1.1. Принципы нормирования химических веществ

В основе современного законодательства, регулирующего антропогенные нагрузки на окружающую природную среду и обеспечивающего безопасность, лежит система нормирования уровней концентраций загрязняющих веществ с использованием стандартов допустимых концентраций.

В России наиболее апробированной для характеристики загрязненности окружающей природной среды является система ПДК загрязняющих веществ в различных средах.

В основе разработки этих нормативов лежит анализ закономерностей отклика живых организмов на воздействие химических веществ, исследование взаимосвязи между величиной воздействия (концентрацией), временем воздействия (экспозицией) и эффектом.

Теоретическими принципами разработки ПДК являются положения, вытекающие из закономерностей реагирования на токсическое воздействие:

1. эффект действующего вещества пропорционален его концентрации;

2. биологическое действие любого, в частности химического, фактора подчиняется принципу пороговости, ниже которого эффекты воздействия не обнаруживаются.

Самым простым описанием закономерностей такого типа является уравнение Хабера

Е = С^.Т, (1)

где Е – эффект;

С – концентрация вещества;

Т – время воздействия вещества.

Уравнение Хабера приемлемо для токсичных химических веществ с кумулятивным действием.

В других случаях можно использовать формулу Майера

Е = к^.С, (2)

где к – константа, зависящая от свойств вещества.

Пользуясь (1), эффекты различных химических веществ можно сравнивать, если фиксировать одну из переменных.

Под временем воздействия (экспозицией) понимают период, в течение которого организм находится под воздействием исследуемого фактора, в частности химического вещества. Отличия во времени реагирования на одно и то же вещество у разных тест-организмов будут отражать отличия в их чувствительности.

Биотеститрование представляет собой токсикологический эксперимент, в ходе которого определяют степень токсичности химического вещества. Она характеризуется параметрами токсичности: максимально недействующей концентрацией (МНК), минимально действующей (пороговой) концентрацией (МДК), летальными концентрациями (ЛК) и т.д. Суть эксперимента заключается в том, что тест-организмы подвергаются воздействию серии последовательных концентраций исследуемого вещества и регистрируют реакцию в каждой серии, сравнивая с реакцией в контрольной серии.

Для описания связи параметров в ходе токсикологического эксперимента исследуют зависимость «доза – эффект» («концентрация – эффект») и по полученным кривым определяют параметры токсичности. Кривые являются кривыми распределения организмов или тест-реакций по их чувствительности или устойчивости к токсическому воздействию. При малых концентрациях (экспозициях) эффект воздействия проявляется у небольшого числа тест-организмов, они оказываются наиболее чувствительными (наименее устойчивыми) к воздействию. По мере увеличения концентрации (экспозиции) число устойчивых организмов падает.

В зависимости от времени проявления эффектов воздействия (экспозиции) различают несколько типов токсичности, например острое или хроническое токсическое действие.

Для каждого типа токсичности находят свои значения параметров. Для определения параметров токсичности строят кривые в логарифмической шкале и используют метод пробитов. В логарифмических – пробитных координатах кривая принимает прямолинейный вид, и простым графическим способом можно найти параметры токсичности.

На практике иногда зависимости более сложные, чем зависимости, описываемые формулой Хабера (1). Реакция на воздействие некоторых химических веществ часто имеет фазный характер. Часто на воздействие малых концентраций тест-организмы отвечают стимуляцией жизненных функций, а больших – угнетением и гибелью. Иногда направленность изменений по мере увеличения концентраций меняется.

В табл. 1 приведены примеры величин ПДК некоторых приоритетных металлов в различных средах: в воздухе населенных мест, питьевой воде и воде рыбохозяйственных водоемов.

Таблица 1. ПДК токсичных металлов (в перерасчете на ион)

в окружающей среде

Металл	Величина ПДК
	ПДКмр*, мг/м3	ПДКск**, мг/м3	ПДКв***, мг/л	ПДКвр****, мг/л
Ртуть	0,01 0,05 (HgO)	0,0003	0,005 (HgO) 0,0005 (Hg2+)	-
Свинец	0,01	0,0003 0,0017 (PbSO4)	0,03-0,1	0,03-0,1
Цинк	0,5	0,05	1,0-50	0,01
Никель	0,05	0,001 (NiO) 0,0002 (NiSO4)	0,1	0,01 (Ni2+)
Медь	0,1	0,002	0,1-0,5	0,001-0,01
Кадмий	0,2	0,001	0,01	0,005
Кобальт	0,5	0,001	1,0	0,01
Железо	-	0,04 (Fe2O3) 0,07 (FeO4)	0,5 (Fe2+)	0,5

*ПДК_мр – предельно допустимая максимальная разовая концентрация в воздухе населенных мест;

**ПДК_ск – предельно допустимая среднесуточная концентрация в воздухе населенных мест;

***ПДК_в – предельно дополнительная концентрация в питьевой воде;

****ПДК_вр – предельно допустимая концентрация в воде рыбохозяйственных водоемов.

Для сравнения степени токсичности различных химических веществ используют ряды молярной токсичности, отражающие увеличение минимального молярного количества металла, необходимого для проявления токсического эффекта по отношению к металлу с наибольшей токсичностью (табл. 2).

Загрязнение окружающей среды почти всегда носит комплексный характер. В состав загрязненения входит не одно химическое вещество, а несколько, которые в разных соотношениях и комбинациях могут вызывать различные эффекты.

Например, известен эффект суммирования для диоксида азота и формальдегида, фенола и ацетона, этанола и целой группы органических веществ. Для токсичных веществ безопасная концентрация в окружающей среде определяется отношением С/ПДК < 1, то есть концентрация нормируемого вещества не должна быть больше единицы.

Таблица 2. Молярная токсичность металлов

Организмы	Ряды токсичности
Водоросли	Hg > Cu > Cd > Fe > Cr > Zn > Co > Mn
Грибки	Ag > Hg > Cu > Cd > Cr > Ni > Pb > Co > Zn > Fe
Цветущие растения	Hg > Pb > Cu > Cd > Cr > Ni > Zn
Рыбы	Ag > Hg > Cu > Pb > Cd > Al > Zn > Ni > Cr > Co > Mn > Sr
Млекопи-тающие	Ag, Hg, Cd > Cu, Pb, Sn, Be >> Mn, Zn, Fe, Ni, Cr >> Sr > > Cs, Li, Al

Общее (суммарное) загрязнение химическими веществами 1, 2... n не должно превышать единицы, то есть одного ПДК:

С/ПДК₁ + С/ПДК₂ + ... + С/ПДК_n  1. (3)

Нормирование воздействий химических веществ на человека имеет существенные особенности и относится к сфере санитарно-гигиенического нормирования.