Токсикометрия нефтезагрязнений с использованием микроорганизмов

Загрязнения окружающей среды нефтью и нефтепродуктами (НП) одни из основных и наиболее часто встречающихся. Их источниками могут быть разливы топлива при транспортировке, хранении и т.п., остатки несгоревшего топлива в выхлопных газах двигателей внутреннего сгорания (природные источники нефтяных загрязнений при выходе на поверхность нефтеносных пород играют минимальную роль в общем загрязнении

окружающей среды нефтяными углеводородами). Нефтепродукты являются нормируемым видом загрязнений. В РФ установлены предельно допустимые концентрации (ПДК) нефтепродуктов в воде (0.1 мг/л для керосина, 0.1-0.3 мг/л для нефти), водоемов рыбохозяйственного назначения 0.05 мг/л . (Основные свойства…, 1985; Санитарные…).

Основные методы определения НП в объектах окружающей среды основаны на следующих принципах: 1) селективное выделение суммы НП (или веществ, принимаемых за НП) из воды, почвы или поглотительных растворов, фильтров, сорбентов и определение массы экстрагируемых продуктов (гравиметрический метод); 2) определение какой-либо характеристической группы компонентов или структурной характеристики молекул, входящих в состав нефти или нефтепродуктов, на основании чего судят об общей концентрации нефтепродуктов (ИК- или УФ- фотометрия, люминесцентная, содержание определенных металлов и др.); 3) по возможности полное определение всех возможных компонентов НП с помощью ЯМР или ИК-спектрометрии, газовой хроматографии (ГX), сочетания ГХ и масс-спектрометрии (ГX-МС). Для дистанционного детектирования нефтяных разливов используют ИК- спектры в нехарактеристической области в окнах прозрачности атмосферы (Бродский и др., 1998).

Для характеристики различных методов определения нефти и нефтепродуктов в воде, почве и других объектах необходимо, прежде всего, определить понятие «нефтепродукты». Нефть, нефтяные фракции и нефтепродукты состоят главным образам из углеводородов: н- и изоалканов, циклоалканов с 1-7 и более кольцами, среди которых можно выделить так называемые реликтовые углеводороды – изопренаны, стераны, тритерпаны; ароматических и гидроароматических углеводородов, а также гетероатомных соединений – алифатических, алициклических и ароматических. Экстракты наряду с собственно НП обязательно содержат сопутствующие углеводороды, кислоты и др. Согласно определению, принятому Комиссией по унификации методов анализа природных и сточных вод стран - членов СЭВ (1968 г.), а также Международным симпозиумом в Гааге (1968 г.) за «нефтепродукты» при анализе вод следует принимать сумму неполярных и малополярных соединений, растворимых в гексане (Лурье, 1985). Поэтому НП из проб воды рекомендуется экстрагировать неполярным растворителем, а экстрагируемые полярные примеси удалять хроматографией на силикагеле, флориселе или оксиде алюминия. Существующие нормы предельно допустимой концентрации НП в воде (0.3-0.05 мг/л) были введены в результате исследования растворов различных НП и сырой нефти в воде и по существу не могут применяться, скажем, к сумме углеводородов или других органических веществ (Бродский и др., 1998).

Методы, применяемые в массовом анализе. В практике экологического аналитического контроля для определения НП в воде наиболее широко применяются гравиметрический, ИК- спектрометрический и флуориметрический методы (Лурье, 1985; Руководство…,1977; Дмитриев и др., 1989). В гравиметрическом методе органические соединения экстрагируют из воды неполярным растворителем (четыреххлористый углерод, пентан, гексан, петролейный эфир, фреон-1,1,2-трихлор-1,2,2-трифторэтан); экстракт пропускают через колонку с сорбентом (активный оксид алюминия или силикагель), который сорбирует полярные вещества. Затем после выпаривания растворителя остаток взвешивают для определения суммы «нефтепродуктов». Обычно для анализа берут 0.1-3 л воды, подкисляют НСl до рН < 5, экстрагируют двумя порциями по 20 мл растворителя и объединяют экстракты. При концентрации НП в воде <0.3 мг/л пробы 3 л недостаточно для надежного определения гравиметрическим методом. В этом случае рекомендуется извлекать сумму неполярных органических соединений из больших объемов воды (10-20 л) с помощью непрерывной жидкостно-жидкостной экстракции или сорбентов типа активного угля и др.), сорбированные вещества затем десорбируют четыреххлористым углеродом в аппарате Сокслета (Лурье, 1985).

Метод ИК-фотометрии основан на том, что растворенные или эмульгированные в воде НП экстрагируют четыреххлористым углеродом, экстракт очищают от полярных соединений на колонке с оксидом алюминия и фотометрируют в специфической области 2700-3100 см-1 (Лурье, 1985; Орадовский, 1977; Дмитриев и др., 1989). Градуируют анализатор с помощью специальной градуировочной смеси, включающей гексадекан (37.5%), изооктан (37.5%) и бензол (25%), набор групп -СН, -СН2, -СН3, который считается близким к такому набору в реальных НП. Этот стандартный образец пригоден только для градуировки ИК-спектрафотометров и не годится для контроля правильности, так как не отражает реального состава НП и его изменения в процессе выветривания, а эффективность экстракции его компонентов недостаточно хорошо моделирует эффективность экстракции реальных компонентов нефти (в частности, нафтенов и алкилбензолов). Он совершенно непригоден при других методах определения НП, например ГХ. Чувствительность метода ИК-фотометрии для пробы воды 2 л равна 0.05 мг/л (Орадовский, 1977).

Люминесцентный метод основан на измерении флуоресценции полициклических ароматических углеводородов, входящих в состав нефти, возбуждаемой УФ-излучением ртутной или ксеноновой лампы. Методы, основанные на поглощении УФ и люминесцентного излучения, характеризуют только ароматические, в основном полициклические структуры, при этом коэффициенты поглощения разных ароматических структур могут очень сильно различаться, так что результаты зависят не только от количества, но и от состава ароматических соединений. Градуируют по хризену или какой-либо определенной нефти (например, легкой аравийской нефти). Насыщенные структуры, составляющие большую часть НП, при этом игнорируются. Благодаря высокой чувствительности эти методы, особенно, люминесцентный, хорошо подходят для скринингового анализа, но могут приводить к ошибочным результатам при количественном определении НП.

Флуориметрический метод определения НП в воде (Gladilovich et al., 1997) с экстракцией пробы н-гексаном и последующим измерением флуоресценции (возбуждение - 250-290 нм, излучение - 300-350 нм) обеспечивает предел обнаружения около 0.005 мг/л. Для 250 проб воды, проанализированных флуориметрическим и ИК- фотометрическим методами, в 90% случаев разность результатов, полученных обоими методами, была меньше погрешности определения.

ИК- фотометрический метод сильно завышал результаты для проб, содержащих жиры, продукты переработки древесины и большое количество природных органических веществ. Флуориметрический же метод занижал результаты тех проб, в которых основными компонентами были легкие углеводороды (бензин, керосин).

Флуориметрический метод был использован для оценки нефтяного загрязнения данных осадков в Аравийском заливе после разрушения Ираком нефтяных терминалов в Кувейте (Massoud et al.,, 1996). 20 г пробы экстрагировали в аппарате Сокслета смесью дихлорметана и гексана экстракт концентрировали до 1 мл и определяли нефтяные углеводороды на спектрофлуориметре Shimadzu Fl (FOU-3). Для возбуждения использовали линию 310 нм, излучение регистрировали при 360 нм. Результаты выражали в хризеновых эквивалентах. Отмечено, что содержание в осадках органического углерода не может быть использовано в качестве индикатора нефтяного загрязнения в Аравийском заливе.

 Скачать реферат