Комплекс включает: электронный блок, электрохимический датчик, программное обеспечение, методическое обеспечение. Электронный блок позволяет в автоматическом режиме выполнять стадии накопления определяемого компонента на рабочем электроде, регистрации и измерения полезного сигнала и регенерации поверхности рабочего графитового электрода. Электрохимический блок связан через коллектор с электронным блоком и включает магнитную мешалку, электрохимическую ячейку, электроды. Индикаторным электродом является уникальный твердофазный графитсодержащий сенсор. Его преимущества перед российскими и зарубежными аналогами: экологическая безопасность; электрохимическая регенерация в процессе анализа; высокая чувствительность и селективность; широкий спектр определяемых элементов, простота и низкая стоимость. Различные варианты этого сенсора запатентованы. Программное обеспечение работает в операционной среде Windows в интерактивном режиме. Программа задает значения всех входных параметров, необходимых для выполнения анализа, обеспечивает математическую обработку аналитических сигналов, расчет концентрации определяемых веществ. Полученные экспериментальные данные могут быть выведены на печать в виде стандартного протокола или помещены в буфер обмена для передачи другим приложениям. Методическое обеспечение комплекса ИВА-5 включает метрологически аттестованные методики измерения концентраций меди, свинца, кадмия, цинка, никеля, хрома, молибдена, марганца, мышьяка, олова и ртути в диапазоне 0,01–10 000 мкг/л.
Лабораторный аналитический комплекс «ИВА-5» включен в Госреестр средств измерений (сертификат №9953) и рекомендован к применению Федеральным государственным центром экологического контроля и анализа Министерства природных ресурсов России.
Пестициды группы хлорфеноксикарбоновых кислот
Применение капиллярного электрофореза
Применение пестицидов было и остается одним из основных путей интенсификации сельскохозяйственного производства. Однако, будучи чужеродными химическими веществами, вносимыми в окружающую среду, пестициды могут представлять собой известную опасность для природы и человека. Многие пестициды способны длительно сохраняться в среде обитания людей, попадая из одного объекта среды в другой и превращаясь в более токсичные соединения. Согласно мировой экологической статистике пестициды входят в группу экотоксикантов, составляющих так называемую «грязную дюжину» [1].
В качестве гербицидов наибольшее распространение получили хлорфеноксикарбоновые кислоты (ФКК) и их производные. Ввиду отсутствия приемлемых альтернативных способов борьбы с сорняками производство и потребление пестицидов этой группы продолжает возрастать. Общая формула для соединений группы хлорфеноксикарбоновых кислот.
Известно влияние заместителей R1 и R2 на гербицидную активность этих соединений. В общем случае возрастание активности происходит при R=Hal, причем максимум гербицидной активности наблюдается при наличии в бензольном кольце двух атомов хлора, при дальнейшем росте числа атомов Hal гербицидная активность снижается. Таким образом, соединения группы 2,4 – дихлорфеноксикарбоновых кислот являются самыми активными гербицидами и, следовательно, наиболее широко используются. Активному распространению соединений группы 2,4 – Д способствует также наличие у отдельных ее представителей (2,4 – Д, 2,4 – ДМ, 2М-4ХП) гормональных свойств: применение препаратов, содержащих указанные гербициды, ведет к интенсификации биосинтеза белка, стимулированию корнеобразования и ускорению дозревания плодов [2].
Наиболее распространенные пестициды группы ФКК и их ПДК в водных объектах представлены в табл. 1.
Таблица 1. Перечень наиболее распространенных пестицидов группы ФКК и их ПДК в объектах окружающей среды
| Название | Синоним или краткое обозначение | ПДК, мг/л |
| Кислота феноксиуксусная | ФУК | 1 (питьевая вода) |
| Кислота 2,4 – дихлорфеноксиуксусная | 2,4 – Д | 0,03 (питьевая вода) 1 (природная) |
| Кислота 2-метил-4 хлорфеноксиуксусная | 2М-4Х, МСРА | 0,02 (воды рыбохоз. водоемов) 0,04 (сан-быт.) |
| Кислота 2,4,5 – трихлорфеноксиуксусная | 2,4,5 – Т | Запрещена к применению! |
| Кислота 2,4 – дихлорфенокси-α-пропионовая | Дихлорпроп, 2,4 – ДР | 0,5 (питьевая) 0,62 (природная) |
| Кислота 2-метил-4-хлорфенокси-α-пропионовая | Мекопроп, 2М-4ХП, МСРР | – |
| Кислота 2,4,5 – трихлорфенокси-α-пропионовая | 2,4,5 – ТР, Silvex | – |
| Кислота 2,4 – дихлорфенокси-α-масляная | 2,4 – ДВ | 0,01 (питьевая) |
В народном хозяйстве представители ФКК применяются в качестве гербицидов (для борьбы с сорняками), арборицидов (для уничтожения малоценных пород кустарников), альгицидов (для уничтожения водных растений при зарастании водоемов). Попадая в различные объекты окружающей среды, пестициды накапливаются в них либо включаются в различные миграционные цепи (рис. 1). При этом в каждом из объектов окружающей среды пестициды подвергаются всевозможным процессам разложения. ФКК характеризуются сравнительно низкой персистентностью – способностью сохраняться какое-либо время в окружающей среде, не теряя своей биологической активности, и, например, в почве подвержены каталитическим процессам разложения с участием микроорганизмов и ферментов: деалкилированию, дегалогенированию, гидролизу, разрыву кольца и т.д. с образованием в конечном итоге 2,4 – Д и 2,4 – ДХФ (2,4 – дихлорфенола), более стабильных, чем исходные соединения. Обладая хорошей растворимостью в воде, продукты разложения вымываются из почвы и поступают в грунтовые воды, а затем в открытые водные объекты.
Кроме того, в водные объекты ФКК могут поступать как при непосредственном внесении ядохимикатов в водоемы (в качестве альгицидов), так и со стоками химических и родственных производств. В водных объектах ФКК также претерпевают разложение до 2,4 – Д и 2,4 – ДХФ [3].
Стабильность 2,4 – Д в различных объектах отражена в табл. 2 и зависит как от физико-химических свойств вещества, так и биологической природы среды, температуры, влажности, УФ-радиации и т.д.
Таблица 2. Стабильность 2,4 – дихлорфеноксиуксусной кислоты
в объектах окружающей среды.
| Объект среды | Максимальная стабильность препарата, сутки |
| Почва | 300–500 |
| Растительные материалы | 120–180 |
| Водные организмы | 100–150 |
| Водная среда | 120 |
О распределении 2,4 – Д в водных объектах имеются противоречивые данные. Учитывая коэффициенты распределения пестицида между отдельными компонентами биосферы, в [4] было показано, что наибольшая доля 2,4 – Д накапливается в воде (93,8%), а в [3] продемонстрировано распределение 2,4 – Д при поступлении в воду: основная доля (60%) метаболизируется в растительном материале в виде конъюгатов, незначительная часть (5–10%) адсорбируется донными осадками, песком и 30% остается в воде.
Экологическая безопасность пестицидов связана с их избирательностью, а также большей или меньшей персистентностью. Класс ФКК относится к среднетоксичным соединениям, значительно уступая по токсичности, например, группе хлорорганических пестицидов. Тем не менее ряд представителей ФКК обладают отдаленным токсическим действием: так у 2,4,5 – Т выражено эмбриотропное действие и этот препарат запрещен к применению в России.
Будучи ксенобиотиками, вносимыми в окружающую среду, пестициды представляют собой несомненную опасность для природы и человека. Важную роль в предотвращении негативных последствий применения пестицидов играет контроль за содержанием их токсических остатков в объектах окружающей среды, растениеводческой продукции, кормах и продуктах питания. Наиболее широко для анализа пестицидов класса ФКК используют физико-химические методы и в первую очередь ГЖХ и ВЭЖХ, отличающиеся высокой селективностью и чувствительностью определения ФКК [5,6,7,8]. Однако кроме вышеуказанных достоинств методики имеют ряд недостатков. Так, например, используемые в ГЖХ-варианте дериватизирующие агенты представляют собой высокотоксичные соединения, а в ВЭЖХ-варианте известно мешающее влияние гуминовых кислот и связанные с этим дрейф базовой линии, трудности при идентификации и количественном определении. Кроме того, оба хроматографических метода анализа характеризуются сложностью аппаратурного оформления.
В гораздо меньшей степени для аналитического контроля различных объектов на содержание пестицидов используют фотометрические, электрохимические, иммуноферментные методы и методы биоиндикации [5,9]. Большинство указанных методов характеризуются длительностью пробоподготовки, использованием большого количества (и объемов) реактивов, некоторые требуют наличия дорогих специфических реагентов.
Относительно новым, экспрессным и достаточно чувствительным методом анализа пестицидов является капиллярный электрофорез [8,9]. ФКК в нейтральных и щелочных растворах диссоциируют с образованием органических анионов. Этот факт определяет самый простой вариант их анализа методом капиллярного электрофореза – так называемый зонный электрофорез, при котором компоненты пробы, введеной с входного конца кварцевого капилляра, разделяются в электрическом поле за счет их различных подвижностей и детектируются в виде дискретных зон индивидуальных компонентов. Необходимо отметить важность разделения и последующего определения не только самих ФКК, но и продуктов их деструкции, многие из которых также оказывают токсическое воздействие на окружающую среду и человека. Для ФКК таким сопутствующим компонентом является 2,4 – дихлорфенол (2,4 – ДХФ).