I
о
Ig ─── = A = kl c, где
I
I
o
и I – интенсивность излучения от источника соответственно до (I
o
) и после прохождения через поглощающий слой (I);
A – оптическая плотность;
k – коэффициент поглощения;
I - толщина светопоглощающего слоя (пламени);
с – концентрация анализируемого вещества.
Постоянство толщины светопоглощающего слоя, т.е. пламени, достигается с помощью горелок специальной конструкции.
Количественное определение методом атомно-абсорбционной спектрометрии проводят по следующей методике. Атомно-абсорбционный спектрометр выводят на режим согласно инструкции завода-изготовителя и устанавливают нужную длину волны. В генератор атомных паров вводят холостой раствор и настраивают детектор на максимальное светопропускание. Затем в пламя вводят раствор сравнения определяемого элемента с наибольшей концентрацией и настраивают детектор так, чтобы получить аналитический сигнал в оптимальном диапазоне измерений, после чего проводят анализ исследуемой пробы.
13
Расчет концентрации производят по градуировочному графику или по
методу добавок.
В химико-токсикологическом анализе метод атомно-абсорбционной спектроскопии предложен и используется для обнаружения и количественного определения «металлических ядов». Метод изолирования – простое сжигание, мокрая минерализация с помощью серной и азотной кислот или минерализация при повышенном давлении и температуре при воздействии микроволнового излучения (в специальных тефлоновых камерах-бомбах в присутствии реагента окислителя – азотной кислоты) или в автоклавах при температуре 350
о
С.
Метод атомно-абсорбционной спектроскопии отличается простотой в выполнении, высокой селективностью, малым влиянием состава пробы на результаты анализа.
Этот метод применяют для определения 70 элементов (металлов). Он не применим для неметаллов, резонансные линии которых лежат в вакуумной области спектра (λ <190 нм). Пределы обнаружения большинства элементов в растворах 1-100 мкг/л. В автоматическом режиме пламенный спектрометр позволяет анализировать до 500 проб в час. Недостаток метода – невозможность одновременного определения нескольких элементов при использовании линейных источников излучения.
Многоэлементный анализ можно провести, если использовать атомно- флуоресцентный, атомно-эмиссионный с индуктивно связанной плазмой или рентгено-флуоресцентный анализ.
Анализ минерализата дробным методом
Дробный метод анализа на «металлические яды» рассматривается как
сумма отдельных наиболее характерных и наиболее чувствительных
реакций обнаружения соединений металлов и мышьяка, имеющих
определенное токсикологическое значение.
Метод дробного анализа разработан А.Н. Крыловой применительно к объектам химико-токсикологического анализа. В предложенных методиках учитываются возможности комбинированных отравлений и присутствие микроэлементов в полученных минерализатах. В таблице 1. даны пределы
14 содержания токсикологически важных элементов в печени и почках – объектах, которые рекомендуется направлять при подозрении на отравление
«металлическими ядами» и содержащих наибольшее количество микроэлементов.
Таблица 1. Пределы содержания некоторых элементов в тканях организма человека (по данным А.Н. Крыловой
)
Название элемента
Границы естесственного содержания, мг на 100 г органа печень почки
Ртуть 0 – 0,01 0 – 0.04
Свинец 0,13 0,027
Марганец 0,13 – 0,40 0,06 – 0,28
Хром 0,001 − 0,013 0,028 – 0,029
Серебро 0,005 −
Медь 0,56 − 1,12 0,26 – 0,40
Мышьяк 0,01 − 0,07 0,01 – 0,08
Кадмий 0,64 – 6,68 1,32 − 8,48
Цинк 2,73 – 6,71 1,76 − 6,16
Барий незначительные количества
Висмут следы
Сурьма не обнаружена
Таллий не обнаружен
Железо до 200
Кальций до 100
Натрий значительные количества
Калий значительные количества
Фосфаты значительные количества
Хлориды небольшие количества
В связи с варьированием содержания элементов в тканях, для количественного определения металлов в минерализате предложены для каждого катиона не менее двух методов, которые позволяют определять их в широких пределах концентраций.
По схеме дробного метода анализа предусматривается разбавление минерализата до концентраций, когда естественно содержащийся микроэлемент не может быть обнаружен, а концентрация попавшего в организм элемента останется достаточной для его обнаружения. При проведении реакций к минерализату добавляют определенный объем воды
15 очищенной, а затем вносят соответствующие реактивы. При анализе минерализата на «металлические яды» применяется избирательная экстракция в виде диэтилдитиокарбаматов с целью выделения меди, висмута, цинка и кадмия в органическую фазу, свободную от мешающих ионов.
Специфичность экстракционных методик выделения этих катионов достигнута за счет использования правила ряда диэтилдитиокарбаматов металлов:
Hg
2+
,Ag
+
,Cu
2+
,Ni
2*
,Co
2+
,Bi
3+
,Sb
3+
,Cd
2+
,Pb
2+
,Zn
2+
,Mn
2+
Согласно этому ряду каждый предыдущий металл вытесняет последующий из его соли с диэтилдитиокарбаминовой кислотой.
Селективная экстракция с дитизоном используется для обнаружения ионов свинца, серебра, таллия, цинка, которые при определенном значении рН среды образуют окрашенные дитизонаты.
В
полученном минерализате, осадок отделяют путем фильтрования через плотный фильтр или центрифугирования и, в случае соосаждения других ионов металлов (Fe
3+
, Cr
3+
,Zn
2+
,Cu
2+
, что видно по грязно-зеленой или серой окраске осадка), его 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 по следующей схеме.
Анализ осадка. Осадок на фильтре повторно обрабатывают кипящим раствором ацетата аммония, подкисленным уксусной кислотой. Осадок сульфата бария остается на фильтре. Сульфат свинца переходит в раствор.
PbSO4 + 4 CH3COONH4 = (NH4)2[Pb(CH3COO)4] + (NH4)2SO4 При значительном осадке используют 5-6 мл кипящего раствора ацетата аммония, при малых количествах - 1-2 мл.
Анализ фильтрата начинают с обнаружения двух катионов – марганца и хрома. Это связано с тем, что чувствительность проводимых реакций на эти
16 катионы снижается при избытке в растворе хлоридов. Поэтому анализ на марганец и хром предшествует исследованию на ион серебра, выделение которого основано на его осаждении в виде AgCI путем добавления хлороводородной кислоты.
Обнаружению сурьмы в виде сульфида мешают соединения меди. В результате по схеме обнаружение меди предшествует анализу на катион сурьмы.
Исследованию минерализата на мышьяк (III) должен предшествовать анализ на сурьму (III), поскольку сурьма может мешать обнаружению мышьяка.
СОЕДИНЕНИЯ РТУТИ Изучить токсикологическое значение соединений ртути, способы обнаружения в минерализате и моче, методы количественного определения.
В итоге самоподготовки студент должен
знать: ■ свойства и применение в промышленности металлической ртути. Неорганические соединения ртути, их применение;
■ органические соединения ртути, их общая формула, токсичность в сравнении с неорганическими соединениями;
■ особенности всасывания соединений ртути и поведения их в организме. Пути выделения из организма;
■ Признаки
острого отравления при вдыхании паров, при приеме внутрь металлической ртути и её соединений;
■ Симптомы хронического отравления соединениями ртути;
■ Патологоанатомическая картина отравления препаратами ртути;
■ методы и реакции (с химизмом) обнаружения ртути в минерализате (деструктате), их оценка;
■ Способы количественного определения ртути в минерализате (деструктате);
■ Определение ртути в моче при хронических и острых отравлениях.
Свойства и токсикологическое значение. Ртуть – серебристо-белый металл, в парах – бесцветный. Это единственный жидкий металл и летучий при комнатной температуре.
Металлическую ртуть используют для изготовления катодов при электрохимическом получении едких щелочей и хлора, для полярографов, в производстве ртутных вентилей, газоразрядных источников света (люминесцентных и ртутных ламп), приборов
(термометров, барометров, манометров) и т.д.
Из неорганических соединений ртути находят применение её соли и оксиды. Эти соединения применяют для приготовления электродов сравнения, в качестве катализаторов органических реакций, для синтеза ртутьорганических соединений, в люминесцентных лампах, как антисептики, протрава для семян, для дубления кож, при изготовлении катодов и для других целей.
Соединения ртути являются высокотоксичными веществами. В организм они могут проникать через кожные покровы, ЖКТ и легкие. Смертельной дозой хлорида ртути(II) считают 0,2-0,3 г.
Органические соединения ртути имеют общую структуру R-Hg-R
1
, они токсичнее неорганических соединений ртути, так как являются липидорастворимыми и легко проникают через гистогематические барьеры, в том числе через гематоэнцефалический в
17 мозг, через плаценту в организм плода. Опасны растворимые соли ртути. Хлорид и нитрат ртути(II) более токсичны, чем хлорид и сульфид ртути(I). Соли ртути взаимодействуют с жирными кислотами сальных желез и легко проникают через кожный барьер.
Ртуть в виде паров легко всасывается через лёгкие и после форментативного окисления циркулирующая в крови «ионизированная» ртуть вступает во взаимодействие с белковыми молекулами. В 1-ю очередь ионы ртути реагируют с SH-, карбоксильными и аминными группами тканевых белков. В результате образуются более или менее прочные комплексы – металлопротеиды. При этом поражаются тиоловые (сульфгидрильные) энзимы. В организме возникают глубокие нарушения функций ЦНС, особенно ее высших отделов. Вначале возбудимость коры больших полушарий повышается. Это связано с ослаблением активного внутреннего торможения, а затем возникает инертность корковых процессов. Позже развивается запредельное торможение.
В организме ртуть длительно задерживается. Она накапливается в виде соединений с белком (альбуминатов) в различных органах,
главным образом в печени, почках, желчи.
Выводятся соединения ртути через почки, желудочно-кишечный тракт, слюные и молочные железы.
Острые отравления могут возникнуть при вдыхании паров металлической ртути или пыли ртутьсодержащих пестицидов. Признаки отравления проявляются через 1-2 дня или несколько часов. Ощущается общее недомогание, головная боль, металлический вкус во рту, покраснение и набухание десен с появлением на них темной каймы (ртутный стоматит), за счет образования сульфида ртути. Возникает озноб и процесс протекает по типу «металлической лихорадки», позже – токсический отек лёгких. Смерть наступает от острой сердечно-сосудистой недостаточности или тяжелой уремии.
При приеме внутрь ртуть глубоко проникает в ткани за счет образования рыхлого альбумината и оказывает прижигающее действие на слизистые оболочки пищеварительного аппарата, ощущается жжение пищевода, желудка, рвота с кровью, боли, диарея. Через 2-3 дня наступает тяжелое повреждение почек с развитием анурии и уремии, с массовым некрозом почечных канальцев.
Хронические отравления характеризуются симптомами, возникающими при поступлении небольших доз соединений ртути в течение нескольких лет. У человека появляется быстрая утомляемость, слабость, частые головные боли, выпадение волос, щелушение кожи, ломкость ногтей. Развивается «ртутный эретизм»: застенчивость, неуверенность в себе, мнительность, невозможность выполнять работу при посторонних. Появляется стоматит, ртутная энцефалопатия – депрессия, зрительные и слуховые галлюцинации, эмоциональная тупость, судорожные сокращения различных мышц, дрожание рук.
Больные умирают через 3-4 года после начала заболевания. Причина смерти - шок, паралич жизненно важных центров, острая сердечно-сосудистая недостаточность
(угнетение сердечной деятельности, капилляротоксическое действие ртути и тяжелая уремия («сулемовая» почка).
Патологоанатомическая картина при отравлении препаратами ртути характерна.
Наблюдаются типичные изменения внутренних органов: гиперемия слизистой оболочки глотки и пищевода с образованием белесовато- серого струпа, в желудке – некроз слизистой, она сероватая, плотная, напоминает шагреневую кожу, некрозы с образованием язв на месте воздействия яда. При длительности отравления от 5 до 14 дней наблюдается характерная картина «сулемового нефроза». При гибели от хронической интоксикации основные изменения наблюдаются в ЦНС.
Для
обнаружения ртути в минерализате (деструктате)рекомендована атомно- абсорбционная спектрометрия и химический метод.
Атомно-абсорбционная спектрометрия. Обнаружение проводится путем выявления в спектре характерной для ртути линии резонансного перехода при длине волны 253,7 нм.
18
Оценка метода: предел обнаружения ртути составляет 15 мкг в 1 мл исследуемой пробы.
Химический метод. В минерализате, полученном по методу А.Н. Крыловой, ртуть содержится в виде сульфата ртути – HgSO
4
. Для обнаружения иона ртути используют реакцию с дитизоном и с иодидом меди(I).
1. Реакция с дитизоном (предварительная).
1/2 часть минерализата помещают в делительную воронку, прибавляют 10 мл 10% раствора сернокислого гидроксиламина или аскорбиновой кислоты, 5 мл хлороформа и 3 мл 0,01% раствора дитизона. Смесь взбалтывают. При наличии ртути в минерализате наблюдают желто-оранжевую окраску слоя хлороформа.
C
6
H
5
N
N
C
SH
N
NH C
6
H
5
CHCl
3
C
6
H
5
N
N
C
S
N
N
C
6
H
5
Hg
HgSO
4
H
2
SO
4
дитизон зелёного цвета
+
дитизонат ртути оранжего-жёлтого цвета
/2
+
2
H
Оценка: предел обнаружения по данной реакции составляет 0,05 мкг ртути в 1 мл исследуемого раствора. Реакции придается судебно-химическое значение при отрицательном результате.
2.РЕАКЦИЯ С ИОДИДОМ МЕДИ(I) – ПОДТВЕРЖДАЮЩАЯ. К 2 мл минерализата
(деструктата) прибавляют 7 мл воды очищенной, 1мл 2,5 М раствора сульфита натрия и 2 мл взвеси иодида меди (I). Наблюдают образование розового, красного или оранжево- красного осадка.
HgSO
4
+ 4CuI → Cu
2
HgI
4
↓ + CuSO
4
тетраиодмеркурат меди
Оценка: предел обнаружения - 1 мкг ртути в исследуемом объеме.
Количественное определение.
Для определения содержания ртути используют атомно-абсорбционную спектрометрию, фотоколориметрический метод и визуальную колориметрию.
Атомно-абсорбционная спектрометрия. Проводят по величине светопоглощения при длине волны характерной для ртути линии резонансного перехода при 253,7 нм. Для расчета концентрации используют градуировочный график или метод добавок.
Экстракционно-фотоколориметрический метод основан на получении окрашенного комплекса с дитизоном. ½ часть минерализата (деструктата) помещают в делительную воронку, добавляют 10 мл 10% раствора сульфата гидроксиламина, 5 мл четыреххлористого углерода и 0,3 мл 0,01% раствора очищенного дитизона до получения устойчивого изумрудно-зелёного окрашивания органической фазы. Затем производят в течение 30 секунд энергичное встряхивание делительной воронки. Слой органической фазы окрашивается в жёлтый или оранжевый цвет. Экстракцию повторяют несколько раз.
В полученном окрашенном в жёлтый или оранжевый цвет экстракте, который содержит дитизонат ртути, определяют светопоглощение при длине волны 485 нм в кювете с толщиной слоя 10 мм по отношению к четыреххлористому углероду. Расчет содержания ртути в деструктате проводят по калибровочному графику.
19
Визуальный колориметрический метод основан на установлении концентрации окрашенного соединения по интенсивности окраски ртути с иодидом меди (I).
Полученную окраску сравнивают с цветом серии стандартов с известной концентрацией того же соединения. Этот анализ
отличается простотой и быстротой проведения, но не отличается достаточной точностью. Метод рекомендован А.Ф. Рубцовым для определения ртути в биологических объектах. В настоящее время этот метод используется, в основном, при определении ртути в различных пищевых продуктах после их минерализации.
К половине объема деструктата добавляют 250 мл воды очищенной и 10 мл взвеси иодида меди (I). Взвесь окрашивается в телесный, розовый или кирпично-красный цвет в зависимости от количества ртути.
HgSO
4
+ 2 KI = HgI
2
+ K
2
SO
4
HgI
2
+ 2 KI = K
2
HgI
4
K
2
HgI
4
+ 2CuI = ↓Cu
2
HgI
4
+ 2KI
Полученный и промытый 50 мл смеси ацетона или этанола с 2% раствором сульфата натрия (1:1) осадок, визуально сравнивают со шкалой, содержащей от 0,5 до 12 мкг ртути и приготовленной по той же методике.
Метод является специфичным и чувствительным и позволяет определять 0,5 мкг ртути в половине объема деструктата. Ошибка метода составляет, в зависимости от количеств ртути, от 2 до 13 %.
Обнаружение и определение ртути в моче. Необходимость анализа мочи на присутствие ртути и определение её количества, возникает во время профилактических осмотров работающих, связанных с вредными условиями труда, при подозрении на контакт больного с ртутью или его препаратами в домашних условиях.
К суточному объему мочи прибавляют 2-5 мл куриного белка и 0,5-1,0 г хлорида натрия. Полученную смесь нагревают на водяной бане при постоянном помешивании. В процессе нагревания белок коагулирует в виде хлопьев, сорбируя на себе ртуть.
Полученный альбуминат ртути отфильтровывают, промывают водой и растворяют в концентрированной хлороводородной кислоте. В полученный раствор вносят маленькие медные спиральки. Через сутки спиральки вынимают, промывают водой, спиртом и осушают эфиром. Если в моче содержалась ртуть, на спиральках появляется налет металлической ртути. Спиральки помещают в узкую пробирочку, добавляют 2-3 кристаллика кристаллического иода. Пробирочку на расстоянии 1-2 см от верхнего края охлаждают с помощью мокрой ваты или фильтровальной бумаги. Затем проводят осторожно нагрев места пробирочки, где находятся спиральки и иод. При
нагревании ртуть и иод возгоняются, образуя иодиды ртути (I и II), которые на месте охлаждения пробирочки образуют кристаллический налет. При рассматривании налета под микроскопом наблюдают красные (HgI
2
) и зеленые (Hg
2
I
2
) ромбической форма кристаллы
Рис. Кристаллы иодида ртути (I) и иодида ртути (II).
20
Для определения содержания ртути в анализируемом объеме мочи полученный возгон в пробирочке обрабатывают раствором иода в иодиде калия.
Hg
2
I
2
+ 4KI + I
2
→ 2K
2
HgI
4
HgI
2
+ 2KI → K
2
HgI
4
К полученному раствору тетраиодмеркурата калия добавляют сульфат меди (II), сульфит натрия. Образуется осадок, окрашенный в телесный или розовый цвет.
K
2
HgI
4
+2CuSO
4
+2KI+Na
2
SO
3
+HOH →↓Cu
2
HgI
4
+2K
2
SO
4
+2HI + Na
2
SO
4
Полученный осадок тетраиодмеркурата меди сравнивают визуально с калибровочной шкалой, построенной с разными концентрациями ртути, и определяют содержание ртути в исследуемом суточном объеме мочи.
Скачать 0.63 Mb.