agronom.me
Меню

Захист рослин

Методи пробопідготовки ґрунту для хроматографічного визначення залишкових пестицидів

Агрономові

10 хв читання

ЗАХИСТ РОСЛИН З

Контроль залишкової кількості пестицидів у ґрунті — це не просто екологічна формальність, а спосіб уникнути післядії препаратів у сівозміні. При обробці вегетуючих рослин на землю осідає не менше 30 % діючих речовин, а при внесенні ґрунтових гербіцидів у ґрунт потрапляє всі 100 %. Однак лабораторний аналіз коштує дорого: понад 60 % його вартості припадає на пробопідготовку.

  • Потрапляння у ґрунт при обробці рослин — не менше 30 %
  • Потрапляння у ґрунт при обробці до сходів — 100 %
  • Частка пробопідготовки у вартості аналізу — понад 60 %

Процес підготовки ґрунтової проби до аналізу складається з трьох послідовних етапів:

  1. Екстракція діючих речовин із ґрунту.
  2. Очищення отриманих екстрактів від сторонніх домішок.
  3. Приготування хімічних похідних аналізованої сполуки (за потреби).

Стандартні методи екстракції з водно-ацетоновими сумішами добре працюють тільки на ґрунтах із вмістом органічної речовини до 8–10 %. При вищому вмісті органіки вилучити пестициди та очистити екстракт стає вкрай важко. Крім того, гербіциди-комплексони (такі як гліфосат) зв'язуються з ґрунтовим комплексом настільки міцно, що практично не вимиваються звичайними органічними розчинниками.

Фізико-хімічні властивості діючих речовин

Для розробки ефективних схем пробопідготовки важливо враховувати розчинність діючих речовин у воді та органічних розчинниках. Нижче наведено характеристики гербіцидів різних хімічних класів, які досліджувалися в дослідах. Усі проби відбиралися суворо за ГОСТ 17.4.4.02-84.

Діюча речовина Хімічний клас Розчинність у воді, мг/л Розчинність в органічних розчинниках
Метрибузин Тріазинони 1200 Добре розчинний
Тербутилазин Симм-тріазини 5 В ізопропанолі — 1 %, у диметилформаміді — 10 %
Пендиметалін Нітро-ксилідини 0,3 Добре розчинний
Хлорпрофам Феніл-карбамати 89 Добре розчинний, розчинний в ацетоні, хлорбензолі
Флурохлоридон Піролідони 28 Добре розчинний у ксилолі
С-метолахлор Толуїдини 530 Добре розчинний (крім аліфатичних вуглеводнів)

Вибір розчинника: ефективність вилучення проти чистоти проби

У дослідженнях 2021–2023 років оцінювали ефективність трьох розчинників різної полярності: гексану, хлороформу та ацетону. Випробування проводили на зразках ґрунтів із вмістом органічної речовини 2 %, 30 % та 70 %. Якість екстракції перевіряли за поведінкою пендиметаліну.

Тип ґрунту (вміст органічної речовини, %) Гексан Хлороформ Ацетон
Вилучення, % Маса коекстрактивних речовин, мг Вилучення, % Маса коекстрактивних речовин, мг Вилучення, % Маса коекстрактивних речовин, мг
Дерново-підзолистий (2,0 %) 40,0 18,0 55,5 28,4 91,2 49,6
Торф'яний (30,0 %) 35,0 29,3 48,2 47,2 88,6 58,4
Торф'яний (70,0 %) 22,4 40,6 41,4 74,3 82,4 98,6

При виборі розчинника доводиться шукати компроміс. Малополярний гексан вилучає найменше сторонніх домішок (коекстрактивних речовин), що дозволяє заощадити на очищенні проби перед хроматографією. Однак ступінь вилучення самого гербіциду гексаном занадто низький (всього 22,4–40,0 %). Ацетон забезпечує максимальне вилучення (82,4–91,2 %), але витягує багато ґрунтової органіки, через що проби потребують обов'язкового складного очищення.

Очищення ацетонових екстрактів та вибір оптимального елюенту

При визначенні залишкових кількостей гербіцидів у ґрунтах із різним вмістом органічної речовини ключовим етапом є очищення отриманих ацетонових екстрактів. Без якісної підготовки супутні органічні домішки швидко забруднюють хроматографічну систему та спотворюють результати аналізу. Для вирішення цього завдання було протестовано колонкову хроматографію з використанням силікагелів різних марок. Дослідження проводилися на прикладі метрибузину, тербутилазину, пендиметаліну, хлорпрофаму, флурохлоридону та С-метолахлору.

Щоб підібрати оптимальну схему очищення, поведінку гербіцидів та домішок спочатку вивчили на пластинах для тонкошарової хроматографії Sorbifil. Тести проводили в органічних розчинниках із різною полярністю. За результатами оцінки хроматографічної рухливості (значень Rf) визначили найбільш ефективний елюент. Отримані коефіцієнти рухливості речовин наведені в таблиці.

Елюент Коекстрактивні речовини Пендиметалін 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

Примітка: Rf = 0 — речовина не елююється; Rf = 1,0 — речовина повністю елююється.

Експерименти показали, що оптимальною для розділення є суміш гексану та ацетону в об'ємному співвідношенні 5:1, а як сорбент найбільш ефективний Silica Gel 60. Така комбінація дозволяє утримувати супутні органічні домішки в колонці, тоді як цільові гербіциди вільно елююються. Якість очищення оцінювали за зміною маси сухого залишку домішок та оптичної щільності екстракту.

  • Маса домішок до очищення — 77,0 мг
  • Маса домішок після очищення — 11,0 мг
  • Оптична щільність до очищення — 0,702
  • Оптична щільність після очищення — 0,103

Використання колонки з Silica Gel 60 дозволяє знизити вміст коекстрактивних речовин у пробі у 7 разів. При цьому загальний ступінь очищення екстракту сягає 85,7 %. Це гарантує надійний захист хроматографічного обладнання від швидкого забруднення та подовжує термін служби колонок.

Покроковий алгоритм пробопідготовки та результати вилучення

Розроблена методика підготовки ґрунтових зразків була апробована на модельних зразках дерново-підзолистого та торф'яного ґрунтів із вмістом органічної речовини 2 %, 30 % та 70 %. Вона підходить для аналізу ґрунтів з широким діапазоном гумусованості. Процедура пробопідготовки складається з послідовних кроків і може виконуватися в стандартних умовах аналітичної лабораторії.

  1. Візьміть наважку ґрунту масою 5 г.
  2. Проведіть екстракцію шляхом струшування наважки з 50 мл ацетону двічі по 30 хвилин.
  3. Отриманий екстракт відфільтруйте через паперовий фільтр «червона стрічка».
  4. Розчиніть сухий залишок у суміші гексану та ацетону (5:1) порціями 2 рази по 2 мл.
  5. Підготуйте хроматографічну колонку: заповніть медичний шприц місткістю 5 мл сорбентом Silica Gel 60 (фракція 0,063–0,200 мм, маса 2 г), ущільнюючи сорбент легким постукуванням, і нанесіть підготовлений екстракт на поверхню сорбенту.
  6. Проведіть елюювання сумішшю гексану та ацетону у співвідношенні 5:1.
  7. Зберіть 20 мл елюату. При використанні насадкових колонок SE-30, OV-101, OV-17 з детекторами ДЕЗ або ДПР упарте елюат до об’єму 5 мл.

Ефективність розробленої схеми підтверджена визначенням залишкових кількостей гербіцидів методом газорідинної хроматографії. Аналіз зразків з різним рівнем органічної речовини показав високу повноту вилучення препаратів. Залежно від типу ґрунту та хімічного класу діючої речовини ступінь вилучення становить від 78,7 % до 97,3 %.

Діюча речовина Вилучення з дерново-підзолистого ґрунту (2 % ОР), % Вилучення з торф’яного ґрунту (30 % ОР), % Вилучення з торф’яного ґрунту (70 % ОР), % Межа виявлення, мг/кг
Метрибузин 97,3 95,4 94,6 0,050
Тербутилазин 80,8 79,1 78,3 0,020
Пендиметалін 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

Запропонована схема пробопідготовки рекомендована для практичного застосування при аналізі ґрунтів із вмістом органічної речовини від 2 % до 70 % на залишкові кількості гербіцидів класів триазинонів, симм-триазинів, нітро-ксилідинів, феніл-карбаматів, піролідонів та толуїдинів.

Кислушко, П. М. Визначення залишкових кількостей С-метолахлору в рослинному матеріалі, ґрунті та воді методом газорідинної хроматографії / П. М. Кислушко, С. А. Арашкович // Захист рослин: зб. наук. пр. / Наук.-практ. центр НАН Білорусі із землеробства, Ін-т захисту рослин; редкол.: Л. І. Трепашко (гол. ред.) [та ін.]. – Мінськ,

2019. – Вип. 43. – С. 310–317.

Методичні вказівки щодо визначення залишкових кількостей гардоприму у воді, ґрунті та рослинному матеріалі: МВВ № 1801, затв. МОЗ СРСР 18.11.77 // Методичні вказівки щодо визначення мікрокількостей пестицидів у продуктах харчування, кормах та зовнішньому середовищі: зб. – М., 1979. – № 9. – С. 147–154.

Методичні вказівки щодо визначення залишкових кількостей Хлорпрофаму у воді, ґрунті та картоплі: МВВ 4.1.1826-03, затв. Гол. держ. санітарним лікарем РФ Г. Г. Онищенком, 18 груд. 2003 // Визначення залишкових кількостей пестицидів у харчових продуктах, сільськогосподарській сировині та об’єктах навколишнього середовища: зб. – М., 2007. – Вип. 5. – С. 226–234.

Методичні вказівки щодо визначення пендиметаліну (Стомпу) у воді, ґрунті, зернових культурах (пшениця, ячмінь, жито, рис, кукурудза), бобових (горох, соя), технічних (цукровий буряк, соняшник), овочевих (капуста, морква, цибуля-ріпка, цибуля-перо, часник, томати), плодових (яблука) методом тонкошарової та газорідинної хроматографії // Методичні вказівки щодо визначення мікрокількостей пестицидів у харчових продуктах, кормах та зовнішньому середовищі: зб. – Київ, 2001. – № 31. – С.70 – 75.

Охорона природи. Ґрунти. Методи відбору та підготовки проб для хімічного, бактеріологічного, гельмінтологічного аналізу: 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 також