Материал: 107-112

Вопрос 107 Химико-токсикологическая характеристика «металлических ядов». Особенности токсикодинамики и токсикокинетики.

К металлическим ядам относятся:

• Соли Me

• Оксиды Me

• Соединения As,Sb

Органические и неорганические соединения Me широко используются в:

• Промышленности

• Сельском хозяйстве

• Медицине

Классификация элементов по их содержанию в организме:

1. Макроэлементы (Ca²⁺, Mg²⁺, Na⁺, Cl^-) >10^-2%

Элементы-органогены (C, H, O, N, P, S) >10^-2%

2. Микроэлементы (Cu, Fe, Co, Mo, Mn) 10^-5-10^-2%

3. Ультрамикроэлементы <10^-5%

По потребности организма:

• Необходимые (эссенциальные)

Присутствуют в постоянной концентрации (химический гомеостаз) и осуществляют известные функции (Cu,Zn,Fe,Co,Mo,Mn)

• Условно-необходимые

Присутствуют в организме, но в незначительных количествах и роль некоторых в организме до сих пор не выяснена (V,Ni,Cr)

• Примесные

Присутствуют в организме, но их роль не выяснена, но установлена их токсичность.

Зависимости доза-ответ

а – для необходимых элементов; б – для примесных (токсичных) элементов

Как дефицит, так и избыток необходимых элементов наносят вред организму, вплоть до летального исхода.

Гипермикроэлементозы – заболевания, обусловленные избыточным содержанием в организме того или иного элемента.

1. Токсикокинетика:

Поступление:

• Перорально: большая доля тяжелых Me всасывается в 12-перстной кишке и средней части тонкого кишечника (диффузия, активный транспорт)

• Ингаляционно – более эффективно, так как площадь всасывающейся поверхности больше

• Перкутанное поступление малохарактерно (Hg²⁺)

Выведение:

• Кожа: слущивание эпидермиса(As);через потовые железы (Cu,Zn,Cd)

• Почки и кишечник: моча и экскременты

Детоксикация: в печени образуются металлотионеины MT(SH)X

2 MT(SH)_X + х Cd²⁺→ MT(S-Cd-S)_x МТ + 2_ХН⁺

Не выводятся из организма, но и не оказывают токсического действия тяжелые Me

2. Токсикодинамика: Механизм токсичности металлов:

На молекулярном уровне:

• Ингибирование ферментов

• Необратимые конформационные изменения макромолекул (белков, нуклеиновых кислот) и как следствие изменение скорости биосинтеза, биотрансформации, а также возникновение мутаций.

Действие неорганических ядов на молекулярном уровне вызывает изменения

На клеточном уровне:

• Дефицит жизненно важных метаболитов

• Нарушении структуры и проницаемости клеточных мембран.

Нарушение нормальной жизнедеятельности клеток обусловливает дисфункцию органов:

• Появление новообразований

• Признаки отравления неорганическими веществами (замедление роста, смещение

физиологических параметров, ослабление репродуктивной функции и увеличение смертности потомства)

Механизмы токсичности ионов металлов в биосредах во многом определяются их:

• Химической формой (степень окисления)

• Способностью комплексообразованию

Связывание «металлических ядов» биологическим материалом

• С аминокислотами: Me взаимодействует с группами: -SH (цистеин,метионин); -NH2 ; -СООН;-ОН (серин,треонин)

• С пептидами и белками – за счёт связывания с концевыми NH2; COOH гр.

• С рядом других жизненно важных веществ (птеридины (в том числе

фолиевая кислота), пурины, рибофлавин, нуклеиновые кислоты и др).

Объекты исследования:

• Кровь

• Желудок, кишечник, печень, почки

• Органы депонирования «металлических ядов» - головной мозг, костная ткань,

волосы, ногти и др.

Вопрос 108

Общая характеристика группы. Теоретическое обоснование необходимости минерализации. Характеристика современных общих и частных методов минерализации. Выбор метода в зависимости от характера объекта и анализируемого «яда».

­Минерализация – окисление органического вещества, составляющего объект исследования для освобождения искомых неорганических соединений из их комплексов с белками.

Обоснование её необходимости: связывание Me с АК, пептидами и белками очень прочное (с SH-гр. эта связь ковалентная), поэтому используют более жесткие методы.

Виды минерализации:

1. Сухая минерализация: образование золы (б/ц или окрашенный осадок)

Метод сухого озоления: основан на нагревании органических веществ до высокой температурыпри доступе воздуха в фарфоровых, кварцевых или платиновых тиглях

• Берут навески 1-10г

• Применяется, когда имеется цель исследовать объекты на наличие Cu, Mn и некоторые др. Me

Метод сплавления орг. веществ с нитратами щелочных металлов. Биолог. материал или другие орг. вещества нагревают с расплавленными нитратами щелочных металлов. С повышением температуры окислительные свойства нитратов усиливаются.

• Метод применяется при цели исследования объектов на наличие As, Ag и некоторых др. Ме

Достоинства сухой минерализации

1. Относительно небольшая навеска объекта

2. Направленное исследование

Недостатки метода сухой минерализации:

1. Улетучивание некоторых металлов и их соед-й в процессе нагревания (Hg,Tl);

2. Взаимодействие отдельных металлов с материалом тиглей;

3. Невозможность контролировать температуру в тиглях

2. Мокрая минерализация (метод мокрого озоления): образуется минерализат (прозрачная или окрашенная жидкость)

Применяют кислоты-окислители (азотную, серную, хлорную кислоты), KClO4 –

хлорат калия и пергидроль (30% H2O2).

При помощи этих окислителей происходит разрушение биолог. материала с образованием более простых хим.соединений. Применяемые окислители разрушают связи между металлами и белками, пептидами, аминокислотами и некот. др. соединениями.

Достоинства мокрой минерализации:

1. Быстрота разрушения органических веществ;

2. Высокая чувствительность;

Недостатки:

1. Значительные потери Hg

2. Использование концентрированных растворов.

Вопрос 109 Теория минерализации. Стадии изолирования, химические процессы, лежащие в их основе. Денитрация минерализата и подготовка его к исследованию.

Этапы выделения «металлических ядов» из биообъектов общим методом:

1. Подготовка объекта (100 г)

2. Деструкция: окислители: HNO3(к), H2SO4 (к), капельно - HNO3(к),

нагревание до 40 минут

3. Глубокое окисление: нагревание от 4 до 8 часов.

4. Денитрация

Денитрация – процесс освобождения, минерализатов от азотной, азотистой, нитрозилсерной кислот и оксидов азота.

Обоснование: окислители мешают проведению ХТА, что требует их удаления из минерализата.

Денитрацию проводят с помощью: формальдегида, мочевины, сульфита натрия

Метод денитрации минерализатов формальдегидом

• При взаимодействии формальдегида с азотной кислотой, выделяется азот:

4HNO3 + 5HCHO →2N2 + 5СО2 + 7Н2О

• Азотистая кислота взаимодействует с формальдегидом:

4HNО2 + 2НСНО → N2 + 2NO + 2СО2 + 4Н2О

• Оксид азота (II) окисляется кислородом воздуха до оксида азота (IV), который при

взаимодействии с водой дает азотную и азотистую кислоты:

NO + O → NO2

2NO2 + H2О → HNO2 + HNО3

• Образовавшиеся при этом азотная и азотистая кислоты реагируют с

формальдегидом.

• Нитрозилсерная кислота при нагревании с водой разлагается. Образовавшаяся

азотистая кислота реагирует с формальдегидом.

Реакция заканчивается за 1-2 мин. Возможные остатки формальдегида удаляются при нагревании жидкости в течение 5-10 мин. Проверку окончания денитрации проводят с помощью дифениламина в серной кислоте. Отсутствие синего окрашивания свидетель­ствует о полном удалении из минерализата соединений азота.

дифениламин синее окраш-е

Вопрос 110

Дробный метод исследования. Теоретические положения. Схема дробного метода анализа (по А.Н. Крыловой). Характеристика реагентов, применяемых в дробном методе для маскировки мешающих ионов, выделения и анализа «металлических» ядов. Теория рядов Тананаева.

Теоретические основы дробного метода анализа в аналитической химии были разработаны профессором Н.А.Тананаевым. Для целей судебно-химического анализа дробный метод разработала и внедрила А.Н.Крылова. 

Дробный метод основан на применении реакций, с помощью которых в любой последовательности можно обнаружить искомые ионы в отдельных и небольших порциях исследуемого раствора в присутствии посторонних ионов.

При невозможности применить специфические реактивы используется специальный прием - маскировка, который позволяет устранить влияние мешающих ионов.

Поэтому обнаружение каждого иона проводится в два этапа:

1. Вначале устраняется влияние мешающих ионов с помощью соответствующих приемов и реактивов (маскировка)

2. Затем, на втором этапе – прибавляют реактив, дающий какой-либо аналитический сигнал (окраску, осадок и др.) с открываемым ионом.

Часто эти приемы сочетают с экстракционным выделением искомого катиона из минерализата, что позволяет значительно повысить специфичность и чувствительность обнаружения «металлических ядов».

Маскировка – процесс устранения влияния мешающих ионов, находящихся в сложной смеси, для обнаружение искомых ионов. При маскировке мешающие ионы переводят в соединения, которые теряют способность реагировать с реактивами на искомые катионы.

Приемы, используемые с целью маскировки:

• Переводят мешающие ионы в устойчивые комплексы

• Изменяют валентность металлов при помощи окислителей и восстановителей

• Изменяют рН среды и др.

Комплексообразование – основной способ маскировки в ХТА. Для использования этого приема подбирается такой реактив, который с мешающими ионами образует бесцветные прочные комплексы, не способные реагировать с основным реактивом на искомый ион.

Демаскировка – процесс освобождения замаскированных ионов т маскирующих реактивов. В основном происходит разложение комплексов:

[Ni(CN)4]^2-_{(замаск)} + 2Ag+ →2 [Ag (CN)2 ]^- + Ni²⁺_{(демаск)}

[Fe(CN)6]^4-_{(замаск)} + 3Hg²⁺ → 3Hg(CN)2 + Fe²⁺_{(демаск)}

Реактивы, применяемые для маскировки:

1. Цианиды. Применение цианидов для маскировки ионов основано на

том, что с их помощью мешающие ионы можно перевести в комплексы: [Co(CN)6]^4-, [Fe(CN)6]^4-, [Fe(CN)6]^3-, [Ni(CN)4]^2-, [Zn(CN)4]^2-, [Cd(CN)4]^2-, [Hg(CN)4]^2-, [Ag(CN)2]^–

Образование цианидных комплексов меди происходит в 2 этапа. Вначале восстанавливаются ионы меди (II), а затем образуется комплексный ион:

CuSO4+ 2KCN→ Сu(CN)2+ K2SO4

2Cu(CN)2 →2CuCN + (CN)2

CuCN + 3KCN→ K3[Сu(CN)4]

Цианиды довольно токсичны. Их нельзя прибавлять к кислым растворам, так как в присутствии кислот происходит разложение цианидов и выделяется летучая очень ядовитая синильная кислота. Поэтому работа с цианидами должна производиться под вытяжным шкафом с хорошей тягой.

2. Фториды. Фториды часто используются для маскировки железа (III),

с которыми они образуют бесцветные устойчивые комплексные ионы [FeF6]^3-

3. Фосфаты. В дробном анализе фосфаты также применяются для мас-кировки ионов железа (III). В кислой среде фосфаты и фосфорная кислота с ионами железа образуют бесцветные комплексы [Fe(PO4)2]3-.

4. Тиосульфаты. Тиосульфаты применяются для маскировки ионов

серебра, свинца, железа (III), меди и других катионов. При взаимодействии

тиосульфатов с перечисленными ионами образуются комплексы: [Ag3(S2O3)3]^4-, [Pb(S2O3)3]^4-, [Fe(S2O3)2]^-.

Реакция ионов меди с тиосульфатом происходит в 2 этапа. Вначале тиосульфаты восстанавливают ионы меди (II), а затем образуются комплексы:

CuSO4 + Na2S2O3 →CuS2O3+Na2SO4

4CuS₂O₃ → 2Cu₂S₂O₃ + S4O6 ^2-

Cu₂S₂O₃ + Na₂S₂O₃ →Na₂[Cu₂ (S2O3)₂]

5. Гидроксиламин. Маскирующее действие гидроксиламина основано на том, что с одними ионами он образует комплексы, а с другими - вступает в реакции окисления-восстановления. С ионами кобальта гидроксиламин образует комплекс [CO(NH2OH)6]²⁺.

Гидроксиламин восстанавливает ионы железа (III) и окисляет ионы AsO2^- и SbO2^- :

Fe³⁺ + NH2OH + 3ОН^-→Fe²⁺ + NO + 3H2O

AsO₂^- + NH2OH →AsO3^3- + NH3

Для связывания избытка гидроксиламина применяют формальдегид, с которым он образует формальдоксим: NH2OH + НСНО →CH2=N-OH + H2O

6. Тиомочевина. В дробном анализе тиомочевина используется для

маскировки ионов висмута, железа (III), сурьмы (III), кадмия, ртути, серебра

и других катионов. С указанными ионами тиомочевина образует прочные

внутрикомплексные соединения.

7. Глицерин. С катионами висмута, свинца, кадмия и другими глицерин образует глицераты.

С некоторыми ионами глицерин дает окрашенные соединения. Образование этих соединений используется в анализе для идентификации ионов.

8. Комплексон III (трилон Б) широко применяется в количественном

анализе. Однако этот реактив довольно часто используется и для маскировки

ионов кадмия, кобальта, меди, железа, марганца, свинца, цинка, магния и др.

Комплексон III с ионами металлов независимо от их валентности реагирует в соотношении 1:1.

9. Лимонная кислота и ее соли (цитраты) с катионами ряда металлов

дают прочные соединения. В дробном анализе лимонная кислота используется для маскировки ионов висмута, меди, железа (III), сурьмы (III), кадмия, ртути, серебра и некоторых других.