Аналитическая токсикология. Токсикологически важные вещества, подвергающиеся обязательному судебнохимическому исследованию Группа веществ, изолируемых минерализацией Металлические яды
 Скачать 2.64 Mb.
|
|
Аналитическая токсикология. Токсикологически важные вещества, подвергающиеся обязательному судебно-химическому исследованию Группа веществ, изолируемых минерализацией («Металлические яды») Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования НИЖЕГОРОДСКАЯ ГОСУДАРСТВЕННАЯ МЕДИЦИНСКАЯ АКАДЕМИЯ Федерального агентства по здравоохранению и социальному развитию КАФЕДРА ФАРМАЦЕВТИЧЕСКОЙ ХИМИИ И ФАРМАКОГНОЗИИ Доцент кафедры фармацевтической химии и фармакогнозии, к.х.н., Жильцова Ольга Евгеньевна Классификация веществ по методам изолирования при ХТА. I. Токсические вещества органической природы. Группа токсикологически важных веществ, изолируемых дистилляцией («летучие яды») 2. Группа токсикологически важных веществ, изолируемых экстракцией и сорбцией. II. Токсикологические вещества неорганической природы. Группа токсикологически важных веществ, изолируемых минерализацией: «металлические яды» Группа токсикологически важных веществ, изолируемых экстракцией водой (настаиванием) с последующим диализом : кислоты (серная, азотная, соляная), щелочи (гидроксиды натрия, калия, аммония), нитраты и нитриты. Группа токсикологически важных веществ, требующих особых методов изолирования: соединения фтора. Группа веществ, не требующих особых методов изолирования: вредные пары и газы, оксид углерода. «Металлические яды» Макроэлементы (более 10-2 %). О, С, Н, N, P, S, Ca, Mg, Na, Cl. 2. Микроэлементы ( от 10-3 до 10-5 %) I, Сu, As, F, Вr, Sr, Ba, Со. 3. Ультрамикроэлементы (ниже 10-5 %) Hg, Аu, V, Th, Ra, Se, Sb и другие. Классификация биогенных элементов в зависимости от концентрации в организме человека (по Вернадскому): «Металлические яды» По воздействию на организм человека металлы классифицируют следующим образом: 1. Металлы, необходимые при питании человека и животных (Со, Сu, Cr, Ge, Fe, Mn, Mo, Ni, Se, Si, V, Zn). 2. Металлы, имеющие токсикологическое значение (As, Be, Cd, Cu, Co, Cr, Hg, Mo, Ni, Pb, Pd, Se, Sn, Ti, V, Zn). 5 типов веществ в зависимости от их поведения в живых системах: Необходимые (эссенциальные, незаменимые). В-ва, при недостатке которых в организме возникают функциональные нарушения, устраняемые путем введения в организм этого вещества. Стимуляторы. Могут быть как необходимые так и не необходимые ионы металлов. Инертные. Эти вещества или ионы при определенных концентрациях являются безвредными и не оказывают никакого действия на организм. (Ta, Pt, Ag, Au). Терапевтические. (Соединения ртути против паразитов, карбоксилатов цинка против бактерий, лития при маниакальной депрессии). Токсичные. При высоких концентрациях большинство металлов становятся токсичными, причиняют вред организму, иногда необратимый, что ведет к функциональным нарушениям, деформациям, смерти. «Металлические яды» Концентрирование некоторых химических элементов в органах, тканях и биожидкостях Пути поступления металлов в организм: Основной путь поступления - пероральный. (всасываются в ионизированном виде из-за хлоридов в желудочном соке и щелочной реакции кишечного сока). Резорбтивный - характерен для ртути, таллия, хрома и некоторых других. Ингаляционный - возможен в обычных условиях для паров ртути, либо для паров других металлов при плавлении. Метаболизм, распределение: Кровь, печень, почки, др. органы. Восстановление: As+5 →As+3; Cr+6→Cr+3 Окисление: Hg0→Hg+ Основные пути выведения: Пот, волосы, моча, экскременты. «Металлические яды» Механизм токсичности металлов Физико-химические свойства обуславливающие токсичность: •степенью окисления элемента в соединении; •электроотрицательностью; •возможностью образования хелатных и комплексных соединений; •размером частиц (особенно при отравлениях через органы дыхания); •растворимостью и устойчивостью соединений в жидких биосредах, •степенью гидратации образующихся ионов; •способностью соединений к гидролизу, •растворимостью и реакционной способностью продуктов гидролиза; •способностью существовать в коллоидном и твердом состоянии в тканях. Высокие степени окисления элемента соответствуют более токсичным ионам. (Исключение составляют соединения мышьяка. Арсенаты As(V) менее токсичны, чем арсениты As(III) ) «Металлические яды» Механизм токсичности металлов 1.Проникновение элемента в липидорастворимой форме 2.Проникновение элементов в комплексе с белком а) Ag+ + RS-H → RS-Ag↓ + H+ б) 2 МТ(SH)x + x Cd2+ (Cu, Zn, Hg, Ag)→ МТ(S-Cd-S)xМТ + 2х Н+ металлотионин в) Транспорт ионов в виде комплексов с эндогенными лигандами по транспортным (структуроподобным системам) г) Перенос ионов в свободной форме Рис. Использование кальциевых каналов для транспорта ионов Pb2+ (гипотетическая модель) 3. Комплексообразование с биолигандами, белками, в том числе ферментами и конкурентное замещение ионов металлов – кофакторов ферментов «Металлические яды» Объекты исследования при отравлении «металлическими» ядами : 1.Печень, 2.Почки (ртуть, кадмий и таллий ), 3.Моча (особенно при хронических отравлениях), 4.Кровь, 5.Слюна, 6. Волосы, ногти 6.Промывные воды желудка и др. Важнейшими в токсикологическом отношении «металлическими ядами» являются соединения Ва, Bi, Cd, Mn, Cu, Hg, Pb, Ag, Tl, Cr, Zn, As, Sb и др. При проведении СХА (ненаправленного) предусмотрено обязательное исследование на указанные элементы. «Металлические яды» Минерализация - это окисление (сжигание) органического вещества (объекта) для освобождения металлов из комплексов с белками и другими соединениями. «Металлические яды» ─ минерализация серной и азотной кислотами; ─ минерализация серной, азотной и хлорной кислотами; ─ минерализация для обнаружения ртути в объекте (частный метод) «Мокрая минерализация» ─ сплавления с карбонатом и нитратом натрия (обнаружение мышьяка, сурьмы или для разделения свинца, бария, серебра) ─ метод простого сжигания (обнаружение меди, марганца, висмута, цинка) «сухое» озоление «Металлические яды» «сухое» озоление Метод простого сжигания основан на нагревании органического вещества (объекта) при высокой температуре при доступе воздуха. Посуда: фарфоровые, платиновые или кварцевые тигли. Навеска: 1 - 3 г Температура: 300-400 ° С. Недостатки: При нагревании возможно улетучивание металлов в виде солей или в индивидуальном виде (соединения ртути и таллия, хлориды кадмия, свинца, серебра, цинка, марганца, мышьяка). 2. Возможно взаимодействие некоторых металлов с материалом тигля (цинк, свинец, серебро могут реагировать с кварцем и фарфором, а кобальт может сплавляться с платиной). Сплавление с нитратами щелочных металлов основано на нагреве биологического материала с расплавленными нитратами щелочных металлов. (для предотвращения бурного протекания реакции применяют смесь нитратов с карбонатами щелочных металлов). «Металлические яды» «Мокрая минерализация» Применяеся при общем (ненаправленном) исследовании на группу металлических ядов (исключение – ртуть) Используют смеси кислот HNO3, HClO4, H2SO4 и др. кислотами в присутствии других окислителей (например H2O2, KClO) или Kt Основные процессы: БЕЛОК + ЖИРЫ (ЛИПИДЫ) + УГЛЕВОДЫ + …. Биообъект CO2↑ + CO ↑ + H2O ↑ + NH3 ↑ + N2 ↑ + NO2 ↑ + NO ↑ Потери: As, Se, Hg и др. Э В колбу Кьельдаля помещают 100 г измельченного объекта и 75 мл смеси равных объемов азотной, серной кислот и воды. Над колбой закрепляют делительную воронку с азотной кислотой, разбавленной водой очищенной 1:1 I стадия (деструкция) - медленное нагревание не допуская обугливания объекта (разрушение всех органических соединений, кроме жиров). Время: 15-40 минут. Температура не должна превышать 110°С. Концом первой стадии минерализации является момент получения прозрачной жидкости желтоватого или буроватого цвета. H2SO4 – водоотнимающий агент; HNO3 - окислитель «Металлические яды» Минерализация серной и азотной кислотами HO – NO2 HO – NO2 Kt HNO2 2 NO2 ↑ + Н2О2 Н2О «О» Kt HNO2 появляется при част. разложении II стадия - усилениенагрева и добавка по каплям азотной кислоты из делительной воронки (полное разрушение, в т.ч. жиров). Время: 3-4 часа Окислитель - H2SO4 конц. (её концентрация повышается в смеси до 60-70%, температура превышает 110 °С). Концом второй стадии минерализации является момент, когда - начинает выделяться белый туман (пары SО2); - жидкость остается бесцветной; минерализат не темнеет в течение 30 минут без добавления кислоты азотной. Минерализат бесцветный или желтоватый - за счет железа (III), меди или хрома – голубоватый или зеленоватый. «Металлические яды» Минерализация серной и азотной кислотами H2SO4 H2O2 + SO2 «О» + Н2О «Металлические яды» Минерализация серной и азотной кислотами Побочные реакции 1. Сульфирование и нитрование с образованием очень прочных продуктов деструкции (сульфо- и нитросоединений) - неполное разрушение биообъекта. При разбавлении Н2SO4 и HNO3 водой степень нитрования - сульфирования значительно снижается. 2. Образование нитрозилсерной кислоты при взаимодействии оксидов азота с Н2SO4 конц. «Металлические яды» Минерализация серной и азотной кислотами Достоинства метода: 1. Сравнительно быстрое достижение полноты разрушения органических веществ. 2. Полнота разрушения объекта обусловливает большую чувствительность методов анализа катионов металлов. 3. Малый объем получаемого минерализата, что также повышает чувствительность методов анализа. Основным недостатком метода являются большие потери Нg (до 90-98%) за счет её летучести. Поэтому изолирование ртути в виде ионов проводят в отдельной навеске биообъекта частным методом изолирования, который исключает использование высоких температур, процесс ведется в присутствии катализатора (этанола). «Металлические яды» Минерализация серной, азотной и хлорной кислотами HNO3 + C → NO2 +CO2 + H2O H2SO4 + C → SO2 + CO2 + H2O 2HCIO4+ C → СI2O6 + CO2 + H2O В колбе Кьельдаля к измельченному объекту добавляют по 25 мл концентрированных серной и азотной кислот и 35 мл 37-42 % хлорной кислоты. Готовый прозрачный минерализат разбавляют водой очищенной (1:1) и прибавляют 25% раствор аммиака. Отсутствие оранжевого окрашивания (реакция на триптофан, тирозин, фенилаланин) = минерализация окончена. Потери As, Sb, Hg, Au, Fe Окислитель: H2SO4, HNO3, 37% или 42% НСlO4. (1:1:1) «Металлические яды» Минерализация серной, азотной и хлорной кислотами Достоинства: 1. Высокая скорость минерализации, сокращение в 2-3 раза затрат времени в сравнении с первым методом. 2. Очень высокая степень окисления органических веществ (до 99 %), что обусловлено способностью хлорной кислоты разрушать вещества стойкие или медленно разлагающиеся другими окислителями. 3. Окисление большинства поливалентных металлов до высших степеней окисления. 4. Небольшой расход окислителей. 5. Малый объем получаемого минерализата, что повышает чувствительность методов анализа. Недостаток – практическая полная потеря ртути и взрывоопасность и токсичность хлорной кислоты. «Металлические яды» Минерализация Денитрация (удаление оксидов азота, азотной, азотистой кислот). Минерализат нагревают до 110-130оС и по каплям вносят формалин. Время: 1-2 минуты Отсутствие синего окрашивания при добавлении дифениламина в серной кислоте = окончание денитрации. Готовый минерализат доводят водой очищенной до 180 мл. При образовании осадка, жидкость нагревают до кипения для укрупнения осадка и охлаждают. Осадок отфильтровывают и промывают 1% раствором серной кислоты. «Металлические яды» Метод минерализации для обнаружения ртути МЕТОД А.Н.Крыловой. К объекту массой 20 г (печень или почки раздельно) добавляют 5 мл воды очищенной, 1 мл этилового спирта и 10 мл концентрированной азотной кислоты. Затем добавляют 10 мл концентрированной серной кислоты. Колбу оставляют на 15 минут при комнатной температуре до прекращения выделения оксидов азота, а затем нагревают на водяной бане 10-20 минут. Горячий деструктат фильтруют в колбу с 20 мл насыщенного раствора мочевины (денитрация). Избыток мочевины удаляют нагреванием в присутствии серной кислоты. Связь ртути с белками разрушается, не окисленными остаются жиры и некоторые аминокислоты. 1. Реагент: H2SO4 + O2 Биопроба – Раст. Возможные потери Pb, Se 2. Реагент: HNO3 Быстрое озоление в спец. контейнерах (бомбах, автоклавах), тефл. сосуды при 3500С в микроволновой печи. Возможные потери Co, Zn, Mn «Металлические яды» Метод минерализации 3. Реагент: HNO3 + H2O2 Биопроба – Раст. + Ж. Быстрое озоление при низких t0 HClO4 → Cl2O5 ↑ + H2O2 Н2О Kt – (NH4)2MoO4 4. Реагент: HClO4 «О» 5. Реагент: H2SO4 + HClO4 6. Реагент: HNO3 + HClO4 Биопроба - белки, не содержащие липидов Возможна потеря Pb 7. Реагент: H2O2 + Fe2+ Проба – мин. образцы, за исключением жиров, пластмассы «Металлические яды» Анализ минерализата химическим (дробным) методом А.Н. Крыловой Суть метода - определение одних ионов металлов в отдельных небольших порциях исследуемого раствора в присутствии других без их предварительного разделения на группы Особенности метода: Для каждого катиона не менее двух методов определения в широких пределах концентраций. В виде диэтилдитиокарбаматов выделяется медь, висмут, цинк и кадмий Hg2+,Ag+,Cu2+,Ni2+,Co2+,Bi3+,Sb3+,Cd2+,Pb2+,Zn2+,Mn2+. Согласно этому ряду каждый предыдущий металл вытесняет последующий из его соли с диэтилдитиокарбаминовой кислотой. С дитизоном обнаруживаются ионы свинца, серебра, таллия, цинка. Для исключения влияния других ионов на результаты реакций используют прием маскировки. Осадок после получения минерализата отфильтровывают через плотный фильтр, который промывают 15-20 мл 0,2 М раствором серной кислоты, а затем 10 мл воды. Промывные воды присоединяют к основному фильтрату и доводят его общий объем до 200 мл. Промытый осадок исследуют на соединения бария и свинца, фильтрат – на остальные катионы. «Металлические яды» ОСАДОК НА ФИЛЬТРЕ повторно обрабатывают кипящим раствором ацетата аммония, подкисленным уксусной кислотой. Сульфат бария остается на фильтре. Сульфат свинца переходит в раствор. PbSO4 + 4 CH3COONH4 → (NH4)2[Pb(CH3COO)4] + (NH4)2SO4 Последованность анализа фильтрата: -начинают с обнаружения– марганца и хрома (чувствительность метода снижается при избытке хлоридов до обнаружения серебра). - обнаружение катиона серебра, с последующей фильтрацией минерализата и удалением хлорида серебра, -обнаружение меди предшествует анализу на катион сурьмы; -обнаружение катиона сурьмы, - исследование на мышьяк (III) «Металлические яды» Маскировка - процесс устранения влияния мешающих ионов находящихся в сложной смеси, для обнаружение искомых ионов. Основной способ маскировки в ХТА - комплексообразование [Сu (CN)4]2 - Реакция меди с сероводородом не пойдет. Демаскировка ионов - это процесс освобождения ранее замаскированных ионов от маскирующих реагентов. Цианиды (CN-) образуют комплексы с Со, Сu, Zn, Fe, Cd, Hg, Ag. Фосфаты (PO43-) - применяются для связывания ионов Fe (III) при исследовании на Мn, Сr, Сu. Тиосульфаты (S2O82-) - применяются для маскировки ионов Cd (II) при анализе на Zn, a также Ag, Pb, Fe (III),Cu и др. ионы. Тиомочевина((NH2)CS) - применяется для маскировки ионов Bi, Fe (III), Sb, Hg, Ag и др. Используются также фториды, трилон Б, кислота лимонная и её соли цитраты, кислота винная и её соли тартраты и др. Гидроксиламин и кислота аскорбиновая используются для маскировки как восстановители |