Бесплатный автореферат и диссертация по биологии на тему

Эколого-аналитическое исследование тетраметилтиурамдисульфида

ВАК РФ 03.02.08, Экология (по отраслям)

Автореферат диссертации по теме "Эколого-аналитическое исследование тетраметилтиурамдисульфида"

КИМ АЛЛА ВИТАЛЬЕВНА

ЭКОЛОГО-АНАЛИТИЧЕСКОЕ ИССЛЕДОВАНИЕ ТЕТРАМЕТИЛТИУРАМДИСУЛЬФИДА

03.02.08 - экология

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание учёной степени кандидата биологических наук

1 4 ФЕВ П'в

Москва 2013

005049665

Работа выполнена в Государственном бюджетном образовательном учреждении высшего профессионального образования «Курский государственный медицинский университет» Министерства здравоохранения Российской Федерации

Научные руководители: Королёв Владимир Анатольевич

Шорманов Владимир Камбулатович

Официальные оппоненты: Стифеев Анатолий Иванович

Орлова Валентина Сергеевна

доктор оиологических наук, ГБОУ ВПО «Курский государственный медицинский университет» Министерства здравоохранения Российской Федерации, доцент кафедры биологии, медицинской генетики и экологии доктор фармацевтических наук, ГБОУ ВПО «Курский государственный медицинский университет» Министерства здравоохранения Российской Федерации, профессор кафедры фармацевтической, токсикологической и аналитической химии

доктор сельскохозяйственных наук, ФГОУ ВПО «Курская государственная сельскохозяйственная академия им. профессора ИИ. Иванова», профессор, заслуженный деятель науки РФ, заведующий кафедры экологии и охраны природы

доктор биологических наук, ФГБОУ ВПО «Российский университет дружбы народов», профессор кафедры системной экологии

Ведущая организации:

Государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования «Воронежская государственная медицинская академия имени H.H. Бурденко» Министерства здравоохранения Российской Федерации

Защита состоится « 28 » февраля 2013 г. в 14:00 часов на заседании Совета по защите дикторских и кандидатских диссертаций Д 212.203.17 при Российском университете дружбы народов по адресу: 113095, г. Москва, Подольское шоссе, дом 8/5.

С диссертацией можно ознакомиться в научной библиотеке ФГБОУ ВПО «Российский университет дружбы народов» по адресу: 117198, г. Москва, ул. Миклухо-Маклая, д. 6.

Автореферат разослан « 25 » января 2013 г.

Ученый секретарь диссертационного совета кандидат биологических наук, доцент

Е. А. Карпухина

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы. В настоящее время перед растениеводческим комплексом агропромышленного производства остро стоит проблема увеличения урожайности сельскохозяйственных культур. Среди вредителей посевов большой экономический ущерб наносят возбудители грибковых заболеваний, для борьбы с которыми существуют фунгицидные агрохимикаты. Из всей группы фунгицидов на протяжении длительного периода и в значительных объемах применяется протравитель тетраметилтиурамдисульфид (ТМТД). Несмотря на высокую экономическую эффективность применения, данный препарат способен длительное время сохраняться в продуктах первичной переработки сельскохозяйственных культур, в связи с чем представляет экологическую опасность для теплокровных животных и человека.

Широкое применение тетраметилтиурамдисульфида в сельском хозяйстве, его токсичность, наличие случаев летального отравления обусловливает необходимость изучения этого соединения в эколого-аналитическом отношении.

Важным направлением экологических исследований является оценка уровня загрязнения регионов экотоксикантами различной природы, с целью поддержания оптимального экологического баланса биоэкосистем. Для контроля за остаточными количествами пестицидов разрабатываются высокоселективные и чувствительные методики.

До настоящего времени остаются недостаточно разработанными вопросы изолирования тетраметилтиурамдисульфида из объектов биологического происхождения, его обнаружения, идентификации и количественного определения.

Изложенное выше определило цель и задачи настоящего исследования.

Цель исследования. Целью настоящего исследования является оценка объемов циркуляции фунгицида

тетраметилтиурамдисульфида на территории Курской области и разработка методик качественного и количественного анализа экотоксиканта в биологических объектах.

Задачи исследования.

1. Изучить объемы циркуляции и территориальные нагрузки фунгицидных препаратов в Курской области.

2. Провести ранжирование региона по объемам использования и территориальным нагрузкам пестицида тетраметилтиурамдисульфида.

3. Разработать унифицированные методики качественного определения тетраметилтиурамдисульфида на основе изучения особенностей его электронных и колебательных спектров, характера хроматографической активности исследуемого вещества в тонких слоях и колонках сорбентов.

4. Разработать методику количественного определения остаточных количеств фунгицида тетраметилтиурамдисульфида и оценить его количественное содержание в сырье.

5. Исследовать особенности изолирования объекта исследования различными группами изолирующих агентов из биологического материала, разработать схему изолирования тетраметилтиурамдисульфида.

Научная новизна. Впервые проведено изучение объемов циркуляции и территориальных нагрузок фунгицидных препаратов в Курском регионе. Осуществлено ранжирование региона по интенсивности загрязнения территории Курской области агрохимикатом тетраметилтиурамдисульфидом. Подготовлена серия оценочных картограмм, отражающих территориальные особенности внесения

тетраметилтиурамдисульфида.

Изучены отдельные закономерности хроматографического поведения тетраметилтиурамдисульфида в сорбентах с гидроксилированной и привитой поверхностями при использовании различных подвижных фаз; определены оптимальные условия хроматографирования исследуемого вещества в тонких слоях сорбентов.

На основе проведенных исследований разработаны методики идентификации и количественного определения

тетраметилтиурамдисульфида методами ТСХ и ВЭЖХ.

Исследованы особенности электронных и колебательных спектров поглощения тетраметилтиурамдисульфида. Разработана методика количественного определения тетраметилтиурамдисульфида методом спектрофотометрии.

Впервые для изолирования тетраметилтиурамдисульфида из биоматериала обосновано использование в качестве изолирующего агента этилацетата. На основе применения в качестве изолирующего агента этилацетата и очистки в тонких слоях или колонках нормально-фазовых сорбентов разработаны оригинальные методики определения рассматриваемого соединения в биологическом материале, применимые для исследования растительного и свежего трупного материала.

Практическая значимость работы. На основе анализа пестицидных нагрузок в Курском регионе выделены экологически неблагоприятные территории с высокими объемами циркуляции тетраметилтиурамдисульфида. Полученные результаты могут быть использованы службой экологического мониторинга окружающей природной среды для оценки экологической ситуации отдельных административных территорий. С целью определения остаточных количеств тетраметилтиурамдисульфида в биообъетах были разработаны методики изолирования из биологического материала, очистки, идентификации и количественного определения исследуемого вещества. Они могут быть использованы в работе служб Россельхознадзора, агрохимической защиты, а также судебно-медицинской экспертизы.

Результаты исследования используются в программах кафедр фармацевтической, токсикологической, и аналитической химии, биологии, медицинской генетики и экологии, химии и технологии биологически активных веществ Курского государственного медицинского университета,

рекомендуются к использованию при изучении курсов общей, медицинской, промышленной экологии, токсикологии, аналитической химии.

Основные положения, выносимые на защиту:

1. Результаты исследования уровня загрязнения Курского региона тетраметилтиурамдисульфидом.

2. Оценочные картограммы, отражающие территориальные особенности внесения тетраметилтиурамдисульфида.

3. Результаты ранжирования Курской области по уровню фунгицидной нагрузки с выделением экологически неблагоприятных территорий.

4. Результаты исследования хроматографической активности тетраметилтиурамдисульфида в тонких слоях сорбентов.

5. Особенности поглощения электромагнитного излучения анализируемого вещества в УФ-, видимой и ИК- областях спектра.

6. Унифицированная методика идентификации и количественного анализа тетраметилтиурамдисульфида с использованием хроматографии и фотометрии, характеризующаяся достаточной воспроизводимостью, достоверностью и селективностью.

7. Методика изолирования объекта исследования из биологического материала и очистки от соэкстрактивных веществ.

Апробация работы. Основные положения работы докладывались и обсуждались на XIV международной экологической конференции «Экология России и сопредельных территорий» (Новосибирск, 2009 г.); Всероссийской научно-практической конференции с международным участием, посвященной 1000-летию г. Ярославля (Ярославль, 2010 г.); V международной телеконференции «Фундаментальные науки и практика» (Томск, 2011 г.), а также VIII Международной научно-практической конференции «Окружающая среда и здоровье» (Пенза, 2011 г.).

Личный вклад. Автором составлен план и разработана структура исследований, проведен анализ источников литературы по теме диссертации, выполнены экспериментальные исследования, полученные результаты проанализированы совместно с руководителями, проведены статистическая обработка и анализ данных, сделаны выводы и обобщения. В работах, выполненных в соавторстве, использованы результаты исследования с долей участия автора 75-95%.

Публикации. Основное содержание работы отражено в 18 публикациях, 5 из которых в журналах, рекомендуемых ВАК для опубликования материалов диссертационных исследований, 2 патента на изобретения.

Объем и структура диссертации. Диссертация включает введение, пять глав (обзор литературы, материалы и методы, 3 глав результатов собственных исследований), заключения, выводов, практических рекомендаций, списка использованной литературы и приложения. Работа изложена на 151 странице, иллюстрирована 22

рисунками, содержит 34 таблицы. Список литературы составляют 254 источника, 212 из которых на русском и 42 - на иностранных языках.

МАТЕРИАЛЫ И МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ

Анализу подвергались данные об объемах внесения пестицидов в почву сельскохозяйственных районов Курской области за период 2000-2010 гг. Объем использования оценивался не по препарату в целом, а непосредственно по внесенному действующему веществу. Для расчета территориальных нагрузок пестицидов (г/га) использовались данные о структуре посевных площадей культурных растений для каждого административного района за изучаемый период. При этом учитывался не весь объем пашенных земель района, а только тот объем пашни, на котором произрастали сельскохозяйственные культуры, обрабатываемые данным препаратом.

Материалом для исследования остаточных количеств фунгицида ТМТД явились районированные сорта следующих доминирующих сельскохозяйственных культур промышленного производства и частного сектора: мягкая яровая пшеница сорта «Дарья», озимая пшеница сорта «Московская 39», рожь сорта «Талловская 33», сахарная свекла сорта «Мерак», кукуруза сорта «ПР39Г12», подсолнечник сорта «НК Неома».

Дозы внесения ТМТД (ЗАО Фирма «Август», Россия) и сроки обработки регламентировались согласно справочнику «Список пестицидов и агрохимикатов разрешенных к применению на территории Российской Федерации 2011 год» с учетом площади каждого участка.

Выращивание культур производили на экспериментальном участке КГМУ, представляющего собой участок земли, разделенный на равные сектора, площадью 1 м2, отделенные друг от друга пластмассовыми блоками высотой 50 см, вкопанными в землю на глубину 15 см, для предотвращения попадания пестицида в соседний сектор через почву. Помимо рабочих зон, отдельно был выделен контрольный участок, семена которого не подвергались обработке ТМТД.

Основным объектом исследования при разработке методик определения вещества явился ТМТД с содержанием основного вещества не менее 98% (фирма «ОРМЕТ» (Россия)).

Применены методы ТСХ, жидкостной колоночной хроматографии низкого давления, ВЭЖХ, электронной и ИК- спектрофотометрии. Методики определения разработаны на модельных смесях с известным содержанием основного вещества. Обработка результатов проводилась в соответствии с установленными требованиями с использованием пакета прикладных программ «Microsoft Excel».

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

I. Объёмы циркуляции фунгицидов и тетраиетштиураидисульфида на территории Курской области за период 2000-2010 гг.

Во всем ассортименте пестицидных препаратов, применяющихся в сельскохозяйственном производстве Курской области (более 120 препаратов) можно выделить 8 основных групп по направленности действия: фунгициды,

гербициды, инсектициды, родентициды, акарициды, нематоциды, дефолианты и десиканты, протравители семян. За изучаемый период группа фунгицидов использовалась достаточно широко (удельный вес в группе равен 42,64%) (рис. 1).

г

Рис. 1. Удельный вес групп пестицидов в АПК Курской области за период 2000-2010 гг.

Объемы применения отдельных групп пестицидных препаратов представлены на рис. 2. Среди комплекса средств химической защиты фунгициды имеют высокие объемы применения, которые составляют 262,57 т/г, уступая лишь гербицидным препаратам.

I 11 I I э 1= !*

- Й * * = ? 18 ® г

I II * - | II I5

^ £ с с

Рис. 2. Объемы использования групп пестицидов в АПК Курской области за период 2000-2010 гг.

В динамике объемов применения фунгицидов (рис. 5) отмечена широкая вариабельность, с максимальным объемом применения в 2000 году (384,28 т/г), минимальным в 2009 (226,14 т/г). На начальном этапе изучаемого периода (с 2000 по 2005 год) наблюдалась выраженная тенденция

уменьшения объемов циркуляции с 384,28 до 241,13 т/г, с 2005 по 2007 год происходило увеличение объемов использования более чем в 1,5 раза, с 2007 по 2009год объемы внесения фунгицидов уменьшились, достигнув минимума за весь изучаемый период и составили 226,14 т/г, а в 2010 году зарегистрировано незначительное их увеличение, т/г

450 400 350 300 250 200 150 100 50 0

2000 2001 2002 2003 2004 2005 2006 2007 2005 2009 2010

Рис. 3. Динамика объемов применения фунгицидов в АПК Курской области за период 2000-2010 гг.

Изучение объемов применения фунгицидных препаратов в административных районах Курской области (рис. 4) позволило провести ранжирование региона по объемам внесения данной группы ядохимикатов. При этом к районам с максимальными объемами применения (более 10 тонн) отнесены Конышевский, Рыльский, Льговский, Солнцевский районы.

Рис. 4. Картограмма Курской области по объему применения фунгицидов (т) Для получения полной информации о циркуляции пестицидов рассчитывался показатель территориальной нагрузки. За исследуемый период средняя территориальная нагрузка фунгицидов в комплексе средств химической защиты агрокультур сохраняла лидирующие Лозиции (рис. 5) и составила 75,29±9,13 г/га.

г

Рис. 5. Территориальные нагрузки групп пестицидов в АПК Курской области за период 2000-2010 гг.

Анализ динамики территориальных нагрузок фунгицидов (рис. 6) позволил выявить выраженную тенденцию к увеличению пестицидной нагрузки за исследуемый период, г/га

о

2000 2301 2002 2005 2034 2005 2 006 2007 200Ё 2009 2013

Рис. 6. Динамика территориальных нагрузок фунгицидов в АПК Курской области за период 2000-2010 гг.

По данным территориальных нагрузок фунгицидных препаратов в сельскохозяйственных районах Курской области была построена картограмма (рис. 7), которая позволила выделить экологически неблагоприятные по данному показателю территории с пестицидной нагрузкой более 100 г/га, к числу которых отнесены Конышевский, Льговский, Рыльский и Солнцевский районы.

Рис. 7. Картограмма Курской области по территориальной нагрузке фунгицидов в (г\га)

На территории Курской области изучаемый фунгицид используется широкомасштабно, во всех 28 административных районах, и на протяжении всего изучаемого периода. Среднегодовой объем внесения колеблется от 0,87 до 1,3 т/г. Максимальные объемы внесения (от 1,4 т) отмечены (рис. 8) в Железногорском, Конышевском, Курском, Мантуровском, Солнцевском районах.

более 1,4 тонны от 0,5 до 1 4 тонны менее 0,5 тонны

Рис. 8. Картограмма Курской области по объему внесения ТМТД (т)

Динамика использования изучаемого фунгицида (рис. 9) имеет нестабильный характер с тенденцией к увеличению.

Рис. 9. Динамика объемов использования фунгицида ТМТД в АПК Курской области за период 2000-2010 гг.

Территориальная нагрузка ТМТД за изучаемый период в агропромышленном секторе региона составила 202,54 г/га. При проведении ранжирования региона по уровню пестицидных нагрузок нами получены следующие данные (рис. 10). К районам с высоким уровнем территориальной нагрузки изучаемого агрохимиката (более 250 г/га) отнесены Кореневский, Курский, Мантуровский, Советский и Хомутовский районы.

Рис. 10. Картограмма Курской области по территориальной нагрузке ТМТД (г/га)

Территориальные нагрузки препарата (рис. 11) за анализируемый период находились в интервале от 184,77 до 235,21 г/га. Начало периода (с 2000 по 2004 гг.) характеризуется уменьшением пестицидных нагрузок, с незначительным повышением в 2003 году, в 2005 году показатель экологической нагрузки значительно вырос, достигнув отметки 228,26 г/га, затем до 2008 года отмечена выраженная тенденция к снижению, достигнув миниму_ма исследуемого периода, и на завершающем этапе уровень территориальных нагрузок незначительно увеличился.

° ХТЮ 2СС1 2002 2ГОЭ ЗОИ 2005 ШТ тая 2X9 20,3

Рис. 11. Динамика территориальных нагрузок фунгицида ТМТД в АПК Курской области за период 2000-2010 гг.

Таким образом, проведенный анализ объемов циркуляции и распределения территориальных нагрузок пестицидов на территории Курской области позволяет судить о широкомасштабном использовании фунгицидных препаратов в целом, и ТМТД в частности в растениеводческом комплексе агропромышленного производства Курской области. При этом выделены районы области, имеющие высокие показатели экологической напряженности по объемам циркуляции фунгицидов, которые можно рассматривать в качестве зон экологического риска формирования отдельных нозологических нарушений организма человека. Высокие объемы использования ТМТД в АПК Курской области, по сравнению с аналогичными показателями по другим областям РФ, влекут за собой риск увеличения его остаточных количеств продуктах первичной переработки сельскохозяйственных культур. Для контроля наличия ТМТД в биологических объектах было необходимо разработать

высокочувствительные методики его определения.

II. Разработка унифицированных методик качественного и количественного аначюа тетраметилтиурамдисульфида.

Исследована хроматографическая подвижность данного вещества в тонких слоях нормальнофазовых и обращённофазовых сорбентов. Для нормальнофазовой хроматографии характеристику подвижности рассматривали в 20 монокомпонетных и 73 многокомпонентных растворителях, а обращеннофазовой -42 многокомпонентных систем.

Наиболее оптимальные условия хроматографирования ТМТД в тонких слоях сорбента с гидроксилированной поверхностью (широкопористый силикагель на пластинах «Силуфол» 1Л/-254) достигаются при использовании подвижной фазы гексан-диоксан-пропанол-2 (8:3:0,6).

Для варианта обращеннофазовой ТСХ наиболее оптимальными подвижными фазами явились диоксан-вода (6:4) и ацетонитрил-вода (5:5).

Система гексан-диоксан-пропанол-2 (15:5:1) явилась оптимальной для определения объекта исследования методом ВЭЖХ в колонках

нормальнофазового сорбента «Силасорб-600». В предлагаемых условиях хроматографирования время удерживания анализируемого соединения составляло 4,15 мин, объём удерживания — 415 мкл, коэффициент ёмкости — 1,33, число теоретических тарелок - 1547, фактор асимметрии пика - 0,92%.

Результаты изучения особенностей хроматографической подвижности ТМТД свидетельствуют о возможности его идентификации методами ТСХ и ВЭЖХ.

Разработана методика количественного определения рассматриваемого соединения с применением метода ВЭЖХ. Результаты представлены в таблице 1.

Таблица 1

Результаты определения ТМТД методом ВЭЖХ (п=6; Р=0,95)

Взято тетраметилтиурамдисульфида, г Найдено Метрологические характеристики

Г %

0,02315 0,02276 98,32 х= 100,02 Б = 1,26 Зх=0,51 Ах = 1,32 £=1,32

0,02640 0,02647 100,25

0,02515 0,02559 101,74

0,02435 0,02426 99,63

0,02550 0,02577 101,04

0,02470 0,02448 99,11

Как свидетельствуют полученные данные, методика характеризуется достаточными воспроизводимостью и правильностью. Относительная ошибка среднего результата в случае использования нормальнофазового варианта хроматографирования составляет не более 1,4 % при определении в субстанции.

Изучены особенности светопоглощения ТМТД в УФ- и видимой областях спектра при использовании в качестве растворяющих сред ацетонитрила, диоксана, ДМФА, хлороформ, этилацетата. Рассчитаны некоторые оптические характеристики электронных спектров исследуемого образца в данных растворителях. Длина волны максимума определялась с помощью расчеты первых и вторых производных спектров.

В ИК-спектре ТМТД наблюдаются интенсивные полосы поглощения в области 1500 см*1 на нее налагаются деформационные и валентные колебания метальной группы. Полосы поглощения ассиметрических атомов и симметричных валентных колебаний CN групп наблюдаются при 1234, 1040 и 849 см"1, соответственно, а деформационным колебаниям СН- группы соответствует полоса при 2856, 2871, 2928 и 2932 см"'. Полосы поглощения С=Б группы наблюдаются при 1373 и 1400 см"1. Как известно, полосы поглощения в интервале 570-580 мало интенсивны и не имеют строгого наложения в данном соединении, что позволяет отнести поглощение в области 563 см"1 к -8=5-, либо С=Б группам.

Показана возможность идентификации ТМТД по характеру поглощения УФ- и ИК-излучения .

Разработана методика количественного спектрофотометрического

определения ТМТД на основе его поглощения в среде ацетонитрила. Результаты определения вещества представлены в таблице 2.

Таблица 2

Результаты определения тетраметилтиурамдисульфида по поглощению в _ацетонитриле (п=6; Р=0,95)_

Взято тетраметилтиурамдисульфида, г Найдено Метрологические характеристики

Г %

0,02645 0,02679 101,30 х = 100,11 Б = 1,14 8Х =0,47 Ах = 1,20 £= 1,20

0,02430 0,02402 98,86

0,02505 0,02481 99,06

0,02375 0,02395 100,85

0,02540 0,02571 101,24

0,02480 0,02463 99,33

Разработанная методика позволяет достичь достаточно высокой чувствительности, воспроизводимости и правильности определения. Относительная ошибка среднего результата (п=6; Р=0,95) составила 1,20%.

111 Определение тетраметилтиурамдисульфида в биоматериапе.

В качестве биоматериала использовались ткани трупных органов, растительный материал (пшеница яровая и озимая, кукуруза, подсолнечник, свекла сахарная и рожь).

Проведено сравнительное изучение изолирования ТМТД из биоматериала изолирующими агентами различной природы. В качестве изолирующих жидкостей рассмотрены гидрофобные (гексан, хлороформ, дихлорэтан, этилацетат, диэтиловый эфир, уксусный ангидрид) и гидрофильные (диоксан-1,4, ацетон, ацетонитрил, этанол, ледяная уксусная кислота, ДМФА) органические растворители, а также вода и 8%-й водный раствор уксусной кислоты).

Полученные результаты представлены на рисунке 12-13.

А

»я

РІ1 їЩ К.

и

, 1 0 "'

ісі. .гн ® дах.іор>ізм

ссускыЯ ангидрид «хлороформ

Рис. 12. Результаты изучения сравнительного изолирования ТМТД из биологического материала

трупной п ; у ч^ь кис юта

к ДГу'ФА

^еницзйроеая

ш ацетонитрил ш диоксан

и ?2 21 ^и 21 4а Щ Ш9 Щ

« вода

ш дихлорэтан ' уксусный ангидрид

Рис. 13. Результаты изучения сравнительного изолирования ТМТД из биологического материала

Как свидетельствуют полученные данные, наиболее высокий процент извлечения ТМТД достигается этилацетатом.

Исследована зависимость степени извлечения ТМТД этилацетатом от количественного соотношения изолирующего агента и биоматериала, от кратности настаивания и продолжительности каждого отдельного настаивания. Найдено, что для достижения достаточно полного извлечения анализируемого соединения из биологического материала необходимо, по крайней мере, двукратное настаивание при условии, что количество изолирующего агента в каждом случае должно превышать количество биоматериала как минимум в два раза.

При изучении зависимости степени извлечения ТМТД от продолжительности контакта изолирующей жидкости и биоматериала установлено, что максимальные значения степени извлечения анализируемого вещества из биоматериала достигаются при продолжительности настаивания не менее 30 минут.

На основе предварительных исследований разработаны методики определения ТМТД в биоматериале различной природы, крови и моче на основе изолирования этилацетатом и последующей очистки извлечённого соединения методами ТСХ и колоночной хроматографии. Количественная оценка результатов определения представлена в таблицах 3-5.

Таблица 3

Результаты изолирования различных количеств ТМТД, определенных методами спектрофотометрии и нормапьнофазовой ВЭЖХ_

Внесено Найдено, % (п=5, р=0,95)

Анализируемый БМ ТМТД (мг) в 25 Спектрофотометрия Нормальнофазовая ВЭЖХ

г БМ X Б Д X X Б ДХ

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10

Трупная печень 2,5 5,0 63,16 63,54 3,19 2,80 1,42 1,25 3,96 3,48 63,10 63,62 3,31 2,83 1,48 1,26 4,11 3,52

10,0 63,88 2,5 1,12 3,11 64,72 2,71 1,21 3,37

25,0 64,13 2,43 1,09 3,02 65,12 2,37 1,06 2,95

50,0 65,64 1,91 0,86 2,38 65,48 2,02 0,90 2,51

Пшеница 2,5 79,21 2,35 1,05 2,92 79,42 2,60 1,16 3,23

яровая 5,0 10,0 79,53 79,87 2,20 1,94 0,98 0,87 2,74 2,41 80,24 80,78 2,57 2,38 1,15 1,07 3,20 2,96

25,0 80,01 1,88 0,84 2,33 81,69 2,13 0,95 2,65

50,0 80,14 1,51 0,67 1,88 81,77 1,61 0,71 2,00

Пшеница 2,5 76,89 2,42 1,08 3,01 63,10 3,31 1,48 4,11

озимая 5,0 76,95 2,22 0,99 2,76 64,24 2,95 1,32 3,67

10,0 77,01 1,94 0,87 2,41 64,72 2,71 1,21 3,37

25,0 77,14 1,86 0,83 2,31 65,12 2,37 1,06 2,95

50,0 77,35 1,59 0,71 1,98 65,48 2,02 0,90 2,51

Рожь 2,5 90,71 2,40 1,07 2,99 90,30 2,68 1,20 3,33

5,0 90,93 2,23 1,00 2,77 90,64 2,45 1,09 3,04

10,0 90,95 1,96 0,88 2,44 91,08 2,22 0,99 2,76

25,0 91,01 1,88 0,83 2,31 91,51 1,99 0,89 2,47

50,0 91,14 1,58 0,71 1,96 91,74 1,91 0,85 2,37

Свекла 2,5 80,78 2,42 1,08 3,01 78,98 2,80 1,25 3,48

5,0 80,94 2,29 1,02 2,85 80.94 2,50 1,12 3,11

10,0 80,97 2,02 0,90 2,51 81,97 2,37 1,06 2,94

25,0 81,08 1,97 0,88 2,44 82,28 2,32 1,04 2,88

50,0 81,19 1,75 0,78 2,18 82,42 2,19 0,98 2,72

Кукуруза 2,5 5,0 79,24 79,56 2,50 2,32 1,12 1,04 3,11 2,88 80,98 81,28 2,85 2,50 1,28 1,12 3,55 3,11

10,0 79,89 2,10 0,94 2,61 81,89 2,44 1,09 3,04

25,0 80,01 2,04 0,91 2,54 82,08 2,17 0,97 2,70

50,0 80,14 1,83 0,82 2,27 82,16 2,06 0,92 2,57

Подсолнечник 2,5 73,51 2,86 1,28 3,56 76,69 3,49 1,56 4,34

5,0 73,73 2,64 1,18 3,28 76,93 2,30 1,34 3,73

10,0 73,87 2,42 1,08 3,01 77,37 2,81 1,25 3,49

25,0 74,01 2,35 1,05 2,92 77,61 2,78 1,24 3,45

50,0 74,24 2,14 0,96 2,67 77,75 2,74 1,23 3,41

Таблица 4

Результаты изолирования различных концентраций ТМТД из крови человека, _определенная методом ВЭЖХ_

Внесено ТМТД (мг) на 10 г крови Найдено, % (п=5, р=0,95)

X 8 Д X

2,5 16,83 2,42 1,08 3,00

10,0 17,99 2,35 1,05 2,92

25,0 18,28 1,93 0,87 2,40

50,0 18,43 1,76 0,79 2,19

Таблица 5

Результаты изолирования различных концентраций ТМТД из мочи человека, _определенная методом ВЭЖХ_

Внесено ТМТД (мг) на 10 г мочи Найдено, % (п=5, р=0,95)

X Б Эх Д X

2,5 65,46 2,62 1,17 3,26

10,0 65,98 2,34 1,05 2,91

25,0 65,91 2,12 0,95 2,64

50,0 65,74 1,88 0,84 2,32

Как свидетельствуют полученные данные, разработанные методики характеризуются достаточными воспроизводимостью и правильностью.

Значения полуширины доверительного интервала (п=5; Р=0,95) в случае использования методов спектрофотометрии и ВЭЖХ не превышают 3,96% и 4,34% соответственно.

По результатам проведенных исследований предложено 2 варианта общей схемы исследования биологического материала и биологической жидкости при отравлении рассматриваемым веществом. Предлагаемые схемы позволяют изолировать, очистить, идентифицировать и количественно определить исследуемое токсичное соединение с достаточно высокими селективностью, чувствительностью и воспроизводимостью.

Исследовано наличие остаточных количеств фунгицида ТМТД в растительных объектах. Выращенный на экспериментальном участке растительный биологический материал собирали на разных стадиях его развития (ранняя и поздняя спелость) и подвергали анализу согласно схеме, описанной выше. Количественное определение проводили методом ВЭЖХ. Полученные результаты отражены в таблице 6.

Таблица 6

Содержание фунгицида ТМТД в изучаемых агрокультурах (мкг\мг)

Х±Дх | Х±Дх Єх

Ранняя спелость Поздняя спелость

Пшеница яровая

0,017610±0,004037 0,001452 0,012470±0,003685 0,001325

Пшеница озимая

0,017598±0,004001 0,001439 0,012462±0,003570 0,001284

Сахарная свекла

0,004140±0,000997 0,000359 0,003450±0,000943 0,000339

Кукуруза

0,007710±0,001160 0,000417 0,006810±0,001089 0,000392

Подсолнечник

0,021378±0,004838 0,001740 0,015320±0,004971 0,001788

Рожь

0,018927±0,004264 0,001534 0,015781±0,004141 0,001489

Исходя из полученных данных, можно сказать, что в агрокультурах, семена которых обрабатывались тетраметилтиурамдисульфидом в разрешенных к применению концентрациях, при помощи разработанной методики, исследуемый пестицид был обнаружен как на стадии молочной спелости растения, так и на более поздней стадии. Это свидетельствует о возможности его сохранения в продуктах первичной переработки сельскохозяйственных культур и дальнейшей транслокации по звеньям трофических цепей.

ОБЩИЕ ВЫВОДЫ

1. Фунгицидные препараты занимают лидирующие позиции и имеют высокие объемы применения (262,57 т/г), территориальные нагрузки (75,29±9,13 г/га) и удельный вес (42,67 %) в структуре средств химизации сельскохозяйственного производства Курской области.

2. Среди фунгицидов масштабное использование с высоким уровнем циркуляции (1,15±0,32 т/г) отмечено для препарата ТМТД. Проведено ранжирование региона по уровню пестицидных нагрузок и выделены экологически неблагоприятные территории с высокой экологической нагрузкой изучаемого производного тиурама.

3. Исследован характер поглощения электромагнитного излучения тетраметилтиурамдисульфидом в УФ-, видимой и ИК-областях спектра. На основе способности к поглощению УФ-излучения в среде ацетонитрила разработана методика количественного определения рассматриваемого соединения спектрофотометрическим методом. Относительная ошибка среднего результата не превышает ±1,2%.

4. Изучена хроматографическая активность исследуемой структуры в тонких слоях сорбентов с гидроксилированной и привитой поверхностями с

использованием элюентов различной полярности. Для хроматографирования в тонких слоях сорбента с гидроксилированной поверхностью (широкопористый силикагель на пластинах «Силуфол» иУ-254) оптимальной подвижной фазой является система растворителей гексан-диоксан-пропанол-2 (8:3:0,6), а для определения рассматриваемого вещества в тонких слоях обращённофазных сорбентов (С!4 - С|8) - это системы растворителей диоксан-вода (6:4) и ацетонитрил-вода (5:5).

5. Изучены особенности количественного определения рассматриваемого соединения методом ВЭЖХ с применением нормальнофазового сорбента и подвижной фазы гексан-диоксан-пропанол-2 (15:5:1). Полученные результаты свидетельствуют о возможности определения тетраметилтиурамдисульфида с достаточной воспроизводимостью и правильностью. Относительная ошибка среднего результата (п=6; Р=0,95) составляет не более 1,32 %.

6. Проведено сравнительное изолирование исследуемого вещества из биологического материала. При этом показано, что для максимального извлечения тетраметилтиурамдисульфида необходимо использование в качестве изолирующего агента - этилацетата в объеме, превышающем массу биоматериала вдвое, и проведение двукратного настаивания по 30 минут каждый.

7. Статистическая обработка результатов количественного определения тетраметилтиурамдисульфида в биологических объектах разработанными методиками показала, что значения полуширины доверительного интервала (п=5; Р=0,95) в случае использования методов спектрофотометрии и ВЭЖХ не превышают 3,96% и 4,34% соответственно. Это свидетельствует, что разработанные методики характеризуются достаточными для подобного рода исследований воспроизводимостью и правильностью.

ПРАКТИЧЕСКИЕ РЕКОМЕНДАЦИИ

1. Станции защиты растений, станции агрохимической защиты, Комитету Роспотребнадзора, лаборатории эколого-аналитического контроля и бюро судебно-медицинской экспертизы предложить к внедрению в практику разработанные и одобренные Государственной патентной экспертизой унифицированные методики количественного определения остаточных количеств фунгицида тетраметилтиурамдисульфида в продуктах переработки агрокультур и организме человека.

2. В целях осуществления комплекса разноплановых мер по обеспечению охраны окружающей среды рекомендовать межведомственному координационному Совету при Правительстве Курской области создание компьютеризированной системы мониторинга состояния природной среды в административных районах Курской области с выделением экологически неблагоприятных территорий по комплексу антропогенных факторов.

3. Мероприятия по совершенствованию системы подготовки кадров и населения по вопросам охраны окружающей среды в области:

- ввести в учебно-образовательную программу кафедры фармацевтической, токсикологической и аналитической химии Курского государственного медицинского университета тему: «Способы оценки производных тиурама в биологических объектах»; кафедры охраны труда и окружающей среды Юго-Западного государственного университета «Уровни экологической нагрузки тетраметилтиурамдисульфида в Курской области».

4. Полученные данные могут быть использованы для оценки экологических рисков формирования экозависимой патологии человека в условиях интенсификации сельскохозяйственного производства.

СПИСОК РАБОТ, ОПУБЛИКОВАННЫХ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ

1. Ким, A.B. Объемы использования фунгицида ТМТД В Агропромышленном комплексе Курской области / A.B. Ким, A.C. Прокопенко, A.B. Головина // Материалы XIV международной экологической конференции «Экология России и сопредельных территорий».

- Новосибирск, 2009. - С. 15

2. Ким, A.B. Особенности очистки изолятов при анализе фунгицида ТМТД в биообъектах / A.B. Ким, В.А. Королёв, В.К. Шорманов // Мониторинг экологически опасных промышленных объектов и природных экосистем: сб. статей V Международной научно-практической конференции / МНИЦ ПГСХА. - Пенза: РИО ПГСХА, 2011. - С. 115-116.

3. Ким, A.B. Территориальные нагрузки фунгицида ТМТД в растениеводческом комплексе Курской области / A.B. Ким, Т.Ф. Коропова, A.B. Головина // Актуальные вопросы медицинской науки: сборник научных работ студентов и молодых ученых Всероссийской научно-практической конференции с международным участием, посвященной 1000-летию г. Ярославля. - Ярославль: ООО «Яр.МедиаГруп», 2010. - С. 29.

4. Королёв, В.А. Выбор изолирующего агента для экстракции фунгицида ТМТД из зерна пшеницы / В.А. Королёв, В.К. Шорманов, A.B. Ким // Окружающая среда и здоровье. VIII Международной научно-практической конференции, (сб. статей) / МНИЦ ПГСХА. - Пенза: РИО ПГСХА, 2011.-С. 50.

5. Королёв, В.А.Особенности экстракции фунгицида ТМТД из зерна пшеницы / В.А. Королёв, В.К. Шорманов, A.B. Ким // Современный мир, природа и человек. Межвузовский сборник научных работ с материалами трудов участников V международной телеконференции «Фундаментальные науки и практика». - Томск, 2011. - Т. 2, №1. - С. 45.

6. Объемы использования гербицида фюзилад в агропромышленном комплексе Курской области / В.А. Королев, О.Ю. Канунников, A.B. Ким и др. // Материалы международной научно-практической конференции «Актуальные проблемы развития современного общества». - Москва, 2010. -ч. 1. - С.255-256.

7. Объемы циркуляции гербицидов в сельскохозяйственных районах Курской области / В.А. Королев, О.Ю. Канунников, A.B. Ким и др.

// Материалы международной научно-практической конференции «Актуальные проблемы развития современного общества». - Москва, 2010. — ч. 1.-С.253-254.

8. Определение остаточных количеств ТМТД в зерне пшеницы / В.К. Шорманов, В.А. Королёв, A.B. Ким и др. // Проблемы региональной экологии. - 2010. - № 6. - С. 87-94.

9. Особенности определения ТМТД в биологическом материале / В.К. Шорманов, Е.П. Дурицын, A.B. Ким, Ю.Н. Баранов // Судебно-медицинская экспертиза. - 2010. - Т. 53, №2. - С. 45 - 49.

10. Особенности оценки экологического риска применения пестицидов / В.П. Иванов, В.А. Королев, A.B. Ким и др. // Сборник трудов III Всероссийской научно-практической конференции с международным участием «Биотехнология и биомедицинская инженерия», посвященной 75-летию КГМУ. - Курск: КГМУ, 2010. - С.69-70.

11. Относительный экологический риск формирования акушерско-гинекологической патологии в условиях интенсивного применения фунгицида ТМТД / Королев В.А., Иванов В.П., A.B. Ким и др. // Информационный бюллетень "Здоровье населения и среда обитания" (ЗНнСО). - М.: Роспечать, 2012. - № 2 (227). - С. 29-32.

12. Относительный экологический риск формирования детской патологии в условиях интенсивного применения фунгицида ТМТД / В.А. Королев, В.П. Иванов, A.B. Ким и др. // Курский научно-практический вестник «Человек и его здоровье». - Курск, 2012. - С. 25-28.

13. Пат. 2415425 Российская Федерация, МПК51 G 01 N 33/48, G 01 N 30/02. Способ определения тетраметилтиурамдисульфида в биологическом материале / В.К. Шорманов, В.А. Королев, В.П. Иванов,

A.B. Ким, Е.П. Дурицын, А.П. Просветова; заявители и патентообладатели В.К. Шорманов, В.А. Королев, В.П. Иванов, A.B. Ким. - №200914706515/15; заявл. 17.12.09; опубл. 27.03.2011, Бюл. №9. -10 с. с табл.

14. Пат. 2417372 Российская Федерация, МПК51 G 01 N 33/48, G 01 N 30/02. Способ определения тетраэтилтиурамдисульфида в крови /

B.К. Шорманов, H.A. Горбачева, Е.П. Дурицын, А.П. Просветова, Т.Н. Илюшина, В.А. Королев, В.П. Иванов, А.В.Ким; заявители и патентообладатели В.К. Шорманов, H.A. Горбачева, Е.П. Дурицын, А.П. Просветова. - Л» 201010189/15; заявл. 21.01.10; опубл. 27.04.2011, Бюл. №12. - 6 с. с табл.

15. Распределение тетраметилтиурамдисульфида в организме теплокровных животных / В.К. Шорманов, Е.П. Дурицын, А.В.Ким и др. // Судебно-медицинская экспертиза. - 2011. - Т. 54, №6. - С. 34-36.

16. Распространенность акушерско-гинекологической патологии в условиях пестицидных нагрузок фунгицида ТМТД / A.B. Ким, В.А. Королёв, В.К. . Шорманов и др. // Медико-биологические аспекты мультифакториальной патологии. Материалы II Всероссийской научой конференции с международным участием. - Курск: КГМУ, 2011. - С. 194-195.

17. Территориальные нагрузки гербицида фюзилад в агропромышленном комплексе Курской области / В.А. Королев, О.Ю. Канунников, A.B. Ким и др. // Материалы международной научно-практической конференции «Актуальные проблемы развития современного общества». -Москва, 2010. -ч. 1. -С.257-258.

18. Территориальные нагрузки гербицидов в административных районах Курской области / В.А. Королев, О.Ю. Канунников, A.B. Ким и др. // Материалы международной научно-практической конференции «Актуальные проблемы развития современного общества». - Москва, 2010. - ч. I. — С.256-257.

Примечание: жирным шрифтом выделены публикации в журналах перечня ВАК

Ким Алла Витальевна (Россия) «Эколого-аналитическое исследование тетраметилтиурамдисульфида»

Исследование посвящено изучению объемов циркуляции фунгицида тетраметилтиурамдисульфида на территории Курской области на протяжении 11 лет. Показаны высокие объемы использования этого фунгицида, в связи с чем увеличивается риск наличия остаточных количеств пестицида в продуктах первичной переработки сельскохозяйственных культур. Для тетраметилтиурамдисульфида была разработана методика изолирования, качественного и количественного анализа в биоматериале. Идентификация проводится методами тонкослойной хроматографии, спектрофотометрии и ИК-спектроскопии, количественное определение - с использованием спектрофотометрии и высокоэффективной жидкостной хроматографии. Работа решает проблему определения остаточных количеств тетраметилтиурамдисульфида в растительном и животном биоматериале.

Kim Alia Vitalyevna (Russia)

«Ecologycal and analitical research of thetramethylthiuram disulfide»

Research are studying of circulation volumes of fungicide thetramethylthiuram disulfide on the territory of Kursk region for 11 years. Showing high levels used of this fungicide, and therefore increases the risk of the presence of pesticide residues in primary processing products of agricultural crops. For thetramethylthiuram disulfide was developed technique of isolation, the qualitative and quantitative analysis in biological material. The identification was conduct by methods of a thin-layer chromatography, spectrophotometry and IR-spectroscopy, the quantitative investigation using spectrophotometry and highly perfomance liquid chromatography. The work solves problem of residual quantities determination of thetramethylthiuram disulfide in the plant and animal biomaterial.

Объем: 1,5 усл.п.л. Подписано в печать: 23.01.2013 Тираж: 100 экз. Заказ № 2014 Отпечатано в типографии «Реглет» 119049, г. Москва, ул. Ленинский проспект, д. 2 (495) 978-66-63; www.reglet.ru

Текст научной работыДиссертация по биологии, кандидата биологических наук, Ким, Алла Витальевна, Курск

Государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования «Курский государственный медицинский университет» Министерства здравоохранения Российской Федерации

04201355615

На правах рукописи

КИМ АЛЛА ВИТАЛЬЕВНА

ЭКОЛОГО-АНАЛИТИЧЕСКОЕ ИССЛЕДОВАНИЕ ТЕТРАМЕТИЛТИУРАМДИСУЛЬФИДА

03.02.08 - экология

Диссертация на соискание ученой степени кандидата биологических наук

Научные руководители: доктор биологических наук, доцент В.А. Королёв;

доктор фармацевтических наук, профессор В.К. Шорманов

Курск - 2012

ОГЛАВЛЕНИЕ

Стр.

СПИСО К УСЛОВНЫХ СОКРАЩЕНИИ............................................................ 5

ВВЕДЕ1 -ШЕ............................................................................................................. 6

I. ЛИТЕРАТУРНЫЙ ОБЗОР..................................................................... 13

1.1. Роль пестицидов, применяющихся в агропромышленном комплексе......................................................................... 13

1.2. Классификация пестицидов................................................... 14

1.3. Влияние пестицидов на объекты окружающей среды и организм человека........................................................................... 17

1.4. Общая характеристика группы фунгицидов.............................. 22

1.5. Физические свойства тетраметилтиурамдисульфида.......................... 25

1.6. Токсикологическая характеристика исследуемого соединения......... 28

1.7. Идентификация производных дитиокарбаминовой кислоты............. 32

1.8. Количественное определение производных дитиокарбаминовой кислоты.................................................................................................... 33

1.9. Изолирование и очистка тетраметилтиурамдисульфида.................... 34

И. МАТЕРИАЛЫ И МЕТОДЫ................................................................... 38

ПЛ. Материалы исследования....................................................................... 38

П.2. Методы исследования............................................................................. 39

П.2.1. Территориальный анализ....................................................................... 40

П.2.2. Хроматографические методы................................................................ 40

П.2.3. Фотометрические методы...................................................................... 43

П.2.4. Биохимические методы......................................................................... 43

11.2.5. Методы статистической обработки данных......................................... 44

III. ОСОБЕННОСТИ ПРИМЕНЕНИЯ ФУНГИЦИДОВ В РАСТЕНИЕВОДЧЕСКОМ КОМПЛЕКСЕ КУРСКОЙ ОБЛАСТИ................................................................................................ 46

III.1. Структура пестицидов агропромышленного комплекса Курской 46

Ш.2. Объемы применения фунгицидных препаратов в растениеводческом комплексе региона................................................ 46

Ш.З. Территориальные нагрузки фунгицидов в агропромышленном комплексе Курской области.................................................................. 49

Ш.4. Особенности использования фунгицида тетраметилтиурамдисульфида........................................................ 51

IV. ИДЕНТИФИКАЦИЯ И КОЛИЧЕСТВЕННОЕ ОПРЕДЕЛЕНИЕ ТЕТРАМЕТИЛТИУРАМДИСУЛЬФИДА............................................ 54

ГУЛ. Идентификация хроматографическими методами.............................. 54

1У.1.1. Идентификация в тонких слоях нормальнофазного сорбента......... 54

1У.1.2. Идентификация в тонких слоях обращённофазного сорбента...... 57

1У.1.3. Идентификация методом ВЭЖХ............................................. 59

1У.2. Идентификация по электронным и колебательным спектрам......... 60

1У.2.1. Электронная спектрофотометрия......................................................... 60

1У.2.2. Колебательная спектрофотометрия...................................................... 66

1У.З. Количественное определение по собственному поглощению в УФ — области спектра................................................................................... 68

1У.4. Количественное определение методом ВЭЖХ.................................... 70

V. ОПРЕДЕЛЕНИЕ ТЕТРАМЕТИЛТИУРАМДИСУЛЬФИДА В БИОЛОГИЧЕСКОМ МАТЕРИАЛЕ.............................................. 75

УЛ. Сравнительное изучение изолирования тетраметилтиурамдисульфида из биоматериала различными изолирующими агентами.................................................... 75

У.2. Определение тетраметилтиурамдисульфида в биологическом материале при использовании в качестве изолирующего агента этилацетата.............................................................................................. 77

У.2.1. Поиск оптимальных условий изолирования исследуемого вещества.................................................................................................. 77

У.2.2. Методики определения тетраметилтиурамдисульфида в биоматериале и биожидкостях.............................................................. 87

У.2.3. Определение остаточных количеств тетраметилтиурамдисульфида в растительном биоматериале.......................................................... 94

ЗАКЛЮЧЕНИЕ..................................................................................................... 97

ВЫВОДЫ..................................................................................... 101

ПРАКТИЧЕСКИЕ РЕКОМЕНДАЦИИ............................................................... 103

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ..................................................................................... 104

ПРИЛОЖЕНИЯ ..................................................................................................... 130

СПИСОК УСЛОВНЫХ СОКРАЩЕНИЙ

АПК - агропромышленный комплекс БЖ - биологическая жидкость БМ - биологический материал

ВЭЖХ - высокоэффективная жидкостная хроматография

ЖКТ - желудочно-кишечный тракт

НФ - неподвижная фаза

ПДК - предельно допустимая концентрация

ПФ - подвижная фаза

РТИ - резино-технические изделия

СФМ - спектрофотометрия

ТМТД - тетраметилтиурамдисульфид

ТСХ - тонкослойная хроматография

ФОП - фосфорорганические пестициды

ХОП - хлорорганические пестициды

ХЧ - химически чистый

ЧДА - чистый для анализа

FAO - food and agriculture organization

ВВЕДЕНИЕ

Актуальность темы

С течением времени перед сельскохозяйственным производством все более остро стоит вопрос об увеличении урожайности производимых культур. [15, 160, 244]. С этой целью ежегодно происходит исследование и внедрение пестицидных препаратов [189]. Исследуя множество вредителей сельскохозяйственных культур, было выяснено, что наибольшие материальные потери связаны с возбудителями грибковых заболеваний, для уничтожения которых применяются фунгицидные ядохимикаты [102, 149, 182].

Среди пестицидов фунгицидного характера, которые находят применение в сельском хозяйстве Курской области (а их более 30 ядохимикатов), наиболее длительно в большом количестве применяется тетраметилтиурамдисульфид (ТМТД), относящийся к фунгицидам контактного действия. Обладая высоким потенциалом, с точки зрения экономической выгоды применения, ТМТД экологически опасен для живых организмов, так как высокая токсичность соединения сочетается с его способностью длительно сохраняться в продуктах первичной переработки агрокультур [4].

Применение ТМТД не ограничивается рамками сельского хозяйства [50, 158, 159], также он применяется для изготовления теплостойких резин и резин на основе различных каучуков, в том числе бутилкаучука, соприкасающихся с пищевыми продуктами [91].

ТМТД оказывает разнообразное токсическое воздействие на организм человека. Чаще всего он вызывает раздражение слизистых оболочек глаз и верхних дыхательных путей. У персонала, контактирующего с пылью ТМТД

л

концентрацией около 563 мг/м в течение 5 лет, впоследствии обнаруживали тяжелые нарушения функций нервной системы, ЖКТ, печени, сердца и верхних дыхательных путей в виде ринита, синусита, хронического тонзиллита и фронтита. Таюке, были выявлены различные заболевания кожи — дерматиты.

Токсическое отравление организма осложнялось способностью ТМТД проникать в организм через неповрежденную кожу [35, 36].

Широкое применение ТМТД в сельском хозяйстве, его токсичность для живых организмов, случаи летального отравления обусловили необходимость изучения этого соединения в эколого-аналитическом отношении. Актуальность данной проблемы заключается в том, что значение экологических проблем выходит далеко за рамки медицины и экономики, затрагивая и социально-культурную сферу жизни. Отсутствие защиты окружающей среды приводит к усугублению экологических проблем и к обострению социальной напряженности [199, 240, 250].

Важным направлением экологических исследований является оценка уровня загрязнения регионов экотоксикантами различной природы, с целью поддержания оптимального экологического баланса биоэкосистем [3, 251, 253].

Для обнаружения изучаемого вещества в биообъектах различного происхождения необходимо исследовать особенности изолирования ТМТД из биоматериала, разработать методики качественного и количественного определения. Эти вопросы до настоящего времени остаются недостаточно разработанными.

На основании вышеизложенного материала были сформулированы цель и задачи настоящего исследования.

Цель исследования

Целью настоящего исследования является оценка объемов циркуляции фунгицида тетраметилтиурамдисульфида на территории Курской области и разработка методик качественного и количественного анализа экотоксиканта в биологических объектах.

Задачи исследования:

1. Изучить объемы циркуляции и территориальные нагрузки фунгицидных препаратов в Курской области.

2. Провести ранжирование региона по объемам использования и территориальным нагрузкам пестицида тетраметилтиурамдисульфида.

3. Разработать унифицированные методики качественного определения тетраметилтиурамдисульфида на основе изучения особенностей его электронных и колебательных спектров, особенности хроматографической подвижности исследуемого вещества в тонких слоях и колонках сорбентов.

4. Разработать методику количественного определения остаточных количеств фунгицида тетраметилтиурамдисульфида и оценить его количественное содержание в сырье.

5. Исследовать особенности изолирования тетраметилтиурамдисульфида из биологического материала изолирующими агентами различной химической природы, разработать схему его изолирования.

Научная новизна работы

Впервые проведено изучение объемов циркуляции и территориальных нагрузок фунгицидных препаратов в Курском регионе. Осуществлено ранжирование региона по интенсивности загрязнения территории Курской области агрохимикатом тетраметилтиурамдисульфидом. Подготовлена серия оценочных картограмм, отражающих территориальные особенности внесения тетраметилтиурамдисульфида.

Исследованы закономерности хроматографической активности тетраметилтиурамдисульфида в сорбентах с гидроксилированной и привитой поверхностями при использовании различных подвижных фаз (как moho-, так и многокомпонентных); были определены оптимальные условия хроматографирования исследуемого вещества методом ТСХ.

Проведенные исследования легли в основу методик идентификации и количественного определения тетраметилтиурамдисульфида методами ТСХ и ВЭЖХ.

Исследованы особенности спектров поглощения

тетраметилтиурамдисульфида, в результате чего была разработана методика его количественного определения методом спектрофотометрии.

Впервые для изолирования тетраметилтиурамдисульфида из биоматериала предлагается использование этилацетата, как изолирующего агента с оптимальными характеристиками. В результате исследования условий изолирования вещества этилацетатом, очистки изолята в тонких слоях или колонках нормально-фазовых сорбентов, были разработаны оригинальные методики определения тетраметилтиурамдисульфида в биообъектах различного происхождения, применимые для исследования растительного и свежего трупного материала.

Практическая значимость

На основе анализа пестицидных нагрузок в Курском регионе выделены экологически неблагоприятные территории с высокими объемами циркуляции тетраметилтиурамдисульфида. Полученные результаты могут быть использованы службой экологического мониторинга окружающей природной среды для оценки экологической ситуации отдельных административных территорий.

Методика определения тетраметилтиурамдисульфида в биообъетах различного происхождения, включающая в себя изолирование, очистку и количественный анализ вещества, позволяет найти агрохимикат в остаточных количествах, что может быть использовано в работе служб Россельхознадзора, агрохимической защиты, а также судебно-медицинской экспертизы.

Результаты исследования используются в программах кафедр фармацевтической, токсикологической и аналитической химии, биологии,

медицинской генетики и экологии, химии и технологии биологически активных веществ Курского государственного медицинского университета, рекомендуются к использованию при изучении курсов общей, медицинской, промышленной экологии, токсикологии, аналитической химии.

Внедрение результатов работы на Федеральном уровне

По материалам диссертации получено два патента: Патент 2417372 Российская Федерация, МПК51 в 01 N 33/48, О 01 N 30/02. Способ определения тетраэтилтиурамдисульфида в крови и Патент 2415425 Российская Федерация, МПК51 в 01 N 33/48, О 01 N 30/02. Способ определения тетраметилтиурамдисульфида в биологическом материале.

Связь исследований с проблемным планом биологических наук

Диссертационная работа выполнена по плану научно-исследовательских работ кафедры биологии, медицинской генетики и экологии Курского государственного медицинского университета и соответствует проблеме «Экология». Номер государственной регистрации 01201266227.

Положения, выносимые на защиту

1. Результаты исследования уровня загрязнения Курского региона тетраметилтиурамдисульфидом.

2. Оценочные картограммы, отражающие территориальные особенности внесения тетраметилтиурамдисульфида.

3. Результаты ранжирования Курской области по уровню фунгицидной нагрузки с выделением экологически неблагоприятных территорий.

4. Результаты исследования хроматографической активности

тетраметилтиурамдисульфида в тонких слоях сорбентов с гидроксилированной и привитой поверхностями.

5. Данные спектров поглощения анализируемого вещества в УФ-, видимой и ИК- областях спектра.

6. Унифицированная методика идентификации и количественного анализа тетраметилтиурамдисульфида с использованием хроматографии и фотометрии, характеризующаяся достаточной воспроизводимостью, достоверностью и селективностью.

7. Методика изолирования тетраметилтиурамдисульфида из биологического материала, включающая очистку вещества от соэкстрактивных компонентов и его определение.

Апробация работы и публикации

Основные положения работы докладывались и обсуждались на XIV международной экологической конференции «Экология России и сопредельных территорий» (Новосибирск, 2009 г.); Всероссийской научно-практической конференции с международным участием, посвященной 1000-летию г. Ярославля (Ярославль, 2010 г.); V международной телеконференции «Фундаментальные науки и практика» (Томск, 2011 г.), а также VIII Международной научно-практической конференции «Окружающая среда и здоровье» (Пенза, 2011 г.).

По теме диссертационного исследования опубликовано 5 статей в центральной печати (из перечня ВАКа), 11 статей во всероссийской и международной печати, 2 патента на изобретения.

Диссертация выполнена в соответствии с основным планом научно-исследовательских работ государственного бюджетного образовательного учреждения высшего профессионального образования «Курский государственный медицинский университет».

Объём и структура диссертации

Работа изложена на 151 странице машинописного текста. Диссертация включает введение, 5 глав (обзор литературы, материалы и методы исследования, 3 главы с изложением результатов собственных исследований), заключение, выводы, практические рекомендации, список использованной литературы и приложения. Библиографический список включает 254 источника, из них 212 отечественных и 42 иностранных. Иллюстративный материал представлен 34 таблицами, 22 рисунками и 14 приложениями.

ГЛАВА I. ЛИТЕРАТУРНЫЙ ОБЗОР

1.1. Роль пестицидов, применяющихся в агропромышленном комплексе

В последнее время применение пестицидов для защиты растений от болезней и вредителей в системе повышения урожайности агропромышленного комплекса остаются ведущими [43, 99, 105], т.к. для ядохимикатов характерна высокая эффективность в борьбе с вредными организмами и экономическая результативность [73, 134, 208]. Это доказано обширным применением пестицидов во всем мире [107, 118, 211, 219, 241]. Все большее внедрение пестицидов в сельское хозяйство привело к снижению неурожая и теперь из года в год производительность АПК растет не только по России в целом, но и по ее отдельным районам [124, 202].

В отчетах БАО отражены потери мирового сельского хозяйства от сорняков, вредителей и болезней агрокультур, составляющие около 20 миллиардов долларов в год. Экономические исследования в области применении гербицидов показали, что их использование снижает затраты труда при выращивании урожая на 20%, при этом потеря урожая агрокультур от болезней и вредителей составила в отдельные годы от 10 до 40% [79, 123].

Территориальные нагрузки ядохимикатов по регионам Российской Федерации сильно различаются [6, 33], причем разница значений находится в интервале от 0,1 до 2300 г/га. При этом для северных широт России отмечаются низкие пестицидные нагрузками от 0,1 до 7,0 г/га, а для южн�