Способ определения экотоксикантов в атмосфере промышленных зон
Владельцы патента RU 2430357:
Государственное образовательное учреждение Высшего профессионального образования Тверской государственный университет (RU)
Пахомов Павел Михайлович (RU)
Хижняк Светлана Дмитриевна (RU)
Мейсурова Александра Федоровна (RU)
Изобретение относится к способу определения экотоксикантов в атмосфере промышленных зон с применением лишайников в качестве показателей содержания экотоксикантов. Способ включает сбор образцов лишайника «Hypogymnia physodes» с деревьев, растущих в промышленной зоне, и образцов лишайника с деревьев, растущих в фоновой зоне, не имеющей промышленных выбросов экотоксикантов. Затем осуществляют моделирование процесса взаимодействия лишайника фоновой зоны с промышленными выбросами в лабораторных условиях и получение стандартных образцов лишайника. После проводят сравнение образцов лишайника, собранных в промышленной зоне, со стандартами. При этом стандарты и образцы, собранные в промышленной зоне, сушат при температуре 25-35°С до постоянного веса, измельчают в вибромельнице, прессуют в смеси с бромидом калия при давлении 2,6·106 Па с получением таблеток. Затем снимают ИК-спектры стандартов, снимают ИК-спектры образцов промышленной зоны и сравнивают их с ИК-спектрами стандартов. Достигаемый при этом технический результат заключается в возможности определения как природы, так и содержания экотоксикантов в атмосфере. 5 ил., 4 табл.
Изобретение относится к области применения лишайников в качестве показателей содержания экотоксикантов в атмосфере промышленных зон.
Известен способ определения экотоксикантов в атмосфере промышленных зон с помощью применения биоиндикатора - лишайника HYPOGYMNIA PHYSODES (L.) NYL (Шапиро И.А. Влияние сернистого ангидрида на содержание азота и пероксидазную активность у лишайников // Ботан. журн. 1993. Т.78, №5. С.66-71), так называемая лихеноиндикация, содержащий:
- выборку образцов лишайника в промышленной зоне в соответствии со статистической программой;
- изготовление стандартов из лишайника, собранного в фоновой зоне, не имеющей выбросов в атмосферу экотоксикантов;
- моделирование процесса взаимодействия лишайника с промышленными выбросами в лабораторных условиях;
- визуальный анализ стандартов и образцов из промышленной зоны путем их сопоставления, составление шкалы полеотолерантности;
- определение степени загрязнения атмосферы промышленной зоны по отношению к фоновой зоне с помощью шкалы полеотолерантности.
Недостатки известного способа:
- невозможность количественного определения экотоксикантов в атмосфере промышленных зон;
- невозможность выявления химической природы экотоксикантов.
Технический результат изобретения заключается в разработке качественного и количественного определения экотоксиканатов в атмосфере промышленных зон при максимальном приближении результатов к условиям существования исследуемой экосистемы.
Технический результата изобретения достигается тем, что способ определения экотоксикантов в атмосфере промышленных зон содержит сбор образцов лишайника «Hypogymnia physodes» с деревьев, растущих в промышленной зоне, образцов лишайника с деревьев, растущих в фоновой зоне, не имеющей промышленных выбросов экотоксикантов, моделирование процесса взаимодействия лишайника фоновой зоны с промышленными выбросами путем выдержки образцов в эксикаторе с определенным содержанием экотоксиканта в газовой фазе, получение стандартных образцов лишайника с характерными изменениями его структуры в зависимости от концентрации экотоксиканта в газовой фазе, сушку стандартов и образцов, собранных в промышленной зоне, при температуре 25÷35°С до постоянного веса, измельчение в вибромельнице, прессование в смеси с бромидом калия при давлении 2,6·106 Па с получением таблеток, регистрацию ИК-спектров стандартов, фиксацию в спектрах значений характеристических частот, соответствующих соединениям, образовавшимся в слоевище лишайника фоновой зоны при выдержке в эксикаторе с определенным содержанием экотоксиканта в газовой фазе, фиксацию ИК-спектров образцов промышленной зоны, совмещение их с ИК-спектрами стандартов до совпадения экстремумов характеристических частот, определение концентрации экотоксиканта в атмосфере промышленной зоны как совпадающей с его концентрацией в газовой фазе при моделировании процесса взаимодействия лишайника фоновой зоны с промышленными выбросами.
Изобретение поясняется графическими материалами Фиг.1÷5 и таблицами 1÷3.
Фиг.1 - ИК-спектры образцов Н.physodes, собранного в фоновой зоне (1) и выдержанного в парах азотной кислоты (2).
Фиг.2 - ИК-спектры образцов Н.Physodes; 1 - собран в фоновой зоне; 2-4 - образцы экспонированы в 3%-ной серной кислоте в течение одной недели (2), двух недель (3) и трех недель (4); 5-6 - образцы экспонированы в 6%-ной серной кислоте в течение одной недели (5), двух недель (6) и трех недель (7).
Фиг.3 - ИК-спектры образцов Н.Physodes, собранного в фоновой зоне (1) и выдержанного в парах концентрированной серной кислоты (2).
Фиг.4 - ИК-спектры образцов Н.Physodes из фоновой зоны (1) и собранные в промышленных зонах с различным уровнем загрязнения: относительно слабое загрязнение (2), загрязнение среднего уровня (3), сильное загрязнение (4).
Фиг.5 - ИК-спектры образцов Н.Physodes (а, б, в), собранного в промышленных зонах с высоким уровнем загрязнения атмосферы (1), и образцов, собранных в фоновой зоне и выдержанных в парах 6%-ной (2) и 3%-ной (3) серной кислоты, а также в парах 32%-ной азотной кислоты (4).
Таблица 1 - значения DA/D2925 образцов Н.Physodes, собранных в фоновой зоне и обработанных азотной кислотой, где
* - изменение цвета (пожелтение); ⌀ - полное ослизнение слоевища; ⊗ - полная деструкцией слоевища лишайника.
Таблица 2 - значения DA/D2925 образцов Н.Physodes, собранных в фоновой зоне и обработанных серной кислотой.
Таблица 3 - общая характеристика используемых образцов лишайника (Hypogymnia physodes). IP* - индекс полеотолерантности Трасса. (Абсолютная величина этого индекса отражает степень загрязнения/чистоты исследуемой территории).
Таблица 4. Значения Dv/D2925 образцов Н.Physodes, собранных в промышленной зоне, атмосфера которой содержит выбросы серосодержащих загрязнений, где
* - изменение цвета (пожелтение) слоевища лишайника; «-» - отсутствие полос поглощения в ИК-спектрах.
Сущность заявляемого изобретения заключается в следующем.
Изменения основных компонентов окружающей природной среды, приведшие к возникновению глобальных экологических проблем, определили появление на свет широкого спектра методов их оценки. Все многообразие наземных методов условно можно разделить на 2 группы: физико-химические и биоиндикационные.
Биоиндикация - оценка экологических условий (чаще загрязнение среды человеком) по организмам-индикаторам или целым сообществам. В зависимости от вида биоиндикатора выделяют альгоиндикацию, дендроиндикацию, лихеноиндикацию.
Преимущество биоиндикации - не требует значительных затрат труда, сложного и дорогостоящего оборудования, трудоемких методик, что под силу только специальным лабораториям, позволяет определить общий уровень загрязнения и т.д.
Недостатком биоиндикации является невозможность определить характер загрязнителя, установить его концентрацию в многокомпонентной смеси загрязняющих веществ, поскольку биоиндикатор реагирует сразу на весь комплекс веществ.
Физико-химические методы - эта группа методов, позволяющая получить количественные и качественные характеристики фактора. Качественный анализ предшествует количественному, поскольку выбор метода количественного определения зависит от данных качественного анализа.
Известны гравиметрический, титрометрический, колориметрический методы. К методам, требующим дополнительной специальной подготовки, относят радиоспектроскопию (ЯМР-спектроскопию и ЭПР), оптическую спектроскопию (УФ-, видимый и ИК диапазон), спектроскопию комбинационного рассеяния или Раман-спектроскопию, атомно-адсорбционную спектроскопию. Каждый из методов при оценке состояния различных компонентов среды имеет свои достоинства и недостатки.
Атомно-абсорбционная спектроскопия обычно используется для определения неорганического состава пищевых продуктов, следов выстрела, следов металлизации на объектах окружающей среды, количественного определения примесного состава металлов, сплавов, руд и рудных концентратов металлов. Не так давно вместо атомно-абсорбционной спектроскопии стали использовать плазменную эмиссионную спектроскопию, что позволило добиться одновременного определения многих элементов в малом объеме образца. Соединение атомно-абсорбционной спектроскопии и рентгеновской флуоресцентной спектроскопии дало возможность определять не только металлы (концентрацию никеля, железа, меди, цинка и свинца в слоевище лишайника), но и некоторые неметаллы.
Масс-спектрометрия позволяет провести анализ микроэлементного состава объектов окружающей среды, определить органические загрязнители и токсичные элементы в биологических объектах, установить строение вещества по характеру образующихся фрагментов, провести количественный анализ смесей, включая определение микропримесей, определить степень чистоты вещества. Соединение хроматографических методов с масс-спектрометрией привело к возможности определения хлорированных углеводородов (хлорсодержащие пестициды, полихлорбифенилы), бенз(а)пирена, полиароматических углеводородов и других летучих и нелетучих органических примесей в воздухе, к идентификации отравляющих, токсических веществ и нефтепродуктов по составу, при проведении экспертизы пищевых продуктов. Объединение методов масс-спектрометрии с плазменной эмиссионной спектроскопией существенно увеличило чувствительность при определении.
Преимущества метода ЯМР в том, что он дает больше информации о строении молекул некоторых классов растворимых органических веществ без спектров сравнения их стандартов.
УФ спектроскопия находит себе применение не только в лабораторной практике, но и в химической и пищевой промышленности, например для определения стирола в его смесях с дивинилбензолом (ГОСТ 10003-67), определение каратиноидов, бенз(а)пирена и т.д. УФ используют для определения ионов (Al3+, Ba2+, NH4 +, Fen+, Cd2+; Mnn+; Cun+; Mon+; Asn+; Nin+; Pbn+; Crn+; Zn2+; F; NO3 -; NO2 -; CN-; BO3 3-; PO4 3-; SO4 2-; PO4 3-; SiO2·xH2O) в питьевой воде, сточных водах, донных отложениях, почвах, а также органических примесей в воздухе рабочей зоны и атмосферном воздухе.
С помощью метода ИК спектроскопии могут быть исследованы как органические, так и неорганические соединения, независимо от того, находятся они в газообразном или парообразном состоянии, являются ли жидкостями или твердыми соединениями. Возможности ИК спектроскопии с Фурье-преобразованием позволили с успехом применить ее для газового анализа, и, в первую очередь, для анализа атмосферы, как Земли, так и других планет. Методы Фурье-ИК спектроскопии были использованы для астрофизических исследований. По ИК спектрам планет Марса, Венеры, Юпитера был определен состав их атмосферы, были изучены также спектры некоторых звезд. Фурье-ИК спектроскопию используют также и при решении спорных вопросов хемосистематики.
Лазерная раман-спектроскопия имеет ряд преимуществ перед ИК спектроскопией, так как позволяет получить сигнал, при работе с влажным образцом, что дает возможность работать в полевых условиях и со свежими образцами.
Недостатки, связанные с использованием физико-химических методов, определены прежде всего техническими ограничениями. Широкому использованию физико-химических методов при оценке состояния окружающей среды препятствует их высокая стоимость, а для работы на сложных приборах требуются высококвалифицированные специалисты.
Какой бы не была современная аппаратура для контроля загрязнения и определения вредных примесей в окружающей среде, она не может сравниться со сложно устроенным «живым прибором» (биоиндикатор). Однако если у «живых приборов» есть серьезный недостаток - они не могут установить концентрацию какого-либо вещества в многокомпонентной среде, то физико-химические методы дают количественные и качественные характеристики фактора, но не позволяют оценить их биологическое действие.
В заявляемом способе используется совместное использование биоиндикатора с физико-химическим контролем состояния окружающей среды - эпифитных лишайников в качестве биоиндикатора с методом ИК спектроскопии. Возможность идентификации химического состава соединений с помощью ИК спектроскопии определяет интерес к использованию этого метода в лихеноиндикации. Известно, что метод лихеноиндикации имеет ряд недостатков. Например, результаты лихеноиндикационных исследований не дают прямых сведений о типе и концентрации загрязнителей, остается нерешенной проблема сравнения индикационной способности одних и тех же видов в различных макроэкологических средах (регионах), сравнения действий различных загрязнителей на жизнедеятельность лишайников.
Диоксид азота
Условия эксперимента: в лабораторных условиях осуществляли моделирование различного уровня загрязнения воздуха окислами азота. Влажные образцы Н.physodes, собранные в фоновой зоне, помещали в эксикатор над парами диоксида азота. Для этого в эксикатор наливали 20 мл азотной кислоты (HNO3) различной концентрации (2, 4, 8, 16, 32 и 65%) и нагревали до температуры +36°С в сушильном шкафу каждый день в течение трех часов на протяжении всего эксперимента. При нагревании и под действием света кислота разлагается с выделением диоксида азота, в котором образцы Н.physodes выдерживали в течение 1÷3 недель:
Для записи ИК спектров образцов готовили таблетки с бромидом калия (KBr). Для этого 3 мг образца лишайника, высушенного при температуре 25÷35°С, измельчали в вибромельнице, смешивали с порошком KBr (0,7 г). Затем смесь прессовали под давлением 2,6·106 Па в специальной пресс-форме при комнатной температуре с вакуумной откачкой и получали прозрачную таблетку. ИК спектры образцов записывали на Фурье-ИК спектрометре «Equinox 55» фирмы «Bruker» (Германия).
Для проведения количественного спектрального анализа использовали программу OPUS-NT, которая позволяет рассчитать оптическую плотность анализируемой полосы (DA) по формуле:
D=kcd,
где: D - оптическая плотность (поглощение); с - концентрация поглощающих центров (осцилляторов или колеблющихся химических группировок); d - толщина образца (длина пути, пройденного светом); k - коэффициент поглощения данного осциллятора.
С целью исключения влияния толщины на количественные результаты оптическую плотность анализируемой полосы поглощения (DA) относили к оптической плотности полосы стандарта (DC):DA/DC. В качестве полосы стандарта была выбрана полоса на частоте 2925 см-1, характеризующая валентные колебания СН2-группы в образце.
По зависимости DA/DC(DA/D2925) делали представление об относительной концентрации исследуемых химических групп и их изменениях в процессе реакции.
Результаты эксперимента:
- о присутствии в приземном слое атмосферы диоксида азота можно судить по появлению в ИК спектрах образцов Н.physodes изменений на частоте 1381 см-1, связанных с образованием соединения из группы типа алкилнитратов (симметричные валентные колебания группы -O-NO2) (Фиг.1);
- о содержании диоксида азота в атмосфере можно судить по величине D1381/D2925 (Табл.1);
- предельно-допустимая концентрация паров азотной кислоты для лишайникового слоевища - 16%.
Превышение порогового значения концентрации паров азотной кислоты вызывает у лишайника стрессовое состояние, приводящее к глубокому необратимому нарушению физиологии и структуры;
- действие высоких концентрации азотной кислоты (32 и 65%) не приводит к взаимодействию накопленного поллютанта с органическими компонентами лишайника.
Диоксид серы
В лабораторных условиях моделировали загрязнение воздуха диоксидом серы.
Условия эксперимента: влажные образцы Н.physodes, собранные в фоновой зоне, помещали в эксикаторы над парами диоксида серы. Для этого предварительно в эксикатор наливали 20 мл серной кислоты (H2SO4) различной концентрации (3, 6, 12, 24, 49 и 98%), опускали медную проволоку и нагревали до +40°С в сушильном шкафу каждый день в течение пяти часов на протяжении всего времени эксперимента:
.
Для записи ИК спектров образцов готовили таблетки с бромидом калия (KBr). ИК спектры образцов записывали на Фурье-ИК спектрометре «Equinox 55» фирмы «Bruker» (Германия). С помощью программы OPUS NT рассчитывали оптическую плотность анализируемой полосы и относили ее впоследствии к полосе стандарта (DA/D2925).
Результаты эксперимента:
- о присутствии в атмосфере диоксида серы свидетельствует появление в ИК спектрах образцов Н.physodes изменений, связанных с образованием нескольких типов соединений (Фиг.2, 3):
- сульфокислоты - R-SO2-OH (1230, 1056, 851 и 581 см-1);
- сульфоны - R-SO2R (1313, 782, 666 и 518 см-1);
- сульфаты - (RO)2SO2 (1424, 873 и 711 см-1);
- на присутствие в атмосфере диоксида серы содержанием, эквивалентным 3% серной кислоте, указывает появление ИК полос поглощения в образце лишайника, связанных с образованием сульфокислот - R-SO2-OH;
- на присутствие в атмосфере диоксида серы содержанием, эквивалентным 6% серной кислоте, указывает появление ИК полос поглощения в образце лишайника, связанных с образованием сульфонов - R-SO2R;
- на появление залповых, чаще аварийных выбросов сернистого газа в атмосферу (эквивалентных по содержанию 98% серной кислоте) указывают полосы поглощения, связанные с образованием сульфатов - (RO)2SO2;
- кратковременное воздействие концентрированной серной кислоты на Н.physodes не вызывает повреждения на уровне клетки в течение 6÷7 суток - побледнение слоевища, вызванное потерей хлорофилла или омертвление (ослизнение);
- действие паров 12, 24 и 49% кислоты на лишайник не выявило никаких изменений в ИК спектрах образцов;
- о длительности хронического воздействия низких концентраций сернистого газа (3 и 6%) указывает деструкция химического состава лишайника Н.physodes и изменения на частотах 1619 см-1 (ν (C=O)) (Табл.2);
- воздействие паров серной кислоты на лишайник, в отличие от азотной, показывает большую зависимость деструктивного эффекта от времени экспозиции, в меньшей степени от концентрации данного поллютанта.
Для демонстрации практической ценности ИК спектральных исследований химического состава лишайника, испытавшего влияния экотоксикантов, при оценке загрязнения атмосферы был осуществлен сбор лишайников в экологически чистой (загородной) зоне, а также в промышленных зонах города с разным уровнем загрязнения атмосферы (Табл.3). Спектры данных образцов (1÷4) по стандартной методике были записаны на ИК спектрометре. Для сравнительного анализа выбрали ИК спектры образцов 5÷7 (Табл. 3), выдержанных над парами 3 и 6% серной кислоты в течение трех недель, а также 16% азотной кислоты в течение одной недели.
Примеры выполнения способа
Пример 1
В ИК спектрах образцов H.physodes, собранных в промышленных зонах города с разным уровнем загрязнения, обнаружены изменения на частотах 1313, 782, 666 и 514 см-1 (Фиг.4). Данные изменения связанны с образованием сульфонов (-R-SO2R) в лишайнике, что указывает на присутствие в воздухе атмосферы сернистого газа. Сопоставление ИК спектров образцов из РЗ и ИК спектров образцов, выдержанных в парах 6%-ной серной кислоты в течение 3-х недель, показало их полное соответствие (Фиг.5а). Сопоставление ИК спектров лишайников (2÷4) с ИК спектром лишайника, выдержанного в парах 3% серной кислоты (5), не выявило изменений, связанных с образованием сульфокислоты: (R-SO2--OH) (Фиг.5б).
Пример 2
Сравнение ИК спектров лишайников (2÷4) с ИК спектром лишайника, выдержанного в парах 16% азотной кислоты в течение одной недели (7) выявило следы загрязнения атмосферы окислами азота (Фиг.5в). В спектрах лишайников (2÷4) обнаружены изменения на частоте 1381 см-1, связанные с образованием в лишайниковом слоевище алкилнитратов.
Расчет Dv/D2925 для полос поглощения 1313, 781, 666, 517 см-1 лишайников из промышленных зон города показал, что значительное содержание сульфонов присутствует в образце из промышленной зоны, располагающейся в зоне сильного атмосферного загрязнения (Табл. 3), а самое низкое - из зоны относительно слабого загрязнения атмосферы. По-видимому присутствие в приземном слое атмосферы сернистого газа в зоне сильного загрязнения атмосферы является более длительным. Косвенным свидетельством токсичности сернистого газа для лишайникового слоевища служит увеличение интенсивности полосы поглощения на частоте 1619 см-1 (Табл. 4), которое отмечено в ИК спектрах лишайников (2÷4). Увеличение значения D1619/D2925 указывает о начале деструктивных процессов в лишайниковом слоевище, при отсутствии морфологических изменений. Степень деструкции в лишайнике (4) из зоны сильного загрязнения атмосферы самая высокая.
Количественный спектральный анализ показывает, что влияние загрязнения атмосферы оксидами азота в исследуемых промышленных зонах города не очень существенно.
Доминирующим загрязнителем атмосферы является диоксид серы. Химическая и энергетическая отрасли промышленности являются основным источником загрязнения атмосферы, вредные вещества распространяются от них с воздушными массами благодаря преобладанию южных и юго-западных ветров в городе. Промышленная зона, располагающаяся в зоне сильного загрязнения атмосферы, испытывает наибольшее влияние от промышленности, чем промышленные зоны, находящиеся в зонах среднего и относительно слабого уровня загрязнения воздуха, поскольку территориально располагается ближе к нему. Прилегающие к данной промышленной зоне крупные магистрали с интенсивным движением автотранспорта являются дополнительным источником двуокиси серы, которая образуется в процессе окисления резиновой пыли от автомобильных шин.
Наряду с вышеописанными изменениями в ИК спектрах лишайников (2÷4) отмечены также изменения в содержании белков - Амид I, Амид II и Амид III. Наиболее существенными являются изменения на частоте 1654 см-1. Величина отношения D1654/D2925 в ИК спектрах лишайников (2÷4) выше фонового значения в два раза и изменяется от 1.90 до 2.06 соответственно.
Количественные спектральные исследования химического состава лишайника Н.physodes, собранного в различных промышленных зонах города, согласуются с данными лихеноиндикационного анализа (Табл.3). Содержание экотоксикантов в образце из промышленных зон, где отмечен самый высокий индекс полеотолерантности (IP=7,1), также самое высокое. Для образца из промышленных зон с сильным уровнем загрязнения атмосферы, кроме того, характерна высокая степень деструкции лишайникового слоевища. По мере удаления от источников загрязнения действие данных экотоксикантов ослабевает. Содержание сульфонов и алкилнитратов существенно снижается в лишайнике для промышленных зон среднего и относительно слабого загрязнения атмосферы.
Алгоритм применения на практике
1. Осуществляется сбор образцов Hypogymnia physodes с деревьев (на высоте 1,2÷1,5 м от земли), растущих в промышленной зоне.
2. Осуществляется запись ИК спектров. Для записи ИК спектров образцов используется метод приготовления таблетки с бромидом калия (KBr). Для этого 3 мг образца высушенного лишайника при температуре 25-35°, тщательно измельчается в вибромельнице, смешивается с порошком KBr (0,7 г). После смесь подвергают прессованию под давлением 20 атм. в специальной пресс-форме при комнатной температуре в вакууме для получения прозрачной таблетки. ИК спектры образцов записываются на спектрометре.
3. Анализ полученных ИК спектров:
- совмещаются спектры образцов лишайников из загрязненной промышленной зоны с ИК спектром фоновой (чистой) зоны;
- устанавливаются полосы поглощения, связанные с накоплением экотоксикантов - диоксидов азота и серы.
Количественное определение диоксида серы:
- если установлены ИК полосы поглощения в образце лишайника на частотах 1313, 782, 666 и 518 см-1, связанных с образованием сульфонов - R-SO2R, то в атмосфере присутствует диоксид серы с содержанием, эквивалентным 6% серной кислоте;
- если обнаружены ИК полосы поглощения в образце лишайника на частотах 1230, 1056, 851 и 581 см-1, связанных с образованием сульфокислоты
- R-SO2-OH, то в атмосфере присутствует диоксид серы, содержанием эквивалентным 3% серной кислоте;
- если отмечены ИК полосы поглощения в образце лишайника на частотах 1424, 873 и 711 см-1, связанных с образованием сульфатов - (RO)2SO2, то в атмосфере присутствует диоксид серы с содержанием, эквивалентным 98% серной кислоте;
- если отмечено ИК полоса поглощения на частоте 1619 см-1 (ν (C=O)), то лишайник испытывает длительное хроническое воздействие низких концентраций сернистого газа (3 и 6%), ответом на воздействие которого является деструкция химического состава лишайника Н.physodes (табл.2).
Количественное определение диоксида азота:
- если отмечена ИК полоса поглощения в образце лишайника на частоте 1381 см-1, связанной с образованием в лишайниковом слоевище алкилнитратов, то в атмосфере присутствует диоксид азота;
- определяется относительная концентрация диоксида азота. Для этого рассчитывается оптическая плотность анализируемой полосы (D1381)2 (2Расчет оптической плотности в программе OPUS NT (см. приложении 2)). С целью исключения влияния толщины образца на количественные результаты расчетов оптическую плотность анализируемой полосы поглощения (D1381) относят к оптической плотности полосы стандарта (D2925)3 (3Полоса на частоте 2925 см-1, характеризуют валентные колебания СН2-группы в образце. Эта полоса является структурно-нечувствительной.):D1381/D2925. Используя данные Табл.1, определяется содержание загрязнителя.
Предлагаемый способа позволяет:
- зафиксировать в атмосфере промышленных зон диоксид азота и диоксид серы;
- определить относительное содержание экотоксикантов в воздухе;
- выяснить доминирующий загрязнитель атмосферы;
- оценить влияние загрязнения атмосферы на живые системы:
- зафиксировать основные тенденции изменения химического состава в слоевище, которые могут быть вызваны накоплением экотоксикантов и их взаимодействием с органическими компонентами лишайника,
- зафиксировать при слабом уровне загрязнения атмосферы сернистым газом и диоксидом азота увеличение содержания белков в лишайнике,
- зафиксировать деструкцию химического состава, когда нет проявления внешних видимых морфологических изменений, - побледнения, пожелтения и т.д.
- подтвердить, что зависимость деструкции от времени воздействия неблагоприятного фактора или его концентрации определяется типом загрязнения.
- подтвердить, что процесс образования в лишайнике сульфонов (R-SO2R) и сульфокислот (R-SO2--OH) сопряжено с деструкцией химического состава;
- разработать методы ранней диагностики трансформации природных систем, находящихся под влиянием техногенной нагрузки;
- прогнозировать состояние живых систем.
| Таблица 1 | ||||||||
| Волновое число, см-1 | Время экспонирования, недели | Концентрация азотной кислоты, % | Фон | |||||
| 2 | 4 | 8 | 16 | 32 | 65 | |||
| 1381 | 1 | 1,10 | 1,30 | 2,10 | 3,10 | 2,50 | 1,43* | - |
| 2 | 0,90 | 0,68 | 0,59 | 1,50 | 3,60* | ⌀ | ||
| 3 | 1,13 | 1,10 | 1,31 | 5,20* | ⌀ | ⊗ |
| Таблица 2 | ||||||||
| Волновое число, см-1 | Время экспонирования, недели | Концентрация серной кислоты, % | Фон | |||||
| 3 | 6 | 12 | 24 | 49 | 98 | |||
| 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 | 7 | 8 | 9 |
| 1654 | 1 | 0,90 | 0,94 | 1,05 | 1,18 | 1,00 | - | 0,88 |
| 2 | 0,67* | 1,03 | 1,05 | 1,05 | 0,89 | 0,95 | ||
| 3 | 0,71* | 2,24 | 0,82 | 1,05 | 1,02 | 0,96 | ||
| 1619 | 1 | 0,90 | 0,91 | 1,23 | 1,18 | 1,00 | 1,48 | 0,92 |
| 2 | 0,64* | 1,05 | 0,97 | 1,03 | 0,82 | 0,94 | ||
| 3 | 0,57* | 3,10 | 0,76 | 1,13 | 1,13 | 1,13 | ||
| 1542 | 1 | - | - | 0,17 | 0,36 | - | - | - |
| 2 | - | - | - | - | - | 0,22 | ||
| 3 | - | - | 0,15 | - | - | - | ||
| 1424 | 1 | - | - | - | - | - | 2,8 | - |
| 1313 | 1 | - | 0,71 | 0,71 | 0,78 | 0,75 | 0,80 | 0,61 |
| 2 | - | 0,89* | 0,80 | 0,82 | 0,66 | 0,78 | ||
| 3 | - | 1,93* | - | 0,76 | 0,72 | 0,81 | ||
| 1266 | 1 | 0,08 | 0,82 | 0,80 | 0,81 | 0,78 | 0,96 | 0,71 |
| 2 | - | 0,84* | 0,78 | 0,74 | 0,76 | 0,78 | ||
| 3 | - | 0,71* | 0,87 | 0,79 | 0,79 | 0,74 | ||
| 1230 | 2 | 1,16* | - | - | - | - | - | |
| 3 | 1,11* | - | 0,85 | - | - | 0,71 | ||
| 1056 | 2 | 1,54* | - | - | - | - | - | - |
| 3 | 2,42* | - | 1,88 | - | - | - | ||
| 873 | 1 | - | - | - | - | - | 0,76 | - |
| 2 | 0,04* | - | - | - | - | - | ||
| 3 | 0,17* | - | - | - | - | - |
| 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 | 7 | 8 | 9 |
| 851 | 1 | - | - | - | - | 0,03 | - | |
| 2 | 0,14* | - | 0,02 | - | ||||
| 3 | 0,17* | - | - | - | ||||
| 780 | 1 | 0,05 | 0,05 | 0,17 | 0,09 | 0,09 | 0,16 | 0,08 |
| 2 | - | 0,12* | 0,12 | 0,12 | 0,04 | 0,11 | ||
| 3 | 0,75 | 0,02 | 0,10 | 0,09 | 0,11 | |||
| 711 | 1 | - | - | - | - | - | 0,24 | - |
| 666 | 3 | 0,41* | - | - | - | - | - | |
| 581 | 1 | 0,23 | - | - | - | - | - | |
| 2 | 0,54* | 0,29* | - | - | - | - | ||
| 3 | 0,42* | 0,34* | 0,39 | - | - | - | ||
| 518 | 1 | - | - | - | - | - | - | |
| 2 | - | 0,23* | - | - | - | - | ||
| 3 | - | 0,53* | - | - | - | - |
| Таблица 3 | ||
| № лишайника | Характеристика | Условия эксперимента |
| 1 | Собран в зоне слабого загрязнения атмосферы (фоновой) (IP*=3,2) | Источники загрязнения атмосферы не выявлены |
| 2 | Собран в промышленной зоне, располагающейся в зоне относительно слабого загрязнения атмосферы (IP=4,7) | Источники загрязнения: промышленные предприятия химической и энергетической отрасли, автотранспорт. Промышленная зона находится на берегу реки. |
| 3 | Собран в промышленной зоне, располагающейся в зоне среднего загрязнения атмосферы (IP=6,8) | Источники загрязнения: промышленные предприятия химической и энергетической отрасли; другие объекты, загрязняющие среду: несанкционированные бытовые и строительные свалки. |
| 4 | Собран в промышленной зоне, располагающейся в зоне сильного загрязнения атмосферы (IP=7,1) | Источники загрязнения: промышленные предприятия химической и энергетической отрасли, автотранспорт: крупные внутренние магистрали с интенсивным движением автотранспорта. РЗ располагается на берегу искусственного водоема |
| 5 | Выдержан в парах 3% серной кислоты (H2SO4) в течение 3 недель | Образец помещали в эксикатор, где предварительно наливали 20 мл 3% (H2SO4), опускали медную проволоку и нагревали на слабом пламени:
|
| 6 | Выдержан в парах 6% H2SO4 в течение 3 недель. | Образец помещали в эксикатор, где предварительно наливали 20 мл 6% H2SO4, опускали медную проволоку и нагрели на слабом пламени. |
| 7 | Выдержан в парах 16% азотной кислоты в течение 1 недели | Образец помещали в эксикатор, куда предварительно наливали 20 мл 16% азотной кислоты и нагревали до температуры 86°С. При нагревании и под действием света кислота разлагается с выделением диоксида азота:
|
| Таблица 4 | |||||||||||
| № лишайника | ν, см-1 | ||||||||||
| 1654 | 1619 | 1542 | 1381 | 1313 | 1266 | 1230 | 879 | 781 | 666 | 517 | |
| 1 | 0.88 | 0.92 | - | - | 0.63 | 0.71 | - | 0.04 | 0.08 | - | - |
| 2 | 1.90 | 2.17 | - | 0.80 | 1.36 | 0.75 | - | - | 0.56 | 0.40 | 0.49 |
| 3 | 2.00 | 2.26 | 0.22 | 0.83 | 1.45 | 0.86 | - | - | 0.56 | 0.43 | 0.52 |
| 4 | 2.06 | 2.60 | 0.47 | 0.85 | 1.68 | 0.87 | - | 0.13 | 0.62 | 0.53 | 0.56 |
| 5 | 0.71* | 0.57* | - | - | - | - | 1.11* | - | - | - | - |
| 6 | 2.24* | 3.10* | - | - | 1.93* | 0.71* | - | - | 0.76* | 0.42* | 0.54* |
| 7 | 1.44 | - | 0.52 | 3.10 | 1.00 | 1.01 | - | 0.15 | 0.15 | - | - |
Способ определения экотоксикантов в атмосфере промышленных зон, содержащий сбор образцов лишайника «Hypogymnia physodes» с деревьев, растущих в промышленной зоне, образцов лишайника с деревьев, растущих в фоновой зоне, не имеющей промышленных выбросов экотоксикантов, моделирование процесса взаимодействия лишайника фоновой зоны с промышленными выбросами в лабораторных условиях, получение стандартных образцов лишайника, сравнение образцов лишайника, собранных в промышленной зоне, со стандартами, отличающийся тем, что стандарты и образцы, собранные в промышленной зоне, сушат при температуре 25-35°С до постоянного веса, измельчают в вибромельнице, прессуют в смеси с бромидом калия при давлении 2,6·106 Па с получением таблеток, снимают ИК-спектры стандартов, снимают ИК-спектры образцов промышленной зоны и сравнивают их с ИК-спектрами стандартов.
