Способ определения токсичности водных сред

 

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

Способ определения токсичности водных сред Способ определения токсичности водных сред Способ определения токсичности водных сред Способ определения токсичности водных сред Способ определения токсичности водных сред Способ определения токсичности водных сред Способ определения токсичности водных сред Способ определения токсичности водных сред 

 

Похожие патенты:

Изобретение относится к области аналитической химии, а именно, к методам спектрофотометрического определения воды в органических растворитедях, и может использоваться при анализе как растворителей, так и материалов, которые растворимы в них, и позволяет повысить чувствительность анализа

Изобретение относится к области исследования химических свойств веществ , а именно к анализу воды, и может быть использовано для оценки токсичности сточных вод, сбрасываеМ )1х в водоемы и водотоки

Изобретение относится к способу определения воды в нефтяных и нефтехимических продуктах и позволяет повысить точность анализа

Изобретение относится к способам определения воды в топливных эмульсиях и позволяет в одну стадию определить количество эмульсионной воды, благодаря применению силикагель-индикатора , который селективно сорбирует эмульсионную воду из топливных эмульсий при скорости пропускания пробы через сорбент 0,7-0,1

Изобретение относится к водной токсикологии и 1токсикогенетике и позволяет ускорить, упростить и повысить точность контроля за счет оценки мутагенности

Изобретение относится к устройствам .биологической очистки сточных вод от ионов тяжелых металлов сероводородом биогенного происхождения и позволяет предохранить микроорганизмы от залповых сбросов, обеспечить контроль и регулирование жизнедея-г

Изобретение относится к водной токсикологии и 1токсикогенетике и позволяет ускорить, упростить и повысить точность контроля за счет оценки мутагенности

Изобретение относится к микробиологии и касается получения нового штамма бактерий, пригодного для очистки почвы, пресной и морской воды от нефти и нефтепродуктов в течение 7-14 суток, в широком диапазоне температур 12-30oC
Наверх