УДК:613.2/.3:632.95:504.064:001.8

ПРОБЛЕМА ПОЛОЖИТЕЛЬНЫХ НАХОДОК ОСТАТКОВ НЕКОТОРЫХ ПЕСТИЦИДОВ В ПРОДОВОЛЬСТВЕННОМ СЫРЬЕ И ПИЩЕВЫХ ПРОДУКТАХ

В.Д. Чмиль, доктор биологических наук

Институт экогигиены и токсикологии им. Л.И. Медведя МЗ Украины, Киев

SUMMARY. The problem of the positive finds of residue some pesticides in the raw material and foodstuffs during of the analysis are considered.

Увеличение масштабов и ассортимента применения пестицидов в сельскохозяйственной практике, а также загрязнение окружающей среды промышленными и бытовыми отходами значительно осложняет идентификацию пестицидов в процессе анализа проб продовольственного сырья и пищевых продуктов. В то же время ошибка, допущенная при идентификации пестицида, в ряде случаев имеет большую значимость, чем ошибка количественного определения, так как приводит к принципиально неправильной оценке санитарно-эпидемиологического состояния анализируемой матрицы [1]. Значимость достоверной идентификации особенно возрастает для тех пестицидов, содержание которых в продовольственном сырье и пищевых продуктах не допускается (так называемые "zero tolerances") или находится на уровне предела обнаружения методики анализа. В связи с этим химик-аналитик при определении таких пестицидов должен использовать адекватные методы и методики анализа, которые могут обеспечить максимально достоверную идентификацию определяемых соединений.

Использование газовых хроматографов с капиллярными колонками и селективными детекторами (электронозахватным, термоионным, пламенно-фотометрическим) позволяет достичь определенных успехов в этом направлении. Наилучшие же результаты на современном этапе развития аналитического приборостроения и методов анализа могут быть достигнуты только при сочетании хроматографического метода с масс-спектрометрическим детектированием [2]. В настоящее время за рубежом в развитых странах результаты анализа любых матриц на содержание нормируемых соединений, особенно результаты анализа проб с неизвестной историей, имеют законную (юридическую) силу только в случае подтверждения этих результатов методом хромато-масс-спектрометрии.

Хорошим примером, иллюстрирующим применение неадекватного аналитического метода для решения сложной задачи, является работа, выполненная в бывшем СССР Саратовским НИИ сельской гигиены, посвященная определению остатков гербицида 2,4-дихлорфеноксиуксусной кислоты (2,4-Д) в кормах, продуктах животноводства, суточных рационах предприятий общественного питания и организме человека (трупный материал) [3]. Используя в своих исследованиях метод тонкослойной хроматографии (ТСХ) (к сожалению, в статье не указаны конкретные методики, которые были использованы в работе), авторы, по сути, приходят к абсолютно парадоксальному выводу, заключающемуся в том, что гербицид 2,4-Д, который, как известно в бывшем СССР применялся только на зерновых культурах, является едва ли не глобальным загрязнителем, поскольку (по данным авторов) остатки 2,4-Д обнаруживались в кормах, продуктах животноводства, пищевых рационах и организме человека. Как будет видно из дальнейшего изложения материала статьи, эти данные не получили (и не могли получить) какого-либо подтверждения не только в работах зарубежных исследователей, но и в работах, выполненных в бывшем СССР.

Может возникнуть закономерный вопрос: а стоит ли ворошить прошлое? Ответ однозначен: стоит, поскольку и сейчас появляются отечественные работы, в которых, используя неадекватные аналитические методы, авторы "обнаруживают" либо остатки пестицидов, которые уже давно не используются в сельскохозяйственной практике, либо такие пестициды, остатки которых не могут содержаться в анализируемых матрицах вследствие своих физико-химических свойств и особенностей поведения в окружающей среде. Все вышесказанное будет проиллюстрировано примерами определения хлорированных углеводородов и 2,4-Д в растительных кормах, растительном продовольственном сырье и пищевых продуктах.

Хлорированные углеводороды. Галогенпроизводные алициклических углеводородов (g-изомер гексахлорциклогексана (линдан), гептахлор, хлордан, эндрин, альдрин, дильдрин) и ароматических углеводородов (гексахлорбензол, ДДТ, метоксихлор) длительное время применялись в сельском хозяйстве для борьбы с различными вредными насекомыми, в качестве инсектицидной добавки к протравителям семян, в смеси с удобрениями для предохранения всходов от повреждения почвообитающими вредителями и для борьбы с насекомыми-переносчиками эпидемий и эпизоотий [4]. Несмотря на то, что эти пестициды в настоящее время не используются в сельскохозяйственной практике, высокая персистентность большинства из них продолжает вызывать озабоченность общественности по поводу их возможного наличия в продовольственном сырье и пищевых продуктах.

В связи с последним обстоятельством возникает закономерный вопрос: могут ли пестициды — галогенпроизводные алициклических и ароматических углеводородов, которые уже в течение десятков лет не применяются в сельскохозяйственной практике (например, в бывшем СССР применение ДДТ запрещено с 1970 года; применение линдана в Украине запрещено с 1997 года), обнаруживаться в отечественном продовольственном сырье и кормах растительного происхождения и пищевых продуктах?

Единственным источником возможного поступления хлорорганических пестицидов (ХОП) в растения в настоящее время являются их остаточные количества в почве в результате их прошлого применения в сельскохозяйственной практике, откуда они могут усваиваться растениями из их водных растворов [4].

Каким же образом ведут себя в почве ДДТ и линдан — два пестицида из группы ХОП, наиболее широко применяемых в прошлом в Украине?

ДДТ в почве более устойчив, чем другие ХОП (например, альдрин или линдан) [4]. Тем не менее, некоторые виды микроорганизмов в почве относительно быстро разрушают ДДТ [5]. Наиболее быстро разрушение ДДТ происходит в анаэробных условиях (например, при заливе почвы водой в результате интенсивных осадков или паводков), при относительно высокой температуре в почвах, характерной для южных регионов Украины.

Тем не менее, несмотря на большую устойчивость в почве по сравнению с другими ХОП, остатки ДДТ, которые попадали в почву в результате мероприятий по защите растений, не приводили к накоплению инсектицида в растениях даже в период интенсивного применения ДДТ [4]. Причина этого феномена заключается в чрезвычайно незначительной растворимости ДДТ в воде. Так, по данным [6] концентрация истинного насыщенного раствора ДДТ составляет 1,2 мкг/л (25°С). По другим данным [7] растворимость ДДТ в воде находится на уровне ~0,001 мг/л, т.е. ДДТ практически не растворим в воде.

В связи с чрезвычайно незначительной растворимостью в воде и хорошей адсорбцией на почвенных коллоидах [8] ДДТ при ежегодных применениях накапливался в верхних слоях почвы (до 10 см). Среднее суммарное содержание ДДТ и нетоксичного ДДЭ (продукта превращения ДДТ) в почве в период его применения в США находилось на уровне 1,2—5,1 мг/кг [4].

Таким образом, прочное удерживание ДДТ почвенными коллоидами и его чрезвычайно незначительная растворимость в воде не создают предпосылок для какого-либо накопления ДДТ в растениях, выращенных на почвах, содержащих его возможные остатки.

В отличие от практически нерастворимого ДДТ линдан плохо растворим в воде [9]. Растворимость линдана в воде составляет 10 мг/л [10]. Как и ДДТ, линдан хорошо сорбируется почвой, особенно обогащенной гумусом, с дальнейшей довольно медленной десорбцией и проникновением в нижние слои почвы [8]. Высокая летучесть линдана обуславливала его значительно меньшее накопление в почве по сравнению с ДДТ [8] в период его применения. Линдан обладает меньшими кумулятивными свойствами и меньшей персистентностью по сравнению с ДДТ, в связи с чем он практически не накапливался в окружающей среде [8]. Тем не менее, ввиду большей растворимости линдана в воде по сравнению с ДДТ растения, которые выращиваются на почвах, содержащих остатки линдана, способны его усваивать [4]. Однако следует подчеркнуть, что содержание линдана в почве с учетом различных параметров (тип почвы, влажность, температура, рН) может уменьшаться за год на 40—80% от его первоначального количества [4].

Таким образом, линдан, в отличие от ДДТ, может усваиваться растениями из его водного раствора в почве вследствие его лучшей растворимости. Однако благодаря значительно меньшей персистентности линдана в настоящее время его остаточные количества в культурных почвах Украины должны отсутствовать.

В штате Виктория (Австралия) с 1987 года функционирует программа мониторинга за содержанием остатков пестицидов и тяжелых металлов в свежих фруктах, овощах и зерне, которые Австралия экспортирует во многие страны мира (Северная Америка, Европа и Средний Восток) [11]. При выполнении этой программы в 1999—2000 г.г. пробы фруктов и овощей анализировали также на содержание остатков тех пестицидов, которые уже длительное время не регистрируются в штате Виктория для использования в качестве средств защиты растений (альдрин, ДДТ, дильдрин, гептахлорэпоксид, гексахлорбензол, линдан, ДДД и ДДЭ). В результате таких анализов, например, ни в одной из 320 проб клубники ни один из перечисленных пестицидов не был обнаружен.

Таким образом, вследствие чрезвычайно низкой растворимости в воде ХОП и небольших сроков вегетации растений, выращиваемых на почвах, которые когда-то подвергались воздействию ХОП, не могут реализоваться условия для биоконцентрирования этих пестицидов в растениях даже при условии присутствия каких-либо их остатков в почве в настоящее время. Однако, принимая во внимание физико-химические свойства ХОП, особенности их поведения в почве и прекращение их использования в сельскохозяйственной практике длительное время, следует констатировать, что вероятность наличия остатков этих пестицидов в почвах Украины (особенно линдана) в настоящее время близка к нулю.

Объективное отсутствие остатков ДДТ и линдана в растительных кормах в настоящее время не может, естественно, вызвать и загрязнение этими пестицидами молока и мяса крупного рогатого скота. Следует отметить, что остатки ДДТ и линдана в коровьем молоке в период интенсивного применения ХОП для защиты растений являлись не следствием остатков инсектицидов в кормах, а результатом обработок этими препаратами сельскохозяйственных животных с целью уничтожения паразитов [4].

Таким образом, все так называемые "положительные" находки остатков ХОП в результате анализа отечественных растений, овощей и фруктов, растительных кормов, молока и мяса крупного рогатого скота следует рассматривать как артефакты, обусловленные ошибками анализа. Хорошо известно, например, что значительные завышения содержания ДДТ и ДДЭ в жировой ткани человека в анализах, выполненных до 1969 года, были обусловлены тем, что при газохроматографических измерениях вместе с этими соединениями определялись и полихлорированные бифенилы (ПХБ), содержание которых и в настоящее время в различных объектах окружающей среды довольно значительное [8]. Линдан и другие изомеры гексахлорциклогексана (ГХЦГ) при газохроматографических измерениях регистрируются в начале хроматограммы, в связи с чем сигнал линдана очень легко спутать с сигналами летучих примесей в растворителях и других реактивах, используемых в анализе, и сигналами от летучих коэкстрактивных веществ анализируемой матрицы.

2,4-Дихлорфеноксиуксусная кислота (2,4-Д). Гербицидные препараты на основе 2,4-Д широко применяются в Украине для уничтожения сорняков в посевах зерновых культур. 2,4-Д обычно применяется в виде солей или эфиров. Вследствие быстрого гидролиза этих соединений в культурные растения из почвенного раствора может поступать свободная 2,4-Д (растворимость 2,4-Д в воде 540 мг/л) [10]. Для того, чтобы оценить факторы, которые могут влиять на усвоение 2,4-Д культурными растениями, проанализируем, каким же образом ведет себя 2,4-Д в почве и растениях.

По литературным данным 2,4-Д может сохраняться в почве от 1 до 6 месяцев [12—14]. В почве 2,4-Д разлагается в основном под действием микроорганизмов [14, 15], поэтому скорость разложения 2,4-Д зависит от тех же параметров, которые влияют и на развитие микробов (содержание гумуса и воды, сорбционной емкости, температуры и рН почвы и др.). Имеются данные, что более 85% внесенного в почву количества 2,4-Д разлагается в течение 300 часов с момента применения и только в засушливых районах длительность гербицидного действия может сохраняться 6—9 месяцев [15]. Наиболее быстро 2,4-Д разлагается в почвах, которые ранее обрабатывались этим гербицидом или 2-метил-4-хлорфеноксиуксусной кислотой (2М-4Х), по-видимому, в результате того, что в этих почвах уже имеются достаточно многочисленные популяции микроорганизмов, способных разлагать гербицид [14].

Таким образом, 2,4-Д не способна накапливаться в культурных почвах в результате быстрого разложения почвенными микроорганизмами.

В растениях 2,4-Д может сохраняться от 1 до 3-х месяцев [14, 15]. В связи с этим остатки 2,4-Д не обнаруживают в урожае зерновых культур после ее применения для уничтожения широколистных сорняков в посевах этих культур, так как время между применением 2,4-Д и сбором урожая сравнительно велико и достаточно для разложения 2,4-Д. Так, например, при определении 2,4-Д в зерне яровых культур (пшенице, ячмене, ржи и овсе) после применения гербицида при нормах расхода 0,375—0,735 кг/га остатки 2,4-Д в большинстве проб не были обнаружены [15].

В 1969 году в 16 штатах США — основных производителей пшеницы — было отобрано и проанализировано на содержание 2,4-Д 100 проб урожая пшеницы и 96 проб почвы, на которой выращивалась пшеница, после применения гербицида [16]. В результате проведенных анализов остатки 2,4-Д были обнаружены в 8% проб почвы и в 6% проб пшеницы. Содержание 2,4-Д в пробах пшеницы составляло <0,01 мг/кг. Также было установлено, что к моменту сбора урожая пшеницы ни в растениях, ни в почве 2,4-Д не была обнаружена [17].

В молоке коров, которых пасли на опытных участках, обработанных препаратами 2,4-Д, при нормах расхода 2,24 кг/га через 4 дня после обработки было обнаружено 2,4-Д в количестве менее 0,01 мг/кг [15]. Это свидетельствует о том, что 2,4-Д переходит в молоко коров в очень незначительных количествах. Специальными экспериментами было установлено, что 2,4-Д не накапливается в различных органах жвачных животных (печень, почки, жир и др.) и сравнительно быстро выводится из организма в неизменном виде экскретами [15].

Овощи и фрукты, производимые в Украине, не должны содержать остатков 2,4-Д, если исключить случаи возможного сноса гербицида на эти культуры при его применении на соседних участках, так как в Украине не применяют 2,4-Д для обработки овощных и плодовых культур.

Таким образом, в соответствии с вышеизложенным в большинстве видов продовольственного сырья и пищевых продуктов, произведенных в Украине, остатки 2,4-Д не должны содержаться. В некоторых случаях эти остатки могут содержаться на уровне предела обнаружения методики анализа.

Чем же объяснить большинство случаев "положительных" находок остатков 2,4-Д в результате анализа продовольственного сырья и пищевых продуктов? Анализ действующих веществ пестицидных формуляций, имеющих в своих молекулах полярные функциональные группы, к которым принадлежит и 2,4-Д, занимает особое место в аналитической химии пестицидов. Значительная часть 2,4-Д, попадая в растения, образует конъюгаты с аминокислотами, пептидами, белками, сахарами и другими компонентами растений [15, 18]. При извлечении "связанной" таким образом 2,4-Д из растительных проб обычная экстракция органическим растворителем не приводит к положительным результатам, поэтому необходимо создавать условия (гидролиз), которые бы обеспечивали разрушение конъюгатов с высвобождением 2,4-Д [19, 20]. При этом, естественно, нельзя исключить появление в экстракте различных коэкстрактивных веществ из анализируемой матрицы, которые будут мешать дальнейшему определению 2,4-Д. К сожалению, полностью избавиться от коэкстрактивных веществ в процессе очистки экстракта не удается, и остатки этих коэкстрактивных веществ и являются основной причиной большинства "положительных" находок 2,4-Д, особенно в тех случаях, когда конечная стадия анализа выполняется с помощью метода ТСХ. Газожидкостная хроматография также не является панацеей от таких ошибок. Использование разных колонок, заполненных сорбентами с неподвижными фазами различной полярности, например на основе силоксанов (SE-30 и OV-17), для повышения надежности идентификации метилового эфира 2,4-Д, приводит только к численному изменению величины удерживания хроматографируемых веществ, не изменяя характера межмолекулярных взаимодействий между сорбатами и неподвижными фазами, и поэтому не представляет дополнительной информации для повышения надежности идентификации хроматографируемых соединений. Существование корреляционных зависимостей между величинами удерживания членов гомологических рядов эфиров хлорфеноксиалканкарбоновых кислот и спиртов нормального строения на неподвижных фазах различной полярности подтверждает высказанное положение [21—23].

Повышение надежности идентификации в анализе пестицидов при использовании хроматографических методов может быть достигнуто только в случае использования неподвижных фаз и сорбентов с реакционными центрами, селективно взаимодействующими с различными функциональными группами хроматографируемых соединений в результате реализации при этом различных типов межмолекулярных взаимодействий (например, дисперсионного и донорно-акцепторного). В случае использования ТСХ повышение надежности идентификации хроматографируемых соединений может быть достигнуто при использовании детектирующих химических реагентов, взаимодействующих с различными функциональными группами в молекуле хроматографируемого соединения. Например, в случае идентификации 2,4-Д такими реагентами могут являться: 1) раствор азотнокислого серебра в смеси воды, аммиака и ацетона (для обнаружения атомов хлора) и 2) раствор бромкрезолового зеленого в водно-спиртовом растворе гидроксида натрия (для обнаружения карбоксильной группы). Наиболее же достоверная идентификация в анализе пестицидов в настоящее время, как отмечалось выше, может быть достигнута только при использовании хроматографов, снабженных масс-селективными детекторами.

Таким образом, химик-аналитик при определении остатков пестицидов в сельскохозяйственном и продовольственном сырье и пищевых продуктах, особенно в пробах с неизвестной историей, должен использовать все имеющиеся возможности для повышения достоверности идентификации определяемых соединений. Растворители и другие химические реактивы, используемые в анализе, должны иметь квалификацию "хч" для хроматографии. Все случаи обнаружения в анализируемых матрицах остатков пестицидов, содержание которых в сельскохозяйственном и продовольственном сырье и пищевых продуктах "не допускается" или находится на уровне предела обнаружения методики, должны обязательно подтверждаться методом хромато-масс-спектрометрии. Это должно стать нормой жизни аналитических лабораторий, выполняющих измерения в областях, на которые распространяется государственный метрологический контроль и надзор.

Литература
1. Чмиль В.Д. Состояние и перспективы использования современных инструментальных методов анализа пестицидов // Современные проблемы токсикологии. —2002. —N2. —С. 56—62.
2. Bornemann V. Advances in Pesticide Residue Methodology // Pesticide Chemistry and Bioscience. The Food-Environment Challenge. Ed. Gerald T. Brooks, Terry R. Roberts. RCS Cambridge, UK. —1999. —P. 351—360.
3. Федорова Л.М., Белова Р.С., Кирюхина Н.Н., Волчонок М.Г., Ковтунова Н.Е. Cодержание остатков хлорфеноксиуксусных кислот в окружающей среде и организме человека // Гигиена и санитария. —1977. —N6. —С. 101—103.
4. Майер-Боде Г. Остатки пестицидов. Инсектициды. / Пер. с нем.; под ред. Н.Н. Мельникова. —М.: Мир., 1966. —352 с.
5. Хохрякова В.С., Шистова В.П. Разрушение ДДТ культурами почвенных дрожжей в жидких средах // Химия в сельск. хозяйстве. —1974. —N8. —С. 26—28.
6. Bowman M.C., Acree F., Corbet M.K. Solubility of carbon-14 DDT in water // J. Agr. Food Chem. —1963. —V.8. —P. 406.
7. Мельников Н.Н., Новожилов К.В., Пылова Т.Н. Химические средства защиты растений (пестициды): Справочник. —М.: Химия, 1980. —288 с.
8. Мельников Н.Н., Волков А.И., Короткова О.А. Пестициды и окружающая среда. —М.: Химия. —1977. —240 с.
9. Мельников Н.Н., Новожилов К.В., Белан С.Р., Пылова Т.Н. Справочник по пестицидам. —М.: Химия. —1985. —385 с.
10. Мельников Н.Н. Пестициды. Химия, технология и применение. —М.: Химия, 1987. —712 с.
11. Victorian Produce Monitoring. Results of Residue Testing 1999/2000. Natural Resources and Environment. Agricultural resources conservation land management. —2001. —13 p.
12. Kearney P.C. Herbicides in the environment // FAO Weed Control Conf., Davis, Calif. —1970. —WC/70/WP/26.
13. Torstensson L. Degradation of 2,4-D and MCPA in soils of low pH// Environmental Quality and Safety. Ed. F. Coulston, F. Korte. Stuttgart. —1975.
14. Лус М. Феноксиалкилкарбоновые кислоты // Разложение гербицидов. / Под ред. П. Керни, Д. Кауфмана. / Пер. с англ.; под ред. Н.Н. Мельникова. —М.: Мир, 1971. —С. 9—56.
15. Майер-Боде Г. Гербициды и их остатки. / Пер. с нем.; под ред. Н.Н. Мельникова. —М.: Мир, —1972. —560 с.
16. Gowen J.A., Wiersma G.B., Tai H. Mercury and 2,4-D levels in wheat and soils from sixteen states, 1969 // Pesticides Monitoring Journal. —1976. —V.10. —N3. —P. 111—113.
17. Аксенов В.Б., Полубояринова И.В. Гигиеническое исследование почвы в связи с применением гербицида 2,4-Д // Гигиена и санитария. —1970. —N3. —С. 102.
18. Чкаников Д.И., Соколов М.С. Гербицидное действие 2,4-Д и других галоидфеноксикислот. М.: Наука. —1973. —213 с.
19. Чмиль В.Д. Определение остаточных количеств 2,4-Д в растениях // Химия в сельском хозяйстве. —1979. —Т.17, N10. —С. 61—63.
20. Чкаников Д.И., Макеев А.М., Павлова Н.Н., Назарова Т.А., Чмиль В.Д. Определение остатков 2,4-Д в соломе и зерне злаковых растений // Химия в сельском хозяйстве. —1981. —Т.19, N5. —С. 60—63.
21. Чмиль В.Д. Системы индексов удерживания на основе гомологических рядов эфиров хлорфеноксиалканкарбоновых кислот // Журн. аналит. химии. —1979. —Т.34, N4. —С. 794—798.
22. Чмиль В.Д., Сакодынский К.И. Связь между индексами удерживания и молекулярной структурой эфиров хлорфеноксиалканкарбоновых кислот // Журн. аналит. химии. —1984. —Т.39, N6. —С. 1105—1111.
23. Чмиль В.Д., Сакодынский К.И. Идентификация эфиров хлоралканкарбоновых и хлорфеноксиалканкарбоновых кислот по относительным объемам удерживания // Журн. аналит. химии. —1982. —Т.37, N9. —С. 1657—1664.