Сотрудники химического факультета МГУ имени М. В. Ломоносова разработали новый подход к мониторингу состояния окружающей среды Москвы, с помощью которого можно определить большее количество компонентов среды и таким образом расширить список опасных для человека и природы веществ. О своей работе ученые рассказали в статье, которая была опубликована в журнале Environmental Pollution.
Оценка состояния окружающей среды в Москве, в частности, атмосферы, сводится к определению двух десятков неорганических и органических веществ стационарными лабораториями, подведомственными Мосприроде. Однако все, что выходит за рамки этого короткого списка, в итоге остается вне наблюдения экологических лабораторий. Ученые МГУ выявили новые вещества-загрязнители атмосферы Москвы, применив хромато-масс-спектрометрический анализ.
«Главным результатом работы является расширение списка определяемых веществ и выявление новых потенциально опасных для окружающей среды и здоровья людей. Состав органических загрязнений воздуха непостоянен, поэтому важно проводить регулярный мониторинг с целью своевременного выявления новых угроз как для экосистемы города, так и для здоровья граждан», — рассказал Альберт Лебедев, автор статьи, доктор химических наук, профессор кафедры органической химии химического факультета МГУ имени М. В. Ломоносова.
Ученый отметил, что мониторинг полезен, во-первых, для получения актуальной информации об исследуемом объекте: воде, почве, атмосфере. Во-вторых, с помощью мониторинга можно отследить источник опасного вещества и устранить его, тем самым снизив уровень поступающих в атмосферу загрязняющих веществ. После устранения источника можно также использовать методы очистки и «зеленые» технологии как дополнительные средства защиты.
Ученые занимаются как целевым, так и нецелевым анализом. Нецелевой анализ подразумевает под собой поиск как можно большего количества веществ. Целевой же анализ — это целенаправленное детектирование заранее известных соединений. Все анализы делаются на пробах снега, которые ученые собирали для исследования. Именно поэтому такой способ мониторинга подходит только для областей с холодным климатом и горной местности. Поскольку почти на всей территории России наблюдается климат с ярко выраженной сменой времен года, то такой метод применим для всей России. Следует, однако, иметь в виду, что картина загрязнения может оказаться очень разной для разных областей.
Основной метод, который использовали ученые в своем исследовании, — газовая хроматография в сочетании с масс-спектрометрией (ГХ-МС), или хромато-масс-спектрометрия. Это единый прибор, созданный в результате комбинации двух аналитических методов. Газовая хроматография служит для разделения смеси органических соединений, которые после этого по очереди попадают в масс-спектрометр, где происходит их ионизация и фрагментация. В итоге каждое индивидуальное вещество характеризуется масс-спектром, по которому можно установить его структуру. Масс-спектр любого вещества индивидуален, что позволяет использовать компьютерные библиотеки. В качестве результата хромато-масс-спектрометрического анализа в целом получается график зависимости интенсивности сигнала от времени (хроматограмма), где каждое идентифицированное вещество представлено отдельным пиком, площадь которого пропорциональна его количеству в смеси. То есть после применения данного метода неизвестная смесь из сотен соединений превращается в полную информацию по качественному и количественному составу. Масс-спектрометрия зарекомендовала себя как наиболее информативный, чувствительный, надежный и быстрый аналитический метод, в том числе для изучения окружающей среды. Современная масс-спектрометрия способна среди широчайшего круга других соединений устанавливать природу неизвестных экотоксикантов, находящихся при этом в следовых количествах. Сегодня это основной метод экологического контроля любых объектов окружающей среды.
При том что с помощью нового метода круг веществ, которые обнаруживаются в окружающей среде Москвы, намного шире по сравнению с другими лабораториями, на данный момент ученые сконцентрировали свое внимание на летучих и полулетучих соединениях, которые можно анализировать методом ГХ-МС. Соответственно, среди известных опасных классов экотоксикантов химики могут определять фенолы, фталаты, хлорорганические соединения, пестициды, полициклические ароматические углеводороды.
«Мы не занимаемся установлением токсичности соединений. Это прерогатива токсикологов. Любое вещество токсично, вопрос только в дозе. В зависимости от структуры соединений их токсичность варьируется в широчайшем диапазоне: от граммов до фемтограммов. Наиболее опасными на сегодняшний день являются полихлорированные дибензодиоксины и дибензофураны, полихлорированные бифенилы, бенз(а)пирен, некоторые пестициды. Однако с ростом количества новых веществ в объектах окружающей среды список наиболее опасных может расширяться», — отменил Альберт Лебедев.
«Выявление новых потенциально опасных веществ в окружающей среде носит исключительно важный характер для сохранения природных экосистем и заботы о здоровье граждан. Обмен этими данными позволяет более глубоко понимать природу загрязнения и оперативно устанавливать источники. Научная ценность работы заключается в расширении границ использования масс-спектрометрии и выработке протоколов для идентификации органических веществ в сложных, многокомпонентных смесях, о составе которых известно крайне мало — это пробы снега, льда, воды (морской, питьевой, пресной, сточной, из облаков), экстракты растительного происхождения, пища, напитки, косметика, промышленные товары, секрет земноводных», — заключил ученый.
Работа была проведена в сотрудничестве с учеными из корпорации LECO.
