Эколого-аналитический мониторинг стойких органических загрязнителей

В .  Н .  М а й с тр е н ко ,  Н .  А .  К л ю е в

Москва
Лаборатория знаний
2023

Допущено Советом по химии УМО
по классическому университетскому образованию
в качестве учебного пособия
для студентов высших учебных заведений,
обучающихся по специальности 011000 – Химия

ЭКОЛОГО–АНАЛИТИЧЕСКИЙ
МОНИТОРИНГ
СТОЙКИХ ОРГАНИЧЕСКИХ
ЗАГРЯЗНИТЕЛЕЙ

4е издание, электронное

УДК 502
ББК 20.18я73
M12

С е р и я
о с н о в а н а
в
2003 г.
Р е ц е н з е н т:
доктор химических наук, проф. Ю. С. Другов,
кафедра аналитической химии
Московского государственного университета
Майстренко В. Н.
M12
Эколого-аналитический мониторинг стойких органических
загрязнителей / В. Н. Майстренко, Н. А. Клюев. — 4-е изд., электрон. — М. : Лаборатория знаний, 2023. — 326 с. — (Методы в химии). — Систем. требования: Adobe Reader XI ; экран 10". — Загл.
с титул. экрана. — Текст : электронный.
ISBN 978-5-93208-614-8
В учебном пособии обобщены данные по организации и проведению
эколого-аналитического мониторинга стойких органических загрязнителей
(СОЗ) — полихлорированных диоксинов, дибензофуранов, бифенилов, хлорсодержащих пестицидов, полициклических ароматических углеводородов,
хлорфенолов, фталатов, хлорбензолов, органических соединений ртути,
олова и свинца в природных средах и живых организмах, а также
по применению методов аналитической химии для определения этих
веществ в различных объектах. Рассмотрены особенности распространения
СОЗ в природных средах, их свойства, классификация. Большое внимание уделено методам пробоотбора, пробоподготовки и определения СОЗ
в природных матрицах.
Для студентов и преподавателей химических, биологических и медицинских
вузов,
а
также
специалистов
в
области
охраны
природы
и аналитической химии.
УДК 502
ББК 20.18я73

Деривативное издание на основе печатного аналога: Эколого-аналитический мониторинг стойких органических загрязнителей / В. Н. Майстренко,
Н. А. Клюев. — М. : БИНОМ. Лаборатория знаний, 2004. — 323 с. : ил. —
(Методы в химии). — ISBN 5-94774-204-7.

В соответствии со ст. 1299 и 1301 ГК РФ при устранении ограничений,
установленных
техническими
средствами
защиты
авторских
прав,
правообладатель вправе требовать от нарушителя возмещения убытков
или выплаты компенсации

ISBN 978-5-93208-614-8
© Лаборатория знаний, 2015

ОГЛАВЛЕНИЕ 
Предисловие …………………………………………………………….. 
5

Введение …. …………………………………………………………….. 
9

Литература… …………………………………………………………….. 
12

Глава 1. Основы эколого-аналитического мониторинга 

загрязнителей ……………………………………….………. 
13

1.1. Экологическое нормирование . ....………………….……….. 
13

 
1.2. Определение следов органических загрязнителей…………. 
21

 
1.2.1.  Выбор метода анализа и приборное обеспечение.. …. 
24

 
1.2.2. Контроль качества измерений…….……………….…. 
31

Литература.. ……………………………………………………………… 
42

Глава 2. Приоритетные загрязнители………………………………..  44

2.1. Классификация приоритетных органических загрязнителей 
45

2.2. Физико-химические свойства приоритетных загрязнителей. 
 
Содержание в природных средах и живых организмах …… 
53

2.2.1. Хлорорганические пестициды……..……….…………. 
53

2.2.2. Полициклические ароматические углеводороды ….… 
64

2.2.3. Полихлорированные бифенилы .………… …….…….. 
72

2.2.4. Полихлорированные диоксины и дибензофураны ...... 
78

 
2.2.5. Фенолы и их производные ……..……………………… 
94

 
2.2.6. Фталаты ……..…………………………………………... 98

 
2.2.7. Органические соединения олова, свинца и ртути……. 102

 
2.2.8. Хлорбензолы, хлорпарафины, бромбифенилы ….….. 111

Литература.. ……………………………………………………….……… 116
Глава 3. Источники стойких органических загрязнителей ………. 121
 
3.1. Химическая промышленность …….….……………………… 122

 
3.2. Производство черных и цветных металлов …………………. 125

 
3.3. Целлюлозно-бумажная промышленность …………………... 128

 
3.4. Производство продукции из минерального сырья ……….… 129

 
3.5. Производство электрической и тепловой энергии ……….… 130

 
3.6. Сжигание промышленных и бытовых отходов ………….….. 131

 
3.7. Транспорт. …….……………………………………………….. 134

 
3.8. Промышленные изделия и потребительские товары………. 136

 
3.9. Последствия чрезвычайных ситуаций ….….……..…….……. 139

 
3.10. Захоронения и свалки отходов….…………...……………….. 140

Литература …………………………………………………………….… 141
Глава 4. Особенности эколого-аналитического мониторинга 

стойких органических загрязнителей …………………….. 144

4.1. Атмосферные загрязнители. Мониторинг трансграничных 
 
загрязнителей ……………………..…………………………… 144

4.2. Поверхностные воды и донные отложения ………..……….. 151
4.3. Грунты и почвы ………………...…………………………….. 156
4.4. Растительные материалы …………………..………………… 160
4.5. Биосреды ………..…………………………………….……….. 162
4.6. Пищевые продукты..………………………………..…………. 164

Литература ………………………………………………….…………… 166

3 

Глава 5. Методы отбора проб …………….………………………… 169

5.1. Отбор проб воздуха 
…………….………………………… 170

5.2. Отбор проб воды и атмосферных осадков………………….. 183
5.3. Отбор проб почв, донных отложений и растительных 
 
материалов …………………………………………………….. 190

 
5.4. Отбор проб биотканей и пищевых продуктов …………….. 194

Литература ……………………………………………………….……… 196
Глава 6. Методы подготовки проб …………………………………… 200

6.1. Требования к методам подготовки проб …………………….  201
6.2. Хранение и предварительная подготовка проб …………….. 206
6.3. Упаривание, дистилляция и сублимация ………………….. 212
6.4. Жидкостная экстракция…………………….………………… 214
6.5. Твердофазная экстракция…………………..………………… 219
6.6. Сверхкритическая флюидная экстракция …….……………. 224
6.7. Газовая экстракция. Статический и динамический 
 
парофазный анализ ……………………..……………………. 228

 
6.8. Хроматографические методы ……………………………….. 231

 
6.9. Разделение с помощью мембран ...…………………………. 238

 
6.10.Дериватизация …………...…………………………………… 239

 
6.11.Микроволновое излучение.. …………………………………. 242

Литература ………………………………………………………………. 243
Глава 7. Методы анализа природных объектов и биосред ……….. 247
 
7.1. Методы оптической спектроскопии и люминесценции …… 247

 
7.2. Газовая хроматография ………….…………………………… 256

 
7.3. Хромато-масс-спектрометрия ………………………………. 263

 
7.4. Высокоэффективная жидкостная хроматография ……..….. 270

 
7.5. Капиллярный зонный электрофорез .……………………….. 274

 
7.6. Инверсионная вольтамперометрия ………………………….. 278

 
7.7. Ферментативные и иммунохимические методы …..………. 284

 
7.8. Методы скрининга стойких органических загрязнителей .… 293

Литература ……………………………………………………………….. 295
Глава 8. Современные методы определения стойких 

органических загрязнителей в различных объектах……. 298

8.1. Фенолы и их производные …………………………………… 298
8.2. Фталаты ………………...……………………………………… 301
8.3. Полициклические ароматические углеводороды……...……. 303
8.4. Хлорбензолы и хлорпарафины …..………………………….. 307
8.5. Хлорорганические пестициды …..………………………….. 310
8.6. Полихлорированные бифенилы ...…………………………… 312
8.7. Полихлорированные диоксины и дибензофураны ……...…. 316
8.8. Органические соединения олова, свинца и ртути ……….... 319

Литература ……………………………………………………………….. 322

Πредисловие 

С началом научно-технической революции результаты деятельности человека по своему влиянию на экосистему Земли стали 
сопоставимы по масштабам с природными катаклизмами, а порой и 
превосходят последние. Уменьшение запасов пресной воды, исчезновение многих видов растений и животных, загрязнение атмосферы, рост числа онкологических заболеваний и другие последствия 
вызывают тревогу ученых. К опасностям, угрожающим развитию 
цивилизации, XX век добавил еще одну – общепланетное загрязнение среды обитания чужеродными для живых организмов веществами. Химики описали уже более 18 млн. химических соединений, 
из них почти 100 000 используются в промышленности.  
В биосфере циркулирует огромное число ксенобиотиков       
антропогенного происхождения; многие из них имеют исключительно высокую токсичность, способны накапливаться в трофических цепях и устойчивы в окружающей среде. Прежде всего это 
стойкие органические загрязнители (СОЗ) – органические соединения природного или антропогенного происхождения, которые 
трудно подвергаются фотолитическому, химическому и биологическому разложению, характеризуются низкой растворимостью в       
воде и хорошей растворимостью в жирах, что приводит к их накоплению в тканях живых организмов, достигая концентраций, в       
70 000 раз превышающих фоновые уровни. Стойкие органические 
загрязнители переносятся по воздуху, с пресными и морскими       
водами, с дымовыми газами и с пылью, что позволяет им преодолевать в атмосфере большие расстояния и рассеиваться в окружающей среде. Многие из этих соединений способствовали интенсификации производства продуктов питания и сыграли положительную роль в деле защиты здоровья людей. Но за достижения 
цивилизации заплачена большая цена: в организме каждого из нас       
содержится приблизительно 500 химических веществ – потенциальных ядов, не существовавших до начала XX века. В долгосрочной перспективе для человечества это может иметь самые серьезные последствия.   
Для стойких органических загрязнителей определяющими показателями токсичности являются канцерогенность, мутагенность, 
влияние на репродуктивность, эндокринный статус, нервнопсихическое развитие. Многие СОЗ вызывают тяжелые заболевания человека и животных, являются причиной врожденных 
уродств. Особенно подвержены воздействию стойких органических 
загрязнителей новорожденные, получающие эти вещества с молоком матери или через плаценту. Поэтому в программе «Повестка 
дня на XXI век», принятой в 1992 г. в Рио-де-Жанейро на Конференции ООН по окружающей среде и развитию, с целью обеспече

ния безопасности жизнедеятельности человека выделены как главные задачи прекращение и запрет применения химических веществ 
повышенной опасности, отличающихся токсичностью, стойкостью, 
способностью к накоплению, при условии, что их поступление невозможно надежно контролировать. Учитывая тот факт, что СОЗ 
могут длительное время оставаться в окружающей среде, имеется 
только один способ защитить себя и будущее поколение – свернуть 
производство и использование СОЗ, а также остановить те промышленные процессы, которые ведут к их появлению. Этого можно достигнуть лишь усилиями всего мирового сообщества.   
В мае 2001 г. в Стокгольме под эгидой ООН была проведена 
конференция по стойким органическим загрязнителям. Заключительный акт этого форума, известный как Стокгольмская конвенция, подписали 110 стран. 18 мая 2002 г. было принято Постановление Правительства РФ № 320, согласно которому Россия стала 
полноправным членом «клуба» стран, подписавших Стокгольмскую конвенцию. 
 В соответствии со Стокгольмской конвенцией подписавшее ее 
государство:  
• запрещает и/или принимает правовые и административные меры для ликвидации производства и применения химических
веществ, являющихся стойкими органическими загрязнителями;
• обязуется не производить новые пестициды или промышленные химические вещества, которые могут быть отнесены к
стойким органическим загрязнителям;
• разрабатывает национальный план действий по выявлению
запасов химических веществ, отходов производства, а также
продуктов и изделий, содержащих стойкие органические
загрязнители, и принимает меры по их экологически безопасному хранению и удалению;
• осуществляет разработку и ведение кадастров и мониторинг
источников (образования и поступления) стойких органических загрязнителей в окружающую среду.
Стокгольмская конвенция предложила мировому сообществу
план целенаправленных действий по уменьшению поступления 
стойких органических загрязнителей в окружающую среду. Проблема актуальна и для нашей страны. Многие СОЗ по-прежнему 
попадают в окружающую среду из-за несовершенных технологий, 
а также применения в промышленности и сельском хозяйстве различных (как нам кажется, полезных) веществ, например фенолов, 
фталатов, хлорсодержащих пестицидов и др. Следует признать, что 
до настоящего времени в России отсутствует система  мониторинга 
стойких органических загрязнителей и вряд ли в ближайшее время 
она будет задействована.  

Какие требования к системе мониторинга СОЗ? Прежде все-       
го – регулярность и периодичность наблюдений. Для организации 
эколого-аналитического мониторинга СОЗ и контроля за содержанием этих соединений в окружающей среде, пищевых продуктах и 
биотканях должна быть создана сеть постоянных полигонов, отвечающих разнообразию промышленных и сельскохозяйственных 
зон. Даже если считать, что действующие региональные природоохранные аналитические лаборатории примерно одинаково оснащены (что не соответствует действительности) и работают по единым методикам с использованием одних и тех же методов анализа, 
то определение СОЗ в большинстве этих лабораторий трудно выполнимо из-за отсутствия стандартов, современных приборов и 
оборудования, квалифицированных химиков-аналитиков и др.  
В предлагаемом читателю учебном пособии обсуждаются проблемы экологии и аналитической химии стойких органических загрязнителей, в том числе мониторинг СОЗ и методы аналитического контроля, соответствующие современным требованиям, сравнительная оценка мирового опыта в решении проблемы СОЗ. Конечно, подбор материала и его освещение во многом отражают позицию авторов. Многие разделы написаны после долгих дискуссий и 
споров. Возможно, иногда изложение перегружено фактическим 
материалом. Тем не менее, мы сочли нужным привести не только 
аналитические данные, но и отразить общие проблемы загрязнения 
окружающей среды СОЗ, а также требования к нормативно-техническому и правовому обеспечению эколого-аналитического мониторинга.    
К моей большой скорби во время подготовки книги к печати       
ушел из жизни Николай Алексеевич Клюев – один из ведущих специалистов России в области аналитической химии диоксинов и 
родственных соединений. Он был человеком прекрасной души, 
верным товарищем. Хочется надеяться, что книга поможет сохранить память о нем среди аналитиков и экологов. 
Надеюсь, что пособие будет востребовано преподавателями, 
аспирантами и студентами высших учебных заведений, научными 
работниками и специалистами в области аналитической химии и 
экологии. Определенную пользу из этой книги могут извлечь специалисты из других областей науки, интересующиеся вопросами 
охраны окружающей среды. Мы считали, что наш читатель уже 
знаком с основами экологии и с современными методами аналитической химии, поэтому основное внимание было акцентировано на 
особенностях эколого-аналитического мониторинга следов стойких 
органических загрязнителей. Все замечания и предложения читателей будут внимательно рассмотрены. 
Считаю своим приятным долгом выразить глубокую признательность рецензентам – коллективу кафедры аналитической хи

мии Московского государственного университета им. М.В. Ломоносова во главе с академиком РАН Ю.А. Золотовым и доктору химических наук Ю.С. Другову, чьи обстоятельные замечания и советы облегчили работу над рукописью и способствовали ее улуч- 
шению. 

В.Н. Майстренко 

Введение 

Мониторинг окружающей среды означает «систему непрерывных наблюдений, измерений и оценки состояния окружающей 
среды в соответствии с заранее подготовленной научно обоснованной программой» [1].  Эколого-аналитический мониторинг загрязнителей (ЭАМЗ) включает выявление, оценку и наблюдение за источниками и уровнями загрязнений природных объектов вредными 
веществами в результате антропогенного воздействия (прямого, 
косвенного или катастрофического) на окружающую среду, являясь частью эколого-аналитического контроля (ЭАК) [2]. Полученная информация позволяет принять решения по обеспечению экологической безопасности.  
Термин мониторинг появился незадолго до конференции ООН 
по окружающей среде, проходившей в Стокгольме в 1972 г. Первые предложения были сформулированы экспертами Научного комитета по проблемам окружающей среды (SCOPE) в 1971 г. Упоминание об этом можно найти в рекомендациях конференции, а 
основные определения даны в работе [3]. В 1975 г. появилась статья Герасимова [4] о научных основах мониторинга окружающей 
среды. В то время дискуссия в основном велась вокруг мониторинга загрязнителей, основная задача которого была сформулирована 
как «наблюдение за источниками и уровнями загрязнений окружающей среды на фоне естественных флуктуаций». Заметим, что 
эколого-аналитический мониторинг загрязнителей является частью 
существующей в России системы наблюдений и контроля за состоянием природной среды. 
Система мониторинга включает подсистемы отраслевого и регионального характера и элементы этих подсистем. Она охватывает 
как отдельные объекты и районы (локальный мониторинг), так и 
страну в целом (национальный мониторинг), и входит в систему 
глобального мониторинга. Национальный мониторинг отличается 
от глобального не только масштабами, но и тем, что его основной 
задачей является получение информации и оценка загрязнения окружающей среды в национальных интересах. Иногда применяют 
термин трансграничный мониторинг – для оценки переноса загрязнителей из одного региона в другой или из одной страны в 
другую. 
Поскольку оценка фактического и прогнозируемого состояний 
природной среды является составной частью мониторинга загрязнителей, зачастую к нему относят и элементы управления состоянием окружающей среды (см. рис.). Наблюдение и прогноз состояния связаны между собой, так как прогноз состояния окружающей 
среды невозможен без наличия достаточной информации об ее загрязнении и источниках поступления  загрязняющих  веществ.  Для 

      Мониторинг загрязнителей                          Управление 
 
 
  
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

Наблюдения 

Оценка 
фактического 
состояния  

Прогноз 
состояния 

Оценка 
прогнозируемого 
состояния  

Регулирование 
качества среды 

Рис. Блок-схема мониторинга загрязнителей  
 
определения основных источников загрязнителей необходимы 
также анализ результатов наблюдений и данные об уровнях загрязнения природной среды в других регионах. Кроме того, как бы ни 
различались подходы ученых и специалистов к проблеме мониторинга загрязнителей, она не может в полном объеме решаться без 
проведения научных исследований.  
Цели мониторинга загрязнителей: 
• определение уровней загрязнителей в различных средах, их 
распространение в пространстве и изменение во времени; 
• определение величин и скоростей распространения потоков 
загрязнителей и продуктов их превращения; 
• сравнение уровней загрязнителей и методов их определения в 
различных странах, включая развивающиеся страны, с целью 
получения сопоставимых результатов, а также обмен инфор
 
10