Определение содержания тяжелых металлов в прудовой рыбе, выращенной в различных районах Липецкой области

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ БЮДЖЕТНОЕ

ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ

ВЫСШЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ

«ЛИПЕЦКИЙ  ГОСУДАРСТВЕННЫЙ  ПЕДАГОГИЧЕСКИЙ  УНИВЕРСИТЕТ»

ЛГПУ

Естественно-географический факультет

Кафедра химии

 

Выпускная квалификационная работа

по основной специальности 050101.65 «Химия

с дополнительной специальностью биология»

       

на тему:

 

«ОПРЕДЕЛЕНИЕ  СОДЕРЖАНИЯ  ТЯЖЁЛЫХ  МЕТАЛЛОВ

В  ПРУДОВОЙ  РЫБЕ,  ВЫРАЩЕННОЙ  В  РАЗЛИЧНЫХ

РАЙОНАХ  ЛИПЕЦКОЙ  ОБЛАСТИ»

 

 

Выполнила: студентка 5 курса ХБ Кузнецова Серафима Сергеевна (подпись)                                      Научный руководитель: доцент, кандидат химических наук Боев Алексей Михайлович (подпись)

«Работа допущена к защите в ГАК» Зав. кафедрой, д.х.н., проф. Москаленко Анна Иосифовна Подпись

 

Липецк – 2013

Содержание

	стр.
Введение……………………………………………………………………….	3
1. Тяжелые металлы – загрязнители  окружающей среды и продуктов  питания (Литературный обзор)………………………………………………….	5
1.1. Ртуть и её соединения……………………………………………...	6
1.2. Кадмий и его соединения………………………………………….	11
1.3. Свинец и его соединения………………………………………….	19
1.4. Мышьяк и его соединения………………………………………...	24
1.5. Меры по снижению поступления тяжелых металлов в организм человека ………….……………………………………………………………	31
2. Содержание тяжелых металлов в прудовой рыбе, выращенной в различных районах Липецкой области (Обсуждение результатов)………….	35
3. Методики определения тяжелых металлов в продуктах питания (Экспериментальная часть)……………………………………………………….	39
3.1. Методики определения содержания свинца, кадмия и ртути в пищевых продуктах и продовольственном сырье методом электротермической атомно-абсорбционной спектроскопии…………………………….	39
3.2. Методика определения содержания мышьяка в пищевых продуктах фотоколориметрическим методом…………………………………..	41
Выводы…………………………………………………………………………	44
Литература……………………………………………………………………..	45

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Введение

 

Антропогенное загрязнение продуктов питания для современной цивилизации является одной из глобальных мировых проблем [1]. Спектр загрязняющего воздействия на пищевые продукты токсических веществ антропогенного происхождения достаточно широк, но все же наиболее опасными экотоксикантами среди специалистов-экологов считаются тяжелые металлы [1–3]. К числу тяжелых металлов, присутствующих повсеместно в биосфере, принадлежат медь, цинк, свинец, кадмий и ртуть. Они загрязняют все среды обитания живого – воздушное пространство, почвы и водоемы.

Большую опасность для человека представляет собой загрязнение тяжелыми металлами поверхностных водоёмов, и как следствие – рыбы и разнообразных продуктов питания, выработанных из гидробионтов. Проблема эта очень остра в современном мире и требует срочного своего решения по нескольким причинам. Во-первых, в последние десятилетия биологические ресурсы Мирового океана и естественных материковых водоёмов стали истощаться по причине неконтролируемого хищнического использования как развитыми, так и развивающимися странами. Во-вторых, радиационные аварии и катастрофы буровых платформ в конце XX и начале XXI века послужили причиной серьёзного загрязнения шельфовых вод экотоксикантами. Обе эти причины привели к всплеску интереса к промышленному рыбоводству как к источнику относительно дешёвой возобновляемой белковой пищевой продукции. Не избежала этой тенденции и Россия. Бурное развитие капитализма в 90-е и двухтысячные годы стимулировало возникновение и рост разнообразных подсобных хозяйств, в том числе и рыборазводных комплексов. По всей стране предприниматели и сельхозпредприятия стали создавать прудовые хозяйства, где они выращивают небольшой перечень быстрорастущих видов рыб, способных принести максимальную прибыль за короткое время. К таким рыбам относятся карп, толстолобик, белый амур, карась и некоторые другие рыбы – орфа, форель, судак, тиляпия, сом.

В погоне за прибылью предприниматели-рыборазводчики не задумываются над тем, какие земли можно, а какие нельзя использовать под прудовые хозяйства, далеко ли или нет расположены крупные сельскохозяйственные и промышленные предприятия, служащие источниками загрязнения данной местности экотоксикантами. Мало внимания современные российские капиталисты от сельского хозяйства обращают на происхождение и качество кормов для рыб. Если не учитывать все вышеперечисленные факторы, есть большой риск получить рыбопродукцию, существенно загрязнённую токсическими веществами. Конечно, в нашей стране действуют санитарные нормы и ПДК содержания загрязняющих веществ, в том числе и тяжёлых металлов, в рыбопродукции. Однако в последнее время в целях стимуляции развития предпринимательства в России контроль за деятельностью частных предпринимателей, работающих в сфере производства пищевых продуктов, уменьшился, и принял вид проверок хозяйственной деятельности только по факту серьёзных нарушений, о которых должны заявлять потребители. Не секрет, что и лабораторно-аналитический комплекс в нашей стране работает, как и многие государственные структуры, недостаточно эффективно, а зачастую и коррупционно. Вот почему независимое определение содержания загрязняющих веществ в рыбной продукции прудовых хозяйств может дать ценную информацию об экологической безопасности продуктов питания в нашем рационе.

Поэтому целью нашего исследования стало определение содержания тяжелых металлов в прудовой рыбе, выращенной в прудовых хозяйствах различных районов Липецкой области. Для решения этой цели было необходимо решить следующие задачи:

1. Систематизировать сведения об источниках поступления тяжелых металлов в окружающую среду и загрязнении тяжёлыми металлами поверхностных вод;

2. Собрать информацию о токсическом действии тяжелых металлов на гидробионтов и человека и биохимических аспектах этого воздействия;

3. Определить содержание некоторых тяжёлых металлов в прудовой рыбе, выращенной в прудовых хозяйствах различных районов Липецкой области.

 

1. Тяжелые металлы – загрязнители окружающей среды и продуктов питания (Литературный обзор)

 

Словосочетание «тяжелые металлы» возникло в неорганической химии на рубеже XIX–XX вв. К этой группе относят, за исключением благородных и редких, те металлы, которые имеют плотность более 8 тыс. кг/м3 – свинец, медь, цинк, кадмий, никель, кобальт, сурьму, ртуть, олово, ванадий, а также в эту группу условно относят мышьяк, селен и др. [7]. Ускоренное развитие химической промышленности в XX веке привело к тому, что большинство этих металлов, бывших до этого объектом лабораторных экспериментов и составной частью малораспространенного промышленного оборудования, получило широчайшее распространение в окружающей среде и стало экотоксикантами – веществами, загрязняющими окружающую среду и наносящими серьезный вред всему живому [8,9]. Постепенно население всей планеты стало воспринимать словосочетание «тяжелые металлы» как синоним понятия «токсичные металлы». Однако в реальной жизни многие из причисляемых к этой группе элементов жизненно необходимы (эссенциальны) для различных живых организмов [10]. К ним по праву причисляют такие тяжелые металлы, как Mn, Ni, Cu, Cr, Co, V и Zn. Все они наряду с железом и молибденом входят в состав биокатализаторов и их активаторов.

Однако индивидуальная потребность организмов в эссенциальных тяжелых металлах очень невелика. Между тем многие живые организмы склонны к их бионакоплению и экологической магнификации, а превышение естественных уровней содержания этих элементов часто приводит к тяжелым нарушениям метаболизма. Неэссенциальные тяжелые металлы, такие как ртуть, свинец, кадмий, сурьма, металлоиды селен и мышьяк, приносят только вред при попадании в окружающую среду и по решению Европейской экономической комиссии ООН вместе с некоторыми членами предыдущего перечня (например, цинком и медью) включены в число экологически значимых тяжелых металлов [10].

Огромная роль тяжелых металлов и их соединений как опасных экотоксикантов обусловила необходимость рассмотрения в рамках настоящей работы источников их поступления в окружающую среду, загрязнение ими почвы и продуктов питания растительного происхождения, а также отрицательного влияния тяжелых металлов на растительные организмы и организм человека.

 

1.1. Ртуть и её соединения

 

Источники поступления ртути в окружающую среду

Среди источников поступления ртути различают естественные и антропогенные, являющиеся результатом жизнедеятельности человека.

Основными естественными источниками загрязнения природной среды ртутью являются вулканическая деятельность, зоны глубинных разломов, по которым ртуть возгоняется из соединений, находящихся в толще земной коры, испарение с поверхности суши и гидросферы [5,11,12].

Наиболее распространенными из антропогенных источников являются: цветная металлургия, коксохимическое производство, нефтеперегонные заводы, предприятия по производству хлора, каустической соды, красок, фунгицидов, сжигание топлива, мусора, сточные воды [13]. При этом наибольшее количество ртути поступает в атмосферу при сжигании каменного угля. Подсчитано, что это количество ртути превышает общее ее поступление за счет всех естественных процессов. Ежегодно выбрасывается в атмосферу до 80 тыс. т ртути в виде паров и аэрозолей, откуда она и ее соединения мигрируют в почву с ее растительностью и в водоемы с их гидробионтами.

Ртуть в окружающей среде существует в виде трех основных форм [11,14]:

1. Летучие формы: Hg, (CH3)2Hg.

2. Водорастворимые  или реакционноспособные: HgX2, HgX3– и HgX42–, где X = OH–, Cl–, Br–; HgO на аэрозольных частицах; комплексы Hg2+ с органическими кислотами.

3. Нереакционноспособные: CH3HgCl, CH3HgOH и другие ртутьорганические соединения; Hg(CN)2, HgS и Hg2+, связанные с серой в гуминовом веществе.

Загрязнение ртутью природных вод

Содержание ртути в водных системах составляет:

в открытых океанических водах – 0,5 – 3,0 нг/л,

в прибрежных морских водах – 2,0 – 15,0 нг/л,

в водах рек и озер – 1,0 – 3,0 нг/л.

Как свидетельствуют приведенные данные, больше всего ртути содержится в заливах и внутренних морях. Ртуть в водоемы может попадать из различных источников и в самых разных формах. При этом больше всего, по-видимому, ртути поступает со сточными водами химических предприятий, а также со стоками дождевой воды, обмывающей посевное зерно, обработанное ртутьсодержащими препаратами.

В природных водах ртуть находится в виде стабильных комплексов, входящих в состав взвесей, коллоидного химического вещества и планктона.

Исследования показали, что с глубиной содержание ртути в водоемах уменьшается, что связывают с адсорбцией этого металла на взвешенных частицах, концентрация которых повышена в придонных водах. В озере Вашингтона, по данным наблюдений за 10 лет, увеличилось содержание ртути в донных отложениях более чем в 100 раз.

Металлическая ртуть на дне водоемов, реагируя с какой-либо формой серы, превращается в нерастворимый HgS или другие малорастворимые соли, которые под действием бактерий окисляются в сульфат, посылая в раствор Hg2+, которые дальше превращаются с помощью бактерий в высокотоксичные органические формы. ПДК ртути для водоемов составляет 5 × 10–4 мг/л.

Загрязнение ртутью рыбы

Первой ступенью биоаккумуляции ртути в пищевых цепях водных экосистем являются бактерии, второй – водоросли, третьей – личиночные стадии водных беспозвоночных. Токсичность ртути для них увеличивается с возрастанием температуры и уменьшается с повышением жесткости воды; выше в проточных системах, чем в непроточных; увеличивается с уменьшением содержания солей в воде.

Ракообразные, моллюски и устрицы, питающиеся водорослями, являются пищей для рыб и передают ртуть дальше по пищевой цепи. Рыбы могут аккумулировать в своем организме ртуть, повышая ее концентрацию почти в 3000 раз, и при этом они получают ртуть не только через пищевую цепь, но и непосредственно из воды. Рыбы удерживают ртуть в своих тканях в виде метилртути, в образовании которой, как предполагают, могут принимать участие не только бактерии, обитающие в окружающей водной среде, но и бактериальная флора, находящаяся на поверхности тела или в кишечнике рыб.

Содержание ртути увеличивается с возрастом и размером рыб и нарастает по пищевой цепи. Поэтому больше всего ртути встречается у крупных старых хищников – акул, тунцов, меч-рыб (в морях и океанах) и у щук и сомов (в пресных водоемах). Если рыбы из загрязненных неаэрируемых водоемов содержат ртути 0,2 мг/кг, то щуки одного из водоемов Финляндии содержали 0,92 – 3,5 мг/кг, а щуки из Балтийского моря вблизи Стокгольма – 5,7 мг/кг. Если кошек кормили мясом этих рыб, то они умирали через 2 – 3 месяца от ртутного отравления. В 1970 г. в некоторых водоемах Соединенных Штатов и Канады пришлось приостанавливать промышленный лов рыбы, т.к. в ней содержание ртути превышало допустимые пределы.

Самое высокое содержание метилртути наблюдается в мышцах и головном мозге, а другие формы ртути накапливаются главным образом в почках, селезенке и печени. В красном мясе рыб ртуть накапливается в большем количестве, чем в белом.

Ртуть отрицательно воздействует на жизнедеятельность рыб: нарушает развитие ооцитов в яичниках и сперматогенез в семенниках, уменьшает число оплодотворенных икринок; у взрослых особей нарушаются дыхательные процессы, падает зрение, значительно снижается уровень гемоглобина в крови, уменьшается число эритроцитов, масса тела и содержание белка в организме.