Металлические яды токсикологическая химия

Обновлено: 04.10.2024

В данной главе дана общая характеристика группы (выделен перечень «металлических ядов», подлежащих обязательному судебно-химическому исследованию). Показана зависимость отравлений соединениями тяжелых металлов и мышьяка от экологии окружающей среды

Рассмотрены методы изолирования соединений тяжелых металлов и мышьяка из биологических образцов (сухое озоление, влажное озоление). Разграничены общие и частные методы изолирования, определены достоинства и недостатки. Показана техника проведения минерализации концентрированными кислотами.

Рассмотрен дробный метод анализа как основной анализ для определения металлических ядов. Показана сущность метода, его особенности, принципы и способы разделения ионов металлов (жидкость-жидкостная экстракция хелатов металлов, ионных ассоциатов, реакции осаждения, комплексообразования и пр.).

Определено место органических реагентов в дробном методе анализа. Дана характеристика реагентов, рассмотрены условия проведения реакций, химизм.

Показаны методы количественного определения металлов.

Подробно рассмотрено дробное обнаружение, определение и токсикологическое значение отдельных катионов.

Показаны современные методы разделения и определения ионов металлов. Кратким обзором показано использование атомно-абсорбционной спектроскопии и других спектральных методов при определении «металлических ядов».

3.1. Общая характеристика группы

Группа веществ, изолируемых минерализацией, включает в себя так называемые «металлические яды» В настоящее время одной из актуальнейших проблем является ухудшение здоровья населения в связи с различными вредными факторами окружающей среды. Осложнение экологической обстановки приводит к увеличению суммарной токсикогенной нагрузки на человека. Одним из наиболее неблагоприятных факторов является загрязнение окружающей среды тяжелыми металлами. Важнейшими в токсикологическом отношении «металлическими ядами» являются соединения Ва, Bi, Cd, Mn, Cu, Hg, Pb, Ag, Tl, Cr, Zn, которые, попадая в организм человека, вызывают отравления. Правилами судебно-химического исследования при проведении ненаправленного анализа предусмотрено обязательное исследование на указанные элементы.

Как известно, практически все металлы естественным образом содержатся в человеческом организме. Причем содержание элементов в норме в органах человека сильно варьирует: например, содержание мышьяка в 100 г печени равно 0,01 мг, а содержание цинка может достигать 14,5 мг. Поэтому при судебно-медицинской оценке результатов судебно-химического исследования на «металлические яды» особое значение придается их количественному определению. Ввиду незначительных количеств этих элементов их называют микроэлементами. Они играют важную роль в физиологических процессах в организмах людей и животных. Так, например, кобальт входит в состав витамина BI2 и некоторых ферментов, медь участвует в синтезе гемоглобина; медь, кадмий, цинк входят в состав около 60 ферментов. Содержание микроэлементов в организме можно прокомментировать следующими данными: магний обнаруживается в организме в количестве 0,04%, медь - 0,005%, марганец -0,02%, молибден, цинк - в следовых количествах. В литературе не приведены данные о наличии и роли в организме соединений бария, висмута, сурьмы и таллия.

Не всегда возможно установить различие между жизненно необходимыми и токсичными металлами. Все металлы могут проявить токсичность, если они потребляются в избыточном количестве. Несмотря на важную положительную роль, которую играют микроэлементы в жизнедеятельности человека, например медь или цинк, при избыточном поступлении их с пищей или какими-либо другими путями может наступить тяжелая интоксикация, признаками которой являет тошнота, рвота, диарея, боли в животе. Кроме того, токсичность металлов проявляется в их взаимодействии друг с другом. Например, физиологическое воздействие кадмия на организм, в том числе его токсичность, зависят от количества присутствующего цинка, селена, а функции железа в клетках определяются присутствием меди, кобальта и в некоторой степени молибдена и цинка.

Негативное действие «металлических ядов» на организм человека проявляется в их выраженном нейротоксическом действии. Токсичность объясняется тем, что в организме они связываются с функциональными группами белков, аминокислот, пептидов и других жизненно важных веществ, в результате чего нарушаются нормальные функции клеток тканей. Образующиеся в организме комплексы металлов очень прочные, поэтому изолировать металлы и обнаружить их невозможно без предварительного разрушения органического вещества, с которым они связаны. Для этого применяются методы минерализации.

По вопросу металлических загрязнений существует несколько точек зрения. Согласно одной из них металлы периодической системы делят на 3 группы: металлы как незаменимые факторы питания (эссенциальные макро- и микроэлементы); неэссенциальные или необязательные для жизнедеятельности металлы; токсические металлы. Согласно другой точке зрения все металлы необходимы для жизнедеятельности, но в определенных количествах. Эта точка зрения выражается формулой: «Все вещества токсичны, но отсутствие веществ также вредно».

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).

При этом следует отметить, что 10 из перечисленных элементов отнесено к обеим группам.

Биологически эссенциальные металлы имеют пределы доз, определяющих их дефицит, оптимальный уровень и уровень токсического действия. Токсические металлы в низких дозах не оказывают вредного действия и не несут биологических функций, однако в высоких дозах оказывают токсическое действие. Тем не менее, существуют металлы, которые проявляют сильно выраженные токсикологические свойства при самых низких концентрациях и не выполняют какой-либо полезной функции. К таким токсичным элементам относят ртуть, кадмий, свинец, мышьяк. Они не являются ни жизненно необходимыми, ни благотворными, но даже в малых дозах приводят к нарушению нормальных метаболических функций организма.

Несмотря на широкое распространение d-элементов в природе (в рудах, почве, воде и воздухе), их суммарное содержание в тканях и органах человека в норме не превышает 10-2 % массы тела. С точки зрения токсического воздействия металлов на организм наибольшую опасность представляет постоянно возрастающее антропогенное загрязнение окружающей среды, включая биоту

Элементы с неизвестной биологической ролью, но постоянно присутствующие в организме, называются примесными. Уровень примесных элементов может колебаться в пределах нескольких порядков. Для этих элементов, как правило, достоверно установлена токсичность.

Деление элементов на необходимые и примесные в определенной мере условно. Это объясняется прежде всего тем, что неорганические соединения различных элементов имеют широкий спектр биологической активности. И дефицит, и избыток жизненно необходимого элемента наносят вред организму. При дефиците необходимого элемента организму наносится существенный ущерб, например, из – за неактивности ферментов.

Оценка нормы содержания элементов, необходимость которых пока не доказана, возможна при определении примесных элементов в организме сельских жителей, меньше подвергающихся антропогенным влияниям окружающей среды. Полученные результаты используют как нормативные и сравнивают с ними токсическую нагрузку на организм в промышленных регионах. Например, были обнаружены близкие уровни свинца, бария, кадмия, стронция, мышьяка в костной ткани (эпифиз бедренной кости) жителей разного возраста и обоего пола, проживающих в одном из регионов Подмосковья.

У жителей промышленных регионов с возрастом увеличивается содержание некоторых примесных элементов, особенно у рабочих крупных металлургических и гальванических предприятий. Например, содержание кадмия, бария, свинца и стронция в образцах костной ткани более чем у 3000 человек, проживавших в разных районах Российской Федерации, различалось в сотни раз. Наименьшие колебания и самый низкий уровень этих элементов отмечены у жителей сельской местности.

Накопление металлов в организме может быть вызвано природными факторами (эндемические провинции) или техногенными загрязнениями.

Металлические яды, изоляция минерализацией. Применение металлов и их соединений в клинической фармации

1. Днепропетровская медицинская академия МЗ Украины Кафедра общей и клинической фармации

Токсикологическая
химия
Металлические яды
(изоляция минерализацией)
Преподаватель к.б.н.
Слесарчук Владлена Юрьевна

2. Применение металлов и их соединений

Применение
Медицина
Металлы
• Плюмбум основной уксусно-кислый
• Бария сульфат; * Калия перманганат
• Цинка, купрума сульфат
• Аргентума нитрат;
* Арсена оксид
• Меркурия хлорид (I, II)
• Бария хлорид
• Гранозан
• Купрума сульфат; * Фосфид цинка
Произ-во стекла Все металлы и их соединения
Сельское
хозяйство
(пестицид)
и керамики
Произ-во лаков,
красок, резины
Свинец, цинк, медь, марганец, сурьма
+ сплавов (и
хим.реактивов)
Те же + кадмий, серебро, хром; (+барий,
арсен, ртуть)

3. Причины отравлений «Металлическими ядами»

Причины отравлений
«Металлическими ядами»
Неправильное
использование
медной,
оцинкованной
посуды
при
хранении
продуктов
Попадание мелкодисперсных частиц при
обработке металлов
Попадание в еду из окружающей среды
(вода, при обработке растений пестицидами)
Медикаментозные отравления (неправильное
хранение, передозировка)
Токсическое действие обусловлено тем, что катионы Ме связываются с
аминокислотами, пептидами, белками, образуя прочные комплексы

4. Пути поступления «металлических ядов» в организм

Через ЖКТ
Через органы
дыхания
Через кожу
Через слизистые
и плаценту
С едой, водой
(характерно для всех)
С воздухом (характерно для соединений
стибия; паров ртути и его соед-й;
мелкодисперсного состояния Ме ядов)
Препараты ртути, таллия, кадмия и др.
Препараты ртути, мышьяка и др.

6. Объекты судебно-токсикологического анализа на «металлические» яды

Нецеленаправленное исследование
Желудок с содержимым, толстая и
Все «ме» яды тонкая кишка с содержимым, печенка,
почка, селезенка, кровь, моча
Целенаправленное исследование
Соединения
ртути
+дополнительно прямая кишка, волосы
Соед-ния свинца
+дополнительно плоские кости
Соед-ния таллия +дополнительно плоские кости, волосы
Соед-ния арсена
ТЭС
(тетраэтилсвинец)
+дополнительно плоские кости, волосы,
ногти
+дополнительно мозг, легкие

7. Токсическое действие

Барий
Свинец
Всасывание возрастает при отсутствии в
пище соединений Са. Проникновению в кровь
препятствуют сульфаты в желудке. Частично
откладывается в костях. При отравлении
настает жировое перерождение печени.
Повышает проницаемость клеточных
мембран и капилляров (смерть наступает от
СС недостаточности).
Всасывание через ЖКТ у детей составляет до
50 %, у взрослых до 10 %. ЖК-абсорбция
повышается при недостаточном содержании в
еде соединений Са, Fe, избытка витамина Д.
Нефротоксическое действие; блокирует ряд
ферментов (-SH, COOH-групп),образует
стабильные соединения с нуклеотидами,
нарушает синтез порфиринов и гема; 90%
ионов связываются с эритроцитами.

8. Токсическое действие

Манган Протоплазматический яд; повреждает ЦНС, почки,
легкие, органы кровообращения, отек голосовых связок.
При введении конц. р-в в матку, мочевой пузырь
возникает угроза развития перитонита. Случаются
случаи использования для криминальных абортов.
Абсорбция соединений мангана в ЖКТ усиливается при
дефиците ионов железа..
Хром
При отравлении – рвота с кровью и поносы.
Дихроматы более токсичны, чем хроматы.
Нефротоксическое, прижигающее действие на кожу и
слизистые; гемолиз эритроцитов, образование
метгемоглобина; блокирует ряд ферментов; вызывает
значительные изменения в хроматидах, канцерогенный.
Может накапливаться в эндокринных железах.

9. Токсическое действие

Серебро
Медь
Цинк
Прижигающее д-е; повреждает капилляры,
откладывается в тканях, вызывая аргирию; образует
стойкие комплексы со структурными и функцион.
белками. Коллоидный раствор при в/вв вызывает
появление опухолей в печени и селезенке.
Абсорбция в ЖКТ; всасывание в кровь из желудка
довольно медленное --- соли Меди вызывают рвоту,
выделяясь с рвотными массам; нарушают функции
ЖКТ, вызывая поносы. После всасывания – действует
на капилляры, гемолиз эритроцитов, ингибирование
глутатионредуктазы. Нейро-,гемо-нефротоксич. д-е
Содержится в ядах большинства ядовитых
змей. Энтеротоксическое действие
Висмут Нейро-, гепатотоксическое действие;
метгемоглобинообразователь

10. Токсическое действие

Ртуть
Гепато-, нейротоксическое действие (повреждение
капилляров головного мозга и отек),блокада тиоловых
ферментов. Проникает через плаценту. У трупов
отмечают покраснение, отек и некроз слизистых
пищевода, желудка, толстого кишечника, иногда
появляются язвы. Накапливается более всего в почках
(«сулемовый» нефроз)
Мышьяк
Трехвалентные соединения более токсичны, чем
пятивалентные. Повышает проницаемость и
вызывает паралич капилляров, гемолиз эритроцитов,
что приводит к закупорке почечных канальцев,
возникновению желтухи; блокада тиоловых энзимов;
выявляет некротизирующее действие. Кумуляруется.
В экскрементах обнаруживают через несколько
недель, в трупе – через несколько лет.
Таллий
Нарушает баланс ионов К и Na
Нейротоксическое действие,
протополазматический яд. Наблюдают
выпадение волос, боли в суставах.

11. Аргирия

• Аргирия — болезнь,
вызванная длительным
отложением в организме
серебра, его соединений или
серебряной пыли.
Характеризуется необратимой
сильной пигментацией кожи:
которая принимает
серебристый или синеватосерый оттенок. Способов
лечения не существует, хотя
ограниченно может помочь
лазерная терапия или
дермабразия.

12. Аргирия

13. Отравления ртутью

• болезнь Минамата тяжелое
заболевание
нервной системы,
выражающееся в
неконтролируемой
дрожи и мышечном
истощении и
приведшее к
уродствам детей.
(люди всего лишь
питались рыбой из
залива, который был
загрязнен ртутью от
находившегося там
завода)

14. Пигментация полости рта обусловленная тяжёлыми металлами

Пигментация полости рта
обусловленная тяжёлыми
металлами
Чрезмерное поступление
в организм тяжёлых
металлов, например,
висмута, свинца, ртути,
серебра, и некоторых
препаратов, таких как
цисплатин,
противомалярийные,
антипсихотические,
пероральные
контрацептивы может
вызвать пигментацию кожи
и слизистых оболочек.
Висмут содержится во
многих антидиарейных
препаратах. Длительное их
применение
сопровождается
диффузным отложением
этого металла в дёснах.
Дисхромия ограничивается
десневым краем, особенно
участками, в которых
имеются признаки
воспаления. Висмутовая
кайма тянется вдоль
десневых борозд и имеет
синий или чёрный цвет.
Пациенты часто жалуются
на металлический вкус,
ощущение жжения во рту.

15. КРОК-2

• По ошибке была принята соль, содержащая
барий. Какая из приведенных солей не
проявляет токсического действия на
организм человека?
• A ацетат бария
• B карбонат бария
• C нитрат бария
• D сульфат бария
• E хлорид бария

16. КРОК-2

• При описании внутренних органов в
содержимом желудка выявлено вещество
сине-зеленого цвета. На какое вещество надо
провести
химико-токсикологическое
исследование?
• A натрия хлорид;
• B соли бария;
• C калия нитрат;
• D соли купрума;
• E амония оксалат.

17. Крок-2

• При отравлении солями бария используют
специфический химический антидот:
• A * Натрия сульфат
• B Натрия хлорид
• C Калия йодид
• D Натрия карбонат
• E Меди ацетат

18. Современные методы минерализации

• Минерализация - окисление (сплавление)
органического вещества, которое является
объектом исследования, с целью разрушения
комплексов металлов с белками, после чего
«металлические яды» переходят в раствор в
ионном состоянии
«Мокрая» минерализация
(окисление смесью кислотсерной и азотной;
хлорной)
Методы
минерализации
«Сухая» минерализацияСплавление с содой
и селитрой

19. Методы минерализации

Смесь Хлората калия и
хлоридной кислоты
процесс минерализации
происходит медленно,
а в ряде случаев –
не доходит до конца,
Смесь нитратной и
сульфатной кислот
Минерализация происходит быстрее,
Получают относительно небольшие
объемы минерализата (чувствит.);
Не пригоден для выделения ртути
Смесь нитратной,
сульфатной и
перхлоратной кислот
Практически полное разрушение
Биоматериала, в 2-3 раза уменьшается
время минерализации, небольшой объем
минерализата. но взрывоопасно.
Смесь пергидроля
и сульфатной кислот
Используют при исследовании
небольших навесок

Минерализация
2 стадии
1 стадия – деструкция
Несильное нагревание,
длительность 30-40 мин.
Деструктант представляет
собой тяжелую прозрачную
желтую или бурую
жидкость
2 стадия - полное разрушение
Сильное нагревание,
более длительная
Минерализация окончена, если после добавления НNO3
будут выделяться белые пары H2SO4
и не будет почернения минерализата

21. Денитрация минерализата

• Денитрация
—
процесс
освобождения
минерализатов
от
азотной,
азотистой,
нитрозилсерной кислот и оксидов азота.
На первых этапах применения метода разрушения органических
веществ азотной и серной кислотами для денитрации
минерализатов применялся так называемый гидролизный
метод. Этот метод основан на разбавлении минерализатов
водой и на последующем нагревании полученных жидкостей. При
нагревании минерализатов, разбавленных водой, улетучиваются
азотная, азотистая кислоты и оксиды азота, а нитрозилсерная
кислота при указанных условиях практически не улетучивается.
Она постепенно разлагается водой (гидролизуется).
• Азотистая кислота, образовавшаяся при разложении водой
нитрозилсерной кислоты, улетучивается при нагревании. Для
освобождения минерализатов от азотсодержащих кислот и
оксидов азота (включая нитрозилсерную кислоту) с помощью
этого метода требуется 15—17 ч рабочего времени.

22. Методы денитрации минерализата

Для денитрации минерализатов позднее были предложены мочевина, сульфит
натрия и др. С помощью мочевины процесс денитрации минерализатов
заканчивается за 3—5 мин (при 135— 145°С), а с помощью сульфита натрия —
за 10—15 мин (при температуре выше 100°С).
• В 1952 г. Ф. В. Зайковский предложил метод денитрации
минерализатов
формальдегидом.
При
взаимодействии
формальдегида с азотной кислотой, которая почти всегда
находится в минерализате, выделяется азот:
4HNO 3 + 5НСНО ---> 2N 2 + 5СО 2 + 7Н 2 О.
В результате взаимодействия азотистой кислоты с формальдегидом выделяются
азот, оксид азота (II), оксид углерода (IV) и вода:
4HNO 2 + 2НСНО ---> Ν 2 + 2ΝΟ + 2СО 2 + 4Н2О.
Оксид азота (II) окисляется кислородом воздуха до оксида азота (IV),
который при взаимодействии с водой дает азотную и азотистую кислоты:
• ΝΟ + Ο — ΝΟ2
2ΝΟ 2 + Н 2 О ---> ΗΝΟ 2 + ΗΝΟ 3
Образовавшиеся при этом азотная и азотистая кислоты реагируют с
формальдегидом, как указано выше.

23. Проверка полноты денитрации

• Для проверки полноты денитрации минерализатов проводят
реакцию с раствором дифениламина. При наличии азотной,
азотистой кислот или оксидов азота в минерализате появляется
синяя окраска. Эта реакция основана на окислении
дифениламина азотной кислотой и продуктами ее разложения.
• Денитрация считается оконченной тогда, когда реакция
минерализата
с
раствором
дифениламина
будет
отрицательной. Если от прибавления раствора дифениламина к
минерализату он окрашивается в синий цвет, то денитрацию
проводят повторно.

24. Схема минерализации смесью азотной и серной кислот

Подготовка биоматериала
(измельчение) – 100 г –
в колбу Кьедаля на 500 мл
Разрушение
жиров
+ 75 мл смеси
азотной и серной кислот
деструкция
Проверка полноты
минерализации
денитрация
Охлаждение и
разведение водой
осадок
минерализат

25. КРОК-2

• После изолирования «металлических ядов»
методом минерализации проводят
денитрацию. Назовите метод денитрации,
который чаще всего используют химикотоксикологическом анализе?
• A с формалином
• B гидролизный
• C с мочевиной
• D с сульфатом натрия
• E дистиляционный

26. КРОК-2

• В процессе выделения "металлических ядов"
из биологического материала проводится
денитрация минерализата. Для проверки
полноты денитраци используют:
• A *Дифениламин
• B Мочевину.
• C Дифенилдитиокарбазон.
• D Диэтилдитиокарбамат свинца.
• E Глицерин.

27. КРОК-2

Применение деструкции биоматериала при
изолировании ртути позволяет:
A * Предупредить большие потери соединений
ртути в условиях жесткого термичного режима
B Уменьшить длительность деградации
биоматериала
C Замаскировать влияние других «металлических»
ядов
D Увеличить чувствительность методов выявления
ртути в биоматериале
E Снизить чувствительность методов выявления
ртути в биоматериале

28. КРОК-2

Химик-токсиколог исследует минерализат,
полученный из биоматераала. Для проверки
полноты денитрации минерализата он
проведет реакцию с:
A *Раствором дифениламина в
концентрированной сульфатной кислоте.
B Раствором дифенилбензидина.
C Раствором анилина.
D Раствором дитизона.
E Раствором α-нафтола.

29. КРОК-2

По методом изолирования из биоматериала
токсичные вещества разделяют на группы. Укажите
каким из приведенных методов выделяют
“металлические яды”:
A Минерализация биоматериала
B Перегонкой с водяным паром
C Настаиванием биоматериала с подкисленным
этиловым спиртом
D Органическими растворителями, которые не
смешиваются с водой
E Изолирование биоматериала водой без подкисления

30. КРОК-2

• При исследовании на «металлические яды»
окончание
процесса
минерализации
смесью
сульфатной и азотной кислот определяют:
• A * по выделению тяжелых белых паров и окраске
раствора, которое не изменяется без добавления
азотной кислоты
• B по рудому окрашиванию жидкости
• C по желтому окрашиванию жидкости
• D по
окрашиванию
жидкости,
которое
не
изменяется от прибавления азотной кислоты
• E по истечении определенного времени

31. КРОК-2

Химико-токсикологическому исследованию
исследованию на содержание „металлических
ядов” предшествует этап минерализации
биоматериала. Минерализация органических
веществ путем их нагревания в тиглях до
высокой температуры при доступе воздуха
называется:
A * Сухое озоление;
B Сплавление;
C Мокрое обзоление;
D Экстракция;
E Перегонка.

32. КРОК-2

• Проверка полноты денитрации
минерализатов проводится реакцией с:
• A дифениламином, синее окрашивание
• B *дифениламином, бесцветное
окрашивание
• C дитизоном, оранжевое окрашивание
• D дифенилкарбазоном, красное
окрашивание
• E ДДТК, бесцветное окрашивание

Методичка металлические яды. Учебнометодическое пособие по токсикологической химии для студентов 4 курса очного отделения

ББК 52.81.012
Печатается по решению Центрального координационно-методического совета Казанского государственного медицинского университета
Составители:

старший преподаватель, к.фарм.н. Петрова И.К.

зав. кафедрой, доцент, к.фарм.н. Мустафин Р.И.,

Доцент кафедры фармацевтической технологии,

доктор фарм. наук Камаева С.С., доцент кафедры Фармация ФПК и ППС, к.фарм.н. Воробьева Н.В.

Учебно-методическое пособие по токсикологической химии для студентов 4 курса очного отделения фармацевтического факультета / И.К. Петрова, Р.И.Мустафин – Казань: КГМУ, 2013 – 80 с.

Учебно-методическое пособие по токсикологической химии для студентов 4 курса очного отделения фармацевтического факультета соответствует федеральному государственному образовательному стандарту по специальности «Фармация» от 2011 года.
© Казанский государственный медицинский университет, 2013

Группа веществ, изолируемых минерализацией, включает так называемые «металлические» яды. В настоящее время одной из актуальнейших проблем является ухудшение здоровья населения в связи с различными вредными факторами окружающей среды. Постоянно ухудшающаяся экологическая обстановка приводит к увеличению суммарной токсигенной нагрузки на человека. Определенное количество «тяжелых» металлов поступает в пищевые продукты из воздуха, загрязненной почвы, питьевой воды, переработанного сырья и из металлических деталей и изделий, в которых проводится переработка и хранение сырья. Широкое распространение лекарственных препаратов, в составе которых также нормируется содержание «тяжелых» металлов, ввиду возможного их присутствия, создаются условия для возникновения острых отравлений в результате их неправильного применения в целях самолечения и суицида. Правилами судебно-химического исследования при проведении ненаправленного анализа предусмотрено обязательное исследование на «металлические» яды.

В учебно-методическом пособии приводятся сведения по методам изолирования «металлических» ядов, химического анализа минерализата с использованием дробного метода. Пособие разработано с целью оказания помощи студентам 4 курса очного отделения при освоении ПК-39 (способность и готовность к участию в проведении химико-токсикологического исследования с целью диагностики отравлений, наркотических и алкогольных опьянений); ПК-35 (способность и готовность проводить анализ лекарственных средств с помощью химических, биологических, хроматографических и физико-химических методов в соответствии с требованиями ГФ).

По результатам освоения данной дисциплины решаются следующие задачи: студенты овладевают профессиональными умениями и навыками практического определения «металлических» ядов в различных объектах исследования с использованием приемов и методов, принятых в химико-токсикологическом анализе.

Учебно-методическое пособие по токсикологической химии для студентов 4 курса очного отделения фармацевтического факультета составлено в соответствии с федеральным государственным образовательным стандартом 3 поколения по специальности «Фармация», с учетом требований приказов МЗ РФ, а также в связи с отсутствием современного учебника по курсу токсикологической химии.

Пособие, несомненно, будет полезно для студентов 4 курса фармацевтического факультета при изучении большого раздела курса токсикологической химии: «Группа веществ, изолируемых минерализацией («металлические» яды)».
1. Изолирование соединений, содержащих «металлические» яды из биологического материала

В судебно-химическом и химико-токсикологическом анализе при исследовании биологического материала (органов трупов, биологических жидкостей, растений, пищевых продуктов и др.) на наличие «металлических» ядов применяется метод минерализации. Эти яды в виде солей, оксидов и других соединений в большинстве случаев, поступают в организм перорально, всасываются в кровь и вызывают отравления. «Металлические» яды будут находиться в организме в виде соединений с белками, пептидами, аминокислотами и некоторыми другими веществами, выполняющими важную роль в жизненных процессах. Связи металлов с большинством указанных веществ являются прочными (ковалентными). Поэтому для исследования биологического материала на наличие «металлических» ядов необходимо разрушить органические вещества, с которыми связаны металлы, и перевести их в ионное состояние. Выбор метода минерализации органических веществ зависит от свойств исследуемых элементов, количества биологического материала, поступившего на анализ.

Общие методы (методы «мокрой» минерализации) применяются при общем исследовании на группу «металлических ядов», пригодны для изолирования всех катионов металлов. Кроме ртути. Для минерализации используют смеси кислот-окислителей: серной и азотной, серной, азотной и хлорной.
Частные методы (методы «сухого озоления») – метод простого сжигания, метод сплавления со смесью нитратов и карбонатов щелочных металлов. К числу частных методов относится и метод частичной минерализации (деструкции), служащий для изолирования соединений неорганической ртути из биологических материалов.

1.1. Разрушение биологического материала

азотной и серной кислотами

В колбу Кьельдаля вместимостью 500—800 мл вносят 100 г измельченного биологического материала, прибавляют 75 мл смеси, состоящей из равных объемов концентрированных азотной и серной кислот и воды очищенной. Колбу с содержимым в вертикальном положении закрепляют в штативе так, чтобы дно ее находилось над асбестовой сеткой на расстоянии 1—2 см. Над колбой Кьельдаля в штативе закрепляют делительную воронку, в которой содержится кислота азотная концентрированная, разбавленная равным объемом воды. Далее начинают осторожно нагревать колбу. В течение 30—40 мин происходит деструкция, разрушение форменных элементов биологического материала. По окончании деструкции получается полупрозрачная жидкость, окрашенная в желтый или бурый цвет.

Затем колбу Кьельдаля с содержимым опускают на асбестовую сетку и усиливают нагрев — начинается стадия глубокого жидкофазного окисления. Для разрушения органических веществ, находящихся в колбе, из капельной воронки по капле прибавляют концентрированную азотную кислоту, разбавленную равным объемом воды. Минерализация считается законченной тогда, когда прозрачная жидкость (минерализат) при нагревании без добавления азотной кислоты в течение 30 мин перестает темнеть, а над жидкостью будут выделяться белые пары ангидрида серной кислоты.

Полученный минерализат подвергают денитрации: охлаждают, прибавляют 10—15 мл воды очищенной и нагревают до 110-130°С, а затем осторожно по каплям, избегая избытка, прибавляют раствор формальдегида. При этом отмечают обильное выделение бурых, иногда оранжевых, паров. После окончания выделения этих паров жидкость еще нагревают в течение 5—10 мин, а затем 1—2 капли охлажденной жидкости (минерализата) наносят на предметное стекло или на фарфоровую пластину и прибавляют каплю раствора дифениламина в концентрированной серной кислоте. Эффект реакции — характерное синее окрашивание.

Отрицательная реакция минерализата с дифениламином на азотную, азотистую кислоты, а также на окислы азота указывает на окончание процесса денитрации. При положительной реакции минерализата с дифениламином денитрацию проводят повторно.

Метод минерализации биологического материала концентрированными азотной и серной кислотами имеет ряд достоинств. Минерализация этим методом происходит быстрее, получается относительно небольшой объем минерализата, чем с использованием других методов. Однако минерализация смесью серной и азотной кислотой непригодна для изолирования ртути из биологического материала, так как значительное количество ее улетучивается при нагревании биологического материала на стадии глубокого жидкофазного окисления.
1.2. Разрушение биологического материала хлорной,

В колбу Кьельдаля вместимостью 500 мл вносят измельченный биологический материал, прибавляют по 25 мл концентрированных азотной и серной кислот и 35 мл 37 % -го или 42 % -го раствора кислоты хлорной. Колбу с содержимым устанавливают на асбестированную сетку и постепенно усиливают нагрев. При нагревании может происходить обугливание. В этом случае в колбу по капле прибавляют концентрированную азотную кислоту. Если и при этом будет продолжаться обугливание, и над жидкостью будут появляться пары ангидрида хлорной кислоты Сl₂O₇, то нагревание колбы прекращают или ослабляют. Окисление биологического материала продолжают, прибавляя по капле 35—45 % раствора кислоты азотной. Когда жидкость в колбе становится прозрачной, тогда прекращают нагревание и проверяют полноту окисления органических веществ в минерализате. С этой целью к капле охлажденного, разбавленного водой минерализата, прибавляют 25 % раствор аммония гидроксида. Появление слабо желтой окраски свидетельствует об окончании процесса минерализации. Появление оранжевой окраски указывает на наличие в минерализате некоторых еще не разрушенных аминокислот: фенилаланина, тирозина, триптофана и др.

Данным методом достигается почти полное разрушение биологического материала и в 2—3 раза сокращается время разрушения по сравнению со временем, необходимым для минерализации объектов биологического происхождения азотной и серной кислотами. При использовании этого метода требуется особая осторожность ввиду взрывоопасности оксида хлора (VII). Метод не пригоден для разрушения биологического материала, подлежащего исследованию на наличие ртути, которая улетучивается в процессе минерализации.
1.3. Разрушение биологического материала

пергидролем и серной кислотой

Исследуемый объект по возможности освобождают от воды выпариванием, измельчают и вносят в фарфоровую чашку, в которую небольшими порциями, при помешивании стеклянной палочкой, прибавляют пятикратное количество кислоты серной концентрированной и нагревают на водяной бане. При этом происходит обугливание исследуемого объекта с выделением оксида углерода (II). После заметного уменьшения скорости выделения углекислого газа содержимое фарфоровой чашки переносят в колбу Кьельдаля, которую устанавливают на асбестовую сетку. При слабом нагревании колбы в нее вносят небольшими порциями пергидроль. Прибавление новых небольших порций пергидроля производят до тех пор, пока жидкость не станет бесцветной или слегка желтоватой от наличия солей железа. После этого колбу с жидкостью охлаждают, а содержимое разбавляют десятикратным количеством воды. Для удаления избытка пергидроля в колбу Кьельдаля небольшими порциями прибавляют насыщенный водный раствор сульфата натрия или сульфата гидразина и кипятят в течение 5—10 мин.

Данный метод пригоден при исследовании малых навесок объектов биологического происхождения, поступивших на исследование.
1.4. Разрушение биологического материала

методом сухого озоления

Сжигание. Исследуемые объекты (овощные консервы или части органов) измельчают, вносят в фарфоровую чашку, которую помещают на песчаную баню, и высушивают. Затем при дальнейшем осторожном нагревании песчаной бани пробу обугливают. Обуглившийся или превращенный в пепел биологический материал охлаждают, смачивают концентрированным раствором нитрата аммония или концентрированной азотной кислотой. Фарфоровую чашку помещают на кипящую водяную баню и выпаривают ее содержимое, которое переносят в фарфоровый тигель вместимостью 30—50 мл, и осторожно нагревают на слабом пламени. При этом пламя не должно соприкасаться с дном тигля. Нагревание тигля производят таким образом, чтобы его содержимое постепенно превращалось в золу (без вспышки). При неполном сгорании органических веществ зола в тигле имеет черный или серый цвет.

Для полноты сгорания содержимое тигля, смачивают концентрированным раствором нитрата аммония, высушивают на водяной бане и прокаливают. После этого тигель охлаждают и прибавляют раствор кислоты хлористоводородной (при исследовании на марганец) или азотной (при исследовании на медь), фильтруют. Полученный фильтрат выпаривают на кипящей водяной бане досуха. Сухой остаток растворяют в 3—5 мл воды очищенной, полученные растворы исследуют на наличие катионов соответствующих металлов.

Метод может также использоваться при анализе биологического материала на наличие ионов цинка и висмута. При разрушении органических веществ с помощью этого метода для исследования берут небольшие навески исследуемых объектов (1—10 г). Возможно улетучивание некоторых металлов (ртути и таллия) или их соединений (хлориды кадмия, свинца, серебра, цинка, марганца, мышьяка) в процессе нагревания. При высоких температурах возможно также взаимодействие цинка, серебра, свинца со стенками кварцевого или фарфорового тиглей.

Сплавление: 1—2 г исследуемого объекта вносят в фарфоровую чашку, прибавляют 4— 6 г смеси, состоящей из двух частей натрия карбоната и одной части калия нитрата, перемешивают, промывают водой и при нагревании на водяной бане высушивают досуха. В фарфоровый тигель вместимостью 30—50 мл вносят 5—6г калия нитрата. Тигель осторожно нагревают до полного расплавления калия нитрата. Затем уменьшают пламя и в тигель небольшими порциями вносят указанную выше высушенную в фарфоровой чашке смесь исследуемого объекта, калия нитрата и натрия карбоната. Каждую новую порцию этой смеси вносят в тигель после сгорания предыдущей и перехода ее в расплавленное состояние.

После сжигания последней порции смеси к ней добавляют 2—3 г натрия карбоната, хорошо перемешивают, чтобы остатки исследуемого объекта на стенках фарфоровой чашки хорошо смешались с натрия карбонатом. При сплавлении смеси пламя горелки регулируют так, чтобы в тигле не вспыхивало пламя и с выделяющимися газами не удалялось исследуемое вещество. После сжигания всей смеси тигель охлаждают, а его содержимое обрабатывают кипящей водой.

Метод применяется при специальных заданиях. Исследуются органические и лекарственные вещества, содержащие металлы, остатки после выпаривания мочи, волосы, ногти и другие объекты на наличие мышьяка, серебра и некоторых других металлов. Метод непригоден для исследования объектов биологического происхождения на наличие соединений ртути, так как они улетучиваются при нагревании с калия нитратом и натрия карбонатом.
1. Дробный метод анализа минерализата

В химико-токсикологическом анализе для обнаружения ионов металлов в минерализатах используется дробный метод анализа, основоположником которого является Н. А. Тананаев. Большой вклад в разработку метода и внедрение его в практику судебно-химических лабораторий внесла А. Н. Крылова. Метод основан на применении реакций, с помощью которых в любой последовательности можно обнаружить ионы в отдельных небольших порциях исследуемого раствора. Для обнаружения соответствующих ионов дробным методом необходимо применять специфические реактивы, позволяющие обнаружить искомый ион в присутствии посторонних ионов. В качестве реакций идентификации избраны наиболее чувствительные и специфичные. Предпочтение отдано жидкофазным реакциям, что позволяет исключить процессы фильтрования, промывания, упаривания и приводит не только к ускорению процесса анализа, но и к повышению его чувствительности. Доказательность и надежность метода достигается применением основной (специфичной) и дополнительной (подтверждающей) реакций.

Обнаружение искомых ионов дробным методом производится в два этапа. Вначале устраняют влияние мешающих ионов с помощью соответствующих реактивов или их смесей, а затем прибавляют реактив, дающий окраску или осадок с искомым ионом.

Дробный метод анализа особенно удобен в тех случаях, когда задача эксперта-токсиколога ограничена заданием провести исследование только на определенные ионы или исключить тот или иной ион. Таким образом, дробный метод анализа подходит для решения практических задач судебно-химической экспертизы.

Группа веществ, изолируемых минерализацией («металлические» яды)

Оглавление Введение

Читайте также: