Ежегодная Международная конференция "Сотрудничество для решения проблемы отходов"


Главная страница
Сведения об авторах

Обнаружение ионов тяжелых металлов в проточных водных средах с использованием биосенсора на основе иммобилизованных клеток фотобактерий

Холстов А. В., Молотилин Т. Ю., Мустафаев Р. М., Ефременко Е. Н., Химический факультет Московского государственного университета им. М. В. Ломоносова, Москва, Россия

Негативное влияние деятельности человека на окружающую среду в первую очередь отражается на состоянии водных объектов. Одновременно с интенсификацией того или иного производства увеличиваются объемы жидких промышленных и бытовых отходов. Хорошо известно токсичное воздействие хлорорганических и фосфорорганических соединений, нефтепродуктов, а также ионов тяжелых металлов на биоту. Вследствие постоянно возрастающей антропогенной нагрузки разработка эффективных методов анализа состояния окружающей среды, в частности водных объектов, особенно актуальна.

В настоящее время широко применяют биофизические способы контроля. Благодаря видовым особенностям некоторые микроорганизмы весьма быстро реагируют на присутствие в окружающей среде экотоксикантов, в частности, изменением уровня биолюминесценции. Эта реакция регистрируется довольно простым в обслуживании оборудованием, что делает возможным проведение анализа in situ в условиях окружающей среды.

Спектр задач, которые решаются с использованием биолюминесцентных сенсоров, достаточно широк: анализ природных, сточных и питьевых вод на наличие экотоксикантов; обнаружение их в почве и атмосферном воздухе.

В последнее время одной из актуальных проблем стал мониторинг проточных систем в реальном времени. Это вызвано тем, что состав вод рек и прибрежных зон, сточных вод, отводимых в водный объект, неодинаков по времени и дискретный анализ на токсичность недостаточен для формирования полноценного представления о ситуации. Решением проблемы может стать создание биосенсора, способного работать in situ в условиях проточной воды за счет иммобилизации клеток микроорганизмов носителями, которые удерживают их длительное время, а также обеспечивают свободную диффузию низкомолекулярных соединений через матрицу носителя. Под низкомолекулярными соединениями подразумеваются молекулы экотоксикантов, а также клеточные метаболиты, свободный доступ и отвод которых необходим для поддержания жизнеспособности клеток в течение длительного времени.

Наиболее перспективным выглядит применение в качестве носителя синтетических гелей, в частности криогеля поливинилового спирта (ПВС). Разработан биорецептор, представляющий собой клетки фотобактерий P. phosphoreum, иммобилизованные в криогель ПВС.

Исследовано изменение остаточного уровня биолюминесценции иммобилизованных клеток фотобактерий при пропускании через проточную ячейку, содержащую гранулы с клетками, включенными в криогель ПВС, растворов с определенными концентрациями ионов тяжелых металлов в течение 30 минут при разных скоростях протока среды (0,75—3,0 мл/мин). Определены нижние пределы обнаружения исследованных ионов тяжелых металлов.

Установлено, что для использованной в эксперименте аналитической системы линейные диапазоны обнаружения составляют от двух до четырех порядков по концентрациям (рисунок).

В отдельных случаях нижние пределы  обнаружения оказались меньше ПДК ионов тяжелых металлов в водных средах (таблица).

Нижние пределы обнаружения ионов тяжелых металлов при использовании иммобилизованных клеток P. phosphoreum и  значения ПДК

Ион

Скорость протока, мл/мин

ПДК, мг/мл

0,75

2,25

3,00

Нижний предел обнаружения, мг/мл

Hg2+

7,0∙10-5

3,0∙10-5

8,210-6

5,0∙10-3

Co2+

1,2∙10-3

3,0∙10-4

6,0∙10-5

1,2∙10-5

Pb2+

1,2∙10-5

6,0∙10-6

2,0∙10-6

3,8∙10-5

Таким образом, показана возможность обнаружения ионов тяжелых металлов в водной среде до того, как проявится негативный эффект от их воздействия на состояние живых объектов. Благодаря высокой стабильности иммобилизованных клеток в отсутствие экотоксикантов в проточной воде, возможен длительный мониторинг водных объектов (по крайней мере в течение 10 суток).

The Detection of Heavy Metal Ions in Flowing Waters Using a Biosensor Based on Immobilized Photobacteria Cells

Kholstov A. V., Molotilin T. Yu., Mustafaev R. M., Efremenko E. N., Department of Chemistry, M. V. Lomonosov Moscow State University, Moscow, Russia

The biosensor based on the P. phosphoreum photobacteria cells immobilized on the poly(vinyl alcohol) cryogel has been developed. The study has demonstrated that it can be effectively used to detect heavy metals ions in flowing waters at concentrations that are below prescribed maximum allowable concentrations.

Главная страница

Сведения об авторах

Холстов Александр Викторович, мл. науч. сотр., химический факультет, Московский государственный университет им. М. В. Ломоносова, Ленинские горы, 1, стр. 3, Москва, 119991, Россия. Тел./факс (495) 939-31-70. E-mail


© Независимое агентство экологической информации
Последние изменения внесены 03.04.11