Автореферат и диссертация по медицине (14.02.01) на тему:Гигиеническое и химико-аналитическое обоснование безопасного применения гербицидов



, На правах рукописи

Горячева Людмила Владимировна

ГИГИЕНИЧЕСКОЕ И ХИМИКО-АНАЛИТИЧЕСКОЕ ОБОСНОВАНИЕ БЕЗОПАСНОГО ПРИМЕНЕНИЯ ГЕРБИЦИДОВ

14.02.01 - Гигиена

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата биологических наук

2 1 ОКТ 2010

Москва 2010 г.

004611268

Работа выполнена в ФГУН «Федеральный научный центр гигиены им. Ф.Ф.Эрисмана» Федеральной службы по надзору в сфере защиты прав потребителей и благополучия человека.

Научные руководители:

академик РАМН, профессор Ракитский Валерий Николаевич доктор биологических наук, профессор Юдина Татьяна Васильевна

Официальные оппоненты:

доктор биологических наук, профессор Клепиков Олег Владимирович доктор медицинских наук, профессор Королев Алексей Анатольевич

Ведущая организация:

Научно-исследовательский институт питания РАМН

Защита состоится « 28 » октября 2010 г. в 12.00 часов на заседании Совета по защите докторских и кандидатских диссертаций Д.208.107.01 при ФГУН «Федеральный научный центр гигиены им. Ф.Ф.Эрисмана» Федеральной службы по надзору в сфере защиты прав потребителей и благополучия человека по адресу: 141000, Московская область, г.Мытищи, ул.Семашко, д.2.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ФГУН «Федеральный научный центр гигиены им. Ф.Ф.Эрисмана».

Автореферат разослан « '2.7 » сентября 2010 г.

Ученый секретарь Совета по защите докторских и кандидатских диссертаций, доктор медицинских наук, профессор

Шушкова Т.С.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность исследования

Возрастание опасности для здоровья населения, связанной с увеличением антропогенной нагрузки, которая негативно сказывается на среду обитания человека и приводит к загрязнению окружающей природы различными ксенобиотиками, отмечено в ряде работ отечественных гигиенистов (А.И.Потапов, В.Н.Ракитский, 2004,2005,2007; Г.Г.Оншценко, 2009).

Пути решения данной проблемы отражены в Федеральном законе «О безопасном обращении с пестицидами и агрохимикатами» № 109-ФЗ от 19.07.1997 г. и в Основах государственной политики в области обеспечения химической и биологической безопасности Российской Федерации на период до 2010 года и дальнейшую перспективу (протокол совместного заседания Совета Безопасности Российской Федерации и Президиума Государственного Совета Российской Федерации №пр-21/94 от 04.12.2003 г.).

Особое место среди химических загрязнителей занимают гербициды, вопросы безопасного обращения с которыми чрезвычайно важны. Являясь высоко биологически активными соединениями, преднамеренно вносимыми в окружающую среду и циркулирующими в ней, гербициды могут представлять реальную опасность для здоровья людей и окружающей природной среды. (В.Н.Ракитский, 2007).

Область применения гербицидов в сельскохозяйственном производстве достаточно широка: это в первую очередь промышленное растениеводство, фермерские и личные подсобные хозяйства; лесное хозяйство (защита и воспроизводство лесного фонда), борьба с нежелательной растительностью на землях несельскохозяйственного назначения, технических коммуникациях, обработка зеленых насаждений в селитебной зоне.

Успешное применение гербицидов в сельском хозяйстве связано с проявлением их высокой физиологической активности по отношению к сорным растениям, обладанием комплекса свойств, которые обеспечивают не только эффективность действия, но и безопасность использования гербицидов различных классов опасности, таких как 2,4-Д (2 класс опасности по канцерогенному действию), дикамба, клопиралид (3 класс опасности). Для препаратов, относящихся ко 2 классу .опасности (2,4-Д), важно проведение мониторинговых исследований по установлению динамики их остаточных количеств в растительной продукции, объектах окружающей среды (вода, почва), что явилось одной из задач исследования.

Сфера применения гербицидов постоянно расширяется, появляются новые действующие вещества, смесевые препараты, в связи с этим возникают вопросы о расширении методической базы, разработке новых методов для осуществления контроля как отдельных соединений, так и при совместном присутствии нескольких веществ.

Одним из направлений, обеспечивающих снижение или устранение опасности негативного воздействия гербицидных препаратов, является разработка надежных

методов лабораторного контроля действующих веществ, использование современных приемов и инструментариев (Т.В.Юдина, 2008, 2009, И.В. Брагина, 2009).

Современная база аналитического контроля гербицидов в объектах окружающей среды и пищевых продуктах существенна и включает различные приемы и методы (твердофазная экстракция, колоночная хроматография, очистка переэкстракцией, капиллярная и насадочная газожидкостная хроматография с селективными детекторами, а также в сочетании с масс-спектрометрией, высокоэффективная жидкостная хроматография с ультрафиолетовым и люминесцентным детектированием).

Необходимость дальнейшего усиления химико-аналитического блока социально-гигиенического мониторинга явилась основанием для проведения настоящего исследования, определила его цель и задачи.

Работа выполнена в рамках отраслевой научно-исследовательской программы РФ «Гигиеническая безопасность России: проблемы и пути обеспечения» (2006-2010).

Цель работы: Совершенствование и методическое обоснование современного химико-аначитического контроля гербицидов для обеспечения санитарно-эпидемиологического благополучия населения.

Для достижения поставленной цели решены следующие взаимосвязанные основные задачи:

1. провести анализ методического обеспечения контроля гербицидов в системе Роспотребнадзора;

2. разработать современные газохроматографические методы, дополняющие аналитическую базу определения остаточных количеств гербицидов в объектах окружающей среды (вода, почва, воздушная среда) и смывах с кожных покровов работающих;

3. изучить особенности формирования экспозиционных уровней воздействия ряда гербицидов на организм работающих и населения для оценки риска;

4. в мониторинговых двухгодичных исследованиях выполнить динамический аналитический контроль уровней 2,4-Д кислоты в объектах окружающей среды (вода, почва) при применении препарата на основе диметиламинной соли 2,4-Д;

5. установить уровни остаточных количеств действующих веществ препарата на основе 2,4-Д и метсульфурон-метила в зерне хлебных злаков;

6. обосновать предложения, направленные на совершенствование лабораторного контроля гербицидов при их применении.

Научная новизна

На основании изучения структуры действующих веществ гербицидов, химических" реакций и особенностей хроматографического поведения в анализируемых средах разработан и внедрен комплекс современных приемов и хроматографических методов по:

- обоснованию эффективности отбора проб воздушной среды, учитывающего аэрозольную и парообразную фракции веществ для последующего количественного анализа;

- созданию оптимальных условий пробоподготовки, устраняющих влияние матричной основы образцов (почва, растительный материал);

способу селективного определения действующих веществ (2-этилгексиловые эфиры 2,4-Д, дикамбы и клопиралида) при раздельном и совместном присутствии в воздушной среде и смывах с кожи методом капиллярной газожидкостной хроматографии.

Впервые в мониторинговых динамических исследованиях при применении препарата на основе 2,4-Д с нормой расхода 1,6 л/га определены остаточные количества действующего вещества в различных объектах окружающей среды (вода и почва), что с аналитических позиций дало возможность обосновать заключение о безопасных условиях применения препарата.

Установлены и определены особенности формирования экспозиционных уровней действующих веществ при применении ряда препаратов для оценки риска.

На основе результатов исследований обоснованы предложения, направленные на совершенствование химико-аналитического контроля гербицидов в системе социально-гигиенического мониторинга.

Для решения поставленных задач применены гигиенические, химико-аналитические и математико-статистических подходы.

Лабораторные исследования базировались на современных приемах газожидкостной и высокоэффективной хроматографии, детальном изучении хроматографического поведения веществ, применении оптимальных способов пробоподготовки (концентрирующих патронов, ступенчатой переэкстракции), что позволило максимально снизить влияние матричной основы образцов, достичь наиболее низких пределов обнаружения. Полученные данные оформлены в виде методических указаний. Проанализировано 940 натурных проб, модельных - 1045.

Результаты работы доложены и обсуждены на:

- III Всероссийском форуме «Здоровье нации - основа процветания России» (Москва, 2007).

- научно-практической конференции молодых ученых «Факторы риска производственной и окружающей среды для здоровья населения» (Москва, 2007).

- XX Межрегиональной научно-практической конференции «Региональные гигиенические проблемы сохранения здоровья населения» (Липецк, 2007).

- IV Всероссийском форуме «Здоровье нации - основа процветания России» (Москва, 2008).

- 15-ой Всероссийской научно-практической конференции с. международным участием «Санитарно-гигиенический мониторинг здоровья населения» (Рязань, 2009).

научно-практической конференции молодых ученых «Проблемы гигиенической безопасности и здоровье населения» (Москва, 2009).

Апробация диссертации проведена на межотдельческой конференции ФГУН «Федеральный научный центр гигиены им.Ф.Ф.Эрисмана» Роспотребнадзора 14 мая 2010 г.

Публикации. По теме диссертации опубликовано 8 печатных работ в центральной печати, сборниках научных трудов и материалах форума, из которых одна в центральном рецензируемом журнале списка ВАК.

Объем и структура диссертации. Диссертация изложена на -/89 страницах машинописного текста, состоит из введения, обзора литературы, описания направления, объектов, объемов и методов исследования, 4 главы собственных исследований, обсуждения результатов и выводов. Фактический материал представлен в 40_ таблицах и 2§ рисунках. Список литературы содержит -142 источник, из них <¿3 - отечественных и 19 - иностранных авторов.

Практическая значимость работы:

Разработанные аналитические методы определения пестицидов в объектах окружающей среды дополнили методическую базу лабораторного контроля в практике санитарно-гигиенических исследований.

Материалы выполненных работ вошли в пособие для врачей «Современный аналитический контроль пестицидов в объектах окружающей среды и растительной продукции», 2007 г.

Утверждены:

-Дополнения №6 (ГН 1.2.2221-07) и№14 (ГН 1.2.2617-10) к ГН 1.2.1323-03;

-Методические указания по измерению концентраций 2,4-Д в атмосферном воздухе населенных мест методом капиллярной газожидкостной хроматографии: МУК 4.1.2138-06;

- Методические указания по измерению концентраций дикамбы в атмосферном воздухе населенных мест методом капиллярной газожидкостной хроматографии: МУК 4.1.2073-06;

-Методические указания по измерению концентраций 2-этилгексилового эфира 2,4-Д в воздухе рабочей зоны, смывах с кожных покровов операторов и атмосферном воздухе населенных мест методом капиллярной газожидкостной хроматографии: МУК 4.1.2206-07;

- Методические указания по измерению концентраций 2-этилгексилового эфира дикамбы в воздухе рабочей зоны и смывах с кожных покровов операторов методом капиллярной газожидкостной хроматографии: МУК 4.1.2289-07;.

- Методические указания по измерению концентраций 2-этилгексилового эфира клопиралида в воздухе рабочей зоны, смывах с кожных

покровов операторов и атмосферном воздухе населенных мест методом капиллярной газожидкостной хроматографии: МУК 4.1.2290-07;

-Методические указания по определению 2,4-Д в воде и почве методом капиллярной газожидкостной хроматографии: МУК 4.1.2666-10 от 02.08.2010 г., свидетельство о метрологической аттестации N° 0022.14.04.10 от 15.04.2010 г., номер в Федеральном реестре МВИ ФР.1.31.2010.07447.

Основные положения, выносимые на защиту:

• Совершенствование системы лабораторного контроля гербицидных препаратов включает выделение приоритетных загрязнителей окружающей среды, разработку и внедрение современных приемов и методов, повышающих метрологические параметры результатов.

• Эффективные методы хроматографического анализа гербицидов в растительной продукции, объектах окружающей среды и смывах с кожных покровов основаны на устранении влияния матричной основы образцов для повышения точности и селективности анализа, обосновании оптимальных параметров детектирования химических соединений.

• Аттестация методик выполнения измерений уровней остаточных количеств гербицидов в лабораторных образцах базируется на достижении метрологических показателей, удовлетворяющих требованиям ГОСТ Р 8.563.

• Безопасность применения гербицидного препарата на основе 2,4-Д обоснована комплексными результатами мониторинговых динамических гигиенических и химико-аналитических исследований в различных климато-географических зонах.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Увеличение масштабов и ассортимента применения пестицидов в сельскохозяйственной практике продолжает стимулировать разработку и использование методов аналитической химии малых концентраций токсических органических веществ для анализа объектов окружающей среды, сельскохозяйственного сырья, кормов и продуктов питания. Внедрение в сельскохозяйственные технологии пестицидных препаратов с низкими нормами расхода (<10 г/га) требует принципиально новых подходов и методов для идентификации и количественного определения их остатков в различных средах.

Для обнаружения остаточных количеств пестицидов в объектах окружающей среды используют высокочувствительные приемы определения -хроматографические методы: газожидкостная (ГЖХ) и высокоэффективная жидкостная (ВЭЖХ) хроматографии, хромато-масс-спектрометрия.

В настоящее время объем применяемых методов ГЖХ и ВЭЖХ примерно равен, хромато-масс-спеюгрометрия пока не находит широкого использования, проведенные разработки осуществлены с ее включением.

В таблице 1 представлен анализ существующих методов контроля гербицидов, составляющих предмет исследований.

Таблица 1

Аналитическая база контроля изучаемых гербицидов_

Вещество Объект контроля Нормативно-методический документ, метод Предел обнаружения (метод) Гигиенический норматив (ПДК.ОБУВ, ОДУ, МДУ)

1 2 3 4 5

2,4-Д вода МУК 4.1.1132-02 МУК 4.1.2270-07 (ГЖХ) 0,0001 мг/дм3 0,0002 мг/дм3

почва МУ №1541-76 (ГЖХ) 0,01 мг/кг 0,1 мг/кг

зерно хлебных злаков, кукурузы МУК 4.1.1132-02 (ГЖХ) 0,005 мг/кг 0,05 мг/кг

кукуруза (масло) МУК 4.1.2162-07 (ГЖХ) 0,005 мг/кг 0,1 мг/кг

воздух рабочей зоны МУ №4122-86 (ГЖХ) 0,0001-2,0 мг/м3 1,0 мг/м3

атмосферный воздух отсутствует - 0,0001 мг/м3

2-ЭГЭ 2,4-Д вода МУК 4.1.1133-05 (ГЖХ) 0,0001 мг/дм3 0,002 мг/дм3

воздух рабочей зоны МУК 4.1.1134-05 (ГЖХ) 0,005 мг/м3 0,5 мг/м3

атмосферный воздух отсутствует - 0,0001 мг/м3

смывы с кожи отсутствует - не установлен

дикамба вода МУК 4.1.1452-03 (ГЖХ) 0,0002 мг/дм3 0,05 мг/дм3

почва 0,005 мг/кг 0,25 мг/кг

зерно хлебных злаков, кукурузы 0,005 мг/кг 0,5 мг/кг

кУкУРУза(масло) МУК 4.1.2459-09 (ГЖХ) 0,005 мг/кг 0,05 мг/кг

воздух рабочей зоны МУК 4.1.1453-03 (ГЖХ) 0,5 мг/м3 1,0 мг/м3

атмосферный воздух отсутствует - 0,01 мг/м3

2-ЭГЭ дикамбы воздух рабочей зоны атмосферный воздух смывы с кожи отсутствует - не установлен

2-ЭГЭ -клопиралида воздух рабочей зоны атмосферный воздух смывы с кожи отсутствует - не установлен

__Продолжение таблицы 1

1 2 3 4 5

вода 0,002 мг/дм3 0,01 мг/дм3

почва МУК 4.1.1417-03 (ВЭЖХ) 0,05 мг/кг 0,1 мг/кг

Метсульфурон-метил зерно хлебных злаков 0,025 мг/кг 0,05 мг/кг

воздух рабочей зоны атмосферный воздух МУК 4.1.1225-03 (ВЭЖХ) 0,05' 0,004 5,0 мг/м3 0,02 (м.р.), 0,005 (с.с.) мг/м3

Анализ материалов и нормативно-методических документов позволил выделить наиболее шауальные вопросы в области лабораторного контроля действующих веществ - 2,4-Д, дикамбы, 2-этилгексиловых эфиров 2,4-Д, дикамбы и клопиралида и конкретизировать их в направлениях работы:

проведение мониторинговых исследований по определению остаточных количеств 2,4-Д в воде и почве, поскольку данное соединение относится ко 2-му классу опасности;

разработка гигиенических нормативов новых эфирных форм веществ -2-этилгексиловых эфиров дикамбы и клопиралида - в воздухе рабочей зоны и атмосферном воздухе населенных мест;

разработка методов измерения концентраций эфиров 2,4-Д, дикамбы и клопиралида в воздушной среде и смывах, а таете адаптация их при оценке риска для работающих;

разработка метода измерения концентраций 2,4-Д и дикамбы в атмосферном воздухе;

определение остаточных количеств 2,4-Д и метсульфурон-метила в растениеводческой продукции.

Для решения вышеизложенных задач исследования проведены в двух направлениях: гигиеническом и химико-аналитическом.

Гигиеническое направление состояло в изучении особенностей применения препаратов, формировании программы мониторинговых исследований 2,4-Д, установление экспозиционных уровней воздействия на организм работающих и населения, обосновании условий безопасности использования изучаемых гербицидов.

Химико-аналитический блок включал разработку методов капиллярной газожидкостной хроматографии по определению остаточных количеств действующих веществ (2,4-Д, дикамбы, 2-этилгексиловые эфиры 2,4-Д, дикамбы и клопиралида) в ряде объектов: атмосферном воздухе, воздухе рабочей зоны, смывах с кожных покровов, выполненных в соответствии с требованиями ГОСТ Р ИСО 5725-(1-6)-2002 «Точность (правильность прецизионность) методов и результатов измерений», а также апробацию разработанных подходов в натурных экспериментах по обоснованию безопасного применения гербицидных препаратов.

Объектами исследований при применении препарата на основе 2,4-Д кислоты в ходе мониторинговых исследований возможности загрязнения объектов окружающей среды служили вода и почва.

Уровень остаточных количеств гербицидных препаратов оценен в зерне и соломе хлебных злаков.

Расчет ОБУВ действующих веществ 2-этилгексиловых эфиров дикамбы и клопиралида в воздушной среде (воздух рабочей зоны, атмосферный воздух) проведен в соответствии с «Методическими указаниями по установлению ориентировочных безопасных уровней воздействия вредных веществ в воздухе рабочей зоны» № 4000-85 от 04.11.85 г. и «Методическими указаниями по гигиенической оценке новых пестицидов», № 4263-87, 1987 г., с учетом параметров острой пероральной и ингаляционной токсичности.

Отбор проб воздуха рабочей зоны проводили в соответствии с требованиями ГОСТ 12.1.005-88 «ССБТ. Общие санитарно-гигиенические требования к воздуху рабочей зоны», атмосферного воздуха-ГОСТ 17.2.4.02-81 «ОГ1А. Общие требования к методам определения загрязняющих веществ в воздухе населенных мест», смывы -Методические рекомендации «Разработка методов определения вредных веществ на коже» (№3056-84 от 26.07.84 г.), а также «Метод оценки риска воздействия пестицидов на работающих» (№ 2001/73 от 16.04.2001 г.), вода - ГОСТ 51592-2000 «Вода. Общие требования к отбору проб», почва - ГОСТ 17.4.4.02-84 «Охрана природы. Почвы. Методы отбора и подготовки проб для химического, бактериологического, гельминтологического анализа», зерно - ГОСТ 13586.3-83 «Зерно. Правила приемки и методы отбора проб», ГОСТ Р 50436-92 «Зерновые. Отбор проб зерна», ГОСТ 27262-87 «Корма растительного происхождения. Методы отбора проб», а также «Унифицированным правилам отбора сельскохозяйственной продукции, пищевых продуктов и объектов окружающей среды для определения микроколичеств пестицидов», № 2051-79 от 21.08.79 г.

В исследованиях применены методы хроматографии (системы «Agilent Technologies» с масс-спектрометрическим детектором, «Кристалл-2000М» с элекгронозахватным детектором, «Agilent 1200» с ультрафиолетовым детектором).

Количественное определение действующих веществ выполнено методом абсолютной калибровки на основе градуировочной характеристики зависимости площади пика веществ от их концентрации в анализируемой среде при соблюдении в диапазоне исследуемых концентраций линейности графической зависимости.

Один из разделов работы включал изучение возможного превращения 2-этилгексиловых эфиров 2,4-Д и дикамбы в кислоты в воздушной среде.

Математико-статистическая обработка данных проведена общепринятыми методами вариационной статистики с использованием критерия Стьюдента, корреляционно-регрессионного анализа по прикладным программам с помощью Microsoft Excel 2000.

Накопление, корректировка, обработка, анализ и визуализация полученных данных осуществлены матсматико-статистическими методами на базе современных информационных технологий с применением типового лицензионного и оригинального программного обеспечения с помощью персональной компьютерной техники типа 1ВМ РС/АТ.

Гигиенические и химико-аналитические исследования выполнены совместно со специалистами научных подразделений ФНЦГ им. Ф.Ф.Эрисмана (руководители: академик РАМН, проф. В.Н. Ракитский, д.м.н., проф. И.В.Березняк). Доля участия автора в исследованиях составила 80%, в анализе и обобщении результатов - 100%.).

Таблица 2

Направления, методы и объем исследований

Виды и методы исследований Методы, объекты исследований Объем

Гигиенические исследования

изучение особенностей факторы рабочей среды: 132 показателя

применения препаратов - вредные вещества в воздушной среде, на

коже оператора

- микроклимат

- экспозиционные уровни веществ

- риски для работающих

- мониторинговые исследова- программа 2-х годичных испытаний

ния при применении препарата

на основе 2,4-Д 16

гигиеническое нормиро- гигиенические нормативы: показателей

вание действующих веществ воздух рабочей зоны

гербицидов в воздушной среде атмосферный воздух

Химико-аналитические

исследования

разработка методов ГЖХ 998 проб

аналитического контроля методические подходы пробоподготовки и

действующих веществ детектирования

особенности хроматографического

поведения д.в.

- апробация разработанных ГЖХ, метод контроля 234 пробы

методов в натурных воздух рабочей зоны и зоны санитарного

исследованиях разрыва

смывы с кожных покровов операторов

гербицидные препараты на основе 2,4-Д 57 проб

определение остаточных ГЖХ/ВЭЖХ, метод контроля

количеств действующих зерно хлебных злаков

веществ в сельско-

хозяйственной продукции

- мониторинговые исследова- ГЖХ 695 проб

ния при применении препарата вода, почва

на основе 2,4-Д остаточные количества д.в.

Предварительным этапом работы был анализ методической базы по определению 2,4-Д в воде и почве.

Разработка новых методических подходов по определению остаточных количеств 2,4-Д в почве обусловлена требованием СанПиНа 2.1.7.1287-03 об использовании в мониторинговых исследований методов, имеющих метрологическую аттестацию и включенных в Федеральный реестр методик выполнения измерений.

На основании сопоставительного анализа и сравнительных лабораторных испытаний (таблицы 3) была показана целесообразность и обоснование разработки нового способа пробоподготовки образцов воды и почвы, с включением переэкстракции вещества в трет-бутилметиловый эфир, что обеспечило замену диэтилового эфира, обладающего специфическими свойствами и высокой токсичностью, а при очистке проб почвы дополнительно и замену хлороформа, характеризующегося также специфическим действием, на гексан по аналогии с приемами, используемыми для очистки воды.

Таблица 3

Сравнительные данные по эффективности растворителей (экстракция анализируемого вещества из водных растворов)_

Определяемое вещество Объект Стадия пробоподготовки Полнота извлечения. %

2,4-Д вода диэтиловый эфир 82,6

трет-бутиметиловый эфир 84,5

почва диэтиловый эфир 79,4

трет-бутиметиловый эфир 82,3

В таблице 3 показано, что предложенный новый аналитический подход, имеющий достаточный положительный эффект не. влияет на важнейший метрологический параметр метода - полноту извлечения.

Для идентификации 2,4-Д относящегося к классу карбоновых кислот, посредством газожидкостной хроматографии (ГЖХ) необходимо получить летучее производное - эфир.

Для достоверной идентификации 2,4-Д были подобраны условия ГЖХ анализа с использованием масс-селективного детектора, исключающим возможное недостоверное определение вещества.

Разработанный метод метрологически аттестован (Свидетельство об аттестации №0022.14.04.10 от 15.04.2010 г., номер Федеральном реестре МВИ ФР.1.31.2010.07447).

В методическом плане итоги данного направления работы, позволили констатировать эффективность разработанной методики, основанной на газохроматографическом измерении концентраций 2,4-Д в виде бутилового эфира, полученного путем дериватизацни кислоты (2%-ным раствором серной кислоты в н-бутаноле при нагревании).

Мониторинговые исследования по изучению возможности загрязнений водоисточников хозяйственно-питьевого назначения и почвы 2,4-Д кислотой

проведены в течение двух лет в трех почвенно-климатических зонах за сезоны 20082009 годов. Общая характеристика опыта представлена в таблице 4.

Экспериментальные площадки однократно (за сезон) обрабатывалась препаратом с нормой расхода 1,6 л/га (960 г/га по действующему веществу) посредством штангового тракторного опрыскивания посевов или паров. Перед обработкой проводился отбор фоновых образцов воды и почвы.

Отбор проб осуществлен по требованиям ГОСТа 51592-2000 «Вода. Общие требования к отбору проб», ГОСТа 17.4.4.02-84 «Охрана природы. Почвы. Методы отбора и подготовки проб для химического, бактериологического, гельминтологического анализа».

Отбор проб воды проведен в трех точках, выбранных с учетом характеристики местности. Отобранные в пластиковые бутылки пробы в лаборатории хранили до анализа в холодильной камере (1 < 6°С).

Пробы почвы отобраны на трех площадках, которые были выбраны с учетом рельефа опытного поля (верхняя, средняя и нижняя точки). На каждом избранном участке пробы брали в пяти точках: четыре по краям и одна в центре -конвертообразно, в каждой точке отбиралось 4 среза почвы различной глубины: 1-010 см, II - 10-20 см, III - 20-30 см, IV - 30-40 см. Из пяти проб (для каждого среза) был подготовлен усредненный образец по четырем срезам.

В случае предположения влияния сложной матрицы почвы на результаты анализов или получения данных, требующих аналитического подтверждения предусмотрено применение дополнительного приема - хромато-масс-спектрометрии.

Вода

Анализ результатов показывает, что во всех пробах воды отобранных в Московской и Белгородской областях за 2008 и 2009 г.г., а также в Ростовской области за сезон 2009г. остаточные количества действующего вещества - 2,4-Д не обнаружены (предел обнаружения - 0,0001 мг/дм3).

В Ростовской области в 2008 г. действующее вещество идентифицировано в 0-й день в 2-х пробах воды реки Юла на уровне 0,0007 и 0,0003 мг/дм3 (3,5 и 1,5ПДК, соответственно), во всех остальных пробах воды остаточные количества 2,4-Д не установлены.

Обнаружение 2,4-Д в пробах воды в день обработки связано с погодными условиями - сильным дождем после обработки, что привело к попаданию фунта в реку. Несмотря на достаточно случайный характер загрязнения воды надо отметить возможность повторения этой ситуации в дальнейшем, особенно с учетом низкого уровня норматива в воде (0,0002 мг/дм3).

Таблица 4

Общая характеристика опыта

. Место закладки опыта (почвенно-климатическая зона) Срок проведения опыта Срок обработки препаратом Площадь опытной делянки (га), культура Объекты исследования Количество взятых образцов

вода почва

Московская обл., Ногинский р-н, д. Ельня (1-ая зона) 06-09 2008г 01.07.2008г 46, кухсуруза Почва: характерная для Московской области Водные объекты: водоем (речка) выше и ниже опытного поля, колодец на участке №114 (СТ «Эдем») 21 80

07-10 2009г 15.07.2009г 21 84

Белгородская обл., Щебекин-ский р-н, с. Цепляево-2 (2-ая зона) 04-07 2008г 29.04.2008г 48, кукуруза Почва: характерная для Белгород-ской области Водные объекты: 21 80

06-09 2009г 29.04.2008Г колодец №2 (с. Цегшяево-2, Синий дом), р. Короча, колодец на ул. Терешковой (с. Цепляево-2) 21 56

Ростовская обл., Сальский р-н, п. Кузнецовский (3-я зона) 05-09 2008г 19.05.2008г 56, пары Почва: характерная для Ростовской области Водные объекты: водоем (р. Юла) выше и ниже опытного поля, артскаважина п. Кузнецовский 24 92

03-08 2009г 19.05.2008Г 24 96

Почва

Лабораторный контроль динамики уровней 2,4-Д (предел обнаружения вещества - 0,01 мг/кг) позволил установить максимальные значения в день обработки, диапазон концентраций составил в Московской, Белгородской и Ростовской областях 0,012-0,092, 0,012-0,136 и 0,011-0,095 мг/кг, соответственно. В последующие дни эксперимента уровни 2,4-Д снижались. Так на 30-й и последующие дни (60-й, 90-й, дни уборки урожая) 2,4-Д обнаруживалась только в поверхностном горизонте (0-10 см) на уровне 0,01-0,012 мг/кг (0,1-0,12 ПДК). В сезоне 2009 г. в Московской и Ростовской областях на 90-й и 100-й дни 2,4-Д не идентифицирована.

4 -

0-йдень 7-йдень 14-йдень 30-йдень 60-йдень 90-йдень 100-йдень

(уборка урожая)

День после обработки препаратом

Рис. 1. Результаты исследования 2,4-Д в водных объектах (Ростовская область, 2008 г.).

1.6т

0-й день 7-йдень 14-й день 30-йдень 60-йдень 85-й день

{уборка урожая)

день после обработки препаратом

Рис. 2. Динамика деградации 2,4-Д в почве (Белгородская область, 2008г.)

На рисунках 1 и 2 представлен общий характер динамики разложения вещества в воде и почве по полученным аналитическим данным.

Проведенные испытания подтвердили, что аналитическая составляющая является существенной основой гигиенических исследований, применение разработанного метода наглядно доказало его соответствие решению поставленных задач.

Таким образом, проведенные углубленные мониторинговые исследования остаточных количеств 2,4-Д в пробах воды и почвы при однократной обработке препаратом на основе диметиламинной соли 2,4-Д в сельском хозяйстве с нормой расхода 1,6 л/га позволили сделать вывод о том, что при соблюдении всех регламентов безопасного применения не установлено загрязнения данных объектов изучаемым гербицидом.

При поиске наиболее оптимальных' условий измерения концентраций действующих веществ гербицидов в пробах воздуха и смывах с кожных покровов, с учетом физико-химических свойств и структуры изучаемых веществ, относящихся к классам арилоксикарбоновых кислот (2,4-Д кислота и ее эфиры), пиридинкарбоновых кислот (клопиралид кислота и ее эфиры), бензойных кислот (дикамба и ее эфиры), с использованием существующих современных аналитических подходов было сделано заключение, что наиболее адекватным является способ газожидкостной хроматографии с применением электронозахватного детектора (ЭЗД), чувствительного к присутствию галогенов, а также ароматических (сопряженных) фрагментов в молекуле.

Точность установления уровней загрязняющих веществ в воздушной среде, как известно, зависит от правильно выбранных условий отбора пробы, которые во многом определяются физико-химическими свойствами исследуемых веществ. Расчетными методами, исходя из давления паров определяемых веществ, ПДК или ОБУВ для воздуха рабочей зоны и атмосферного воздуха, молекулярной массы, установлены особенности агрегатного состояния в воздухе (таблица 5).

Таблица 5

Характеристика параметров, определяющих условия отбора проб воздуха

Действующее вещество Давление паров (при1,°С) Молекулярная масса ПДК/ОБУВ, мг/м3 Летучесть, мг/м3

воздух рабочей зоны атмосферный воздух

2,4-Д 1,86-10'2, (25 °С) 221,0 1,0/ /0,0001 1,81-10"3

Дикамба 1,67, (25 °С) 221 1,0/ 0,01/ 0,163

2-ЭГЭ 2,4-Д 49,7 мПа (25°С) 333,3 0,5/ /0,0001 7,3

2-ЭГЭ Дикамбы данные отсутствуют 333,3 /1,0 /0,01 данные отсутствуют

2-ЭГЭ Клопиралида данные отсутствуют 304,3 /2,0 /0,006 данные отсутствуют

На основе теоретических расчетов, принимая во внимание давление паров д.в. и молекулярные массы (таблица 5), возможная концентрация парообразной фракции в воздухе, обусловленная естественной летучестью веществ, составляет 2,4-Д - 1,8Ы0"3 мг/м и дикамбы - 0,163 мг/м3. Следовательно, гигиенически значимым с учетом низких гигиенических нормативов (ПДК или ОБУВ) в атмосферном воздухе является присутствие веществ в воздушной среде в виде аэрозольных и парообразных фракций. Также были сделано заключение о том, что 2-этилгексиловые эфиров 2,4-Д, дикамбы и клопиралида могут присутствовать в воздушной среде в виде аэрозоля и паров.

Возможные потери в процессе аспирации воздуха оценены экспериментально с применением при отборе проб воздушной среды дополнительно к пробоотборной системе поглотителя с пористой пластинкой, заполненного 10 см3 этанола. Этот выбор поглощающей среды базируется на свойствах растворимости в нем веществ, легкостью его концентрирования после экспозиции. Для измерения концентрации на уровне 0,8 ПДК атмосферного воздуха было оптимальным установка поглотителя, помещенного в ледяную воду, после аллонжа с фильтрами, проведение аспирации воздуха (25 °С) со скоростью 5 дм3/'мин в течение 25 мин (объем пробы воздуха 125 дм3) для определения 2,4-Д и 2,5 мин (объем пробы воздуха 12,5 дм ) - для дикамбы. Для оценки проскока предварительно на фильтры вносили 0,1 мкг 2,4-Д и 1,0 мкг дикамбы (1 см3 раствора внесения с концентрацией 0,1 и 1,0 мкг/см3, соответственно). По завершении аспирации содержимое поглотительного сосуда концентрировали до объема 0,5 см3 и анализировали содержание вещества. В хроматографируемом объеме поглотительного раствора присутствия вещества не обнаружено, что свидетельствует об отсутствии проскока. Поскольку значимой величиной при установлении риска является параметр 'Л предела обнаружения, а именно 0,005 мкг 2,4-Д, 0,05 мкг -дикамбы, что составляет 1,0 % от нанесенного на фильтры количества, неисключенная систематическая погрешность, обусловленная проскоком анализируемого вещества, не превышает 1,0 %.

Как указывалась ранее, наиболее приемлемым для данного отбора проб является использование системы последовательно соединенных бумажного фильтра «синяя лента» и фильтра из пенополиуретана. Было показано, что аспирация воздуха с объемным расходом 2-5 дм3/мин дает хорошие результаты с точки зрения полноты сорбции и проскока веществ. Неисключенная систематическая погрешность, обусловленная проскоком анализируемых веществ, не превышает 2,5 %.

Эффективность экстракции 2,4-Д и дикамбы различными растворителями с пробоотборной системы («синяя лента» + пенополиуретан) подтверждена на модельных образцах методом внесено-найдено (таблица 6). Показано, что наиболее приемлемым является применение смеси этанол-вода = 9:1, по объему.

Таблица 6

Растворитель Полнота извлечения, %

2,4-Д дикамба

ацетон 80 82

этанол 81 84

ацетон-вода=7:3 81 83

этанол-вода=7:3 83 83

ацетон-вода=9:1 82 84

этанол-вода=9:1 84 86

Рис. 3. Хроматограмма экстракта фильтров с внесением 0,01 мкг 2,4-Д (соответствует 0,00008 мг/м3 при отборе 125 дм3 воздуха).

Рис. 4. Хроматограмма экстракта фильтров с внесением 0,1 мкг дикамбы (соответствует 0,008 мг/м3 при отборе 12,5 дм3 воздуха).

Для обеспечения точности результатов анализа в процессе измерений провели метрологическую оценку погрешности результатов количественного химического анализа Разработанные методы измерения концентраций должны соответствовать требованиям ГОСТов ИСО 5725-(1-6)-2002 «Точность (правильность и прецизионность) методов и результатов измерений».

Для оценки достоверности определения веществ в пробе, имеющей многокомпонентный состав, использован метод добавок («внесено-найдено»), позволяющий достичь более точного количественного определения и исключить влияние матричной основы на величину аналитического сигнала. Установление достоверной полноты извлечения из аналитических образцов проводили экспериментально в 4-х сериях. Результаты метрологической оценки представлены в таблице 7.

Диапазоны обнаружения веществ в атмосферном воздухе составляют 0,000080,0008 мг/м3 для 2,4-Д и 0,008-0,08 мг/м3 - дикамбы, что позволяет выполнять измерения концентраций для гигиенического контроля в воздухе на уровне 0,8 ПДК или ОБУВ с суммарной погрешностью 21,6 и 19,2 %, соответственно.

В работе представлены основные этапы пробоподготовки для аналитического контроля воздушных образцов и проб смывов с кожных покровов, установлено, что уровни загрязняющих веществ в объектах контроля (пробы воздуха и смыв с кожи) зависят в большей мере от правильно выбранных условий отбора проб, которые определяются физико-химическими свойствами исследуемых веществ.

Учитывая данные позиции, в том числе растворимость в органических растворителях и воде для извлечения с фильтров был испытан ряд систем. В результате была выбрана смесь гексан-ацетон = 9:1 - для экстракции 2-ЭГЭ 2,4-Д и дикамбы, и смесь - гексан-ацетон = 7:3 - для 2-ЭГЭ клопиралида.

Одна из задач состояла в создании метода определения веществ в пробах смывов кожных покровов.

Измерение концентраций 2-этилгексиловых эфиров 2,4-Д, дикамбы и клопиралида в смывах с кожных покровов выполнено в соответствии с Методическими рекомендациями «Разработка методов определения вредных веществ на коже» (№ 3056-84 от 26.07.84 г.), а также «Метод оценки риска воздействия пестицидов на работающих» (№ 2001/73 от 16.04.2001 г.).

В качестве образцов колеи для внесения дозированных количеств действующего вещества (Методические рекомендации МР № 3056-84) использована подготовленная свиная кожа, реализуемая на потребительском рынке.

В поставленных на свиной коже модельных опытах обосновано использование этилового спирта (ГОСТы Р 51652 или 18300) в качестве смывающей жидкости с поверхности кожных покровов.

Рис. 5. Хроматограмма смыва с участка кожи площадью 200 см2 с нанесением 0,05 мкг 2-этилгексилового эфира 2,4-Д.

Рис. 6. Хроматограмма смыва с участка кожи площадью 200 см2 с нанесением 0,02 мкг 2-этилгексилового эфира

дикамбы.

Рис. 7. Хроматограмма смыва с участка кожи площадью 200 см2 с нанесением 0,1 мкг 2-этилгексилового эфира клопиралида.

С целью обеспечения требуемой точности результатов анализа в процессе измерений проведена метрологическая оценка погрешности количественного химического анализа (требования ГОСТ Р ИСО 5725-(1-6)-2002).

Возможность хранения экспонированных фильтров и проб смывов в холодильной камере ниже -15°С в течение 30-ти дней обоснована в модельных опытах с нанесением веществ на фильтры и свиную кожу.

Установление достоверной полноты извлечения из аналитических образцов (фильтры и смывы с кожи) выполнено экспериментально в 4-х сериях. Экстракция с бумажных пенополиуретановых фильтров - смесью гексан-ацетон (в соотношении 9:1 - для анализа 2-ЭГЭ 2,4-Д и 2-ЭГЭ дикамбы, 7:3 - 2-ЭГЭ клопиралида) и проведения смыва с кожи этиловым спиртом.

Диапазон определяемых уровней эфиров 2,4-Д, дикамбы и клопиралида в воздухе рабочей зоны, смывах в кожных покровов и атмосферном воздухе населенных мест методом капиллярной газожидкостной хроматографии составил 2-ЭГЭ 2,4-Д 0,05- 0,5 мг/м3, 0,05- 0,5 мкг/смыв и 0,00008 - 0,0008 мг/м3; 2-ЭГЭ дикамбы 0,2- 2,0 мг/м3 и ОД- 1,0 мкг/смыв; 2-ЭГЭ клопиралида 0,2- 2,0 мг/м3, 0,1- 1,0 мкг/смыв и 0,0048 - 0,048 мг/м3, с относительной погрешностью не более ± 25%, что соответствует положениям ГОСТов 12.1.005-88 и 17.2.4.02-81.

Рисунки 3-7 иллюстрируют полученные аналитические данные по изучаемым веществам, в таблица 7 и 8 представлены метрологические параметры методов и положительные эффекты разработок.

Таблица 7

Метрологические параметры разработанных методов

Определяемое вещество и анализируемый объект Метрологические параметры, п = 20, Р = 0,95

Предел обнаружения, мг/м3, мкг/смыв, мг/т1, мг/кг Диапазон определяемых концентраций, мг/м3, мкг/смыв, мг/дм!, Мг/кг Среднее значение определения, % Стандартное отклонение, 8, % Суммарная погрешность измерения, 3, %

2,4-Д атмосферный воздух 0,00008 0,00008-0,0008 84,7 2,9 ±21,6

Дикамба атмосферный воздух 0,008 0,008-0,08 89,1 3,8 ± 19,2

2,4-Д 2-ЭГЭ воздух рабочей зоны атмосферный воздух смывы с кожных покровов 0,05 0,00008 0,05 0,05-0,5 0,00008-0,0008 0,005-0,5 88,4 86,8 4,3 4,2 ± 18,3 ± 18,2

Дикамба 2-ЭГЭ воздух рабочей зоны смывы с кожных покровов 0,2 0,1 0,2-2,0 0,1-1,0 84,0 78,3 2,4 2,3 ± 18,3 ±23,5

Кпопиралид 2-ЭГЭ воздух рабочей зоны атмосферный воздух смывы с кожных покровов 0,2 0,0048 0,1 0,2-2,0 0,0048-0,048 0,1-1,0 93,0 85,3 2,7 3,1 ± 18,8 ±22,3

Таблица 8

Положительные эффекты методических разработок

Вещество Объект Метод ГЖХ . Положительный эффект

2,4-Д вода почва ГЖХ/ЭЗД ГЖХ/МСД Новые способы пробоподготовки (замена токсичных реагентов) Высокая точность анализа (устранение влияния матрицы, применение МСД) Нижние параметры детектирования - 0,5 и 0,1 ПДК

атмосферный воздух ГЖХ/ЭЗД Новый методический подход по экстракции кислотной, солевой и эфирных форм действующего вещества Нижний параметр детектирования 0,80БУВ

Эфиры: - 2-ЭГЭ 2,4-Д - 2-ЭГЭ дикамбы - 2-ЭГЭ клопиралида воздух рабочей зоны атмосферный воздух смывы с кожи ГЖХ/ЭЗД Доказательство существования парообразной фракции, методическое обоснование одновременного отбора паров и аэрозолей Достижение возможности определения эфиров при их совместном присутствии Нижние параметры детектирования 0,5ПДК/ОБУВ„, и ОДОДК/ОБУВ,™

дикамба атмосферный воздух ГЖХ/ЭЗД Методическое обоснование стадий анализа Нижний параметр детектирования - 0,8ПДК

Методы прошли апробацию в натурных условиях при гигиенической оценке условий применения препаратов в сельском хозяйстве.

С использованием отечественной модели оценки риска пестицидов для операторов, разработанной специалистами ФНЦГ им.Ф.Ф.Эрисмана (2001 г.), была оценена степень риска изучаемых смесевых препаратов на основе 2,4-Д для работающих в реальных условиях их применения.

Срок безопасного выхода людей на обработанные двумя изучаемыми препаратами площади для проведения механизированных работ составил 3 дня.

В плане обоснования достоверности анализа данных изучена возможность превращения этилгексиловых эфиров 2,4-Д и дикамбы в кислоты в воздушной среде при проведении опрыскивания препаратом на их основе. Исходя из данных, полученных в натурных условиях, установлено отсутствие трансформации эфира в кислоту, что позволило констатировать полноту лабораторного контроля действующих веществ в воздушной среде, а также в смывах с кожных покровов при анализе только эфиров.

Таблица 9

Степень риска (КБ)* для работающих при применении препаратов

Препарат Норма расхода, л/га 2-ЭГЭ 2,4-Д 2-ЭГЭ дикамбы 2-ЭГЭ клопиралида

Препарат №1 0,9 КБинг=0,0014 КБдерм=0,1 КБсум=0,101 КБинг=0,001 КБдерм=0,002 КБсум=0,003 -

через три дня после обработки КБинг=0,001 КБдерм=0,046 КБсум=0,0471 КБинг=0,001 КБдерм=0,001 КБсум=0,002 -

Препарат №2 1,0 КБинг=0,002 КБдерм=0,6 КБсум=0,602 - КБинг=0,00065 КБдерм=0,0018 КБсум=0,0024

через три дня после обработки КБинг=0,001 КБдерм=0,052 КБсум=0,053 - КБинг=0,00062 КБдерм=0,0023 КБсум=0,003

*КБ - коэффициент безопасности

Одним из разделов работы был расчет ориентировочных безопасных уровней воздействия (ОБУВ) 2-этилгексиловых эфиров дикамбы и клопиралида в воздухе рабочей зоны и атмосферном воздухе с использованием параметров острой пероралыюй и ингаляционной токсичности. Исходя из принципа комплексного гигиенического нормирования, рекомендованы величины, равные, соответственно, 1,0 и 0,01 мг/м3 - для 2-этилгексилового эфира дикамбы и 2,0 и 0,006 мг/м3 - для 2-этилгексилового эфира клопиралида.

В целом, в соответствии с задачами работы; результаты проведенных исследований позволили дополнить аналитический блок социально-гигиенического мониторинга современными хроматографическими методами, отвечающими метрологическим требованиям (ГОСТ Р ИСО 5725-(1-6)-2002), а также на основе доказательной базы, полученной с их внедрением, обосновать безопасность применения гербицидных препаратов разных классов опасности.

ВЫВОДЫ

Важнейшей составляющей химико-аналитического контроля остаточных количеств действующих веществ класса арилоксикарбоновых кислот - 2,4-Д кислоты и ее эфиров, пиридинкарбоновых кислот - клопиралида кислоты и ее эфиров, бензойных кислот - дикамбы и ее эфиров в динамических исследованиях являются хроматографические методы (капиллярная газожидкостная хроматография, хромато-масс-спектрометрия), применение которых обусловлено химической структурой, особенностями хроматографического поведения соединений, детектируемых в тест-объектах (вода, почва, воздушная среда, смывы с кожных покровов работающих).

На основании установления особенностей агрегатного состояния как кислотных, так и эфирных форм 2,4-Д, дикамбы и клопиралида в воздухе в виде аэрозольных и парообразных фракций определены условия их отбора для последующего детектирования. При этом неисключенная систематическая погрешность для веществ-кислот не превышает 1,0 %, эфиров - 2,5 %, что обусловлено различной летучестью кислот и эфиров.

С целью совершенствования методического обеспечения лабораторного мониторинга гербицидов предложены оптимальные методические приемы пробоподготовки (извлечения, очистки, концентрирования), а также установления уровней действующих веществ, исключающие влияние матрицы образцов на результаты анализа. Достигнутые метрологические параметры: пределы обнаружения 2,4-Д атмосферный воздух - 0,00008 мг/м3, (суммарная погрешность - 21,6%, средняя полнота извлечения - 84,7%); 2-ЭГЭ 2,4-Д воздух рабочей зоны - 0,05 мг/м3, атмосферный воздух - 0,00008 мг/м3 (суммарная погрешность -18,3%, средняя полнота извлечения- 88,4%), смывы с кожных покровов - 0,05 мкг/смыв (суммарная погрешность - 18,2%, средняя полнота извлечения - 86,8%); дикамба атмосферный воздух - 0,008 мг/м3 (суммарная погрешность - 19,2%, средняя полнота извлечения -89,1%); 2-ЭГЭ дикамбы воздух рабочей зоны - 0,2 мг/м-' (суммарная погрешность -18,3%, средняя полнота извлечения- 84,0%), смывы с кожных покровов - 0,1 мкг/смыв (суммарная погрешность - 23,5%, средняя полнота извлечения - 78,3 %); 2-ЭГЭ клопиралида воздух рабочей зоны — 0,2 мг/м3, атмосферный воздух - 0,0048 мг/м3 (суммарная погрешность -18,8%, средняя полнота извлечения- 93,0%), смывы с кожных покровов - 0,1 мкг/смыв (суммарная погрешность - 22,3%, средняя полнота извлечения - 85,3%).

Положительный эффект методических разработок состоит в оптимизации стадий пробоподготовки (2,4-Д - вода, почва, атмосферный воздух), достижении низких (0,80БУВ, 0,5ПДК) уровней детектирования, возможности определения эфирных форм соединений (2-этилгексиловые эфиры 2,4-Д, дикамбы и клопиралида) при совместном присутствии в воздушной среде и смывах, обеспечении высокой достоверности и точности анализа (ГЖХ в сочетании с масс-спектрометрией).

Обобщенные аналитические данные экспериментальных двухгодичных мониторинговых исследований динамики деградации 2,4-Д в воде и почве в 3-х почвенно-ыгаматических зонах при однократной обработке препаратом в виде диметиламинной соли с нормой расхода 1,6 л/га позволили обосновать условия безопасного применения этого высокоопасного (2 класс опасности) вещества при соблюдении технологических и гигиеиических регламентов.

6. Установлено, что при применении изученных препаратов в сельскохозяйственном производстве зерновых (наземное штанговое опрыскивание, механизированные работы) загрязнение кожных покровов является приоритетным (предел обнаружения в пробе смыва 2-ЭГЭ 2,4-Д - 0,05 мкг, а 2-ЭГЭ дикамбы - 0,02 мкг). Экспозиционные уровни (мкг/смыв) на коже составили соответственно диапазон 0,1-1,47 и 0,05-0,14 при одновременном обнаружении эфира 2,4-Д в воздухе в количестве 0,001 мг/м3 (при отборе 10 дм3 воздуха) и отсутствии дикамбы в данной среде. Риск при соблюдении рекомендуемых регламентов и условий применения оказался допустимым (КБинг, КБдерм и КБсум для 2-ЭГЭ 2,4-Д - 0,0014, 0,1 и 0,101, для 2-ЭГЭ дикамбы - 0,001, 0,002 и 0,003 соответственно). Изучение трансформации эфиров этих соединений в кислотные формы показало отсутствие данного процесса, что регламентировало направление поиска в ходе лабораторных испытаний.

7. Лабораторная база химико-аналитического контроля гербицидов в объектах окружающей среды (вода, почва, воздух) и смывах с кожных покровов работающих дополнена новыми подходами с применением газожидкостной хроматографии и хромато-масс-спектрометрии, которые обобщены в методических указаниях.

СПИСОК РАБОТ, ОПУБЛИКОВАННЫХ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ

1. Волкова В.Н., Горячева JI.B. Система мер гигиенической безопасности: аналитическая оценка состояния воздушной среды// III Всероссийский форум «Здоровье нации-оспова процветания России». - М., 2007. - С. 51-53.

2. Горячева Л.В. Аналитическое обоснование методов определения остаточных количеств пестнцидных препаратов на основе 2,4-Д в объектах окружающей среды// Научно-практическая конференция молодых ученых «Факторы риска производственной и окружающей среды для здоровья населения». - М., 2007. - С. 34-37.

3. Юдина Т.В., Федорова Н.Е., Волкова В.Н., Ларькина MB., Горячева Л.В., Братина И.В., Иванов Г.Е. Аналитический контроль пестицидов в проблеме обеспечения гигиенической безопасности населения// Материалы X Всероссийского съезда гигиенистов и санитарных врачей. - К.2. - М., 2007. - С. 554-557.

4. Горячева Л.В. Химико-аналитические подходы к определению 2,4-дихлорфеноксиуксусной кислоты в объектах окружающей среды // IV Всероссийский форум «Здоровье нации - основа процветания России». - М., 2008. - С. 3435.

5. Юдина Т.В., Федорова Н.Е., Волкова В.Н., Горячева Л.В., Иванов Г.Е. Аналитический контроль в проблеме безопасного применения пестицидов// Научные труды ФНЦГ им.Ф.Ф.Эрисмана «Современные проблемы гигиены и эпидемиологии и пути их решения». -В.20. - Воронеж, 2008. - С. 346-348.

6. Горячева Л.В. К химико-аналитическому определению 2,4-дихлорфеноксиуксусной кислоты в объектах окружающей среды//Санитарный врач, -2009.-№1.-С. 68-69.

7. Горячева Л.В. Методические подходы к лабораторному контролю послевсходовых гербицидов в воздухе рабочей зоны//Сборник научных трудов «Здоровье и окружающая среда». - В. 13. - Минск, 2009. - С. 303-305.

8. Горячева Л.В. Методические подходы к лабораторному контролю остаточных количеств гербицидов на основе 2,4-Д в объектах окружающей среды// Российский медико-биологический вестник. - 2009. - №3. - С. 32-35.

Отпечатано в полном соответствии с качеством представленного оригинал-макета

Подписано в печать 20.09 2010. Формат 60x90 1/16 Бумага 80 г/м2 Гарнитура «Тайме». Ризография. Усл. печ. л. 1,0 Тираж 100 экз. Заказ №353.

Издательство Московского государственного университета леса 141005, Мытищи-5, Московская обл., 1-ая Институтская, 1, МГУЛ E-mail: izdat@mgul.ac.ru

Возрастание опасности для здоровья населения, связанной с увеличением антропогенной нагрузки, которая негативно сказывается на среду обитания человека и приводит к загрязнению окружающей природы различными ксенобиотиками, отмечено в ряде работ отечественных гигиенистов (А.И.Потапов, В.Н.Ракитский, 2004, 2005, 2007; Г.Г.Онищенко, 2009; В.А.Тутельян, 2009).

Пути решения данной проблемы отражены в Федеральном законе «О безопасном обращении с пестицидами и агрохимикатами» № 109-ФЗ от 19.07.1997 г. и в Основах государственной политики в области обеспечения химической и биологической безопасности Российской Федерации на период до 2010 года и дальнейшую перспективу (протокол совместного заседания Совета Безопасности Российской Федерации и Президиума Государственного Совета Российской Федерации № пр-21/94 от 04.12.2003 г.).

Особое место среди химических загрязнителей занимают гербициды, вопросы безопасного обращения с которыми чрезвычайно важны. Являясь высоко биологически активными соединениями, преднамеренно вносимыми в окружающую среду и циркулирующими в ней, гербициды могут представлять реальную опасность для здоровья людей и окружающей природной среды. (В.Н.Ракитский, 2007).

Область применения гербицидов в сельскохозяйственном производстве достаточно широка: это в первую очередь промышленное растениеводство, фермерские и личные подсобные хозяйства; лесное хозяйство (защита и воспроизводство лесного фонда), борьба с нежелательной растительностью на землях несельскохозяйственного назначения, технических коммуникациях, обработка зеленых насаждений в селитебной зоне.

Успешное применение гербицидов в сельском хозяйстве связано с проявлением их высокой физиологической активности по отношению к сорным растениям, обладанием комплекса свойств, которые обеспечивают не только эффективность действия, но и безопасность использования гербицидов различных классов опасности, таких как 2,4-Д (2 класс опасности по канцерогенному действию), дикамба, клопиралид (3 класс опасности). Для препаратов, относящихся ко 2 классу опасности (2,4-Д), важно проведение мониторинговых исследований по установлению динамики их остаточных количеств в растительной продукции, объектах окружающей среды (вода, почва), что явилось одной из задач исследования.

Сфера применения гербицидов постоянно расширяется, появляются новые действующие вещества, смесевые препараты, в связи с этим возникают вопросы о расширении методической базы, разработке новых методов для осуществления контроля как отдельных соединений, так и при совместном присутствии нескольких веществ.

Одним из направлений, обеспечивающих снижение или устранение опасности негативного воздействия гербицидных препаратов, является разработка надежных методов лабораторного контроля действующих веществ, использование современных приемов и инструментариев (Т.В.Юдина, 2008, 2009, И.В. Брагина, 2009).

Современная база аналитического контроля гербицидов в объектах окружающей среды и пищевых продуктах существенна и включает различные приемы и методы (твердофазная экстракция, колоночная хроматография, очистка переэкстракцией, капиллярная и насадочная газожидкостная хроматография с селективными детекторами, а также в сочетании с масс-спектрометрией, высокоэффективная жидкостная хроматография с ультрафиолетовым и люминесцентным детектированием).

Необходимость дальнейшего усиления химико-аналитического блока социально-гигиенического мониторинга явилась основанием для проведения настоящего исследования, определила его цель и задачи.

Работа выполнена в рамках отраслевой научно-исследовательской программы РФ «Гигиеническая безопасность России: проблемы и пути обеспечения» (2006-2010).

Цель работы: Совершенствование и методическое обоснование современного химико-аналитического контроля гербицидов для обеспечения санитарно-эпидемиологического благополучия населения.

Для достижения поставленной цели будут решены следующие взаимосвязанные основные задачи:

1. провести анализ методического обеспечения контроля гербицидов в системе Роспотребнадзора;

2. разработать современные газохроматографические методы, дополняющие аналитическую базу определения остаточных количеств гербицидов в объектах окружающей среды (вода, почва, воздушная среда) и смывах с кожных покровов работающих;

3. изучить особенности формирования экспозиционных уровней воздействия ряда гербицидов на организм работающих и населения для оценки риска;

4. в мониторинговых 2-х годичных исследованиях выполнить динамический аналитический контроль уровней 2,4-Д кислоты в объектах окружающей среды (вода, почва) при применении препарата на основе диметиламинной соли 2,4-Д;

5. установить уровни остаточных количеств действующих веществ препарата на основе 2,4-Д и метсульфурон-метила в зерне хлебных злаков;

6. обосновать предложения, направленные на совершенствование лабораторного контроля гербицидов при их применении.

Научная новизна

На основании изучения структуры, химических реакций и особенностей хроматографического поведения действующих веществ гербицидов в анализируемых средах разработан и внедрен комплекс современных приемов и хроматографических методов по:

- обоснованию эффективности отбора проб воздушной среды, учитывающего аэрозольную и парообразную фракции веществ для последующего количественного анализа;

- созданию оптимальных условий пробоподготовки, устраняющих влияние матричной основы образцов (почва, растительный материал);

- способу селективного определения действующих веществ (2-этилгексиловые эфиры 2,4-Д, дикамбы и клопиралида) при раздельном и совместном присутствии в воздушной среде и смывах с кожи методом капиллярной газожидкостной хроматографии.

Впервые в мониторинговых динамических исследованиях при применении препарата на основе 2,4-Д с нормой расхода 1,6 л/га определены остаточные количества действующего вещества в различных объектах окружающей среды (вода и почва), что с аналитических позиций дало возможность обосновать заключение о безопасных условиях применении препарата.

Установлены и определены особенности формирования экспозиционных уровней действующих веществ при применении ряда препаратов для оценки риска.

На основе результатов исследований обоснованы предложения, направленные на совершенствование химико-аналитического контроля гербицидов в системе социально-гигиенического мониторинга.

Для решения поставленных задач применены гигиенические, химико-аналитические и математико-статистические подходы.

Лабораторные исследования базировались на современных приемах газожидкостной и высокоэффективной хроматографии, детальном изучении хроматографического поведения веществ, применении оптимальных способов пробоподготовки (концентрирующих патронов, ступенчатой переэкстракции), что позволяет максимально снизить влияние матричной основы образцов, достичь наиболее низких пределов обнаружения. Полученные данные явились основой ряда методических указаний. Проанализировано 940 натурных проб, модельных — 1045.

Результаты работы доложены и обсуждены на:

- III Всероссийском форуме «Здоровье нации — основа процветания России» (Москва, 2007).

- научно-практической конференции молодых ученых «Факторы риска производственной и окружающей среды для здоровья населения» (Москва, 2007).

XX Межрегиональной научно-практической конференции «Региональные гигиенические проблемы сохранения здоровья населения» (Липецк, 2007).

- IV Всероссийском форуме «Здоровье нации — основа процветания России» (Москва, 2008).

15-ой Всероссийской научно-практической конференции с международным участием «Санитарно-гигиенический мониторинг здоровья населения» (Рязань, 2009).

- научно-практической конференции молодых ученых «Проблемы гигиенической безопасности и здоровье населения» (Москва, 2009).

Апробация диссертации проведена на межотдельческой конференции ФГУН «Федеральный научный центр гигиены им. Ф. Ф. Эрисмана» Роспотребнадзора 14 мая 2010 г.

Публикации. По теме диссертации опубликовано 8 печатных работ в центральной печати, сборниках научных трудов и материалах форума, из которых одна в центральном рецензируемом журнале списка ВАК.

Объем и структура диссертации. Диссертация изложена на 189 страницах машинописного текста, состоит из введения, обзора литературы, описания направления, объектов, объемов и методов исследования, 4

выводы

1. Важнейшей составляющей химико-аналитического контроля остаточных количеств действующих веществ класса арилоксикарбоновых кислот - 2,4-Д кислоты и ее эфиров, пиридинкарбоновых кислот - клопиралида кислоты и ее эфиров, бензойных кислот - дикамбы и ее эфиров в динамических исследованиях являются хроматографические методы (капиллярная газожидкостная хроматография, хромато-масс-спектрометрия), применение которых обусловлено химической структурой, особенностями хроматографического поведения соединений, детектируемых в тест-объектах (вода, почва, воздушная среда, смывы с кожных покровов работающих).

2. На основании установления особенностей агрегатного состояния как кислотных, так и эфирных форм 2,4-Д, дикамбы и клопиралида в воздухе в виде аэрозольных и парообразных фракций определены условия их отбора для последующего детектирования. При этом неисключенная систематическая погрешность для веществ-кислот не превышает 1,0 %, эфиров - 2,5 %, что обусловлено различной летучестью кислот и эфиров.

3. С целью совершенствования методического обеспечения лабораторного мониторинга гербицидов предложены оптимальные методические приемы пробоподготовки (извлечения, очистки, концентрирования), а также установления уровней действующих веществ, исключающие влияние матрицы образцов на результаты анализа. Достигнутые метрологические параметры: пределы обнаружения 2,4-Д атмосферный воздух - 0,00008 мг/м3, (суммарная погрешность - 21,6%, средняя полнота извлечения - 84,7%); 2-ЭГЭ о

2,4-Д воздух рабочей зоны - 0,05 мг/м , атмосферный воздух -0,00008 мг/м3 (суммарная погрешность -18,3%, средняя полнота извлечения- 88,4%), смывы с кожных покровов - 0,05 мкг/смыв (суммарная погрешность - 18,2%, средняя полнота извлечения -86,8%); дикамба атмосферный воздух - 0,008 мг/м3 (суммарная погрешность - 19,2 %, средняя полнота извлечения - 89,1 %); 2-ЭГЭ дикамбы воздух рабочей зоны - 0,2 мг/м (суммарная погрешность — 18,3 %, средняя полнота извлечения- 84,0%), смывы с кожных покровов - 0,1 мкг/смыв (суммарная погрешность - 23,5%, средняя полнота извлечения - 78,3 %); 2-ЭГЭ клопиралида воздух рабочей зоны - 0,2 мг/м3, атмосферный воздух - 0,0048 мг/м3 (суммарная погрешность -18,8%, средняя полнота извлечения- 93,0%), смывы с кожных покровов - 0,1 мкг/смыв (суммарная погрешность - 22,3 %, средняя полнота извлечения - 85,3 %).

4. Положительный эффект методических разработок состоит в оптимизации стадий пробоподготовки" (2,4-Д - вода, почва, атмосферный воздух), достижении низких (0,8 ОБУВ, 0,5 ПДК) уровней детектирования, возможности определения эфирных форм соединений (2-этилгексиловые эфиры 2,4-Д, дикамбы и клопиралида) при совместном присутствии в воздушной среде и смывах, обеспечении высокой достоверности и точности анализа (ГЖХ в сочетании с масс-спектрометрией).

5. Обобщенные аналитические данные экспериментальных двухгодичных мониторинговых исследований динамики деградации 2,4-Д в воде и почве в 3-х почвенно-климатических зонах при однократной обработке препаратом в виде диметиламинной соли с нормой расхода 1,6 л/га позволили обосновать безопасность применения этого высокоопасного (2 класс опасности) вещества при соблюдении технологических и гигиенических регламентов.

6. Установлено, что при применении изученных препаратов в сельскохозяйственном производстве зерновых (наземное штанговое опрыскивание, механизированные работы) загрязнение кожных покровов является приоритетным (предел обнаружения в пробе смыва 2-ЭГЭ 2,4-Д - 0,05 мкг, а 2-ЭГЭ дикамбы - 0,02 мкг). Экспозиционные уровни (мкг/смыв) на коже составляют диапазон 0,1-1,47 и 0,05-0,14, соответственно, при одновременном обнаружении эфира 2,4-Д в воздухе в количестве 0,001 мг/м3 (при отборе 10 дм3 воздуха) и отсутствии дикамбы в данной среде. Риск при соблюдении рекомендуемых регламентов и условий применения оказался допустимым (КБинг, КБ дерм и КБсум для 2-ЭГЭ 2,4-Д -0,0014, 0,1 и 0,101, для 2-ЭГЭ дикамбы - 0,001, 0,002 и 0,003 соответственно). Изучение трансформации эфиров этих соединений в кислотные формы показало отсутствие данного процесса, что регламентировало направление поиска в ходе лабораторных испытаний.

7. Лабораторная база химико-аналитического контроля гербицидов в объектах окружающей среды (вода, почва, воздух) и смывах с кожных покровов работающих дополнена новыми подходами с применением газожидкостной хроматографии и хромато-масс-спектрометрии, которые обобщены в методических указаниях.