1.1.3. Стабилизация, хранение и транспортировка проб для анализа

Пробы объектов окружающей среды могут отбираться как непосредственно перед анализом, так и заблаговременно. В последнем случае применяются промежуточные операции хранения и стабилизации проб.

Хранение проб, в том числе содержащих следовые количества анализируемых веществ, осложнено проблемой их потерь за счет сорбции на стенках сосудов, а также разрушения в растворителях и на поверхностях носителей под действием кислорода, света и других факторов внешней среды. В воде протекают процессы окисления-восстановления (чаще окисления из-за наличия в воде растворенного кислорода), биохимические процессы с участием бактерий и других живущих в ней биообъектов, а также физические и физико-химические процессы сорбции, седиментации и др. В водных растворах, например, нитраты в присутствии органики могут восстанавливаться до нитритов или даже до ионов аммония (а в отсутствии органики эти процессы могут идти в обратную сторону из-за наличия в воде растворенного кислорода), а сульфаты - до сульфитов. Сам растворенный кислород может расходоваться на окисление этих органических веществ. Соответственно могут изменяться и органолептические свойства воды - запах, вкус, цвет, мутность.

Некоторые элементы и их соединения способны довольно легко адсорбироваться на стенках сосудов (железо, алюминий, медь, кадмий, марганец, хром, цинк, фосфаты и др.). Из стекла (особенно из темного) или пластмассы бутылей, напротив, ряд микроэлементов и следы веществ могут выщелачиваться (бор, кремний, натрий, калий и др.). Указанные процессы иногда довольно значительно сказываются на ухудшении достоверности и точности последующего анализа, поэтому данная группа технологических процедур хранения и стабилизации проб в экоаналитическом контроле имеет важное значение.

Применение экспрессных полевых методов анализа «на месте» помогает избежать многих осложнений с изменениями состояния анализируемых проб, однако это удается далеко не всегда, поэтому необходимо иметь представление о процессах, идущих в средах при хранении проб, а также знать правила его правильного осуществления. В зависимости от предполагаемой продолжительности хранения отобранных проб иногда применяют процедуры их консервации (стабилизации). При этом универсального консервирующего средства не существует, поэтому для анализа отбирают несколько проб, каждую из которых консервируют, добавляя соответствующие химикаты или применяя другие специальные приемы стабилизации.

Для этого используют различные способы: применение максимально инертной (соответствующей свойствам веществ) посуды; приемы «захолаживания» и затемнения пробы; обработку (продувку) ее инертными газами; предварительное насыщение рабочих поверхностей веществом, аналогичным анализируемому («тренировка» поверхностей); введение дополнительных веществ-стабилизаторов и т.д. Стараются также максимально сокращать время хранения и доставки проб, так как применение консервирующих средств полностью не предохраняет определяемое вещество или саму среду от изменений. Поэтому стараются даже консервированные пробы анализировать сразу или на следующий день, но не позднее, чем на третьи сутки после отбора пробы. При этом консервация сточных вод вообще весьма затруднительна. Но тем не менее, данный технологический прием применяется довольно часто.

Рассмотрим некоторые общие правила консервации и других способов предварительной обработки проб, пояснив их типичными примерами.

В процессе экоаналитической деятельности для обеспечения достоверности результатов все реагенты, особенно применяемые в больших количествах (вода, прочие растворители и др.), должны быть по возможности высочайшей чистоты (с индексами очистки ОСЧ, ХЧ или хотя бы ЧДА). При этом для определения очень низких концентраций (одна часть на триллион и ниже) даже реагенты высокой чистоты перед применением необходимо очищать дополнительно. Поэтому реагенты (в том числе для растворения и стабилизации с их помощью проб) следует выбирать не только исходя из их химических свойств, но и с точки зрения возможностей качественной очистки. Так, предпочтительны кислоты, которые можно перегнать при низкой температуре (НСl, HNO₃). Следует избегать использования окрашенных пробок, поскольку пигменты могут содержать загрязняющие вещества или сами загрязнять хранящиеся под ними пробы.

Материалы, из которых изготовлены сосуды, устройства и инструменты для отбора проб, должны быть устойчивыми к действию образца или реагента. Их поверхность должна быть гладкой (не допускаются ржавые пинцеты или шпатели) и легко очищаться. В этом отношении наилучшие свойства имеет посуда из тефлона, однако следует учитывать, что она имеет зернистую структуру и может адсорбировать многие соединения (особенно при повышенной температуре). Желательно использовать тщательно вымытые стеклянные (притертые) или полиэтиленовые (тефлоновые) пробки. Корковые или резиновые пробки предварительно кипятят в дистиллированной воде или обертывают полиэтиленовой пленкой.

Установлено также, что подготовленная для отбора образцов или проб стеклянная и полиэтиленовая посуда через несколько часов накапливает на поверхности загрязнения, адсорбируя их из воздуха лаборатории. Поэтому посуду необходимо обрабатывать непосредственно перед употреблением. В некоторых работах предлагается выдерживать стеклянную посуду перед использованием в течение 12 часов при 500°С [21]. Полимерные контейнеры и другую посуду обычно выдерживают несколько дней заполненными разбавленной (10%-ной) азотной кислотой (квалификации не хуже ХЧ) с ежедневным ее обновлением и промывкой посуды дистиллированной водой высокой чистоты. При этом не рекомендуется ополаскивать посуду органическими растворителями. Если контейнер используется для отбора биопроб, то его заполняют водой, поскольку кислоты могут впитываться в полимеры. Полиэтиленовые бутыли для проб воды при определении ртути необходимо предварительно обрабатывать хлороформом и парами царской водки (только в этом случае можно избежать потерь ртути из-за ее реакций с добавками, содержащимися в полиолефиновых пластмассах).
Известно, например, что такие супертоксиканты, как ПХДД, ПХДФ, ПХБ, ПАУ и ХОП, содержащиеся в пробах воды, сильно адсорбируются стенками полиэтиленовых сосудов [22], а ионы тяжелых металлов из стекла переходят в воду. Кроме того, при хранении проб органических 3В резко возрастает (по сравнению с неорганическими) опасность их окисления, гидролиза, фотолиза, ферментативных и бактериальных превращений. Эти эффекты часто зависят от концентрации веществ, что еще более усложняет задачу. Так, например, под влиянием примесей металлов даже при весьма низких температурах (меньше +10 и даже 0°С) из простейших ароматических и циклогексановых углеводородов могут образоваться ПАУ [23], которых на самом деле в анализируемой среде первоначально не было. Многие аминокислоты (например, фенилаланин, триптофан, тирозин, пиримидиновые и пуриновые основания нуклеотидов) также имеют в своем составе ароматические кольца и при повышении температуры и при наличии катализаторов также могут конденсироваться с образованием ПАУ, что может приводить к искажению результатов при анализе неправильно хранившихся растительных и животных тканей. Именно поэтому такие образцы (как уже указывалось выше) обычно хранят замороженными.

Особые меры предосторожности необходимо соблюдать при хранении проб хлорированной водопроводной воды, содержащей, например, ПАУ в следовых концентрациях (1-3 нг/л). Установлено, что даже при 5°С в процессе хранения таких проб в течение 18 суток многие из углеводородов исчезают практически полностью. Поэтому для устранения потерь ПАУ рекомендуется в этом случае хранимые пробы стабилизировать добавлением сульфита натрия, а также хранить их в темноте [6]. Кроме того, все ПАУ склонны к адсорбции, поэтому нежелательно переливание проб из одной емкости в другую и т.п. При хранении проб сточных вод, например, нефтехимических предприятий следует учитывать присутствие в воде диспергированных нефтепродуктов, в капельках и пленках которых растворяется основная часть ПАУ. В частности, содержание 3,4-бенз(а)пирена в стоках таких предприятий может на 3-4 порядка превышать его растворимость в чистой воде [24].

В случае «обычных», наиболее часто загрязняющих воду веществ применяются довольно простые и давно проверенные способы консервации и хранения проб, примеры которых описаны в оригинальном Руководстве по экспресс-анализу воды полевыми методами [25]. Консервация проб воды, как уже отмечалось ранее, преследует цель сохранения компонентов, определяемых в ней, и свойств воды в том состоянии, в котором она находилась в момент взятия пробы.

Однако при добавлении к водным пробам их стабилизаторов всегда необходимо всесторонне учитывать их свойства и те осложнения, которые могут возникнуть при анализе из-за применения консервирующих добавок. Так, например, известно, что для предотвращения коагуляции крови к ней очень часто добавляют этилендиаминтетрауксусную кислоту (ЭДТА), которая связывает тяжелые металлы.

Большие трудности при определении фоновых и других следовых количеств 3В возникают в связи с тем, что уровни их содержания в природных объектах могут быть сравнимы с количествами этих соединений, вносимыми в образец с используемыми в анализе реагентами или при поступлении из окружающего воздуха. Влияние указанных примесей на результат анализа в общем случае оценить довольно сложно, поэтому на последующих стадиях анализа обычно их пытаются учесть с использованием процедуры «холостого» («глухого», контрольного или фонового) опыта, результат которого вычитается из результата «рабочего» определения.
Несмотря на стабилизацию (консервацию) проб, время их хранения и транспортировки для анализа должно быть минимальным. Для этого стараются размещать стационарные экоаналитические лаборатории как можно ближе к контролируемому природному объекту. Используют и передвижные лаборатории на автомашинах, где применяются упрощенные и менее точные экспресс-методы, а также полевые переносные лаборатории (см., например, [26]).
Если нельзя обеспечить полностью соответствующие условия работы на месте отбора проб (мороз, плохое освещение, недостаток времени) или требуется высокоточный результат, рекомендуется перевозить пробы в стационарную лабораторию.

Транспортировать пробы воды следует быстро, но осторожно, в соответствующей таре и упаковке, гарантирующих сохранность и предохраняющих воду от замерзания или перегревания.
Для транспортировки водных растворов особо токсичных веществ применяют специальные герметичные металлические защитные контейнеры, сконструированные по принципу «матрешки».
Принципиально следует избегать процедуры хранения проб воды (да и других объектов), однако если это неизбежно, то хранить их надо консервированными, не более одних суток, при пониженной температуре (например, в рабочем холодильнике) обычно до следующего утра. Целесообразно также не допускать при хранении проб воды попадания на них прямых солнечных или других ярких лучей света. Емкости с пробами воды должны наполняться почти доверху («под пробку») так, чтобы в них оставалась минимальная воздушная подушка (1-2 см). Наполненные водой сосуды также должны герметично закрываться. С целью получения точных результатов требуется строго соблюдать установленные методикой сроки хранения, особенно если пробы доставляют не работники лаборатории.

Пробы, взятые неспециалистами, неточно маркированные и доставленные в лабораторию через несколько дней после пробоотбора, бесполезны, и анализ их делать бессмысленно, так как получаемые результаты ненадежны.

Источником искажающих анализ загрязнений проб воздуха могут быть как мешающие примеси в анализируемой воздушной среде, так и сам аналитик. В частности, в продуктах выделения человека в воздух идентифицированы около 135 различных соединений, часть из которых потом поглощается анализируемыми средами из воздуха (например, бензол, толуол, ХОС, ПАУ и др. [6]) или концентрируется на волосах и коже, а табачный дым, выдыхаемый курильщиком, содержит в среднем от 0,1 до 27 нг диметилнитрозамина. Содержащиеся в воздухе лаборатории примеси могут поглощаться сорбентами, используемыми для концентри-рования и разделения определяемых веществ. По этой же причине фильтровальная бумага и пластинки для тонкослойной хроматографии (ТСХ) должны храниться в специальных условиях.
Если аналитическая лаборатория расположена вблизи транспортных магистралей или по соседству с промышленными предприятиями, то пылевые или газовые выбросы автотранспорта и технологических установок могут вызывать такое загрязнение образца или пробы, которое на порядок или более превысит истинное содержание определяемого компонента В таком случае всю экоаналитическую лабораторную работу нужно выполнять в специальных помещениях, оборудованных высокоэффективными фильтрами для очистки не только выбрасываемого, но и приточного воздуха.

Особенностью проб воздуха является то, что как таковые (воздух, отобранный в специальные емкости) их практически никогда не хранят. Исключение составляют пробы веществ, отделенных от воздушной среды путем аспирации в жидкость или сорбции на твердые поглотители. При этом в первом случае применяются все описанные процедуры стабилизации и хранения водных (жидкостных) проб, а с пробами по второму варианту поглощения поступают, как и с пробами твердых образцов (например, почвы), что описывается далее.

Хранение проб почвы,  отобранной для анализа, определяется как спецификой самой почвы, так и свойствами загрязняющих ее веществ. Систематизированных и подробных описаний этих процедур в российской литературе по экоаналитическому контролю не известно. Краткие указания рассредоточены по отдельным методикам анализа почв и встречаются довольно редко. Среди современной экологической литературы, содержащей такие сведения, можно назвать фундаментальный Справочник инженера-эколога [5].

При экоаналитическом контроле загрязнения почв пестицидами и минеральными удобрениями, как и во всех остальных случаях, стараются пробы почвы на содержание остатков химикатов анализировать как можно раньше в естественно-влажном состоянии. Если в течение одного дня анализ провести невозможно, пробы, отобранные для определения содержания, например, хлорорганических пестицидов (ХОП), высушивают до воздушно-сухого состояния в темном помещении. При определении фосфорорганических пестицидов (ФОП) почвенные пробы рекомендуется хранить в холодильнике без высушивания не более 3 суток при температуре не выше 4°С. Время хранения экстрактов ФОП - не более 10 суток, а ХОП - 30 суток. Пробы почвы на содержание остатков удобрении (так же, как и в случае с ХОП) анализируют в воздушно-сухом состоянии.

В соответствии с существующими общими требованиями к отбору проб почвы (ГОСТ 17.4.3.01-83 - СТ СЭВ 3847-82) упаковку, транспортирование и хранение проб осуществляют в зависимости от цели и метода анализа. Пробы, отобранные для химического анализа в стеклянные банки с притертыми пробками, следует упаковывать, транспортировать и хранить в емкостях из химически нейтрального материала. Допускается анализ проб в течение 2 суток при условии, что температура хранения не превышала 4°С. В процессе транспортировки и хранения почвенных проб должны быть приняты меры по предупреждению возможности их вторичного загрязнения.
При хранении биопроб- организменных жидкостей (моча, плазма, сыворотка крови, лимфа, слюна и др.), тканей (мышцы, жир, волосы и т.д.), органов (мозг, печень, почки, легкие и др.), растений, пищевых продуктов и т.д. необходимо учитывать их особенности. Например, работа с мочой требует постоянного контроля за изменением рН, так как она увеличивается со временем из-за действия бактерий, в ней содержащихся. Активность последних уменьшают добавлением борной кислоты и антибактериальных препаратов, однако при такой стабилизации следует учитывать возможность влияния и этих веществ на результаты анализов, применяя «холостые» опыты с введением в них таких же, как в стабилизируемой пробе, концентраций. В конечном итоге оптимальным способом стабилизации проб мочи считается добавление 1 мл ледяной уксусной кислоты к 100 мл мочи (до рН 3,3—4,3). Однако при определении ртути мочу необходимо стабилизировать не уксусной кислотой, а подкислять пробы азотной кислотой до рН, равного 1 и ниже.

К факторам, определяющим получение корректных результатов при анализе крови (плазма, сыворотки), относятся, помимо правильности отбора проб и последующей пробоподготовки, ее хранение до анализа и содержание в ней метаболитов. Если для предотвращения свертывания крови используют антикоагулянты, необходимо иметь в виду, что гепарин, применяемый для этого, вытесняет жирные кислоты из их соединений с альбумином. Это, с одной стороны, увеличивает связывание белками токсичных соединений, а с другой - влияет на накопление последних в ли-пидах. Кроме того, некоторые антикоагулянты (ЭДТА, NаF) вызывают дегидратацию эритроцитов и разбавляют плазму.

При хранении проб слюны в первую очередь следует замедлить ее ферментативную активность, так как содержащиеся в ней энзимы (ферменты амилаза, фосфатаза, эстеразы и пр.) могут повлиять на метаболи ческие изменения определяемых в ней 3В. Чтобы избежать поглощения следовых количеств, например, супертоксикантов стенками посуды, слюну рекомендуется хранить в склянках из фторопласта. Необходимо также иметь в виду, что содержащиеся в слюне белковые вещества (альбумины, липопротеиды, глобулины и др.) могут связывать анализируемые в ней токсичные вещества, например, тяжелые металлы.

С точки зрения хранения проб, одним из самых «неудобных» для анализа биообъектов является печень. Так, даже после принятия всех необходимых мер (например, глубокого замораживания) в конечном итоге не удается устранить все погрешности, связанные с хранением и пробоподготовкой образцов печени.

В общем случае химическим или бактериальным превращениям проб способствует наличие в них воды. В некоторых методиках перед хранением биопроб рекомендуется их сушка. Однако она обычно необратимо меняет их биологическую матрицу. Поэтому так называемую «сухую массу», как правило, применяют лишь для грубого сравнения данных, полученных в разных лабораториях (их данные и так должны расходиться из-за различий в технологии контроля). Так, например, большая часть ртути, мышьяка и селена при сушке теряются [6], поэтому в данном, да и в большинстве других случаев более предпочтительна лиофилизация (обычно - вакуумная сушка при пониженной температуре), в ходе которой биологический материал изменяется меньше.
Многие из описанных выше технологических процедур, связанных со стабилизацией, хранением и транспортировкой проб определяемых в объектах окружающей среды загрязняющих веществ, фактически являются операциями пробоподготовки. При этом не имеет значения место их проведения (в точке пробоотбора или непосредственно в аналитической лаборатории).
Таким образом, обе указанные операции - стабилизация и пробопод-готовка должны рассматриваться хотя и последовательно, но в едином комплексе экоаналитического цикла.