1 Жебентяев Александр Ильич
 Скачать 5.46 Mb.
|
|
ГЛАВА 7 ЛЕТУЧИЕ ТОКСИКАНТЫ 7.1. Основные свойства и классификация летучих токсикантов К летучим токсикантам относятся вещества, изолируемые перегонкой с водяным паром. Для них характерна высокая липофильность и летучесть. С увеличением молярной массы липофильность возрастает, а летучесть уменьшается. В эту группу входят вещества различной химической природы (спирты, эфиры, альдегиды, кетоны, алифатические углеводороды и др.) Предложены различные классификации летучих токсикантов: химическая классификация с учетом молекулярного строения, классификация по кислотно-основным свойствам. Вторая классификация имеет практическое значение, так как в зависимости от рН среды перегоняются вещества различной химической природы. В зависимости от кислотно-основных свойств летучие токсиканты можно разделить на 3 группы. 1. Вещества кислотного характера: - синильная кислота; - карбоновые кислоты алифатического ряда (муравьиная, уксусная, молочная кислоты); - фенолы и фенолокислоты (фенол, крезолы, салициловая кислота). 2. Вещества основного характера (алкалоиды и синтетические вещества основного характера: никотин, анабазин, кониин, эфедрин, анилин, фенамин, пиридин). 3. Вещества не склонные к кислотно-основному взаимодействию: - циклические алканы и их галогенпроизводные (пентан, гексан, гептан, гексахлорциклогексан и др.); - ароматические углеводороды (бензол, толуол, ксилолы) и их нитро- и аминопроизводные (нитробензол, динитроортокрезол и др.); - галогенпроизводные углеводородов (хлороформ, хлоралгидрат, тетрахлорметан, дихлорметан, дихлорэтан, трихлорэтилен, тетрахлорэтилен и др.); - спирты алифатического ряда (метанол, этанол, пропанол, бутанол, пентанол, этиленгликоль); 225 Глава 7. Летучие токсиканты - эфиры простые и сложные (диэтиловый, этил-, бутил-, амилацетат); - альдегиды и кетоны (формальдегид, ацетальдегид, ацетон, метилэтилкетон); - элементоорганические соединения (ТЭС). К летучим ядам относятся также некоторые простые газообразные вещества (хлор, фтор), летучие оксиды и гидриды (монооксид углерода, диоксид азота, сероводород, фтороводород, арсин, стибин и др.) Летучие яды легко проникают в организм через легкие, кожу и желудочно-кишечный тракт, вызывая хронический эффект (раздражение слизистых оболочек, кожных покровов, токсический эффект). Летучие яды, поступающие через легкие, вызывают повреждение легочных капилляров и возникновение отека легких. Известны случаи преднамеренного приема перорально или ингаляционным путем летучих ядов с целью достижения эйфории, зрительных и слуховых галлюцинаций. Клиническая картина отравления нечеткая, что затрудняет диагностику. Поэтому основным методом идентификации ядов является газовая хроматография. Летучие яды свободно проникают через биологические мембраны путем пассивной диффузии. Всасывание летучих ядов начинается в ротовой полости через слизистую оболочку. Пары летучих ядов всасываются как в верхних дыхательных путях, так и в альвеолах. 7.2. Выбор объекта исследования на летучие токсиканты При подозрении на отравление летучими веществами на исследование могут поступать различные биологические объекты: HCN и цианиды: желудок с содержимым, печень, почки. В желудке цианиды можно обнаружить, труднее обнаруживаются в паренхиматозных органах (быстрое разложение HCN). В крови цианиды могут образовываться и посмертно. Метиловый спирт: кровь, моча, печень, меньше в почках. Метанол может выделяться с мочой в виде глюкуронида и в свободном виде. Этанол: в крови этанола больше в течение 1–2 часов, а потом увеличивается количество этанола в моче. Необходимо иметь в виду, что в случае гнилостного разложения трупов в крови может образоваться этанол до 2,4‰. Ацетон: больше в крови, меньше в головном мозгу, селезёнке, печени, почках, лёгких, сердце; содержится в крови и моче диабетиков. Фенол: почки, печень, сердце, кровь. 226 Глава 7. Летучие токсиканты Хлороформ: выдыхаемый воздух, богатые жирами ткани трупов, печень. Хлоралгидрат: печень, желудок. Четырёххлористый углерод: в печени больше, чем в лёгких. Дихлорэтан: рвотные массы, желудок с содержимым, печень, почки. После приёма ДХЭ начинается рвота, понос. ТЭС: пищевые продукты, бензин, биоматериал. Уксусная кислота: желудок с содержимым, печень, почки. В таблице 7.1 указаны основные объекты, которые исследуют при подозрении на отравление летучими токсикантами. Таблица 7.1. Объекты исследования на летучие токсиканты Токсиканты го ло вн ой мо зг ж ел уд ок кров ь Л ег ки е мо ча печ ен ь П очк и рво тн ые масс ы Алкилгалогениды + + + + + + + Ацетон + + + + + + + Изопентанол + + + + + + + Кислота синильная + + + + Кислота уксусная + + + + Крезолы + + + + + Метанол + + + + + Фенол + + + + + Формальдегид + + + + Этанол + + + + + Этиленгликоль + + + + + Примечание: кроме вышеперечисленных биологических объектов на исследование могут быть направлены: слюна (этанол), остатки жидкостей, селезенка (формальдегид), сердце (фенол, крезолы), выдыхаемый воздух (этанол), сальник (алкилгалогениды), двенадцатиперстная кишка (фенол, формальдегид), промывные воды желудка (метанол, этанол). 7.3. Изолирование летучих токсикантов перегонкой с водяным паром Методом перегонки с водяным паром можно изолировать как вещества, растворимые в воде, так и практически не растворимые в 227 Глава 7. Летучие токсиканты воде: трихлорэтан, толуол, нитробензол и другие. Температура перегонки каждого вещества в смеси, как правило, ниже температуры кипения каждого компонента в чистом виде (табл. 7.2). Это объясняется тем, что общее давление паров смеси всегда больше, чем парциальное давление каждой отдельно взятой жидкости. Таблица 7.2 Температуры кипения азеотропных смесей с водой и индивидуальных веществ. Вещество Температура кипения Содержание воды в смеси, % (мас.) Индивидуального вещества Азеотропной смеси с водой Анилин 184,35 75 81,8 Ацетон 56,4 - - Бензол 80,2 69,25 8,83 1,2- дихлорэтан 83,5 71,62 8,2 1,4- диоксан 101,32 87,2 18 Диэтиловый эфир 34,5 34,15 1,26 Кислота масляная 162,45 99,7 81,5 Кислота уксусная 118,5 - - О-Крезол 191,0 99,07 90,8 М-Ксилол 139,1 94,5 40 Нафталин 218 98,8 84 Никотин 246 99,85 97,48 Нитробензол 210,85 98,6 88 Пиридин 115,3 93,6 41,3 Сероуглерод 46,5 43,6 2 Спирты: амиловый 137,8 95,8 54,4 бутиловый 117,4 92,7 42,5 изоамиловый 132,05 95,15 49,6 изобутиловый 107,0 89,8 33,0 изопропиловый 82,5 80,1 12,0 пропиловый 97,5 87,65 28,3 этиловый 78,3 78,17 4,0 метиловый 64,7 - - толуол 110,6 85,0 20,2 фенол 182,0 99,52 90,79 хлоралгидрат 97,75 95,0 7,0 хлороформ 61,2 56,2 2,6 228 Глава 7. Летучие токсиканты четыреххлористый углерод 76,75 66,0 4,1 этилацетат 77,15 70,38 8,47 этиленгликоль 197,4 - - Многие вещества образуют с водой азеотропные смеси, что и объясняет способность таких веществ перегоняться водяным паром. Азеотропная смесь – это однородная смесь двух жидкостей, состав которой не изменяется при дистилляции. В состав азеотропных смесей вместо воды могут входить и другие жидкости (таблица 7.3). Таблица 7.3 Азеотропные смеси, не содержащие воду Компоненты Точки кипения, °С Содержание компонента А в азеотропной смеси, % (масс) А Б Компо- нент А Компо- нент Б Азеотропная смесь Метанол Бензол 64,7 80,2 58,34 39,55 Этанол Бензол 78,3 80,2 68,24 32,37 Этанол Хлороформ 78,3 61,16 59,4 7,0 Сероуглерод Ацетон 46,25 56,25 39,25 66 Некоторые вещества (ацетон, уксусная кислота, этиленгликоль, метанол и другие) смешиваются с водой и перегоняются с водяным паром, но не образуют азеотропных смесей. Способы разделения азеотропных смесей 1.Разделить азеотропные смеси на компоненты возможно путем перегонки при пониженном или повышенном давлении. Например, если при перегонке этанола понизить давление над раствором до 100 мм, то перегоняется азеотропная смесь, содержащая 99,6% этанола, и температура кипения понизится до 34,2 °С. 2. Химическое связывание одного из компонентов азеотропной смеси. Для получения абсолютного спирта азеотропную смесь обрабатывают водоотнимающим реагентом (металлический натрий или хлорид кальция). 3. Разделение азеотропной смеси путем добавления третьего компонента. Абсолютный этанол можно получить перегонкой азеотропной смеси с добавкой бензола. При этом образуется 229 Глава 7. Летучие токсиканты двухслойная смесь, кипящая при 64,9 °С и давлении 101,3 кПа. Бензол и вода отгоняются, а остаток представляет собой абсолютный этиловый спирт. Аппарат для перегонки с водяным паром. На рисунке 7.1 представлен аппарат для перегонки с водяным паром. Рис. 7.1. Аппарат для перегонки летучих ядов с водяным паром 1 – парообразователь; 2 – круглодонная колба с биоматериалом; 3 – холодильник; 4 – приемник; 5 – водяная баня. В качестве парообразователя применяют металлический сосуд или круглодонную колбу вместимостью 2–3 л. Парообразователь заполняют водой приблизительно наполовину или на две трети его объема. В пробке имеются два отверстия: в одно отверстие вставляют предохранительную стеклянную трубку, доходящую почти до дна, а во второе отверстие вставляют изогнутую стеклянную трубку для отвода пара из парообразователя в колбу для перегонки. Конец предохранительной трубки должен возвышаться над пробкой не менее, чем на 50 см. предохранительная трубка необходима для предотвращения толчков в парообразователе при сильном его нагревании. Парообразователь нагревают пламенем газовой горелки или на электроплитке. 230 Глава 7. Летучие токсиканты В качестве колбы для перегонки применяют круглодонную колбу, которую закрывают пробкой с двумя отверстиями для соединительных трубок с парообразователем и холодильником Либиха. Первая соединительная трубка должна доходить почти до дна колбы, конец второй трубки должен выступать ниже пробки на 0,5–1 см. К концу холодильника присоединяют аллонж для стекания в приемник перегнанной жидкости. Объем смеси в колбе для перегонки должен занимать одну треть или не более половины объема колбы для перегонки. Колбу для перегонки нагревают на кипящей водяной бане с целью уменьшения возможности конденсации пара в колбе. После перегонки отсоединяют от парообразователя колбу для перегонки и прекращают нагревание колбы и парообразователя. В случае прекращения нагревания парообразователя до отсоединения его от колбы в парообразователе образуется вакуум и содержимое колбы перебрасывается в парообразователь. Разъединять части аппарата необходимо очень осторожно, так как может произойти ожог рук водяным паром. Условия изолирования веществ методом перегонки с водяным паром При перегонке веществ кислотного характера биоматериал подкисляют раствором щавелевой или винной кислот до рН 2–2,5. Применение сильных минеральных кислот для подкисления биоматериала в большинстве случаев является нежелательным. Первый дистиллят в объеме 3 мл собирают в коническую колбу, содержащую 2 мл 2% раствора гидроксида натрия. Конец аллонжа должен быть опущен в раствор щелочи. При сборе первого дистиллята в пустую колбу или в колбу с дистиллированной водой наблюдаются значительные потери синильной кислоты за счет высокой летучести. В качестве поглощающего раствора рекомендуется использовать также смесь, состоящую из равных объемов 2% растворов карбоната и гидрокарбоната натрия. Затем в две конические колбы собирают по 25– 50 мл дистиллята. Вещества кислотного и нейтрального характера перегоняются из кислых растворов в такой последовательности: синильная кислота, диэтиловый эфир, хлороформ, ацетон, спирты алифатического ряда, нитробензол, муравьиная кислота, хлоралгидрат, формальдегид, сероуглерод, салициловая кислота и другие. Во втором дистилляте обычно содержатся вещества средней летучести (ацетон, спирты, алкилгалогениды и др.). Сравнительно трудно перегоняются с водяным паром формальдегид, этиленгликоль (3-й дистиллят). Для веществ, которые перегоняются в незначительных количествах 231 Глава 7. Летучие токсиканты (этиленгликоль, уксусная кислота, тетраэтилсвинец), предложены специальные методы изолирования. В присутствии сильных минеральных кислот синильная кислота и ее соли могут подвергаться гидролизу: HCN + 2H 2 O + H + → HCOOH + NH 4 + (7.1) Под влиянием минеральных кислот гидролизуется, например, сернокислый эфир фенола, который образуется в кишечнике в результате разложения белковых веществ пищи. В этом случае перегоняется с водяным паром как фенол, поступивший в организм и вызвавший отравление, так и фенол, образующийся в кишечнике. OH O SO 3 H фенилсульфат H + (7.2) Таким образом, при неправильном подкислении биоматериала, возможна как потеря одних токсических веществ, так и появление других (фенолы) токсических веществ. Однако в некоторых случаях, например, при перегонке уксусной кислоты требуется применение минеральных кислот для подкисления биоматериала, так как уксусная кислота неполностью перегоняется при подкислении биоматериала щавелевой или винной кислотами. В случае применения серной кислоты подавляется диссоциация уксусной кислоты. CH 3 COOH CH 3 COO - + H + (7.3) Вещества нейтрального характера перегоняются как из подкисленного, так и из подщелоченного растворов. Аналогично перегоняются и амфотерные соединения, однако максимальные количества амфотерных соединений перегоняются при рН, соответствующем их изоэлектрической точке. В зависимости от целей химико-токсикологического анализа изолирование веществ основного характера (алкалоиды, синтетические вещества) проводят из отдельной порции биоматериала. Биоматериал подщелачивают 5%-ным раствором гидроксида натрия или 20% раствором карбоната натрия (по лакмусу), колбу присоединяют к парообразователю и к холодильнику Либиха. Собирают 3−4 порции дистиллятов (по 10–15 мл) в колбы вместимостью 50 мл, содержащие 5 мл 0,1М раствора хлороводородной кислоты. Затем алкалоиды 232 Глава 7. Летучие токсиканты экстрагируют хлороформом из подщелоченного раствора (рН 9–10) и исследуют на наличие веществ основного и нейтрального характера. Некоторые вещества нейтрального характера перегоняются из щелочной среды в больших количествах, чем из кислой среды. Особенности изолирования некоторых летучих ядов Синильная кислота: подкисление биоматериала щавелевой или винной кислотами, дистиллят собирают в раствор гидроксида натрия. Уксусная кислота: подкисление серной или фосфорной кислотами, дистиллят собирают в раствор гидроксида натрия. Этиленгликоль: в колбу с биоматериалом добавляют бензол (переносчик) и перегонку проводят в аппарате с насадкой. Метанол: приемник охлаждают, чтобы избежать потерь метанола. ТЭС: из внутренних органов изолируют перегонкой с водяным паром и собирают в спиртовой раствор иода; из растительных объектов экстрагируют хлороформом и экстракт смешивают с кристаллическим иодом. 7.4. Способы концентрирования, очистки и выделения летучих токсикантов 1. Экстракция органическими растворителями (диэтиловый эфир, СНСl 3 ). Так концентрируют изоамиловый спирт, анилин, фенол, крезолы. Экстрагируя изоамиловый спирт эфиром, одновременно проводят и очистку его от воды, т.к. реакцию на изоамиловый спирт проводят в отсутствии воды. 2. Этиленгликоль из крови и мочи извлекают ацетоном, который затем испаряют. Такой способ позволяет увеличить концентрацию этиленгликоля по сравнению с исходной при исследовании крови в 5– 10 раз, мочи – 25–50 раз. 3. Фракционная (дробная) перегонка проводится в колбах с дефлегматорами. Получаются фракции с близкими температурами кипения. 4. При изолировании этиленгликоля в колбу с биоматериалом прибавляют бензол в качестве переносчика. Прибор имеет специальную насадку. 5. Метод микродиффузии и позволяет определять летучие яды в случае анализа небольших количеств анализируемых объектов (кровь, моча, гомогенат ткани). Метод прост в исполнении, изолирование летучих веществ из биологических объектов происходит в результате диффузии. 233 Глава 7. Летучие токсиканты Для исследования применяют прибор для микродиффузии (рис.7.2), состоящий из сосуда из стекла или пластмассы (1), внутри которого находится сосуд меньшего размера (2). Летучие вещества из исследуемого объекта, находящегося в наружной камере (4), переходят в пространство прибора, а затем во внутреннюю камеру (3), содержащую соответствующий растворитель или раствор реактивов. Прибор закрывают крышкой (5) и оставляют на определенное время, а затем из внутренней камеры берут раствор, содержащий определяемое вещество. Рис. 7.2. Прибор для микродиффузии. На скорость диффузии влияют различные факторы (температура, упругость пара исследуемого вещества, объем пробы; присутствие электролитов, кислот, щелочей). Для обнаружения веществ методом диффузии используют характерные реакции: на формальдегид – хромотроповую кислоту, ацетальдегид – п-гидроксидифенин, метанол – хромотроповую кислоту (после окисления перманганатом калия), этанол – дихромат калия, сульфиды – нитрат висмута, фенолы – реактив Фолина-Чиокальто (для приготовления используют вольфрамат натрия, молибдат натрия, фосфорную кислоту, HCl, сульфат лития, бром). Соответствующие методики приводятся в специальных руководствах. 6. Для обнаружения легколетучих веществ (спиртов) применяется |