Доктор биол. наук, профессор, вед. науч. сотр. отд. гигиены ФГБУ «ЦСП» ФМБА России, 119121, Москва.
e-mail: AMalysheva@cspmz.ru
MD, PhD. DSci., full professor, Leading researcher of the Department of Hygiene Centre for Strategic Planning and Management of Biomedical Health Risks of the Federal Medical Biological Agency, Moscow, 119121, Russian Federation.
e-mail: AMalysheva@cspmz.ru
Введение. Трансформация веществ — актуальная проблема гигиены окружающей среды. Мочевина (карбамид) — продукт жизнедеятельности человека и животных — поступает в водоёмы с хозяйственно-бытовыми коллекторными сточными водами, поверхностным стоком в районах, использующих карбамид как удобрение, со сбросами отходов животноводческих комплексов, стоками предприятий, производящих карбамид. Можно выделить два аспекта, связанных с загрязнением карбамидом водных объектов: отсутствие прямого инструментального метода контроля карбамида, а также отсутствие комплексного подхода к контролю мочевины и продуктов её биотрансформации: аммония, нитритов, нитратов. Эти два фактора определили актуальность исследований.
Материалы и методы. Исследование выполнено с использованием ионохроматографической системы «Стайер» с анионными и катионными разделяющими колонками: Phenomenex Star-Ion™ A300 — 100/4.6 (USА) и Shodex IC YS-50 150/4.6 (Japan). При разработке метода анализа мочевины применяли катионную колонку «Аквилон» Aquiline C1P, 5µ, 150/4,6 с кондуктометрическим и амперометрическим детектированием. Объектами исследований являлись поверхностная, бутилированная, водопроводная вода централизованной системы питьевого водоснабжения, модельные водные растворы карбамида. В качестве источника уреазы использована почва (дерново-подзолистая) из Учебно-опытного почвенно-экологического центра «Чашниково» МГУ им. М.В. Ломоносова.
Результаты. Предложен новый высокочувствительный ионохромато-графический метод определения мочевины в воде различных водных объектов с чувствительностью на уровне 5 мг/дм3 при прямом вводе пробы и с использованием пробоподготовки — 0,5 мг/дм3. Представлены результаты исследований на содержание мочевины и продуктов её биохимической трансформации модельных водных растворов мочевины, поверхностной, водопроводной воды г. Москвы, ряда бутилированных вод. Выявлено присутствие мочевины в поверхностной воде и водопроводной воде г. Москвы, а также установлена корреляция между содержанием мочевины и ионами аммония, нитритами и нитратами в воде.
Ограничения исследования. Исследования ограничены водой водных объектов с общей минерализацией не выше 15 мг-экв/дм3, содержание мочевины в которых выше 0,5 мг/дм3.
Заключение. При проведении контроля за загрязнением мочевиной различных водных объектов установлена необходимость учёта продуктов её биотрансформации под действием уреазы, поскольку в результате процессов биотрансформации мочевины из малотоксичного вещества возможно образование более токсичных продуктов – нитритов, нитратов, аммония. Применение кинетического подхода для изучения процессов биотрансформации мочевины в воде в модельных условиях показало, что экстремальный тип кинетических кривых соответствует образованию промежуточных продуктов (нитритов), возрастающий тип — образованию и накоплению конечных продуктов (нитратов и ионов аммония).
Участие авторов:
Абрамов Е.Г. — сбор и обработка материала, статистическая обработка, написание текста;
Малышева А.Г. — концепция и дизайн исследования, написание текста, редактирование, утверждение окончательного варианта статьи, ответственность за целостность всех частей статьи.
Конфликт интересов. Авторы декларируют отсутствие явных и потенциальных конфликтов интересов в связи с публикацией данной статьи.
Финансирование. Исследование не имело финансовой поддержки.
Поступила: 04.08.2021 / Принята к печати: 25.11.2021 / Опубликована: 09.02.2022
Introduction. The transformation of substances is an urgent problem of environmental hygiene. Urea (carbamide) is a product of human and animal life — enters water objects with household collector wastewater, surface runoff in areas that use urea as fertilizer, waste discharges from livestock complexes, and effluents of enterprises that produce carbamide. Two aspects of the problems associated with urea contamination of water bodies can be identified: the lack of a direct instrumental method for controlling urea and the lack of a comprehensive approach to controlling urea and its biotransformation products: ammonium, nitrites and nitrates. These two factors determined the relevance of the research.
Materials and methods. The studies used the «Stayer» ionic chromatography system with anionic and cationic separation columns: Phenomenex Star-Ion™ A-300 100/4.6 USA; Shodex IC YS-50 150/4.6 Japan; when developing the urea analysis method, the «Aquilon» cationic column AQULINE C1P, 5µ,150/4.6 was used. The detection is conductometric and amperometric. The research objects were: surface, bottled, tap water, model water solutions of carbamide. As a urease source, the soil (sod-podzolic) from the Educational and Experimental Soil-Ecological Center of the Lomonosov Moscow State University “Chashnikovo” was used.
Results. A new highly sensitive ion chromatographic method for determining urea in the water of various water bodies with a sensitivity of 5 mg/dm3 with direct sample input and using sample preparation — 0.5 mg/dm3 is proposed. The results of studies of model aqueous solutions of urea, surface water, tap water of Moscow, many bottled water samples on the content of urea and products of its biochemical transformation are presented. The presence of urea in the surface water and tap water of Moscow was revealed, and a correlation between the urea content and ammonium ions, nitrites and nitrates in the water was stated.
Limitations of the study. The studies were carried out with waters whose total mineralization did not exceed 15 mg-eq/dm3 (water of river Don), and the urea content established in the water samples was not lower than 0.5 mg/dm3.
Conclusion. When monitoring urea contamination of various water bodies, it is necessary to consider the products of its biotransformation under the action of urease, for as a result of the processes of urea biotransformation, a low-toxic substance can form more toxic products: nitrites, nitrates and ammonium. Applying the kinetic approach to study the processes of urea biotransformation in water under model conditions showed that the extreme type of kinetic curves corresponds to the formation of intermediate products — nitrites, and the increasing type corresponds to the formation and accumulation of final products — nitrates and ammonium ions.
Contribution:
Abramov E.G. — collection and processing of material, statistics, writing a text.
Malysheva А.G. — research concept and design, writing a text, editing, approval of the final version of the article, responsibility for the integrity of all parts of the article.
Conflict of interest. The authors declare no conflict of interest.
Acknowledgement. The study had no sponsorship.
Received: August 4, 2021 / Accepted: November 25, 2021 / Published: February 09, 2022
The authors declare that there are no conflicts of interest present.