Способ определения токсичности водных сред

Способ определения токсичности водных сред

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

Изобретение относится к биологическим способам количественной оценки загрязнения вод и может быть использовано в санитарной гидробиологии, водной токсикологии и при ме;дако-биологических исследованиях. Целью изобретения является повьшение чувствительности и точности способа. Способ . состоит в том, что предварительно адаптируют гидробиоиты к условиям содержания в чистой водной среде, строят калибровочные кривыезависимости концентрации эталонного токсиканта от времени появления экстремумов показателей гидробионтов и относительной величины этих экстремумов, исследуемую водную среду нагревают . и аэрируют до получения значения температуры и концентрации: кислорода в ней, соответствующих тем, к которым ранее адаптировались гидробионты. Затем заменяют чистую водную среду в сосудах с гидробионтами на исследуемую водную среду, регистрируют изменение во времени величин показателей у гидробионтов в исследуемой водной среде, определяют время появления экстремумов показателей или относительную величину этих экстремумов. После этого определяют на калибровочных кривых концентрацию эталонного токсиканта, соответствующую времени появления экстремумов показателей гидробионтов, находящихся в исследуемой водной среде, или относительной величине этих экстремумов, В качестве гидробионтов используют рыб, моллюсков , речных раков, высшие водные растения. 3 з.п. ф-лы, 2 ил. с (Л со to 00 СП о:

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК, SU, 1 28756

А1

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АBTÎPCHÎMV СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ

tel) 3890801/23-26 (22) 29.04.85 (46) 07.08.87. Бюл. Р 29 (75) А. А. Степаненко (53) 614.48(088.8) (56) Метод определения действия токсических веществ на дыхание рыб. Унифицированные методы исследования качества вод. Ч. ?IT. Методы биологического анализа вод. M., 1983, с. 164-167.

Авторское свидетельство СССР

У 1112276, кл. G 01 N 33/18, 1984. (54) СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ТОКСИЧНОСТИ ВОДНЬИ СРЕД (57) Изобретение относится к биологическим способам количественной оценки загрязнения вод и может быть использовано в санитарной гидробиологии, водной токсикологии и при медико-биологических исследованиях. Целью изобретения является повышение чувствительности и точности способа. Способ состоит в том, что предварительно адаптируют гидробионты к условиям содержания в чистой водной среде, строят калибровочные кривые зависи(58 4 G 01 N 33/18 //С 02 F 3/34 мости концентрации эталонного токсиканта от времени появления экстремумов показателей гидробионтов и отно- сительной величины этих экстремумов, исследуемую водную среду нагревают и аэрируют до получения значения температуры и концентрации кислорода в ней, соответствующих тем, к которым ранее адаптировались гидробионты. Затем заменяют чистую водную среду в сосудах с гидробионтами на исследуемую водную среду, регистрируют изменение во времени величин показателей у гидробионтов в исследуемой водной среде, определяют время появления экстремумов показателей или относительную величину этих экстремумов.

После этого определяют на калибровочных кривых концентрацию эталонного токсиканта, соответствующую времени появления экстремумов показателей гидробионтов, находящихся в исследуемой водной среде, или относительной величине этих экстремумов. В качестве гидробионтов используют рыб, моллюсков, речных раков, высшие водные растения. 3 э.п. ф-лы, 2 ил.

1328756

Изобретение относится к биологи"ческому мониторингу вод, а именно к биологическим способам количественной оценки загрязнения вод, и может быть

5 использовано в санитарной гидробиологии, водной токсикологии и при-медико-биологических исследованиях.

Цель изобретения — повышение чувствительности и точности способа. 10

Способ осуществляют следующим об55 разом.

Осуществляют предварительную адаптацию гидробионтов к условиям содержания, предварительную калибровку 15 степени чувствительности и устойчивости гидробионтов к эталонному токсиканту, производят тестовое воздействие исследуемой на токсичность водной средой, нагретой до комнатной 20 температуры и хорошо проаэрированной, но не подвергаемой разбавлением. В течение нескольких часов с момента начала тест-воздействия определяют изменения во времени величин показа- 25 телей таких характеристик, как интенсивность расходования энергии гидробионтами (в том числе двигательная активность или интенсивность потребления кислорода гидробионтами) и ре- 30 зистентность или устойчивость гидробионтов к повреждающим воздействиям (в том числе термоустойчивость гидробионтов)..

Обеспечивают постоянство внешних (физических) условий, выявляют время

С появления экстремумов значении показ ат елей и о тно ситель ную в еличину экстремумов значений показателей и оценивают степень токсичности водных сред в долях от величины ЛС и ПДК эталонного токсиканта, дающей тот же токсический эффект, путем нахождения на калибровочных кривых концентрации эталонного токсиканта, соответствую- 45 щих времени появления экстремумов величин показателей и относительной величине значений экстремумов показателей.

Нрн этом под ЛС понимается КоН 50 центрация токсических веществ, при которой гибнет 5 особей гидробионтов, подвергнутых тест-воздействию в течение 24 ч, а под ПДК понимается предельно допустимая концентрация токсического вещества (рыбохозяйственные или иные нормы).

Определение двигательной активности производят: у брюхоногих моллюс-.

Тох С -- К х ЛСо

7OOX ох ЛС„

K хЛС

Тох Г1Дjc где С „

К2 х ЛДК9 концентрация эталонного токсиканта (обычно СыБО4 ) ков — по числу особей (в . от общего количества), переместившихся в среднем за 10 мин (5 мин) наблюдения в данной зоне сосуда (со дна сосуда на .его стенки или с поверхности воды в сосуде вниз по стенкам сосуда), у рыб — по числу особей (в ), не касающихся брюшком или плавниками дна сосуда (т.е. не садящихся на дно), у речных раков — по длительно-, сти периодов их передвижений по отношению ко всей длительности отрезков времени, когда. осуществляется наблюдение.

Определение интенсивности потребления.кислорода гидробионтами прбиэводят, выдерживая их в изолированных от воздуха сосудах с водными средами (обычно проточных), замеряя содержание кислорода в водной среде, входящей в сосуды и выходящей их сосудов, определяя разность между полученными величинами и производя деление этой разности на время полного водообмена в сосудах.

Определение термоустойчивости гидробионтов производится с помощью дополнительных (функциональных) нагрузок высокими температурами: через каждые 15 (или иное количество) мин вынимают часть испытуемых особей гидробионтов из исследуемой на токсичность водной среды и пом:-чают на краткое время (3-15 мин в зависимости от нида организмов) в чистую горячую воо ду определенной температуры (39-42 С), затем гидробионтов помещают в отдельные сосуды с чистой водой комнатной температуры, в которых определяют выживаемость гидробионтов (или количество особей, вышедших из состояния оцепенения) через 20 мин, или 1,5 ч, или 24 ч после начала нанесения им дополнительного термического воздействия, Определение величины токсичности

Т производится по следующим формуох лам

Сэг Сэт °

ЛС„Н ПД1 коэффициенты пропорциональности, Т Т

О» sw» Ох ЛС»о

То» пдк соответственно . 5 токсичность по эталонному токсиканту, по величине ЛС„ и по ПДК для эта- лонного токсиканта. о

Определение интенсивности потреб- ления кислорода гидробионтами и двигательной активности гидробионтов может проводиться автоматически и полуавтоматически с помощью известных технических средств и приборов.

Установлено, что у рыб, моллюсков, ракообразных и высших водных растений в ответ на внезапное воздействие, в том числе и на появление в среде

20 различных химических веществ, проявляется единообразная неспецифическая приспособительная адаптационная) реакция, заключающаяся в достаточно резком и почти синхронном. изменении величин таких показателей, как интенсивность потребления кислорода, двигательная активность и термоустойчивость.

Установлено, что у рыб, моллюсков и высших растений каждой определенной силе повреждающего воздействия (или концентрации одного и того же токсиканта) соответствует единственный период времени (считая с момента начала повреждающего воздействия), когда появляется характерный максимум величины регистрируемого показателя. Это дает возможность использовать в большинстве случаев данную зависимость для строгого определения величины токсичности с помощью калибровочных кривых.

Для слабых, средних и сильных воз- 45 действий (кроме сверхсильных) характерно, что определенной силе воздействия (и концентрации токсиканта) соответствует единственное значение относительной величины регистрируемо- 5О ro показателя в момент егo минимума, что дает возможность использовать и эту зависимость для определения величины токсичности. Использование для определения токсичности сразу нескольких показателей и зависимостей одновременно увеличивает точность и надежность этого определения.

1328756 4

Сходство реакций водных животных и высших водных растений на появление в водной среде токсиканта доказывает воеможность значительного расширения видового состава гидробионтов, используемых в способе определе,ния токсичности водных сред. В экспериментах используют рыб Lebistes reticulates, речных раков Astacus leptodacCilus, брюхоногих моллюсков

Coretus,corneus, двустворчатых моллюсков Dreissena polymorpha, высших водных растений Vallisneria spiralis, содержащихся в темноте, микроорганизмы,аквариумного ила, сообщество моллюсков Coretus corneus и растений

Vallisnerià spiratis

На фиг, 1 и 2 изображены кривые зависимостей интенсивности потреблеI ния кислорода в момент появления характерного минимума регистрируемого показателя, т.е. первого минимума от момента начала повреждающего воздействия (штрихпунктирные линии), времени появления характерного максимума интенсивности потребления кислорода, т.е. первого слева максимума или центрального максимума у моллюсков (сплошные линии), времени появления характерного минимума интенсивности потребления кислорода (пунктирные линии), времени появления характерного максимума двигательной активности (сплошные линии с крестами), времени появления минимума резистентности (линии в виде точек) от от концентрации токсического вещества у высших растений Vallisneria spira4О lis, рыб Lebistes reticulates, брюхоногих моллюсков Coretus corneus брюхоногих моллюсков Viviparus viviparus.

Пример l. Проводят установление величины токсичности водной с среды, содержащей неизвестное количество ионов Cu++ в растворе, при использовании в качестве организмов брюхоногих моллюсков вида Viviparus

viviparus, а в качестве показателей— величины двигательной активности и величины резистентности.

3а три недели до проведения анализа качества воды проводят серию опытов с токсикантом СцБО и строят калибровочные кривые, связывающие концентрацию ионов Си с временем

++ появления максимума двигательной активности и минимума резистентности

13287

5 у данных моллюсков (фиг. 2в) . За

0,5 ч до анализа собирают 90 моллюсков в 10-литровый сосуд с чистой аквариумной водой комнатной температуры и с высоким содержанием кислорода.

Наливают в 18 одинаковых стаканов по

200 мл исследуемой на токсичность жидкости и затем одновременно во все стаканы опускают по 5 мдллюсков, взятых из десятилитрового, сосуда. Сра- 10 зу же после этого определяют двигательную активность моллюсков в трех первых стаканах в первые 10 мин.

После определения двигательнои активности моллюсков из трех первых стаканов помешают в чистую воду с температурой 40 С, гце выдерживак1т в течение 15 мин, а затем переносят в те же стаканы, но уже с чистой водой комнатной температуры, Аналогич- 20 ные операции проделывают с каждой последующей партией моллюсков из трех следующих стаканов, при этом перед определением двигательной активности моллюсков смешают осторожным

25 прикосновением стеклянной палочкой на дной стаканов.

Через 3 ч после начала анализа строят кривую зависимости нвремя от начала перемешения моллюсков в иссле- 30 дуемую водную среду — двигательная активность моллюсков и находя на ней момент времени, когда появляется ,максимум двигательной активности моллюсков. По графику калибровочных кри- 35 вых (фиг. 2в),находят по этому времени концентрацию эталонного токсиканта - иона Cu++ в растворе соли СВИХ„, соответствующую тому же токсическому

ЭффЕКТу, KOTOPbIH ПРОИЗВОДИТ ИССЛЕДУемая водная среда (0,06 мг/л), Затем рассчитывают искомую величину токсичности, определяемую по,двигательной активности моллюсков,. по следующим формулам

<1 Э Г

++

0,06 мг/л Си х ПДК

++

011 "AI ПДК

0,06 мг/л Ñu- х ПДК

pbbs. где ПДК = 0 001 мг/л Сп +

По истечении 24 ч (можно H 1 5 ч) после начала термичегкого воздействия на моллюсков определяют резистентность моллюсков к моменту термического воздействия по величине их выживаемости. Затем строят график зависимости "время от начала помещения моллюсков в исследуемую водную среду — величина резистентности моллюсков и выявляют на этой кривой момент появления минимума резистентности. По калибровочным кривым (фиг. 2в) находят по этому времени

1 ++ концентрацию иона Си дающую искомый токсический эффект.

Результаты определения токсичности по двигательной активности моллюсков в данном случае совпадают с результатами определения токсичности по резистентности моллюсков, но От момента доставки водной среды на анализ до получения результата проходит в случае исгользования в качестве показателя величины двигательной активности 4 ч, а в случае использования в качестве показателя величины резистентности 27 ч °

Пример 2. Установление величины токсичности водной среды, взятой из реки. !

За три недели до проведения анализа строят калибровочные кривые 11концентрация ионов Cu — время появле++ ния максимумов потребления кислорода" и концентрация ионов ;л — ОтносиЙ -, ++ тЕЛЬНаЯ ВЕЛИЧИНа ДаННЫХ ЭКСТРЕМУМОВн для используемых в тестировании брюхоногих моллюсков вида Сове+из corneus. За 24 ч до начала анализа в закрытом отапливаемом помещении при 21 С в проточный стеклянный сосуд емкостью

230 мл помещают 30 смз чистого гравия > ВзятОГО из Грунта аква1 иума и шесть моллюсков с размерами раковины

15-20 мм.

Доставленную на исследование воду реки в количестве 6 л нагревают до комнатной температуры (21 С) с помошью аквариумных нагревателей и поднимают содержание кислорода до 100% b1 Ju-О насыщения с помощью аквар ум - . -< Оэраторов, Через 3 ч после О, г,:.„-: воды из реки подготовленна;-. 11всба подается в сосуд с моллюсками. Через каждые 20 мин определяют содержание кислорода в воде, выходящей из сосуда с моллюсками, и через каждый час. — в воде, входящей в сосуд с моллюсками.

Замеры содержания кислорода IIpoJIoлжают в течение 4,5 ч.

1328756

20

30

=0,16хЛС5

1 мг/л Cu x ПДК

0 001 мг/л Си

По полученным, данным определяют интенсивность потребления кислорода моллюсками в моменты замеров путем вычисления разности между содержанием кислорода в воде, входящей и выходящей из данного сосуда. Строят график "время от начала опыта — интенсивность потребления кислорода" и находят на нем время появления максимума показателя (считая от момента начала воздействия исследуемой водной средой на моллюсков).

По графикам двух калибровочных кривых, приводящих к одинаковому результату (фиг. 2а), находят концентрацию эталонного, токсиканта — иона

Cu++, дающую тот же токсический эффект, что и вода реки при коротком времени экспозиции. Затем рассчитывают величину токсичности водной среды по. следующим формулам,+ =, мг/л Си

ОХ Сц++

0,051 мг/л Cu++ х ПДК ох ПДК ПДК

Ъ

0,051 мг/л Си х ПДК

0,001 мг/л Си

0,051 мг/л Си х ЛСО5

ОХ ЛСО5 ЛС

î5

++

0,051 мг/л Cu х ЛСО5

0,32 мг/л Cu++ где ЛС = 0,32,мг/л Cu ; ПДК

++

0,001 мг/л Си

От момента доставки водной среды на анализ до получения результата при определении содержания кислорода в воде по методу Винклера проходит

8 ч, что соответствует 3-4 ч времени, затраченного на тестирование при автоматическом или полуавтоматическом определении содержания кислорода в воде с помощью общеизвестных электрохимических кислородометров.

Определение показывает, что ток сичность водной среды, взятой из реки не является острой, так как через

24 ч гибели особей тест-объекта не наблюдается (T „ ЛС 5). Однако ток45

55 сичность достаточно велика, чтобы вызвать у некоторых гидробионтов отрицательные изменения, так как ПДК превышаются (T „ > ПДК).

Пример 3. Проводят установление токсичности раствора хлорофоса неизвестной концентрации для рыб вида ЬеЪ|з1ез reticulates. При этом известно, что пестициды, к которым от носится хлорофос, часто не обнаруживаются гидробионтами вообще.

Построение калибровочных кривых, адаптацию рыб, подготовку водной среды к тестированию и другие операции проводят по примеру 2, но пропуск раствора хлорофоса через сосуд с рыбами проводят только в течение одного часа и кроме интенсивности потребления кислорода рыбами определяют и двигательную активность рыб.

Анализ полученного при тестировании материала показывает, что реакция рыб на появление в воде пестицида извращена в том смысле, что проявляется с запаздыванием. Поэтому в случае наличия в воде пестицидов необходимо определение токсичности только по калибровочным кривым на основе зависимости концентрация— н относительная интенсивность потребН ления кислорода в момент минимума (фиг. 1в). Согласно этой калибровочной кривой концентрац я эталонного токсиканта — ионов Cu+, соответст++ вующая искомой токсичности, больше

1 мг/л

Т с, >1 мг/л Cu++; ох Сц

1 мг/л Си х ПДК

++ о ПДк ПДК

Поскольку интенсивность потребления кислорода рыбами при исследовании токсичности водной среды тесно связана с их двигательной активностью (ранговый коэффициент корреляции между величинами показателей равен

+0,829 при р <0,05), определение токсичности в данном примере возможно по любому иэ этих показателей.

Затраты времени на тестирование водной среды в данном примере равны

6 ч при определении содержания кислорода в воде по методу Винклера, что соответствует 1,5-2 ч при автомати1328756

Т,х с„++ = 0,03 мг/л Cu++;

0,03 мг/л Си + х ПДК

ПДК ох РАК

0,03 мг/л Си, х ПДК

0,001 мг/л Си

Токсичность водной среды для растений определяется по другому эталонному токсиканту ИаС1. При этом ПДК по NaCl неизвестно, но ПДК по иону

Na+ равна 120 мг/л. Ион Na составля+ ет в соли NaCl приблизительно 40Х, откуда токсичность по иону Na для

+ растений, если искомая концентрация

tNaC1 = 2500 мг/л, по калибровочным кривым

45

T,„„,, =Оу,4 х 2500 Mr/л =. — 1000 мг/л Na

1000 мг/л Ба+ х ПДК ох РДК ПДК

1000 мг/л Na+ х ПДК

Ф

120 мг/л Na

Предлагаемый способ по сравнению

< с известным обеспечивает следующие ческом определении содержания кисло- рода в воде.

Пример 4. Проводят установление величины токсичности раствора

NaCl неизвестной концентрации для сообщества из высших растений вида

Vallisneria spiralis и брюхоногих моллюсков вида Coretus corneus, содержащихся в темноте, когда растения прекращают фотосинтез.

Построение калибровочных кривых отдельно для каждого нида гидробионтов и другие операции проводят так же, как и в примере 2. 15

Анализ полученного материала показывает, что второй по счету максимум интенсивности потребления кислорода сообществом соответствует характерному максимуму. Характерный максимум интенсивности потребления кислорода растениями накладывается в данном с случае на первый минимум интенсивности потребления кислорода моллюсками.

Согласно калибровочным кривым 25 (фиг. 2а) токсичность водной среды для моллюсков равна преимущества: получение возможности комплексного определения токсичности одним, а не несколькими разными способами, производимого по различным показателям разных неродственных видов организмов (рыб, моллюсков, высших водных растений и т.д.); увеличение чувствительности способа но столько раз, во сколько величина ЛС„, больше минимальных регистрируемых предлагаемым способом концентраций для самого чувствительного из всех одновременно применяемых тест-объектов (т.е., не менее чем в 20 раз для брюхоногих моллюсков }, что позволяет оценивать токсичность водных сред подавляющего большинства водоемов; увеличение токсичности и надежности способа пропорционально количеству одновременно используемых зависимостей и показателей (т.е. н несколько раз); получение возможности полностью автоматического определения величины токсичности водных сред естественных водоемов и сбросов различных предприятий за 2-4 ч и менее при использовании известных приборов для автоматического определения содержания кислорода н воде и двигательной активности гидробионтов..

Формула изобретения

1. Способ определения токсичности водных сред, включающий предваритель ную адаптацию гидробионтон к условиям содержания в чистой водной среде и калибровку степени чувствительности и устойчивости гидробионтон к

I эталонному токсиканту, о т л и ч аю шийся тем, что, с целью повышения.чувстнительности и точности способа, строят калибровочные кривые зависимости концентрации эталонного токсиканта от времени поянления экстремумов показателей гидробионтон и относительной величины этих экстремумов, исследуемую водную среду нагревают и аэрируют до голучени,- -" ачений температуры и концентрации к.:-:.;,. рода в ней, соответствующих тем, к которым ранее адаптировались гидробионты, затем заменяют чистую водную среду в сосудах с гидробионтами на исследуемую водную среду, регистрируют изменение во времени величин показателей у гидробионтов н исследуемой водной среде, определяют время появления

13287 экстремумов показателей или относительную величину этих экстремумов, затем определяют на калибровочных кривых концентрацию эталонного ток5 сиканта, соответствующую времени появления экстремумов показателей гидробионтов, находящихся в исследуемой водной среде, или относительной величине этих экстремумов, 10

2. Способ по п. 1, о т л и ч а— ю шийся тем, что в качестве гидробионтов используют рыб, моллюс0 Ю

О о

У

Сг с с

05 оеа Сй, мг/

2 4

Мпнценярация a C E, г(л

Юаг. f 05 . /О

- с

56

1г ков, речных раков, высшие водные растения.

3. Способ по пп. 1 и 2, о т л и— ч а ю шийся тем, что используют один вид гидробионтов или смесь их.

4, Способ по пп. 1-3, о т л и— ч а ю шийся тем, что в качестве регистрируемого показателя используют или двигательную активность гидробионта, или интенсивность потребления кислорода гидробионтами, или их термоустойчивость.

1328756

Составитель Г. Лебедева

Редактор П. Гереши Техред N. Õîä;. íèö Корректор М. Демчик

Заказ 3480/48

Производстэенно-полиграфическое предприятие, г. Ужгород, ул. Проектная, 4

f00

„ь 80 бО

° ер

Ф@

Ф б

Э

°

Ф

"хх

ХМхх

Оу

"Xy ®е

"X

" х х„

00б Of 015 02 025

КОМЦенпф00,ЫЯ ЮОИ00 С1, Мигал юг.2

Тираж 776 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5