agronom.me
Меню

Защита растений

Методы пробоподготовки почвы для хроматографического определения остаточных пестицидов

Агроному

10 мин чтения

ЗАЩИТА РАСТЕНИЙ З

Контроль остаточного количества пестицидов в почве — это не просто экологическая формальность, а способ избежать последействия препаратов в севообороте. При обработке вегетирующих растений на землю оседает не менее 30 % действующих веществ, а при внесении почвенных гербицидов в почву попадает все 100 %. Однако лабораторный анализ обходится дорого: более 60 % его стоимости приходится на пробоподготовку.

  • Попадание в почву при обработке растений — не менее 30 %
  • Попадание в почву при обработке до всходов — 100 %
  • Доля пробоподготовки в стоимости анализа — более 60 %

Процесс подготовки почвенной пробы к анализу состоит из трех последовательных этапов:

  1. Экстракция действующих веществ из почвы.
  2. Очистка полученных экстрактов от посторонних примесей.
  3. Приготовление химических производных анализируемого соединения (при необходимости).

Стандартные методы экстракции с водно-ацетоновыми смесями хорошо работают только на почвах с содержанием органического вещества до 8–10 %. При более высоком содержании органики извлечь пестициды и очистить экстракт становится крайне трудно. Кроме того, гербициды-комплексоны (такие как глифосат) связываются с почвенным комплексом настолько прочно, что практически не вымываются обычными органическими растворителями.

Физико-химические свойства действующих веществ

Для разработки эффективных схем пробоподготовки важно учитывать растворимость действующих веществ в воде и органических растворителях. Ниже приведены характеристики гербицидов разных химических классов, которые исследовались в опытах. Все пробы отбирались строго по ГОСТ 17.4.4.02-84.

Действующее вещество Химический класс Растворимость в воде, мг/л Растворимость в органических растворителях
Метрибузин Триазиноны 1200 Хорошо растворим
Тербутилазин Симм-триазины 5 В изопропаноле — 1 %, в диметилформамиде — 10 %
Пендиметалин Нитро-ксилидины 0,3 Хорошо растворим
Хлорпрофам Фенил-карбаматы 89 Хорошо растворим, растворим в ацетоне, хлорбензоле
Флурохлоридон Пирролидоны 28 Хорошо растворим в ксилоле
С-метолахлор Толуидины 530 Хорошо растворим (кроме алифатических углеводородов)

Выбор растворителя: эффективность извлечения против чистоты пробы

В исследованиях 2021–2023 годов оценивали эффективность трех растворителей разной полярности: гексана, хлороформа и ацетона. Испытания проводили на образцах почв с содержанием органического вещества 2 %, 30 % и 70 %. Качество экстракции проверяли по поведению пендиметалина.

Тип почвы (содержание органического вещества, %) Гексан Хлороформ Ацетон
Извлечение, % Масса коэкстрактивных веществ, мг Извлечение, % Масса коэкстрактивных веществ, мг Извлечение, % Масса коэкстрактивных веществ, мг
Дерново-подзолистая (2,0 %) 40,0 18,0 55,5 28,4 91,2 49,6
Торфяная (30,0 %) 35,0 29,3 48,2 47,2 88,6 58,4
Торфяная (70,0 %) 22,4 40,6 41,4 74,3 82,4 98,6

При выборе растворителя приходится искать компромисс. Малополярный гексан извлекает меньше всего посторонних примесей (коэкстрактивных веществ), что позволяет сэкономить на очистке пробы перед хроматографией. Однако степень извлечения самого гербицида гексаном слишком низкая (всего 22,4–40,0 %). Ацетон обеспечивает максимальное извлечение (82,4–91,2 %), но вытягивает много почвенной органики, из-за чего пробы требуют обязательной сложной очистки.

Очистка ацетоновых экстрактов и выбор оптимального элюента

При определении остаточных количеств гербицидов в почвах с различным содержанием органического вещества ключевым этапом является очистка полученных ацетоновых экстрактов. Без качественной подготовки сопутствующие органические примеси быстро загрязняют хроматографическую систему и искажают результаты анализа. Для решения этой задачи была протестирована колоночная хроматография с использованием силикагелей различных марок. Исследования проводились на примере метрибузина, тербутилазина, пендиметалина, хлорпрофама, флурохлоридона и С-метолахлора.

Чтобы подобрать оптимальную схему очистки, поведение гербицидов и примесей сначала изучили на пластинах для тонкослойной хроматографии Sorbifil. Тесты проводили в органических растворителях с разной полярностью. По результатам оценки хроматографической подвижности (значений Rf) определили наиболее эффективный элюент. Полученные коэффициенты подвижности веществ приведены в таблице.

Элюент Коэкстрактивные вещества Пендиметалин Метрибузин Флурохлоридон Тербутилазин
Гексан 0 0 0 0 0
Бензол 0,9 0,2 0,6 0,4 0
Дихлорметан 0,9 0,8 0,8 0,9 0
Ацетон 1,0 0,9 1,0 1,0 1,0
Гексан : ацетон (5:1) 0,9 0,4 0,5 0,7 0

Примечание: Rf = 0 — вещество не элюируется; Rf = 1,0 — вещество полностью элюируется.

Эксперименты показали, что оптимальной для разделения является смесь гексана и ацетона в объемном соотношении 5:1, а в качестве сорбента наиболее эффективен Silica Gel 60. Такая комбинация позволяет удерживать сопутствующие органические примеси в колонке, тогда как целевые гербициды свободно элюируются. Качество очистки оценивали по изменению массы сухого остатка примесей и оптической плотности экстракта.

  • Масса примесей до очистки — 77,0 мг
  • Масса примесей после очистки — 11,0 мг
  • Оптическая плотность до очистки — 0,702
  • Оптическая плотность после очистки — 0,103

Использование колонки с Silica Gel 60 позволяет снизить содержание коэкстрактивных веществ в пробе в 7 раз. При этом общая степень очистки экстракта достигает 85,7 %. Это гарантирует надежную защиту хроматографического оборудования от быстрого загрязнения и продлевает срок службы колонок.

Пошаговый алгоритм пробоподготовки и результаты извлечения

Разработанная методика подготовки почвенных образцов была апробирована на модельных образцах дерново-подзолистой и торфяной почв с содержанием органического вещества 2 %, 30 % и 70 %. Она подходит для анализа почв с широким диапазоном гумусированности. Процедура пробоподготовки состоит из последовательных шагов и может выполняться в стандартных условиях аналитической лаборатории.

  1. Возьмите навеску почвы массой 5 г.
  2. Проведите экстракцию путем встряхивания навески с 50 мл ацетона дважды по 30 минут.
  3. Полученный экстракт отфильтруйте через бумажный фильтр «красная лента».
  4. Растворите сухой остаток в смеси гексана и ацетона (5:1) порциями 2 раза по 2 мл.
  5. Подготовьте хроматографическую колонку: заполните медицинский шприц емкостью 5 мл сорбентом Silica Gel 60 (фракция 0,063–0,200 мм, масса 2 г), уплотняя сорбент легким постукиванием, и нанесите подготовленный экстракт на поверхность сорбента.
  6. Проведите элюирование смесью гексана и ацетона в соотношении 5:1.
  7. Соберите 20 мл элюата. При использовании насадочных колонок SE-30, OV-101, OV-17 с детекторами ДЭЗ или ДПР упарьте элюат до объема 5 мл.

Эффективность разработанной схемы подтверждена определением остаточных количеств гербицидов методом газожидкостной хроматографии. Анализ образцов с разным уровнем органического вещества показал высокую полноту извлечения препаратов. В зависимости от типа почвы и химического класса действующего вещества степень извлечения составляет от 78,7 % до 97,3 %.

Действующее вещество Извлечение из дерново-подзолистой почвы (2 % ОВ), % Извлечение из торфяной почвы (30 % ОВ), % Извлечение из торфяной почвы (70 % ОВ), % Предел обнаружения, мг/кг
Метрибузин 97,3 95,4 94,6 0,050
Тербутилазин 80,8 79,1 78,3 0,020
Пендиметалин 94,4 86,2 80,7 0,020
Хлорпрофам 80,5 77,8 75,7 0,005
Флурохлоридон 95,3 81,5 88,2 0,010
С-метолахлор 89,2 80,4 78,8 0,010

Предложенная схема пробоподготовки рекомендована для практического применения при анализе почв с содержанием органического вещества от 2 % до 70 % на остаточные количества гербицидов классов триазинонов, симм-триазинов, нитро-ксилидинов, фенил-карбаматов, пирролидонов и толуидинов.

Кислушко, П. М. Определение остаточных количеств С-метолахлора в растительном материале, почве и воде методом газожидкостной хроматографии / П. М. Кислушко, С. А. Арашкович // Защита растений: сб. науч. тр. / Науч.-практ. центр НАН Беларуси по земледелию, Ин-т защиты растений; редкол.: Л. И. Трепашко (гл. ред.) [и др.]. – Минск,

2019. – Вып. 43. – С. 310–317.

Методические указания по определению остаточных количеств гардоприма в воде, почве и растительном материале: МУК № 1801, утв. МЗ СССР 18.11.77 // Методические указания по определению микроколичеств пестицидов в продуктах питания, кормах и внешней среде: сб. – М., 1979. – № 9. – С. 147–154.

Методические указания по определению остаточных количеств Хлорпрофама в воде, почве и картофеле: МУК 4.1.1826-03, утв. Гл. гос. санитарным врачом РФ Г. Г. Онищенко, 18 дек. 2003 // Определение остаточных количеств пестицидов в пищевых продуктах, сельскохозяйственном сырье и объектах окружающей среды: сб. – М., 2007. – Вып. 5. – С. 226–234.

Методические указания по определению пендиметалина (Стомпа) в воде, почве, зерновых культурах (пшеница, ячмень, рожь, рис, кукуруза), бобовых (горох, соя), технических (сахарная свекла, подсолнечник), овощных (капуста, морковь, лук-репка, лук-перо, чеснок, томаты), плодовых (яблоки) методом тонкослойной и газожидкостной хроматографии // Методические указания по определению микроколичеств пестицидов в пищевых продуктах, кормах и внешней среде: сб. – Киев, 2001. – № 31. – С.70 – 75.

Охрана природы. Почвы. Методы отбора и подготовки проб для химического, бактериологического, гельминтологического анализа: ГОСТ 17.4.4.02-84. – Введ.

P. M. Kislusko, E. A. Myshkevich, S. A. Arashkovich, M. P. Loseva RUE «Institute of Plant Protection», Priluki, Minsk region

FEATURES OF SAMPLE PREPARATION IN

DETERMINING PESTICIDE RESIDUES IN SOILS

WITH DIFFERENT ORGANIC MATTER CONTENT

Annotation. Studies have been conducted on the development of methods for sample preparation of soil samples with different organic matter content when determining pesticide residues of chemical classes: triazinones, sym-triazines, nitro-xylidines, phenyl-carbamates, pyrrolidones, toluidines by gas-liquid chromatography. A scheme for sample preparation of soil samples with different organic matter content (2, 30, 70 %) is presented, the extraction of the studied active substances was 75.7–97.3 %.

Key words: gas-liquid chromatography, sample preparation, extraction, extract purification, pesticide residues, soil.

Читайте также