РОЗДІЛ 2
ЕКСПЕРИМЕНТАЛЬНА ЧАСТИНА
2.1. Місце, умови та методика проведення досліджень
Дослідження були проведені в 1994-2001 р.р. на дослідному полі СНАУ з
використанням часопрольотної плазмово-десорбційної мас-спектрометрії (ПДМС) для
обгрунтування екологічно безпечного використання гербіцидів з класу
сульфонілсечовин, зокрема препаратів Гранстар, Хармоні, Тітус, шляхом
прогнозування їх поведінки в об’єктах агроекосистем з метою запобігання
забруднення навколишнього середовища і одержання якісної сільськогосподарської
продукції.
Усього протягом 1994-2001 р.р. дисертантом проаналізовано 1500 зразків.
Біохімічні аналізи проведені дисертантом на кафедрі захисту рослин СНАУ і в
лабораторії мас-спектрометрії відділу біофізики Інституту прикладної фізики
Національної Академії Наук України, Суми. Окремі експерименти з використанням
лазерної мас-спектрометрії проведені в лабораторії мас-спектрометрії
Мюнстерського Університету, Німеччина, (зав. лаб., проф. Ясна П. Каталінич) і
відділі біохімії Університету штату Аризона, США, (зав. лаб., проф. П.Вільямс).
Метою зазначених експериментів було, по-перше, уточнення значень молекулярних
мас діючих речовин гербіцидів, а також їх фрагментів, що підлягали вивченню і,
по-друге, відпрацювання технології винайдення піків квазимолекулярних іонів, що
відповідають діючим речовинам гербіцидів в рослинних “біоматрицях”. В
експериментах брали участь пост-док лабораторії біохімії Університету штату
Аризона, к.ф.-м.н. Аксьонов С.А. і аспірант ІПФ НАНУ Калінкевич А.Н.
Мас-спектрометричні дослідження
Сульфонілсечовини в зразках рослинних тканин та грунтів визначали за допомогою
оригінальних, розроблених за участю дисертанта методик на основі
м’якоіонізаційної мас-спектрометрії: часопрольотної плазмово-десорбційної
мас-спектрометрії з іонізацією уламками поділу 252Cf (ПДМС) (мас-спектрометр
біологічний «МСБХ», ВАТ SELMI, Україна (спільна розробка НДІ радіаційної
техніки й автоматизації, Москва, Росія і ВО “Електрон”, Суми, Україна) (рис.
2.1) [99, 100].
З рідкофазних зразків відбирали аліквоти обсягом 20 мкл, які наносили на
пробонесучий позолочений диск приладу "МСБХ". Швидко (протягом 5-6 хв)
підсушували краплю зразка в струмені азоту. Проводили реєстрацію мас-спектра в
режимі автоматичного згладжування фону; кількість відліків (стартів)
40000-200000; прискорююча напруга, Uприск. + (-) 15 кВ. Аналіз отриманого
мас-спектра проводили за допомогою сервісної програми статистичної і
математичної обробки спектрів "МСБХ-4" (НДІ радіаційної техніки й
автоматизації, Москва, Росія).
Рис. 2.1. Мас-спектрометр біохімічний “МСБХ” (ВАТ SELMI,
Україна)
Мас-спектри в залежності від прикладеної прискорюючої напруги, містять піки
квазімолекулярних іонів (КМІ) типу [М+Н]+ чи [M-H]-, де М - молекулярна маса
аналізованої речовини в атомних одиницях маси (а.о.м.; u), а Н - протон.
Зокрема, діючій речовині гербіциду Гранстар - трибенурон-метилу з молекулярною
масою 395,5 а.о.м. відповідає пік КМІ з масою 396,5 а.о.м.; діючій речовині
гербіциду Тітус - римсульфурону (430,3 а.о.м.) - пік КМІ з масою 431,5 а.о.м.
Виходячи з співвідношень інтенсивності піків КМІ проводили визначення кількості
досліджуваних речовин у зразках. Для кожного зразка проводили по три виміри з
наступним усередненням результатів за допомогою вищезгаданої сервісної програми
й одержанням «сумарного» мас-спектра.
2.2. Використання ПДМС для аналізу гербіцидів з класу сульфонілсечовин в
об’єктах агроекосистем
Взагалі всі варіанти мас-спектрометричного методу базуються на одержанні за
допомогою тих чи інших фізичних чинників (електронного удару, високої напруги,
тепла, лазерного випромінення, дії високоенергетичних часток тощо) позитивно чи
негативно заряджених іонів досліджуваних молекул (analyte) у вакуумі з
наступним вимірюванням їхньої маси.
В мас-спектрометрії ПДМС іонізацію органічних молекул викликають
високоенергетичні (до 100 МеВ) уламки поділу радіонукліду 252Cf, які
утворюються в результаті безперервного поділу. Входячи з великою швидкістю в
поверхневі шари зразку уламки поділу викликають локальне (діаметр кратеру 30-50
нм) підвищення температури до 2000-3000оС.
Звичайно, що всі молекули, які входять до складу зразку і разом з ними
молекули, які становлять предмет аналізу, опинюючись в цій зоні розпеченої
плазми, “розпилюються”, набувають заряду і надходять у газову фазу. Далі вони
розділяються за зарядом та надходять «по черзі» до детектора: спочатку
найлегші, потім середньої маси, а наприкінець – найважчі (для ПДМС це 15000 –
20000 Да) (рис. 2.2). Весь наведений цикл подій займає час порядку десятків /
сотень мікросекунд, після чого неодноразово повторюється. Важливо, що розпад
радіонукліду перебігає безперервно і відбувається в просторі і часі досить
випадково.
Рис. 2.2. Принципова схема часопрольотного мас-спектрометра,
заснованого на іонізації молекул уламками поділу
252Cf [99]
Через це вся площа твердофазного зразку (в середньому 25-50 мм2) за повний
заданий оператором час аналізу (5-20 хв) зазнає впливу уламків поділу 252Cf,
іншими словами в методі ПДМС ми проводимо стохастичне сканування поверхні
зразку, одержуючи таким чином, масив піків так званих квазимолекулярних іонів
(КМІ) типу [M+H]+, або [M-H]- в залежності від знаку прискорюючої напруги
(Uприск.), які походять від молекул зразку внаслідок приєднання або, навпаки,
відділення протону (Н).
В результаті ми одержуємо сумарний спектр, який складається з піків КМІ,
інтенсивність яких в умовних одиницях безпосередньо пов’язана з кількістю
м
- Київ+380960830922