ИК- фотометрический метод сильно завышал результаты для проб, содержащих жиры, продукты переработки древесины и большое количество природных органических веществ. Флуориметрический же метод занижал результаты тех проб, в которых основными компонентами были легкие углеводороды (бензин, керосин).
Флуориметрический метод был использован для оценки нефтяного загрязнения данных осадков в Аравийском заливе после разрушения Ираком нефтяных терминалов в Кувейте (Massoudetal.,, 1996). 20 г пробы экстрагировали в аппарате Сокслета смесью дихлорметана и гексана экстракт концентрировали до 1 мл и определяли нефтяные углеводороды на спектрофлуориметре Shimadzu Fl (FOU-3). Для возбуждения использовали линию 310 нм, излучение регистрировали при 360 нм. Результаты выражали в хризеновых эквивалентах. Отмечено, что содержание в осадках органического углерода не может быть использовано в качестве индикатора нефтяного загрязнения в Аравийском заливе.
Большинство методов, которые можно использовать в полевых условиях, основано на измерении паров органических веществ. Они, как правило, хороши для качественного детектирования летучих органических веществ, но дают существенные погрешности из-за малой правильности. Основной источник погрешности – то, что измеряют углеводороды в паровой фазе, а не непосредственно в почве. Поэтому результаты сильно зависят от температуры, летучести определяемых веществ, природы загрязнений (бензин, дизельное топливо, соляровое масло и др.) (Бродский и др., 1998).
Для определения общего содержания углеводородов в воде и почве предложены и другие методы, которые можно использовать в полевых условиях. В комплект для полевых измерений фирмы «Hach» входят два набора реагентов и аппаратуры для иммуноферментного детектирования, а также полуколичественного определения общего содержания углеводородов в воде и почве с помощью карманного колориметра. Использован вариант так называемого энзимо-связанного иммуноадсорбционного анализа (ELlSA). Интенсивность окраски, вызванной образованием ферментных конъюгатов, обратно пропорциональна содержанию углеводородов в пробе. В качестве антигена выступает один или несколько типов нефтяных углеводородов- загрязнителей. Метод основан на конкурентном связывании антигена и конъюгата энзима с иммобилизованным антителом. Предел обнаружения для воды и почвы составляет 10 × 10-6 и 100 × 10-6, соответственно. Наборы антител рассчитаны на детектирование ароматических углеводородов, таких как бензол, толуол, м-ксилол, этил бензол, стирол и гексахлорбензол. Основное применение – для определения течи подземных хранилищ топлива (Бродский и др., 1998).
Пары нефтяных углеводородов часто составляют основную часть летучих органических соединений в воздухе (Исидоров, 1992; Бродский и др., 1997). Их определение основано либо на непосредственном анализе проб воздуха, либо на улавливании и концентрировании определяемых веществ с последующим их анализом, обычно с помощью ГХ или ГХ-МС. Непосредственно определить сумму органических соединений, представляющих собой в городской атмосфере главным образом испарившиеся или несгоревшие остатки моторных топлив, можно прокачиванием воздуха через фотоионизационный (Бродский и др., 1997) или пламенно-ионизационный (Руководство . . . , 1991) хроматографический детектор (без разделения на колонке). Предел обнаружения такой системы с фотоионизационным детектором составляет 0.1 млн-1 , интервал линейности 0.1-2000 млн-1, время отклика - около 3 с.
Как правило, все рутинные методы, используемые для определения НП в окружающей среде, позволяют измерять один количественный параметр, который и является мерой содержания НП в пробе. Вопрос о природе определяемых веществ, сигнал которых использован для оценки этого параметра, остается вне конкретного определения, он решается в рамках разработки методики. Поэтому часто бывает трудно оценить правильность результатов; обычно это требует анализа большой совокупности измерений или сравнения с результатами других методов (Смирнов,1985)
Применение ГХ и ГХ-МС для определения НП в объектах окружающей среды. Метод ГХ (и тем более ГХ-МС) помимо количественной оценки содержания или концентрации НП позволяет одновременно характеризовать качественные параметры - принадлежность определяемого вещества к нефтепродуктам и даже его качественный состав (Хмельницкий и др., 1990; Шляхов, 1984; Хромченко и др., 1981; Бродский и др., 1994; Руденко и др., 1981; Немировская и др., 1997; Бродский, 1985).
Еще в 1968 г. было показано, что ГХ с короткой насадочной колонкой и ПИД является хорошим методом скрининга углеводородных загрязнений в морской воде и в почве (RamsdaleS.Jetal.,1968). Этот метод относительно быстр, так как не требует никакой пробоподготовки; для анализа достаточно нескольких миллиграммов вещества; пробы загрязнений (вода, песок и т.п.) вводят в небольших открытых ампулах. С помощью этого метода можно давать общую классификацию нефтяных загрязнений: сырая нефть, топливо, остатки от промывки танков, остатки на дне танков.
Обычно с помощью ГХ или ГХ-МС определяют следующие характеристики нефтепродуктов (или вообще экстрагируемых органических веществ): распределение н-алканов, наличие и содержание определенных изоалканов, в частности пристана и фитана; наличие и распределение стеранов и тритерпанов, неразрешенную сложную смесь углеводородов (UCM - unresolyed соmр1ех mixture), ароматические углеводороды(OilintheSea…,1985).
Другие методы определения НП в окружающей среде. ВЭЖХ применяли для группового фракционирования нефтяных фракций и аналогичных проб. Основным ограничением этого метода была трудность количественного анализа выделенных фракций. ВЭЖХ с трехмерным флуоресцентным детектированием было предложено использовать для анализа тяжелой фракции выветрившихся нефтей (Buttetal., 1986).
Показана возможность оценки уровня нефтяного загрязнения по результатам определения металлов в донных осадках (Massoudetal., 1996) или по высокотемпературной кислородной окисляемости (Зуев и др., 1995).
1.3 Биотестирование
Под биотестированием (bioassay) обычно понимают процедуру установления токсичности среды с помощью тест-объектов, сигнализирующих об опасности независимо от того, какие вещества и в каком сочетании вызывают изменения жизненно важных функций у тест-объектов. Благодаря простоте, оперативности и доступности биотестирование получило широкое признание во всем мире и его все чаще используют наряду с методами аналитической химии.
Биотестирование как метод оценки токсичности водной среды используется:
- при проведении токсикологической оценки промышленных, сточных бытовых, сельскохозяйственных, дренажных, загрязненных природных и прочих вод с целью выявления потенциальных источников загрязнения,
- в контроле аварийных сбросов высокотоксичных сточных вод,
- при проведении оценки степени токсичности сточных вод на разных стадиях формирования при проектировании локальных очистных сооружений,
- в контроле токсичности сточных вод, подаваемых на очистные сооружения биологического типа с целью предупреждения проникновения опасных веществ для биоценозов активного ила,
- при определении уровня безопасного разбавления сточных вод для гидробионтов с целью учета результатов биотестирования при корректировке и установлении предельно допустимых сбросов (ПДС) веществ, поступающих в водоемы со сточными водами,
- при проведении экологической экспертизы новых материалов, технологий очистки, проектов очистных сооружений и пр.
Тест-объект (test organism) – организм, используемый при оценке токсичности химических веществ, природных и сточных вод, почв, донных отложений, кормов и т.д.
Тест-объекты, по определению Л.П. Брагинского – «датчики» сигнальной информации о токсичности среды и заменители сложных химических анализов, позволяющие оперативно констатировать факт токсичности (ядовитости, вредности) водной среды («да» или «нет»), независимо от того, обусловлена ли она наличием одного точно определяемого аналитически вещества или целого комплекса аналитически не определяемых веществ, какой обычно представляют собой сточные воды. Тест-объекты с известной степенью приближениядают количественную оценку уровня токсичности загрязнения водной среды - сточных, сбросных, циркуляционных и природных вод. Для биотестирования используются различные гидробионты - водоросли, микроорганизмы, беспозвоночные, рыбы. Наиболее популярные объекты - ювенальные формы (juvenile forms) планктонных ракообразных-фильтраторов Daphnia magna, Ceriodaphnia affinis. Семидневный тест на суточной молоди цериодафнии Ceriodaphnia affinis позволяет за более короткий срок (7 суток), чем на Daphnia magna (21 сутки) дать заключение о хронической токсичности воды.
Важное условие правильного проведения биотестирования – использование генетически однородных лабораторных культур, так как они проходят поверки чувствительности, содержатся в специальных, оговоренных стандартами лабораторных условиях, обеспечивающих необходимую сходимость и воспроизводимость результатов исследований, а также максимальную чувствительность к токсическим веществам.
Новое поколение биотестов, разработанных в лаборатории экологической токсикологии и водной экологии (LETAE),(Университет Гент, Бельгия под руководством проф. G. Persoone (http://www.microbiotests.be/) Токскиты предназначены для проведения исследований острой токсичности природных сред и содержат все обходимые материалы для выполнения биотестирования или экотоксикологических исследований (тест-организмы в анабиотическом состоянии, эфиппиумы дафний (resting eggs), покоящиеся яйца коловраток, яйца артемии, культуры водорослей). Toxkit® реализуются вместе со всеми необходимыми приспособлениями, посудой и средами культивирования.