Автореферат и диссертация по медицине (14.02.01) на тему:Химико-аналитическое обеспечение определения фталевого ангидрида и его метаболита в объектах окружающей среды и биологических средах человека для задач социально-гигиенического мониторинга

На правах рукописи

КИСЛИЦИНА АНАСТАСИЯ ВИТАЛЬЕВНА

ХИМИКО-АНАЛИТИЧЕСКОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ФТАЛЕВОГО АНГИДРИДА И ЕГО МЕТАБОЛИТА В ОБЪЕКТАХ ОКРУЖАЮЩЕЙ СРЕДЫ И БИОЛОГИЧЕСКИХ СРЕДАХ ЧЕЛОВЕКА ДЛЯ ЗАДАЧ СОЦИАЛЬНО-ГИГИЕНИЧЕСКОГО МОНИТОРИНГА О [)

г^ Я .

I

14.02.01 - Гигиена

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата биологических наук

1 5 ДЕК 2011

Москва 2011

005005950

Работа выполнена в отделе химико-аналитических методов исследования ФБУН «Федеральный научный центр медико-профилактических технологий управления рисками здоровью населения» и лаборатории эколого-гигиенической оценки и прогнозирования токсичности веществ ФГБУ «Научно-исследовательский институт экологии человека и гигиены окружающей среды им. А. Н. Сысина» Минздравсоц-развития России.

Научные руководители: доктор биологических наук

Уланова Татьяна Сергеевна доктор медицинских наук Синицына Оксана Олеговна

Официальные оппоненты: доктор биологических наук

Хрипач Людмила Васильевна

доктор биологических наук Бессонов Владимир Владимирович

Ведущее учреждение: ГОУ ВПО «Оренбургская государственная меди-

цинская академия»

Защита диссертации состоится « 29 » декабря 2011 года в 11 часов на заседании диссертационного совета Д.20В. 133.01 при ФГБУ «Научно-исследовательский институт экологии человека и гигиены окружающей среды им. А.Н. Сысина» Минздравсоцразвития России по адресу: 119992, г. Москва, ул. Погодинская, д. 10/15, строение 1.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ФГБУ «Научно-исследовательский институт экологии человека и гигиены окружающей среды им. А.Н. Сысина» Минздравсоцразвития России

Автореферат разослан «_28_»_ноября_ 2011 года.

Ученый секретарь

диссертационного совета

доктор биологических наук, профессор

Беляева Наталия Николаевна

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ Актуальность темы. В настоящее время решение проблемы сохранения качества среды обитания и предотвращение воздействия вредных факторов на здоровье относится к числу приоритетных задач обеспечения гигиенической безопасности населения /Г.Г. Онищенко с соавт., 2004, 3.11. Жолдакова, 2003, Ю. А. Рахма-нин, Н. В. Русаков, Ю. А. Ревазова и др., 2005, С. М. Новиков с соавт., 2006, Хри-пач JI.B. с соавт., 2010 и др./. Особое внимание уделяется развитию методов определения вредных химических соединений в объектах среды обитания и биологических средах человека, необходимых для реализации задач и функций социально-гигиенического мониторинга /Г.Г. Онищенко с соавт., 2011, Ю.А. Рахманин, 2008, A.M. Потапов с соавт., 2008, М. А. Пинигин с соавт., 2009, Н.В. Зайцева с соавт., 2010, и др./, а также для установления региональных нормативов /О.О.Синицына, З.И. Жолдакова, 2003/. Вместе с тем, химико-аналитическое обеспечение определения ряда токсичных примесей, к числу которых относится фталевый ангидрид и его метаболит, не соответствует современным требованиям, что существенно ограничивает эффективность мониторинговых и контрольно-надзорных мероприятий /ЕЛ. Процент, 1973, А.Г. Малышева, 2004, Т.С. Уланова, 2006, 2011/.

Фталевый ангидрид широко применяется предприятиями химической промышленности в виде сырья для производства фталатных пластификаторов пластмасс, резины и шин, алкидных смол и лакокрасочной продукции. Предприятия перечисленных отраслей являются источниками выбросов фталевого ангидрида в окружающую среду. Одним из крупнейших в Европе является производство фталевого ангидрида в г. Перми, загрязняющее атмосферный воздух специфичными органическими соединениями, такими как фталевый ангидрид, малеиновый ангидрид (МА), о-ксилол.

Фталевый ангидрид относится к токсичным веществам. Его пары вызывают раздражение верхних дыхательных путей, слизистых оболочек глаз, головные боли, усталость, потерю аппетита и внимания. При длительном воздействии способен вызывать эозинофилию, выражающуюся в аллергических дерматозах, бронхиальной астме, хроническом конъюнктивите /Е.И. Проценко, 1973, Н.В.Лазарев, 1976/. В организме токсикант превращается в о-фталевую кислоту /Р. Pfäffli, 1986/, также обладающую раздражающим эффектом.

Вследствие этого возникает опасность неблагоприятного воздействия загрязненного атмосферного воздуха на окружающую среду и состояние здоровья населения в зоне влияния выбросов производства фталевого ангидрида (ФА). В то же время, лабораторные исследования фталевого ангидрида и его метаболита в рамках социально-гигиенического мониторинга не имеют современной химико-аналитической поддержки. Существующие методы физико-химические методы определения ФА в промышленных выбросах, воздухе производственных помещений, такие как спектрофотометрия 1Л.П. Славгородскш, 19671, полярография /И.Б. Коган, 1958/ растворов ФА недостаточно селективны, газовая хроматография на наса-дочных колонках /Э. А. Круглое, Л. Г. Цыпышева, 19801 не отвечает задаче определения фталевого ангидрида на уровне низких концентраций. Кроме того, способы отбора проб в этих случаях часто учитывают присутствие только твердой фазы аэрозоля ФА, а не паров. Чувствительный и селективный метод определения ФА в воздухе с использованием газовой хроматографии с масс-спектрометрическим окончанием отличается дороговизной и пока не имеет распространенной в России приборной базы IJ. Dahlin, 2004/.

Исследование содержания бензолкарбоновых кислот в биологических средах в России представлено спектрофотометрическим определением экстрактов кислот из крови и мочи в этилацетат или эфир 1И.Д. Гадаскина, В.А. Филов, 1971/. Современные зарубежные методы определения о-фталевой кислоты в крови, слюне основаны на жидкостной хроматографии с тандем-масс-спектрометрическим окончанием /М.С. Jeppsson et al, 2008, M.J. Silva et al., 2005/, также мало распространенной в России, вследствие чего в настоящее время не могут быть рекомендованы к широкому применению.

Не установлены уровни содержания о-фталевой кислоты в биологических средах населения, неподверженного антропогенному воздействию фталевого ангидрида. В связи с этим, высокую значимость приобретает научное обоснование системы методических подходов к определению фталевого ангидрида в объектах окружающей среды и биологических средах человека.

Цель исследования - разработка современного химико-аналитического обеспечения социально-гигиенического мониторинга фталевого ангидрида в объектах окружающей среды и биосредах человека для оценки влияния выбросов химического производства на здоровье населения (на примере производства фталевого ангидрида г. Пермь).

Для достижения поставленной цели решались следующие задачи:

1. Разработать комплексную систему химико-аналитических методов, обеспечивающих селективное определение специфичных компонентов (фталевый и ма-леиновый ангидриды) в выбросах производства фталевого ангидрида и атмосферном воздухе селитебных территорий, а также определение о-фталевой кислоты, как основного метаболита фталевого ангидрида, в биологических средах человека.

2. Установить региональные фоновые уровни содержания о-фталевой кислоты в биологических средах детей, проживающих на территориях, не подвергающихся значимому антропогенному воздействию фталевого ангидрида.

3. Обосновать критерии оценки степени опасности для здоровья населения воздействия фталевого ангидрида в виде реперных уровней о-фталевой кислоты в биологических средах (кровь, моча) различных контингентов населения.

Научная новизна:

• Обоснованы способ и параметры отбора проб промышленных выбросов и атмосферного воздуха с учетом агрегатного состояния (паров и аэрозоля) фталевого и малеинового ангидридов.

• Установлены зависимости удерживания и селективного определения фталевого ангидрида в условиях мешающего влияния (малеиновый и цитраконовый ангидрид, бензойная кислота, толуиловая кислота, фталид) от сочетания параметров хроматографирования в ГХ и ВЭЖХ анализе.

• Установлены закономерности удерживания, экстракции, селективного ВЭЖХ анализа о-фталевой кислоты (ОФК) в сложных биологических матрицах, плазме крови и моче, на колонках с твердыми сорбентами Диасорб Cíe, С]8, Zorbax Eclipse XDB™, Zorbax Eclipse SB™, Oasis HLB™ в зависимости от состава и pH подвижной фазы.

• Получены достоверные модели связи между содержанием ОФК в биологических средах и клинико-лабораторными показателями крови и мочи детей, проживающих в зоне влияния выбросов производства ФА, и работающих предприятия по

критерию отношения шансов (СЖ) - повышение уровня общего иммуноглобулина Е в крови, ДАЛК в моче, а также снижение уровня иммуноглобулина А в крови.

• Обоснованы реперные уровни ОФК в крови работающих и моче детей.

• Установлены региональные фоновые уровни содержания ОФК в биосредах детей.

Практическая значимость работы:

Разработанный комплекс химико-аналитических методов повышает эффективность социально-гигиенического мониторинга и обеспечивает биомониторинг современным инструментом гигиенических исследований.

Разработан и внесен в Федеральный реестр методик выполнения измерений, применяемых в сферах распространения государственного метрологического контроля и надзора высокоселективный метод газохроматографического определения фталевого и малеинового ангидридов в промышленных выбросах производства (ФР. 1.31.2007.03948).

Разработана и внесена в Федеральный реестр методик выполнения измерений, применяемых в сферах распространения государственного метрологического контроля и надзора методика выполнения измерений массовых концентраций фталевого и малеинового ангидридов в атмосферном воздухе методом адсорбционной высокоэффективной жидкостной хроматографии (ФР. 1.31.2006.02600).

Разработан и запатентован способ количественного определения фталевой кислоты в сыворотке крови (патент на изобретение № 2324185 от 10.05.2008 г.).

Разработан и утвержден метод определения массовой концентрации фталевой кислоты в пробах крови методом высокоэффективной жидкостной хроматографии (МУК 4.1.2772-10).

Разработан проект Методических указаний по определению массовой концентрации о-фталевой кислоты в моче методом ВЭЖХ.

Разработанные методы определения внедрены в практику при проведении контроля соблюдения норматива выбросов фталевого и малеинового ангидридов, производственного экологического контроля атмосферного воздуха на границе сани-тарно-защитной зоны производства фталевого ангидрида (письма о внедрении № 55-1182 и 55-1183 от 24.06.2011).

Разработаны практические рекомендации по осуществлению санитарно-эпидемиологического надзора за воздействием компонентов выбросов производства фталевого ангидрида как факторов риска здоровью населения.

В рамках целевой комплексной программы «Охрана окружающей среды Пермского края на 2006-2010 гг.» переданы к практическому применению отчеты о научно-исследовательской работе «Разработка метода определения фталевого ангидрида в атмосферном воздухе» (2005 - 2006), отчет о научно-исследовательской работе № 0120.0806407 «Отработка и внедрение методики определения фталевой кислоты в моче для установления ксенобиалыюго носительства под влиянием антропогенной нагрузки».

Основные положения, выносимые на защиту:

1. Комплексная система химико-аналитических методов хроматографического определения фталевого и малеинового ангидридов в объектах окружающей среды, повышающая эффективность социально-гигиенического мониторинга на территории расположения производства фталевого ангидрида.

2. Методические основы определения о-фталевой кислоты - основного метаболита фталевого ангидрида в биологических средах человека с использованием селективного метода ВЭЖХ для задач биомониторинга.

3. Критерии сравнительной оценки экспозиции фталевым ангидридом для системы социально-гигиенического мониторинга в виде региональных фоновых уровней содержания о-фталевой кислоты в моче и крови.

4. Реперные уровни содержания о-фталевой кислоты в моче и крови как критерий оценки степени опасности воздействия фталевого ангидрида на работающих и население.

Апробация работы. Основные положения диссертации докладывались и обсуждались на Всероссийской научно-практической конференции с международным участием «Охрана здоровья населения промышленных регионов: стратегия развития, инновационные подходы и перспективы» (г. Екатеринбург, 2009 г.), на II Международном симпозиуме по сорбции и экстракции (г. Владивосток, 2009 г.), 10-й Международной экологической конференции «Экология России и сопредельных территорий» (г. Новосибирск, 2010 г.), 9-й Международной конференции «Экология и научно-технический прогресс. Урбанистика» (г. Пермь, 2010 г.), научно-практической конференции с международным участием «Гигиенические и медико-профилактические технологии управления рисками здоровью населения в промыш-ленно развитых регионах» (г. Пермь, 2010 г.), Всероссийской научно-практической конференции «Экологические проблемы урбанизированных территорий» (г. Пермь, 2011 г.), Всероссийской научно-практической on-line конференции молодых ученых «Охрана здоровья населения промышленных территорий» (г. Пермь, 2011 г.).

Публикации. По материалам диссертационной работы опубликовано 15 печатных работ, из них 4 статьи в периодически издаваемых российских журналах, в том числе 3 из списка рекомендованных ВАК, 1 патент, 9 статей и 1 тезис в материалах Российских и международных конференций.

Структура и объем работы. Диссертационная работа состоит из введения, шести глав, выводов, 8 приложений, список литературы включает 207 источников, в том числе 55 зарубежных. Объем диссертации составляет 216 страниц машинописного текста, включает 59 таблиц и 56 рисунков.

Личный вклад автора составил более 80%.

ОБЪЕКТЫ И МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЙ

Объектами исследования служили производство ФА в г.Пермь (ОАО "Камт-экс-Химпром"), выбросы этого производства, атмосферный воздух на расстояниях 300 - 1500 м от промплощадки предприятия, в том числе на селитебных территориях, биологические среды (кровь, моча) детского и взрослого населения.

Для решения поставленных в работе задач использован комплекс современных гигиенических, физико-химических, статистических методов и методология оценки риска здоровью. Направления работы, методы и объем исследований представлены в таблице 1.

Оценка поступления фталевого и малеинового ангидридов (ФА и МА) с промышленными выбросами в атмосферный воздух г. Пермь проводилась с использованием данных моделирования разовых концентраций, выполненного при участии специалистов отдела системных методов санитарно-гигиенического анализа и мониторинга (зав. д.б.н. И.В. Май) с использованием УПРЗА «Эколог» версия 3.1.

Таблица 1. Направления, объекты и объем исследований

Направление Методы Объект исследований Количество проб Единиц информации

Разработка метода определения ФА и МА в промышленных выбросах Метод ГХ с капиллярными колонками Выбросы производства ФА 316 632

Определение поступления ФА и МА в атмосферный воздух с промышленными выбросами Метод ГХ с капиллярными колонками Выбросы производства ФА 250 500

Разработка метода определения ФА и МА в атмосферном воздухе Метод ВЭЖХ в нормально-фазовом варианте Атмосферный воздух 392 784

Натурные исследования атмосферного воздуха Метод ВЭЖХ в нормально-фазовом варианте Атмосферный воздух 205 410

Натурные исследования воздуха рабочей зоны Метод ГХ с набивными колонками Воздух рабочей зоны 30 30

Разработка метода определения ОФК в биологических средах (кровь, моча) Метод ВЭЖХ в обра-щенно-фазовом варианте Биологические среды (плазма крови, моча) 1255 2850

Скрининговые медико-биологические исследования биологических сред населения (кровь, моча) Метод ВЭЖХ в обра-щенно-фазовом варианте Биологические среды (плазма, сыворотка крови, моча) 556 556

Иммунологические и биохимические методы 410 12119

Анализ параметров моделей зависимостей «маркер экспозиции -маркер эффекта», обоснование критериев оценки степени опасности для здоровья работающих и населения Статистические методы Элементы системного анализа Математическое моделирование Данные скри-нинговых исследований 100 800

Для проведения хроматографического анализа использовали приборы: газовый хроматограф «Кристалл 2000» с пламенно-ионизационным детектором, жидкостные хроматографы с детектированием в ультрафиолетовом свете «Laboratorni pristroje», «Милихром-5-3», «Agilent 1200 Series».

Для предварительной оценки агрегатного состояния примесей в воздухе оценивалась их летучесть 1Д.А. Гуревич, 1968/. Для отбора проб воздуха использовали сорбцию в растворители с использованием стандартных стеклянных поглотителей, фильтрующие материалы, сорбенты различных марок.

Апробация разработанных методов проводилась в лабораториях ФБУН «ФНЦ медико-профилактических технологий управления рисками здоровью населения» и службы воздуха ОАО «Камтэкс-Химпром» с использованием аттестованных образцов ФА и МА, проб пылегазовых выбросов и атмосферного воздуха. Выполнен анализ качественного и количественного состава выбросов от 14 источников. Проведено 30 натурных исследований воздуха рабочей зоны, 250 натурных исследований промышленных выбросов и 205 натурных исследований атмосферного воздуха.

Обобщено 940 единиц информации, полученных при выполнении исследований в аккредитованных химических лабораториях ФБУН «ФНЦ медико-профилактических технологий управления рисками здоровью населения», ОАО «Камтэкс-Химпром».

Гигиенические и медико-биологические исследования в зоне расположения производства ФА осуществляли в соответствии с Руководством Р 2.1.10.1920-04 и Руководством Р 2.2.2006-05.

Для установления региональных фоновых уровней содержания ОФК в биосредах проводились химико-аналитические исследования крови и мочи детей, проживающих в г. Кудымкар, п. Березовка, п. Елово и п. Ильинский, в которых отсутствует химическая промышленность и, соответственно, источники антропогенного загрязнения атмосферного воздуха ФА. В контрольных группах обследованы 78 детей и 26 взрослых, исследовано 78 проб мочи и 81 проб крови.

В группах, подвергающихся воздействию ФА, обследованы 244 ребенка, 76 взрослых. У 50 детей и 76 взрослых исследовали кровь, у 244 детей - мочу, повторно, в динамике, анализировали еще 100 образцов мочи. В общей сложности в процессе выполнения научных исследований проведены химико-аналитические исследования 1643 проб биологических сред.

Данные химико-аналитических исследований биологических сред представлены в виде X ± т, где X - среднее выборочное, т- стандартная ошибка среднего.

Клинико-лабораторные исследования биологических сред населения (12119 единиц информации) выполнены в отделе иммунобиологических методов диагностики (зав. д.м.н. О.В. Долгих) и в отделе биохимических и цитогенетических методов диагностики (зав. д.м.н. М.А. Землянова) ФБУН «ФНЦ медико-профилактических технологий управления рисками здоровью населения». Исследованы иммунологические показатели - ^А, 1дМ, 1§Е общего в сыворотке крови; ^А в назальном секрете; биохимические показатели - ДАЛК в моче; АСТ, АЛТ, билирубин общий, альбумин в сыворотке крови; МДА, АОА в плазме крови; гематологические показатели -гемоглобин, эритроциты, ретикулоциты, плазматические клетки в цельной крови.

Для статистической обработки полученных данных использовали методы вариационной статистики, включающие однофакторный дисперсионный анализ, одно- и двухвыборочный критерий Стьюдента, непараметрический тест Манна-Уитни, линейный и нелинейный регрессионный анализ. Обоснование недействующих («реперных») уровней содержания ОФК в биологических средах проводили на основе полученных зависимостей изменения клинико-лабораторных показателей как маркеров эффекта, от концентрации маркера экспозиции ФА - ОФК в биологи-

ческих средах человека. Исследование зависимостей «маркер экспозиции - маркер эффекта» выполнено на основе построения регрессионных моделей в виде экспоненциальной функции: ик ~ е , где OR - отношение шансов, аО, al - параметры модели, определяемые методом наименьших квадратов /Р. Флетчер, С. Флет-чер, Э. Вагнер, 1998, Н.В. Зайцева, П.З. Шур с соавт. 2008/. Для статистической обработки данных и моделирования зависимостей были использованы программные средства ППП Statistica 6.0 с участием специалистов отдела математического моделирования систем и процессов ФБУН «ФНЦ медико-профилактических технологий управления рисками здоровью населения». В ходе работы было проанализировано и параметризовано 38 математических моделей.

РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИЙ И ИХ ОБСУЖДЕНИЕ

Для задач гигиенической оценки поступления ФА и сопутствующих соединений с выбросами предприятий в атмосферный воздух необходимо более селективное и точное методическое обеспечение определения ФА в промышленных выбросах.

Разработка метода определения ФА в промышленных выбросах состояла из нескольких этапов: выбор оптимальных условий газохроматографического анализа и оптимальной неподвижной фазы; качественный анализ и идентификация исследуемых и сопутствующих соединений на стандартных растворах; установление градуировочной характеристики; выбор оптимального способа и параметров отбора проб отходящих газов при производстве ФА. Для исследования качественного разделения смеси изучаемых соединений использовались капиллярные колонки с нанесенными неподвижными жидкими фазами Optima-5 и DB-5 с регистрацией с использованием пламенно-ионизационного детектора.

С использованием установленных зависимостей эффективности разделения изучаемых и сопутствующих соединений от различных скоростей газа-носителя и температурного режима при оптимально подобранных условиях, на обеих капиллярных колонках достигнуто разделение ФА и МА и сопутствующих компонентов (цитраконовый ангидрид, бензойная кислота, о-толуиловая кислота, фталид, фума-ровая кислота).

Хроматограмма стандартного раствора указанных соединений в оптимальных условиях газохроматографического анализа на неподвижной фазе DB-5 представлена на рисунке 1. Коэффициенты разделения, полученные при реализации обоснованных выше условий разделения при хроматографировании на неподвижной фазе DB-5, позволяют селективно определять концентрации фталевого, малеинового и цитраконового ангидридов, бензойной и толуиловой кислот, а также фталида в пробах промышленных выбросов.

На основании изученных хроматографических характеристик установлены оптимальные условия газохроматографического анализа: температурный режим - колонка в режиме программирования - от 80 до 120 СС (5 °С/мин), до 200 °С (10 °С/мин); испаритель - 250 °С (сплит); детектор - 240 СС; расход газа-носителя (азот) - 35,6 см3/мин; водорода - 60 см3/мин; воздуха - 600 см3/мин. Времена удерживания в указанных условиях хроматографирования для выбранной неподвижной фазы DB-5 составили для МА 2,8 мин, для ФА 11,5 мин.

ПИД-2, мв 700

600

500

400

300

2.5

7,5

10

12,5

Рис.1. Хроматограмма стандартного раствора соединений: малеиновый ангидрид, цитраконовый ангидрид, бензойная кислота, толуиловая кислота, фталевый ангидрид, фталид.

Для измерения массовых концентраций ФА и МА установлены градуировоч-ные характеристики по шести сериям градуировочных растворов в диапазоне 1,8 -900 мкг/см3, соответствующих содержанию 0,1 - 60 мг/м3 в газопылевых выбросах. Значения градуировочных коэффициентов составили для ФА 0,1222 мкг/(см -мм2), МА - 0,1617 мкг/(см3-мм2).

При обосновании оптимального способа пробоотбора учитывалось агрегатное состояние исследуемых соединений в воздухе. Для этого рассчитаны значения давления насыщенных паров ангидридов и летучести в диапазоне температур от -30 СС до +50 °С, показана необходимость учета паров при температурах выше 13 °С. Исследовано улавливание паров и аэрозоля фталевого ангидрида с помощью абсорбции в растворитель. Выявлено, что пропиленкарбонат и этилацетат не обеспечивают улавливания паров ФА.

Исследование полноты сорбции и десорбции паров ФА различными твердыми сорбентами, показало, что лучшим по исследуемым характеристикам является полимерный сорбент Тепах ОС или ТА на основе поли-(2,6-дифенил-и-фениленоксида).

Исследование полноты улавливания аэрозоля ФА с применением фильтров из стекловолокна и фильтров АФА-ХП позволило обосновать выбор фильтров из стекловолокна. Показано, что при концентрациях 0,1 - 60 мг/м3 фильтр из стекловолокна обеспечивает полное улавливание аэрозоля ФА.

Параметры отбора проб устанавливали экспериментально, исходя из принципа наименьшего проскока паров ФА. В ходе исследования изменяли следующие параметры: скорость и время отбора исследуемого воздуха, масса сорбента в пробоот-борной трубке, диаметр трубки, от которых зависела высота столба сорбента и сопротивление пропускаемому воздуху.

Результаты экспериментов показали (таблица 2), что последовательно соединенные фильтр из стекловолокна и сорбционная трубка с сорбентом Тепах вС, приводят к минимальному проскоку аэрозоля и паров ФА при отборе в течение 30 мин со скоростью 1 дм3/мин, через трубку внутренним диаметром 3,5 мм, заполненную 0,21 г сорбента.

Таблица 2. Влияние параметров сорбционного отбора паров фгалевого ангидрида

на проскок

Масса сорбента, г Скорость потока, дм3/мин Время отбора, мин Диаметр сорбционной трубки, см Проскок, %

0,01 3 30 0,275 46,0

0,02 2 45 0,275 37,3

0,06 0,5 30 0,3 42,6

0,07 1 30 0,325 26,0

0,11 0,5 30 0,3 26,8

0,13 1 30 0,325 28,8

0,15 0,5 30 0,3 36,9

0,18 0,85 20 0,325 39,6

0,21 1 30 0,35 14,0

Изучение эффективности десорбции анализируемых соединений с сорбента и стекловолокна проводили с использованием различных органических растворителей, в качестве экстрагента обосновано применение этилацетата, с достаточным объемом 2 см3 (таблица 3).

Таблица 3. Влияние параметров десорбции на полноту извлечения фталевого ангидрида с сорбента Тепах ОС (%)

Растворитель Объем растворителя, см3

1 2 3 4

этилацетат 90,9 97,7 100,0 100,0

пропиленкарбонат 86,4 90,9 95,5 100,0

этанол 22,7 90,9 93,9 95,5

Малеиновая и о-фталевая кислоты в данных условиях определяются в виде ангидридов. Диапазоны измерений массовых концентраций 0,1 - 60 мг/м3. Аттестованная погрешность методики составляет 24 %.

Разработанная методика позволяет проводить измерение массовых концентраций ФА в присутствии ароматических углеводородов (о-ксилол, стирол), МА, о-толуилового альдегида, цитраконового ангидрида, бензойной кислоты, фталида при содержании каждого из указанных веществ в растворе в концентрации не более 60 мг/дм3.

Проведение измерений на источниках выбросов ОАО «Камтэкс-Химпром» позволило установить параметры поступления ФА и МА в окружающую среду. Рассчитаны значения массового выброса на источниках, а также параметры источников Ф и С}, характеризующие влияние на загрязнение воздуха прилегающих к предприятию территорий (таблица 4). Установленные значения Ф > 0,1 и <3 >0,5 позволили рекомендовать контроль ФА и МА на источнике № 145 с частотой 2 раза в неделю, а также рекомендован ежегодный контроль ФА и МА на источниках №№ 139, 140, 142 (Ф>0,001, (2<0,5).

Выполнены измерения концентраций ФА в воздухе рабочей зоны производства. Среднее значение концентрации ФА в воздухе рабочей зоны цеха кристаллизации составило 2,3±0,6 мг/м . Полученные данные сравнивали с ПДКРЗ ФА,

составляющей 1 мг/м3, в результате выявлено превышение норматива в 2,3 раза, что свидетельствует об ингаляционном воздействии ФА на здоровье рабочих производства.

Таблица 4. Результаты измерения массовой концентрации фталевого и малеинового ангидридов и расчета выбросов от источников

№ ист. Высота ист., м Объем ГВС, м3/с Концентрация, мг/м3 до |после очистки Выброс г/с ф* д*

Фталевый ангидрид

139 20 1,4492 36,8 7,4 0,01 0,0025 0,11

140 20 0,3299 130,3 2,9 0,001 0,0215 0,10

142 18 1,4601 1,37 0,002 0,0011 0,11

145 40 57,027 23,87 | 0,11 0,0062 0,0310 2,22

Малеиновый ангидрид

145 40 57,027 19,74 0,13 0,074 0,1401 0,61

140 20 0,3299 41,24 1,3 0,075 0,0215 0,10

* Ф и (2 - параметры, характеризующие влияние источников выброса загрязняющих веществ на загрязнение воздуха прилегающих к предприятию территорий

На этапе идентификации опасности в результате ранжирования компонентов выбросов производства определен перечень из 12 приоритетных веществ, в том числе обладающих потенциальной способностью оказывать канцерогенное воздействие - сажа, 3,4-бензпирен, окись этилена, бензин нефтяной, хром шестивалентный, а также 7 соединений, оказывающих острое и хроническое неканцерогенное воздействие на население (таблица 5).

Таблица 5. Перечень приоритетных загрязняющих веществ, выбрасываемых группой предприятий в исследуемом районе (неканцерогены)

САЭ Название Выброс средний, т/год НИ Вклад в суммарный НИ, % Ранг по НИ Органы и системы

108-31-6 Ангидрид малеиновый (пары, аэр.) 26,72 53,45 93,18 1 од

10102-44-0 Азота диоксид 58,25 1,16 2,03 2 ОД, кровь

630-08-0 Углерода оксид 5407,8 1,08 1,89 3 Кровь, ССС

85-44-9 Ангидрид фталевый 33,24 0,66 1,16 4 од

7446-09-5 Серы диоксид 22,13 0,44 0,77 5 ОД, сист.

7439-96-5 Марганец и его соединения 0,01 0,29 0,52 6 ЦНС, ОД

10102-43-9 Азота оксид 9,50 0,19 0,33 7 ОД, кровь

В целом возможно негативное воздействие на органы дыхания, зрения, центральную нервную, сердечно-сосудистую, кроветворную, иммунную системы, печень, почки, а также системный эффект. Приоритетными органами являются органы дыхания.

В связи с ведущими ранговыми местами специфичных соединений необходима гигиеническая оценка загрязнения атмосферного воздуха в зоне расположения предприятия - на границе санитарно-защитной зоны (СЗЗ) и в селитебной зоне.

На основе полученных данных о массовых выбросах ФА и МА произведен расчет максимальных разовых приземных концентраций при рассеивании химических веществ. Они составили для границы СЗЗ 0,11 ПДКМР.. Для задач лабораторных исследований в рамках социально-гигиенического мониторинга было необходимо химико-аналитическое обеспечение определения специфичных органических компонентов выбросов - ФА и МА в атмосферном воздухе.

Для разработки наиболее селективного и чувствительного метода определения ФА и МА в атмосферном воздухе за основу выбран метод адсорбционной высокоэффективной жидкостной хроматографии.

Для разделения кислородсодержащих органических соединений в научно-методической литературе /С.Н. Сычев, 1986/рекомендовано использовать неподвижные фазы, состоящие из непривитого силикагеля с диаметром пор 0,5 мкм. В работе оценивали сорбенты Зерагоп БйХ (7 мкм), ЮС-БП (5мкм), Силасорб 600 (5 мкм).

Вторым этапом исследований являлось обоснование оптимального состава подвижной фазы. Для неподвижной фазы Берагоп ЭСХ исследованиями (таблица 6) обосновано применение смеси гептана и этилацетата в объемном соотношении 5:2, в связи с достаточной эффективностью разделения пиков компонентов исследуемой смеси.

Таблица 6. Эффективность разделения компонентов анализируемой смеси при различных соотношениях растворителей в составе элюента на неподвижной фазе Зерагоп ЭвХ

Соотношение гептана и этилацетата (об. частей) Эффективность разделения, Кр

фталевый ангидрид/ фталид фталевый ангидрид/ малеиновый ангидрид цитраконовый ангидрид/ фталевый ангидрид фталевый ангидрид/ о-ксилол

5:1 1,35 2,98 3,4 7,6

6:2 1,28 2,52 2,9 6,6

5:2 1,04 2,44 2,3 6,3

Аналогичные исследования для неподвижной фазы 11Х-8П при достижении КР (фталевый ангидрид/фталид) =1,18 доказали применение в качестве подвижной фазы смеси гептана и этилацетата в соотношении 6:1 (рисунок 2).

Для обоснования условий идентификации установлена спектральная характеристика ФА, растворенного в подвижной фазе гептан/этилацетат (5/2). Показано, что при использовании диодно-матричного детектора для идентификации ФА следует использовать длину волны 288 нм, для контроля получаемых результатов возможно применение длины волны 313 нм. Кроме того, возможно использование сиг-

нала 313 нм в качестве основного для детектирования с применением ограниченного набора светофильтров.

2 4 6 8 10 12 мин

Рис.2. Хроматограмма стандартного раствора фталевого и малеинового ангидридов, фталида в оптимальных условия элюирования на неподвижной фазе Ях-Эх!.

В соответствии с выполненными расчетами летучести ФА и МА могут присутствовать в воздухе одновременно в виде паров и аэрозолей. Следовательно, способ отбора проб анализируемых соединений должен сочетать в себе пробоотбор обеих физических форм. Результаты изучения степени концентрирования паров ФА из воздуха в жидкие среды и на твердые сорбенты представлены в таблице 7. Аналогичные результаты получены при изучении концентрирования МА.

Таблица 7. Эффективность сорбции паров фталевого ангидрида

Метод отбора Объем отобранного воздуха, дм3 Скорость отбора, дм3/мин Содержание фталевого ангидрида в пробе, % Проскок, %

Абсорбция в пропиленкар-бонат (10 см3) 20 1 70-72 28-30

100 5 50-55 45-50

200 10 43-44 56-57

Абсорбция в этанол (10 см3) 20 1 64-66 34-36

100 5 38-41 59-62

200 10 30-35 65-70

Адсорбция на уголь активированный (100 мг) 100 5 86-87 13-14

300 15 78 22

600 20 65-66 34-35

Адсорбция на силикагель (100 мг) 100 5 75 25

300 15 60 40

600 20 54 46

Адсорбция на тенакс вС (100 мг) 100 5 100 0

300 15 97-98 2-3

600 20 95-96 4-5

По сравнению с жидкостной абсорбцией адсорбция на твердом сорбенте обеспечивает более высокие коэффициенты концентрирования анализируемых соединений. Для улавливания аэрозоля конденсации ФА исследовано и обосновано применение фильтров АФА-ХП-20-2. На основании проведенных исследований установлено, что отбор проб атмосферного воздуха следует проводить на последовательно соединенные фильтр АФА-ХП-20-2 и трубку с пористым полимерным сорбентом Тепах GC (100 мг), в течение 30 мин со скоростью 20 дм3/мин.

Извлечение ФА следует проводить с объединенного образца десорбцией смесью гептана и этилацетата в объемном соотношении 5:2 в объеме 2 см с применением коэффициента 1.2, учитывающего степень десорбции.

Одним из важных этапов метода является установление диапазона линейности отклика детектора. Получены градуировочные зависимости площади пика от содержания ФА в растворе, соответствующего концентрации в отобранном объеме атмосферного воздуха.

В первом диапазоне определяемых концентраций ФА 0,001 - 0,085 мг/м3 гра-дуировочный коэффициент составил 4,03-Ю"5; во втором диапазоне - 0,085 - 1,0 мг/м - градуировочный коэффициент составил К=4,63-10"5 (мкг/мЕА-с), что свидетельствует о небольшом различии в наклонах градуировочных прямых. Градуировочный коэффициент для определения МА в диапазоне 0,067 - 1,0 мг/дм3 составил 1,36-Ю"4 (мкг/мЕА-с).

Таким образом, разработанный метод определения ФА и МА в атмосферном воздухе позволяет с высокой селективностью и чувствительностью количественно определять ФА в диапазоне концентраций 0,001 - 1 мг/м3, с погрешностью 24%, нижний предел соответствует 0,01 ПДКМР., 0,05 ПДКСС. и RfC (0,02 мг/м3), МА - в диапазоне 0,067 - 1 мг/м3, с погрешностью 24%, нижний предел соответствует 0,34 ПДКм р. (0,1 мг/м3).

В соответствии с расчетами максимальных приземных концентраций, в точках, являющихся репрезентативными точками максимальной экспозиции на селитебной территории и границе СЗЗ, исследовали качество атмосферного воздуха с помощью разработанного метода. Результаты скрининговых натурных исследований показали, что разовые и средние из разовых концентрации контролируемых загрязнителей атмосферного воздуха не превышали гигиенических нормативов, обнаружены концентрации ФА в 17,3 % проб в концентрациях, соответствующих 0,01-0,2 ПДКмр..

Вместе с тем, на территориях расположения химических предприятий возможно периодическое присутствие ФА в воздух селитебной территории вследствие утраты эффективности газоочистных установок, что может оказывать негативное влияние на состояние здоровья населения в условиях острой и хронической экспозиции.

Прямые методы определения токсичных соединений или их метаболитов в биосредах населения, наряду с санитарно-гигиеническими, эпидемиологическими, статистическими и другими методами позволяют в комплексе решать вопросы по изучению общих механизмов взаимодействия организма человека с химическими факторами окружающей среды и выявлению риска для здоровья при малых уровнях воздействия контаминантов IT. С. Уланова, 2010/.

Экспертами ВОЗ рекомендовано проведение биологического мониторинга для решения вопросов выделения региональных и территориальных приоритетов, регламентации экологической нагрузки, что осуществимо в рамках социально-гигиенического мониторинга регионального уровня.

Маркером экспозиции специфичных органических соединений, содержащихся в атмосферном воздухе в зоне воздействия выбросов производства ФА, является о-фталевая кислота, основной метаболит ФА.

Основными этапами разработки методов определения ОФК в биологических средах человека (кровь, моча) являлись: обоснование параметров идентификации, обоснование оптимальных условий селективного определения, выбор условий извлечения определяемого компонента из биологического образца (пробоподготовка), установление линейного интервала количественного определения анализируемого токсиканта. В основе методов определения ОФК в биологических средах положен метод обращенно-фазовой высокоэффективной жидкостной хроматографии со спектрофотометрическим детектированием в ультрафиолетовом диапазоне. В качестве неподвижной фазы исследованы сорбенты Диасорб С16, Силасорб С18, Nucleosil С18, Zorbax XDB-C18, Zorbax SB-C18.

При исследованиях биосред следует учитывать влияние матриц крови и мочи, также содержащих соединения кислотного характера, например, бензойную кислоту, мочевую кислоту, креатинин, аминокислоты, гиппуровую кислоту и другие соединения. я-Фталевая и ти-фталевая кислоты интересовали нас в качестве изомеров ОФК.

Обоснование состава подвижной фазы и параметров элюирования образца оказалось наиболее сложной задачей из-за физико-химических свойств анализируемых соединений и матрицы образца.

Полученные зависимости удерживания ОФК от процентного содержания органического растворителя в элюенте (объемные проценты) lgK'=f(%B) при оптимальной скорости подачи подвижной фазы для различных диаметров колонок (рисунок 3) свидетельствуют, что применение неподвижной фазы Zorbax SB в сочетании с малым содержанием ацетонитрила обеспечивает высокие показатели удерживания ОФК, необходимые для разделения изомеров.

—о— а - Диасорб С16, ■ б - Silasorb С18, —*—в — Nucleosil С18,

i.........^.......\

■'K^s,

XDB С18, —х - Д - Zorbax SB C18.

) 5 10 15 20 25 3(

% ацетонитрила

Рис.3. График зависимости приведенного времени удерживания о-фталевой кислоты от процентного содержания ацетонитрила lgK'=f(%B), при рН (А)=3,0 и скорости подачи подвижной фазы: а, б, в - 0,1 см3/мин; г - 0,2 см3/мин, д - 0,5 см3/мин.

Проведенные исследования по изучению влияния водородного показателя подвижной фазы на степень разделения изучаемых а-кислот с использованием сорбента Zorbax SB-C18 при постоянном содержании органического растворителя показали, что на разделение кислот на данном сорбенте, устойчивом в широком диапазоне рН

(0,8 - 9,0), больше влияет содержание органического растворителя, а зависимость степени разделения от рН не выражена. С другой стороны, проведенные исследования наглядно представили обсуждаемые в работе /L.R. Snyder, 1968/ аспекты выбора соотношения рН подвижной фазы на 1-1,5 единицы меньше рКа определяемых кислот. Количественный аспект определения кислот при оптимальном рН 1,6 -1,7 выражается в правильной (Гауссовой) форме пика, а также в резком увеличении площади пика, в 40-50 раз при использовании в качестве компонента элюента фосфатного буфера с рН 1,65, что характеризует высокие скорости массообмена между подвижной и неподвижной фазами. С целью оптимизации экспрессное™ анализа и удаления с колонки сопутствующих соединений, экстрагируемых из биологических жидкостей, установлены зависимости удерживания и разделения изучаемых кислот от режима градиентного элюирования.

Оптимальный режим хроматографирования достигнут при следующих параметрах: А - буферный раствор с рН 1,65 (0,37 мМ Na2HP04 и Н3Р04 до рН 1,65 по показаниям рН-метра), В - ацетонитрил. Градиент: 0-12 мин = 4% В, к 15 мин - до 15% В, к 25 мин - до 25% В, к 30 мин - до 50%В, возврат к начальному состоянию за 10 мин, скорость протока 0,5 см3/мин (рисунок 4). Время удерживания ОФК составило 12,0±0,1 мин.

Б J l#J VJ я \ л 10 1S 20 га Л1В

В 'W У 1А ю 1S 20 И \ 1 JjM^-AVV

Рис.4. Хроматограммы стандартных растворов о-фталевой кислоты (1), п-фталевой кислоты (2), м-фталевой кислоты (3) и бензойной кислоты (4) в воде (А) и моче (Б), хроматограмма экстракта мочи без добавок ОФК, МФК, ПФК, БК (В).

Для обоснования оптимального разделения о-фталевой и я-фталевой кислот в ион-парном режиме исследованы параметры хроматографической системы: рН подвижной фазы, создаваемый фосфатным буферным раствором, концентрацию фосфата тетрабутиламмония в водной и органической фазе, ионную силу элюента, скорость повышения содержания ацетонитрила в подвижной фазе. Время удерживания ОФК в обоснованном исследованиями оптимальном ион-парном режиме составило 4,8±0,2 мин, коэффициент разделения пары ОФК/МФК составил 0,99. Ион-парный режим с использованием фосфата тетрабутиламмония в сравнении с разделением в условиях буферного раствора с рН 1,65, с одной стороны, позволяет эффективно

разделить сложные смеси органических кислот при рН 7, с другой стороны, требует использования дорогостоящего ион-парного реактива.

В исследованиях по идентификации ОФК на хроматографе «Милихром» в качестве опорной длины волны обоснована >.=192 нм, при этом чувствительность определения ОФК составила 4,0 нг в анализируемом объеме пробы (5 мкл). Определение ОФК на хроматографе Agilent 1200 производили при длине волны 200 нм, предел обнаружения на диодно-матричном детекторе в условиях водного раствора составил 0,4 нг в 20 мкл.

Согласно данным Т.С. Улановой (2009), ведущее значение при разработке методов анализа биологических сред на содержание химических соединений имеет обоснование условий подготовки биологической пробы к анализу, поскольку чувствительность определения и эффективная продолжительность работы аналитического оборудования зависит от мешающего влияния компонентов биологической матрицы. Одним из наиболее широко используемых приемов устранения мешающего влияния матрицы является экстракция органическими растворителями.

В настоящих исследованиях изучена зависимость степени экстракции ОФК из крови от вида кислородсодержащего органического растворителя - спирты (изобу-тиловый, бутиловый, изоамиловый, амиловый) и эфиры (диэтиловый эфир, бутил-ацетат, этилацетат). Эффективная экстракция эфирами не выявлена. Для увеличения степени экстракции спиртами применяли прием подкисления соляной или щавелевой кислотами. Полученные значения степени экстракции ОФК из крови в диапазоне 5,6 - 31,6 % (таблица 8) не удовлетворяли требованиям, предъявляемым к количественному извлечению определяемого соединения из биосред.

Таблица 8. Эффективность экстракции о-фталевой кислоты органическими растворителями при рН среды=1,0

Экстрагент Степень экстракции, % Добавка хлороводородная кислота Степень экстракции, % Добавка щавелевая кислота

Бутиловый спирт 31,6 31,3

Изобутиловый спирт 30,2 25,3

Амиловый спирт 14,7 13,3

Изоамиловый спирт 12,6 5,6

С целью достижения максимального извлечения аналита проведены исследования по твердофазной экстракции ОФК из биологических сред. В ходе эксперимента апробированы общепринятые сорбенты (уголь активированный, силикагель, диапак С16) и сорбенты нового поколения (Oasis HLB и Oasis МАХ). Оптимальная степень твердофазной экстракции ОФК с использованием сорбента Oasis HLB и 10 %-ного раствора СН3ОН в 0,025 М Na2B407 в качестве элюирующей жидкости находится в диапазоне 91,0-99,6 % и удовлетворяет требованиям количественного анализа.

В результате проведенных исследований разработаны и оценены схемы пробо-подготовки биологических жидкостей способом твердофазной экстракции, включающие сочетания сорбентов, растворителей, последовательности промывок и ре-экстракции аналита.

Оптимальной схемой пробоподготовки биосред (моча, кровь) для определения ОФК является: конденционирование сорбента Oasis HLB метиловым спиртом и би-

дистиллированной водой - пропускание 2 см3 разбавленной (1:1) плазмы крови, подкисленной 0,2 см3 фосфорной кислоты, либо 3 см3 мочи, подкисленной 0,2 см фосфорной кислоты - промывка бидистиллированной водой, 1 %-ным раствором уксусной кислоты, экстракция 10 %-ным раствором метилового спирта в растворе тетрабората натрия - анализ полученного экстракта методом ВЭЖХ.

Экспериментально установлено, что срок хранения проб крови, отобранной для определения ОФК, не должен превышать 6 часов, анализ мочи на содержание ОФК следует проводить в течение суток, возможно замораживание образца мочи, с последующим размораживанием и центрифугированием осадка.

Значение градуировочного коэффициента для хроматографа Agilent 1200 (200 нм), установленного методом абсолютной калибровки, для определения ОФК в плазме крови с предварительной подготовкой пробы путем твердофазной экстракции на сорбенте Oasis HLB составило К=0,01 (мг/(дм3-мЕА-с)), аналогично для определения в моче - К=0,013 (мг/(дм мЕА-с)).

Таким образом, разработаны высокоселективные методы определения ОФК в биологических средах с чувствительностью на уровне 0,02 - 20 мг/дм (моча), с погрешностью 21%, 1 - 20 мг/дм3 (кровь), с погрешностью 22,7%.

Для установления региональных фоновых уровней ОФК в биологических средах населения Пермского края с использованием разработанных аналитических методов проведено углубленное медико-биологическое обследование детей, проживающих на территориях, исключающих значимое антропогенное влияние химических соединений. Содержание ОФК в крови (N=55) у подавляющего числа обследованных детей (92,7 %) было меньше предела определения, тогда как средняя концентрация в моче (N=78) составляла 0,22±0,05 мг/дм3.

С использованием методов вариационной статистики, в том числе однофак-торного дисперсионного анализа, обоснованы региональные фоновые уровни содержания ОФК в моче (0,135±0,003 мг/дм3) и в крови (0 мг/дм3), которые могут служить в качестве критериев («маркеров экспозиции») сравнительной оценки экспозиции ФА в районах расположения предприятий по производству ФА.

Уровни ОФК в моче сельских детей могут быть обусловлены контактом с источниками поступления в организм фталатов /B.C. Blount, 2000, S„ Sathyanarayana, 20081, в том числе в результате употребления пищевых продуктов в полимерной упаковке, испарением из синтетических строительных материалов, игрушек из ПВХ и т.д.

Среди детей, проживающих и посещающих детские дошкольные учреждения в зоне возможного воздействия выбросов ОАО «Камтэкс-Химпром» (не более 1500 м от границы), ОФК определялась на уровне 0,03 - 6,96 мг/дм3 в 39,7 % проб мочи. В среднем содержание ОФК в моче обследованных детей составило 0,27 ± 0,07 мг/дм (таблица 9), что в 2 раза выше регионального фонового уровня. Превышение регионального фонового уровня содержания ОФК в моче наблюдали в 38 % проб мочи, что свидетельствует о наличии экспозиции ФА. При этом в крови 98 % обследованных детей ОФК не обнаружена (<1 мг/дм3), что соответствует региональному фоновому уровню.

ОФК обнаружена в крови работающих на производстве ФА в исследуемой группе, средняя концентрация составила 1,06±0,17 мг/дм3 (таблица 10). В контрольной группе взрослых, проживающих на территориях, исключающих значимое антропогенное воздействие ФА, ОФК в крови не обнаружена.

Таблица 9. Результаты определения ОФК в биологических средах детей, проживающих в зоне расположения производства ФА и на условно чистых территориях

ОФК в крови детей, мг/дм3 ОФК в моче детей, мг/дм3

Исследуемая Контрольная Исследуемая Контрольная

группа группа группа группа

N 49 51 334 68

Среднее 0 0 0,27 0,135

Станд.ошибка 0 0 0,04 0,003

Р нет различий 0,0002

Таблица 10. Результаты определения ОФК в крови взрослых контрольной группы и работающих на производстве ФА

ОФК в крови взрослых, мг/дм3

Исследуемая группа Контрольная группа

N 76 26

Среднее 1,06 0

Станд.ошибка 0,17 0

Р <0,001

В рамках скрининговых медико-биологических исследований показателей здоровья детей, проживающих в условиях хронической экспозиции ФА, и рабочих производства ФА, получены достоверные модели связи (Р>3,96, р<0,05) между содержанием ОФК в моче и крови и лабораторными показателями (уровень общего иммуноглобулина Е в крови, ДАЛК в моче, а также иммуноглобулина А в крови) по критерию отношения шансов (ОЯ = е""'"'") (рисунки 5 и 6).

Исходя из условия СЖ=], с учетом определения верхней 95%-ной доверительной границы, рассчитаны реперные уровни маркера экспозиции - концентрации ОФК в биологических средах, приводящие к возникновению неблагоприятных эффектов - снижению местного иммунитета, нарушению гем-порфиринового обмена (таблица 11).

Таблица 11. Параметры математических моделей связей «концентрация ОФК в биосреде - маркер эффекта»

Контингент Маркер эффекта Биосреда ру* аО а1 Б Р Я2

Дети Повышение ДАЛК моча 0,93 -0,663 0,657 147,2 0,000 0,62

Снижение моча 0,31 -0,987 2,942 399,7 0,000 0,96

Работающие Снижение ^А кровь 1,11 -1,28 1,115 1322,2 0,000 0,99

Повышение ^Е кровь 1,06 -16,31 14,753 23,38 0,002 0,77

*РУ - реперный уровень

Реперный уровень ОФК в моче детей, проживающих на территории расположения производства ФА, составил 0,31 мг/дм3 (понижение уровня ^А в крови, таблица! 1).

Реперный уровень ОФК в моче детей г. Пермь больше установленного регионального фонового уровня в 2,4 раза, что означает, что региональный фоновый уровень является недействующим.

В целом, результаты биомониторинга детского населения, проживающего на расстоянии 300 - 1500 м от границы комплекса промышленных предприятий г.Перми, ведущим по выбросам в атмосферный воздух из которых является производство ФА, показывают превышение реперного уровня в 22 % проб мочи и свидетельствуют о развитии неблагоприятных функциональных изменений состояния здоровья населения.

А Б

Рис.5. Модели связей «концентрация ОФК в моче детей - содержание ДАЛК в моче» (А) и «концентрация ОФК в моче детей - содержание ^Ав крови» (Б)

ОФК - 1дЕ общий

ОЯ =!е-те,ЗМ<753х

А Б

Рис.6. Модели связей «концентрация ОФК в крови работающих - содержание ^ Е в крови» (А) и «концентрация ОФК в крови работающих - содержание А

в крови» (Б)

Уровни ОФК в крови рабочих обусловлены ингаляционным воздействием ФА, что достоверно приводит к сенсибилизации. Недействующий на повышение уровня общего ^Е уровень ОФК в крови рабочих производства составил 1,06 мг/дм" и является реперным с учетом принципа лимитирующего показателя вредности.

Установленные реперные уровни содержания ОФК в моче детей и крови работающих могут являться основой для обоснования референтных уровней ОФК в биологических средах человека.

Нижние пределы разработанных методов определения ОФК в биологических средах ниже установленных реперных уровней в 1,06 раз в крови и 15,5 раз в моче, что свидетельствует о применимости указанных методов для гигиенических исследований.

Практические рекомендации по осуществлению санитарно-эпидемиологического надзора за воздействием компонентов выбросов производства фталевого ангидрида как факторов риска здоровью населения

1. Для установления массового выброса на источниках производства ФА рекомендуется использовать разработанный и утвержденный метод выполнения измерений массовых концентраций ФА и МА в промышленных выбросах методом капиллярной газовой хроматографии (ФР. 1.31.2007.03948).

2. Для выполнения контрольно-надзорных мероприятий, лабораторных исследований атмосферного воздуха в рамках социально-гигиенического мониторинга на территориях размещения производств ФА рекомендуется применять разработанный и утвержденный МВИ массовых концентраций ФА и МА в атмосферном воздухе методом высокоэффективной жидкостной хроматографии (ФР. 1.31.2006.02600).

3. При проведении санитарно-гигиенических расследований и экспертиз в системе Роспотребнадзора рекомендуется расширить практику проведения исследований по химико-аналитическому определению содержания контаминантов в биологических средах населения, проживающих на территории Российской Федерации.

4. Для задач биомониторинга, для установления экспозиции ФА и оценки опасности для здоровья населения рекомендуется проводить определение маркера экспозиции - ОФК в биологических средах (кровь, моча) с использованием: методов определения массовых концентраций фталевой кислоты в пробах крови (МУК 4.1.2772-10) и в моче методом высокоэффективной жидкостной хроматографии.

6. В качестве маркеров эффекта экспозиции ФА рекомендуется использовать уровень содержания ^А (понижение) и общего ^Е (повышение) в крови, а также уровень ДАЛК в моче (повышение).

7. Разработанные химико-аналитические методы рекомендовано использовать в системе СГМ для внедрения донозологических показателей (обнаружение о-фталевой кислоты в биосредах) с целью выявления лиц с повышенным риском экологически обусловленных состояний и дальнейшего проведения профилактических и оздоровительных мероприятий.

ВЫВОДЫ

1. Комплексная система современного химико-аналитического обеспечения определения содержания специфичных компонентов в выбросах производства фталевого ангидрида и атмосферном воздухе селитебных территорий, его метаболита в биологических средах, повышает эффективность социально-гигиенического мониторинга и обеспечивает биомониторинг современным инструментом гигиенических исследований. Система включает газохроматографический метод определения фталевого и малеинового ангидридов в двух агрегатных состояниях (аэрозоль и пары) в промышленных выбросах; методы определения фталевого и малеинового ангидридов в атмосферном воздухе и о-фталевой кислоты в биологических средах (кровь, моча) человека с использованием адсорбционной высокоэффективной жидкостной хроматографии.

2. Методы определения фталевого и малеинового ангидридов в промышленных выбросах и атмосферном воздухе, основанные на хроматографическом разделении, обладают высокой селективностью по отношению к о-ксилолу, стиролу, цитраконовому ангидриду, о-толуиловому альдегиду, бензойной кислоте и фтали-ду. Диапазон определения массовых концентраций ангидридов в промышленных выбросах составляет от 0,1 до 60 мг/м3. В атмосферном воздухе разработанный метод позволяет определять концентрации фталевого ангидрида на уровне 0,01 ПДКМ р, 0,05 ПДКс.с. и RfC для хронического ингаляционного воздействия (нижний предел 0,001 мг/м3), малеинового ангидрида - 0,34 ПДКм.р. (нижний предел 0,067 мг/м3).

3. Разработанные для расширения методического обеспечения биомониторинга методы определения о-фталевой кислоты в биологических средах человека (моча, кровь), основаны на обращенно-фазовой адсорбционной жидкостной хроматографии и твердофазной экстракции на сорбенте Oasis HLB и позволяют селективно определять о-фталевую кислоту в диапазоне концентраций в моче от 0,02 до 20 мг/дм3, с погрешностью 21 % (р=0,95), в крови - от 1 до 20 мг/дм3, с погрешностью 22,7 % (р=0,95).

4. Региональные фоновые уровни о-фталевой кислоты в биологических средах, установленные в результате медико-биологического обследования детей, проживающих вне зоны влияния выбросов промышленных предприятий, составляют: в моче - 0,135±0,003 мг/дм3, крови - 0 мг/дм3. Они могут служить в качестве критериев сравнительной оценки экспозиции фталевым ангидридом.

5. Реперные уровни содержания о-фталевой кислоты в биосредах различных контингентов населения, обоснованные на основании полученных моделей связи «маркер экспозиции - маркер эффекта» с учетом 95%-ной верхней доверительной границы, составляют: в моче детей, проживающих в условиях влияния фталевого ангидрида - 0,31 мг/дм3 (понижение уровня IgA в крови), в крови работающих на производстве ФА - 1,06 мг/дм3 (повышение уровня общего IgE). Реперные уровни могут служить в качестве критериев оценки степени опасности воздействия фталевого ангидрида на работающих и население.

Список работ, опубликованных по теме диссертации

в ведущих журналах, рекомендованных ВАК

1. Уланова Т.С., Нурисламова Т.В., Карнажицкая Т.Д., Кислицина A.B. Определение содержания фталевого и малеинового ангидридов в промышленных выбросах И Экология и промышленность России, 2009. - № 4. - С. 30-31.

2. Зайцева Н.В., Уланова Т.С., Карнажицкая Т.Д., Антипьева М.В., Кислицина A.B. Определение фталевого ангидрида в атмосферном воздухе методом высокоэффективной жидкостной хроматографии // Гигиена и санитария, 2011. - № 4. -С. 77-80.

3. Уланова Т.С., Синицына О.О., Карнажицкая Т.Д., Кислицина A.B. Гигиеническая оценка производства фталевого ангидрида и зоны его воздействия // Здоровье населения и среда обитания, 2011. - № 10 (223). - С. 42-45.

в других изданиях

4. Карнажицкая Т.Д., Кислицина A.B. Определение фталевой кислоты в сыворотке крови для задач биомониторинга // Научные и прикладные аспекты обеспечения экологической безопасности населения: Материалы Всерос. науч.-практ конф., Пермь, 21-22 ноября 2006 г. - Пермь.: Издательский дом «Пресстайм» 2006.-С. 99-104.

5. Кислицина A.B. Химико-аналитическое обеспечение контроля фталевого ангидрида и его производных в объектах окружающей среды и биосредах для задач социально-гигиенического мониторинга // Современные вопросы профилактической медицины: Сб. науч. тр. молодых ученых Всерос.науч.-практ.конф. с международным участием «Охрана здоровья населения промышленных регионов: стратегия развития, инновационные подходы и перспективы», Екатеринбург, 28-30 октября 2009 г. / под. ред. С. В. Кузьмина. - Екатеринбург 2009 -С.125-133. '

6. Уланова Т.С., Карнажицкая Т.Д., Бельпокова Л.А., Пермякова Т.С., Кислицина A.B. Обоснование параметров пробоподготовки методом твердофазной экстракции для определения содержания о-фталевой кислоты в биологических средах // II Международный симпозиум по сорбции и экстракции: Материалы, Владивосток, 9-14 ноября 2009 г./ под общей ред. чл.-корр. РАН Авраменко В.А - Владивосток: Дальнаука, 2009. - С. 154-157.

7. Уланова Т.С., Карнажицкая Т.Д., Антипьева М.В., Бельтюкова Л.А., Пермякова Т.С., Кислицина A.B. Мониторинг токсикантов окружающей среды в биологических средах детей // Современное российское общество: проблемы позиционирования и развития: Материалы Всерос.науч.-практ. конф., Волгоград 30 июня 2010 г..- М.: Планета, 2010. - С. 247-250.

8. Уланова Т.С., Нурисламова Т.В., Карнажицкая Т.Д., Стенно Е.В., Вейхман Г.А., Кислицина A.B. Разработка и совершенствование методических приемов контроля химической нагрузки на организм в рамках медико-биологического мониторинга // Гигиенические и медико-профилактические технологии управления рисками здоровью населения в промышленно развитых регионах: Материалы, научн.-практ. конф. с междунар. участием, Пермь, 6-8 октября 2010 г./ под общ ред. акад. РАМН Г. Г. Онищенко, чл.-корр. РАМН Н.В.Зайцевой. - Пермь 2010. - С.482-488. '

9. Уланова Т.С., Карнажицкая Т.Д., Кислицина A.B. Изучение механизма разделения терефталевой кислоты и ее изомеров методом высокоэффективной жидкостной хроматографии // Там же. - С. 488-493.

10. Карнажицкая Т.Д., Кислицина A.B. Повышение чувствительности определения фталевой кислоты в биосредах человека методом обращеннофазной высокоэффективной жидкостной хроматографии // МЭСК 2010 «Экология России и сопредельных территорий»: Материалы XV междунар. экологической студенческой конф., Новосибирск, 29-31 октября 2010 г. - Новосибирск, 2010. - С. 286.

11. Кислицина A.B. Определение о-фталевой кислоты методом ион-парной жидкостной хроматографии // Экология и научно-технический прогресс. Урбанистика: Материалы VIII всеросс. науч.-практ. конф. студентов, аспирантов и молодых ученых, Пермь, 2 декабря 2010 г. [Электронный ресурс]. - Пермь: Изд-во Перм гос. техн. ун-та, 2010. - С. 205-208.

12. Уланова Т.С., Карнажицкая Т.Д., Кислицина A.B. О разработке системного методического обеспечения локального эколого-аналитического мониторинга различных сред в промышленных городах // Экологические проблемы урбанизированных территорий: Материалы Всероссийской конференции, Пермь, 16-18 марта 2011 г. [Электронный ресурс]. - Пермь: Изд-во Перм. гос. техн. ун-та, 2011. — С. 143-147.

13.Кислицина A.B. Разработка методического обеспечения для определения бен-золкарбоновых кислот в моче методом ВЭЖХ // Охрана здоровья населения промышленных территорий: Материалы Всероссийской научно-практической on-line конференции молодых ученых, 15-20 июня 2011 г./ под общ. ред. акад. РАМН Г.Г. Онищенко, чл.-корр. РАМН Н.В. Зайцевой. - Пермь: Книжный формат, 2011.-С. 59-62.

14. Уланова Т.С., Нурисламова Т.В., Карнажицкая Т.Д., Кислицина A.B. Определение химических соединений в биологических средах для оценки степени техногенного воздействия на окружающую среду и здоровье населения // Вестник ПГТУ. Урбанистика, 2011.- № 2. - С. 5-14.

патент

15. Зайцева Н.В., Уланова Т.С., Карнажицкая Т.Д., Теплоухова Н.В., Кислицина A.B. Патент на изобретение РФ № 2324185. Способ количественного определения фталевой кислоты в сыворотке крови; опубл. 10.05.2008 г. Бюл. № 13.

Список сокращений

AJ1T - аланинаминотрансфераза

АОА - антиоксидантная активность плазмы

ACT - аспартатаминотрансфераза

БК - бензойная кислота

ВЭЖХ - высокоэффективная жидкостная хроматография

ГВС - газо-воздушная смесь

ГХ - газовая хроматография

ДАЛК - дельта-аминолевулиновая кислота

МА - малеиновый ангидрид

МДА - малоновый диальдегид плазмы

мЕА - миллиединиц абсорбции

МУК - методические указания

МФК - мета-фталевая кислота

МЭСК - международная экологическая студенческая конференция ОФК - орто-фталевая кислота

ПДКм.р. и ПДКс.с. - предельно допустимая концентрация, максимально-разовая и

среднесуточная

ПФК - пара-фталевая кислота

РУ - реперный уровень

СГМ - социально-гигиенический мониторинг

СЗЗ - санитарно-защитная зона

СКО - среднеквадратичное отклонение

УПРЗА - унифицированная программа расчета загрязнения атмосферы

ФА - фталевый ангидрид

ЦНС - центральная нервная система

IgA - иммуноглобулин А

IgE - иммуноглобулин Е

IgG - иммуноглобулин G

IgM - иммуноглобулин М

HI - индекс опасности

HQ - коэффициент опасности

RfC - референтная концентрация при хроническом ингаляционном воздействии

Подписано в печать 23.11.2011. Формат 60x90/16. Усл. печ. л. 1. Тираж 100 экз. Заказ № 89/2011.

Отпечатано с готового оригинал-макета в типографии центра «Издательство Пермского национального исследовательского

политехнического университета». Адрес: 614990, г. Пермь, Комсомольский проспект, 29, к. 113. Тел.(342)219-80-33.