Электрохроматографическое определение токсикантов в сточных водах

Изменение трофического статуса водоема, сопровождающееся перестройкой всего  водного сообщества и ведущее  к преобладанию гнилостных процессов (и, соответственно, возрастанию мутности, солености, концентрации бактерий). Один из вероятных аспектов процесса эвтрофикации – рост сине-зеленых водорослей (цианобактерий), многие из которых токсичны. Выделяемые этими организмами вещества относятся к группе фосфор- и серосодержащих органических соединений (нервно-паралитических ядов). Действие токсинов сине-зеленых водорослей может проявляться в возникновении дерматозов, желудочно-кишечных заболеваний; в особенно тяжелых случаях – при попадании большой массы водорослей внутрь организма – может развиваться паралич.

2.7. Нефтепродукты

ПДК нефтепродуктов равна 0,05 мг/л. При просачивании нефти в почву несмотря на свою большую вязкость она проникает в грунтовые воды, перемешается в направлении их движения и может распространяться на большие расстояния. Гидрофобная нефть образует тонкую пленку на поверхности воды; вода становится непригодной для использования при попадании 1 л нефти на 10⁶ л воды, На открытых водных поверхностях с течением времени образуется эмульсионный слой нефть—вода, который частично препятствует газообмену между водой и воздухом. Этот эффект приводит к тому, что все живые организмы, находящиеся под этой пленкой, постепенно задыхаются. При этом прежде всего при дыхании в клетках накапливается СО₂. что ведет к ацидозу, т.е. подкислению клеточной жидкости. У морских птиц контакт с нефтью приводит к склеиванию оперения; птицы утрачивают способность держаться на воде и быстро гибнут от переохлаждения. Растворимые в воде окисленные компоненты нефти могут обладать токсическим действием.  

Нефть, попавшая в природную среду, подвергается микробиологическому распаду, в  котором участвуют различные  виды бактерий, но этот распад протекает  так медленно, что нефть в течение  недель или даже месяцев находится  на поверхности воды. За это время  ее легколетучие компоненты испаряются, а оставшиеся подвергаются медленному окислению. В результате обоих процессов  малолетучие компоненты объединяются в сгустки, которые с течением времени опускаются на дно. Об их дальнейшей судьбе в настоящее время нет достоверной информации. Пресса и телевидение достаточно подробно сообщали об опасности даже кратковременного воздействия нефти на птиц и рыб, а также о длительном загрязнения береговой полосы после аварий танкеров или буровых установок.

2.8. Нитраты.

ПДК нитратов равна 45 мг/л. Нитраты - бесцветные кристаллические вещества, соли и эфиры азотной кислоты HNO 3. Они образуются при взаимодействии азотной кислоты с соответствующими металлами или их оксидами и гидроксидами. В воде нитраты хорошо растворимы.

 Природные  соли имеют кристаллическую островную  строение. Возникают исключительно  при экзогенных процессах, часто  в результате гниения органических  остатков. Возможно также образование  азотистых соединений из азота  воздуха при громовых разрядов. Применяют как удобрения, протравы при крашении, компоненты взрывчатых веществ. Н. аммония, щелочных и щелочноземельных металлов называют селитрами. Эфиры – бесцветные или светло-желтые, приятные на запах жидкости. Содержат в молекуле одну или несколько ONO 2-групп, связанных с органическим радикалом. Некоторые эфиры (нитроглицерин) применяют как взрывчатые вещества.

 При  сильном нагревании нитраты разлагаются,  не плавясь. Исключение составляют  лишь нитрат натрия и нитрат  калия, которые сначала плавятся, а потом уже разлагаются. При этом продукты разложения нитратов зависят от активности металла, входящего в состав соли.

 Негативное  влияние:

 Нитраты  характеризуются достаточно широким  спектром токсического действия. Токсическое действие нитратов  заключается в том, что в  пищеварительном тракте они частично  восстанавливаются до нитритов (более  токсичных), и последние при поступлении  в кровь могут вызвать метгемоглобинемию, а также подавление активности ферментных систем, участвующих в процессах тканевого дыхания. Кроме того, установлено, что из нитритов в присутствии аминов могут образовываться N-нитрозамины, которые проявляют канцерогенной активностью. При употреблении высоких доз нитратов с питьевой водой, продуктами питания через 4-6 часов проявляются характерные симптомы нитратного отравления: тошнота, удушье, посинение кожных покровов и слизистых оболочек, диарея. Это часто сопровождается общей слабостью, головокружением, головокружением, болями в затылочной части, тахикардией. Первая помощь при отравлении нитратами – тщательное промывание желудка, активированный уголь, солевые слабительные, свежий воздух, в сложных случаях немедленная госпитализация. Допустимая суточная доза нитратов для взрослого человека составляет 325 мг. ДСТУ питьевой воды определяет предельно допустимую концентрацию нитратов до 45 мг / дм 3. Рекомендованный ВОЗ потребления продуктов питания, где используется питьевая вода (чай, кофе, сок, первые блюда и т.д.) в умеренном климате составляет примерно 1-1,5 л, максимум 2 л / сутки. Таким образом, с водой взрослый человек может употребить около 68 мг нитратов. Соответственно, на пищевые продукты остается 257 мг нитратов. Исследования выявили, что токсическое воздействие нитратов в пищевых продуктах проявляется слабее, чем нитратов, растворенные в воде, примерно в 1,25 раз. Итак, безопасная суточная доза нитратов, которую можно употребить вместе с пищевыми продуктами составляет 320 мг. Нитраты отрицательно влияют на организм беременной женщины и ее плод, ухудшая показатели его биофизического профиля.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

3.Методы определения

3.1. Бумажная хроматография

Бумажная  хроматография открыта в 1944 году Констоном, Гордоном, Мартином и Сенджем, которые использовали его для анализа смесей аминокислот.  Это вид хроматографии, основанный на различии в скорости перемещения компонентов анализируемой смеси по бумаге в потоке растворителя (элюента). Хроматограммой в этом случае называют картину расположения хроматографических зон на бумаге после завершения разделения. В бумажной хроматографии используется главным образом специальная хроматографическая бумага, которая должна быть максимально однородной и содержать только целлюлозные волокна. Она может служить неподвижной фазой или инертным носителем неподвижной фазы.

В распределительной  бумажной хроматографии неподвижная  фаза - адсорбированная бумагой вода или неполярные органические растворители, которыми пропитывают бумагу (вариант  с обращенными фазами), а элюент - соответствующие смеси органических растворителей с водой, часто  содержащие также кислоты, комплексообразующие  и другие вещества, или водные растворы неорганических кислот и солей. Скорость перемещения компонентов зависит  от коэффициент их распределения между фазами и от соотношения объемов этих фаз.

В адсорбционной  бумажной хроматографии разделение компонентов смеси происходит благодаря  различию в их сорбируемости адсорбентом - бумагой. В качестве элюента используются главным образом смеси органических растворителей с водой.

В ионообменной бумажной хроматографии используют бумагу, пропитанную ионообменными  смолами. Скорость миграции компонентов  в этом случае зависит главным  образом от констант ионного обмена и рН элюента.

Осадочная бумажная хроматография осуществляется на бумаге, импрегнированной раствором  реагента-осадителя, образующего с разделяемыми веществами малорастворимые соединения. Скорость движения компонентов определяется произведениями растворимости этих соединений.

В лигандообменной бумажной хроматографии бумагу предварительно обрабатывают растворами ионов металлов, напр. Сu²⁺ при разделении аминов и аминокислот. При этом компоненты перемещаются в зависимости от констант устойчивости их комплексных соединений с ионами металлов.

На практике часто реализуются одновременно несколько механизмов разделения. Бумажная хроматография осуществляется в  стеклянных хроматографических камерах или других закрытых сосудах. Для улучшения воспроизводимости их часто кондиционируют, покрывая внутренние стенки фильтровальной бумагой, смоченной соответствующим растворителем. В камеру помещают лоток с элюентом, в который опускают край хроматографической бумаги после нанесения на нее пробы разделяемых веществ (обычно объемом 1-10 мкл). Элюент движется под действием капиллярных и гравитационных сил. По расположению бумаги и направлению тока элюента различают восходящую, нисходящую и горизонтальную бумажную хроматографию. Хроматографирование можно проводить также в центробежном поле или в условиях градиента температуры, что увеличивает эффективность и скорость разделения. В так называемой двумерной бумажной хроматографии пробу наносят в один из углов квадратного листа, и после завершения хроматографирования в одном элюенте бумагу высушивают и, повернув на 90°, погружают в другой элюент. На двумерной хроматограмме получают до n² хроматографических зон, где n -число зон, образующихся при обычной (одномерной) бумажной хроматографии.

После подъема  растворителя на определенную высоту бумагу вынимают из камеры, высушивают и выявляют хроматографические зоны. Если зоны не окрашены, хроматограмму опрыскивают растворами специфических реагентов, образующих с компонентами разделяемой смеси окрашенные или флуоресцирующие соединения. Используют также ферментативные и биологические методы детектирования, например, для выявления ферментов хроматограмму обрабатывают раствором соответствующих субстратов. Радиоактивные вещества обнаруживают, экспонируя хроматограмму на рентгеновскую пленку.

Положения хроматографических зон в бумажной хроматографии характеризуют величиной R_f, представляющей собой отношение пути, пройденного центром хроматографические зоны, к пути, пройденному фронтом растворителя: R_f= 1/[1 + (K_dV_s/V_m)], где К_s и V_т- объемы соответствующие неподвижной и подвижной фаз, К_d-коэффициент распределения вещества между этими фазами. Погрешность определения R_f ок. 5%. В стандартизованных условиях эта величина постоянна для каждого вещества и используется для его идентификации.

Количественный  анализ проводят непосредственно на хроматограммах или после отделения вещества хроматографических зон от целлюлозной основы. В первом случае компоненты определяют с помощью сканирующей денситометрии, флуориметрии, фотометрии или по размеру хроматографических зон, а также активации методами (при использовании последних двух методов зоны предварительно вырезают). Пределы обнаружения веществ в зонах по окрашенным производным составляют 0,1-10 мкг, флуориметрически -10^-3-10^-2 мкг, активационным методом - 10^-4-10^-10 мкг. Отделение компонентов от целлюлозной основы осуществляют экстрагированием, сжиганием бумаги или кипячением ее в смеси кислот. Затем компоненты определяют любым подходящим методом, обычно спектрофотометрическим, титриметрическим или кинетическим. Погрешность количественного анализа не превышает 10%.

С помощью  бумажной хроматографии можно разделить  и анализировать практически  все классы химические соединения, в том числе аминокислоты, сахара, стероиды. Кроме того, бумажная хроматография  в сочетании с двумерным электрофорезом используется как микропрепаративный метод разделения природных веществ, в частности пептидов.

Достоинства бумажной хроматографии:

- возможность  разделения малых количеств (0,001-1 мкг) веществ;

-высокая  чувствительность;

-простота  аппаратуры.

Недостаток  метода:

- сильное  размывание хроматографических зон, связанное с неоднородностью бумаги. Вследствие этого для разделения сложных смесей веществ необходимо использовать листы длиной около 1 м, что приводит к увеличению длительности эксперимента (для двумерной бумажной хроматографии до 15-20 ч) и большому расходу растворителя.

3.2.Электрофорез

Электрофорез - метод разделения смеси диссоциирующих веществ, основанный на различии в электрофоретической подвижности их ионов в растворе электролита, помещенного в электрическое поле.

Зональный электрофорез чаще всего реализуют в среде пористого наполнителя, пропитанного раствором электролита. Разделяемая смесь должна быть первоначально сосредоточена в узкой зоне, имеющей относительно малые линейные размеры. Благодаря устранению конвективных потоков жидкости зоны исследуемых элементов по окончании опытов сохраняют достаточно четкие границы. В качестве наполнителей обычно используют хроматографическую и фильтровальную бумаги, порошки (например, кварцевый песок), различные гели (например, крахмал).

Сама  методика зонального электрофореза  с точки зрения развития теории усложнена  рядом факторов (рис.3.1): 1) слабым развитием представлений и моделей пористой среды; 2) электроосматическим переносом - фактором, затрудняющим количественный оценки электрофоретических данных, полученных в различных методиках электрофореза; 3) адсорбцией ионов на пористом наполнителе; 4) эффектом «фитиля, который заключается в выделении тепла, что приводит к испарению растворителя и дополнительному передвижению раствора.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Рисунок 3.1. Схема влияния различных факторов на движение ионов при зонном электрофорезе.

Применяют несколько вариантов методик  зонального электрофореза, классифицированных по выбору поддерживающей среды.

Низковольтный элекрофорез на бумаге. Бумага, впервые была использована для электрофореза еще в 1930г., но преимущества, в том числе дешевизна такой поддерживающей среды, были оценены значительно позднее. Исследования Виланда на аминокислотах и Дюрема на протеинах привели к резкому росту числа работ, использующих электрофорез на бумаге (рис.3).  Большая часть авторов рекомендует эту методику для разделения протеинов сыворотки крови, других протеинов, ферментов. Необходимо отметить, однако, что в настоящее время бумага как среда заменяется другими материалами. Тем не менее, она очень часто используется, особенно для разделения смесей с относительно низкими молекулярными весами.

Бумага  обеспечивает простоту исследований, но имеет ряд недостатков: 1) высокая  абсорбционная способность (значительные количественные потери быстро идущих фракций и создание ими фона, который снижает точность определений фракций); 2) неравномерность структуры бумаги, что затрудняет обработку электрофореограмм.