Расследовать экологические преступления сложно. Природа не умеет жаловаться, а потерпевшие иногда годами не догадываются, что их здоровью причинён вред. Вещества-токсиканты мигрируют и трансформируются. Следы поражения зарастают. Часто неизвестно, что является маркером загрязнения, который надо искать. Нужен метод, способный выявлять следовые концентрации веществ; идентифицировать новые, ещё не описанные в научной литературе соединения; определять их структуру и химические свойства; предсказывать их превращения и на основе этих данных создавать доказательную базу и обосновывать причину загрязнения. Один из таких методов – хромато-масс-спектрометрия.
Алексей Константинович Буряк, директор ИФХЭ РАН, член-корреспондент РАН / © 2026 Ольга Макарова, ИФХЭ РАН
«Хромато-масс-спектрометрия (особенно ГХ-МС/МС, ВЭЖХ-МС/МС) в сочетании с методами машинного обучения является мощным инструментом экологической криминалистики. Она позволяет не только идентифицировать неизвестные загрязнители и их персистентные маркеры, но также реконструировать пути миграции токсикантов в экосистеме (включая пищевые цепи) и оценивать токсикологические риски, включая синергетические эффекты, возникающие при смешивании разных веществ. Ключевым требованием к доказательной базе является наличие воспроизводимых и аттестованных методик анализа и пробоподготовки и обязательное подтверждение структуры обнаруженных соединений независимыми методами», – рассказал директор ИФХЭ РАН, член-корреспондент РАН Алексей Константинович Буряк.
Как по хроматограмме определить возраст и происхождение нефтяного пятна
В работе, опубликованной в Science of The Total Environment, которую учёные ИФХЭ РАН выполнили совместно с РГУ нефти и газа им. И. М. Губкина, методом газовой хроматографии-масс-спектрометрии был определён состав загрязнителя в образцах почвы, взятых с территории заброшенной нефтебазы на полуострове Ямал, недалеко от заповедника «Ямальский». Концентрация нефтепродуктов в верхнем слое почвы достигала 107 ± 27 г/кг, что является крайне высоким показателем. В арктических условиях миграция нефтепродуктов происходит быстрее, чем их разложение. Нефтепродукты проникли вглубь почвы до слоя многолетней мерзлоты (глубина – 85 см). В почве обнаружено превышение концентраций тяжёлых металлов V, Cr, Cd, Pb, Ni и Zn по сравнению с фоновыми значениями в 2,3–9,7 раза.
Анастасия Евгеньевна Карнаева, кандидат химических наук, старший научный сотрудник лаборатории физико-химических основ хроматографии и хромато-масс-спектрометрии ИФХЭ РАН / © 2026 Ольга Макарова, ИФХЭ РАН
«Нефть – это смесь различных углеводородов. Их соотношение – молекулярный штрихкод, по которому можно многое узнать о нефтепродуктах: условия, в которых образовалась нефть, факт её переработки, фракцию, возраст загрязнения, – рассказала первый автор работы, кандидат химических наук, старший научный сотрудник лаборатории физико-химических основ хроматографии и хромато-масс-спектрометрии ИФХЭ РАН Анастасия Евгеньевна Карнаева. – Хроматограмма показала ряд пиков, соответствующих нормальным алканам – неразветвлённым углеводородным цепочкам с числом атомов углерода от 12 до 23. Это признак дизельного топлива – среднедистиллятной фракции нефти. Также были обнаружены специфические маркерные соединения, обычно присутствующие в дизельном топливе. Поэтому мы с уверенностью можем говорить: это не нефть, не мазут, не бензин, а дизель».
Различные углеводородные цепи разрушаются микробами с разной скоростью. Сравнивая соотношения интенсивности пиков хроматограммы для образцов с полуострова Ямал и для свежего дизеля, учёные сделали вывод, что загрязнение старое.
«Когда дизель стареет в арктических условиях, – объяснила Анастасия Евгеньевна Карнаева, – лёгкие алканы испаряются, средние алканы остаются. Отсутствие лёгких углеводородов – признак старого пролива. Но есть и другие способы оценить давность загрязнения. Неразветвлённые углеродные цепочки разрушаются микробами быстрее, чем разветвлённые, поэтому пики разветвлённых алканов на хроматограмме стали заметнее. Именно данные ГХ-МС позволили сделать вывод, что источником является старое дизельное топливо, а не свежий разлив».
1-Метил-триазол как маркер загрязнения несимметричным диметилгидразином
Большинство загрязнителей, таких как нефтепродукты, несимметричный диметилгидразин (НДМГ), пестициды – активные и высокореакционные вещества. В настоящее время мало изучено их воздействие на растения: метаболизация в тканях, вымывание при устранении источника загрязнения, влияние на рост и прорастание семян. Эти знания очень важны, потому что от того, как быстро и надёжно растения впитают токсиканты, зависит перспектива их последующего попадания в пищевые цепи и отравления людей.
В работе, опубликованной в Environmental Science and Pollution Research, учёные ИФХЭ РАН предложили использовать вещество класса триазолов – 1-метил-1,2,4-триазол (МТА) – как маркер загрязнения несимметричным диметилгидразином. Эксперименты проводились с кресс-салатом и кабачками, которые выращивались гидропонным методом.
МТА был выявлен во всех без исключения образцах растений, независимо от условий эксперимента: при проращивании семян в воде с разными концентрациями НДМГ (от 1 г/л до 10 г/л) и при опрыскивании проростков водным раствором НДМГ (имитация попадания только на надземную часть). МТА был зафиксирован даже при самой низкой концентрации загрязнителя (1 г/л), тогда как другие продукты трансформации НДМГ были обнаружены в растительной массе только при более высоких концентрациях (5 и 10 г/л).
При детектировании методом ГХ-МС (газовая хроматография-масс-спектрометрия) интенсивность пика МТА была наивысшей по сравнению с другими продуктами трансформации НДМГ. Этот пик хорошо заметен среди многочисленных растительных экстрактов, поэтому его обнаружение менее зависимо от чувствительности прибора.
«МТА накапливается в тканях растения уже через два часа после опрыскивания, – отметила Анастасия Евгеньевна Карнаева. – Это надежный маркер загрязнения несимметричным диметилгидразином».
Производные пестицидов в растениях
В работе, опубликованной в журнале Science of The Total Environment, учёные ИФХЭ РАН совместно с МГУ им. М. В. Ломоносова исследовали воздействие имидазола и триазола – веществ, входящих в состав пестицидов, – на растения. Рапс и люцерна, выращиваемые гидропонным методом, в течение двух недель обрабатывались токсикантами, затем были промыты и пересажены в чистую среду.
Рапс после переноса в чистую среду развивался интенсивнее, чем люцерна. Он активно усваивал имидазол и при высоких концентрациях (до 500 мкг/мл) cохранял жизнеспособность. Это позволяет использовать рапс для фиторемедиации почв, загрязненных имидазолом.
Имидазол активно вымывался из тканей растений. Если загрязнение произошло давно, следы имидазола, вероятно, не будут обнаружены. Триазол, напротив, накапливался и сохранялся в тканях. Поэтому триазол можно использовать как маркер загрязнения пестицидами. Присутствие триазола в растениях через длительное время после устранения загрязнения указывает на то, что он может накапливаться и попадать в организм животных и человека через пищевые цепи.
Учёные также впервые провели эксперимент по оценке токсичности, использовав для этого широко распространенную зеленую водоросль – ключевой тест-объект в экотоксикологии. Триазол показал токсичность, сходную с токсичностью исходных пестицидов. Имидазол при низких концентрациях был малотоксичен. Но смесь имидазола и триазола в низких концентрациях (2,5–25 мкг/мл каждого) проявляла задержанный, но устойчивый токсический эффект, причем сильнее, чем у каждого вещества в отдельности.
«Сочетание хромато-масс-спектрометрии с биотестами позволяет не только найти вещество, но и оценить его экологическую опасность, включая синергетические эффекты, – отметил Алексей Константинович Буряк. – При расследовании случаев комплексного отравления необходимо иметь в виду опасные комбинации загрязнителей и возможность усиления токсического действия в присутствии, казалось бы, малотоксичного вещества».
Триазолы и имидазолы входят в состав фунгицидов, которые широко используют в сельском хозяйстве, садоводстве и частном секторе. Такими фунгицидами обрабатывают поверхность фруктов для длительного хранения. Имидазолы используются при покраске тканей. Триазолы и имидазолы также являются продуктами трансформации несимметричного диметилгидразина и могут попадать в окружающую среду при проливах ракетного топлива. Широкое использование, стойкость и токсичность позволяют отнести имидазол и триазол к «новым загрязнителям». Эти вещества остаются растворёнными и плохо связываются почвой, следовательно, они мигрируют за пределы обработанных полей, загрязняя огромные территории.
Алексей Леонидович Милюшкин, кандидат химических наук, старший научный сотрудник лаборатории физико-химических основ хроматографии и хромато-масс-спектрометрии ИФХЭ РАН / © 2026 Ольга Макарова, ИФХЭ РАН
«Триазол должен учитываться при оценке экологических рисков пестицидов, так как его токсичность сопоставима с исходными пестицидами», – отметил кандидат химических наук, старший научный сотрудник лаборатории физико-химических основ хроматографии и хромато-масс-спектрометрии ИФХЭ РАН Алексей Леонидович Милюшкин.
«Успех экокриминалистического расследования определяется в первую очередь правильным выбором мишени для анализа – вещества-маркера, устойчивого к трансформации и вымыванию. Триазолы в этом смысле оказываются более надежными свидетелями загрязнения, чем сами исходные токсиканты или их нестабильные метаболиты, – сделала вывод Анастасия Евгеньевна Карнаева. – В то же время синергетические эффекты, выявленные для смеси имидазола и триазола, указывают: в реальной экосистеме вещества никогда не действуют поодиночке и малотоксичный компонент в сочетании с другим может стать источником серьезной отсроченной угрозы».
По материалам:
- Karnaeva A., Kulikova O., Mazlova E., Buryak A. Aged diesel and heavy metal pollution in the Arctic tundra (Yamal Peninsula, Russia). Science of the Total Environment, 2021, 792, 148471. DOI: 10.1016/j.scitotenv.2021.148471.
- Karnaeva A. E., Milyushkin A. L., Khesina Z. B., Buryak A. K. 1-Methyl-1H-1, 2, 4-triazole as the main marker of 1, 1-dimethylhydrazine exposure in plants. Environmental Science and Pollution Research, 2022, 29(42), 64225-64231. DOI: 10.1007/s11356-022-22157-y.
- Karnaeva A. E., Milyushkin A. L., Yarykin D. I. Uptake and leaching of toxic heterocyclic UDMH transformation products in water-plant system. Journal of Food Composition and Analysis, 2025, 141, 107345. DOI: 10.1016/j.jfca.2025.107345.
- Karnaeva A. E., Milyushkin A. L., Khazanova K. P., Rostanets D. V. Effects of imidazole and triazole on burr medic and oilseed rape seedlings: Phytotoxicity, transformation, and bioaccumulation. Science of the Total Environment, 2025, 1004, 180772. DOI: 10.1016/j.scitotenv.2025.180772.
Текст: Ольга Макарова / ИФХЭ РАН
В других источниках: Сетевое издание Коммерсантъ. Наука 21/09/2026