим, комитет экспертов ВОЗ установил жесткие пределы содержания на техническом препарате % отсодержания исходного препарата и регламентировал методы анализа примесей. Другие ФОЦ также могут содержать токсические примеси, например, тиоловые изомеры тиофосфатов. Например, в техническом фенитротионе содержится фенитрооксон и S – метилфенитротион Технический хлорофос содержит хлораль, диметилфосфат, фосфористую кислоту, ДДВФ, галогенпроизводные фосфоной кислоты. Примеси в технических препаратах ФОП оказывают большое влияние на их биологическую активность.

В некоторых препаративных формах параквата содержится высокотоксичный паракватдиметилсульфат. В некоторых препаратах пестицидов содержатся нитрозоамины, которые могут образовываться в процессе их производства. Так, в результате нитрозирования дипропиламина в процессе получения трифлуралина (трефлана) образуется загрязняющие препарат нитрозодипропиламины. Нитрозоамина могут образовываться также во время хранения пестицидов в контейнерах, обработанных нитритами как антикорозийными агентами.

Опасность образования нитрозоаминов связана с такими группами пестицидов как карбаматы, мочевины, триазины, дитиокарбаматы и ФОП.

В связи с возможным изменением структуры примесей и токсичности препаратов, в результате их перевозки или хранения под открытым небом, Комитет экспертов ВОЗ по биологии и борьбе с переносчиками заболеваний настоятельно рекомендует проведение исследования по идентификации, количественному определению, изучению условий образования примесей в технических препаратах и, в первую очередь, фосфорорганических.

Необходимо подчеркнуть, что некоторые из соединений загрязнителей технических препаратов, образуются также в результате превращение пестицидов в живом организме и окружающей среде. Это должно учитываться при интерпретации результатов обнаружения пестицидов и их производных в анализируемых объектах.

Основными примесями технической 2,4–Д являются хлорфенолы различной степени хлорирования, моно – и дихлоризомеры 2,4-Д, например, 2,6–дихлорфеноксиуксусная кислота и другие. Самоконденсация хлорфенолов может привести к образованию хлордибенз–п–диоксинов. Полихлорированные дибензодиоксины и (ХДД) полихлорированные дибензофураны (ХДФ) представляют хлорзамещенные ароматические соединения;

содержащие два бензольных кольца, соединенные между собой одним или двумя атомами кислорода ХДД могут образовываться при промышленным синтезе пестицидов на основе 1,2,4,5 – тетрахлорфенола при несоблюдении температурного режима синтеза Общее количество возможных ХДД,75,ХДР,135. Из них наиболее токсичны 2,3,7,8 изомеры ЛД50 2,3,7,8 тетрахлордибензо – п – диоксина для морских свинок составляет 2 мкг/кг массы тела.

Широкая обработка армией США джунглей Вьетнама гербицидом «Эйджент орандж» (смесь 1:1 2,4,5 – Т и бутилового эфира 2,4 – Д, содержащая примеси диоксинов), выброс ХДД в атмосферу, в результате аварий химических производств, в том числе, крупнейщая авария в 1976 г. Совезо (Италия), отходы целлюлозной промышленности, образование ХДД и ХДФ при сжигании высокотоксичных хлорорганических отходов привело к загрязнению на долгие годы значительных территорий и к тяжелому нарушению здоровья большого населения контингента (большого количества людей).

1.6. Физико-химические свойства пестицидов При выборе методов определения остаточных количеств пестицидов следует учитывать их физико–химические свойства такие, как растворимость, стабильность при различном значении рН среды и различных температурах, фотолизе, полярность молекул, давление насыщенного пара, летучесть реакционная способность. Пестициды, как правило, плохо растворимы в воде и хорошо растворимы в органических растворителях.

Данные о растворимости пестицидов в различных растворителях представлены в приложении.

От растворимости исследуемых веществ и сопутствующих примесей пробы в том или ином растворителе зависит выбор наиболее эффективного экстрагента при извлечении пестицида из пробы, а от стабильности молекул пестицидов определяют способ получения производных, в том числе - способ получения окрашенных продуктов реакции, и выбор метода их количественного измерения.

Растворимость пестицидов имеет значение и при выборе растворителя для проведения хроматографических и фотометрических анализов. Чистота растворителей, их высокая квалификация (хч или «особой чистоты», «для хроматографии», или «для спектроскопии») подчас играют первоочередную роль при проведении измерений, т.к. сопутствующие примеси в растворителях могут мешать анализу пестицидов, искажать их результаты.

При приготовлении стандартных растворов пестицидов наибольшее внимание обращается на сроки хранения этих растворов, т.к. многие пестициды со временем подвергаются в растворах превращениям в результате гидролиза, фотолиза или образования ассоциатов с молекулами растворителя.

Давление насыщенного пара. Летучесь пестицидов. Для оценки агретатного состояния пестицида в воздухе необходимо знать давление насыщенного пара либо величину летучести. Летучесть – это максимально возможная концентрация паров вещества при определенной температуре воздуха, выраженная в мг/м3. Давление насыщенного пара (Р) и летучесть пестицидов (С) определяют экспериментальным путем. С достаточным приближением давления насыщенных паров и летучесть можно рассчитать по уравнениям log РН = 2,763-0,013 tkun +0.024t C= MPH *273* 106 / PVt (273+tH) Где: tkun – температура кипения вещества, оС; t – температура воздуха, С; tН – температура, при который измерено давление насыщенного пара Р Н, С. М – молекулярная масса пестицида.

Vt – объем граммолекулы. При 20oС и 760 мм рт ст (1013,25 г Па) равна 24,05 л.

В приложении представлены данные давления насыщенных паров и рассчитанной максимально возможной концентрации паров пестицидов.

Энергия солнечного света, достигающая земной поверхности может вызвать разнообразные фотохимические реакции. Солнечный спектр за пределами атмосферы очень широк. Большинство пестицидов характеризуются УФ – спекторам поглощения и следовательно, могут подвергаться фотохимическим превращениям. Основными фотохимическими реакциями являются: изомеризация, гидролиз, окисление, замещение, сенсибилизация.

Фотолиз диалкилтио и алкилдитиофосфатов происходит, в первую очередь, путем окисления. Так, в продуктах фотолиза фосафмида, митилнитрофоса обнаружены их Р=0 производные и другие не идентифицированные токсические вещества – ингибинторы холинэстеразы.

В таблице 1.6. приведены константы скорости и периоды 50% фоторазложения некоторых ФОП.

Таблица 1.6 - Характеристика фотолиза фосфор органических Время фотолиза (t 1/2) корреляционно связано с показателем токсичности (LD50) ряда пестицидов–производных дитиофосфорной, тиокарбаминовой кислот и производных симтриазина.

Легко подвергаются фотохимическому разложении синтетические пиретроиды.

Полярность молекул пестицидов. Полярность молекул пестицидов может быть охарактеризована величиной дипольного момента и является одним из факторов, определяющих хроматографическое поведение в тонком слое сорбента. В таблице приложении приведены дипольные моменты некоторых пестицидов.

Одним из показателей, характеризующих свойства пестицидов, является коэффициент распределения. Роль коэффициента распределения пестицидов в среде несмешивающихся жидкостей для выбора оптимальных условий экстракции пестицидов будет описана нами в главе, посвященной экстракции пестицидов. Большое внимание исследователями обращается на коэффициент распределения в системе октанол / вода (Ков). Выявлена прямая корреляционная связь между Ков и гидрофобностью ряда органических молекул, потому Ков может использоваться как мера гидрофобности вещества. Коэффициенты распределения в системе октанол/ вода положены в основу классификации неэлектролитов (Н.В.Лазарева) позволяющую прогнозировать биологическое действие веществ. Распределение в системе «октанол/вода» тесно коррелирует с адсорбцией пестицидов почвой, растворимостью, биоконцентрацией в водных организмах, поэтому Ков может быть полезен для оценки водной токсичности стойких липофильных соединений и прогноза поглощения этих веществ водными организмами, сорбции почвой и илом.

На примере 61 фосфорорганических и карбаматных пестицидов показано, что Ков и растворимость в воде (S)связаны уравнением регрессии:

log Ков = 0.833 log S+ 0.323 (ч = - 0,975) Однако, следует сказать, что использование коэффициента Ков и коэффициента распределения в системе «Масло/вода» не нашло широкого применения для прогноза токсичности пестицидов в связи с трудностями методического характера по определению содержания исследуемого вещества в одной или в каждой из 2-х несмешивающихся фаз: вода – масло, вода – октанол. Поэтому продолжаются поиски в направлении исследования возможности использования других систем растворителей, для прогноза показателя токсичности (ЛД60) пестицидов. Так, с помощью коэффициента распределения в системе «хлороформ/вода» (Кхв) выведены уравнения линейной регрессии для ориентировочного определения величины ЛД таких групп пестицидов: производные тио- и дитио- фосфорной кислоты, содержание фенольный или алкильный радикалы фосфорной кислоты, содержащие фенольный или алкильный радикалы (ln ЛД60 = 2,16 Кхв + 4,18);

производные дитиофосфорной кислоты С NH – группой (ln ЛД50 = 6,36 – 0,28 ln Кхв) производные фосфорной кислоты, содержащие гетероциклы (ln ЛД60= 5,3 – 0,6 ln Кхв) и галогенсодержащие мочевины (ln ЛД50 = 8,96 – 0, ln Кхв).

Таким образом, физико–химические свойства пестицидов: летучесть, растворимость в воде и органических растворителях, жирах; коэффициент распределения в системе органический растворитель–вода, стойкость к воздейсвию УФ–света и другие, в значительной мере, позволяют прогнозировать накопление и распределение препаратов в отдельных объектах.

2. ЭКОЛОГИЧКЕСКИЕ ПОСЛЕДСТВИЯ

ПРИМЕНЕНИЯ ПЕСТИЦИДОВ

Основоположник учения о гигиене применения пестицидов академик Л.И. Медведь (1905-1982) сформулировал четыре особенности пестицидов.

Первая особенность пестицидов, по сравнению с веществами другого назначения – непредотвратимость циркуляции их в биосфере. Применили вещество, и оно находится во внешней среде до полного распада Пестициды – химические вещества, предназначенные для уничтожения живого, и в этом их вторая особенность.

Пестициды могут быть опасны не только для вредных насекомых, возбудителей болезней растений, сорняков, но и для полезной флоры и фауны и для здоровья человека – эта третья особенность пестицидов.

Четвертая особенность это – контакты больших масс населения с пестицидными препаратами в связи с циркуляцией их во внешней среде и возможным их содержанием в пищевых продуктах.

В биосфере пестициды подвергаются воздействию биотических (живые организмы) и абиотических (солнечная инсоляция, температура, рН среды и другие) факторов, в результате которого происходит распад препаратов. В некоторых случаях распаду предшествует образование более биологически активных соединений. Процессы превращения пестицидов под влиянием биотических факторов называются метаболизмом пестицидов, а образующиеся продукты – метаболитами.

В живых организмах и почве остатки пестицидов могут находиться как в свободном, так и связанном состоянии. Исходные препараты и их метаболиты, которые не связаны с природными компонентами животных или растительных систем или почвы, относятся к свободным остаткам пестицидов. Эти остатки экстрагируются органическими растворителями и остаются в органической фазе при распределении с водой. Свободные метаболиты, как правило, неполярны, легко отделяются от примесей, мешающих определению в экстрактах растворителей. Канъюгированные метаболиты пестицидов – продукты взаимодействия с эндогенными субстратами: сахарами, глюкуроновой кислотой, сульфатами аминокислотами, в результате, которого образуются соединения, не являющиеся природными компонентами клетки. Конъюгаты экстрагируются полярными растворителями и не распределяются из водных растворов в неполярный растворитель. Часто используют равнозначный термин – водорастворимые метаболиты. Конъюгированные пестициды выводятся из организма теплокровных с мочой. Связанные остатки или неэкстрагируемые остатки, являются химическими веществами, образующимися в результате связывания пестицидов и их метаболитов клеточными компонентами с образованием неэндогенных продуктов которые не могут быть удалены из матрицы образца путем экстракции полярными и неполярными растворителями (определение ИЮПАК). Путем обработки матрицы кислотой или щелочью, при нагревании связанные остатки можно перевести в свободные.

Освоенные направления метаболизма и разложения пестицидов:

окисление, гидролиз, восстановление, дегалогенирования, эпоксидация, гидроксилирование и др. в растениях, почве, воде, атмосфере, организме, теплокровных и других средах детально описаны в литературе Следует помнить, что процесс полного разрушения пестицидов в живых организмах может включить в стадию образования более токсичных, чем исходные соединения продуктов превращения. Например, образование тиолпроизводных фосфорной кислоты, образование этилентиомочевины при разрущении дитиокарбаминатов и другие.

Действующее начало пестицидного препарата – его производные (метаболиты, продукты распада или взаимодействия с другими химическими веществами), а также содержащиеся в нем химические примеси, обладающие биологической активностью и оказывающие вредное воздействие на организм, содержащиеся в пищевых продуктах, в кормах, почве, воздухе, воде, названы ФАО/ВОЗ остаточными количествами пестицидов (residue pesticides). Содержание их выражаются в миллиграммах массы химического вещества: на 1 кг продукта, почвы ( мг/ кг); на 1л воды (мг/л); на 1 м воздуха- атмосферного, рабочей зоны (мг/м3). В иностранной литературе иногда встечаются обозначения – ррт (1 часть на миллион), ррв (1 часть на миллиард).(табл.2.1).

Применение сокращений типа млн-1 часто неопределенно, т.к. не указываются единицы измерения, особенно – в случае анализа смесей газов.

В таблице приведены сокращенные обозначения и единицы измерения, применяемые в анализе пестицидов.

Таблица 2.1 - Сокращенные обозначения и единицы измерения Млн (рр ) ( частей на млн) 1:106 =10-4 %(мкг/ г, мг / кг) Млрд-1 (ррв) (частей на миллиард) 1:109=10-7 % (пг/г, мкг/кг) Трлн-1 (ррt)(частей на триллион) 1:1012=10-30 % (пг/г, нг/кг) Квдрл-1 (ррquard) (частей на квадриллион) 1:1015 = 10-13 % (фг / г, пг/кг) Мкг- микрограмм (10-6г); нг – нанограмм(10-9г); пг – пикограмм (10-12г);

фг – фемтограмм (10-15г); аг – аттограмм (10-18г) Пестициды при их производстве и применении в сельском хозяйстве могут загрязнять воздух производственных помещений, атмосферный воздух, почву, сточные и питьевые воды. При различных способах обработки сельскохозяйственных культур они могут попадать в съедобные части растений, в организм рыб, при обработке скота и птицы, а также при поедании скотом корма, содержащего пестициды, последние обнаруживаются в молоке, мясе, жире животных. Многие пестициды способны длительно сохраняться в среде обитания человека, попадая из одного объекта в другой, превращаться в более токсичные соединения, попадать в организм человека и накапливаться в нем. Наиболее часто вынос пестицидов в атмосферу происходит либо путем сноса во время применения либо в результате испарения с поверхности воды, растений, почвы.

Пестициды обнаруживаются даже в тех областях, где их не использовали, например, во льдах Арктики и Антрактики, жировой ткани пингвинов. Это объясняется тем, что они могут достигать верхних слоев атмосферы, переноситься ветром на далекие расстояния и с осадками выпадать на значительном расстоянии от места применения. Так, например, с атмосферными осадками в Северном полушарии выпадает ДДТ и – ГХЦГ до 10-15 тыс. тонн.

В процессе перемещения пестицидов в почве и удаления из нее можно выделить три составляющие: диффузию, вымывание–перемещение пестицидов по профилю почвы с просачивающейся водой, поверхностное перемещение – ветровая эрозия частиц пыли и поверхностный сток с проточными водами. Длительность сохранения и перемещения по почвенному горизонту зависит от химического строения пестицидов и их физико-химических свойств.

Стойкость пестицидов в почве характеризуется временем полураспада (t50) и временем распада на 95% (t95). В зависимости от этих величин пестициды подразделяют на четыре группы: Малостойкие t50 7, t95 30;

умеренностойкие t50 8-20, t95 31 – 35; стойкие t50 21-50; t95 86- суток; высокостойкие t50 > 50, t95 > 215 суток.

Пестициды, адсорбированные почвенной пылью, могут перемещаться на далекие расстояния–до 400 км в течение 5-7 дней.

В почве наблюдается прочное связывание пестицидов с гуминовыми кислотами и гумином.

Прочное связывание может быть обеспечено не только сорбционными взаимодействиями, но и проникновением внутрь структуры вновь образовавшихся или в процессе обмена обновленных периферических частей молекулы гуминовых и фульвокислот, а также закреплением в пространственной кристаллической решетке минералов при смене условий увлажнения. В таком прочно связанном состоянии пестициды практически не извлекаются эксракционным способом и составляют так называемые «неэкстрагируемые»

или «связанные» остатки.

Обнаружения «связанных» остатков стало возможным только благодаря использованию в экспериментах пестицидов, меченных радиоактивными изомерами.

В природных условиях в почве высвобождение связанных остатков происходит в процессе естественного разрушения комплекса пестицид – гумус или измерения условий, способствующих ослаблению связей пестицида с почвенными сорбентами почвенного поглощающего комплекса. В связи с этим проблема связанных остатков пестицидов приобретает экологическое значение, т.к. даже после прекращения применения пестицидов многие из них еще долго могут быть источниками загрязнения культурных растений, воздуха и других объектов окружающей среды.

Остатки в водных системах могут появляться в результате выпадения сносимых брызг при опрыскивании, «вымывания» паров или капелек из атмосферы при выпадении атмосферных осадков, сноса с обработанных полей или применения непосредственно на водных объектах для борьбы с вредными водорослями или рыбами. В загрязнении могут играть роль промышленные сбросы, как при аварийных разливах, так и через канализационные системы.

В подземных и питьевых водах многих стран мира обнаружены такие группы пестицидов как ХОП, ФОП, симм-триазины, пиретроиды, фенилмочевины, феноксиалканкарбоновые кислоты и другие.

По стабильности в воде пестициды подразделяются в зависимости от величины t95 малостойкие 5, умеренностойкие 6-10, стойкие 11-30, высокостойкие > 30 суток.

Пестициды, попадая в почву и водоемы, могут накапливаться в организмах полезных видов флоры и фауны (рыб, дождевых червей, пчел, некоторых полезных растениях) и убивать их.

Путем подавления определенных видов насекомых, пестициды влияют на цепь питания. Так наблюдается резкое сокращение некоторых видов птиц в результате уменьшения количества насекомых, служащих их кормом.

Гербициды уничтожают растения, которые служат кормом представителям дикой фауны. Пестициды действуют также непосредственно на воспроизводимость животных. Так, например, ХОП вызывают утончение яичной скорлупы птиц.

Большинство нарушенных экосистем восстанавливаются крайне медленно.

Пищевые продукты животного и растительного происхождения могут содержать остаточные количества пестицидов, в продуктах питания растительного происхождения.

На 168 анализируемых пестицидов, их изомеров и продуктов распада наиболее часто обнаруживают ХОП, дитиокарбаминаты, производные бензимидазола и другие.

Одним из факторов риска применения пестицидов является возможность образования канцерогенных N – нитрозоаминов.

В отличие от других канцерогенов, нитрозоамины легко образуются непосредственно в объектах окружающей среды и продуктах питания в результате взаимодействия аминов и соединений, содержащих аминогруппу с нитрозирующими агентами–оксидами азота, азотистой кислотой, нитритами. На примере N-метиламина показано протекание реакций нитрозирования в разбавленных растворах соляной кислоты Наиболее быстрому нитрозированию подвергаются N- алкилмочевины.

N- арилмочевины, N-алкилкарбаматы. Вторичные ароматические амины, вторичные аминопиперазин и др. Скорость реакции зависит от концентрации неионизированного амина и азотистой кислоты. Образованию нитрозоаминов способствуют азотные удобрения т.к. нитраты способны восстанавливаться микроорганизмами до нитритов. Исследования по выявлению химических условий, при которых происходит образование N-нитрозосоединения. Например, в смесях нитритов и аминов или амидов продолжаются.

Фотохимические реакции пестицидов в окружающей среде могут привести как к детоксикации препаратов, так и к образованию токсичных продуктов превращения, представляющих потенциальную опасность для здоровья человека Между параметрами, характеризующими скорость фотолиза и токсичность ФОП, существует корреляционная зависимость.

Токсичные продукты обнаружены при фотолизе и других групп пестицидов.

Вместе с пищей, воздухом, питьевой водой, пестициды поступают в организм человека, могут накапливаться в его органах и тканях, передаваться от организма матери к новорожденному, вызывать острые и хронические отравления.

Некоторые из пестицидов обладают канцерогенными, эмбриотоксическими, тератогенным действием.

В настоящее время можно считать доказанным наличие канцерогенных свойств у ряда производных мочевины.

В сельском хозяйстве СНГ применение лирурона и диурона запрещено, а ряда других (монолинурон, которан) строго регламентировано.

Некоторые производные бензимидазола обладают тератогенным, эмбриотоксическим, гонадотоксическими и канцерогенными свойствами, и их применение ограничено или полностью запрещено.

Аварии на крупных промышленных предприятиях по производству пестицидов (г. Совезо в Италии, г. Бхопал в Индии) привели к тяжелым экологическим последствиям – гибели людей и длительному загрязнению окружающей среды.

Под влиянием биотических и абиотических факторов в окружающей среде пестициды могут превращаться в газообразные токсические вещества.

Возможно образование таких соединений: как фосген, цианхлор, хлористый водород, изотиоцианат.

В начале 70-х годов в экономически развитых странах пришли к заключению о необходимости принятия срочных мер для изучения окружающей среды (ОС) с целью предупреждения ухудшения ее качества. В научной терминологии появилось понятие «мониторинг» (от английского слова monitiring – наблюдать, контролировать, советовать). Мониторингом стали называть систему длительного (регулярного или непрерывного) наблюдения, измерения и оценки состояния ОС и в частности, ее химического загрязнения. Главная цель монитроинга состоит в наблюдении за происходящими вследствие человеческой деятельности изменениями природной среды и их воздействия на здоровье. Предложено называть эту систему «мониторингом антропогенных изменении окружающей среды».

Термин «мониторинг» быстро приобрел за рубежом и в нашей стране больщую популярность. Уже в 1975 г. в число программ ООН по биосфере была включена глобальная программа мониторинга за загрязнением ОС и здоровьем населения.

Исходя из разнообразия целей, изучаемых объектов и методов исследования, специалисты разного профиля создают разноцелевые системы и подсистемы общего мониторинга ОС, например, гигиенический мониторинг, экологический, биологический, мониторинг атмосферы и т.п.

ФАО\ВОЗ рассматривает мониторинг ксенобиотиков в пищевых продуктах и суточных рационах (МКП) как важнейшую подсистему мониторинга, поскольку в зависимости от условий от 30 до 80% потенциально вредных химических веществ поступает в организм человека с пищей.

Ксенобиотики – (xenobiotics – англ.) чужеродные вещества.

Главным условием качественного осуществления МКП является преодоление трудностей аналитического характера, которые вытекают из необходимости выполнения тысяч анализов по определению микроколичеств ксенобиотиков в разнообразных объектах.

МКП должен быть тщательно спланирован для того, чтобы трудоемкая и дорогостоящая работа аналитика не стала напрасной, а ее выводы неверными, а рекомендуемые мероприятия неэффективными.

Широкое применение находит мониторинг ксенобиотиков в биосредах человека: крови, моче, грудном молоке, слюне, волосах, зубах, плаценте, жировой ткани, ногтях, фекалиях, выдыхаемом воздухе, а при аутопсии – в печени, почках и др.

О степени риска можно судить путем сопоставления получаемых в процессе биомониторинга данных с уже имеющимися токсикологическими сведениями о допустимых параметрах содержания.

К важным преимуществам биомониторинга относят необязательность сравнения с контролем. Материалы систематического слежения за содержанием ксенобиотиков в крови и моче открывают возможность прогноза:

поскольку для ряда наиболее распространенных из них сконструированы математические модели, с помощью которых можно рассчитать перспективный уровень накопления токсиканта в биосредах для любого заданного времени.

По инициативе академика Л.И.Медведя определение содержания пестицидов в организме человека, названного им «носительство» пестицидов начато в нашей стране в 60-х годах. В последние годы значительно расширились возможности аналитической химии, углубились представления о метаболизме, оценке риска для здоровья человека не только исходных препаратов, но и продуктов их метаболизма.

Носительство пестицидов в организме человека характеризуется популяционным уровнем и широким спектром компонента в тканях и биологических жидкостях человека. В.Ф. Демченко Е. И. Давидюк обнаружили в организме человека более 40 токсикантов: производные ДДТ, ГХЦГ, фенолы, ПХБФ, терфенилы и. др. Фоновые уровни содержания ХОП в крови населения не зависят от пола, возраста, производственного стажа обследованного. Накопление хлороганических пестицидов оказывает негативное влияние на течение и исход беременности, здоровье потомства.

Вскармливание хлорорганических пестицидов с грудным молоком приводит к опасным нагрузкам на организм новорожденного.

Для того, чтобы предотвратить вредное воздействие пестицидов на здоровье человека, живые организмы и окружающую среду в каждой стране введены жесткие законодательные ограничения на их применение. Все применяемые пестициды должны пройти тщательную проверку на безопастность и допущены (зарегистрированы) соответсвующими государственными органами. В СНГ право разрешения на применение пестицидов было предоставлено Минздравом стран СНГ. Минздравы стран СНГ давали право на применение пестицидов только после полной токсиколого–гигиенической оценки препарата, всестороннего изучения токсических свойств, возможности проявления отдаленного действия, изучения путей превращения пестицидов в окружающей среде, разработки мероприятий по безопасному применению, способов лечения возможных отравлений, установления гигиенических регламентов и разработки методов определения остаточных количеств пестицидов во всех средах.

В связи с глобальной миграцией пестицидов в биосфере, широкомасштабным импортом продукции питания и сельскохозяйственного продукции проблема безопасного применения пестицидов не может быть решена в рамках отдельно взятой страны. Генеральная Ассамблея ООН 28 октября 1982 г. приняла Всемирную хартию природы. Представители правительств подавляющего большинства стран мира заявили, что основные природные процессы не должны нарушаться, что генофонд живых существ и жизнеспособность не должна ставиться под угрозу, численность популяций всех форм жизни должна сохраняться на уровне, достаточном для их выживания. К настоящему времени сложилась разветвленная структура системы международного сотрудничества в области охраны окружающей среды. Ее главные составные элементы – центральные и специализированные учреждения ООН, выполняющие программу ООН по окружающей среде.

Среди центральных учреждений ООН, кроме ЮНЕП – органа координирующего все виды деятельности по окружающей среде, отдельными аспектами этой проблемы занимаются организации по промышленному развитию ООН (ЮНИДО), детский фонд ООН ЮНИСЕФ и другие. В группе специализированных учреждений ООН различными проблемами окружающей среды занимаются Международная организация труда (МОТ), продовольственная и сельскохозяйственная организация (ФАО), организация по вопросам образования, науки и культуры (ЮНЕСКО). Всемирная организация здравоохранения (ВОЗ).

Вопросами, связанными с применением пестицидов, занимаются более 30 международных организаций. Весьма важную роль в области профилактической медицины, в том числе, и в организации аналитического контроля за содержанием остатков пестицидов играют ВОЗ, ФАО, Кодекс Алиментариус, ИЮПАК (Международная организация по теоретической и прикладной химии). В рамках глобальной системы мониторинга окружающей среды (ГЕМС) в результате сотрудничества ЮНЕП и ВОЗ осуществлена программа биологического мониторинга ХОП – исследование их содержания в тканях и жидкостях человека при воздействии загрязнителей окружающей среды (ВУОЗ, 1977-1979 г.г.) Важной составной частью проекта биомониторинга, по мнению специалистов ЮНЕП\ВОЗ, являются исследования, гарантирующие качество мониторинга, т.е. разработка и стандартизация методик анализа. Вопросами безвредности пищевых продуктов, защиты потребителя активно занимается Комиссия Кодекс Алиментариус. Эта Комиссия рассматривает и рекомендует максимально допустимые уровни содержания пестицидов в продуктах питания и методы их контроля. Объединенное совещание ФАО\ВОЗ утверждает эти рекомендации. Однако, подобные методы не являются арбитражными, т.е. методами для решения спорных вопросов о содержании остатков в продовольственных товарах, поступающих на рынок. В рамках ВОЗ работает отдел биологии переносчиков болезней и борьбы с ними.

Одним из разделов работы этого отдела является рассмотрение и рекомендации методов контроля качества препаратов и нормирование содержания в них токсических примесей.

Структура ИЮПАК включает комиссию по химии пестицидов, которая регулярно – раз в 4 года, проводит международные конгрессы, посвященные актуальным проблемам производства, механизма действия и методологии анализа остаточных количеств пестицидов. Значительную роль в развитии аналитической химии пестицидов сыграли координационные совещания по методам анализа микроколичеств пестицидов специалистов стран – членов СЭВ. Качество проведения определения остаточных количеств пестицидов гарантируется «образцовой лабораторной практикой» Good laboratory practic \ОЛП\. ОЛП – это соблюдение правил проведения анализа, обеспечивающих достоверные результаты. К ним относятся требования к руководителю лаборатории, квалификации кадров, качеству реактивов, стандартов, оборудования, приборов, химической посуде, технике проведения отдельных этапов анализа, обработке результатов анализа, оформлению документации, ведению архивных дел, планировке помещений и их внутреннему оформлению.

В США правила ОЛП разработаны FDА\Food and Drug Administration– Администрация по контролю пищевых продуктов, и лекарственных препаратов\ в сотрудничестве с ЕРА\ Environmental Protection Agence, Агенство по охране окружающей среды\ и узаконены федеральным законом об инсектицидах, фунгицидах, родентицидах. Страны участницы Организации экономического сообщества и развития \ОЕСД\ пришли к заключению о необходимости международного сотрудничества по принципам ОЛП и ведут организационную работу в этом направлении СЭВ.

Итогом 25-летней работы явилась разработка унифицированных методов контроля за содержанием пестицидов в продуктах питания и сельскохозяйственной продукции, служащей предметом взаимной торговли.

Специалисты СССР принимали активное участие в работе по вопросам анализа микроколичеств пестицидов в таких международных организациях, как ВОЗ, ИЮПАК, СЭВ (Клисенко М.А., Новикова К.Ф., Петрова Т.М. и другие). Во многих странах (США, Канада, Нидерланды и другие) функционируют группы специалистов, которые отбирают, апробируют и рекомендуют правительственным органам официальные методики определения пестицидов в различных средах. В США методики определения пестицидов рассматривает Ассоциация официальных химиков – аналитиков (АОАС). В СССР официальные методики утверждал Минздрав СССР по рекомендациям группы экспертов.

Химик – аналитик, работающий в области анализа микроколичеств пестицидов в своей повседневной работе сталкивается с терминами и понятиями, характеризующими токсико-гигиенические свойства пестицидов и определяющие некоторые аналитические параметры (чувствительность селективность анализа, способ отбора проб и другие). Наиболее значимые из них приведены нами в приложении.

3. ТРЕБОВАНИЯ К МЕТОДАМ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ОСТАТОЧНЫХ

КОЛИЧЕСТВ ПЕСТИЦИДОВ

Для решения научных и прикладных вопросов повышения эффективности применения и профилактики неблагоприятного воздействия пестицидов на население и биосферу нужны надежные методы контроля содержания пестицидов в различных средах. Содержание пестицидов при наличии опасности их потенциального воздействия на организм человека и животных необходимо определять в следующих субстратах и средах:

1) сельскохозяйственных культурах, предназначенных для потребления населением, включая пищевые продукты после кулинарной обработки;

2) сельскохозяйственных культурах, предназначенных для корма животных;

3) продуктах животноводства, полученных от обработанных пестицидами животных или животных, находившихся в обработанных помещениях;

4) пищевых продуктах, обработанных пестицидами или подвергающихся их воздействию, хранящихся в течение определенного периода с целью дальнейшего их использования для потребления населением или корма животных;

5) сельскохозяйственных растениях, выращенных на участках, ранее обработанных пестицидами и предназначенных для потребления населением или корма животных;

6) воде, почве, воздухе рабочей зоны, атмосферном воздухе;

7) «нецелевых» организмах, предназначенных для потребления населением или корма животным, которые подвергались случайному воздействию пестицида (рыба, крабы, раки, птица, дикие животные).

Опасность остаточных количеств пестицидов возрастает:

а) при наличии вредного биологического действия на организм человека или «нецелевые» организмы в концентрациях, близких к фактическим;

б) при стойкости пестицида, т.е. когда период полураспада в почве, воде и других средах составляет больше 6 месяцев;

в) когда физико–химические свойства указывают на вероятность накопления в биосфере и возможности миграции в пищевые цепи;

г) при переходе в более токсичные формы.

В связи с особенностями биологического действия пестицидов к пределам обнаружения, чувствительности и селективности методов их определения предъявляются жесткие требования.

Пределом обнаружения (ПО) названа наименьшая концентрация анализируемого вещества, которая может быть обнаружена аналитической методикой. Термин ПО относится к аналитическому методу в целом, поэтому на ПО могут влиять различные факторы, в том числе и такие как потери определяемого вещества при подготовке пробы, например, при экстракции, концентрировании и другие. Предел обнаружения может быть выражен как абсолютный предел (в мкг\кг и т.д.) и как относительный предел-наименьшее обнаруживаемое содержание (в %, мг\кг, мг\л,мкг\г, мкг\мл, мкг\см) – примечание: 1 мл=1,000028см3.

Предел количественного определения – уровень концентрации, выше которого величина концентрации может быть определена однозначно. Эти термины рекомендованы Американским химическим обществом, использованы нами в учебнике. Некоторые авторы под пределом обнаружения понимают концентрацию анализируемого вещества, которую можно измерить с 95% -ной надежностью.т.е. такое количество анализируемого вещества, котрое дает сигнал или показание, равное двойному стандартному отклонению из серии 10 определений вблизи или на уровне фона (х-среднее из них), а также десяти величин фона (Хф – среднее из них) аналитичесиким показанием и средним значением фона: К- константа, определяемая требуемой степенью надежности; – стандартное отклонение показаний фона. Значения К для различных доверительных интервалов равны 1,00,68,3%;1,96 (95,0%) и 3 (99,7%).

Если в указанное выражение подставить величину 1, 96, то ( - ф)min\мин 3.

Чувствительность методики отражает способность метода реагировать на изменение концентрации определяемого компонента и характеризуется тангенсом угла наклона градуировочного графика-чем больше тангенс, тем более чувствительна методика.

По рекомендации ИЮПАК селективность и специфичность определяются как «средства качественного выражения степени мешающего влияния сопутствующих веществ на определение данного вещества по данной методике». Другими словами, селективность-это качество методики.

Обеспечивающее возможность надежного определения данного компонента в присутствии других, сопутствующих ему в анализируемой пробе.

Специфичность рассматривается как предельный случай селективности, т.е.

под специфичной методикой понимается универсальная методика, лишенная каких-либо мешающих влияний.

Методы определения остаточных количеств должны обеспечить контроль содержания в пробе пестицидов на уровнях ниже,равных и выше гигиенических норм. Гигиенические нормы содержания пестицидов (ДСД, МДУ, ПДК в различных объектах) очень низкие, поэтому методы должны быть высокочувствительны. Как правило, требуется определение долей микрограмм в пробе. Анализируемые пробы являются многокомпонентными смесями часто переменного состава, содержащие вещества, которые могут искажать результаты анализа, в количествах во много раз превышающих концентрацию пестицида. Поэтому методы должны быть селективными. Так, например, МДУ дециса в томатах 0,01мг\кг.

Следовательно, методика определения дециса в этом продукте должна обеспечить идентификацию и количественное определение 0,05 мкг препарата в 10-ти граммовой навеске.

В виду кратковременности сельскохозяйственных работ, связанных с применением пестицидов, быстрой порчей пищевых продуктов, необходимости оперативного решения вопросов, связанных с реализацией продуктов и природохранными мероприятиями, массовости проводимых анализов, методы лабораторного контроля должны быть ускоренными и простыми.

При неправильно выбранном методе пестициды могут подвергаться химическим превращениям и разрушению, что приведет к неправильным результатам анализа.

Общая схема проведения анализа микроколичеств пестицидов в продуктах питания и объектах окружающей среды включает несколько этапов: отбор проб, извлечение пестицида из анализируемой пробы и концентрирование, отделение от сопутствующих примесей, идентификация и количественное определение. Последовательность опраций и детальные условия их проведения регламентируются методиками определения остаточных количеств пестицидов. Методика проведения анализа должна обеспечить, с учетом требований санитарного надзора, идентификацию и количественное определение в продуктах питания, воде, почве, воздухе отдельных пестицидов или групп пестицидов, близких по строению и физико-химическим свойствам, а также метаболитов или продуктов превращения исходных препаратов, если для них установлены гигиенические регламенты. Требования к метрологической характеристике метода определяются гигиеническими нормами содержания пестицидов в анализируемых объектах.

Нижний пределы обнаружения (мг\кг, мг\л, мг\м3 ), кроме оговоренных специально случаев, не должны превышать МДУ или ПДК. В соответствии с ГОСТ 12.І.005-88 методика анализа воздуха рабочей зоны должна обеспечить определение содержания исследуемых веществ в отобранной пробе на уровне 0,5 ПДК при длительности аспирации не более 30 мин. Общая ошибка метода определения в воздухе не должна превышать ±25%. В соответствии с ГОСТ 17.0.002.79 методики определения пестицидов в водоемах и водостоках, имеющих питьевое или рыбохозяйственное значение должны иметь нижний предел измерения анализируемого вещества не более, чем 0, ПДК. Эксперты ФАО\ВОЗ считают удовлетварительной методику, позволяющую определять в продуктах питания 80-110% анализируемого пестицида. Если среднее значение определения меньше указанных величин, то в формулу расчета вводят поправочный коэффициент. Среднее значение определения установливают при разработке методики методом добавки стандартных растворов к контрольным образцам анализируемых продуктов, объектов. Однако, при этом следует учитывать, что указанная модель не учитывает возможности существования связанных форм пестицидов с анализируемыми субстратами. Методики должны обеспечить избирательность определения отдельных пестицидов в присутствии пестицидов близких по химическому строению и области применения. Если имеются мешающие определению примеси, то аналитик должен знать их свойства и концентрацию, с которых начинает связываться их влияние. В том случае, когда действующее начало пестицида определяется в сумме с его токсичными метаболитами, их следует перечислить. Количественное определение, как правило, основано на инструментальных методах, таких как фотометрия, хроматография, полирография и другие. Если с помощью перечисленных методов не достигаются удовлетворительные результаты, лучше использовать биологические методы. Для повышения надежности идентификации методика должна предусматривать проведение определения методами, основанными на различных принципах, например, полярографическим и хроматографическим, фотометрическим и хроматографическим и других.

Надежность идентификация анализируемых пестицидов повышают также путем использования различных способов очистки экстрактов и взаимодополняющих условий проведения анализа.

4.ОБЩИЕ ПРИНЦИПЫ ОТБОРА И ПОДГОТОВКА ПРОБ К АНАЛИЗУ

Определение содержания остаточных количеств пестицидов начинается с пробоотбора. Отбор проб – один из наиболее ответственных этапов при определении пестицидов в продуктах питания и объектах окружающей среды. Ошибки при этом могут привести к неправильной гигиенической оценке пробы и обесцениванию работы химика аналитика даже при использовании чувствительных и селективных методов исследования.

Отобранная проба должна объективно отражать содержание остатков пестицидов в анализируемом объеме, охарактеризовать фактическую загрязненность пестицидами исследуемой партии пищевых продуктов, сельскохозяйственных культур, того или иного участка почвы, водоема, воздуха рабочей зоны или атмосферного воздуха в целом.

Определение содержания остаточных количеств пестицидов в матрице начинается с пробоотбора. Процесс отбора пробы не должен нарушать соотношение матрицы и определяемого соединения. Это соотношение должно быть одним и тем же, как в общей массе исходного материала, так и во взятой пробе.

Состав целого, из которого отбираются пробы, может не изменяться во времени, например крупные партии товаров при международной торговле или в сельскохозяйственном производстве. В таких случаях пробоотбор проводят непосредственно из содержимого трюмов кораблей, из грузовых автомобилей, железнодорожных вагонов, отдельных крупных упаковок, бутылей и т.д. На практике более часто встречается ситуация, когда состав целого меняется во времени, например состав воздуха рабочей зоны, атмоферного воздуха, состав воды («Нельзя два раза войти в одну и ту же воду»). Изменяется во времени концентрация и состав пестицидов в пробах растительного и животного происхождения под влиянием биологических факторов. Изменения составных частей матрицы и анализируемых компонентов происходят в любых образцах свежих пищевых продуктов (овощи, рыба, фрукты, мясо). В зависимости от конкретных ситуаций может представлять интерес: как концентрация пестицида в определенный момент времени, так и среднее содержание за какой-то временной интервал. Перед отбором проб неоднородный материал должен быть гомогенизирован путем размола, дробления, измельчения, смешивания, растирания, диспергирования и т.п. Часто взятую пробу приходится делить на несколько частей, чтобы проанализировать ее в различных лабораториях или сохранить для последующих анализов. Методика деления пробы должна обеспечивать постоянность ее состава и отношение концентрации матрицы и определяемого пестицида (пестицидов). Способ отбора пробы и количество проб зависят от цели проводимой экспертизы. Разные способы отбора проб необходима для определения максимально ожидаемого количества пестицидов, при оценке способов применения ядохимикатов, для определения распределения остатков пестицидов на обработанных растениях или в почве, при изучении содержания песстицидов в окружающей среде, при изучении содержания пестицидов в суточном рационе, при проверке рынка и т.п. Целью отбора проб является отделение из анализируемого объекта такой его части, которая по своему качеству и составу соответствует задаче экспертизы. Количество отбираемых проб можно рассчитать, используя критерии математической статистики. Доверительный интервал (Хмин –Хмакс) средней величины содержания остаточных количеств пестицида в пробе ( ) можно охарактеризовать уравнением Х= ±tnm где S- стандартное отклонение распределения отдельных измерений, n- число проб, m- число паралелльных проб, t- коэффициент нормированных отклонений, зависящий от m и доверительной вероятности. В практической работе чаще всего используют доверительную вероятность 0,95 реже 0,99. Из приведенного можно сделать вывод о том, что точность определения остатков пестицидов в пробах, взятых из данной выборки, увеличивается при увеличении числа исходных образцов или при увеличении числа параллельных проб. Выбор количества образцов ограничивается временными и денежными затратами, которые слагаются из стоимости исследуемых продуктов, стоимости реактивов и амортизации приборов, стоимости затраченного труда специалистов на отбор, транспортировку и анализ такого количества проб.

Учитывая высокую стоимость проведения анализа целесообразно достигать требуемой точности определения за счет отбора большего количества выемок и проведения меньшего количества параллельных проб. Отбор проб сельскохозяйственной продукции и объектов окружающей среды для изучения динамики содержания пестицидов или распределения остатков на обработанных растениях, в воде, почве имеет свои особенности, связанные с неравномерным распределением на анализируемых объектах. Содержание остатков пестицидов в исходных образцах, отобранных с обработанной территории может отличаться в 100 и более раз. Для изучения динамики содержания необходимо выбирать однородные участки и исходные образцы отбирать по всему участку. Для определения точек отбора проб по участку можно пользоваться либо случайной либо систематической выборкой. При точном соблюдении правил отбора результаты будут тождественны.

Образцы доставляют в лабораторию сразу же после изъятия, в случае блительной транспортировки охлаждают до температуры 2 -4 С0, используя для этой цели холодильники, сумки – холодильники, и прочие приспособления. Пробы, содержащие пестициды, быстро и легко разлагающиеся, следует сохранять как можно меньше (1-2 дня) в холодильниках при температуре – 200С. При этой температуре процессы ферментативного превращения пестицидов предельно замедленно.

Пробы, взятые в аварийных случаях, необходимо доставлять в лабораторию сразу же после отбора, к пробам прилагается первичная карта сопровождения проб.

Пробы хранят отдельно друг от друга, вдали от стандартных образцов и стандартных растворов пестицидов. Пробы и экстракты проб не должны подвергаться воздействию прямого солнечного света. При хранении возможна сорбция пестицидов материалом упаковки, а также миграция из материала упаковки веществ, мешающих определению. Результаты модельных опытов, характеризующих сохранение в воде отдельных пестицидов, приведены в таблице 4.1.

Таблица 4.1. - Влияние сроков хранения проб воды при температуре С на содержание ФОП, в % от исходной концентрации Базудин 106 (96-113) 91(84-99) 93(85-101) 85(82-88) Трихлормет 103 (90-115) 92(86-101) 97(93-103) 92(83-103) афос - Метафос 108 (92-119) 99(88-110) 91(68-108) 74(66-79) Карбофос 104 (93- 112) 98(88-105) 90(71-104) 74(62-85) Тиофос 111 (96 - 121) 101(94-113) 94(83-102) 87(83-90) Амифос 156 (125 - 185) 130(129-188) 105(76-122) 81(50-102) Примечание: А – исходная концентрация 1 мкг\ л, Б -10 мкг\л.

В скобках приведены пределы определения, %.

Содержание фосфамида (исходная концентрация -50 мкг\мл) уменьшается через 24 ч на 25-30%, через 720 ч – на 66% и.д.

Количество фозалона (исходная концентрация -20 мкг\мл) через 24 ч снижается на 35% (Э.И. Бабкина, А.В. Дибцева, А.А. Сиверина, 1980 г).

Концентрация абата, диазинона, дурсбана, хлорпирифосметила, фенитротиона, иодфенфоса, малатиона, фенкаптона в гексановых экстрактах, хранящихся в холодильнике, уменьшается через 30 дней на 5-8%, через дней – на 10-12%. Хлороформные экстракты менее устойчивы.

Хранение каштановой, дерново – подзолистой, черноземной почв в воздушно – сухом состоянии в стеклянных емкостях или картонных коробках в течение 1,5 года не влияет на содержание 4,4-ДДТ, 4,4- ДДД, 4,4- ДДЭ (Э.И. Бабкина. А.А. Сиверина. 1978).

Количество полихлорпинена в почве при хранении в этих условиях в течение одного месяца уменьшается до 80-85%.

Пробы почвы, содержащие пропанид и его метаболит 3,4 – дихлоранилин, можно сохранять в мешках из полиэтиленовой пленки при температуре 10-150С без доступа света в течение года.

Хранение дерново-подзолистой и каштановой почв в воздушно-сухом состоянии в течение 1 мес. не влияет на содержание карбофоса. Концентрация метафоса в дерново–подзолистой и черноземной почве в течение 1 мес.

уменьшается на 15±2%. Количество фозалона при хранении каштановой почвы в течение 1 недели снижается на 12%, содержание ДДВФ в дерновоподзолистой почве уменьшается в течение 1 ч на 30%, 24 ч – на 55%, в течение 1 недели – на 80%.

Хранение проб сливочного масла при температуре -250 С в течение месяц не влият на концентрацию карбофоса, метилнитрофоса, ДДВФ.

Сроки хранения проб, содержащих сим-триазины, описаны Л.А.Хилик, Ю.С.Барановым, А.Д.Якубович (1980).