VI Международный конкурс научно-исследовательских и творческих работ учащихся

Старт в науке

Пестициды и некоторые методы их определения в растительном сырье

• Авторы
• Руководители
• Файлы работы
• Наградные документы

Лесков В.А. 1

---

1ГОУ «ЗабКЛИ» Забайкальский краевой лицей-интернат

Лескова О.А. 1

---

1ГОУ «ЗабКЛИ» Забайкальский краевой лицей-интернат

Работа в формате PDF

696.9 KB

Автор работы награжден дипломом победителя III степени

Диплом школьникаСвидетельство руководителя

Введение

В настоящее время остро стоит вопрос о безопасности нашего питания. Человек для получения хорошего урожая использует различные химические соединения, к которым относятся пестициды.

Пестициды не являются новой формой борьбы с вредителями, придуманным человеком в настоящее время. Поскольку вредители, возбудители болезней и сорные растения с самого начала, когда люди стали обрабатывать земли, урожай ставил под угрозой, поэтому люди издавна пытались каким-то образом контролировать вредные организмы.

Многие люди воспринимают понятие «пестициды», как ядовитые вещества, которое нельзя применять. Мало кто понимает, что же такое, на самом деле, пестициды и есть ли необходимость в их использовании. Поэтому очень важно разобраться в том, что представляют собой эти вещества, на какие группы и виды делятся, какие из них являются запрещенными в применении, какую роль выполняют и могут ли накапливаться в продуктах питания.

Предмет: пестициды как химические соединения.

Объект: качественное и количественное определение пестицидов в некоторых растительных объектах.

Цель работы: на основе теоретического анализа и экспериментальной работы раскрыть классификации, пути поступления и токсического действия пестицидов;

Задачи:

Раскрыть характеристики пестицидов, пути поступления в организм человека и их токсическое действие;

Подобрать методики по качественному выявлению пестицидов в растительных объектах.

Провести экспериментальную работу по выявлению наличия пестицидов в растительных объектах.

Глава 1. Классификация и методы определения пестицидов

Уничтожение растений различными вредителями - вот одна из первых проблем земледелия в прошлом. И, конечно, эта проблема начала принимать все большие обороты с развитием растениеводства. Численность разнообразных вредителей росла с приходом территорий, поэтому, закрывать глаза на проблему насекомых и сорняков стало невозможным. В то время люди предпринимали самые разнообразные методы! От ручного сбора, до отлавливания их с помощью приманки. Например, в Китае использовали отвары растений, а в Греции советовали опрыскивать растения настойкой маслин, в Риме призывали опрыскивать растения маслом или использовать горящую серу для борьбы с насекомыми [15]. Но уже в середине 18 века стали использовать препараты меди, препараты мышьяка и препараты ртути, которые, кстати говоря, и стали первыми пестицидами. Но свой главный «дебют» они получили во время Второй мировой войны, так как все хлорорганические соединения блокируют функции нервной системы, а как следствие-судороги и гибель. Фосфорорганические пестициды также появились во время Второй мировой войны в Германии, где велись разработки по синтезу нервнопаралитических газов типа зарина. Но если говорить о мирном времени, то все были довольны, ведь ни сорняки, ни насекомые не мучали больше садоводов и огородников. Но уже совсем скоро быстро выявились опасности и риски, связанные с пестицидами, и вот, в период с 1973 по 1990 годов, пестициды были запрещены во многих странах мира. Поэтому ученые уже давно занимаются синтезом пестицидов, безвредных для человека.

Биологическая активность вещества отражает его воздействие на живой организм [12]. Известно, что некоторые вещества при попадании в организм вредителя может замедлить или остановить его развитие. Такие вещества называют пестицидами.

Существую три основных типа классификации: 1 – по назначению, 2 – по источникам получения, 3 – по химическому строению.

По объектам действия выделяют 4 группы – на растения, на насекомых, на микроорганизмы, на животных.

По источникам получения – синтетические, полусинтетические, природные.

По химическому строению – неорганические, органические природные, органические синтетические.

Итак, пестицидами называются химические средства защиты растений и животных. Принято деление на 7 основных групп: инсектициды, фунгициды, гербициды, регуляторы роста, репелленты, аттрактанты, хемостерилизаторы [3].

Инсектициды – группа веществ, использующаяся для уничтожения вредных насекомых, вредителей растений, паразитов и переносчиков заболеваний человека, растений и животных [11].

Фунгициды - ядовитые химические вещества, применяемые для борьбы с грибковыми заболеваниями растений и продуктов. Если инсектициды и фунгициды применяются в виде газов или паров и действуют на насекомое через наружный покров или дыхательные органы, то они носят названия фумигатов.

Гербициды – группа веществ, использующаяся для борьбы с сорняками.

В связи с большой значимостью из раздела гербицидов выделился самостоятельный раздел - регуляторы роста растений. Кроме веществ, непосредственно стимулирующих рост семян и растений - стимуляторов, к этому разделу примыкает группа веществ, оказывающих то или иное полезное действие: дефолианты-средства, вызывающее опадание листьев, десиканты - средства для подсушки растений на корню и дефлоранты - средства для удалений лишних цветов и завязей.

Инсекторепелленты – группа веществ, использующаяся для защиты животных, людей, растения и помещения от нападения насекомых путем их отпугивания.

Инсектоаттрактанты – вещества, привлекающее насекомых.

Хемостерилизаторы - вещества, уменьшающие или уничтожающие способность вредных организмов к размножению.

По характеру действия различают инсектициды: контактные и кишечные, убивающие насекомых при попадании на их тело и в кишечник, а также системные, впитываемые растениями и сообщающие всем его частям ядовитые свойства, сохраняющиеся в течение многих дней. Некоторые инсектициды оказывают комплексное действие.

Но есть и отрицательные стороны:

-появилось поколение насекомых, устойчивых к инсектицидам

-возникла реальная опасность гибели полезных насекомых, птиц и животных, также нарушения биологического равновесия.

-попадание инсектицидов вместе с пищей в человеческий организм приводило к серьезным отравлениям.

Следовательно, использовать инсектициды стоит очень аккуратно. Также, сейчас создаются новые методы борьбы с насекомыми.

В группе синтетических контактных инсектицидов по значимости и широте применения выделяют галогенопроизводные (ДДТ) и гексахлорциклогексан (гексахлоран) являются широко применяемыми препаратами.

Гексахлоран

Среди группы природных контактных инсектицидов особый интерес представляют алкалоиды, в частности никотин и анабазин, но они не находят широкого применения из-за очень высокой токсичности для теплокровных существ [3].

Хлорофос: Никотин

В зависимости от скорости разложения в почве пестициды делят на шесть групп: период распада более 18 месяцев, около 18 месяцев, около 12 месяцев, до 6 месяцев, до 3 месяцев, менее 3 месяцев. Все без исключения пестициды в разной степени токсичны для человека и теплокровных. Токсичность пестицидов зависит не только от значения смертельных доз препаратов, но и от возможности отдаленных последствий, способности накапливаться в организме и окружающей среде, стойкости к разрушению, механизма и характера отравления. По характеру действия пестициды делятся на пестициды сплошного действия и избирательного действия [6].

По степени опасности все пестициды подразделяют на следующие классы: первый – сильнодействующие препараты. Их запрещено использовать на домашних участках: метафос, ДДТ и др. Второй класс – высокотоксичные препараты – децис, базудин и др. Третий класс – среднетоксичные – карбофос, медный купорос и др. Четвертый класс – малотоксичные – фитоверм, лепидоцид и др.

Классификация пестицидов по форме выпуска: порошкообразные, гранулированные, растворы, пасты, аэрозоли и т.д.

Пестициды по степени воздействия на организм при введении в желудок подразделяются на четыре класса опасности:

Сильнодействующие ядовитые вещества ЛД₅₀ – менее 50 мг/кг;

Высокотоксичные – ЛД₅₀ от 51 до 200 мг/кг;

Среднетоксичные – ЛД₅₀ от 201 до 1000 мг/кг;

Малотоксичные – ЛД₅₀ более 1000 мг/кг.

По способности к кумуляции (накоплению в организме в результате неполной детоксикации и вывода из организма) различают:

1. Вещества, обладающие сверхкумуляцией (Ккум. ˂ 1);

2. Вещества, обладающие выраженной кумуляцией (Ккум. 1 – 3);

3. Вещества, обладающие умеренной кумуляцией (Ккум. 3 – 5);

4. Вещества, обладающие слабовыраженной кумуляцией (Ккум.> 5).

Кроме перечисленных выше основных критериев, позволяющих дать гигиеническую оценку пестицидам, учитывают и другие патологические эффекты их действия на организм, такие как бластомогенность, мутагенность, тератогенность, эмбриотропность.

Бластомогенность характеризует способность вещества вызывать образование опухолей. Если опухоль злокачественная, препарат относят к канцерогенным. Различают:

- явные канцерогены (вызывают рак у людей);

- канцерогены (вызывают опухоли у животных, действие на людей не установлено);

- слабые канцерогены (единичные случаи образования опухолей у животных).

Мутагенность пестицидов характеризуется частотой проявления мутаций у растений, животных и дрозофил. По этому признаку выделяют:

-супермутагены (вещества, вызывающие 100% мутаций у растений и животных; за 100% принимается 100 мутаций на 100 хромосомах);

- сильные мутагены (вещества, вызывающие 5 – 10 % мутаций);

- средние мутагены (2 – 5 % мутаций);

- слабые мутагены (1 – 2 % мутаций);

- очень слабые мутагены (0,5 – 1% мутаций).

Тератогенность – способность пестицидов вызывать появление уродств у потомства. Различают:

- явные тератогены (препараты, вызывающие уродства у людей);

- потенциальные тератогены (препараты, приводящие к появлению уродств у экспериментальных животных).

Эмбриотропность – свойство пестицидов нарушать нормальное развитие зародыша. Различают:

- избирательную эмбриотропность (характеризуется отсутствием токсичности для материнского организма);

- умеренную эмбриотропность (проявляется при наличии других токсических эффектов) [10].

Токсичное действие пестицидов.

Существует множество групп пестицидов, но основная группа, которую использует человек - хлорорганические соединения (ХОП). Они применяются для борьбы с насекомыми, вредителями растительных культур. Стоит заметить, что ХОП очень долго сохраняются в почве (примерно 10 лет). Хлорорганические соединения накапливаются в разнообразных овощах: картошка, капуста, тыква, фасоль и т.д.

Также, очень длительное время, люди использовали ДДТ. Белое порошкообразное вещество. Но его перестали использовать в большинстве странах мира, потому что ДДТ - очень опасный пестицид, например, при попадании данного пестицида в организм, ДДТ вызывает патологические изменения в почках, печени. А еще он влияет на центральную нервную систему, при чем не лучшим образом. При попадании в дыхательную систему наблюдаются тяжелый урон легким и органам дыхания.

Известно, что хлорорганические соединения способны к биоконцентрации. ХОП типа ДДТ, ГХЦГ, альдрина, гептахлора и др. устойчивы к действию защитной системы желудочно-кишечного тракта, еще данные пестициды не растворимы в воде, и поэтому они очень долго выводятся из организма. Поэтому данные вещества, по большей части, содержатся в жировой ткани людей. Также, попадая в организм человека, ДДТ накапливается в мозге и действует на него, как яд. [2, 9,16]. Но, помимо людей, пестициды наносят вред и почве. Ведь применение пестицидов может привести к перестройке экологической обстановки в почве [4]. Очень важно вести постоянный мониторинг миграции пестицидов в экосистемах. Как отмечают некоторые ученые, в настоящее время в почвах, где были внесены пестициды типа ДДТ количества метаболитов огромно [1]. В настоящее время предпринимаются попытки использование фиторемедиации для улучшения состояния окружающей среды [5].

Методы определения пестицидов

Опыт №1 «Определение хлорсодержащих соединений» [7, 8].

Для анализа нужно взять почву (или другой объект) массой 50 грамм (просушенную и просеянную), затем внести в пробирку насыпать пробу почвы и залить н-гексаном так, чтобы почва была покрыта растворителем. После встряхиваем пробирку с содержимым в течение 30 минут, после чего фильтруем почву в чашку и собираем фильтрат уже в другую чашку.

Прокаливаем медную проволоку в пламени спиртовки, затем погружаем ее в исследуем раствор и вновь вносим в пламя, если огонь окрасился в зеленый цвет, то это говорит о том, что присутствуют хлорорганические соединения.

В пробирку вносим 2 мл исследуемого фильтрата и добавляем 3 капли 1 %-ого раствора азотнокислого серебра, при наличие хлорсодержащих соединений выпадает белый осадок.

Опыт №2 «Качественная реакция на хлорофос»

Исследуемый материал вносят в пробирку, прибавляют 10%-ный раствор едкого натра и кипятят от 2 до 3 минут, затем нужно отфильтровать полученный раствор, после добавляем молибдат аммония и азотную кислоту, если выпадает осадок желтого цвета, то это говорит о наличие хлорофоса (при нагревании переходит в зеленый)

Опыт №3 «Качественная реакция на ДДТ»

В пробирку с исследуемым материалом необходимо добавить свежеприготовленный однопроцентный раствор хлорида железа (FeCl₃). Если в ходе реакции ничего не произошло, то это говорит о том, что пестициды в данном продукте отсутствуют, однако, если приготовленный раствор окрасился в розовый цвет, то данный исследуемый материал содержит ДДТ.

Опыт №4 «Качественная реакция на ДДТ»

В каждую пробирку с исследуемыми материалами нужно добавить 5 мл гидроксида калия (КОН) и 2 мл пиридина, затем нужно перемешать содержимое пробирок. После выполнения данных действий помещаем пробирки с растворами на водяную баню. Через некоторое время мы сможем пронаблюдать переход из бледно-зеленой окраски в коричневую, но это в том случае, если материал содержит ДДТ.

Глава 2. Определение пестицидов в растительных объектах (экспериментальная работа)

Для определения пестицидов в продуктах питания, мы использовали 3 объекта исследования, которые были взяты из разных районов Забайкальского края и из других регионов.

Объектами исследования служили: рожь, пшеница, овес (Рис. 1, 2).

Рис. 1 Объекты исследования (Забайкальский край)

Рис. 2 Объекты исследования (магазин)

На первом этапе эксперимента нами предпринята попытка определить наличие хлорсодержащих соединений [7]. Для этого мы получили вытяжки с н-гексаном, а далее провели реакции с нитратом серебра и медной проволокой (таблица 1, рис.3).

Таблица 1

Исследуемые образцы на наличие пестицидов (хлорогрганические)

«+» - присутствие пестицидов в продуктах питания.

Как видно из таблицы, пшеница из магазина дала положительную реакцию с нитратом серебра, что свидетельствует о наличии остатков хлорид-ионов в исследуемом материале.

Рис. 3 Вытяжка с н-гексаном (фото автора)

На втором этапе эксперимента мы определяли наличие фосфорорганических соединений в этих же объектах. Результаты эксперимента приведены в таблице 2 и рис.4.

Таблица 2

Исследуемые образцы на наличие пестицидов (хлорофос)

«+» - присутствие пестицидов в продуктах питания.

Рис. 4 Реакция с молибдатом аммония (фото автора)

Известно, что при наличии фосфорных соединений должно развиваться желтое окрашивание, однако в нашем случае развивалось синее окрашивание.

На третьем этапе эксперимента мы определяли наличие ДДТ с использованием соли железа в этих же объектах. Результаты эксперимента приведены в таблице 3.

Таблица 3

Исследуемые образцы на наличие пестицидов - ДДТ

«+» - присутствие пестицидов в продуктах питания.

На четвертом этапе эксперимента мы определяли наличие ДДТ с использованием пиридина. Результаты эксперимента приведены в таблице 3.

Таблица 4

Исследуемые образцы на наличие пестицидов - ДДТ

«+» - присутствие пестицидов в продуктах питания.

Следует отметить, что чувствительность реакций различная. Мы можем предположить наличие следовых количеств хлорорганических соединений в пшенице.

После полученных результатов качественного анализа, пробы были сданы на количественный анализ в лабораторию Россельхознадзора. Полученные результаты приведены в таблицах 5 и 6.

Таблица 5

Исследуемые образцы на наличие гексахлорбензола

Таблица 6

Исследуемые образцы на наличие ДДЕ

Как видно из таблиц все пробы содержат гексахлорбензол. Причем его количество превышает предельно допустимые уровни.

При определении продуктов метаболизма ДДТ было выявлено, что пробы с территории Забайкальского края содержат данные вещества. Их количество также превышает предельно допустимые уровни.

Выводы и практические рекомендации:

Пестициды широко распространены в природе. Пестициды в организм человека и животных могут поступать с пищей, что может привести к тяжелым отравлениям.

Существуют различные качественные и количественные методы анализа содержания пестицидов в растительном и животном материале;

При определении наличия пестицидов в растениях нами было обнаружено, что данные соединения могут содержаться пшенице и овсе; Необходимо учитывать полученные данные при использовании данных продуктов в пищу.

Заключение

Пестициды широко представлены в природе. Человек, не имея информации о данных соединениях, может получить серьезное отравление, а также возможен летальный исход. В съедобных многих растениях встречаются эти ядовитые вещества. Данные соединения могут быть обнаружены с использованием различных качественных реакций. Нами были обнаружены пестициды в пшенице районов Забайкальского края. Необходимо учитывать данную информацию при употреблении продуктов в пищу.

Список литературы

Андреева Л.Н. Мониторинг пестицидов в окружающей среде и продукции. /Научные и образовательные проблемы гражданской защиты- 2010, №3. С. 3 – 5

Васнецова Е.В., и др. Поиск штаммов-деструкторов пестицидов прометрина, ГХЦГ и 4,4-ДДТ в почве территории захоронения пестицидов в Саратовской области/ Саратовский национальный исследовательский государственный университет имени Н.Г. Чернышевского С. 349-354.

Грандберг И.И. Органическая химия. М.: Дрофа, 2001 – 672 с.

Иванцова Е.А. Влияние пестицидов на микрофлору почвы и полезную биоту / Вестн. Волгогр. Гос. ун-та. Сер 11, Естеств. Науки. 2013. №1(5) С. 35-40.

Калугин С.Н. и др. Индуцированная фиторемедиация загрязненных пестицидами почв с помощью производных оксана / Известия Самарского научного центра Российской академии наук. 2013. Т. 15, №3 (4), С. 1306-1310

Ким А.М. Органическая химия. – Новосибирск: Сиб. Унив. Изд-во, 2002. – 971 с.

Лабораторный практикум по дисциплине «Основы токсикологии» / сост. Сперанский В.В., Бубеева Н.Б., Мангутова Е.В. – Улан – Удэ: Изд-во ВСГТУ, 2004. – 22 с.

Лесовская М.И., и др. Научное общество учащихся-химический арсенал учителя / Краснояр. Гос. пед. ун-т.-Красноярск, 2006. - 228 с.

Мельников Н.Н. Органические соединения хлора и окружающая среда. / Наука и промышленность, С.15 – 20.

Оценка воздействия пестицидов на окружающую природную среду.Великий Новгород: НГУ, 2010- 33 с.

Перекалин В.В., Зонис С.А. Органическая химия. – М.: Просвещение, 1982. – 560 с.

Солдатенков А.Т. и др. Пестициды и регуляторы роста: прикладная органическая химия / БИНОМ. Лаборатория знаний, 2010-223 с.

Технический регламент таможенного союза ТР ТС 015/2011 о безопасности зерна

Федеральный закон от 19 июля 1997 г. N 109-ФЗ "О безопасном обращении с пестицидами и агрохимикатами"

Шамрай С.Н. Пестициды – зло иди благо? / Химия. Все для учителя. 2010, С. 21-28

Шильникова Н.В., Андрияшина Т.В. Влияние пестицидов на биоценоз почвенного покрова / Вестн. Казанск. тех. ун-та. №15 2002 г. С. 140-144