МЕТОДИКИ
ВЫДЕЛЕНИЕ ПОЛИЦИКЛИЧЕСКИХ АРОМАТИЧЕСКИХ УГЛЕВОДОРОДОВ
ИЗ ОБРАЗЦОВ ПОЧВ асп. Д. Габов
Научные интересы: содержание полициклических ароматических углеводородов в почвах, методы экстракции полициклических ароматических углеводородов из почв Полициклические ароматические углеводороды (ПАУ) представляют собой высокомолекулярные органические соединения, основным элементом структуры которых является бензольное кольцо. Известны несколько сотен индивидуальных ПАУ, различающихся по числу бензольных колец и особенностям их присоединения друг к другу. Это кристаллические соединения (за исключением ряда производных нафталина) с высокой температурой плавления и кипения. Растворимость ПАУ в воде сравнительно невелика [5]. Почвы играют роль своеобразного «депо», куда ПАУ попадают в результате антропогенных выбросов и природных поступлений. Их наличие в почвах может играть индикаторную роль, отражая наличие источника загрязнения. Исследования генезиса, превращений и особенностей поведения ПАУ в почвах, особенно охватывающие широкую гамму этих соединений, пока еще не многочисленны. Буквально единичные публикации посвящены анализу распределения гаммы ПАУ по генетическому профилю почв в связи с почвообразовательными процессами и характером техногенного воздействия на почвенный покров [2]. Между тем система ПАУ–почва очень информативна. С одной стороны, почвы представляют собой достаточно устойчивую среду, в которой можно вполне корректно осуществлять наблюдение за эволюцией состава ПАУ и использовать их как маркеры почвообразовательного процесса. С другой стороны, изучение молекулярного состава данных соединений перспективно для получения информации о путях образования каждого молекулярного типа, особенностях их накопления и распределения в почвах фоновых и техногенных территорий и о функциональном состоянии почв. В этом плане важное диагностическое значение имеет количество ароматических колец в молекуле ПАУ, характер их присоединения, наличие или отсутствие алкильных замещений различной степени сложности в боковых звеньях молекул и др. ПАУ составляют лишь небольшую часть органического вещества, но определяющую трансформирующую активность среды. Количественное определение полициклической ароматики, и особенно в объектах фонового мониторинга, представляет собой сложную задачу [4, 6]. В отличие от многих других загрязняющих веществ, ПАУ в ходе аналитического определения могут претерпевать определенные изменения. Согласно [3, 7] наибольшее количество и качественное разнообразие ПАУ наблюдается в тех продуктах, органическое вещество которых подвергалось воздействию повышенных температур. Способы подготовки проб почвы к анализу и техника самого эксперимента должны исключать все виды температурного или какого-либо другого жесткого воздействия. Это особенно важно в случае фоновых концентраций, поскольку жесткие температурные методы обработки биологических объектов могут поставить под сомнение первичность извлеченных из пробы углеводородов [1]. Поэтому не рекомендуется извлекать ПАУ высокотемпературной экстракцией, например, в аппарате Сокслета, поскольку при такой экстракции возможно не только новообразование ПАУ, но и образование смолистоасфальтовых компонентов. Экстракт, как правило, темнеет и дальнейшая работа с ним требует проведения тщательного химического хроматографического разделения, которому обязательно должна предшествовать трудоемкая процедура отделения и отмывания ПАУ от асфальтенов, являющихся хорошими сорбентами определяемых углеводородов. В противном случае результаты хроматографического определения некорректны. Экстракт получали бестемпературной экстракцией гексаном в сочетании с ультразвуковой обработкой пробы почвы (рис. 1, А). Установлены оптимальные параметры экстракции: m (почвенной навески) / V (гексана) = 3 г / 5 см3, 90 %-ный выход вещества достигается только после третьей экстракции, продолжительность УЗ-обработки – 10 минут. Полученный экстракт представляет собой многокомпонентную смесь различных ПАУ незамещенного и замещенного характера, а также часто большого количества сопутствующих соединений, которые в почвах фоновых районов по своей массе значительно преобладают над ПАУ. Для целей выделения фракции ПАУ из экстрактов органического вещества почв, растительных материалов применяют различные виды хроматографического разделения. Главным образом – колоночную и тонкослойную хроматографии и высокоэффективную жидкостную хроматографию. Нами были проведены исследования по разделению экстрактов при помощи тонкослойной и колоночной хроматографий. Для выделения ПАУ из гексанового экстракта (рис. 1, Б) выполнено разделение на оксиде алюминия, отделение фракции насыщенных углеводородов (УВ) и полициклических ароматических соединений (фракция F1) от полярных соединений: фталатов, терпенов, сложных эфиров карбоновых кислот, карбоновых кислот, кетонов, альдегидов, спиртов (фракция F2). Отделение аполярной фракции от полярной контролировали хромато-масс-спектрометрически (рис. 2). Фракцию F1 разделяли на колонке с силикагелем на фракции насыщенных УВ (F3) и полициклические ароматические соединения (F4). Фракцию F3 выделяли элюированием н-гексаном, для выделения фракции F4 элюирование продолжали бензолом. Контроль разделения фракций F3 и F4 осуществляли при помощи методов флуориметрии (значительная флуоресценция для F4 и отсутствие флуоресценции для F3) и хромато-масс-спектрометрии (рис. 2). По вышеприведенным схемам (рис. 1) была проведена экстракция и выделение ПАУ из горизонтов торфянисто-подзолисто-глееватой почвы, сформированной на крупнопылеватом суглинке (Максимовский стационар Института биологии Коми НЦ УрО РАН (фоновый участок). Фракцию ПАУ исследовали методом флуориметрии. Распределение ПАУ (рис. 3) по профилю торфянисто-подзолисто-глееватой почвы неравномерное. В верхних торфяных горизонтах 01 и 02 относительно высокое содержание полиароматики можно объяснить формированием ПАУ при процессах разложения органического вещества подстилки. Данная почва характеризуется застойно-промывным водным режимом с высоким увлажнением всего профиля. Образующиеся при разложении торфянистой подстилки ПАУ вымываются из органогенных горизонтов и практически равномерно накапливаются в элювиальной толще (А2g). Но в условиях затрудненного стока и высокой плотности элювиальной толщи в профиле торфяно-подзолисто-глееватой почвы наблюдается область повышенного содержания ПАУ в горизонте А2Вg, далее идет резкое уменьшение количества ПАУ до горизонта Сg. Такие особенности распределения ПАУ по профилю объясняются слабой дифференциацией валового и гранулометрического составов торфянисто-подзолисто-глееватой почвы по сравнению с автоморфной подзолистой почвой. Литература 1. Дикун П.П. Определение полициклических ароматических углеводородов // Проблемы аналитической химии. М.: Наука, 1979. № 6. С. 100-116. 2. Динамика загрязнения почв полициклическими ароматическими углеводородами и индикация состояния почвенных экосистем / А.Н. Геннадиев, И.С. Козин, Е.И. Шурубор и др. // Почвоведение, 1990. № 10. С. 75-85. 3. Ильницкий А.П. Канцерогенные углеводороды в почве, воде и растительности // Канцерогены в окружающей среде. М.: Гидрометеоиздат, 1975. С. 53-71. 4. Методические указания по качественному и количественному определению канцерогенных полициклических ароматических углеводородов в продуктах сложного состава / П.П. Дикун, И.А. Калинина. М., 1976. 44 с. 5. Ровинский Ф.Я., Теплицкая Т.А., Алексеева Т.А. Фоновый мониторинг полициклических ароматических углеводородов. Л.: Гидрометеоиздат, 1988. 223 с. 6. Унифицированные методы мониторинга фонового загрязнения природной среды / Под ред. Ф.Я. Ровинского. М.: Гидрометеоиздат, 1986. 182 с. 7. Шурубор Е.И. Полициклические ароматические углеводороды в системе почва–растение района нефтепереработки (Пермское Прикамье) // Почвоведение, 2000. № 12. С. 1509-1514.
Логотип -
Начало -
Общие
сведения -
Структура -
Научная деятельность 3662 посещений с 02.02.2003 |