Экология/6. Экологический мониторинг

К.х.н. Кенесов Б.Н.

Центр физико-химических методов исследования и анализа

Казахского национального университета им. аль-Фараби

Химический мониторинг почв, загрязненных несимметричным диметилгидразином и его производными

Ракетно-космическая деятельность космодрома «Байконур» приводит к загрязнению значительных территорий Центрального Казахстана токсичным компонентом ракетного топлива – несимметричный диметилгидразином (НДМГ) и продуктами его трансформации [1].

Как установлено, основную нагрузку в результате проливов остаточного топлива испытывают почвы. В ходе последних исследований российских [2-3] и казахстанских [4-5] ученых в почвах, загрязненных НДМГ, с использованием метода хромато-масс-спектрометрии обнаружено более двадцати его производных, среди которых присутствуют вещества различных классов как линейного, так и циклического строения.

В данной работе рассмотрены основные аспекты формирования системы химического мониторинга почв, загрязненных НДМГ и продуктами его трансформации.

Основной задачей мониторинга почв, загрязненных НДМГ является установление концентраций самого загрязнителя и его метаболитов. Однако определение такого количества веществ в загрязненных почвах - достаточно дорогостоящая процедура, которая требует применения различных методов анализа, а отсутствие данных по токсичности для подавляющего большинства метаболитов затрудняет выбор наиболее приоритетных из них.

В работе [6] проведены исследования токсичности большинства известных метаболитов НДМГ по отношению к природным объектам с использованием расчетных методик на основе QSAR/QSTR-моделирования. Токсичность метаболитов по отношению к природным объектам определяли с учетом таких физико-химических параметров, как устойчивость, летучесть, гидрофобность, способность к биодеградации и др. Проведенные исследования показали, что основное внимание при создании системы химического мониторинга необходимо уделять производным НДМГ, имеющим гидразиновую структуру молекулы: три- и тетраметилгидразины, 1-формил-2,2-диметилгидразин, а также гидразоны формальдегида и ацетальдегида.

Однако кроме токсичности для системы мониторинга имеют значение также концентрации каждого компонента, которые могут быть обнаружены в загрязненных почвах. Так, исследования, проведенные в работах [2;4] показали, что, несмотря на невысокую токсичность, концентрации 1-метил-1Н-1,2,4-триазол (МТА) и 1,3-диметил-1Н-1,2,4-триазол (ДМТА) в загрязненных почвах могут на несколько порядков превышать концентрацию НДМГ и достигать 100 мг/кг [4].

Таким образом, система химического мониторинга почв, загрязненных НДМГ, должна включать методики определения НДМГ и наиболее приоритетных его метаболитов (по токсичности, уровню загрязнения и другим важным факторам).

Анализ литературных данных показал, что наиболее эффективными для определения НДМГ и его метаболитов в объектах окружающей среды являются хроматографические методы анализа, такие как газовая (ГХ) и жидкостная хроматографии (ВЭЖХ) с различными вариантами детектирования.

ГХ позволяет охватить большинство метаболитов НДМГ, и наиболее применима для определения летучих и полулетучих соединений. В сочетании с ГХ наибольшую селективность и чувствительность обеспечивают масс-спектрометрическое (МС) и азотно-фосфорное детектирование.

ВЭЖХ наиболее применима для определения НДМГ и его малолетучих производных. Наибольшую селективность обеспечивает электрохимическое, спектрофотометрическое и МС детектирование.

Пробоподготовка является очень важным этапом при анализе почв на содержание НДМГ и его производных. Жидкостная и парофазная экстракция показывают наибольшую эффективность и дают наиболее полную картину при определении растворимых и летучих метаболитов НДМГ, соответственно.

Работа выполнена в рамках проекта МНТЦ К-1482.

Литература:

1. Касимов Н.С., Гребенюк В.Б., Королева Т.В., Проскуряков Ю.В. Поведение ракетного топлива в почве, воде и растениях // Почвоведение. – 1994. - №9. - С. 110-120;

2. Буряк А.К., Татаурова О.Г., Ульянов А.В. Исследование продуктов трансформации несимметричного диметилгидразина на модельных сорбентах методом газовой хроматографии/масс спектрометрии // Масс-спектрометрия. - 2004. – Т. 1(2). - С.147-152;

3. Родин И.А., Москвин Д.Н, Смоленков А.Д., Шпигун О.А. Трансформации несимметричного диметилгидразина в почвах // Журнал физической химии. – 2008. - №6 (82). – С.1039-1044;

4. Kenessov B., Batyrbekova S., Nauryzbayev M., Bekbassov T., Alimzhanova M., Carlsen L. GC-MS Determination of 1-Methyl-1H-1,2,4-triazole in Soils Affected by Rocket Fuel Spills in Central Kazakhstan // Chromatographia. – 2008. – No. 5-6 (67). – P. 421-424;

5. Кенесов Б.Н. Идентификация летучих продуктов трансформации несимметричного диметилгидразина в почвах методом парофазного извлечения в сочетании с хромато-масс-спектрометрией // Известия НАН РК. Серия химическая. – 2008. - №5(371). – С.48-53;

6. Carlsen L., Kenessov B.N., Batyrbekova S.Ye. A QSAR/QSTR Study on the Environmental Health Impact by the Rocket Fuel 1,1-Dimethyl Hydrazine and its Transformation Products // Environmental Health Insights. – 2008. – No.1. – P.11-20.