Научно-исследовательская работа "ОПРЕДЕЛЕНИЕ СОДЕРЖАНИЯ ОСТАТОЧНЫХ ПЕСТИЦИДОВ В ПРОДУКТАХ ПИТАНИЯ МЕТОДОМ ТОНКОСЛОЙНОЙ ХРОМАТОГРАФИИ."

МУНИЦИПАЛЬНОЕ ОБЩЕОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ

СРЕДНЯЯ ОБЩЕОБРАЗОВАТЕЛЬНАЯ ШКОЛА №33 Г.ЛИПЕЦКА

ОПРЕДЕЛЕНИЕ СОДЕРЖАНИЯ ОСТАТОЧНЫХ ПЕСТИЦИДОВ В ПРОДУКТАХ ПИТАНИЯ МЕТОДОМ ТОНКОСЛОЙНОЙ ХРОМАТОГРАФИИ.

                                                        Выполнила Ученица 11 «А» класса

                                                        Мещерякова Евгения Вячеславовна

                                                        Научный руководитель: учитель биологии  

                                                        МОУ СОШ№33  Иванова Людмила  

                                                        Александровна                                                                                                  

                                                        Научные консультанты: заведующая

                                                        технолого-аналитической лаборатории

                                                        филиала ФГУ «Россельхозцентр» по

                                                        Липецкой области Орлова Александра

                                                         Ивановна, главный токсиколог   технолого-

                                                         аналитической лаборатории филиала ФГУ

                                                         «Россельхозцентр» по Липецкой  области

                                                           Корвякова  Галина Михайловна.

                                          Липецк – 2010

                                            Содержание

Введение (актуальность, цель и задачи исследования, методы              стр.

и приемы)…………………………………………………………………......3-4

I.Теоретическая часть…………………………………………………….....5-10

  I – 1. Загрязнение биосферы………………………………………………5- 6

  I – 2. Понятие о пестицидах…………………………………………….....6- 7

  I – 3. Классификация пестицидов…………………………………………..7- 10

II. Практическая часть……………………………………………………….11-12

   II -1.Экстракция и очистка экстракта грибов………………………………11

   II-2. Хроматографирование………………………………………………..11-12

   II-3. Результаты………………………………………………………………12

III. Рекомендации………………………………………………………………14

IV. Источники…………………………………………………………………..15

Введение

    Человек и природа неотделимы друг от друга и тесно взаимосвязаны. Для человека, как и для общества в целом, природа является средой жизни и единственным источником необходимых для существования ресурсов.

Ресурсы - всё то в природе, из чего организм черпает энергию и получает необходимые вещества для своей жизнедеятельности. [1]

По мере развития индустриального производства, роста городов увеличивается влияние человека на природную среду. И в связи с этим возрастают объемы антропогенных загрязнителей. Антропогенное загрязнение – результат деятельности человека .

Загрязнению подвергаются все внешние оболочки биосферы: атмосфера, гидросфера, литосфера. Наиболее опасно загрязнение почв, так как в нормальных естественных условиях все процессы , происходящие в почве, находятся в равновесии, но  в результате хозяйственной деятельности человека происходит изменение состава почвы и даже её уничтожение. Одним из последствий производственной деятельности человека является интенсивное загрязнение почвенного покрова металлами и их соединениями, радиоактивными элементами, а также удобрениями и ядохимикатами, применяемыми в сельском хозяйстве. [1]

Почва же, обладая аккумулирующим свойством, способна влиять на химическое загрязнение растений, произрастающих на ней. Пестициды также являются одними из наиболее опасных загрязнителей почв. Учитывая количества их внесений, принцип и спектр действий они становятся прямой угрозой нарушения равновесия как экосистем, так и физического благополучия отдельных организмов, в том числе и человека. Пестициды угнетают биологическую активность грунтов, уничтожают полезные микроорганизмы, червей, уменьшают естественную плодородность. Загрязнение окружающей среды ядохимикатами приводит к уничтожению полезных насекомых (в том числе насекомых-опылителей), птиц, рыбы, животных, отравлению людей непосредственно пестицидами или продуктами, в которых они накапливаются.

Пестициды попадая в организм человека и теплокровных животных даже в очень малом количестве, они способны вызывать нарушения деятельности центральной нервной системы и жизненно важных органов. Вызывают аллергии, появление доброкачественных и злокачественных опухолей, хромосомных аномалий, которые могут проявиться даже через несколько поколений, нарушают развитие плода во время беременности. Ежегодно в мире около миллиона человек подвергаются отравлению пестицидами. Некоторые пестициды очень долго разлагаются во внешней среде (несколько десятков лет) при этом легко накапливаясь в растениях и живых организмах. А так же, если почва и растение обрабатывается сразу несколькими пестицидами одновременно, то наступает «эффект коктейля», когда комбинация вредных веществ оказывает еще большее отрицательное воздействие на живые организмы и окружающую среду. [2] 

Актуальность выбранной темы подтверждается негативным влиянием пестицидов на экосистему и здоровье человека.

Гипотеза: пестициды способны накапливаться в продуктах питания растительного и животного происхождения и отрицательно влиять на здоровье человека.

Цель работы: определить содержание остаточных количеств пестицидов в продуктах питания методом тонкослойной хроматографии (ТСХ).

Достижение цели потребовало решения определенных задач:

1. Изучение вопроса о химическом загрязнении оболочек биосферы.
2. Знакомство с историей применения пестицидов.
3. Изучение целей и направлений применения пестицидов, их классификация (по разным параметрам).
4. Определение содержания пестицидов в образцах грибов вешенка.
5. Анализ полученных результатов.

 Методы и приемы исследования:

1. Изучение специальной литературы.
2. Эксперимент «определение содержания остаточных количеств пестицидов в продуктах питания (грибах) методом тонкослойной хроматографии.
3. Анализ результатов полученных исследований.

                                  I.Теоретическая часть

I – 1. Загрязнение биосферы.

Человек всегда использовал окружающую среду в основном как источник ресурсов, однако в течение очень длительного времени его деятельность не оказывала заметного влияния на биосферу. Лишь в конце прошлого столетия изменения биосферы под влиянием хозяйственной деятельности обратили на себя внимание ученых. В первой половине нынешнего века эти изменения нарастали и в настоящее время лавиной обрушились на человеческую цивилизацию. Стремясь к улучшению условий своей жизни, человек постепенно наращивает темпы материального производства, не задумываясь о последствиях. При таком подходе большая часть взятых от природы ресурсов возвращается ей в виде отходов , часто ядовитых или непригодных для утилизации. Это создает угрозу и существованию биосферы, и самого человека. [1]

1. Загрязнение атмосферы.

Различные негативные изменения атмосферы Земли связаны главным образом с изменением концентрации второстепенных компонентов атмосферного воздуха. К основным антропогенным источникам загрязнения атмосферы относятся предприятия топливно-энергетического комплекса, транспорт, различные машиностроительные предприятия. Процессы горения приводят к уменьшению содержания кислорода в атмосфере. Сжигание высокосернистых углей и мазутов на электростанциях ведет к тому, что в атмосферу попадают диоксид серы, оксиды азота и тяжелых металлов, в результате чего возникают кислотные дожди, которые губят растительность, уничтожают жизнь пресных водоемах. [3]

2. Загрязнение гидросферы.

Одним из основных загрязнителей воды является нефть и нефтепродукты. По оценкам экспертов, в океан ежегодно попадает около 10 т нефти. Нефть на воде образует тонкую пленку, препятствующую газообмену между водой и воздухом. Оседая на дно, она попадает в донные отложения, где нарушается естественные процессы жизнедеятельности донных животных и микроорганизмов. Кроме нефти, значительно возрос выброс в океан бытовых  и промышленных сточных вод, содержащих, в частности , такие опасные загрязнители, как свинец, ртуть, мышьяк, обладающие сильным токсическим действием. Фоновые концентрации таких веществ во многих местах уже превышены в десятки раз. [1]

3. Загрязнение литосферы.

Громадные площади плодородных земель погибают при горнопромышленных работах, при строительстве предприятий и городов. Уничтожение лесов и естественного травянистого покрова, многократная распашка земли без соблюдения правил агротехники приводит к возникновению эрозии почв – разрушению и смыву плодородного слоя водой и ветром. К наиболее опасным загрязнителям почв относят ртуть и её соединения, свинец, а также вблизи крупных центров черной и цветной металлургии почвы загрязнены железом, медью, цинком, марганцем, никелем, алюминием и другими металлами. Значительное влияние на химический состав почв оказывает современное сельское хозяйство, широко использующее пестициды.[1]

I – 2. Понятие о пестицидах.

Пестициды- (от лат. Pestis- зараза, caedo-убиваю),общие наименование всех химических и биологических препаратов, чаще яды, которые используются в сельском хозяйстве для защиты растений от сорняков, вредителей и болезней. Кроме того, пестициды помогают повысить урожай, улучшить внешний вид плодов и продлить срок их хранения. [4]

     Потребность в применении веществ, отпугивающих или убивающих вредителей и возбудителей болезней растений, возникла в те давние времена, когда зародилось сельское хозяйство. Самым ранним упоминанием о применении таких веществ считают описание обряда «божественного и очищающего» окуривания серой в эпических поэмах «Илиада» и «Одиссей» древнегреческого поэта Гомера, жившего между IX и VIII вв. до н.э. Диоксид серы S02, образующийся при ее горении, отгоняет насекомых, убивает болезнетворных микробов.
     В XX веке появились синтетические пестициды, которые начали широко применяться с 1939 года, когда швейцарский химик Пауль Герман Мюллер (1899-1965 гг.) открыл инсектицидные свойства ДДТ (дихлордифенилтрихлорметилметан, по номенклатуре ИЮПАК 1,1,1-трихлор-2,2-ди(n-хлорфенилэтан). Применение этого хлорорганического пестицида спасло миллионы человеческих жизней. С его помощью уничтожали насекомых - переносчиков малярии, тифа, других опасных болезней. На обработанных местах «вредные» насекомые не появлялись длительное время.
     В 1948 году Мюллер был удостоен за свое открытие Нобелевской премии по физиологии и медицине. Негативное воздействие хлорорганических пестицидов на окружающую среду проявилось спустя несколько десятилетий их использования. Эти средства оказались очень устойчивыми, в окружающей среде они не разлагаются десятилетиями, плохо растворимы в воде. В то же время они надолго задерживаются в жировых тканях животных и человека, вызывая серьезные заболевания и даже гибель. Сейчас в большинстве стран мира производство и использование хлорорганических пестицидов запрещено.
     У вредителей через несколько лет вырабатывается устойчивость к применяемому препарату. Пестицидами нового поколения являются вещества, полученные из природного материала (пестициды растительного и животного происхождения) или их синтетические аналоги.
     Вместо пестицидов применяют репелленты - феромоны, отпугивающие насекомых, и аттрактанты - феромоны, привлекающие насекомых в ловушку. Эти вещества эффективны в небольших количествах, менее токсичны для человека, быстро разлагаются в природных условиях, не вызывают привыкания у вредителей. Сейчас в мире используется более 100 тыс. пестицидов на основе около 1000 химических соединений. [2]

I – 3. Классификация пестицидов.

1. В зависимости от цели и направления применения пестициды классифицируются:

1.     Акарициды- используются для борьбы с растительноядными клещами.

2.     Альгициды – для уничтожения водорослей и другой сорной растительности водоемов.

3.     Антигельминты – для борьбы с паразитическими червями.

4.     Антирезистенты – для снижения устойчивости насекомых к отдельным веществам (специальные добавки).

5.     Антисептики – для предохранения деревянных и других неметаллических материалов от разрушения.

6.     Арборициды – для уничтожения нежелательной древесной и кустарниковой растительности.

7.     Афициды – для борьбы с тлей.

8.     Бактерициды – для борьбы с бактериями и бактериальными болезнями.

9. Гаметоциды – вещества, вызывающие стерильность сорняков.

10. Гербициды – для борьбы с сорными растениями.

11 Десиканты – для предуборочного подсушивания растений.

12. Дефолианты – для удаления листьев.

13. Зооциды   – для борьбы с грызунами.

14. Инсектициды – для борьбы с вредными насекомыми.

15.Лимациды или моллюскоциды – для борьбы с моллюсками; в том числе и    брюхоногими

16.Ларвициды-для уничтожения личинок и гусениц насекомых

17.Нематоциды-для борьбы с круглыми червями*(нематодами)

18.Овициды-химические препараты ,убивающие яйца насекомых

19. Роста-вещества, влияющие на рост и развитие растений

20.Ретарданты – для торможения роста растений.

21. Синергисты – добавки, вызывающие усиление роста организмов.

22. Фумиганты – вещества, применяемые в газообразном или парообразном состоянии.

23.Фунгициды –для борьбы с грибными болезнями растений и различными грибами. [2]

2. По способности пестицидов проникать в организм вредителей, по характеру и механизму действия

3. По токсичности при введении в желудок экспериментальным животным:

 1.Сильнодействующие ядовитые вещества – ЛД50<50мг/кг

 2.Высокотоксичные ЛД50 –200 мг/кг

 3.Среднетоксичные - ЛД50 – 200 – 1000мг/кг

 4.Малотоксичные – ЛД50 - >1000мг/кг[2]

4. По степени летучести:

 1.очень опасное вещество - насыщенная концентрация более или равна токсической;

 2.опасное - насыщенная концентрация больше пороговой;

 3.малоопасное - насыщенная концентрация не оказывает порогового действия.[2]

5. По стойкости:

 1.очень стойкие вещества - время разложения на нетоксичные компоненты свыше 2 лет;

 2.стойкие - время разложения на нетоксичные компоненты - 0,5-2 года;

 3.умеренно стойкие - время разложения на нетоксичные компоненты - 1-6 месяцев;

 4.малостойкие - время разложения на нетоксичные компоненты - в течении месяца.[2]

6. Классификация пестицидов по персистентности:

 Персистентность пестицидов - продолжительность сохранения ими биологической активности в природной среде (почве, атмосфере, гидросфере и т.д.).

1 группа - сохраняют активность более 18 месяцев;
2 группа - 18 месяцев;
3 группа - 12 месяцев;
4 группа - 6 месяцев;
5 группа - 3 месяца;
6 группа - менее 3 месяцев. [2]

7. По принципу действия на организмы пестициды различаются:

1.сплошного ( общеуничтожающего ) действия (такие гербициды, как реглон, нитрофен, уничтожают и сорняки, и культурные растения)

2.выборочного (селективного) действия (гербициды выборочного действия уничтожают сорняки, но не вредят культурным растениям).

8. По спектру действия:

1.Пестициды бывают узкого спектра действия (например, гербициды, которые уничтожают только отдельные виды или группы сорняков) 2.Широкого спектра действия (например, гербициды, которые уничтожают сорняки разных видов или групп).[2]

9. По способу применения :

Опрыскивание — нанесение пестицида в виде раствора, суспензии или эмульсии на поверхность растений или тела вредителя.

Аэрозоли — это дисперсные системы, содержащие частицы во взвешенном состоянии.

Фумигация — процесс введения пестицидов в паро- и газообразном состоянии в воздушную среду, окружающую вредителей и возбудителей заболеваний растений.

Интоксикация растений — внедрение в растение безвредных для него химических веществ, растение становится ядовитым для вредных насекомых и возбудителей болезней.

Протравливание семян — это способ обработки семян, он осуществляется в специальных аппаратах или вручную порошковидными препаратами. При небольшом объеме семян их перемешивают с пестицидом в плотно завязанных полиэтиленовых мешках. Протравливание можно проводить непосредственно перед посевом или заблаговременно.

Антисептирование — обработка поверхности древесины химическими веществами, защищающими ее от разрушения грибами, насекомыми, морскими древоточцами. Существуют разные способы антисептирования древесины. Выбор способов и средств антисептирования зависит от свойств антисептика, назначения сооружений, местонахождения защищаемых конструкций, влажности древесины, наличия соответствующего оборудования и других условий.[4]

                                  II.Практическая часть

Методические указания по определению хлорорганических пестицидов в продуктах питания (грибах вешенка) методом хроматографии в тонком слое.

               Ход работы.

1. Экстракция и очистка экстракта грибов:

1. Из измельченной пробы грибов отбирают и помещают в колбу навески 50 г в колбу №1, 50 г в колбу №2 и 30 г в колбу №3.
2. В колбу №2 вносят пестицид β – ГХЦГ 10γ.
3. В каждую из колб приливается н.-гексан порциями по 30 мл.
4. Все три колбы помещаются на шейкер на 15 мин.
5. Экстракт собирают в отгоночную колбу через делительную воронку, содержащую безводный раствор сернокислого натрия().
6. К пробам грибов повторно приливают н.-гексан.
7. Операцию 4,5,6 повторяют ещё 2 раза.
8. Содержимое отгоночных колб упаривается на ИРе( ирратационный испаритель) при t = 40°С до 1мл.
9. Потокам воздуха отгоняют растворитель до образования сухого остатка.
10. К сухому остатку добавляют 1мл ацетона.
11. Очищается хроматографическая пластина в системе подвижного растворителя – ацетона.[5]

2. Хроматографирование:

1. На хроматографическую пластинку на расстояние 1,5 см от её края микропипеткой наносят исследуемые пробы из колб №1, №2 и №3 в одну точку так, чтобы диаметр пятна не превышал 0,5 см.
2. Слева от  3-ей пробы на расстояние 2 см наносятся стандартные растворы( 4,4-ДДТ, γ – ГХЦГ(линдан), β – ГХЦГ, α– ГХЦГ) 5γ.
3. Пластинку с нанесенными растворами помещают в камеру для хроматографирования, на дно коротой за 30 мин до начала хромотографирования наливают подвижный растворитель( смесь гексана с ацетоном (6:1))
4.  После того как растворитель поднимется по пластине на 10 см её вынимают из камеры и оставляют на несколько минут для испарения испарителя.
5. Пластинку орошают проявляющим реактивом(дифениламина и ацетона)
6. Орошенную пластинку подвергают действию ультрафиолетового света в течение 10 мин. Пластинку следует расположить на расстояние 20 см от источника света.
7. При наличии хлорорганических пестицидов на пластинке появляются пятна серо-черного цвета.[5]

                                              Результаты:

1. Методом тонкослойной хроматографии(ТХС) удалось выявить наличие остатков пестицидов(β – ГХЦГ) в грибах вешенках.
2. Сотрудниками станции филиала ФГУ «Россельхозцентра» по                                                        Липецкой области методом газовой хроматографией выявлена количественное содержание пестицида β – ГХЦГ  (0,012 мг/кг)
3. По СанПиН(Санитарные правила и нормы) 2.3.2.1078-01(1.6.1) ПДК     (предельно допустимая концентрация) для β – ГХЦГ и его метаболитов равна 0,1 мг/кг.

Вывод: обнаруженный в грибах вешенках пестицид β – ГХЦГ не превышает ПДК.

3. Рекомендации

Несмотря на то, что не существует никаких способов, с помощью которых можно полностью избежать воздействия различных химических веществ, включая пестициды, поступающих с пищей, ряд мер поможет в некоторой степени уменьшить их вредное влияние:

1. Все фрукты и овощи нужно мыть в большом количестве воды перед едой, особенно те, которые употребляются вместе с кожурой.

2. Хранить зерно, фрукты и овощи на солнечном свету. Это в некоторой степени ослабит эффект химических веществ, в частности пестицидов.

3. При употреблении корнеплодов в сыром виде (например, морковь, редис и др.) предпочтительно очищать кожуру для снижения вредного влияния пестицидов. Зелень овощей предпочтительно употреблять после ошпаривания кипятком. Не употребляйте сырые овощи, чтобы уменьшить поступление с пищей примененных пестицидов.[6]

                      IV. Источники

     1.Е.А. Криксунов, В.В. Пасечник, А.А. Сидорин «экология» 1995 г.

2.http://moisad.ua/praktikum-sadovoda/1391.html

3О.Ф. Балацкий, П.Г. Вакулюк «экология и экономика» 1986 г.

П.Ф. Буцкус «химимя и охрана окружающей среды»

      4.   http://boleznicvetov.ru/?p=148

     5. М.А. Клисенко «Методы определения микро-количеств пестицидов в   продуктов питания, кормах и внешней среде».

    6. http://hnb.com.ua/articles/s-zdorovie-vrednoe_vliyanie_pestitsidov_na_organizm_cheloveka-974