Исследование реакционной способности и детоксицирующих свойств гумусовых кислот по отношению к соединениям ртути (II) (1105572), страница 24
Текст из файла (страница 24)
Это обусловленотем, что водоросли в процессе жизнедеятельности изменяют рН среды обитания.Поэтому если для доведения рН до 7.2 использовали NaOH, то в ходетоксикологического эксперимента рН снижался до 6 и иногда ниже. Попыткиувеличить буферную емкость среды для биотестирования путем добавленияNaHCO3 привели к тому, что рН в ходе токсикологического экспериментаподнимался до 8. Поскольку при данных рН HgCl2 переходит в Hg(OH)2, оттакого способа поддержания рН отказались. Поэтому по окончании каждогоэксперимента рН тест-раствора измеряли и учитывали полученное значение прирасчетах распределения ртути по формам существования.В связи с изложенным, токсичность Hg(II) испытывали в трех средах –бесхлоридной (среда-1), хлоридной, рН которой к концу экспериментаподнимался до 8 (среда-2) и хлоридной рН которой к концу эксперимента падалдо 6 (среда-3).
Состав сред охарактеризован в Табл. 2.11. СоотношениеHgCl2:Hg(OH)2рассчитывалинаоснованииконстантустойчивостисоответствующих комплексов [28]. Расчет доли свободного иона Hg2+ в тестрастворах (Табл. 2.11) показал, что оно составляет не более 10-8 от общей Hg(II),поэтому эта форма Hg(II), скорее всего, не будет влиять на регистрируемуютоксичность.Таблица 2.11Среды для тестирования токсичности Hg(OH)2 и HgCl2.№123HgCl2:Hg(OH)2 вконцетестирования00.3>10РезультатыКонцентрацияKClрН в начале/ концетестирования[Hg2+]/C(Hg2+)расч.00.01М0.01М7.3 / 6.9-7.57.0 / 7.5-8.06.4 / 5.9-6.84.10-95.10-105.10-10альгологическогобиотестированиясоотношением HgCl2:Hg(OH)2 приведены на Рис.
2.39.средсразличнымR, % от контроля140140120100806040200-20 0.1-40-60HgCl2:Hg(OH)200.3>10110100C(Hg), мкМРис. 2.39. Токсическое действие Hg(II) на водоросль Chlorellapyrenoidosa в средах в средах с различным соотношениемHgCl2:Hg(OH)2; для среды с HgCl2:Hg(OH)2>10 приведеныусредненные по двум измерениям результаты.Как видно из рисунка, токсичность Hg(II) в трех средах заметноразличается. Соответствующие диапазоны токсичности приведены в Табл. 2.12Таблица 2.12.Диапазоны токсичности Hg(II) в средах с различнымсоотношением HgCl2:Hg(OH)2HgCl2:Hg(OH)2ЭК0, мкМ Hg(II)ЭК50, мкМ Hg(II)ЭК100, мкМ Hg(II)0316не достигнута0.312.53.5>100.30.60.8Как видно из таблицы, для исследуемого тест-объекта, HgCl2 более, чем напорядок токсичнее чем Hg(OH)2. При этом в среде-2 с промежуточнымсоотношением HgCl2:Hg(OH)2≈0.3, ЭК0, ЭК50 и ЭК100 в 3-4 раза выше, чем всреде, содержащей только HgCl2.
Это говорит о том, что уровень токсичностисреды преимущественно обусловлен содержанием HgCl2.Указанное различие в токсическом действии HgCl2 и Hg(OH)2 может бытьобусловлено следующими причинами.1. Различием в концентрации свободного иона Hg2+.2. Сорбцией Hg(OH)2 на стенках культиватора, сопровождающейсяснижением его концентрации в тест-системе.3. Различием токсического действия HgCl2 и Hg(OH)2.141Для оценки справедливости первого предположения на основанииконстант устойчивости соответствующих соединений [Лурье] рассчитали долюHg2+ от общей концентрации Hg(II) в растворе.
В среде с HgCl2:Hg(OH)2=0 онаоказалась наибольшей, в среде c HgCl2:Hg(OH)2>10 - наименьшей (Табл. 2.11).При этом соотношение токсичностей обеих сред оказалось обратным. Из этогоследует, что концентрация Hg2+ не может определять разницу в токсичностиHg(OH)2 и HgCl2.Что касается предположений 2 и 3, то для их проверки было изученораспределение ртути между биомассой водоросли, средой для биотестирования истенками культиватора. Для этого во всех трех указанных компонентах тестсистемы определяли содержание Hg(II) по окончании токсикологическогоэксперимента. Полученные данные по распределению ртути в тест-системахКоличество Hg(II), нмольприведены на Рис. 2.40, Рис. 2.41.500400300р-рстенкаChl.200100005001000Исходное количество Hg(II), нмольРис.
2.40 Распределение ртути между компонентами тест-системы всреде, содержащей всю Hg(II) в виде Hg(OH)2Количество Hg(II), нмоль1422520р-рстенкаChl151050050100Исходное количество Hg(II), нмольРис. 2.41. Распределение ртути между компонентами тест-системы всреде, содержащей всю Hg(II) в виде HgCl2.В первую очередь, из Рис. 2.40 и Рис. 2.41 видно, что в обеих тест-средахна стенках сорбируется не более 10% от введенной Hg(II), поэтому различие втоксичности Hg(OH)2 и HgCl2 не может быть обусловлено их различнойсорбцией на стенках культиватора.Кроме того, из рисунков видно, что накопление Hg(II) в биомассеводоросли существенно зависит от наличия или отсутствия хлорид-ионов всреде. Так, в отсутствие хлоридов две трети всей обнаруженной ртутинаходилось в биомассе хлореллы, в то время как в присутствии хлоридов этавеличина составляла менее половины.
Следует заметить, что для HgCl2 при ЭК0(0.3 мкМ) хлорелла накапливала 0.1% ртути от сухой массы. В то же время дляHg(OH)2, при ЭК0 (3 мкМ) водоросль накапливает 2% ртути от сухой массы. Этоговорит о том, что различие в токсическом действии HgCl2 и Hg(OH)2обусловлено различным уровнем токсичности этих соединений для исследуемоготест-объекта.При сопоставлении количества введенной и найденной Hg(II), былообнаружено, что как в среде с Hg(OH)2, так и в среде с HgCl2 имеют местопотери ртути в ходе токсикологического эксперимента. В первом случае потерисоставляют 35±10%, во втором - 40±10%, то есть недоопределенное количествоHg(II) в обеих средах совпадает с точностью до ошибки эксперимента.Специальных исследований о причинах этих потерь не проводили, однако143можнопредполагать,восстанавливаетсячтоводоросльювусловияхдоэкспериментаэлементарнойичастьHg(II)выдуваетсяприбарботировании воздуха через тест-систему.Таким образом показано, что токсичность HgCl2 для водоросли Chlorellapyrenoidosa на порядок выше, чем Hg(OH)2.
Этот факт важен для предсказаниятоксичности Hg(II) в водных средах, поскольку показывает, что токсичностьодних и тех же концентраций Hg(II) может различаться в зависимости от составаприродных вод.Для изучения влияния ГФК на токсичность HgCl2, необходимо быловыразить зависимость токсического эффекта HgCl2 от ее концентрации в видеаналитической функции.
Задача осложнялась тем, что чувствительностьводоросли к присутствию токсиканта варьировала во времени, а следовательнонесколько изменялся и диапазон токсичности. Для того, чтобы это изменение невлияло на искомую аналитическую функцию при определении диапазонатоксичности, абсолютная токсичность была заменена относительной. С этойцелью измеренный токсический эффект нормировали таким образом, чтобы приопределенной концентрации токсиканта (в дальнейшем будем называть еерабочей) значение относительной токсичности составляло 1, а в отсутствиетоксиканта - 0. Для этого относительную токсичность выражали следующимобразом:T=R0 −Rt,R0 −Rb(2.109)где Rt - тест-отклик в присутствии токсиканта, Rb - тест-отклик в присутствиирабочей концентрации токсиканта, R0 - тест-отклик в контроле.Для HgCl2 в качестве рабочей была выбрана концентрация 0.8 мкМ(ЭК100). Полученная зависимость Т от концентрации HgCl2 показана на Рис. 2.42.На указанном рисунке объединены данные двух экспериментов, проведенных вразные дни.144Т1.0r2=0.870.80.60.40.20.000.20.40.60.8C(HgCl2), мкМРис.
2.42. Зависимость относительной токсичности HgCl2 отконцентрации.Дляапроксимацииполученнойзависимостибылирассмотреныследующие аналитические функции: линейная, квадратичная, степенная иэкспоненциальная. Все эти функции позволяли апроксимировать полученнуюзависимость с хорошими коэффициентами корреляции (0.87<r2<0.94). Однаконаиболее удобной для работы из всех этих функций является линейная, поэтомуона была выбрана в качестве апроксимирующей. Кроме того, при построенииапроксимирующей функции для всего диапазона концентраций HgCl2 от 0 дорабочей необходимо учитывать, что концентрации токсиканта ниже некойпороговой не проявляют токсического действия, т.е.
Т=0. В результатеапроксимирующая функция для описания токсичского действия HgCl2 вдиапазоне концентраций от 0 до 0.8 мкМ имеет следующий вид:T=max(0 ; 2.C(HgCl2)-0.6)(2.110)2.6.2. Изучение детоксицирующей способности ГФК по отношению кHg(OH)2При изучении влияния ГФК на токсичность Hg(II) надо было убедиться,что сами ГФК не влияют на состояние водорослей. Для этого были проведеныпредварительные эксперименты с 12-ю препаратами ГФК. Они показали, что ниодин из исследованных препаратов ГФК в концентрациях 10-40 мг/л не оказывалзаметного влияния на фотосинтетическую активность водоросли.
Поэтому вдальнейшем собственное влияние ГФК на водоросль не учитывали.145ИзучениевлиянияГФКнатоксичностьHg(OH)2проводилисиспользованием препарата МТ4. Для исследования была выбрана концентрацияHg(OH)2 16 мкМ (ЭК50). Использовать более высокие концентрации былонецелесообразным, так как 16 мкМ превышает ПДК Hg(II) в несколько тысяч раз[170], то есть наличие столь высоких концентраций Hg(II) в природных водахмаловероятно.Зависимость фотосинтетической активности водоросли в присутствии 16мкМ Hg(OH)2 от концентрации ГФК, введенных в тест-систему, представлено на(Рис. 2.43). Из рисунка видно, что малые (до 5 мг/л) концентрации ГФКнезначительно увеличивают токсичность, а более высокие - приводят к полнойдетоксикации Hg(OH)2. При этом эффект увеличения токсичности лежит награни экспериментальных погрешностей (±5%, разд. 3.2.9.2).
Чтобы проверитьвозможность интоксикации Hg(OH)2 малыми концентрациями ГФК, былоизучено их влияние на токсичность Hg(OH)2 в концентрации 4 мкМ (ЭК20), прикоторой интоксикация должна была бы проявиться наиболее отчетливо. Однакопроведенные эксперименты показали, что при этой концентрации наблюдалсяисключительно детоксицирующий эффект ГФК.
Таким образом можно считать,что ГФК оказывают детоксицирующее действие на Hg(OH)2, что, по-видимому,связано с образованием малотоксичных гуматов ртути.R, % от контроля10080604020Концентрация Hg (II), мкМ416005101520Концентрация ГФК, мг/лРис. 2.43. Зависимость токсического действия Hg(OH)2 отконцентрации МТ4 в растворе.1462.6.3. Изучение детоксицирующей способности ГФК по отношению кHgCl2Эксперименты по изучению детоксицирующей способности ГФК поотношению кHgCl2 проводили в среде, содержащей 0.01 М KCl. Дляпостановки экспериментов использовали концентрацию HgCl2 0.8 мкМ, чтосоответствует ЭК100 (Рис.
2.39). Диапазон концентраций ГФК составлял 5-25мг/л, что характерно для поверхностных вод [6].В ходе экспериментов измеряли интенсивность фотосинтеза водоросли вусловиях постянной (0.8 мкМ) концентрации HgCl2 и различных концентрацийГФК. Чтобы количественно охарактеризовать детоксицирующее действие,использовали коэффициент детоксикации:D =1−R 0 − R d +t,R0 −Rt(2.111)где Ro - тест-отклик в контроле, Rt - тест-отклик в присутствии токсиканта(HgCl2) в концентрации 0.8 мкМ, Rd+t - тест-отклик в присутствии токсиканта вконцентрации 0.8 мкМ и детоксиканта (ГФК).В некоторых случаях, в первую очередь для сравнения токсичности HgCl2в присутствии и в отсутствие ГФК вместо коэффициента детоксикациииспользовали относительную токсичность, введенную в разд.2.6.1, котораясвязана с D следующим выражением:T =1- D.(2.112)Как показали проведенные эксперименты, большинство препаратов ГФКобладало детоксицирующим действием по отношению к HgCl2.
Зависимостьдетоксицирующего действия от концентрации ГФК приведена на Рис. 2.44.Для сопоставления детоксицирующей способности различных препаратовГФК определяли концентрацию, приводящую к 50%-му снижению токсичностиHgCl2 (ДК50). Для этой цели экспериментальную зависимость аппроксимировалианалитической функцией и определяли ДК50 интерполяцией указанной функции.1471.0DГФК0.8МT4МН4МИ120.60.4СЛлМХ80.2АГК0.00102030Концентрация ГФК, мг/лРис. 2.44.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
