Меню
Публикации
2025
2024
2023
2022
2021
2020
2019
2018
2017
2016
2015
2014
2013
2012
2011
2010
2009
2008
2007
2006
2005
2004
2003
2002
2001
Главный редактор
НИКИФОРОВ
Владимир Олегович
д.т.н., профессор
Партнеры
doi: 10.17586/2226-1494-2024-24-3-348-356
УДК 504.064
Применение ксантеновых флуоресцентных красителей для обнаружения микропластика в почве и проведения фитотестов
Читать статью полностью
Язык статьи - русский
Ссылка для цитирования:
Аннотация
Ссылка для цитирования:
Носова А.О., Успенская М.В. Применение ксантеновых флуоресцентных красителей для обнаружения микропластика в почве и проведения фитотестов // Научно-технический вестник информационных технологий, механики и оптики. 2024. Т. 24, № 3. С. 348–356. doi: 10.17586/2226-1494-2024-24-3-348-356
Аннотация
Введение. В работе рассмотрены вопросы применения ксантеновых флуоресцентных красителей, доступных широкому кругу исследовательских лабораторий для обнаружения микропластика со средней длиной частиц 157 ± 59 мкм в почве и проведения фитотестов с использованием флуоресцентно-меченого микропластика. Метод. При проведении исследования использовались почвы с содержанием гумуса 1,59 ± 0,15 % (П1) и 6,74 ± 0,11 % (П2), а также суспензионный поливинилхлорид (ООО «РусВинил», 157 ± 59 мкм, белого цвета). В целях изучения возможности избирательного окрашивания микропластика в присутствии почвенных частиц микрочастицы поливинилхлорида, почв П1 и П2, а также смеси почвы П1 и поливинилхлорида (5 % по массе) окрашивались родаминами С и Ж, флуоресцеином и эозином Н в изопропиловом спирте (концентрация красителя — 200 мг/л, температура — 100 °С, время окрашивания — 2 ч при постоянном перемешивании на магнитной мешалке) и промывались дистиллированной водой на бумажном фильтре. Для исследования химической структуры микрочастиц поливинилхлорида до и после окрашивания применялась инфракрасная спектроскопия с преобразованием Фурье нарушенного полного внутреннего отражения (спектрометр Tensor 37 (Bruker, Германия) с приставкой нарушенного полного внутреннего отражения MIRacle Pike c кристаллом из ZnSe с алмазным напылением). Для определения возможности вымывания красителя из микрочастиц поливинилхлорида после многократного промывания водой использовались спектрофотометрия и анализ микрофотографий с применением программы ImageJ. Для проведения лабораторного эксперимента по обнаружению микропластика в почве приготовлялась смесь почвы П1 и микрочастиц поливинилхлорида (0,1 % по массе) и проводилось окрашивание родамином Ж. Для уменьшения количества минеральных частиц и концентрирования микрочастиц поливинилхлорида использовалась техника разделения за счет разницы в плотности с помощью бинарного раствора NaCl и Ca(NO3)2. Получены микрофотографии с использованием оптического микроскопа с дополнительным источником ультрафиолета (λ = 365 нм). Измерения площадей изображений проекций обнаруженных микрочастиц, необходимых для расчета ориентировочной массы загрязнителя, производились с помощью ImageJ. Возможность применения флуоресцентно-меченых микрочастиц поливинилхлорида для проведения фитотестов устанавливалась с помощью теста на проращивание семян в загрязненной почве и изучения проростков с использованием оптического микроскопа с дополнительным источником ультрафиолета. Основные результаты. Показано, что после окрашивания родаминами С и Ж флуоресценция наблюдается у микрочастиц поливинилхлорида как отдельно, так и в смеси, так как частицы почв П1 и П2 аналогичных свойств не приобретают. В случае применения флуоресцеина и эозина Н микрочастицы поливинилхлорида и почва практически не флуоресцируют. Установлено, что окрашивание не влияет на химическую структуру поливинилхлорида. Красители не вымываются из микрочастиц поливинилхлорида при многократном промывании водой. В лабораторном эксперименте показано, что возможно обнаружение и количественное определение микрочастиц поливинилхлорида в почве в концентрации 0,1 % по массе с относительной погрешностью около 30 %. Возможно применение флуоресцентно-меченых родаминами С и Ж микрочастиц поливинилхлорида при проведении фитотестов. Обсуждение. В настоящей работе впервые показана возможность избирательного окрашивания родаминами С и Ж микрочастиц поливинилхлорида в смеси с почвой, их обнаружения по причине наблюдаемой флуоресценции и количественного определения в концентрации от 0,1 % по массе. Полученные результаты расширяют знания в области контроля микропластика в почве. Так как на сегодняшний день не существует стандартизированных методик по обнаружению данного загрязнителя, результаты могут найти применение при разработке новых методик. Флуоресцентно-меченые родаминами С и Ж микрочастицы поливинилхлорида планируется использовать при проведении фитотестов в рамках экспериментов по гигиеническому обоснованию предельно допустимой концентрации загрязнителя в почве.
Ключевые слова: микропластик, ксантеновые красители, почва, микроскопия, флуоресценция, родамин С, родамин Ж, эозин Н, флуоресцеин, фитотесты
Список литературы
Список литературы
- Murphy F., Ewins C., Carbonnier F., Quinn B. Wastewater treatment works (WwTW) as a source of microplastics in the aquatic environment // Environmental Science & Technology. 2016. V. 50. N 11. P. 5800–5808. https://doi.org/10.1021/acs.est.5b05416
- Christian A.E., Köper I. Microplastics in biosolids: A review of ecological implications and methods for identification, enumeration, and characterization // Science of The Total Environment. 2023. V. 864. P. 161083. https://doi.org/10.1016/j.scitotenv.2022.161083
- Carpenter E.J., Smith K.L. Plastics on the Sargasso Sea surface // Science. 1972. V. 175. N 4027. P. 1240–1241. https://doi.org/10.1126/science.175.4027.1240
- Thompson R.C., Olsen Y., Mitchell R.P., Davis A., Rowland S.J., John A.W., McConigle D., Russell A.E. Lost at sea: where is all the plastic? // Science. 2004. V. 304. N 5672. P. 838. https://doi.org/10.1126/science.1094559
- He D., Luo Y., Lu S., Liu M., Song Y., Lei L. Microplastics in soils: Analytical methods, pollution characteristics and ecological risks // TrAC Trends in Analytical Chemistry. 2018. V. 109. P. 163–172. https://doi.org/10.1016/j.trac.2018.10.006
- Zhang Z., Zhao S., Chen L., Duan C., Zhang X., Fang L. A review of microplastics in soil: Occurrence, analytical methods, combined contamination and risks // Environmental Pollution. 2022. V. 306. P. 119374. https://doi.org/10.1016/j.envpol.2022.119374
- Sturm M.T., Horn H., Schuhen K. The potential of fluorescent dyes—comparative study of Nile red and three derivatives for the detection of microplastics // Analytical and Bioanalytical Chemistry. 2021. V. 413. N 4. P. 1059–1071. https://doi.org/10.1007/s00216-020-03066-w
- Löder M.G., Gerdts G. Methodology used for the detection and identification of microplastics—a critical appraisal // Marine Anthropogenic Litter. Springer, Cham, 2015. P. 201–227. https://doi.org/10.1007/978-3-319-16510-3_8
- Perez C.N., Carré F., Hoarau-Belkhiri A., Joris A., Leonards P.E.G., Lamoree M.H. Innovations in analytical methods to assess the occurrence of microplastics in soil // Journal of Environmental Chemical Engineering. 2022. V. 10. N 3. P. 107421. https://doi.org/10.1016/j.jece.2022.107421
- Красовицкий Б.М., Болотин Б.М. Органические люминофоры / 2-е изд., перераб. М.: Химия, 1984. 336 c.
- Степанов Б.И. Введение в химию и технологию органических красителей: учеб. для вузов / 3-е изд., перераб. и доп. М.: Химия, 1984. 592 с.
- Lv L., Qu J., Yu Z., Chen D., Zhou C., Hong P., Li C. A simple method for detecting and quantifying microplastics utilizing fluorescent dyes - Safranine T, fluorescein isophosphate, Nile red based on thermal expansion and contraction property // Environmental Pollution. 2019. V. 255. Part 2. P. 113283. https://doi.org/10.1016/j.envpol.2019.113283
- Tong H., Jiang Q., Zhong X., Hu X. Rhodamine B dye staining for visualizing microplastics in laboratory-based studies // Environmental Science and Pollution Research. 2021. V. 28. N 4. P. 4209–4215. https://doi.org/10.1007/s11356-020-10801-4
- Le Quoc P., Fokina M.I., Martynova D.M., Olekhnovich R.O., Uspenskaya M.V. Method of manufacturing and staining microplastics for using in the biological experiments // Environmental Science and Pollution Research. 2022. V. 29. N 44. P. 67450–67455. https://doi.org/10.1007/s11356-022-22776-5
- Azeem I., Adeel M., Ahmad M.A., Shakoor N., Jiangcuo G.D., Azeem K., Ishfaq M., Shakoor A., Ayaz M., Xu M., Rui Y. Uptake and accumulation of nano/microplastics in plants: a critical review // Nanomaterials. 2021. V. 11. N 11. P. 2935. https://doi.org/10.3390/nano11112935
- Li T., Wang Y., Jiao M., Zhao Z., Li R., Qin C. Distinct microplastics abundance variation in root-associated sediments revealed the underestimation of mangrove microplastics pollution // Science of the Total Environment. 2023. V. 899. P. 165611. https://doi.org/10.1016/j.scitotenv.2023.165611
- Li L., Luo Y., Peijnenburg W.J., Li R., Yang J., Zhou Q. Confocal measurement of microplastics uptake by plants // MethodsX. 2020. V. 7. P. 100750. https://doi.org/10.1016/j.mex.2019.11.023
- Моргун А.В., Хилажева Е.Д., Бойцова Е.Б. Использование пакета программного комплекса «ImageJ / FIJI» для обработки изображений: учеб. пособие для аспирантов. Красноярск: тип. КрасГМУ, 2018. 72 c.
- Носова А.О., Варфоломеева А.Е., Успенская М.В., Олехнович Р.О. Возможности применения методов термического анализа для обнаружения ПВХ-микропластика в почве // Фундаментальные и прикладные проблемы техники и технологии. 2023. № 5(361). С. 99–109. https://doi.org/10.33979/2073-7408-2023-361-5-99-109
- Гаврилова Н.Н., Назаров В.В., Яровая О.В. Микроскопические методы определения размеров частиц дисперсных материалов: учеб. пособие. М.: РХТУ им. Д.И. Менделеева, 2012. 56 с.
- Сергеев М.Н. Расчет объема бесконечномерной сферы // Академическая публицистика. 2021. № 7. С. 28–33.
- Liu S., Shang E., Liu J., Wang Y., Bolan N., Kirkham M.B., Li Y. What have we known so far for fluorescence staining and quantification of microplastics: a tutorial review // Frontiers of Environmental Science & Engineering. 2022. V. 16. N 1. P. 8. https://doi.org/10.1007/s11783-021-1442-2
- Нечипоренко А.П., Нечипоренко У.Ю., Ситникова В.Е. Фурье-спектроскопия в исследовании плазмы крови с диабетом второго типа // Научно-технический вестник информационных технологий, механики и оптики. 2021. Т. 21. № 1. С. 52–64. https://doi.org/10.17586/2226-1494-2021-21-1-52-64
- Усольцев Д.А., Ситникова В.Е., Носенко Т.Н., Олехнович Р.О., Успенская М.В. Сравнение методик расчета вторичной структуры белков на основе деконволюции инфракрасных спектров // Научно-технический вестник информационных технологий, механики и оптики. 2019. Т. 19. № 4. С. 586–593. https://doi.org/10.17586/2226-1494-2019-19-4-586-593
- Gao Z., Wontor K., Cizdziel J.V. Labeling microplastics with fluorescent dyes for detection, recovery, and degradation experiments // Molecules. 2022. V. 27. N 21. P. 7415. https://doi.org/10.3390/molecules27217415
