Американский Научный Журнал ОПРЕДЕЛЕНИЕ АДСОРБЦИИ ТЯЖЕЛЫХ МЕТАЛЛОВ НИТЧАТЫМИ ВОДОРОСЛЯМИ (11-14)

American Scientific Journal № ( 42) / 2020 11

С ЕЛЬСКОХОЗЯЙСТВЕННЫЕ НАУКИ

МРНТИ: 31.27.21

ОПРЕДЕЛЕНИЕ АДСОРБЦИИ ТЯЖЕЛЫХ МЕТАЛЛОВ НИТЧАТЫМИ ВОДОРОСЛЯМИ

Кабдулкаримова К.К., Сейлгазина С.М., Оралбекова А.М.
Некоммерческое акционерное общество
“Университет имени Шакарима города Семей”
Республика Казахс тан

DETERMINATION OF HEAVY METAL ADSORPTION BY FILAMENTOUS ALGAE

K. K. Kabdulkarimova, S.M.Seilgazina , A.M. Oralbekova
non -profit limited company
“Semey University named after Shakarim”
Kazakhstan

Аннотация. Товарищество с ограниченной ответственно стью (ТОО) "Казцинк" - одно из крупнейших
промышленных предприятий Восточно – Казахстанской области. От Казцинка до Иртыша поток воды
следует в следующем порядке: река Филипповка, Тихая, Ульба, Иртыш . Семей - крупный город на
Иртыше, воду которого берет "С емей Водоканал". В лабораторных условиях исследовалась возможность
использования нитчатых водорослей (улотрикс , спирогира, кладофора ) в качестве биологического
мониторинга в водоемах Семейского регио на. Так как, основными видами продукции ТОО «Казцинк»
явл яются металлы, такие как цинк, кадмий, свинец и медь, в лаборатории элементного анализа филиала
«Института Радиационной безопасности и экологии» Национальн ого ядерн ого центр а Республики
Казахстан (НЯ Ц РК ) (г. Курчатов) определена поглотительная способность нитчатых водорослей по
отношению к цинку, меди, кадмия, железа и свинца, а так же остаточная концентрация тяжелых металлов
в исследуемой воде. В холостой пробе определены такие элементы как Be , Cr, Mn , Fe, Co , Ni, Cu , Zn , Sr,
Cd , Cs , Pb , U. Концентрации этих элементов определяли методом масс – спектрометрии с индуктивно –
связанной плазмой (ИСП - МС) на приборе Agilent 7700 x и методом атомно – эмиссионной спектрометрии
(АЭС – ИСП ) на приборе iCAP 630 0 Duo . Анализы делали параллельно на этих ж е приборах в НЯЦ РК для
сверки результатов.
Статья представлена по результатам грантового проекта на 2020 -2022 годы «Разработка научных
рекомендаций и практических мероприятий по получению биологически активной ко рмовой добавки
для сельскохозяйственных жив отных, использованием водорослей и культивированной хлореллы».
ИРН AP 08956857
Abstract . Limited liability partnership (LLP) KAZZINC - one of the largest industrial enterprises of East
Kazakhstan region. From Kazzinc to the Irtys h water flow should be in the follow ing order: river Filippovka,
Quiet, Ulba and the Irtysh. Semey (former Semipalatinsk) is a large city on the Irtysh, the water of which is taken
by "Semey Vodokanal" [ 1]. In the laboratory we investigated the possibility of using filamentous algae (of ulot hrix,
Spirogyra, cladophora) as biological monitoring in the waters of the Semipalatinsk region. Since the main products
of "Kazzinc" LLP are metals such as zinc, cadmium, lead and copper, in the laboratory of elemental analysis of
the branch of "Institute of Radiation safety and ecology" of National nuclear center of the Republic of Kazakhstan
the absorption capacity of filamentous algae in relation to zinc, copper, cadmium, iron and lead, as well as the
residual concent ration of heavy metals in the test w ater is determined. In idle test identifies such elements as Be,
Cr, Mn, Fe, Co, Ni, Cu, Zn, Sr, Cd, Cs, Pb, and U. The concentrations of these elements were determined by
inductively coupled plasma mass spectrometry (IC P - MS) on the Agilent 7700x instrum ent and atomic emission
spectrometry (NPP – ISP) on the iCAP 6300 Duo.
Ключевые слова: нитчатые водоросли, токсичность, тяжелые металлы, метод масс – спектрометрии
с индуктивно – связанной плазмой (ИСП – МС ), метод атомно – эмиссионной спектрометрии (АЭС –
ИСП).
Keywords: filamentous algae, toxicity, heavy metals, inductively coupled plasma mass spectrometry (ICP –
MS), atomic emission spectrometry (AES – ICP ).

В настоящее время все больше внимания
уделяется появлению в водоемах веществ
антропогенного происхождения, токсичных для
большинства водных организмов уже в малых
концентрациях. По объему загрязнени я,
потенциальной биологической и экологичес кой
опасности наибольшую важность представляют
ТМ. Соединения ТМ, поступивших в водную среду,
немедленно вовлекаются в цепь разнообразных
перемещений и превращений под влиянием
многочисленных факторов. При этом пр оисходят
процессы физические (механическое
перемешивание, осаждение, адсорбция и
десорбция), химические (диссоциация, гидролиз,

12 American Scientific Journal № ( 42) / 2020
комплексообразование, окислительно -
восстановительные реакции), биологические
(поглощение живыми организмами, разрушение и
превра щение с участием ферментов и
метаболитов), геологические (захоронение в
донных осадках и породообразование) [1].
В водных экосистемах Семейского региона
нитчатые водоросли являются не только
основными первичными продуцентами
органического вещества, но и мо гут служить
биологическими индикаторами фун кционирования
фитопланктонного сообщества при загрязнении
водной среды. Преимущество использования
нитчатых водорослей в их распространенности, они
имеют короткий жизненный цикл, это позволяет
оценивать экологичес кие последствия воздействия
антропогенного фактора [2-3].
Целью работы явилось исследование
возможности использования нитчатых
многоклеточных водорослей, в биомониторинге
загрязнения Семейских водоемов тяжелыми
металлами.
В задачи исследования входило: оп ределить
поглотительную способнос ть нитчаты х водорослей
по отношению к цинку, меди, кадмия, железа и
свинца, а так же определить остаточную
концентрацию тяжелых металлов в исследуемой
воде, рассчитать массовую долю солей ТМ, которая
была адсорбирована водо рослями. Определить в
холостой пробе такие элементы как Be, Cr, Mn, Fe,
Co, Ni, Cu, Zn, Sr, Cd, Cs, Pb, U.
В работе использовали культуры
многоклеточных речных водорослей Семейских
водоемов. Точкой отбора проб послужила поселок
Бобровка, так как этот район является одним из
загрязненных частей горо да. Опыты проводили в
тефлоновых, герметичных стаканах емкостью 250
мл со 100 мл культуры водорослей, в автоклаве при
температуре 24 °С, влажности не более 80 %,
давлении – (90 -101) кПа. Были взяты 3 образца
нитча тых водорослей, принудительно были
добавлен ы нитраты тяжелых металлов (Fe, Cu , Zn ,
Cd , Pb ). В случае с водорослями спирогира ПДК
тяжелых металлов в воде превышает до 10 раз.
Концентрация принудительно добавленных ТМ в
случае со спирогирой составляет: Т (Pb 2+) = 0 ,16
мг/л, Т (Cd 2+) = 0 ,021 мг/л, Т (Cu 2+) = 0 ,01 мг/л,
Т(Zn 2+) = 0 ,02 мг/л, Т (Fe2+) = 0 ,16 мг/л. В случае с
водорослями улотрикс ПДК тяжелых металлов в
воде превышает от 10 до 50 раз. Концентрация
принудительно добавленных ТМ в случае с
улотрикс состав ляет: Т (Pb 2+) = 1,28 мг/л,
Т(Cd 2+) = 0 ,06 мг/л, Т (Cu 2+) = 0 ,02 мг/л, Т (Zn 2+) = 0 ,1
мг/л, Т (Fe2+) = 1,6 мг/л. В случае с водорослями
кладофора ПДК тяжелых металлов в воде
превышает от 50 до 100 раз. Концентрация
принудительно добавленных ТМ в случае с
кладо форой с оставляет: Т (Pb 2+) = 6,4 мг/л, Т (Cd 2+)
= 0 ,42 мг/л, Т (Cu 2+) = 0 ,05 мг/л, Т (Zn 2+) = 0 ,6 мг/л,
Т(Fe2+) = 6,43 мг/л.
В лаборатории элементного анализа филиала
«Института Радиационной безопасност и и
экологии» Национальн ого ядерн ого центр а
Республики Каз ахстан определена с одержание
элементов в нитчатых водорослях , где
принудительно были добавлены соли Fe, Cu , Zn ,
Cd , Pb (таблица 1) , а так же остаточная
концентрация тяжелых металлов в исследуемой
воде (таблица 2). Все анализы проведены на 3 сутки
испытания . Концентрации этих элементов
определяли мет одом масс – спектрометрии с
индуктивно – связанной плазмой (ИСП - МС) на
приборе Agilent 7700 x и методом атомно –
эмиссионной спектрометрии (АЭС – ИСП ) на
приборе iCAP 6300 Duo [4] .
Таблица 1
Содержание элемен тов в нитчатых водорослях
(пр инудительно были добавлены соли Fe , Cu , Zn , Cd , Pb )
Водоросль Содержание элементов мкг/л
Fe Cu Zn Cd Pb
Спирогира 750000 +120000 1200 +170 8700 +1300 280 +30 1400 +200
Улотрикс 870000 +140000 1300 +200 8000 +1300 140 +20 2300 +300
Кладофора 630000 +100000 1100 +170 10000 +1600 160 +23 11000 +1700

Таблица 2
Остаточная концентрация элементов в воде с водорослями
(принудительно были добавлены соли Fe , Cu , Zn , Cd , Pb )
Водоросль Содержание элементов мкг/л
Fe Cu Zn Cd Pb
Спирогира 84260 +11000 200 +10 2107 +100 14 4+21 366 +21
Улотрикс 115277 +10000 220 +20 2526 +23 42 +12 742 +42
Кладофора 90000 +10000 846 +20 1363 +80 187 +21 5700 +300
Примечание: приведенная в таблице расширенная неопределенность измерений вычислена с
коэффицентом охвата рав ным двум, что дает уровень достоверности приблизительно 95 %.

Эксперименты с тяжелыми металлами
выявили различную адсорбирующую способность
водорослей к определенному металлу,
относя щихся к видам одной и той же
таксономической группы [5,6] .
По полученным результатам (таблица 3) , что в
разных образцах водорослей видно, спирогира в

American Scientific Journal № ( 42) / 2020 13

наибольшей степени накапливает Fe, Zn и Cd,
улотрикс в наибольшей степени аккумулирует
железо и медь, кот орое не является физиологически
необходимым в большом количестве, путем
адсорбции на слизистых оболочках колоний.
Кладофора преимущественно аккумули рует Fe, Zn
и Pb . Данные по аккумуляции тяжелых металлов
макроводорослями подтверждают их активное
участие в седиментации ТМ.
Таблица 3
Адсорбция ионов тяжелых металлов водорослям и
Водоросль Адсорбированная массовая доля солей ТМ , %
Fe Cu Zn Cd Pb
Спирогира 89,9 % 85,7% 80,5% 66,0% 79,3%
Улотрикс 88,3 % 85,5% 76,0% 77,0% 75,6%
Кладофора 87,5% 56,5% 88,0% 46,0% 66,0%
В таблице 4 приведены результаты
количественного анализа во дорослей в холостой
пробе и показатели сходимос ти измерений,
полученные методом масс – спектрометрии с
индуктивно – связанной плазмой (ИСП - МС) на
приборе Agilent 7700x и методом атомно –
эмиссионной спектрометрии (АЭС – ИСП) на
приборе iCAP 6300 Duo. Опр еделены такие
элементы как Be, Cr, Mn, Fe, Co, Ni, Cu, Zn, Sr, Cd,
Cs, Pb, U.
Таблица 4
Элементный состав нитчатых водорослей в холостой пробе
Водоросль Содержание элементов мкг/л
Be Cr Mn Fe Co Ni
Спирогира 0,04 +0,01 0,03 +0,01 1,33 +0,02 2,02 +0,02 0,20 +0,01 2,33 +0,02
Улотрикс 0,06 +0,02 0,05 +0,02 1,20 +0,01 1,53 +0,01 0,13 +0,01 2,01 +0,01
Кладофора 0,07 +0,01 0,07 +0,01 1,30 +0,01 1,66 +0,01 0,15 +0,01 2,66 +0,03
Водоросль Содержание элементов мкг/л
Cu Zn Sr Cd Cs Pb U
Спирогира 3,33 +0,02 170,1 + 9,1 1,20 +0,02 0,06 +0,01 0,03 +0,01 1,43 +0,01 0,03 +0,01
Улотрикс 3,33 +0,02 200,0 +10,0 0,66 +0,01 0,06 +0,01 0,05 +0,02 1,39 +0,01 0,05 +0,02
Кладофора 1,33 +0,01 143,3 +5,6 0,88 +0,01 0,10 +0,01 0,08 +0,01 0,98 +0,01 0,07 +0,01
Нами было установлено, что водоросли имею т
способность адсорбировать тяжелые металлы и
другие токсичные вещества в больших
концентрациях всего на 3 сутки эксперимента
(Таблица 3), что преимущественно доказывает,
водоросли не должны находиться в воде
загрязненно й ТМ не более 3 су ток. В холостой
пр обе обнаружено высокое содержание таких
элементов, как железо, марганца и цинка, заметное
содержание свинца, меди и стронция. Остальные
элементы содержатся в незначительном
количестве. Выявлено, что уровень концентрации
токсичных металлов в холостой пробе водорослей
соответствует нормируемым показателям. По
содержанию токсичных элементов в исследуемых
образцах сделан вывод о благоприятной обстановке
прессных водоемов Семейского региона.

Список литературы
1.Бабкина С.С. Определение и
прог нозирование содерж ания в природной воде
ионов тяжелых металлов на примере меди, цинка,
железа и марганца/С.С. Бабкина [и др.] //
Учен.зап.Казан.ун -та. Сер.Естеств. наук. – 2013. –
Т.155, кн.1. – с.87 –94.
2.Прасад М.Н. Практическое использ ование
растений дл я восстановления э косистем,
загрязненных металлами // Физиология растений.
2003. Т. 50, № 5. С. 764 – 780.
3.Водные ресурсы Казахстана в новом
тысячелетии. - Алматы: ПРООН, 2004. - 23 с.
4. Кабдулкаримова К.К., Оралбекова А.М.,
Наурызбек С. Жіпше тəрізді б алдырлардың
өкілде ріне ауыр металл тұздарының əсері. Вестник
ЕНУ им. Л.Гумилева. N 1 (130) 2020. - c.29 -35
5.Титов А.Ф., Таланова В.В.,Казина Н.М. и др.
Устойчивость растений к тяжелым металлам / отв.
ред. Н.Н. Немова; Ин -т биологии КарНЦ .
Петрозаводск, 20 07. 172 с.
6. Райс Р.Х. Биологические эффекты
токсических соединений / Р.Х. Райс, Л.Ф. Гуляева. –
Новосибирск, НГУ, 2003. – 208 с.
References
1.Babkina S. S. Dete rmination and prediction of
the content of heavy metal ions in natural water on the
example of copper, zinc, iron and manganese/S. S.
Babkin [et al.] / / Uchen.zap.Cauldron.Univ.
Ser.Natures'. sciences'. – 2013. – Vol. 1 55, kN.1. – p.
87 –94.
2.Prasad M. N. Practical use of plants for
restoration of ecosystems polluted by metals // plant
Physiology. 2003. Vol. 50, No. 5. P. 764 – 780.
3.Water resources of Kazakhstan in the new
Millennium. - Almaty: UNDP, 2004. - 23 p
4.Tit ov A. F., Talanova V. V., Kazina N. M. and
others. Resistance of plants to heavy metals / resp. N.
N. Nemova, Institute of biology of Karelian research
centre.Petrozavodsk, 2007.172 p.

14 American Scientific Journal № ( 42) / 2020
5. Rice R. H. Biological effects of toxic
compounds / R. H. rice, L. F. Gulyaeva. - Novosibirsk,
NSU, 2003. - 208 p.

Сведения об автор ах
Кабдулкаримова Кульбану Кабдулкаримовна -
Некоммерческое акционерное общество
“Университет имени Шакарима города Семей”
Республика Казахстан
к.х.н., доцент, Глинки 20А
Kabdulkarimova Kulbanu Kabdulkarimovna -
non -profit limited company “Semey University named
after Shakarim” Ph. D., associate Professor, Glinka
20A
С.М. Сейл газина – Некоммерческое
акционерное общество “Университет имени
Шакарима города Семей” Республика Казахстан
к.в.н., доцент, Глинки 20А
S.M.Seilgazina – non -profit lim ited company
“Semey University named after Shakarim” Ph. D.,
associate Professor, Glinka 2 0A
Оралбекова Алия Муратовна -
Некоммерческое акционерное общество
“Университет имени Шакарима города Семей”
Республика Казахстан, магистрант 2 курса кафедры
естестве нно – научных дисциплин, Глинки 20 А
Oralbekova Aliya Muratovna - non -profit limited
compa ny “Semey University named after Shakarim” ,
2nd year master's student of the Department of natural
Sciences, Glinka 20A