Проблемы извлечения компонентов при проведении химико-аналитических исследований проб организмов макрозообентоса

Мониторинг качества компонентов окружающей природной среды в результате активизации добычи углеводородного сырья на шельфе в настоящее время приобретает все большую актуальность. Основными компонентами мониторинга являются: морская вода на различной глубине, донные отложения, а также фитопланктон, включая первичную продукцию, зоопланктон, ихтиопланктон, бактериопланктон, макрозообентос. Представители фауны обследуемых районов преимущественно анализировались на видовой и групповой состав. Тем не менее, за период 2015–2016 гг. появилась тенденция проведения химико-аналитических исследований тканей организмов ихтиофауны и макрозообентоса на содержание металлов.

Monitoring the quality of a components of the environment as an intensification results of hydrocarbon production on the shelf is now becoming increasingly important. The main monitoring components are: sea water at various depths, bottom sediments, as well as phytoplankton, including primary products, zooplankton, ichthyoplankton, bacterioplankton, macrozoobenthos. Representatives of the fauna of the surveyed areas were mainly analyzed for species and group composition. Nevertheless, for the period 2015–2016 years it was a tendency to conduct chemical and analytical studies of the tissues of the ichthyofauna and macrozoobenthos organisms on the content of metals.

Проведение экологического мониторинга было территориально приурочено к окраинным акваториям Северного Ледовитого океана. В качестве задачи химико-аналитического исследования проб организмов макрозообентоса было обозначено проведение покомпонентного анализа тканей организмов на максимально возможный перечень металлов и мышьяк. Ограничение по возможностям проведения анализа было вызвано затруднениями в отборе проб образцов, а также недостаточной биомассой образца. Данное ограничение приводит к повышению требований к качеству пробоподготовки, то есть, технология подготовки пробы должна быть подобрана с учетом максимального извлечения указанных компонентов без потери значительного объема пробы. Так как объем пробы не значителен, а пределы содержания катионов металлов и мышьяка варьируются в значительной степени, в качестве метода количественного анализа был определен метод атомно-абсорбционной спектрофотометрии. Данный метод аналитического исследований был выбран по причине высокой чувствительности и селективности.

Проблемой проведения пробоподготовки образцов гидробионтов для дальнейшего количественного химического анализа состава примесей тканей гидробионтов с применением метода атомной абсорбции в настоящее время активно занимается ряд научно-исследовательских организаций. В качестве основной методики пробоподготовки образцов тканей гидробионтов используется методика разложения органических структур в среде концентрированной азотной кислоты. Применение азотной кислоты препятствует образованию осадков катионов металлов и мышьяка. Выбор данной технологии также обусловлен ее доказанной эффективностью в процессе исследования организмов бентоса пресноводных водоемов и активного ила. В случае разложения органических структур тканей пресноводных организмов в образцах отсутствовали посторонние включения, мутность либо осадок, что является одним из требований к качеству технологии пробоподготовки. Таким образом, целью данной работы являлась оценка применимости указанной технологии при разложении структур тканей гидробионтов в процессе пробоподготовки для методов атомно-абсорбционной спектрофотометрии, а также предложение по усовершенствованию технологии при необходимости.

Отбор проб проводился с применением дночерпателя Ванвина. Образцы макрозообентоса отбирались с помощью промывочного столика с дальнейшей классификацией по размеру и отсутствию хитинового панциря, поскольку его наличие могло бы привести к затруднению при разложении органических структур тканей образца. Образцы макрозообентоса консервировались с применением формалина.

В процессе промывания организмов макрозообентоса с применением промывочного столика не было выявлено отклонений в структуре организмов, отсутствовали паталогические изменения внешних контуров и оболочек, не наблюдалось присутствия постороннего запаха или включений. Что позволяет сделать вывод об отсутствии высокой степени техногенной нагрузки, которая приводит к мутациям, идентифицируемым без применения специальных методов и средств.

В виду наличия малого количества пробы, передаваемой для анализа органолептическое исследование образцов путем варки и кипячения не проводилось.

Следующим этапом обработки проб являлось разложение органических структур ткани с целью перевода в раствор катионов металлов и мышьяка с целью дальнейшего исследования компонентного состава с применением методов атомно-абсорбционной спектрофотометрии. В качестве технологии извлечения было принято решение использовать классическую технологию разложения органических структур тканей, которая состоит в том, что к подготовленной навеске массой 1 грамм приливают 4 мл концентрированной азотной кислоты. Далее пробы помещаются в контейнер и выдерживаются в муфельной печи (либо термостате) на протяжении 4–6 часов [2].

В качестве тестового образца была использована проба организмов макрозообентоса. Разложение проводилось в двух параллельных пробах. Проба выдерживалась в муфельной печи на протяжении 4 часов в фарфоровых тиглях. В результате применения данной технологии было выявлено, что разложение органических структур произошло не в полном объеме, что было установлено при перемещении образца в стеклянную колбу. В объеме раствора отмечалось содержание крупных включений тканей организмов (линейные размеры не менее 3 на 3 мм) и характеризовался повышенной мутностью.

Наличие данных включений и мутности указывают на то, что органоминеральные комплексы растворились не в полном объеме, следовательно, катионы металлов переведены в раствор в недостаточной для получения достоверного результата степени. Полученные результаты позволяют сделать вывод о невозможности применения приведенной выше технологии разложения органических структур тканей организмов отобранных образцов. В связи с этим дальнейшая работа велась в направлении предложения технологических решений по повышению качества используемой методики для разложения органических структур тканей образцов.

1. Использование 6 мл концентрированной азотной кислоты с выдержкой на протяжении 6 часов.
2. Использование 3 мл концентрированной азотной кислоты и 1 мл концентрированной соляной кислоты с выдержкой на протяжении 4 часов.
3. Использование 4 мл концентрированной азотной кислоты с кипячением в микроволновой установке разложения до полного растворения органических структур.
4. Использование 3 мл концентрированной азотной кислоты и 1 мл концентрированной соляной кислоты с кипячением в микроволновой установке разложения до полного растворения органических структур.

Применение соляной кислоты было выбрано частично в качестве индикатора для определения наличия катионов металлов, а также органических комплексонов, которые могут образовать нерастворимый осадок. Перед проведением анализа каждая проба была отфильтрована через мелкопористый мембранный фильтр. Результаты проведения эксперимента приведены в таблице 1.

Таблица 1

Результаты исследования проб макрозообентоса взависимости от применяемой технологии

*оценка производилась по результатам анализа образца методом атомно-абсорбционной спектрофотометрии (процент от максимального)

**исследование не проводилось по причине низкого качества пробы

Отметим, что кипячение пробы в микроволновой установке разложения занимало по времени до 45 минут, что значительно позволяет сократить время эксперимента. Таким образом применение микроволнового разложение позволяет повысить качество извлечение катионов металлов и мышьяка из образца макроозообентоса. В дальнейшем планируется проведение экспериментов со снижением количества азотной кислоты.

Полученные результаты указывают на то, что применение технологии пробоподготовки, которая характеризуется высокой эффективность извлечения компонентов при исследовании пресноводных организмов, при работе с морскими организмами не позволяет достичь подобных результатов. Дальнейшее развитие работы планируется в направлении выявления закономерностей снижения эффективности методики от качественного состава пробы, а также территориальной принадлежности пробоотбора для подтверждения гипотезы о несостоятельности данной методики пробоподготовки объектов морской фауны.

Литература:

1. Кузнецов, Б. А. Определитель позвоночных животных фауны СССР / Б. А. Кузнецов // М. Изд-во Просвещение. — 1974. — 190 с.
2. Позняковский, В. М. Экспертиза рыбы, рыбопродуктов и нерыбных объектов водного промысла. Качество и безопасность: учеб. пособие / В. М. Позняковский, О. А. Рязанова, Т. К. Каленик, В. М. Дацун // под общ. ред. В. М. Позняковского. Новосибирск. Сиб. Университетское изд-во. — 2005. — 311 с., ил