СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ЭКОТОКСИКАНТОВ В АТМОСФЕРЕ ПРОМЫШЛЕННЫХ ЗОН Российский патент 2011 года по МПК G01N33/00 A01G15/00 

Изобретение относится к области применения лишайников в качестве показателей содержания экотоксикантов в атмосфере промышленных зон.

Известен способ определения экотоксикантов в атмосфере промышленных зон с помощью применения биоиндикатора - лишайника HYPOGYMNIA PHYSODES (L.) NYL (Шапиро И.А. Влияние сернистого ангидрида на содержание азота и пероксидазную активность у лишайников // Ботан. журн. 1993. Т.78, №5. С.66-71), так называемая лихеноиндикация, содержащий:

- выборку образцов лишайника в промышленной зоне в соответствии со статистической программой;

- изготовление стандартов из лишайника, собранного в фоновой зоне, не имеющей выбросов в атмосферу экотоксикантов;

- моделирование процесса взаимодействия лишайника с промышленными выбросами в лабораторных условиях;

- визуальный анализ стандартов и образцов из промышленной зоны путем их сопоставления, составление шкалы полеотолерантности;

- определение степени загрязнения атмосферы промышленной зоны по отношению к фоновой зоне с помощью шкалы полеотолерантности.

Недостатки известного способа:

- невозможность количественного определения экотоксикантов в атмосфере промышленных зон;

- невозможность выявления химической природы экотоксикантов.

Технический результат изобретения заключается в разработке качественного и количественного определения экотоксиканатов в атмосфере промышленных зон при максимальном приближении результатов к условиям существования исследуемой экосистемы.

Технический результата изобретения достигается тем, что способ определения экотоксикантов в атмосфере промышленных зон содержит сбор образцов лишайника «Hypogymnia physodes» с деревьев, растущих в промышленной зоне, образцов лишайника с деревьев, растущих в фоновой зоне, не имеющей промышленных выбросов экотоксикантов, моделирование процесса взаимодействия лишайника фоновой зоны с промышленными выбросами путем выдержки образцов в эксикаторе с определенным содержанием экотоксиканта в газовой фазе, получение стандартных образцов лишайника с характерными изменениями его структуры в зависимости от концентрации экотоксиканта в газовой фазе, сушку стандартов и образцов, собранных в промышленной зоне, при температуре 25÷35°С до постоянного веса, измельчение в вибромельнице, прессование в смеси с бромидом калия при давлении 2,6·10⁶ Па с получением таблеток, регистрацию ИК-спектров стандартов, фиксацию в спектрах значений характеристических частот, соответствующих соединениям, образовавшимся в слоевище лишайника фоновой зоны при выдержке в эксикаторе с определенным содержанием экотоксиканта в газовой фазе, фиксацию ИК-спектров образцов промышленной зоны, совмещение их с ИК-спектрами стандартов до совпадения экстремумов характеристических частот, определение концентрации экотоксиканта в атмосфере промышленной зоны как совпадающей с его концентрацией в газовой фазе при моделировании процесса взаимодействия лишайника фоновой зоны с промышленными выбросами.

Изобретение поясняется графическими материалами Фиг.1÷5 и таблицами 1÷3.

Фиг.1 - ИК-спектры образцов Н.physodes, собранного в фоновой зоне (1) и выдержанного в парах азотной кислоты (2).

Фиг.2 - ИК-спектры образцов Н.Physodes; 1 - собран в фоновой зоне; 2-4 - образцы экспонированы в 3%-ной серной кислоте в течение одной недели (2), двух недель (3) и трех недель (4); 5-6 - образцы экспонированы в 6%-ной серной кислоте в течение одной недели (5), двух недель (6) и трех недель (7).

Фиг.3 - ИК-спектры образцов Н.Physodes, собранного в фоновой зоне (1) и выдержанного в парах концентрированной серной кислоты (2).

Фиг.4 - ИК-спектры образцов Н.Physodes из фоновой зоны (1) и собранные в промышленных зонах с различным уровнем загрязнения: относительно слабое загрязнение (2), загрязнение среднего уровня (3), сильное загрязнение (4).

Фиг.5 - ИК-спектры образцов Н.Physodes (а, б, в), собранного в промышленных зонах с высоким уровнем загрязнения атмосферы (1), и образцов, собранных в фоновой зоне и выдержанных в парах 6%-ной (2) и 3%-ной (3) серной кислоты, а также в парах 32%-ной азотной кислоты (4).

Таблица 1 - значения D_A/D₂₉₂₅ образцов Н.Physodes, собранных в фоновой зоне и обработанных азотной кислотой, где

* - изменение цвета (пожелтение); ⌀ - полное ослизнение слоевища; ⊗ - полная деструкцией слоевища лишайника.

Таблица 2 - значения D_A/D₂₉₂₅ образцов Н.Physodes, собранных в фоновой зоне и обработанных серной кислотой.

Таблица 3 - общая характеристика используемых образцов лишайника (Hypogymnia physodes). IP* - индекс полеотолерантности Трасса. (Абсолютная величина этого индекса отражает степень загрязнения/чистоты исследуемой территории).

Таблица 4. Значения D_v/D₂₉₂₅ образцов Н.Physodes, собранных в промышленной зоне, атмосфера которой содержит выбросы серосодержащих загрязнений, где

* - изменение цвета (пожелтение) слоевища лишайника; «-» - отсутствие полос поглощения в ИК-спектрах.

Сущность заявляемого изобретения заключается в следующем.

Изменения основных компонентов окружающей природной среды, приведшие к возникновению глобальных экологических проблем, определили появление на свет широкого спектра методов их оценки. Все многообразие наземных методов условно можно разделить на 2 группы: физико-химические и биоиндикационные.

Биоиндикация - оценка экологических условий (чаще загрязнение среды человеком) по организмам-индикаторам или целым сообществам. В зависимости от вида биоиндикатора выделяют альгоиндикацию, дендроиндикацию, лихеноиндикацию.

Преимущество биоиндикации - не требует значительных затрат труда, сложного и дорогостоящего оборудования, трудоемких методик, что под силу только специальным лабораториям, позволяет определить общий уровень загрязнения и т.д.

Недостатком биоиндикации является невозможность определить характер загрязнителя, установить его концентрацию в многокомпонентной смеси загрязняющих веществ, поскольку биоиндикатор реагирует сразу на весь комплекс веществ.

Физико-химические методы - эта группа методов, позволяющая получить количественные и качественные характеристики фактора. Качественный анализ предшествует количественному, поскольку выбор метода количественного определения зависит от данных качественного анализа.

Известны гравиметрический, титрометрический, колориметрический методы. К методам, требующим дополнительной специальной подготовки, относят радиоспектроскопию (ЯМР-спектроскопию и ЭПР), оптическую спектроскопию (УФ-, видимый и ИК диапазон), спектроскопию комбинационного рассеяния или Раман-спектроскопию, атомно-адсорбционную спектроскопию. Каждый из методов при оценке состояния различных компонентов среды имеет свои достоинства и недостатки.

Атомно-абсорбционная спектроскопия обычно используется для определения неорганического состава пищевых продуктов, следов выстрела, следов металлизации на объектах окружающей среды, количественного определения примесного состава металлов, сплавов, руд и рудных концентратов металлов. Не так давно вместо атомно-абсорбционной спектроскопии стали использовать плазменную эмиссионную спектроскопию, что позволило добиться одновременного определения многих элементов в малом объеме образца. Соединение атомно-абсорбционной спектроскопии и рентгеновской флуоресцентной спектроскопии дало возможность определять не только металлы (концентрацию никеля, железа, меди, цинка и свинца в слоевище лишайника), но и некоторые неметаллы.

Масс-спектрометрия позволяет провести анализ микроэлементного состава объектов окружающей среды, определить органические загрязнители и токсичные элементы в биологических объектах, установить строение вещества по характеру образующихся фрагментов, провести количественный анализ смесей, включая определение микропримесей, определить степень чистоты вещества. Соединение хроматографических методов с масс-спектрометрией привело к возможности определения хлорированных углеводородов (хлорсодержащие пестициды, полихлорбифенилы), бенз(а)пирена, полиароматических углеводородов и других летучих и нелетучих органических примесей в воздухе, к идентификации отравляющих, токсических веществ и нефтепродуктов по составу, при проведении экспертизы пищевых продуктов. Объединение методов масс-спектрометрии с плазменной эмиссионной спектроскопией существенно увеличило чувствительность при определении.

Преимущества метода ЯМР в том, что он дает больше информации о строении молекул некоторых классов растворимых органических веществ без спектров сравнения их стандартов.

УФ спектроскопия находит себе применение не только в лабораторной практике, но и в химической и пищевой промышленности, например для определения стирола в его смесях с дивинилбензолом (ГОСТ 10003-67), определение каратиноидов, бенз(а)пирена и т.д. УФ используют для определения ионов (Al³⁺, Ba²⁺, NH₄ ⁺, Feⁿ⁺, Cd²⁺; Mnⁿ⁺; Cuⁿ⁺; Moⁿ⁺; Asⁿ⁺; Niⁿ⁺; Pbⁿ⁺; Crⁿ⁺; Zn²⁺; F; NO₃ ^-; NO₂ ^-; CN^-; BO₃ ^3-; PO₄ ^3-; SO₄ ^2-; PO₄ ^3-; SiO₂·xH₂O) в питьевой воде, сточных водах, донных отложениях, почвах, а также органических примесей в воздухе рабочей зоны и атмосферном воздухе.

С помощью метода ИК спектроскопии могут быть исследованы как органические, так и неорганические соединения, независимо от того, находятся они в газообразном или парообразном состоянии, являются ли жидкостями или твердыми соединениями. Возможности ИК спектроскопии с Фурье-преобразованием позволили с успехом применить ее для газового анализа, и, в первую очередь, для анализа атмосферы, как Земли, так и других планет. Методы Фурье-ИК спектроскопии были использованы для астрофизических исследований. По ИК спектрам планет Марса, Венеры, Юпитера был определен состав их атмосферы, были изучены также спектры некоторых звезд. Фурье-ИК спектроскопию используют также и при решении спорных вопросов хемосистематики.

Лазерная раман-спектроскопия имеет ряд преимуществ перед ИК спектроскопией, так как позволяет получить сигнал, при работе с влажным образцом, что дает возможность работать в полевых условиях и со свежими образцами.

Недостатки, связанные с использованием физико-химических методов, определены прежде всего техническими ограничениями. Широкому использованию физико-химических методов при оценке состояния окружающей среды препятствует их высокая стоимость, а для работы на сложных приборах требуются высококвалифицированные специалисты.

Какой бы не была современная аппаратура для контроля загрязнения и определения вредных примесей в окружающей среде, она не может сравниться со сложно устроенным «живым прибором» (биоиндикатор). Однако если у «живых приборов» есть серьезный недостаток - они не могут установить концентрацию какого-либо вещества в многокомпонентной среде, то физико-химические методы дают количественные и качественные характеристики фактора, но не позволяют оценить их биологическое действие.

В заявляемом способе используется совместное использование биоиндикатора с физико-химическим контролем состояния окружающей среды - эпифитных лишайников в качестве биоиндикатора с методом ИК спектроскопии. Возможность идентификации химического состава соединений с помощью ИК спектроскопии определяет интерес к использованию этого метода в лихеноиндикации. Известно, что метод лихеноиндикации имеет ряд недостатков. Например, результаты лихеноиндикационных исследований не дают прямых сведений о типе и концентрации загрязнителей, остается нерешенной проблема сравнения индикационной способности одних и тех же видов в различных макроэкологических средах (регионах), сравнения действий различных загрязнителей на жизнедеятельность лишайников.

Диоксид азота

Условия эксперимента: в лабораторных условиях осуществляли моделирование различного уровня загрязнения воздуха окислами азота. Влажные образцы Н.physodes, собранные в фоновой зоне, помещали в эксикатор над парами диоксида азота. Для этого в эксикатор наливали 20 мл азотной кислоты (HNO₃) различной концентрации (2, 4, 8, 16, 32 и 65%) и нагревали до температуры +36°С в сушильном шкафу каждый день в течение трех часов на протяжении всего эксперимента. При нагревании и под действием света кислота разлагается с выделением диоксида азота, в котором образцы Н.physodes выдерживали в течение 1÷3 недель:

Для записи ИК спектров образцов готовили таблетки с бромидом калия (KBr). Для этого 3 мг образца лишайника, высушенного при температуре 25÷35°С, измельчали в вибромельнице, смешивали с порошком KBr (0,7 г). Затем смесь прессовали под давлением 2,6·10⁶ Па в специальной пресс-форме при комнатной температуре с вакуумной откачкой и получали прозрачную таблетку. ИК спектры образцов записывали на Фурье-ИК спектрометре «Equinox 55» фирмы «Bruker» (Германия).

Для проведения количественного спектрального анализа использовали программу OPUS-NT, которая позволяет рассчитать оптическую плотность анализируемой полосы (D_A) по формуле:

D=kcd,

где: D - оптическая плотность (поглощение); с - концентрация поглощающих центров (осцилляторов или колеблющихся химических группировок); d - толщина образца (длина пути, пройденного светом); k - коэффициент поглощения данного осциллятора.

С целью исключения влияния толщины на количественные результаты оптическую плотность анализируемой полосы поглощения (D_A) относили к оптической плотности полосы стандарта (D_C):D_A/D_C. В качестве полосы стандарта была выбрана полоса на частоте 2925 см^-1, характеризующая валентные колебания СН₂-группы в образце.

По зависимости D_A/D_C(D_A/D₂₉₂₅) делали представление об относительной концентрации исследуемых химических групп и их изменениях в процессе реакции.

Результаты эксперимента:

- о присутствии в приземном слое атмосферы диоксида азота можно судить по появлению в ИК спектрах образцов Н.physodes изменений на частоте 1381 см^-1, связанных с образованием соединения из группы типа алкилнитратов (симметричные валентные колебания группы -O-NO₂) (Фиг.1);

- о содержании диоксида азота в атмосфере можно судить по величине D₁₃₈₁/D₂₉₂₅ (Табл.1);

- предельно-допустимая концентрация паров азотной кислоты для лишайникового слоевища - 16%.

Превышение порогового значения концентрации паров азотной кислоты вызывает у лишайника стрессовое состояние, приводящее к глубокому необратимому нарушению физиологии и структуры;

- действие высоких концентрации азотной кислоты (32 и 65%) не приводит к взаимодействию накопленного поллютанта с органическими компонентами лишайника.

Диоксид серы

В лабораторных условиях моделировали загрязнение воздуха диоксидом серы.

Условия эксперимента: влажные образцы Н.physodes, собранные в фоновой зоне, помещали в эксикаторы над парами диоксида серы. Для этого предварительно в эксикатор наливали 20 мл серной кислоты (H₂SO₄) различной концентрации (3, 6, 12, 24, 49 и 98%), опускали медную проволоку и нагревали до +40°С в сушильном шкафу каждый день в течение пяти часов на протяжении всего времени эксперимента:

.

Для записи ИК спектров образцов готовили таблетки с бромидом калия (KBr). ИК спектры образцов записывали на Фурье-ИК спектрометре «Equinox 55» фирмы «Bruker» (Германия). С помощью программы OPUS NT рассчитывали оптическую плотность анализируемой полосы и относили ее впоследствии к полосе стандарта (D_A/D₂₉₂₅).

Результаты эксперимента:

- о присутствии в атмосфере диоксида серы свидетельствует появление в ИК спектрах образцов Н.physodes изменений, связанных с образованием нескольких типов соединений (Фиг.2, 3):

- сульфокислоты - R-SO₂-OH (1230, 1056, 851 и 581 см^-1);

- сульфоны - R-SO₂R (1313, 782, 666 и 518 см^-1);

- сульфаты - (RO)₂SO₂ (1424, 873 и 711 см^-1);

- на присутствие в атмосфере диоксида серы содержанием, эквивалентным 3% серной кислоте, указывает появление ИК полос поглощения в образце лишайника, связанных с образованием сульфокислот - R-SO₂-OH;

- на присутствие в атмосфере диоксида серы содержанием, эквивалентным 6% серной кислоте, указывает появление ИК полос поглощения в образце лишайника, связанных с образованием сульфонов - R-SO₂R;

- на появление залповых, чаще аварийных выбросов сернистого газа в атмосферу (эквивалентных по содержанию 98% серной кислоте) указывают полосы поглощения, связанные с образованием сульфатов - (RO)₂SO₂;

- кратковременное воздействие концентрированной серной кислоты на Н.physodes не вызывает повреждения на уровне клетки в течение 6÷7 суток - побледнение слоевища, вызванное потерей хлорофилла или омертвление (ослизнение);

- действие паров 12, 24 и 49% кислоты на лишайник не выявило никаких изменений в ИК спектрах образцов;

- о длительности хронического воздействия низких концентраций сернистого газа (3 и 6%) указывает деструкция химического состава лишайника Н.physodes и изменения на частотах 1619 см^-1 (ν (C=O)) (Табл.2);

- воздействие паров серной кислоты на лишайник, в отличие от азотной, показывает большую зависимость деструктивного эффекта от времени экспозиции, в меньшей степени от концентрации данного поллютанта.

Для демонстрации практической ценности ИК спектральных исследований химического состава лишайника, испытавшего влияния экотоксикантов, при оценке загрязнения атмосферы был осуществлен сбор лишайников в экологически чистой (загородной) зоне, а также в промышленных зонах города с разным уровнем загрязнения атмосферы (Табл.3). Спектры данных образцов (1÷4) по стандартной методике были записаны на ИК спектрометре. Для сравнительного анализа выбрали ИК спектры образцов 5÷7 (Табл. 3), выдержанных над парами 3 и 6% серной кислоты в течение трех недель, а также 16% азотной кислоты в течение одной недели.

Примеры выполнения способа

Пример 1

В ИК спектрах образцов H.physodes, собранных в промышленных зонах города с разным уровнем загрязнения, обнаружены изменения на частотах 1313, 782, 666 и 514 см^-1 (Фиг.4). Данные изменения связанны с образованием сульфонов (-R-SO₂R) в лишайнике, что указывает на присутствие в воздухе атмосферы сернистого газа. Сопоставление ИК спектров образцов из РЗ и ИК спектров образцов, выдержанных в парах 6%-ной серной кислоты в течение 3-х недель, показало их полное соответствие (Фиг.5а). Сопоставление ИК спектров лишайников (2÷4) с ИК спектром лишайника, выдержанного в парах 3% серной кислоты (5), не выявило изменений, связанных с образованием сульфокислоты: (R-SO_2--OH) (Фиг.5б).

Пример 2

Сравнение ИК спектров лишайников (2÷4) с ИК спектром лишайника, выдержанного в парах 16% азотной кислоты в течение одной недели (7) выявило следы загрязнения атмосферы окислами азота (Фиг.5в). В спектрах лишайников (2÷4) обнаружены изменения на частоте 1381 см^-1, связанные с образованием в лишайниковом слоевище алкилнитратов.

Расчет D_v/D₂₉₂₅ для полос поглощения 1313, 781, 666, 517 см^-1 лишайников из промышленных зон города показал, что значительное содержание сульфонов присутствует в образце из промышленной зоны, располагающейся в зоне сильного атмосферного загрязнения (Табл. 3), а самое низкое - из зоны относительно слабого загрязнения атмосферы. По-видимому присутствие в приземном слое атмосферы сернистого газа в зоне сильного загрязнения атмосферы является более длительным. Косвенным свидетельством токсичности сернистого газа для лишайникового слоевища служит увеличение интенсивности полосы поглощения на частоте 1619 см^-1 (Табл. 4), которое отмечено в ИК спектрах лишайников (2÷4). Увеличение значения D₁₆₁₉/D₂₉₂₅ указывает о начале деструктивных процессов в лишайниковом слоевище, при отсутствии морфологических изменений. Степень деструкции в лишайнике (4) из зоны сильного загрязнения атмосферы самая высокая.

Количественный спектральный анализ показывает, что влияние загрязнения атмосферы оксидами азота в исследуемых промышленных зонах города не очень существенно.

Доминирующим загрязнителем атмосферы является диоксид серы. Химическая и энергетическая отрасли промышленности являются основным источником загрязнения атмосферы, вредные вещества распространяются от них с воздушными массами благодаря преобладанию южных и юго-западных ветров в городе. Промышленная зона, располагающаяся в зоне сильного загрязнения атмосферы, испытывает наибольшее влияние от промышленности, чем промышленные зоны, находящиеся в зонах среднего и относительно слабого уровня загрязнения воздуха, поскольку территориально располагается ближе к нему. Прилегающие к данной промышленной зоне крупные магистрали с интенсивным движением автотранспорта являются дополнительным источником двуокиси серы, которая образуется в процессе окисления резиновой пыли от автомобильных шин.

Наряду с вышеописанными изменениями в ИК спектрах лишайников (2÷4) отмечены также изменения в содержании белков - Амид I, Амид II и Амид III. Наиболее существенными являются изменения на частоте 1654 см^-1. Величина отношения D₁₆₅₄/D₂₉₂₅ в ИК спектрах лишайников (2÷4) выше фонового значения в два раза и изменяется от 1.90 до 2.06 соответственно.

Количественные спектральные исследования химического состава лишайника Н.physodes, собранного в различных промышленных зонах города, согласуются с данными лихеноиндикационного анализа (Табл.3). Содержание экотоксикантов в образце из промышленных зон, где отмечен самый высокий индекс полеотолерантности (IP=7,1), также самое высокое. Для образца из промышленных зон с сильным уровнем загрязнения атмосферы, кроме того, характерна высокая степень деструкции лишайникового слоевища. По мере удаления от источников загрязнения действие данных экотоксикантов ослабевает. Содержание сульфонов и алкилнитратов существенно снижается в лишайнике для промышленных зон среднего и относительно слабого загрязнения атмосферы.

Алгоритм применения на практике

1. Осуществляется сбор образцов Hypogymnia physodes с деревьев (на высоте 1,2÷1,5 м от земли), растущих в промышленной зоне.

2. Осуществляется запись ИК спектров. Для записи ИК спектров образцов используется метод приготовления таблетки с бромидом калия (KBr). Для этого 3 мг образца высушенного лишайника при температуре 25-35°, тщательно измельчается в вибромельнице, смешивается с порошком KBr (0,7 г). После смесь подвергают прессованию под давлением 20 атм. в специальной пресс-форме при комнатной температуре в вакууме для получения прозрачной таблетки. ИК спектры образцов записываются на спектрометре.

3. Анализ полученных ИК спектров:

- совмещаются спектры образцов лишайников из загрязненной промышленной зоны с ИК спектром фоновой (чистой) зоны;

- устанавливаются полосы поглощения, связанные с накоплением экотоксикантов - диоксидов азота и серы.

Количественное определение диоксида серы:

- если установлены ИК полосы поглощения в образце лишайника на частотах 1313, 782, 666 и 518 см^-1, связанных с образованием сульфонов - R-SO₂R, то в атмосфере присутствует диоксид серы с содержанием, эквивалентным 6% серной кислоте;

- если обнаружены ИК полосы поглощения в образце лишайника на частотах 1230, 1056, 851 и 581 см^-1, связанных с образованием сульфокислоты

- R-SO₂-OH, то в атмосфере присутствует диоксид серы, содержанием эквивалентным 3% серной кислоте;

- если отмечены ИК полосы поглощения в образце лишайника на частотах 1424, 873 и 711 см^-1, связанных с образованием сульфатов - (RO)₂SO₂, то в атмосфере присутствует диоксид серы с содержанием, эквивалентным 98% серной кислоте;

- если отмечено ИК полоса поглощения на частоте 1619 см^-1 (ν (C=O)), то лишайник испытывает длительное хроническое воздействие низких концентраций сернистого газа (3 и 6%), ответом на воздействие которого является деструкция химического состава лишайника Н.physodes (табл.2).

Количественное определение диоксида азота:

- если отмечена ИК полоса поглощения в образце лишайника на частоте 1381 см^-1, связанной с образованием в лишайниковом слоевище алкилнитратов, то в атмосфере присутствует диоксид азота;

- определяется относительная концентрация диоксида азота. Для этого рассчитывается оптическая плотность анализируемой полосы (D₁₃₈₁)² (²Расчет оптической плотности в программе OPUS NT (см. приложении 2)). С целью исключения влияния толщины образца на количественные результаты расчетов оптическую плотность анализируемой полосы поглощения (D₁₃₈₁) относят к оптической плотности полосы стандарта (D₂₉₂₅)³ (³Полоса на частоте 2925 см^-1, характеризуют валентные колебания СН₂-группы в образце. Эта полоса является структурно-нечувствительной.):D₁₃₈₁/D₂₉₂₅. Используя данные Табл.1, определяется содержание загрязнителя.

Предлагаемый способа позволяет:

- зафиксировать в атмосфере промышленных зон диоксид азота и диоксид серы;

- определить относительное содержание экотоксикантов в воздухе;

- выяснить доминирующий загрязнитель атмосферы;

- оценить влияние загрязнения атмосферы на живые системы:

- зафиксировать основные тенденции изменения химического состава в слоевище, которые могут быть вызваны накоплением экотоксикантов и их взаимодействием с органическими компонентами лишайника,

- зафиксировать при слабом уровне загрязнения атмосферы сернистым газом и диоксидом азота увеличение содержания белков в лишайнике,

- зафиксировать деструкцию химического состава, когда нет проявления внешних видимых морфологических изменений, - побледнения, пожелтения и т.д.

- подтвердить, что зависимость деструкции от времени воздействия неблагоприятного фактора или его концентрации определяется типом загрязнения.

- подтвердить, что процесс образования в лишайнике сульфонов (R-SO₂R) и сульфокислот (R-SO_2--OH) сопряжено с деструкцией химического состава;

- разработать методы ранней диагностики трансформации природных систем, находящихся под влиянием техногенной нагрузки;

- прогнозировать состояние живых систем.

Таблица 1 Волновое число, см^-1 Время экспонирования, недели Концентрация азотной кислоты, % Фон 2 4 8 16 32 65 1381 1 1,10 1,30 2,10 3,10 2,50 1,43* - 2 0,90 0,68 0,59 1,50 3,60* ⌀ 3 1,13 1,10 1,31 5,20* ⌀ ⊗

Таблица 2 Волновое число, см^-1 Время экспонирования, недели Концентрация серной кислоты, % Фон 3 6 12 24 49 98 1 2 3 4 5 6 7 8 9 1654 1 0,90 0,94 1,05 1,18 1,00 - 0,88 2 0,67* 1,03 1,05 1,05 0,89 0,95 3 0,71* 2,24 0,82 1,05 1,02 0,96 1619 1 0,90 0,91 1,23 1,18 1,00 1,48 0,92 2 0,64* 1,05 0,97 1,03 0,82 0,94 3 0,57* 3,10 0,76 1,13 1,13 1,13 1542 1 - - 0,17 0,36 - - - 2 - - - - - 0,22 3 - - 0,15 - - - 1424 1 - - - - - 2,8 - 1313 1 - 0,71 0,71 0,78 0,75 0,80 0,61 2 - 0,89* 0,80 0,82 0,66 0,78 3 - 1,93* - 0,76 0,72 0,81 1266 1 0,08 0,82 0,80 0,81 0,78 0,96 0,71   2 - 0,84* 0,78 0,74 0,76 0,78   3 - 0,71* 0,87 0,79 0,79 0,74 1230 2 1,16* - - - - -   3 1,11* - 0,85 - - 0,71 1056 2 1,54* - - - - - - 3 2,42* - 1,88 - - -   873 1 - - - - - 0,76 - 2 0,04* - - - - - 3 0,17* - - - - -

1 2 3 4 5 6 7 8 9 851 1 - - - - 0,03 -   2 0,14* -     0,02 - 3 0,17*   -   - - 780 1 0,05 0,05 0,17 0,09 0,09 0,16 0,08 2 - 0,12* 0,12 0,12 0,04 0,11 3   0,75 0,02 0,10 0,09 0,11 711 1 - - - - - 0,24 - 666 3   0,41* - - - - - 581 1   0,23 - - - - - 2 0,54* 0,29* - - - - 3 0,42* 0,34* 0,39 - - - 518 1 - - - - - -   2 - 0,23* - - - - 3 - 0,53* - - - -

Таблица 3 № лишайника Характеристика Условия эксперимента 1 Собран в зоне слабого загрязнения атмосферы (фоновой) (IP*=3,2) Источники загрязнения атмосферы не выявлены 2 Собран в промышленной зоне, располагающейся в зоне относительно слабого загрязнения атмосферы (IP=4,7) Источники загрязнения: промышленные предприятия химической и энергетической отрасли, автотранспорт. Промышленная зона находится на берегу реки. 3 Собран в промышленной зоне, располагающейся в зоне среднего загрязнения атмосферы (IP=6,8) Источники загрязнения: промышленные предприятия химической и энергетической отрасли; другие объекты, загрязняющие среду: несанкционированные бытовые и строительные свалки. 4 Собран в промышленной зоне, располагающейся в зоне сильного загрязнения атмосферы (IP=7,1) Источники загрязнения: промышленные предприятия химической и энергетической отрасли, автотранспорт: крупные внутренние магистрали с интенсивным движением автотранспорта. РЗ располагается на берегу искусственного водоема 5 Выдержан в парах 3% серной кислоты (H₂SO₄) в течение 3 недель Образец помещали в эксикатор, где предварительно наливали 20 мл 3% (H₂SO₄), опускали медную проволоку и нагревали на слабом пламени: 6 Выдержан в парах 6% H₂SO₄ в течение 3 недель. Образец помещали в эксикатор, где предварительно наливали 20 мл 6% H₂SO₄, опускали медную проволоку и нагрели на слабом пламени. 7 Выдержан в парах 16% азотной кислоты в течение 1 недели Образец помещали в эксикатор, куда предварительно наливали 20 мл 16% азотной кислоты и нагревали до температуры 86°С. При нагревании и под действием света кислота разлагается с выделением диоксида азота:

Таблица 4 № лишайника ν, см^-1 1654 1619 1542 1381 1313 1266 1230 879 781 666 517 1 0.88 0.92 - - 0.63 0.71 - 0.04 0.08 - - 2 1.90 2.17 - 0.80 1.36 0.75 - - 0.56 0.40 0.49 3 2.00 2.26 0.22 0.83 1.45 0.86 - - 0.56 0.43 0.52 4 2.06 2.60 0.47 0.85 1.68 0.87 - 0.13 0.62 0.53 0.56 5 0.71* 0.57* - - - - 1.11* - - - - 6 2.24* 3.10* - - 1.93* 0.71* - - 0.76* 0.42* 0.54* 7 1.44 - 0.52 3.10 1.00 1.01 - 0.15 0.15 - -

Изобретение относится к способу определения экотоксикантов в атмосфере промышленных зон с применением лишайников в качестве показателей содержания экотоксикантов. Способ включает сбор образцов лишайника «Hypogymnia physodes» с деревьев, растущих в промышленной зоне, и образцов лишайника с деревьев, растущих в фоновой зоне, не имеющей промышленных выбросов экотоксикантов. Затем осуществляют моделирование процесса взаимодействия лишайника фоновой зоны с промышленными выбросами в лабораторных условиях и получение стандартных образцов лишайника. После проводят сравнение образцов лишайника, собранных в промышленной зоне, со стандартами. При этом стандарты и образцы, собранные в промышленной зоне, сушат при температуре 25-35°С до постоянного веса, измельчают в вибромельнице, прессуют в смеси с бромидом калия при давлении 2,6·10⁶ Па с получением таблеток. Затем снимают ИК-спектры стандартов, снимают ИК-спектры образцов промышленной зоны и сравнивают их с ИК-спектрами стандартов. Достигаемый при этом технический результат заключается в возможности определения как природы, так и содержания экотоксикантов в атмосфере. 5 ил., 4 табл.

Способ определения экотоксикантов в атмосфере промышленных зон, содержащий сбор образцов лишайника «Hypogymnia physodes» с деревьев, растущих в промышленной зоне, образцов лишайника с деревьев, растущих в фоновой зоне, не имеющей промышленных выбросов экотоксикантов, моделирование процесса взаимодействия лишайника фоновой зоны с промышленными выбросами в лабораторных условиях, получение стандартных образцов лишайника, сравнение образцов лишайника, собранных в промышленной зоне, со стандартами, отличающийся тем, что стандарты и образцы, собранные в промышленной зоне, сушат при температуре 25-35°С до постоянного веса, измельчают в вибромельнице, прессуют в смеси с бромидом калия при давлении 2,6·10⁶ Па с получением таблеток, снимают ИК-спектры стандартов, снимают ИК-спектры образцов промышленной зоны и сравнивают их с ИК-спектрами стандартов.