Пестициды и некоторые методы их определения в растительном сырье

VI Международный конкурс научно-исследовательских и творческих работ учащихся
Старт в науке

Пестициды и некоторые методы их определения в растительном сырье

Лесков В.А. 1
1ГОУ «ЗабКЛИ» Забайкальский краевой лицей-интернат
Лескова О.А. 1
1ГОУ «ЗабКЛИ» Забайкальский краевой лицей-интернат
Автор работы награжден дипломом победителя III степени
Текст работы размещён без изображений и формул.
Полная версия работы доступна во вкладке "Файлы работы" в формате PDF

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)

Объект исследования

Реакция с AgNO3

Реакция с Cu

Овес (Красный Чикой)

-

-

Пшеница (Красный Чикой)

-

-

Пшеница (магазин)

+

-

Рожь (магазин)

-

-

Пшеница (Шилкинский район)

-

-

Пшеница (Нерчинский район)

-

-

Овес (Нерчинский район)

-

-

«+» - 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)

Объект исследования

Реакция с молибдатом аммония

Овес (Красный Чикой)

-

Пшеница (Красный Чикой)

-

Пшеница (магазин)

- (синее окрашивание)

Рожь (магазин)

- (синее окрашивание)

Пшеница (Шилкинский район)

-

Пшеница (Нерчинский район)

-

Овес (Нерчинский район)

-

«+» - 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

Объект исследования

Реакция с FeCl3

Овес (Красный Чикой)

-

Пшеница (Красный Чикой)

-

Пшеница (магазин)

-

Рожь (магазин)

-

Пшеница (Шилкинский район)

-

Пшеница (Нерчинский район)

-

Овес (Нерчинский район)

-

«+» - 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

Объект исследования

Реакция с пиридином

Овес (Красный Чикой)

-

Пшеница (Красный Чикой)

+

Пшеница (магазин)

-

Рожь (магазин)

-

Пшеница (Шилкинский район)

+

Пшеница (Нерчинский район)

+

Овес (Нерчинский район)

-

«+» - 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

Объект исследования

Гексахлорбензол, мг/кг

Пшеница (Красный Чикой)

0,0145

Пшеница (магазин)

0,0143

Рожь (магазин)

0,0182

Пшеница (Шилкинский район)

0,0172

Пшеница (Нерчинский район)

0,0173

ПДУ [13]

0,01

Таблица 6

Исследуемые образцы на наличие ДДЕ

Объект исследования

ДДЕ, мг/кг

Пшеница (Красный Чикой)

0,120

Пшеница (магазин)

-

Рожь (магазин)

-

Пшеница (Шилкинский район)

0,125

Пшеница (Нерчинский район)

0,128

ПДУ

0,02

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

Просмотров работы: 689