лекции токса. Лекции по токсикологической химии
 Скачать 5.01 Mb.
|
ГРУППА ВЕЩЕСТВ, ИЗОЛИРУЕМЫХ ДИСТИЛЛЯЦИЕЙ(«ЛЕТУЧИЕ ЯДЫ»)Общая характеристика группы. Метод изолирования. В химико-токсикологическом анализе деление токсикологически важных веществ на группы основано на способах их изолирования из исследуемого объекта. Таких групп насчитывается шесть, причем три из них подлежат обязательному судебно-химическому исследованию при проведении полного (общего) судебно-химического анализа. Одной из групп токсикологически важных веществ, подлежащих обязательному исследованию, являются «летучие яды», или вещества, изолируемые дистилляцией. Все они изолируются из биологического объекта одним из наиболее старых и широко используемых методов дистилляции - перегонкой с водяным паром. В группу «летучих ядов» входят вещества, различные по своей химической природе: 1.Синильная кислота HCN имеет собственную низкую температуру кипения + 26,5С и занимает первое место по своей летучести с водяным паром. 2.Алкилгалогениды. CHCI3 (хлороформ) CI3C-CH(OH)2 (хлоралгидрат) CCI4 (четыреххлористый углерод) C2H4CI2 (дихлорэтан) С 2Cl 6 (гексахлорэтан) 3.Альдегиды и кетоны алифатического ряда СН2О (формальдегид) СН3-С-СН3 (ацетон) О 4.Алканолы CH3OH (метанол) С2Н5ОН (этанол) С3Н 7ОН (пропанол) С4Н 9ОН (бутанол ) С5Н 11ОН (пентанол) диолы СН2-СН2 (этиленгликоль) ОН ОН 5.Сложные эфиры алифатического ряда амилнитрит амилацетат 6.Карбоновые кислоты алифатического ряда СН3СООН (кислота уксусная) CH3-CH-COOH (кислота молочная или альфа-оксипропионовая) OH 7.Сероуглерод CS2 8.Элементоорганические соединения жирного ряда (С2Н5)4Рb (тетраэтилсвинец) 9.Ароматические углеводороды С6Н6 (бензол) Н3С-С6Н5 (толуол) ксилолы (содержат два радикала -СН3 в бензольном кольце в различных положениях) 10.Нитро- и аминопроизводные ароматического ряда С6Н5NО2 (нитробензол) С6Н5NН2 (анилин) 11.Оксипроизводные ароматического ряда С6Н5ОН (фенол) крезолы кислота салициловая (о-оксибензойная) 12.Фосфор и первые продукты его окисления и восстановления Н3РО2 ( кислота фосфорноватистая) Н3РО3 (кислота фосфористая) РН3 (фосфин) ФОСы (эфиры фосфорных кислот) 13.Жидкие алкалоиды кониин никотин анабазин Из перечисленных соединений согласно действующего до настоящего времени приказа Минздрава СССР №1021 от 25.12.73 г., в обязательный круг судебно-химического исследования при проведении общего анализа включены:
По физическим свойствам «летучие» яды, в основном, представляют собой летучие жидкости (за исключением таких твердых веществ, как хлоралгидрат, фенол, салициловая кислота, фосфорорганические соединения). Способность химических соединений перегоняться с водяным паром зависит от их физических свойств. С водяным паром перегоняются некоторые жидкости, практически не смешивающиеся или ограничено смешивающиеся с водой, азеотропные смеси. Известны также вещества (метанол, ацетон, уксусная кислота, этиленгликоль и др.), которые смешиваются с водой и перегоняются с водяным паром, но не образуют азеотропных смесей. При перегонке смесей органических веществ большое значение имеет их взаимная растворимость. При этом возможны 3 случая: 1. Жидкости взаимно не растворимы, т.е. образуют двухфазную систему. При перегонке с водяным паром одной из фаз является вода. 2. Жидкости ограниченно растворимы друг в друге, т.е. двухфазная система образуется только при определенных соотношениях компонентов. Такую систему образуют с водой толуол, нитробензол, дихлорэтан, тетраэтилсвинец и др. 3. Компоненты смешиваются в любых соотношениях, т.е. вещества растворимы в воде, образуется однофазная система. С водой такую систему образуют метанол, ацетон, формальдегид, этиленгликоль, уксусная кислота. В случае образования двухфазной системы (жидкости, не растворимые или ограниченно растворимые в воде) при нагревании смеси давление пара каждой жидкости будет таким же, как и давление ее пара в чистом виде, независимо от наличия другой жидкости. Каждая жидкость в смеси будет вести себя так, как будто отсутствует другая жидкость. В основе перегонки взаимонерастворимых веществ с водяным паром лежит закон Дальтона. Согласно этому закону общее давление паров смеси (упругость) равно сумме парциальных давлений (упругостей) ее компонентов при данной температуре. Р общее = Р воды +Р вещества При нагревании компоненты смеси увеличивают упругость своих паров независимо друг от друга. Когда общее давление достигнет атмосферного и превысит его на незначительную величину, смесь закипает и начинает перегоняться, при этом температура кипения смеси ниже температур кипения каждого из её компонентов в чистом виде за счет сложения их парциальных давлений. Поскольку одним из компонентов является воды, то вещества будут перегоняться при t<1000С. Особенно удобна дистилляция с водяным паром в тех случаях, когда изолируемое вещество имеет очень высокую температуру кипения или же разлагается при своей температуре кипения. Так, для того, чтобы перегонять анилин в чистом виде, требуется нагреть его до температуры кипения, равной 184С, в смеси же с водой он перегоняется при температуре 75С. Такое токсичное вещество, как тетраэтилсвинец, разлагается при своей температуре кипения, равной 200С. При перегонке с водяным паром tкип <100С, поэтому разложения не происходит. Кроме того, при проведении судебно-химического исследования сильный нагрев нежелателен, т.к. при высокой температуре может произойти подгорание органических веществ исследуемого объекта и образование следовых количеств синильной кислоты, что приведёт к ложноположительным результатам анализа. Таким образом, при дистилляции с водяным паром понижается температура кипения перегоняемых соединений и устраняется опасность их термического разложения. Для многих органических веществ способность перегоняться с водяным паром может быть объяснена образованием с водой азеотропных (нераздельнокипящих) смесей, состав которых не меняется при перегонке (например, 96% этанола и 4% воды). Азеотропными называются смеси, у которых пар, находящийся в равновесии с жидкостью, обладает теми же свойствами, что и сама жидкая смесь. Они перегоняются при постоянной температуре и не могут быть разделены простой или фракционной перегонкой. Из веществ, летучих с водяным паром и представляющих токсикологический интерес, азеотропные смеси образуют:
Связь между летучестью вещества, т.е. его количеством в отгоне, парциальным давлением и молекулярной массой для взаимонерастворимых веществ, выражается уравнением: W в-ва = М в-ва * Р в-ва W воды М воды * Р воды В случае образования однофазной системы (жидкости растворимы в воде), если индивидуальная температура кипения вещества низкая (ацетон, метиловый спирт), то оно перегоняется быстро и полностью. При высокой tкип обычно полноты отгонки не достигается, при этом приходится использовать селективные переносчики, чтобы образовалась низкокипящая смесь. Так, при перегонке этиленгликоля с водяным паром в качестве селективного переносчика используют бензол, а для уксусной кислоты - гептан. При этом, если температура кипения этиленгликоля составляет 1970 С, то смесь этиленгликоль-вода-бензол перегоняется при 1180 С. Для уксусной кислоты –1180 С и 800 С, соответственно. Оценка метода: очень простой, быстрый, экономичный, не требует специальной аппаратуры. Анализируемые вещества изолируются в чистом виде, только сильно разбавлены водой, поэтому перегонку с водяным паром можно рассматривать не только как метод изолирования, но и как метод очистки. Объекты судебно-химического исследования. Пробоподготовка В качестве объектов судебнохимического исследования с целью обнаружения «летучих ядов» на экспертизу обычно направляются внутренние органы трупа, кровь, моча. При подозрении на отравление хлорорганическими веществами дополнительно направляется сальник и 1/3 головного мозга, метанолом - 1/3 головного мозга, этанолом - кровь из крупных вен, моча, мышечная ткань. Объекты помещают в банки, которые герметично закрывают и опечатывают, и немедленно пересылают в лабораторию для исследования. При подозрении на отравление этанолом задержка с транспортировкой материала на 5-10 суток может служить причиной недостоверных результатов его количественного определения. Объект в количестве 100 г тщательно измельчают, смешивают с водой до густой кашицы, помещают в круглодонную колбу таким образом, чтобы она заполнилась не более чем на 1/3 её объема, подкисляют щавлевой или виннокаменной кислотой до рН 2-3 и подвергают перегонке. Подкисление объекта органической кислотой проводят с той целью, чтобы превратить нелетучие соли синильной кислоты (цианиды калия, натрия), в виде которых она находится в биологическом объекте, в свободную HCN, являющуюся легко летучим соединением. Н+ NaCN HCN В данном случае нельзя воспользоваться сильными минеральными кислотами, т.к. это привело бы:
H+ H   CN + 3 HOH HC(OH)3 HCOOH HCOONH4 - NH3 -HOH аммонийная соль муравьиной кислоты (нормальная составная часть организма)
Н+ С6Н5О-SO3Н С6Н5ОН +Н2SO4 -НОН Аппаратура и техника перегонки. Дистилляция с водяным паром проводится в специальном приборе, который состоит из трех основных частей, герметично соединенных друг с другом:
Сборку установки начинают со стороны приемника, в последнюю очередь к колбе с исследуемым объектом присоединяют заранее нагретый парообразователь (разборка ведется в обратном порядке). Водяную баню, в которой стоит колба с объектом, также нагревают, чтобы избежать конденсации водяного пара. Дистилляцию проводят медленно, так, чтобы можно было считать капли отгона. Собирают 2-3 дистиллята. Первый в количестве 1-3 мл собирают в приемник с 5% раствором натрия гидроксида для улавливания легко летучей синильной кислоты и превращения ее в нелетучий цианид натрия.При этом алонж холодильника должен быть погружен в раствор NaOH, чтобы избежать потерь летучей HCN. Весь первый дистиллят используют для обнаружения синильной кислоты. Второй (и третий) дистиллят собирают в пустой, чистый приемник в количестве 20-30 мл и используют для обнаружения всех остальных веществ из группы «летучих ядов». Двух-трех отгонов обычно бывает достаточно для качественного исследования. При проведении исследования на группу «летучих» ядов, необходимо обращать внимание на следующее:
Так, изоамиловый спирт легче воды и плохо смешивается с ней, поэтому при содержании значительных количеств изоамилового спирта дистиллят обладает характерным раздражающим запахом сивушных масел и иногда содержит на на поверхности маслянистые капли или даже два слоя этого вещества. Присутствие в отгоне фенола можно обнаружить по характерному запаху карболовой кислоты и молочновидному помутнению, поскольку фенол плохо растворим в воде. При больших количествах фенола на дне приемника могут присутствовать бесцветные или розоватые капли ( продукты окисления фенола). Хлороформ и четыреххлористый углерод тяжелее воды и не смешиваются с ней, поэтому на дне приемника можно наблюдать бесцветные капли или слой этих веществ. Исследование дистиллятов с целью идентификации веществ из группы «летучих ядов» традиционно строится на использовании микрохимических реакций, многие из которых студентам 4 курса хорошо известны из предшествующих химических дисциплин. Так, не будет новой реакция образования берлинской лазури, которая является высокочувствительной и специфичной для доказательства синильной кислоты и имеетположительное судебно-химическое значение (т.е. на основании одной этой реакции можно дать положительное заключение о наличии в исследуемом объекте НСN). Она является особенно ценной еще и потому, что образующийся характерный осадок может быть представлен в качестве «corpus delicti», т.е. вещественного доказательства, судебно-следственным органам. Известно, что общей реакцией на алкилгалогениды является реакция отщепления органически связанного хлора. Реакция достаточно чувствительна, но не специфична. О таких реакциях принято говорить, что они имеют отрицательное судебно-химическое значение. Заключение о присутствии того или иного из «летучих ядов» делается на основании комплекса реакций. Химическое исследование на группу «летучих ядов» студенты осваивают на лабораторных занятиях, используя методический материал кафедры. Кроме перегонки с водяным паром в токсикологической химии применяются еще два метода дистилляции: 1. Микроперегонка 2. Микродиффузия Микроперегонка. В последние годы исследование токсикологически важных «летучих» веществ все шире проводится методом газожидкостной хроматографии (о нем подробно рассказано в отдельной лекции). Для изолирования в этом случае используется микроперегонка, поскольку количество объекта составляет 1-5 г). Метод основан на ускоренной диффузии «летучих» веществ из биологической пробы при повышенной температуре в присутствии сильных электролитов и проводится в герметически закрытом флаконе. Парогазовая фаза отбирается микрошприцом и используется для анализа. Микродиффузия. Не потерял своего значения и метод микродиффузии, позволяющий обнаружить малые количества в объекте. Прибор для микродиффузии представляет собой небольшой круглый толстостенный сосуд из стекла, внутри которого расположен второй сосуд меньшего диаметра. Таким образом, имеется внутренняя круговая стенка и наружная кольцевая камеры. К верхнему краю пришлифовывается герметично крышка. Исследуемый объект вносится в наружную камеру, а поглощающая жидкость - во внутреннюю. К объекту в наружную камеру на расстоянии 2-3 см от него помещают раствор вещества-электролита, способствующего переходу летучего соединения в пространство прибора. Прибор закрывают крышкой, слегка наклоняют для смешивания объекта и электролита, после чего оставляют на время, необходимое для диффузии. При этом летучие вещества из объекта сначала переходят в пространство прибора, а затем в растворитель во внутренней камере (или в раствор реактивов, реагирующих с этими веществами). В этой жидкости их и определяют. На скорость перехода летучих веществ их объектов в пространство прибора влияют некоторые электролиты. Так, прибавление раствора карбоната калия к крови или тканям, содержащим этанол, ускоряет его диффузию. |