Автореферат и диссертация по медицине (14.00.07) на тему:Научное обоснование методов определения гексафторида селена в воздухе рабочей зоны и биосредах в целях гигиенического нормирования и контроля среды

На пг^сах руг.сггйси

ГОРБУНОВА Ольга Владимнровпа

НАУЧНОЕ ОБОСНОВАНИЕ МЕТОДОВ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ГЕКСАФТОРИДА СЕЛЕНА В ВОЗДУХЕ РАБОЧЕЙ ЗОНЫ И БИОСРЕДАХ В ЦЕЛЯХ ГИГИЕНИЧЕСКОГО НОРМИРОВАНИЯ И КОНТРОЛЯ СРЕДЫ

14.00.07 -Гнгнена

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата биологических наук

Иркутск - 2004 г.

Работа выполнена в НИИ биофизики при Ангарской государственной технической академии Федерального агентства по образованию РФ.

Научные руководители: доктор биологических наук,

с.н.с. Ю.Н. Катульский;

кандидат медицинских наук, с.н.с, Г.Г. Юшков.

Официальные оппоненты: доктор биологических наук,

профессор В.Б. Дорогова;

кандидат медицинских наук, доцент И.П. Панкратов.

Ведущая организация: Иркутский государственный институт усовершенствования врачей Мишнлсршьа здравоохранения и социального развития РФ.

Защита диссертации состоится_2004г. в _час. на заседании

диссертационного совета Д.-208.032.02. Государственного образовательного учреждения Высшего профессионального образования «Иркутского государственного медицинского университета» Министерства здравоохранения и социального развития РФ по адресу: 664003, г. Иркутск, ул. Красного Восстания, 1.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ГОУ ВПО ИГМУ Минздрава России.

Отзыв на автореферат высылать по адресу: 664003, г. Иркутск ул. Красного Восстания, 1, ИГМУ ученому секретарю диссертационного совета, к.м.н. доценту Г.А. Шшшну.

Автореферат разослан_2004г.

Ученый секретарь диссертационного совета, Кандидат медицинских наук, доцент

Г.А. Шшшн

АЧЗЬХ

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы исследования. Охрана окружающей среды и здоровья человека является одной из наиболее важных государственных проблем, решение которой во многом зависит от способности правильно определять уровень загрязнения окружающей и в том числе производственной среды вредными веществами, а также устанавливать характер и степень его влияния на здоровье человека.

Сибирь — это регион с одной из самых высоких техногенных пагрузок в стране. Здесь действуют крупные предприятия химической, нефтехимической, лесоперерабатывающей промышленности, предприятия цветной металлургии, также высок вклад в загрязнение окружающей среды предприятий теплоэнергетики и автотранспорта, выбросы которых могут оказывать негативное влияние на организм людей. Повышение качества производственной среды на промышленных предприятиях предусматривает внедрение гигиенических нормативов, обеспечивающих безопасность труда рабочих в условиях производства потенциально опасных химических соединений, одним из которых является гексафторид селена - 8еР(.

Физико-химические свойства ГФС позволяют ему легко попадать в воздух, что может привести к неблагоприятным изменениям в состоянии здоровья контактирующих с ним лиц. Это обстоятельство обуславливает необходимость проведения мероприятий по обеспечению контроля за состоянием производственной и окружающей среды.

Между тем, до недавнего времени гигиенические нормативы для гексафторида селена в объектах окружающей среды, в частности в воздухе рабочей зоны, а также утвержденные методы определения его содержания в этих объектах отсутствовали, что и определило цель и задачи данной работы, а также ее актуальность.

Цель исследовании - научное обоснование и разработка методов определения ГФС в воздухе рабочей зоны и биосредах, пригодных для гигиенического нормирования и контроля за загрязнением, а также оценка пороговых уровней воздействия ГФС.

Задачи исследования:

1. Научно обосновать и разработать фотометрический метод количественного определения ГФС в воздухе рабочей зоны.

2. Научно обосновать и разработать фотометрический метод определения содержания общего селена в биосредах (кровь, моча).

3. Оценить применимость методов в условиях производства и токсиколого-гигиенического эксперимента.

4. Установить возможность оценки состояния организма по уровню содержания селена в биосредах, при воздействии ГФС.

5. Оценить величину пороговых уровней хронического действия ГФС.

Научная новизна.

Научно обоснован новый фотометрический метод определения малых концентраций ГФС в воздухе рабочей зоны, пригодный для гигиенического регламентирования и отличающийся высокой специфичностью, сравнительной легкостью и высокой точностью измерений.

Впервые разработан относительно простой спектрофотометрический метод определения содержания общего селена в биосредах, пригодный для использования в медицинских учреждениях.

Впервые установлено, что при хроническом действии ГФС изменение состояния организма прямо коррелирует с содержанием общего селена в крови и моче. При этом степень изменения состояния на разных стадиях процесса различна, а максимально неэффективная концентрация ГФС в воздухе рабочей зоны оценивается величиной, близкой к 0,1 мг/м3.

Впервые проведено санитарно-химическое исследование состояния воздушной среды на стадии технологического процесса производства ГФС и получены данные о том, что в воздухе рабочей зоны концентрации достигают 40-ка кратного превышения установленного порогового уровня.

Практическая значимость.

1. Результаты исследований позволили обосновать величину ПДК гексафторида селена в воздухе рабочей зоны (0,2 мг/м3), утвержденную Комиссией по государственному санитарно-эпидемиологическому нормированию.

2. Разработанный фотометрический метод измерения массовых концентраций гексафторида селена в воздухе рабочей зоны в виде методических указаний утвержден Главным государственным санитарным врачом РФ Г.Г. Онищенко 29.06.2003 г. за номером МУК 4.1. 1717-03.

3. Результаты исследований внедрены в работу ПромСанХим лаборатории (ЦЗЛ, Зе-леногорский ЭК), отраслевого Центра ГСЭН, используются в исследовательском процессе НИИ Биофизики АГТА.

Основные положения, выносимые на защиту:

1. Разработанный фотометрический метод измерения массовых концентраций ГФС в воздухе рабочей зоны по всем параметрам, в том числе чувствительности, селективности и погрешности, отвечает всем требованиям, предъявляемым нормативными документами к фотометрическим методам ГОСТ Р ИСО 5735-2-2002 (ранее ГОСТ 12.1.016-79).

2. Разработанный фотометрический метод измерения концентрации селена в крови и моче обеспечивает необходимую для контроля содержания этого вещества в биосредах чувствительность, селективность и погрешность измерегшй.

3. При хроническом действии гексафторида селена изменения в состоянии организма коррелируют с концентрацией вещества в биосредах, однако выраженность этих изменений зависит от стадии процесса.

4. Максимально неэффективная концентрация ГФС при его хроническом действии оценивается величиной 0,12 мг/м3.

Апробация работы.

Основные материалы диссертации представлены и обсуждены на:

1. Пятой международной экологической конференции студентов и молодых ученых «Экологическая безопасность и устойчивое развитие». Москва, МП У, 2001 г.

2. Четвертой международной научно-практическая конференции (МК-61-61) «Экология и жизнь». Пенза, Приволжский дом знаний. 2001г.

3. Всероссийской научно-практической конференции: Оценка риска для здоровья от неблагоприятных факторов окружающей среды: опыт, проблемы и пути их решения. Ангарск: АГТА, 2002 г.

4. Четвертой молодежной научной конференции СО РАМН. «Фундаментальные и прикладные проблемы современной медицины», Новосибирск, 2002г.

5. Научно-технических конференциях АГТА «Естественные и технические науки». Ангарск, 2001 - 2002 г.г.

6. II съезде токсикологов России СО РАМН. «Токсиколого-гигиснический мониторинг, компьютерное моделирование и информационное обеспечение в токсикологии», секция 1. Профилактическая токсикология. Москва, 2003 г.

Публикации. По теме диссертации опубликовано 11 печатных работ, в том числе 1 статья центральной печати.

Объем и структура диссертации.

Диссертация изложена на 136 страницах машинописного текста, иллюстрирована 19 таблицами и 10 рисунками. Состоит из списка используемых сокращений, введения, главы современного состояния проблемы, описания организации и методики исследования, 3 глав собственных исследований, заключения, выводов, списка используемой литературы и двух приложений. Библиографический указатель включает 132 источника, из которых 104 отечественных и 28 зарубежных. Приложения содержат: 1) Методические указания по выполнению измерений массовой концентрации ГФС в воздухе рабочей зоны; 2) документы об утверждении Комиссией по государственному санитарно-эпидемиологическому нормированию методических указаний и ПДК веРе для воздуха рабочей зоны, а также акты внедрения методики измерения ЭеРб в воздухе рабочей зоны на ПО «Электрохимический комбинат» г. Зеленогорск.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Материалы и методы исследования

При выполнении данной работы были применены химико-аналитические, токсиколо-го-тгигиенические и математико-статистическне методы исследования.

В химико-аналитических исследованиях для разработки метода определения массовой концентрации ГФС в воздухе рабочей зоны, а также метода определения содержания общего селена в биосредах, были использованы химические вещества как отечественного, так и зарубежного производства, которые соответствовали маркировке ЧДА и ХЧ. Для приготовления стандартных растворов использовали ГСО водных растворов Эе (IV).

Лабораторная мерная посуда соответствовала ГОСТам предъявляемым к данному оборудованию при выполнении контрольно-измерительных работ.

Измерение оптической плотности анализируемых растворов осуществляли на отечественных фотоэлектроколориметрах КФК-2 и КФК-3.

Все исследования проводились в затравочном блоке на экспериментальной установке, моделирующей необходимые условия ингаляционного воздействия гексафторидом селена.

Было проведено 442 анализа проб воздуха ингаляционных камер, 70 проб воздуха рабочей зоны ПО «Электрохимический комбинат» г. Зелсногорск., 20 проб с одориметриче-ской установки на определение содержания ГФС, а также 249 проб биосубстратов (моча, кровь) на общее содержание селена.

В токсиколого-гигиенических исследованиях объектом изучения (в хроническом эксперименте) являлись белые нелинейные крысы-самцы, с массой 150-160 г.

Состояние организма подопытных животных оценивалось по физиологическим, биохимическим, гематологическим показателям, а также массовым коэффициентам внутренних органов и по содержанию общего селена в крови и моче.

В ходе выполнения хронического опыта изучалось действие ГФС на уровнях 0,2 мг/м3; 0,7 мг/м3 и 1,2 мг/м3.

Состояние организма животных оценивалось по 16 показателям:

- физиологические: норковый рефлекс - (НР), спонтанно-двигательная активность -(СДА), статическое мышечное напряжение - (СМИ);

- массовые коэффициенты: легких, печени, почек, селезенки, семенников;

- биохимические: содержание пировиноградной кислоты в сыворотке крови - (ПВК), глутатион-Н202-оксидоредуктаза - (ГПО), устойчивость липопротеинового комплекса -(ЛПК), восстановленный глутатион - (ОЭН);

- гематологические (содержание гемоглобина, количество эритроцитов, ретикулоцитов и лейкоцитов).

Обследование животных проводили за месяц до ингаляционного воздействия, через 1, 2, 3 и 4 месяца после начала воздействия и через I месяц после его окончания. Количество животных в каждой обследуемой группе, для каждого срока - 24, всего 96. Определение общего содержания селена в биологических субстратах также проводили в эти же сроки.

Математико-статистическая обработка полученных результатов измерений проводилась по общепринятым методикам [Чарыков А.К.,1984; Доерфель К., 1969; ГОСТ Р ИСО, 2002]. Статистические гипотезы проверялись при уровне значимости р < 0,5.

Для определения зависимости токсического эффекта от концентрации ГФС был использован метод, предложенный IO.H. Катульским (2001г.), который дает возможность оценить состояние здоровья животных с помощью обобщенного показателя. Данный показатель характеризует отклонение состояния организма животных от «идеала», соответствующего средним значениям исходных показателей в контроле.

РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИЯ И ИХ ОБСУЖДЕНИЕ

Санитарно-химичсский контроль воздуха рабочей зоны состоит из двух этапов: 1) отбора пробы; 2) количественного определения анализируемого вещества в пробе.

Основным критерием качества пробоотбора является получение представительной пробы анализируемого воздуха в натурных условиях при обеспечении сохранности и постоянства ее химического состава, степень соответствия пробоотбора этому критерию задается требованиями ГОСТа 12.1.005-88 « Общие санитарно-гигиенические требования к воздуху рабочей зоны», а также ГОСТа 12.1.016-79 «Воздух рабочей зоны. Требования к методикам измерения концентраций вредных веществ» (в настоящее время ГОСТ Р ИСО 5735-2-2002). При разработке методов определения количественного содержания вредных веществ в воздухе рабочей зоны необходимо выполнение следующих условий:

- предел обнаружения (в мг/м3) должен обеспечивать определение химического соединения на уровне Vi ПДК при длительности отбора проб не более 15 минут;

- степень поглощения определяемого химического вещества из воздуха должна составлять не менее 95%;

- максимальная суммарная погрешность измерения при определении вредного вещества из воздуха не должна превышать ± 25%;

- избирательность метода должна обеспечивать достоверное определение анализируемого вещества в присутствии сопутствующих примесей.

Для оценки соответствия этим требованиям нами были исследованы все известные на сегодняшний день способы фотоколориметрической индикации соединений селена.

Оказалось, что наиболее полное улавливание ГФС из газо-воздушной смеси обеспечивается при его поглощении н-бутиловым спиртом, насыщенным иодидом калия, а минимально определяемая концентрация вещества, поддающаяся спектрофотометрическому определению, составляет 0,1 мг/м3.

Из факторов, влияющих на эффективность отбора проб, наибольшее влияние оказывают скорость и продолжительность аспирации исследуемого воздуха через поглотительную систему. Скорость аспирации можно считать оптимальной, если она согласуется со скоростью растворения или химического взаимодействия улавливаемого вещества.

Полученные нами результаты изучения влияния скорости отбора проб воздуха на полноту поглощения ГФС, свидетельствуют о том, что наиболее полное улавливание ГФС достигается при скорости аспирации, равной 1 л/мин. Это позволило сделать вывод о том, что при аспирационном способе отбора проб ГФС объем протягиваемого воздуха рабочей зоны через поглотительный прибор для определения 0,1 мг/м3 должен составлять 10 м3, а время, необходимое для этого - 10 минут.

С целью устранения «проскока» отбор проб воздуха рабочей зоны проводили в два последовательно соединенных поглотительных прибора с пористой пластинкой №2. Применение данных поглотителей обеспечивает равномерное распределение пузырьков проходящего воздуха через поглотительную жидкость.

В основу разрабатываемого нами фотометрического метода определения ГФС была положена известная качественная реакция соединений селена (IV) с 3,3 - диаминобензиди-ном, который образует в кислой среде трудно растворимый в воде комплекс - пиазееленол или при определенном соотношении реагентов -дипиазееленол.

При определении градуировочных характеристик были выявлены оптимальные условия индикации ГФС, а также исследовано влияние различных факторов на величину свето-поглощения пиазееленола в толуоле и воде.

Полученные результаты измерений 9 серий градуировочных растворов (в каждой серии не менее 7 параллельных определений) показали, что важную роль при определении ГФС играет рН среды проведения реакции. Было установлено, что при рН = 2 в большей степени образуется симметричный дипиазееленол, так как наибольшая интенсивность окраски растворов толуола наблюдается именно при этой величине и двукратном избытке раствора 3,3-диаминобснзидина, (рис.1). Оптимальное время для развития шкальной окраски составляет 30 минут. Увеличение времени для протекания реакции образования комплексной соли

не дает значимых изменений в окраске растворов, а также не влияет на величину оптической плотности шкальных растворов.

Рис.1. Зависимость светопоглощеиия от рНрастворов.

Общепризнанной и объективной характеристикой возможной чувствительности фотометрического определения является величина молярного коэффициента светопоглощения е, который характеризует внутренние свойства вещества.

Нами были рассчитаны молярные коэффициенты для шкалы стандартных растворов селена (IV) при X = 420н.м. и определена их зависимость от времени выдерживания проб (табл. 1).

Таблица 1.

Молярные коэффициенты поглощения продуктов реакции стандартного раствора селена с 3,3 - диаминобензидином

(п = 5)

Время выдерживания, мин. Молярные коэффициенты поглощения при содержании селена

0,5мкг/см' 1 мкг/см' 3 мкг/см' 5 мкг/см'

5 0,95' 10' 1,58 10' 1,53 10' 1,53 ■ 10'

30 1,3 10' 1,57' 1С 1,53 10' 1,52' 10'

60 1,55' 10' 1,57 10' 1,53 ' 10' 1,55 103

Полученные данные свидетельствуют о том, что зависимость спектра поглощения пиазосеяенола от длины волны е=/(X) с течением времени не изменяется. Закон Ламбе рта-Бугера-Бера соблюдается в заданном диапазоне концентраций, молярный коэффициент поглощения остается величиной постоянной, окрашенный продукт реакции имеет достаточно интенсивное и устойчивое окрашивание, полученные результаты стабильны во времени. Это позволяет использовать данную реакцию для количественного и качественного определения гексафторида селена.

По данным Центральной заводской лаборатории Зеленогорского электрохимического комбината в воздухе рабочей зоны совместно с парами ГФС, который является одним из промежуточных продуктов электрохимического производственного цикла при получении чистого селена, может присутствовать лишь гексафторид теллура.

При выборе реактива для качественной реакции на ионы селена мы руководствовались, прежде всего, избирательностью и селективностью данного способа определения, поэтому нами был выбран 3,3 - диаминобензидин, так как теллур не взаимодействует с этим комплексообразующим реактивом.

Для оценки влияния фтора (водный раствор) на определение содержания ГФС была проведена серия опытов. При этом в качестве стандартного раствора селена использовали рабочий раствор с содержанием селена 1 мкг/мл, а в качестве добавки - раствор плавиковой кислоты с содержанием 0,5, 1, 3, 5, 10,15,20, 30,50, 80, 100,200, 300, 400, 500 мкг/мл фтора.

Было установлено, что присутствие фтора на определение ГФС не оказывает значительного влияния. Определяемая концентрация серии стандартных растворов селена, с добавкой и без нее, удовлетворяет требованиям, предъявляемым к погрешности измерений фотометрическим методом.

Расчет погрешности измерения показал, что: случайная погрешность а(А) или Е составила 12,0%; не исключаемая систематическая погрешность (A«) или 0 равна 18,1%, а суммарная погрешность результата анализа Д = ± 22%, что удовлетворяет условиям ГОСТ Р ИСО 5735-2-2002.

Апробация метода в условиях производства на основе межлабораторных испытаний показала, что воспроизводимость, правильность и сходимость результатов измерений удовлетворительны. Все выполненные измерения ЦЗЛ (Зеленогорский ЭК) и лаборатории НИИ Биофизики ATTA удовлетворяют условиям, предъявляемым к методикам измерения.

Результаты измерения массовой концентрации ГФС в воздухе рабочей зоны производственных помещений и полостях технологического оборудования перед ремонтными ра-

ботами показали, что концентрации ГФС в различных производственных помещениях колеблются от 0 до 4,6 мг/м3, то есть могут превышать расчетную ПДК ГФС (равную 0,11 мг/м3) в несколько десятков раз. Таким образом, существовала реальная возможность интоксикации людей, занятых в данном технологическом процессе.

Для оценки возможности контроля содержания селена в биосредах (крови и моче лиц подвергавшихся ингаляционному воздействию ГФС) в целях медицинского мониторинга и попытки обоснования теста экспозиции были выполнены исследования для разработки соответствующего химико-аналитического приема.

Как известно, выведение из организма металлов, неметаллов и их соединений происходит в основном через почки и желудочно-кишечный тракт. Основным путем выделения селена из организма являются почки [Аникина Л .В., 1989]. Это позволило предположить, что поступающий при ингаляционном воздействии гексафторид селена после различных метаболических превращений также частично выводится с мочой в виде различных соединений селена.

Кроме того известно, что селен присутствует и в крови, в том числе в виде сслснзави-симой глутатионпероксидазы (ГПО). ГПО - найдена практически во всех клетках тканей и биологических жидкостях человека и животных. Во много раз большую активность энзим проявляет в плазме крови, чем в эритроцитах [Никитина Л.П., Иванова В.Н., 1995].

Эти обстоятельства, а также то, что кровь и моча являются наиболее доступными и удобными для анализа биосубстратами, послужили основанием для их выбора в качестве биосред для определения содержания селена в организме.

При этом основные этапы исследования были направлены на:

1) разработку способа отбора и подготовки проб биосубстратов к анализу;

2) определение градуировочных характеристик метода;

3) определение погрешности измерения;

4) изучение мешающего влияния различных веществ, входящих в состав крови и мочи.

В исследованиях биосубстратов применяются различные способы разложения белковых струкгур на простейшие составляющие. Из множества существующих способов нами предлагается использовать метод минерализации с помощью концентрированных соляной (р = 1,185 г/см3) и азотной (р = 1,39 г/см3) кислот. Соляная кислота восстанавливает Бе (VI) до Эе (IV), что играет важную роль при определении содержания общего селена в биологическом материале.

В ходе хронического эксперимента для обнаружения следов воздействия ГФС в моче подопытных животных (крыс) производили ее суточный отбор.

Для анализа брали 200 мкл мочи животного. С помощью микропипетки с одноразовой насадкой вносили мочу в термостойкий химический стакан, содержащий 5 мл концентрированной азотной кислоты. В дальнейшем пробу нагревали на водяной бане до тех пор, пока объем раствора не уменьшится до 0,2 - 0,3 мл. Для полного разложения обычно хватает 40 мин. Затем добавляли 2 мл водного раствора мочевины (1М) для разложения окислов азота и так же нагревали на водяной бане до объема ~ 0,2 мл. В дальнейшем восстанавливали селен (VI) до селена (IV) для чего в пробу вносили 2 мл концентрированной соляной кислоты и нагревали дальше на водяной бане до получения остатка ~ 0,2 мл. Полученный минерализат разбавляли 10 мл горячей дистиллированной воды и в дальнейшем анализировали с помощью фотометрического метода, разработанного для определения гексафторида селена с помощью 3,3-диаминобензидина.

Для определения селена в крови ее отбор производили у животных из сонной артерии. Так как селен находится преимущественно в плазме крови в виде ГПО, то после отбора цельной крови в количестве 3 мл се стабилизировали 0,2 см3 водного раствора гепарина и центрифугировали в течение 15 мин при 3000 об/мин. Для дальнейшего выполнения анализа отбирали 200 мкл плазмы.

Дальнейшая обработка проб плазмы, также как и при обработке проб мочи, требует ее минерализации с целыо разложения белковых молекул и освобождения ионов неорганических соединений для доступности их определения. Для этого 200 мкл плазмы крови переносили в термостойкий химический стакан, содержащий 5 мл концентрированной азотной кислоты. Пробу нагревали на водяной бане до тех пор, пока объем раствора не уменьшался до 0,2 - 0,3 мл. Затем вносили 2 мл концентрированной соляной кислоты и нагревали на водяной бане до получения остатка = 0,2 мл. После чего полученный минерализат разбавляли 10 мл горячей дистиллированной воды и также анализировали с помощью фотометрического метода, разработанного для определения гексафторида селена.

Для определения концентрации селена в присутствии других мешающих соединений неизвестной концентрации н состава мы воспользовались «методом добавок». Для этого сравнивали значения оптической плотности испытуемого раствора и такого же раствора с добавкой точно известного количества определяемого компонента — каждый раз по сравнению с фоном без реактива (табл. 2).

Таблица 2.

Шкала градуировочиых растворов

№ р-ра 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10

раб. р-р Омкг/см3); см3 0 0 0,5 1,0 - - - - - -

раб. р-р (Юмкг/см3); см3 0 0 - - 0,2 0,3 0,4 0,5 0,8 1,0

Умочи, см3 0 0,2

Уконц. НМ)з 5 5 4,5 4 4,8 4,7 4,6 4,5 4,2 4

количество селена (добавки), мкг 0 0 0,5 1,0 2,0 3,0 4,0 5,0 8,0 10

С целью уменьшения ошибки определения раствор №1 используется в качестве холостой пробы, на фоне которого определяется оптическая плотность всех градуировочиых растворов. Для этого среднее значение оптической плотности раствора №1 вычитается из полученных значений оптической плотности для каждого раствора (№2-10).

По полученным данным был получен градуировочный график (рис.2) соответствия средних значений оптических плотностей градуировочиых растворов и концентраций содержащегося в них селена.

0,22-------1

¡2 ! 5 0,16 • I

о . — !

= 0,14 ■

§ 0,12 • !

« 0,1 • ^¿Г .

£ 0,08 • '

о о.об • :

ь 0,04- ^^^

О 0,02 •

0 -1-1-1-1-1-1-1-1-1-1-т-1

0,5 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 содержание Эе, мкг.

Рис.2. Градуировочный график шкалы стандартных растворов селена с мочой.

Аналогичным способом, как и при определении содержания селена в моче, были выполнены измерения шкалы стандартных растворов селена «методом добавок» для крови. Проведены измерения оптической плотности проб и по полученным результатам был построен аналогичный калибровочный график.

Расчет содержания общего селена в биосредах производили по следующей формуле:

С~ ^ мкг/л, //•1000

гдеДЭ - оптическая плотность раствора; К- коэффициент перевода оптического сигнала в содержание, мкг/опт. пл.; ц - количество микролитров пробы взятой на анализ - 200 мкл.

При исследовании биологического материала возникает сложная проблема устранения влияния мешающих определению веществ. Так, в нашем случае определению содержания селена в биосредах могут мешать ванадийСУ) и железо(Ш), которые окисляют диаминобен-зидин с образованием смеси окрашенных продуктов окисления. Однако содержание ванадия в биосубстратах ничтожно мало. Наибольшие концентрации ванадия найдены в костях, печени, почках [Никитина Л.П., Иванова В.Н., 1995]. Поэтому можно считать, что соединения ванадия не влияют на определение содержания селена в крови и моче.

Что касается влияния соединений железа, то при центрифугировании крови мы устраняли основную массу железосодержащих белковых соединений из анализируемого материала (нижний слой - эритроциты). Дополнительно при проведении анализа соединения железа маскировали трилоном - Б.

Метод определения содержания селена в биосредах с помощью 3,3- диаминобензидина практически является специфичным для индикации селена.

Расчет погрешности измерений для данных методов показал, что: случайная погрешность с(Д) составила 12,8%; не исключаемая систематическая погрешность (Асх) равна 19,5%, а суммарная погрешность результата анализа А = ± 23,3%, что удовлетворяет условиям ГОСТ Р ИСО 5735-2-2002.

В ходе хронического ингаляционного эксперимента над животными нами было взято 120 проб крови и 129 проб мочи (суточная) по определению концентрации селена. Полученные данные представлены в табл.3, и рис.3,4, откуда видно, что содержание селена в биосубстратах положительно коррелирует с уровнями воздействия ГФС.

Таблица 3.

Содержание селена в крови и моче животных при хроническом ингаляционном воздействии в гигиенически значимых концентрациях

(количество животных в каждой группе — 6).

Биосреда Конц. ЭР« в воздухе ин-галяц. камер, мг/м3 Содержание селена в крови и моче (мкг/л) в различные сроки наблюдения (мес.)

1 2 3 4 1мес. воссг.

кровь контроль 23,3 ±7,8 20,5 ±4,7 18,8 ±5,0 21,9 ±0,027 18,5 ±0,08

0,2 36,2 ±9,4 29,7 ±5,9 38,5 ±11,8* 39,6 ±13,8 27,4 ±6,4

0,7 50,4 ±14,1* 56,0 ± 18,5* 58,5 ±21,1* 60,5 ±23,3* 36,6 ± 12,9*

1,2 63,81 ■ ± 18,7* 67,3 ±20,8* 68,5 ± 25,0* 70,5 ±24,7* 60,5 ± 17,7*

моча контроль 4,0 ±0,8 4,1 ±1,1 4,9 ± 1,4 4,7 ±1,3 4,3 ± 0,8

ОД 5,1 ±3,8 9,2 ±2,9* 9,1 ±3,3 9,6 ±3,9* 5,5 ±0,8

0,7 10,2 ±3,4* 12,3 ±3,4* 15,1 ±4,5* 14,5 ±5,1* 12,1 ±4,6*

1,2 • 12,3 ±0,6* 18,2 ±6,7* 18,6 ±7,2* 18,9 ±5,1* 15,6 ±5,8*

* отличия от контроля статистически достоверны при уровне значимости р<0,05.

контроль 0,2 иг/иЗ 0,7 ыг/ыЗ 1,2 иг/иЗ

Рис. 3. Динамика изменения содержания селена в моче в зависимости от уровня воздействия ГФС.

контроль 0,2 мг/мЗ 0,7 мг/мЗ 1,2мг/иЗ

Рис. 4. Динамика изменения содержания селена в крови в зависимости от уровня воздействия ГФС.

Так, в контрольной группе содержание селена соответствует нижнему пределу нормы, т.е. более 20 мкг/л для крови крыс и 5 мкг/л для мочи.

При статистической обработке полученных данных установлено, что в случаях воздействия гексафторидом селена на уровнях 0,7 и 1,2 мг/м3, содержание селена в биосредах статистически достоверно отличается от контроля (р < 0,05), а при воздействии ГФС на уровне 0,2 мг/м3 содержание селена в биосредах проявляло тенденцию к повышению к 3 - 4 месяцу ингаляционного воздействия. Так, для крови максимальное повышение содержание селена отмечено на 3 месяц затравок, а для мочи максимальные отклонения от контроля отмечены на 4 месяц ингаляций. При этом между содержанием селена в крови и таковым в моче животных, подвергавшихся хроническому ингаляционному воздействию ГФС, наблюдается тесная корреляционная связь (гв = 0,88).

После прекращения ингаляций содержание селена и в крови, и в моче снижалось до контрольного уровня лишь у тех животных, которые вдыхали ве^ в концентрации равной 0,2 мг/м3, а при более высоких уровнях воздействия, одного месяца восстановительного периода оказалось недостаточно для достижения контрольных значений.

Таким образом, по динамике величины содержания селена в моче и крови можно опосредованно судить о возможности патологических проявлений в зависимости от уровня и продолжительности контакта с гексафторидом селена.

Для оценки применимости метода определения ГФС в воздухе рабочей зоны и биосредах мы воспользовались также критерием, заключающимся в оценке возможности выявления общих для токсического действия закономерностей с его помощью.

К таким закономерностям в первую очередь относится существование зависимости едоза - эффект», а также стадийность токсического процесса, являющиеся одним из основополагающих обобщений в токсикологии. Данные обобщения заключаются в признании того, что большей дозе в общем случае соответствует большая выраженность эффекта, при этом, как правило, через некоторое время после начала воздействия выраженность эффекта повышается, а затем снижается.

Таким образом, при экспериментальной проверке пригодности метода нам необходимо было установить, подчиняются ли эффекты, вызываемые уровнями, заданными с его помощью, такой дозовременной зависимости. Очевидно, что ее наличие могло также служить дополнительным подтверждением адекватности метода.

Такого рода критерий можно определить как предметно-ориентированный, в данном случае - токсикологически ориентированный. Конечно, он может выступать только лишь как вспомогательный. Однако он позволяет не только еще раз убедиться в пригодности метода, но с помощью этого критерия можно также оценить, достаточна ли его чувствительность для выявления уровней воздействия, вызывающих пороговые эффекты. Это особенно важно, если в токсикологическом эксперименте не определены недействующие уровни.

Для выявления зависимости токсического эффекта от уровней и времени воздействия ГФС использовались результаты хронического эксперимента (в течение трех месяцев), в котором изучалось действие трех концентраций вещества (0,2, 0,7 и 1,2 мг/м3) на белых беспородных крыс. При этом величина токсического эффекта оценивалась показателем 5, отражающим отклонение состояния организма подопытных животных от такового у контрольных [Катульский Ю.Н., 2001]. Данное состояние оценивалось через 1,2 и 3 месяца после начала воздействия, а также в восстановительном периоде (через месяц после завершения воздействия) с помощью 16 исходных показателей, по которым рассчитывалась величинах.

В качестве исходных были взяты показатели:

- физиологические: норковый рефлекс - (НР), спонтанно-двигательная активность -(СДА), статическое мышечное напряжение - (СМИ);

- массовые коэффициенты: легких, печени, почек, селезенки, семенников;

- биохимические: содержание пировиноградной кислоты в сыворотке крови - (ПВК), глутатион-НгОг-оксидоредуктаза - (ГПО), устойчивость линопротеинового комплекса -(ЛПК), восстановленный глутатион - (вЭН);

- гематологические (содержание гемоглобина, количество эритроцитов, ретикулоцитов и лейкоцитов).

Полученные результаты представлены в табл.4, и рис. 5-7.

Таблица 4.

Отклонение состояния организма животных от контроля (показатель 5) при хроническом действии ГФС, (п = б)

Концентрация Время воздействия Восстановительный

ГФС, мг/м3 1 месяц 2 месяца 3 месяца период

0,2 2,55 ±0,10* 3,13 ±0,12* 0,58 ± 0,23 0,94 ±0,10

0,7 3,66 ±0,19* 4,06*± 0,03* 0,92 ±0,21 1,10 ± 0,41

1,2 5,42 ±0,31* 7,37 ±0,41* 1,19± 0.51 0,68 ± 0,36

контроль 1,00 ±0,31 1,00 ±0,45 1,00 ±0,42 1,00 ± 0,45

♦отличие от контроля при доверительной вероятности а < 0.01.

12 3 восст время, мес.

Рис.5. Дозовременная зависимость эффекта (Б) действия ГФС.

восст.

время, мес.

0,2мг/мЗ

-0,7мг/мЗ

-1,2мг/мЗ

-контр.

Рис.6. Зависимости «время—эффект» действия ГФС.

—х— 1мес. —♦— 2мес. ■ А Змее. —«—восст. пер.

Рис. 7. Зависимости «концентрация — эффект» при действия ГФС

Из таблицы и рисунков видно, что токсический эффект при хроническом действии ГФС имеет ярко выраженную дозовременную зависимость. При этом наблюдается как закономерное увеличение реакции организма животных при росте уровня воздействия, так и ее изменение в течение времени воздействия (стадийность процесса). Здесь обнаруживается и стадия первичных реакций (первичной декомпенсации), которая наблюдается, как правило, через 1 месяц после начала затравок, и стадия физиологической адаптации, которая сменяется стадией компенсированной патологии. Все это в полной мере соответствует существующим представлениям о реакции организма на вредное воздействие [Копанев В.А., Гинзбург Э.Х., Семенова В.Н., 1988].

При этом необходимо обратить особое внимание на стадийность протекания процессов в организме животных. Так, рассчитанные по данным таблиц 3 и 4 коэффициенты корреляции Спирмэна между состоянием организма животных и содержанием селена в крови, которые оказались равными rs = 0,97 для 1-го и 2-го месяца хронического эксперимента, и rs = 0,82 для 3-го месяца и I месяца восстановительного периода, а также между состоянием организма и содержанием селена в моче rs = 0,97 для 1-го и 2-го месяца, и rs = 0,5 для 3-го месяца и восстановительного периода, достоверно отличаются от ноля при уровне значимости р < 0,05. В то же время корреляция между состоянием организма и содержанием селена в биосредах, определяемая по всей совокупности данных, полученных за весь период наблюдений (от 1-го месяца вплоть до восстановительного периода), отсутствовала.

Нетрудно видеть, что этот феномен является следствием значительного различия между наблюдаемыми отклонениями состояния организма от «нормы» на различных стадиях процесса. Так, через 1 и 2 месяца величина S изменялась от 2,55 до 7,37, а через 3 месяца и в восстановительном периоде она находилась в пределах от 0,68 до 1,19 {табл. 4). ПЬэтому корректная оценка состояния организма, основанная на использования содержания селена в биосредах для обоснования тест-экспозиции информации о содержании селена в биосредах, возможна лишь с учетом стадии интоксикации.

Полученные результаты все же позволяют нам сделать предположение о возможности использования содержания селена в биосредах для обоснования тест-экспозиции.

Очевидно, что зарегистрированная дозовременная зависимость является дополнительным подтверждением применимости метода определения концентрации ГФС в воздухе, поскольку с его помощью в эксперименте задавались и контролировались уровни воздействия этого соединения.

Полученная зависимость позволила также оценить пороговые уровни воздействия ГФС. Для этого мы использовали способ, предложенный Ю.Н.Катульским. Он заключался в

получении математической модели дозовременной зависимости токсического эффекта и определении с ее помощью доз (концентраций), не вызывающих на всем протяжении воздействия эффектов, превышающих заданный пороговый уровень. При этом дозовременная зависимость представляется в виде совокупности регрессионных моделей дозовых зависимостей токсического эффекта, полученных для всех сроков наблюдения.

Поскольку в нашем случае статистически значимые отклонения состояния организма подопытных животных от контроля наблюдались только через 1 и 2 месяца после начала воздействия (табл.4., рис. 5-7), то очевидно наблюдаемые дозовые зависимости и их регрессионные модели имеют смысл только для этих сроков. Что касается третьего месяца и восстановительного периода, то отсутствие значимых отличий величин 5 от контрольных значений позволяет считать их равными последним, т.е. 5=1. Тогда, учитывая, что дозовые зависимости величин Смогут быть аппроксимированы функциями вида

5 = 60 +6,1пС,

где 6о, Ь\ - коэффициенты [Катульский Ю.Н. 1997], была получена следующая модель дозовременной зависимости токсического эффекта ГФС при его хропическом действии: ' 5, = 4,75 +1,481п С; Ь0 ) = 0,23; ) = 0,24; В = 0,88; Р=38,2

=6,09 +2,081п С; ^(6о) = 0,34; 5(1^) = 0,35; £ = 0,74; /г = 15,94 г

£3 =1

де 51, ¡2,5з - величина показателя 5 через 1,2 и 3 месяца после начала воздействия; С - концентрация ГФС; ¿(Ьо) и ¿(¿О - стандартные ошибки соответствующих коэффициентов уравнения регрессии; £> - коэффициент детерминации, равный доле дисперсии величины 5, учитываемой уравнением регрессии; Р - расчетная величина /''-критерия адекватности регрессии, табличное значение которого при доверительной вероятности а=0,01 в данном случае равно

Нетрудно видеть, что статистические характеристики полученной модели свидетельствуют о ее адекватности и корректности описания рассматриваемой зависимости, что позволяет использовать эту модель для оценки пороговых уровней ГФС. В данном случае признано целесообразным, в качестве такового принять максимально недействующую концентрацию (МНК).

Учитывая смысл МНК, ее можно определить как концентрацию, соответствующую максимальной величине показателя 5, которая статистически значимо (при заданном уровне значимости р) еще не отличается от его значения в контроле, т.е. от .9=1. Очевидно, что эта величина будет соответствовать верхней границе доверительного интервала показателя 5 в соответствующей контрольной группе при данном уровне значимости.

Исходя из этого, было определено, что при р = 0,05 = 1,622 , й'рог. 2= 1,913. Подставив эти значения в модель дозовременной зависимости, получили при се преобразовании следующую систему неравенств:

4,75 +1,481п С <1,622 6,09 + 2,081п С <1,913 откуда было определено Стах= 0,12 мг/м3.

Таким образом, величина 0,12 мг/м3 может служип» оценкой максимально неэффективной концентрации ГФС при его хроническом действии.

В свою очередь расчетное значение ПДК, определенное по данным о пороге раздражающего действия ГФС, оказалась равным 0,11 мг/м3.

ВЫВОДЫ

1. Научно обоснован и разработан метод фотометрического измерения массовой концентраций гексафторида селена в воздухе рабочей зоны основанный на взаимодействии ионов селена с 3,3 -диаминобензидином, с образованием окрашенного комплексного соединения дипиазееленола, который отвечает всем требованиям, предъявляемым к методикам измерения содержания вредных веществ в объектах окружающей среды.

2. Научно обоснован и разработан метод фотометрического измерения содержания общего селена в крови и моче основанный на взаимодействии ионов селена с 3,3 -диаминобензидином, с образованием окрашенного комплексного соединения дипиазееленола, который отвечает всем требованиям, предъявляемым к фотометрическим методам измерения.

3. Между содержанием селена в организме и уровнями воздействия ГФС существует прямая корреляционная связь.

4. При воздействии ГФС между состоянием организма и содержанием селена в крови н моче существует прямая корреляционная связь, что позволяет производить оценку этого состояния по концентрациям селена в данных биосредах. При этом следует иметь ввиду, что количественные параметры этой зависимости на разных стадиях интоксикации различны, так на стадии «первичной декомпенсации» воздействие ГФС приводит к значительному отклонению состояния организма от «нормы», а на стадии «физиологической адаптации» эти отклонения не значительны.

5. Максимально неэффективная концентрация ГФС, устанввленная по дозовой зависимости при его хроническом действии, составляет 0,12 мг/м3, что практически совпадает с величиной ПДК (0,11 мг/м3), рассчитанной по порогу раздражающего действия, данные ис-

следования были использованы при установлении ПДК гексафторида селена в воздухе рабочей зоны.

б. Предварительными исследованиями установлено, что в рабочих помещениях производства селена уровень содержания ГФС в ряде случаев превышает максимально неэффективную концентрацию в 40 и более раз.

Список публикаций по теме диссертации.

1. Горбунова О.В., Богачук Г.П., Юшков Г.Г. К проблеме разработки фотометрического метода определения гексафторида селена в воздухе рабочей зоны применительно к условиям контроля на уровне экспериментально обоснованной ПДК. // Экологическая безопасность и устойчивое развитие. Сб. докладов / Пятая международная экологическая конференция студентов и молодых ученых. Москва, МГГУ., 2001 г. Том 2.-Смоленск, Ойкумена, 2001 г. -с.315-317.

2. Горбунова О.В. Критериально-значимые показатели при оценке вредного воздействия гексафторида селена. Сб. докладов/ Четвертая международная научно-практическая конференция (МК-61-61) «Экология и жизнь». Пенза, Приволжский дом знаний. 2001.

3. Горбунова О.В., Юшков Г.Г. Количественное определение гексафторида селена в воздухе рабочей зоны. // Сборник научных трудов: Естественные и технические науки. Социально-гуманитарные и экономические науки. -Ангарск: АГТА, 2001. -с. 247-251,

4. Горбунова О.В., Юшков Г.Г. 1С проблеме разработки метода определения гексафторида селена применительно к условиям экспериментального обоснования ПДК в воздухе рабочей зоны. // Тезисы докладов научно-технической конференции: Современные технологии и научно-технический прогресс. -Ангарск, АГТА, 2001 г.

5. Горбунова О.В. Химико-аналитический контроль в обеспечении гигиенических нормативов содержания вредных веществ в объектах окружающей среды. Научно-практическая конференция «Актуальные вопросы природоохранной политики в регионе»., Сб. тезисов докладов «Байкал: экология, природопользование», -Иркутск, «СибЭксно-Центр», 2001 г.

6. М.М. Бун, Горбунова О.В. Гистохимическая оценка тканей крыс при остром воздействии гексафторидом селена. // Сборник материалов четвертой молодежной научной конференции СО РАМН. «Фундаментальные и прикладные проблемы современной медицины», Новосибирск, 2002 -с.46-47.

7. Горбунова О.В. Химико-аналитические исследования в системе гигиенического нормирования (на примере SeFü). -Ангарск: АГТА, 2002.

8. Горбунова О.В., Юшков Г.Г. Химико-аналитическое обеспечение в токсикологии на примере гексафторида селена. // Сб. тезисов докладов 2-го съезда токсикологов России. Москва, 2003 г.

9. Й-С ВахршЬ М.М. Бун, О.В. Горбунова, и соавт. Исследование сравнительной острой ингаляционной токсичности гексафторида германия и гексафторида селена. // Сб. тезисов докладов 2-го съезда токсикологов России. Москва, 2003 г.

10. Горбунова О.В., Юшков Г.Г. Фотометрическое определение гексафторида селена в воздухе рабочей зоны. ГиС. - 2004. - №4. - с. 74 - 75.

11. Горбунова О.В., Юшков Г.Г. Оценка возможности использования метода определения содержания селена в биосредах в качестве количественного критерия накопления вещества в организме при хроническом ингаляционном воздействии. -Ангарск: ATTA, 2004.

12. Юшков Г.Г., Бун М. М., Горбунова О.В. и соавт. Гигиеническое нормирование гексафторида селена в воздухе рабочей зоны. ГиС. - 2005. - №1. (принята к опубликованию).

Список сокращений используемых в тексте

ГПО - глутатион-НаОг-оксидоредукгаза

ГСО - государственные стандартные образцы

ГФС - гексафторид селена

ЛДГ - лактатдегидрогеназа

ЛПК - липопротеиновый комплекс

МНК - максимально недействующая концентрация

НР - норковый рефлекс

ПВК - пировиноградная кислота

ПДК - предельно допустимая концентрация

СДА - спонтанно двигательная активность

СДГ - сукцинатдегидрогеназа

СМИ - статическое мышечное напряжение

ОЗН - восстановленный глутатион, 8Н-глутатион

Изд. лиц. ИД № 06003 от 05,10.2001. Подписано в печать 21.10.2004. Формат 60x84/16. Печать офсетная. Усл.печ. л. 1,6. Уч.печ. л. 1,6. Тираж 100 экз. Заказ 449.

Ангарская государственная техническая академия 665835, Ангарск, ул. Чайковского, 60

РНБ Русский фонд

2007-4 17968

Охрана окружающей среды и здоровья человека является одной из наиболее важных государственных проблем [46], решение которой во многом зависит от возможности правильно определить действительный уровень загрязнения окружающей, в том числе производственной, среды вредными веществами, а также установить характер и степень его влияния на здоровье человека.

Сибирь — это регион с одной из самых высоких техногенных нагрузок в стране. Здесь действуют крупные предприятия химической, нефтехимической, лесоперерабатывающей промышленности, предприятия цветной металлургии, также высок вклад в загрязнение окружающей среды предприятий теплоэнергетики и автотранспорта, выбросы которых могут оказывать негативное влияние на организм людей. Повышение качества производственной среды на промышленных предприятиях предусматривает внедрение гигиенических нормативов [23], обеспечивающих безопасность труда рабочих в условиях производства потенциально опасных химических веществ и соединений.

Производство чистых металлов, таких, например, как селен, характеризуется большим количеством промежуточных стадий и связан с применением сильных окислителей (таких как фтор) и восстановителей. ГФС является исходным продуктом в производственном цикле получения чистого селена. Он представляет собой газообразное вещество и по своим физико-химическим свойствам имеет возможность достаточно легко попадать в воздух окружающей среды, что может привести к неблагоприятным изменениям в состоянии здоровья контактирующих с ним лиц.

Между тем, до недавнего времени гигиенические нормативы для гексаф-торида селена в объектах окружающей среды, в частности в воздухе рабочей зоны, а также практически применяемые методы определения его содержания в этих объектах отсутствовали, что и определило цель и задачи данной работы, а также ее актуальность.

Цель данной работы - научное обоснование и разработка методов определения ГФС в воздухе рабочей зоны и биосредах, пригодных для гигиенического нормирования и контроля за загрязнением, а также оценка пороговых уровней воздействия ГФС.

Для достижения этой цели были определены следующие задачи исследования:

1. Научно обосновать и разработать фотометрический метод количественного определения ГФС в воздухе рабочей зоны.

2. Научно обосновать и разработать фотометрический метод определения содержания общего селена в биосредах (кровь, моча).

3. Оценить применимость методов на практике в условиях производства и токсиколого-гигиенического эксперимента.

4. Установить возможность оценки состояния организма по уровню содержания селена в биосредах при воздействии ГФС.

5. Оценить величину пороговых уровней воздействия ГФС.

Научная новизна.

Научно обоснован новый фотометрический метод определения малых концентраций ГФС в воздухе рабочей зоны, пригодный для гигиенического регламентирования. Метод отличается высокой специфичностью, сравнительной легкостью выполнения и высокой точностью измерений.

Впервые разработан относительно простой спектрофотометрический метод определения содержания общего селена в биосредах, пригодный для использования в медицинских учреждениях.

Впервые установлено, что при хроническом действии ГФС изменение состояния организма прямо коррелирует с содержанием общего селена в крови и моче, однако хроническое отравление не сопровождается его выраженной материальной кумуляцией в моче и крови. При этом степень изменения состояния организма на разных стадиях процесса различна, а максимально неэффективная концентрация ГФС в воздухе рабочей зоны оценивается величиной 0,12 мг/м3.

Впервые получены данные о том, что в воздухе рабочей зоны концентрации достигают 40-ка кратного превышения установленного порога (максимально неэффективной концентрации - МНК).

Внедрение в практику.

1. Результаты исследований позволили обосновать величину ПДК гек-сафторида селена в воздухе рабочей зоны (0,2 мг/м ), утвержденную Комиссией по государственному санитарно-эпидемиологическому нормированию.

2. Разработанный фотометрический метод измерения массовых концентраций гексафторида селена в воздухе рабочей зоны в виде методических указаний утвержден Главным государственным санитарным врачом РФ Г.Г. Они-щенко 29.06.2003 г. за номером МУК 4.1. 1717 -03.

3. Результаты исследований внедрены в работу ПромСанХим лаборатории (ЦЗЛ, Зеленогорский ЭК), отраслевого Центра ГСЭН, используются в исследовательском процессе НИИ Биофизики АГТА.

Апробация работы. Основные материалы диссертации представлены и обсуждены на:

1. Пятой международной экологической конференции студентов и молодых ученых «Экологическая безопасность и устойчивое развитие». Москва, МГГУ. 18-19 апреля 2001 г.

2. Четвертой международной научно-практическая конференции (МК-61-61) «Экология и жизнь». Пенза, Приволжский дом знаний. 2001г.

3. Всероссийской научно-практической конференции: Оценка риска для здоровья от неблагоприятных факторов окружающей среды: опыт, проблемы и пути их решения. Ангарск: АГТА, 2002 г.

4. Четвертой молодежной научной конференции СО РАМН. «Фундаментальные и прикладные проблемы современной медицины», Новосибирск, 2002г.

5. Научно-технических конференциях ATTA «Естественные и технические науки». Ангарск, 2001 - 2002 г.г.

6. II съезде токсикологов России СО РАМН. «Токсиколого-гигиенический мониторинг, компьютерное моделирование и информационное обеспечение в токсикологии», секция 1. Профилактическая токсикология. Москва, 2003 г.

Основные положения, выносимые на защиту:

1. Разработанный фотометрический метод измерения массовых концентраций ГФС в воздухе рабочей зоны по всем параметрам, в том числе чувствительности, селективности и погрешности, отвечает всем требованиям, предъявляемым нормативными документами к фотометрическим методам ГОСТ Р ИСО 5735-2-2002 (ранее ГОСТ 12.1.016-79).

2. Разработанный фотометрический метод измерения концентрации селена в крови и моче обеспечивает необходимую для контроля содержания этого вещества в биосредах чувствительность, селективность и погрешность измерений.

3. При хроническом действии гексафторида селена изменения в состоянии организма коррелируют с концентрацией вещества в биосредах, однако выраженность этих изменений зависит от стадии процесса.

4. Максимально неэффективная концентрация ГФС при его хроническом действии оценивается величиной 0,12 мг/м3.

выводы

1. Научно обоснован и разработан метод фотометрического измерения массовой концентрации гексафторида селена в воздухе рабочей зоны, основанный на взаимодействии ионов селена с 3,3 -диаминобензидином с образованием окрашенного комплексного соединения дипиазселенола, который отвечает всем требованиям предъявляемым к методикам измерения содержания вредных веществ в объектах окружающей среды.

2. Научно обоснован и разработан метод фотометрического измерения содержания общего селена в крови и моче, основанный на взаимодействии ионов селена с 3,3 -диаминобензидином с образованием окрашенного комплексного соединения дипиазселенола, который отвечает всем требованиям предъявляемым к фотометрическим методам измерения.

3. Между содержанием селена в организме и уровнями воздействия ГФС существует прямая корреляционная связь.

4. При воздействии ГФС между состоянием организма и содержанием селена в крови и моче существует прямая корреляционная связь, что позволяет производить оценку этого состояния по концентрациям селена в данных биосредах. При этом следует иметь ввиду, что количественные параметры этой зависимости на разных стадиях интоксикации различны, так на стадии «первичной декомпенсации» воздействие ГФС приводит к значительному отклонению состояния организма от «нормы», а на стадии «физиологической адаптации» эти отклонения не значительны.

5. Максимально неэффективная концентрация ГФС, установленная по до-зовой зависимости при его хроническом действии, составляет 0,12 мг/м3, что практически совпадает с величиной ПДК (0,11 мг/м ), рассчитанной по порогу раздражающего действия, данные исследования были использованы при установлении ПДК гексафторида селена в воздухе рабочей зоны.

6. Предварительными исследованиями установлено, что в рабочих помещениях производства селена уровень содержания ГФС в ряде случаев превышает максимально неэффективную концентрацию в 40 и более раз.

Глава 6. ЗАКЛЮЧЕНИЕ

По имеющимся на сегодняшний день данным можно с полной уверенностью сказать, что практически все неорганические соединения селена обладают выраженной токсичностью [16,18,77,99]. Газообразные производные селена уже в малых концентрациях вызывают головную боль, раздражение верхних дыхательных путей, продолжительную потерю обоняния и затяжной насморк [62]. Вместе с тем, ничтожные дозы селенитов (3 мкг на 100 г пищи) предотвращают заболевания некротического характера в печени [18,45].

Однако следует особо отметить тот факт, что нетоксичными являются соединения селена с некоторыми органическими производными, т.е. так называемый биоселен. Объясняется это тем, что органический селен усваивается организмом более полно и принимает участие во всех метаболических превращениях как жизненно необходимый биотик.

Элементарный селен значительно менее токсичен, чем его соединения [77]. Однако соединения селена могут вызвать как острые, так и хронические отравления. Соединения селена вызывают раздражения желудочно-кишечного тракта, воспаление суставов, падение кровяного давления, поражения центральной нервной системы и ряда других симптомов интоксикации [82,90]. Местные реакции проявляются в раздражении слизистых оболочек и кожи.

Сульфид селена обладает канцерогенной активностью, он способен вызвать у белых мышей и крыс первичные опухоли печени и легких [121]. Минеральные и органические соединения селена, легко преодолевая плацентарный барьер, обусловить развитие морфологических дефектов у эмбрионов крыс, свиней, кошек [114].

Любой способ интоксикации приводит к изменению статуса селена в организме: увеличиваются его значения в цельной крови и сыворотке [131], изменяется баланс белков плазмы, развиваются гипо- и диспротоинемия.

В соединении ГФС не менее важно влияние фтора, обладая высокой реакционной способностью и проникая через защитные барьеры организма, он вызывает разнообразные нарушения обмена веществ, что позволяет говорить о политропном влиянии его на организм [77].

Токсическое действие фторидов основано на раздражении верхних дыхательных путей и легких. Вещество гидролизуется в дыхательных путях; продукты разложения действуют на альвеолярный эпителий. Ингаляционное воздействие гексафторидом селена на мышей, крыс, морских свинок и кроликов вызывает затруднение дыхания при 0,005 мг/л и смерть от отека легких при 0,01мг/л [62].

Соединения фтора характеризуются тем, что относительно быстро всасываются через желудочно-кишечный тракт или легкие и выводятся через почечную систему, либо поглощаются кальцифицированными тканями, также они могут проникать через кожу [89]. Существенного накопления в мягких тканях не происходит. Приблизительно половина всосавшихся фторидов выводится с мочой [16,99].

Гексафторид селена является исходным продуктом в производственном цикле получения чистого селена. Это газообразное вещество по своим физико-химическим свойствам имеет возможность достаточно легко попадать в воздух. В производственном цикле, при внутри- и внезаводской транспортировке также возможно попадание ГФС в воздух рабочей зоны.

Возможность присутствия в воздухе рабочей зоны гексафторида селена обуславливает необходимость проведения мероприятий по обеспечению контроля за производственной средой.

В целях гигиенического нормирования и разработки приемлемого метода количественного определения содержания ГФС в воздухе рабочей зоны и в биосредах проведены следующие исследования:

1. Разработка фотометрического метода количественного определения ГФС в воздухе рабочей зоны;

2. Разработка фотометрического метода определения содержания селена в биосредах, с целью установить возможность оценки состояния организма по уровню его концентрации в крови и моче.

3. Определение величин пороговых уровней воздействия ГФС.

При поиске возможных путей определения гексафторида селена были рассмотрены наиболее чувствительные и специфичные методы определения соединений селена, основанные на реакциях образования комплексных соединений с органическими лигандами.

При выборе комплексообразующего реактива руководствовались тем, что в качестве веществ мешающих определению ГФС в воздухе рабочей зоны (подобных производств) может находиться лишь ТеР6. Вследствие чего возникает необходимость использовать реактив, обладающий избирательностью по отношению к селену в присутствие теллура и фтора.

Из двух возможных вариантов, применение серосодержащих комплексо-образующих реактивов и о-диаминов, последние обладают высокой избирательностью к селену, благодаря чему их широко применяют для определения селена в присутствии теллура. В случае применения серосодержащих реактивов, теллур может мешать определению селена. Из о-диаминов лучшим по всем показателям является 3,3 -диаминобензидин, т. к. применение данного реактива дает возможность определять содержание селена, как в водных растворах, так и различных органических растворителях, например - толуоле.

Учитывая тот факт, что для отбора представительной пробы необходима система, поглощающая полностью определяемое вещество, а так же способная в дальнейшем при анализе образовывать соединение, дающее качественную реакцию для определения содержания последнего в воздухе рабочей зоны, для решения этой задачи были опробованы следующие поглощающие системы:

- поглотительный прибор заполненный концентрированной серной кислотой в количестве 10 см3;

- стеклянные трубочки №2, наполненные стеклянными шариками, смоченные 2 см3 концентрированной серной кислотой;

- поглотитель с пористой пластинкой №2, заполненной 10 см3 концентрированной соляной кислоты;

- ионит КУ-2 (обработанный 1М раствором соляной кислоты) помещали в стеклянную трубочку №2 (высота столба Зсм);

- н-бутиловый спирт, насыщенный иодидом калия, который вносили в поглотитель с пористой пластинкой №2 в количестве 8 см ;

Из всех вышеперечисленных поглотительных систем наибольшей поглощающей способностью обладала только система с бутиловым спиртом, насыщенным иодидом калия, которая обеспечивает полное поглощение ГФС из воздушной среды (см. разд. З.2.).

При аспирационном способе отбора проб необходимо учесть объем протягиваемого воздуха через поглотительный прибор, который бы позволил определять не менее Уг ПДК8еР6. Расчетная величина оптимального объема воздуха составляет 10 дм3.

Время необходимое для отбора пробы воздуха рабочей зоны составляет 10 минут.

Минимально определяемая концентрация вещества (Стш), поддающаяся спектрофотометрическому определению равна 0,1 мкг/м3.

Из факторов, влияющих на эффективность отбора проб, наибольшее влияние оказывают скорость и продолжительность аспирации исследуемого воздуха через поглотительную систему. Скорость аспирации можно считать оптимальной, если она согласуется со скоростью растворения или химического взаимодействия улавливаемого вещества.

На основании экспериментально полученных данных (см. табл. 3.1.) было выявлено, что оптимальная скорость аспирации воздуха составляет 1 л/мин. Для обеспечения наиболее полного поглощения ГФС из воздушной среды, отбор проб следует производить в два последовательно соединенных поглотителя с пористой пластинкой №2. Применение данных поглотителей обеспечивает равномерное распределение пузырьков проходящего воздуха через поглотительную жидкость.

Градуировочную характеристику, выражающую зависимость оптической плотности раствора от массы селена, устанавливают по сериям растворов для градуировки (не менее 5). Для приготовления рабочих растворов с содержанием селена 1 и 10 мкг/см3 использовали стандартные образцы водных растворов селена (VI), ГСО № 7340-96 -ь 7342-96, соответствующим разбавлением в дистиллированной воде.

В заданном диапазоне концентраций (от 0 до 10 мкг) установлена линейная зависимость оптической плотности от содержания Бе в пробе, закон Ламберта - Бугера - Бера выполняется. Диапазон концентраций от 0 до 10 л мкг/пробе соответствует содержанию ГФС в воздухе от 0 до 1,0 мг/м .

Нижний предел измерения содержания гексафторида селена в фотомет-рируемом объеме составляет — 0,1 мкг.

Нижний предел измерения концентрации гексафторида селена в воздухе

1 л рабочей зоны равен 0,1 мг/м (при отборе 10 дм воздуха).

Важную роль при определении ГФС играет рН среды проведения реакции. Нами были проанализированы 9 серий градуировочных растворов (в каждой серии не менее 7 параллельных определений) с различным значением рН среды = 2; 2,5; 3 (замеренной рН-метром), и различным объемом добавляемого 3,3-диаминобензидина = 1; 1,5; 2 см .

Очевидно, что при рН = 2 в большей степени образуется симметричный дипиазселенол, так как наибольшая интенсивность окраски растворов толуола наблюдается именно при рН = 2 и двукратном избытке раствора 3,3— диаминобензидина (рис. 3.3.1.).

Оптимальное время для развития шкальной окраски составляет 30 минут. Увеличение времени для протекания реакции образования комплексной соли не дает значимых изменений в окраске растворов, а так же не влияет на величину оптической плотности шкальных растворов (см. табл. З.4.).

При расчете погрешности измерения массовой концентрации ГФС фотометрическим методом руководствовались МИ 2336-95 «Характеристики погрешности результатов количественного химического анализа. Алгоритмы оценивания», а так же ГОСТ Р ИСО 5735-2-2002 (части 1-6).

В результате статистической обработки данных получили: о

- случайная погрешность измерения ст(А) = 12,00%;

- не исключаемая систематическая погрешность (Дсх) или 0 = 18,1%;

- суммарная погрешность результата анализа составляет 22%, что удовлетворяет требованиям, предъявляемым к фотометрическим методам анализа.

В соответствии с ГОСТ Р ИСО 5735-2-2002 были проведены производственные испытания разработанной методики измерения массовой концентрации ГФС в воздухе рабочей зоны и получены данные которые удовлетворяют требованиям межлабораторных испытаний (см. гл. 3.8.).

Методические указания по фотометрическому измерению массовых концентраций гексафторида селена в воздухе рабочей зоны были рассмотрены Комиссией по государственному санитарно-эпидемиологическому нормированию и утверждены Главным государственным врачом РФ 29.06.2003 г. (см. прил. 2).

Также были рассмотрены материалы по обоснованию ПДК гексафторида селена в воздухе рабочей зоны и утверждены на уровне ПДК = 0,2 мг/м3 и присвоен 1 класс опасности с пометкой «*», (см. прил. 2).