Химико-токсикологическое значение и анализ хлорорганических пестицидов

Глава 11. Группа пестицидов

• 11.2.1. Гексахлорциклогексан (ГХЦГ)
• 11.2.2. Гептахлор
• 11.2.3. Токсикологическое значение других хлорорганических пестицидов

В группу хлорорганических пестицидов входят перхлорированные углеводороды, ко­торые широко применяются, в основном, как инсектициды. Производные хлорфенок- сиуксусной кислоты используются как средства для борьбы с сорными растениями. Особенностью хлорсодержащих ядохимикатов является их способность сохраняться в почве, воде и растениях длительное время. Например, ДДТ может сохраняться в почве 8-12 лет после обработки растений. Некоторые хлорорганические пестициды обнаружи­ваются в тканях животных за много километров от места применения за счет переноса их воздушными потоками. Все они медленно разрушаются в окружающей среде, поэто­му вымываются водой из почвы и могут попадать в водоемы.

В организм человека хлорорганические соединения попадают через ЖКТ вместе с пищевыми продуктами, через легкие при вдыхании пыли. Некоторые пестициды этой труппы могут всасываться через неповрежденную кожу. Большинство хлорсодержащих пестицидов обладает кумулятивными свойствами, поэтому при длительном контакте с ними могут наблюдаться хронические отравления Предварительный анализ объекта на группу хлорорганических пестицидов

Специальных тестов для этих целей не разработано, предложено использовать метод тонкослойной хроматографии и реакцию отщепления хлора. Этим методам можно при­дать судебно-химическое значение при отрицательном результате.

Объект анализа массой 10 г (содержимое желудка, образцы веществ, изъятых с места происшествия) экстрагируют дважды петролейным эфиром, используя роторный сме­ситель. Эфирные экстракты промывают последовательно водой очищенной, раствором гидроксида натрия и еще раз водой очищенной. Слой петролейного эфира фильтруют через безводный сульфат натрия.

Анализ с помощью хроматографии в тонком слое сорбента. Часть полученного экстракта наносят на хроматографическую пластинку с тонким слоем силикагеля, под­сушивают и хроматографируют. В качестве подвижной системы используют циклогексан. Затем пластинку вынимают, высушивают и обрабатывают раствором перманганата калия, опрыскивают 2-аминоэтанолом и нагревают 20 мин при 100°С. Охлажденную пластин­ку обрабатывают раствором нитрата серебра и облучают УФ-лампой (254 нм) в течение 10-15 мин. При наличии в объекте хлорсодержащих пестицидов образуются пятна ко­ричневого или черного цвета.

Реакция отщепления хлора. Часть извлечения из объекта в специальном приборе испаряют досуха, добавляют к остатку концентрированную серную кислоту, дихромат калия и сульфат серебра в качестве катализатора. Смесь нагревают, происходит разруше­ние хлорсодержащего соединения, и выделяется свободный хлор, который улавливают в раствор йодида кадмия в присутствии крахмала — образуется синее окрашивание за счет вытеснения йода хлором.

Cdl₂ + Cl₂ → CdCI₂ +I₂

При обнаружении пятен на пластинке и получении положительной реакции отщепле­ния хлора проводят основное исследование на отдельные хлорсодержащие пестициды.

11.2.1 Гексахлорциклогексан (ГХЦГ)

Гексахлоран имеет несколько пространственных изомеров, из них у-изомер проявля­ет инсектицидные свойства и выпускается по названием линдан.

ГХЦГ — вещество темно-серого или светло-серого цвета, малорастворимое в воде, при повышенной температуре возгоняется с частичным разложением. Применяется ГХЦГ в виде порошков (дустов), эмульсий, дымовых шашек. Он используется для борь­бы с вредителями зерновых культур, садов, лесных насаждений, паразитами животных.

Токсическое действие ГХЦГ на человека проявляется в виде гиперемии кожи, от­ечности, раздражении конъюнктивы глаз. ГХЦГ длительно задерживается в организме (в жировой ткани), медленно выводится через почки, ЖКТ, переходит в молоко кормящей матери. При приеме внутрь ГХЦГ вызывает тошноту, при всасывании в кровь поража­ется ЦНС, наблюдаются клонические и тонические судороги. Летальная доза составляет 200 мг/кг.

Метаболизм гексахлорана в организме проходит по пути дехлорирования, гидрокси- лирования и образования глюкуронидов во второй фазе метаболизма.

Объекты исследования: желудок с содержимым, печень, почки, кровь, моча.

Для изолирования из желудка с содержимым, печени или почек 100 г объекта из­мельчают, помещают в круглодонную колбу, смешивают с водой до кашицеобразной мас­сы. Далее проводят перегонку с водяным паром. Собирают 300 мл дистиллята. В ходе перегонки на внутренней стенке холодильника может появиться серовато-белый налет, а в дистилляте белые частицы ГХЦГ. После отгонки холодильник промывают эфиром. Эфирный раствор присоединяют к дистилляту. Дистиллят переносят в делительную во­ронку и три раза экстрагируют диэтиловым эфиром по 100 мл. Эфирные вытяжки объе­диняют, промывают водой в делительной воронке. Затем эфир отгоняют до небольшого объема, переносят в выпарительную чашку и осторожно упаривают до сиропообразной массы. Эту массу используют для обнаружения ГХЦГ следующими испытаниями.

Реакция дехлорирования с последующим нитрованием. Часть остатка из чашки помещают в колбу с обратным холодильником, добавляют двукратный объем 10% спир­тового раствора гидроксида калия и нагревают в течение часа на водяной бане. При ки­пячении со спиртовой щелочью ГХЦГ отщепляет 3 и более атомов хлора.

Затем упаривают эту смесь до 1/3 объема, подкисляют азотной кислотой и прибавля­ют раствор нитрата серебра. При этом выпадает белый осадок хлорида серебра.

NaCI + AgNО₃ → AgCI ↓ + NaNО₃

Полученный осадок отфильтровывают, фильтрат упаривают до небольшого объема, добавляют к нему 0,1 г нитрата натрия и 2 мл концентрированной серной кислоты. Смесь нагревают на песчаной бане в течение 10 мин при температуре 125-130°С. После охлаж­дения смесь экстрагируют в делительной воронке диэтиловым эфиром. Эфир осторожно выпаривают. Остаток растворяют в 0,5 мл ацетона и добавляют 2 мл 10% спиртового раствора гидроксида калия — появляется красно-фиолетовая или розовая окраска. Предел обнаружения — 4 мг ГХЦГ в 100 г объекта.

При дехлорировании ГХЦГ образуется бензол или хлорбензол, которые при взаимодействии с серной кислотой и нитратом натрия превращаются в п-нитро- или м-динитропроизводные, Нитропроизводные с ацетоном и гидроксидом калия обра­зуют окрашенные соединения состава:

Реакция с янтарной кислотой и сульфатом железа(Ш). К части сухого остатка из чашки добавляют несколько кристалликов янтарной или фталевой кислоты. Отверстие пробирки закрывают фильтровальной бумагой, смоченной 0,1% раствором сульфата железа(Ш). Пробирку погружают в глицериновую баню, нагретую до 200°С, и темпе­ратуру бани постепенно повышают до 230°С. При наличии ГХЦГ в пробе на бумаге появляется синее пятно.

Можно предположить, что в результате реакции ГХЦГ с янтарной (фталевой) кис­лотой образуются летучие фенольные соединения, которые дают с сульфатом железа(ПГ) синее окрашивание. Предел обнаружения составляет 30 мг ГХЦГ в пробе.

Для изолирования ГХЦГ из крови в пробирку с притертой пробкой вносят 2 мл цельной крови, 10 мл диэтилового эфира, смесь взбалтывают 15 мин и сливают эфирную вытяжку. Экстрагирование повторяют еще 2 раза с 10 мл эфира. Эфирные вытяжки сли­вают вместе, добавляют к ним 5 г безводного сульфата натрия и взбалтывают в течение 10 мин. Затем эфирную вытяжку отделяют, осторожно упаривают до небольшого остатка (около 1 мл).

Для изолирования ГХЦГ из мочи 20 мл мочи экстрагируют трижды эфиром по 20 мл. Далее экстракты обрабатывают безводным сульфатом натрия и после упаривания оставшую­ся эфирную вытяжку используют для обнаружения и количественного определения ГХЦГ.

Обнаружение ГХЦГ в извлечениях из крови и мочи проводят с помощью тонкослой­ной хроматографии и описанных выше реакций.

Обнаружение ГХЦГ методом ТСХ. На линию старта хроматографической пла­стинки со слоем силикагеля наносят несколько капель эфирной вытяжки. Рядом наносят каплю «стандарта». Пятна подсушивают и хроматографируют, используя в качестве под­вижной фазы н-гексан. После окончания хроматографирования пластинку подсушивают и обрабатывают водно-ацетоновым аммиачным раствором нитрата серебра, а затем облучают УФ-лучами в течение 15-20 мин. ГХЦГ проявляется в виде серо-черных пятен

Для количественного определения ГХЦГ рекомендованы методы ГЖХ, фотоколо­риметрии и аргентометрии.

При газожидкостной хроматографии используют электронозахватный детектор (ДЭЗ). Определение с помощью детекторов такого типа основано на измерении элек­тропроводности между двумя электродами. В ДЭЗ ионы образуются под воздействием радиоактивного излучения. Его источником могут быть ³Н, ⁶³Ni, ⁹⁰Sr и др. Детектор состо­ит из ионизационной камеры с источником радиоактивного излучения и блока питания (2 электрода с определенной разницей потенциалов). Когда в детектор поступает соеди­нение, способное захватывать электроны, происходит изменение электропроводности между электродами. Свойством захватывать электроны обладают молекулы химических соединений, в состав которых входят атомы галогенов, фосфора, серы, азота, кислорода. Обнаружение хлорсодержащих пестицидов проводят по времени удерживания, а количе­ственное определение — по высоте или площади пика.

Фотоколориметрический метод. Он используется чаще всего для определения ГХЦГ в крови и моче. Метод основан на дехлорировании ГХЦГ до бензола или хлорбензола, переведении их в нитропроизводные и получении окрашенных соединений с гидроксидом калия в присутствии ацетона. Дехлорирование ГХЦГ в остатке после испарения эфира проводят с помощью цинковой пыли в присутствии 2 мл ледяной уксусной кислоты.

К полученному раствору добавляют 1 мл нитрующей смеси (10% раствор нитрата аммония в концентрированной серной кислоте) и нагревают в течение часа на асбестовой сетке. После охлаждения смесь экстрагируют эфиром, эфир испаряют и к сухому остатку добавляют ацетон и 1 мл 40% раствора гидроксида натрия.

Через 20 мин измеряют оптическую плотность окрашенного в фиолетовый цвет рас­твора с помощью фотоколориметра в кювете с толщиной поглощающего слоя 20 мм с зеленым светофильтром.

Определение ГХЦГ аргентометрическим методом проводят по методике, описан­ной ранее при определении алкилгалогенидов (см. раздел 9.4.6).

11.2.2 Гептахлор

Гептахлор — это белое кристаллическое вещество со слабым камфорным запахом, нерастворим в воде, растворяется в органических растворителях. Промышленностью гептахлор выпускается в виде 25% концентрата эмульсии и применяется в качестве ин­сектицида.

При попадании в организм через кожу проявляется резорбтивное действие гептахло­ра. При вдыхании пыли отмечаются головные боли, тошнота, диспепсические явления. ПДК в воздухе рабочей зоны составляет 0,01 мг/м³. Остаточные количества в пищевых продуктах не допускаются. При попадании в желудок гептахлор вызывает тяжелые по­ражения паренхиматозных тканей и ЦНС.

В организме гептахлор окисляется до эпоксигептахлора, который отличается более высокой токсичностью, чем сам гептахлор. Гептахлор и эпоксигептахлор накапливаются в тканях организма и оказывают токсическое действие. В почве продукты метаболизма гептахлора сохраняются в течение нескольких лет.

Объектами исследования являются кровь, моча, при смертельном отравлении — же­лудок с содержимым, печень.

Для изолирования гептахлора лучшими экстрагентами являются диэтиловый эфир, бензол, гексан.

Извлечение гептахлора из цельной крови проводят 3 раза по 10 мл, из 20 мл мочи 3 раза по 20 мл экстрагента. Для изолирования из паренхиматозных органов 100 г объ­екта настаивают трехкратно в течение 30 мин с диэтиловым эфиром или гексаном по 100, 50 и 50 мл. Вытяжки в каждом случае объединяют, обрабатывают безводным сульфатом натрия или взбалтывают с насыщенным раствором сульфата натрия в 20% растворе сер­ной кислоты с целью очистки, упаривают до минимального объема и далее используют для качественного и количественного определения.

Для обнаружения гептахлора используют следующие реакции.

Реакция гептахлора с диэтиламином. Часть извлечения выпаривают досуха. Остаток растворяют в дихлорэтане, затем по стенке пробирки добавляют 5-7 капель смеси диэтиламина и 0,1 М раствора гидроксида калия в метаноле (1:2). Смесь взбалты­вают — появляется зеленая, быстро исчезающая окраска.

Реакция с диэтаноламином проводится, как и предыдущая. В качестве реактива используется смесь диэтаноламина и 0,1 М раствора гидроксида калия в метаноле (1:2). При наличии гептахлора появляется фиолетовое окрашивание.

Реакция с анилином и пиридином. Часть извлечения испаряют досуха, остаток рас­творяют в бензоле, добавляют 5 капель анилина и 2 капли 0,1 М раствора гидроксида калия в метаноле. Смесь нагревают на водяной бане 15 с и прибавляют 1 мл пиридина и снова помещают в водяную баню на 10 с. Смесь перемешивают. Через 1-3 мин появля­ется темно-зеленое окрашивание.

Реакция с раствором гидроксида калия. К части извлечения прибавляют 1 мл 0,1 М раствора гидроксида калия в метаноле и взбалтывают. Пробирку помещают на 30 с в водяную баню, затем прибавляют 1 мл бензола. Постепенно развивается розовое или пурпурное окрашивание.

Количественное определение. Для количественного определения используют метод ГЖХ с электронно-захватным детектором. Определение ведут по высоте или площади пика в присутствии внутреннего стандарта.

11.2.3 Токсикологическое значение других хлорорганических пестицидов

В настоящее время число хлорорганических пестицидов насчитывает несколько десятков. Все они имеют определенное токсикологическое значение и вносят вклад в «ток­сическую ситуацию» в мире. Поэтому все импортируемые и производимые пищевые продукты в нашей стране подвергаются анализу на содержание хлорорганических соединений.

ДДТ — 4,4′-дихлордифенилтрихлорметилметан. Это белый кристаллический поро­шок, малорастворим в воде, растворим в органических растворителях. Токсическое воз­действие ДДТ выражается в быстрой усталости, головных болях, нарушениях сердечной деятельности, тошноте, рвоте. Отмечаются снижение в крови содержания эритроцитов и повышение содержания лейкоцитов. На кожу и слизистую оболочку глаз оказывает раздражающее действие.

Полихлоркамфен — твердое, воскообразное вещество коричневого цвета, практи­чески нерастворимое в воде, растворимое в большинстве органических растворителей. Токсическое действие выражается подобно предыдущему препарату. Так как полихлор­камфен накапливается в фосфолипидах спинного и головного мозга, его действие более выражено на ЦНС. При попадании в организм больной ощущает сначала дискомфорт, потом действие проявляется бессистемно: может быть нарушена ориентация в простран­стве, появиться нарушение памяти и т.д.

Полихлорпинен — это вязкое бесцветное вещество, практически нерастворимое в воде, хорошо растворимо в органических растворителях. Токсическое действие про­является как раздражение кожи, отечность, изъязвления, при попадании в глаза развива­ется серозно-гнойный конъюнктивит. При всасывании в кровь больной теряет сознание с тонико-клоническими судорогами, может развиться отек легких. При вскрытии отме­чается полнокровие внутренних органов, отек мозга.

Хлорфеноксиуксусные кислоты. Чаще всего применяют производные 2,4-Д (2,4-дихлорфенокеиуксусной кислоты), реже производные 2,4,5-Т (2,4,5-трихлорфенок- сиуксусной кислоты). Токсическое действие 2,4-Д и 2,4,5-Т на организм теплокровных животных и человека сходно по характеру. Они действуют на центральную и перифери­ческую нервные системы, эндокринные железы. При отравлении наблюдаются повы­шенная саливация, раздражение слизистых оболочек глаз, дыхательных путей, диспеп­сические явления, судороги.

Химико-токсикологический анализ перечисленных хлорорганических соединений проводится по схемам, как указано для ГХЦГ и гептахлора, с использованием хромато­графии в тонком слое сорбента, ГЖХ, для некоторых веществ — реакций окрашивания, ГХ-МС (после дериватизации), УФ-спектрофотометрии, ВЭЖХ и др.