<div>
	Применение ксантеновых флуоресцентных красителей для обнаружения микропластика в почве и проведения фитотестов</div>

Носова Анастасия Олеговна , Успенская Майя Валерьевна

doi:10.17586/2226-1494-2024-24-3-348-356

2024 , ТОМ 24, НОМЕР 3 ( май-июнь )

ISSN 2226-1494 (print), ISSN 2500-0373 (online)

Меню

Публикации

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

Носова А.О., Успенская М.В.

Читать статью полностью

Язык статьи - русский

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

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

This work is licensed under a Creative Commons Attribution-NonCommercial 4.0 International License