занятие 10 изолирование,ртуть барий свинец. Учебное пособие для самостоятельной подготовки студентов к лабораторным занятиям
 Скачать 0.63 Mb.
|
|
«ГРУППА ВЕЩЕСТВ, ОПРЕДЕЛЯЕМЫХ В ОБЪЕКТЕ ПОСЛЕ МИНЕРАЛИЗАЦИИ» Учебное пособие для самостоятельной подготовки студентов к лабораторным занятиям Для студентов очного отделения КУРС 4 СЕМЕСТР 7 К ЗАНЯТИЮ № 10 Цель самостоятельной внеаудиторной работы студентов. Изучить методы изолирования «металлических ядов» из различных объектов, их токсикологическое значение, общие методы анализа минерализата на отдельные катионы. Целевые задачи. В итоге самоподготовки студент должен знать: ■ поведение «металлических ядов» в организме человека и животных при отравлении: связывание с белками, ферментами, рецепторами, особенности местного и резорбтивного действия, патологоанатомическая картина при отравлении, пути выведения из организма; ■ необходимость полного разрушения объекта перед началом анализа его на отдельные катионы; ■ методы изолирования «металлических ядов» из различных объектов: способы влажного и сухого озоления; ■ изолирование ртути из биологических объектов; 2 ■ анализ минерализата на отдельные катионы: последовательность и схема проведения исследования дробным методом; ■ использование атомно-абсорбционной спектроскопии; ■ необходимость количественного определения обнаруженных в объекте «металлических ядов» и используемые при этом методы. Студент должен уметь: ● проводить изолирование «металлических ядов» из биологических объектов минерализацией серной и азотной кислотами и составлять схему анализа минерализата на отдельные катионы; ● обоснованно выбирать последовательность проведения отдельных реакций и оценивать их результаты; ● проводить маскировку мешающих ионов при обнаружении конкретного катиона. Задания для подготовки к занятию. 1. Изучите теоретический материал по теме, приведенный в разделе «Информационный блок». 2. Проверьте, усвоили ли Вы теоретический материал по теме занятия. Подготовьтесь ответить на вопросы и тестовые задания, примеры которых приведены в конце информационного блока. ИНФОРМАЦИОННЫЙ БЛОК Обнаружение и определение «металлических ядов» в биологических объектах возможно после разрушения органических веществ. Необходимость полной минерализации объекта связана с тем, что соли металлов в организме вступают во взаимодействие с белками и образуют иногда очень прочные соединения за счет ковалентных связей. В этом случае металлы почти не извлекаются из объектов обычными методами (настаиванием с различными извлекающими жидкостями) и не могут быть обнаружены с помощью известных реакций. Минерализация создает возможность получения соединений металлов легко переводимых в ионное состояние. Известны два метода минерализации: «мокрая минерализация» и «сухое озоление». 3 Методы «мокрой минерализации» Все методы мокрой минерализации сводятся к разрушению органических веществ с помощью окислителей в кислой среде. Окислителями могут быть серная кислота и ее смеси с азотной, хлорной кислотами или концентрированным раствором пероксида водорода. Различают несколько модификаций метода «мокрого» озоления: ─ минерализация серной и азотной кислотами; ─ минерализация серной, азотной и хлорной кислотами; ─ минерализация для обнаружения ртути в объекте (частный метод). Минерализация серной и азотной кислотами Минерализацию проводят в колбе Кьельдаля (рис.1), в которую помещают 100 г измельченного объекта и 75 мл смеси равных объемов азотной, серной кислот и воды. Колбу Кьельдаля укрепляют на 2 см выше асбестовой сетки. Над колбой закрепляют делительную воронку с азотной кислотой, разбавленной водой очищенной 1:1 Рис. 1. Прибор для минерализации биологического объекта с помощью методов мокрого озоления 1 – колба Кьельдаля с объектом; 2 – делительная воронка с раствором азотной кислоты. 4 На первой стадии (деструкция) проводят медленное нагревание, не допуская обугливания. При этом разрушаются структурные элементы тканей и органические соединения за исключением жиров. Окисление происходит с помощью азотной кислоты: HNO 3 + C ( органические соединения ) → NO 2 +CO 2 + H 2 O Побочными реакциями на первой стадии могут быть реакции сульфирования и нитрования. Продукты этих реакций труднее минерализуются, поэтому для предотвращения их образования вначале минерализации рекомендуется добавлять воду. По окончании первой стадии минерализации получается прозрачная жидкость желтоватого или буроватого цвета. Для разрушения жиров (вторая стадия) колбу Кьельдаля опускают на асбестовую сетку, нагревание усиливают и начинают по каплям добавлять азотную кислоту из делительной воронки. На этой стадии окислительные свойства проявляет, наряду с азотной кислотой, и серная кислота, т.к. ее концентрация достигает 70% за счет испарения воды из колбы: H 2 SO 4 + C ( органические соединения ) → SO 2 + CO 2 + H 2 O Если первая стадия заканчивается за 15-40 минут, то вторая стадия длится 3-4 часа. Окончанием этой стадии считается момент, когда не наблюдается обугливания минерализата при 30 минутном нагревании без добавления азотной кислоты. Минерализат при этом должен быть бесцветным или желтоватым за счет железа(III), а при наличии меди или хрома – голубоватым или зеленоватым. Для денитрации (удаление оксидов азота, азотной, азотистой кислот): к минерализату добавляют 10-15 мл воды очищенной, нагревают до 110-130 о С и по каплям в смесь вносят формалин. При этом происходит реакция восстановления азотной и азотистой кислот и окисление формальдегида по следующим уравнениям. 5 HNO 3 HNO 3 HNO 2 CH 2 O CH 2 O CH 2 O NO N 2 N 2 CO 2 CO 2 NO O H 2 O H 2 CO 2 O H 2 NO O 2 NO 2 4 4 4 + + + 3 5 2 4 + + + 3 5 2 + + + 5 7 2 + 4 2 + 2 Реакция заканчивается за 1-2 минуты. Возможные остатки формальдегида удаляются при нагревании жидкости в течение 5-10 минут. Проверку окончания денитрации проводят с помощью дифениламина в серной кислоте. дифениламин дифенилдифенохинондиимина гидросульфат Отсутствие синего окрашивания свидетельствует о полном удалении из минерализата соединений азота После завершения денитрации минерализат разбавляют водой очищенной до 180 мл. Если образуется осадок, жидкость нагревают до кипения для укрупления осадка и охлаждают. Осадок отфильтровывают и промывают 1% раствором серной кислоты. Осадок анализируют на содержание ионов бария и свинца. Фильтрат разбавляют в мерной колбе водой очищенной до 200 мл и исследуют на катионы марганца, хрома, серебра, меди, висмута, цинка, таллия, сурьмы, мышьяка, кадмия и др. Оценка метода. Метод позволяет быстро достичь полноты разрушения органических веществ. В результате получается малый объем минерализата, что увеличивает возможность обнаружения ядов с помощью известных реакций и методов. Недостатком метода является частичная или полная потеря ртути в процессе минерализации. N H HNO 2 , HNO 3 H 2 SO 4 N H N HSO 4 + * - 6 Минерализация серной, азотной и хлорной кислотами Добавление хлорной кислоты в минерализирующую смесь ускоряет процесс участие все три кислоты: азотная, серная (по ранее приведенным схемам) и хлорная. В нашей стране метод применяется сравнительно редко и используется для минерализации особо стойких органических объектов. 2HCIO 4 + C (органические соединения) → СI 2 O 6 + CO 2 + 2 O Оценка метода. Основным достоинством метода является более полное и быстрое окисление. Время минерализации сокращается в 2-3 раза по сравнению с методом разрушения серной и азотной кислотами. Потери ртути меньше, чем в предыдущем методе, т.к. разрушение происходит в замкнутой системе. Метод минерализации для обнаружения ртути в объекте. При использовании общепринятых методов минерализации ртуть практически полностью теряется, т.к. её соединения летучи. Поэтому делались многочисленные попытки усовершенствовать стадии минерализации объекта. В настоящее время в химико-токсикологическом анализе используется частичная (деструктивная) минерализация в модификации 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 по каплям добавляют 10 мл концентрированной серной кислоты. Такой процесс позволяет контролировать скорость разложения азотной кислоты. Этому способствует и наличие этилового спирта, который способен связывать некоторое количество азотной кислоты непрочной эфирной связью. По окончании добавления серной кислоты колбу оставляют на 15 минут при комнатной температуре до прекращения выделения оксидов азота, а затем нагревают на водяной бане 10-20 минут. Если при нагревании реакция протекает слишком бурно с выделением бурых паров, то добавляют 30-50 мл горячей воды. Горячий деструктат фильтруют в колбу с 20 мл насыщенного раствора мочевины, который добавляют для проведения 7 денитрации. В данном случае не требуется более сильных восстановителей, т.к. наличие этанола и условия проведения деструкции, приводят в итоге к образованию азотной кислоты и оксидов азота низшей степени окисления. 2HNO 2 + NH 2 – C – NH 2 → CO 2 +2N 2 + 3H 2 O ‖‖ O N 2 O 3 + NH 2 – C – NH 2 → CO 2 +2N 2 + 2H 2 O ‖‖ O Избыток мочевины удаляют нагреванием в присутствии серной кислоты. NH 2 – C – NH 2 + H 2 O + H 2 SO 4 → CO 2 + (NH 4 ) 2 SO 4 ║ O Деструктат разбавляют водой до определенного объема и далее проводят необходимые испытания. Данный метод позволяет разрушить структурные основные элементы тканей (не разрушенными остаются жиры и трудно окисляемые аминокислоты). Связь ртути с белками разрушается. Оценка метода. Метод позволяет достаточно быстро и полно разрушить связь ртути с белками. Потери ртути составляют не более 10% при её содержании от 0,5 до 1,0 мг ртути в 100 г объекта. Методы « сухого озоления». В химико-токсикологическом анализе из способов «сухого озоления», в ряде случаев, применяют метод сплавления с карбонатом и нитратом натрия и метод простого сжигания. Их используют при небольших количествах объекта исследования, при отсутствии необходимости анализа на наличие соединений ртути и др. Метод сплавления с карбонатом и нитратом натрияприменяется и как дополнительный способ разрушения при специальных исследованиях на наличие в объекте мышьяка, сурьмы или для разделения свинца, бария, 8 серебра. Особенно он удобен при анализе органических красителей, остатков мочи, волос, ногтей и т.п. Метод простого сжигания используется при исследовании объекта на наличие солей меди, марганца, висмута, цинка, фторидов и кремнефторидов. Метод простого сжигания при определении соединений меди, марганца, висмута и цинка На исследование из объекта берут небольшие навески массой 1-10 г (пищевые продукты, биологический материал). Измельченные объекты высушивают на песчаной бане, затем обугливают, усиливая нагрев до 300- 400 о С. После охлаждения обугленный объект смачивают насыщенным раствором нитрата аммония и нагревают на слабом огне до образования белой золы. Остаток обрабатывают хлороводородной или азотной кислотами. Полученный раствор фильтруют, выпаривают досуха, остаток растворяют в воде и используют для исследования Метод сплавления с карбонатом и нитратом натрия. Навеску объекта массой 1-2 г, растирают со смесью карбоната и нитрата натрия (2:1). В тигель помещают 5-6 г нитрата натрия, расплавляют его путем нагревания, а затем малыми порциями вносят подготовленную растертую массу объекта с карбонатом и нитратом натрия. Смесь нагревают на асбестовой тарелке, не допуская образования вспышек пламени в объекте. Сжигание считают законченным, когда исчезла черная окраска после добавления последней порции смеси. Остаток, представляющий собой белый сплав, обрабатывают горячей водой (выщелачивают). В водном растворе сплава определяют наличие ионов металлов. При таком методе минерализации исключается обнаружение ртути, т.к. она способна улетучиваться не только в свободном состоянии, но и в виде некоторых солей. Метод простого сжигания при определении соединений фтора и кремнефторидов. 9 К соединениям фтора, имеющим токсикологическое значение, относятся соли фтористоводородной кислоты (NaF, NaHF 2 , CaF 2 ) и кремнефториды (Na 2 SiF 6 ). Для изолирования фторидов измельченные органы трупа, содержимое желудка, пищевые продукты и др. в количестве 25г подщелачивают избытком гашеной извести или гидроксидом натрия, смачивают раствором нитрата аммония или концентрированной азотной кислоты, высушивают и прокаливают при температуре не выше 500 о С до полного сжигания. Полученная зола подвергается анализу. При подозрении на возможность присутствия фторидов в реактивах и посуде необходимо провести в тех же условиях слепой опыт. В группу «металлических ядов» объединены соединения неорганических веществ, имеющих токсикологическое значение. Большинство из них являются солями и оксидами тяжелых металлов, а также соединений сурьмы и мышьяка. Характерной их особенностью является то, что в микро дозах они необходимы для организма и в качестве микроэлементов принимают участие в важнейших физиологических процессах. С химической точки зрения многие «металлические яды» вступают во взаимодействие с пептидами, образуя комплексные соединения, и этим блокируют основные функции белка. В больших дозах они, прежде всего, блокируют ферментные системы, некоторые из них являются протоплазматическими ядами. В организме человека «металлические яды» находятся в неионогенном состоянии, поэтому для их изолирования и дальнейшего определения необходимо перевести их в ионогенное состояние. Обычно этот способ заключается в предварительной минерализации органической части объекта химико-токсикологического исследования, что также объединяет «металлические яды» в общую группу. Естественно то, что характер и токсическое действие отдельных «металлических ядов» на организм, а также методы обнаружения и количественного определения различны и будут рассмотрены ниже. 10 После разрушения биологического материала с помощью концентрированных серной и азотной кислот минерализат представляет собой бесцветную или слегка окрашенную в желтый цвет (за счет возможно недоразрушенных органических веществ или соединений железа) прозрачную жидкость. В присутствии соединений меди и хрома минерализат может быть окрашен в голубоватый или зеленоватый цвет. При наличии соединений свинца, бария, кальция минерализат, после разбавления его водой очищенной, содержит белый осадок, состоящий из сульфатов этих металлов. Для обнаружения «металлических ядов» в извлечениях из объектов используют атомно-абсорбционный и химические методы анализа. АНАЛИЗ МИНЕРАЛИЗАТА Понятие об атомно-абсорбционной спектрометрии Атомно - абсорбционная спектрометрия (ААС) предложена Уолшем в 1955 году и предназначена для определения содержания химических элементов с помощью измерения абсорбции излучения атомными парами определяемого элемента. Физическую основу метода составляют следующие явления. При поглощении кванта света свободный атом переходит в возбужденное состояние А * А + h υ → А * , где: h – постоянная Планка, υ – частота, определяемая условиями перехода Е А* ─ Е А υ = ──────, где h Е А* и Е А – энергия атома в возбужденном и основном состояниях. Наиболее вероятным изменением энергетического состояния атома при возбуждении является его переход на уровень, ближайший к основному энергетическому состоянию, т.е. резонансный переход. 11 Если на невозбужденный атом направить излучение оптического диапазона с частотой равной частоте резонансного перехода, кванты света будут поглощаться атомами. При этом наблюдается уменьшение интенсивности излучения, что фиксируется при определенной длине волны. В основе метода – регистрация спектров поглощения атомов, находящихся в газообразном состоянии в пламени при действии источника излучения. В таблице 1 приведены резонансные линии, предел определения при использовании смеси образующей пламя-атомизатор. Принципиальная схема атомно-абсорбционного спектрометра представлена на рисунке 3. 1 2 3 4 5 Рис. 2. Схема устройства атомно-абсорбционного спектрометра 1-источник излучения (190-850 нм); 2-пламя (атомизатор); 3-монохроматор (призма); 4- фотоумножитель; 5-регистрирующий прибор. Способ введения образца зависит от типа используемого генератора. Если генератором атомных паров является пламя, то в качестве растворителя для приготовления растворов образца и стандарта используют воду. Могут применяться органические растворители, если они не влияют на стабильность пламени. Источник излучения – мощная лампа с полым катодом, которая испускает излучение с той же частотой, что и определяемый элемент. Монохроматор – призма, которая служит для выделения определенной линии элемента. Фотоумножитель – часть прибора, которая регистрирует излучение. Наиболее часто используется пламя смеси ацетилена с воздухом (максимальная температура 2000º С), ацетилена с N 2 O температура (2700º С), 12 ацетилен с кислородом, водород с воздухом. Горелка со щелевидным соплом длиной 50-100 мм и шириной 0,5-0,8 мм устанавливается вдоль оптической оси прибора для увеличения длины поглощающего слоя и перевода исследуемой пробы в газообразное состояние. Раствор пробы вводят в пламя путем распыления с помощью пневматических распылителей. Через слой атомных паров пробы пропускают мощное излучение в диапазоне 190-850 нм. Метод основан на определении поглощения света атомами исследуемого образца. Уменьшение интенсивности излучения подчиняется закону Бугера – Ламберта – Бера. |