Токсикологическая химия

Размещено на http://www.allbest.ru/

Красноярский государственный медицинский университет им. проф. В.Ф. Войно-Ясенецкого

Кафедра биологической химии

Контрольная работа

по Токсикологической химии

г.Красноярск, 2011 г.

1. Клиническая токсикология. Содержание предмета, задачи, понятие о ядах и отравлениях. Виды интоксикаций

Основу токсикологической химии составляют две естественно-научные дисциплины: токсикология и химия.

Токсикология (от греч. toxikon -- яд и logos -- учение) -- наука, изучающая свойства ядов и физических факторов, механизмы их действия на организм человека и разрабатывающая методы диагностики, лечения и профилактики отравлений. Механизмы воздействия химических агентов и физических факторов исследуют на биологических объектах различного иерархического уровня -- от молекулярного до организма человека. Чем выше уровень биологической организации, тем сложнее методы исследования (рис. 1).

На популяционном уровне используются токсико-эпидемиологические методы. При клинических испытаниях новых лекарственных средств их токсическое действие изучают на добровольцах (индивидуальный организм). Воздействие токсиканта на организм в целом, а также на отдельные органы и ткани изучают, применяя физиологические методы. Химические и биологические методы используют для изучения токсичности на клеточном, субклеточном и молекулярном уровнях действия токсикантов.

Каждый иерархический уровень для изучения воздействия токсикантов требует использования химических, биологических или физиологических методов. В связи с этим токсикологическую химию можно охарактеризовать как науку о методах изучения неблагоприятного воздействия ксенобиотиков на живые системы.

Токсикологическая химия -- наука о молекулярных и физиологических механизмах действия токсичных веществ и продуктов их метаболизма, химических методах их изолирования, идентификации и количественного определения в различных объектах. Объектами анализа могут быть биологические материалы, вода, воздух, продукты питания, лекарства и вещественные доказательства с места отравления.

Медицинская и химическая составляющие токсикологической химии тесно связаны между собой. Решение задач токсикологии возможно лишь на базе достижений химии, а необходимость определения токсикантов в биоматериалах стимулирует развитие аналитической, физической и органической химии (рис. 2).

Междисциплинарные связи демонстрируют, в частности, что фармакология, изучающая ответы организма на действие лекарственных средств, тесно связана с их анализом (фармацевтическая химия). Химические аспекты токсикологии (токсикодинамика, токсикокинетика, определение ксенобиотиков в биоматериалах) являются предметом токсической химии.

Токсикологчская химия тесно связана с фармацевтической химией, что объясняется, с одной стороны, использованием лекарственных средств при лечении отравления ,а с другой - возможностью интоксикации организма при приеме многих лекарственных средств ,особенно в случаи их передозировки или в иных ошибках применения. Однако диапазон ксенобиотиков, рассматриваемых в токсической химии, намного шире перечня лекарственных веществ ,способных вызвать интоксикацию.

Токсикологическая химия является разделом судебной медицины , изучающей отравления применительно к задачам судебно- медицинской экспертизы.

Основными задачами современной токсикологической химии как науки являются:

- разработка новых и усовершенствование применяемых методов выделения, обнаружения и количественного определения токсических веществ в жидкостях, органах и тканях организма и во внешней среде, а также методов изолирования, обнаружения и определения продуктов их превращения (метаболитов) в живом организме и трупе.

Токсикологическая химия является одной из специальных фармацевтических дисщпглин, она тесно связана с другими дисциплинами:

- медицинскими (фармакология, судебно-медицинская и клиническая токсикология);

- биологическими (биохимия, биология, фармакогнозия);

- химическими (фармацевтическая, аналитическая, органическая и др. химия). Овладение теоретическими и практическими основами токсикологической химии

необходимо провизору для последующей специализации в области судебно-химической экспертизы, клинической токсикологии, наркологии, криминалистики, клинической фармации и экологии.

С развитием химии, химической промышленности и фармации увеличилось число лекарственных средств и веществ, применяемых в разных сферах человеческой деятельности. Многие из этих веществ оказались токсичными. Современному человеку приходится жить в обстановке токсикологической напряженности, вызванной экологическими и техногенными катастрофами, профессиональными оправлениями, несчастными случаями в быту, развитием по суицидальным и криминальным причинам различных заболеваний химической этиологии. Более 6 млн. наименований химических соединений, содержащихся в окружающей среде, представляют потенциальную опасность для здоровья населения. В последние годы отмечается резкий рост числа смертельных (Правлений алкоголем и его суррогатами, а также лекарственными средствами психотропного и наркотического действия.

Виды интоксикаций:

1. В зависимости от продолжительности взаимодействия химического вещества и организма интоксикации могут быть острыми, подострыми и хроническими.

Острой называется интоксикация, развивающаяся в результате однократного или повторного действия веществ в течение ограниченного периода времени (как правило, до нескольких суток).

Подострой называется интоксикация, развивающаяся в результате непрерывного или прерываемого во времени (интермиттирующего) действия токсиканта продолжительностью до 90 сут.

Хронической называется интоксикация, развивающаяся в результате продолжительного (иногда годы) действия токсиканта.

Не следует путать понятие острой, подострой, хронической интоксикации с острым, подострым, хроническим течением заболевания, развившегося в результате контакта с веществом. Острая интоксикация некоторыми веществами (иприты, люизит, диоксины, галогенированные бензофураны, паракват и др.) может сопровождаться развитием длительно текущего (хронического) патологического процесса.

2. Периоды интоксикации

Как правило, в течении любой интоксикации можно выделить четыре основных периода: период контакта с веществом, скрытый период, период разгара заболевания, период выздоровления. Иногда особо выделяют период осложнений. Выраженность и продолжительность каждого из периодов зависят от вида и свойств вещества, вызвавшего интоксикацию, его дозы и условий взаимодействия с организмом.

Период начальных проявлений характеризуется совокупностью ответных реакций организма при контакте с ядовитыми веществами. Наиболее ярко он выражен при действии веществ, обладающих раздражающими свойствами (например, ОВ раздражающего действия, ОВ слезоточивого действия, кислоты).

Если основные проявления интоксикации наблюдаются не сразу после контакта с ядом (например, через несколько минут -- при действии ФОВ, через несколько часов -- при действии ипритов), этот период называют скрытым.

Период выраженных клинических проявлений характеризуется нарушением функций различных систем организма (центральной нервной системы, дыхания, кровообращения и т. д.), степень выраженности которых и продолжительность зависят от вида ядовитого вещества и количества яда, попавшего в организм.

Если на высоте развития клиники отравления смертельный исход не наступает и удается обезвредить действие яда в организме, восстановить нарушенные функции, наступает период выздоровления.

Вероятные сроки гибели пораженных смертельной дозой ОВ при отсутствии своевременного и эффективного лечения представлены в табл. 1.

3. В зависимости от локализации патологического процесса проявления интоксикации могут быть местными и общими.

Местными называются проявления, при которых патологический процесс развивается непосредственно на месте аппликации яда. Возможно местное поражение глаз, участков кожи, дыхательных путей и легких, различных областей желудочно-кишечного тракта. Местное действие может проявляться альтерацией тканей (формирование воспалительно-некротических изменений -- действие кислот и щелочей на кожные покровы и слизистые оболочки; ипритов, люизита на глаза, кожу, слизистые оболочки желудочно-кишечного тракта, легкие и т. д.) и функциональными реакциями (сужение зрачка при действии фосфорорганических соединений на орган зрения).

Таблица 1. Вероятные сроки гибели пораженных смертельной дозой ОВ при отсутствии своевременного и эффективного лечения

Наименование ОВ	Основной путь поступления яда в организм	Продолжительность скрытого периода	Вероятные сроки гибели при отравлении одной смертельной дозой с момента:
			применения ОВ	возникновения клиники отравления
Зарин	Ингаляционный	1 - 2 мин	5 - 15 мин	5 - 15 мин
Зоман	Ингаляционный	5 - 10 мин	15 - 40 мин	15 - 40 мин
V-газы	Ингаляционный Через кожу	10-30 мин 1 - 3 ч	От 30 мин до 1,5 ч 2 - 4 ч	30 -60 мин 30 - 60 мин
Синильная кислота	Ингаляционный	1 - 2 мин	5 - 60 мин	5 - 60 мин
Иприт	Через кожу	Часы	Сутки, недели	Сутки, недели
Фосген	Ингаляционный	Часы	Сутки, недели	Сутки, недели

Общими называются проявления, при которых в патологический процесс вовлекаются многие органы и системы организма, в том числе удаленные от места аппликации токсиканта. Причинами общей интоксикации, как правило, являются: резорбция токсиканта во внутренние среды, резорбция продуктов распада пораженных покровных тканей, рефлекторные механизмы.

Если какой-либо орган или система имеет низкий порог чувствительности к токсиканту в сравнении с другими органами, то при определенных дозовых воздействиях возможно избирательное поражение именно этого органа или системы. Вещества, к которым порог чувствительности того или иного органа или системы значительно ниже, чем других органов, иногда обозначают как избирательно действующие. В этой связи используют такие термины, как нейротоксиканты (например, норборнан), нефротоксиканты (соли ртути), гепатотоксиканты (четыреххлористый углерод), гематотоксиканты (мышьяковистый водород), пульмонотоксиканты (фосген) и т.д. Такое действие развивается крайне редко, как правило, при отравлениях чрезвычайно токсичными веществами (например, ботулотоксином, тетродотоксином, аманитином и т. д.). Чаще общее действие ксенобиотика сопровождается развитием патологических процессов со стороны нескольких органов и систем (например, хроническое отравление мышьяком сопровождается поражением нервной системы, кожи, легких, системы крови).

В большинстве случаев отравления носят смешанный характер и сопровождаются признаками как местного, так и общего плана.

4. В зависимости от интенсивности воздействия токсиканта (характеристика, определяющаяся дозо-временными особенностями действия) интоксикация может быть тяжелой, средней степени тяжести и легкой.

Тяжелая интоксикация -- состояние, угрожающее жизни. Крайняя форма тяжелой интоксикации -- смертельное отравление.

Интоксикация средней степени тяжести -- болезнь, при которой возможно длительное течение, развитие осложнений, необратимые повреждения органов и систем, приводящие к инвалидизации или обезображиванию пострадавшего.

Легкая интоксикация заканчивается полным выздоровлением в течение нескольких суток.

2. Физико-химические методы исследования, применяемые в химико-токсикологическом анализе «металлических ядов». Атомно-адсорбционная спектроскопия, фотоколориметра

Для количественного определения «металлических ядов» в химико-токсикологическом анализе применяются гравиметрические, титриметрические и фотоколориметрические методы. Большинство этих методик изложено в методических указаниях, изданных Главной судебно-медицинской экспертизой Министерства здравоохранения СССР. Описание этих методик приведено в работе А. Н. Крыловой «Исследование биологического материала на «металлические яды» дробным методом» (М., Медицина, 1975).

Для количественного определения некоторых «металлических ядов» разработано по несколько методик, которые перечислены ниже.

Гравиметрический метод предложен для количественного определения бария (в виде осадка BaSO 4 ).

Титриметрические методы, предложенные для количественного определения «металлических ядов», отличаются друг от друга применяемыми для этой цели титрованными растворами. Для количественного определения соединений висмута, свинца, меди, бария, кадмия и цинка рекомендован комплексонометрический метод. Определение свинца производят с помощью иодометрического метода. Для количественного определения серебра предложен роданидометрический метод. Аргентометрический метод предложен для количественного определения мышьяка.

Большинство ионов металлов, находящихся в минерализате (или в деструктате), определяют фотоколориметрическим методом. С этой целью в качестве реактивов применяют дитизон (для определения ртути, свинца, серебра и таллия), малахитовый или бриллиантовый зеленый (для определения сурьмы и таллия), дифенилкарбазид (для определения хрома), диэтилдитиокарбаматы (для определения меди и мышьяка), тиомочевину (для определения висмута). Фотоколориметрический метод определения ионов марганца основан на переведении этих ионов в перманганат.

Визуальные колориметрические методы (методы стандартных серий) рекомендованы для количественного определения ртути и мышьяка. Ртуть определяют по интенсивности окраски суспензии Cu 2 [HgI 4 ], а мышьяк -- по окраске индикаторных бумажек, пропитанных бромидом или хлоридом ртути.

В химико-токсикологическом анализе для количественного определения ртути рекомендованы визуальный колориметрический метод, основанный на реакции с иодидом меди (I), и экстракционно-фотоколориметрический метод, основанный на реакции с дитизоном.

Визуальный метод определения ртути, основанный на сравнении интенсивности окраски суспензии Cu 2 [HgI 4 ] в исследуемой пробе с интенсивностью окраски суспензии в стандартной серии, имеет ряд недостатков. Наличие частиц суспензии в окрашенных растворах мешает сравнению интенсивности их окрасок. Окраска этих растворов зависит от величины частиц суспензии, скорости их оседания и т. д. Поэтому более точным и надежным является экстракционно-фотоколориметрический метод количественного определения ртути.

В качестве реактива для экстракционно-фотоколоримегрического определения ртути (II) применяют дитизон. В кислой среде при взаимодействии ионов ртути (II) с раствором дитизоиа в хлороформе или в четыреххлористом углероде образуется однозамещенный дитизонат, имеющий оранжево-желтую окраску (л макс = 485 нм). Оптическую плотность однозамещенного дигиюната ртути (II), находящегося в фазе органического растворителя, измеряют при помощи фотоэлектроколориметра или спектрофотометра.

Дитизон с ионами ртути (II) может образовывать и двузамещенный дитизонат ртути, имеющий пурпурно-красную окраску (л макс = 515 нм). Этот дитизонат образуется в щелочной среде, а также при недостатке дитизона.

При фотоколориметрическом определении ртути (II) и ионов некоторых других металлов используются только однозамещенные дитизонаты с более интенсивной окраской и лучшей растворимостью в органических растворителях, чем двузамещенные.

В качестве реактива для экстракционно-фотоколориметрического определения ртути применяют раствор дитизона в четыреххлористом углероде или в хлороформе. Растворимость однозамещенных дитизонатов металлов, как и самого дитизона, в хлороформе примерно на порядок выше, чем растворимость в четыреххлористом углероде.

При экстракционно-фотоколориметрическом определении ртути (II) водный раствор, содержащий эти ионы, необходимо несколько раз взбалтывать с новыми порциями раствора дитизона в четыреххлористом углероде или в хлороформе, а затем определять оптическую плотность объединенных вытяжек. Объединенные вытяжки дитизоната ртути (II) в хлороформе или в четыреххлористом углероде могут содержать и некоторое количество дитизона, непрореагировавшего со ртутью. Для освобождения раствора дитизоната ртути (II) от несвязавшегося дитизона объединенные вытяжки взбалтывают со слабым раствором аммиака или с 0,2 н. раствором гидроксида натрия, а затем с водой. При этом несвязавшийся дитизон переходит в водную фазу.

Перед определением ртути (II) в соответствующих объектах строят калибровочный график, пользуясь перечисленными ниже реактивами и растворами.

Реактивы и растворы:

1. Дитизон. 0,001 %-й раствор в хлороформе или в четыреххлорнстом углероде (см. Приложение 1, реактив 12).

2. Серная кислота (2 н. раствор).

3. Аммиак. Разбавленный раствор (к 190 мл дистиллированной воды прибавляют 10 мл 25 %-го аммиака).

4. Хлороформ свежеперегнанный.

5. Стандартный раствор ртути. В мерную колбу вместимостью 1000 мл вносят 0,1080 г оксида ртути (II) (мол. масса 216,61), прибавляют 10 мл воды н 1 мл концентрированной азотной кислоты. После растворения оксида ртути (II) в колбу прибавляют дистиллированную воду до метки. В 1 мл полученного стандартного раствора содержится 100 мкг ртути.

Построение калибровочного графика. В ряд делительных воронок вносят по 1 мл 2 н. раствора серной кислоты и по 4 мл воды. Затем в каждую делительную воронку прибавляют разные объемы стандартного раствора (0,05; 0,1; 0,3; 0,5; 0,7; 0,9; 1,0; 1,1 мл) и по 3 мл раствора дитизона в хлороформе. Содержимое делительных воронок взбалтывают в течение 2 мин и оставляют делительные воронки на такое же время для разделения фаз. После этого в колбы вместимостью 50 мл отделяют хлороформный слой из каждой делительной воронки. Взбалтывание водной фазы с новыми порциями хлороформного раствора дитизона (по 3 мл) производят до тех пор, пока не перестанет изменяться зеленая окраска прибавленного раствора дитизона. Объединенные хлороформные вытяжки, содержащие дитизонат ртути, переносят в делительные воронки, в которые прибавляют по 10 мл разбавленного раствора аммиака, и взбалтывают в течение 3 мин. Затем из каждой делительной воронки отделяют водную фазу, а хлороформный слой взбалтывают с 10 мл воды в течение

3 мин. Промытые аммиаком и водой хлороформные вытяжки отделяют от водной фазы и переносят в мерные колбы вместимостью 50 мл. Объемы объединенных хлороформных вытяжек в этих колбах доводят хлороформом до метки. Оптическую плотность полученных хлороформных вытяжек измеряют фотоэлектроколориметром ФЭК-56М в кювете с толщиной слоя жидкости 10 мм, пользуясь зеленым светофильтром, эффективная длина волны которого равна 490±10 нм. В качестве раствора сравнения применяют хлороформ.

На основании результатов измерений оптической плотности дитизоната ртути строят калибровочный график. Светопоглощение окрашенных растворов подчиняется закону Бера в пределах от 10 до 90 мкг ртути в 50 мл конечного объема. Предел определения: 10 мкг ртути в указанном конечном объеме.

Определение ртути в деструктате. Определению ртути в деструктате фотоколориметрическим методом, основанным на реакции с дитизоном, могут мешать даже незначительные количества ионов других металлов, которые образовывают окрашенные соединения с дитизоном. Для устранения мешающего влияния этих ионов применяют маскирующие средства. В качестве маскирующих средств используют растворы гидрохлорида гидроксиламина или аскорбиновой кислоты.

Для определения ртути в делительную воронку вносят 10 мл деструктата, прибавляют 1 мл 2 н. раствора серной кислоты, 4 мл воды, 5 мл 10 %-го раствора аскорбиновой кислоты и 3 мл 0,001 %-го хлороформного раствора дитизона. Содержимое делительной воронки взбалтывают в течение 2 мин и оставляют делительную воронку на такое же время для разделения фаз, а затем в колбу вместимостью 50 мл отделяют фазу органического растворителя. Водную фазу, оставшуюся в делительной воронке, взбалтывают с новыми порциями 0,001 %-го хлороформного раствора дитизона (по 3 мл) до тех пор, пока не перестанет изменяться зеленая окраска прибавленного хлороформного раствора дитизона. Объединенные хлороформные вытяжки переносят в делительную воронку, в которую прибавляют 10 мл разбавленного раствора аммиака и взбалтывают в течение 3 мин, а далее поступают, как указано при описании способа построения калибровочного графика.

Расчет содержания ртути в биологическом материале производят по калибровочному графику, пользуясь формулой

где X -- содержание ртути в 100 г биологического материала, мкг; А -- количество ртути, найденное по калибровочному графику, мкг; Б -- объем деструктата, взятый для определения ртути, мл; В -- общий объем деструктата, мл; Г -- масса биологического материала, взятого на анализ, г.

В тех случаях, когда оптическая плотность окрашенного раствора дитизоната ртути во взятой пробе деструктата выходит за пределы калибровочного графика, тогда необходимо повторить опыт, взяв для количественного определения меньший объем деструктата.

Разбавление хлороформом окрашенного раствора, оптическая плотность которого выходит за пределы калибровочного графика, может быть причиной получения неправильного результата количественного определения ртути в деструктате.

Экстракционно-фотоколориметрический метод определения меди основан на реакции ионов этого металла с диэтилдитиокар-баматами. При этой реакции образуется диэтилдитиокарбамат меди, раствор которого в хлороформе или в четыреххлористом углероде имеет бурую или желто-коричневую окраску (л макс = 437 нм). Применение диэтилдитиокарбамата натрия в качестве реактива для переведения ионов меди в окрашенное соединение связано с некоторыми неудобствами. Этот реактив не растворим в органических растворителях. Кроме этого, в кислой среде диэтилдитиокарбамат натрия разлагается на диэтиламин и сероуглерод. Определению меди с помощью диэтилдитиокарбамата натрия мешают ионы железа (III), висмута, марганца, никеля, кобальта, хрома и другие, которые с этим реактивом образуют окрашенные соединения.

Учитывая указанные недостатки диэтилдитиокарбамата натрия, в качестве реактива для определения меди применяют диэтилдитиокарбамат свинца, который растворяется в органических растворителях, не разлагается в кислой среде и дает окраску с меньшим числом ионов, чем диэтилдитиокарбамат натрия. Определению меди с диэтилдитиокарбаматом свинца мешают только ионы ртути (II), алюминия, висмута и таллия (IV), комплексы которых с диэтилдитиокарбаматом более прочные, чем комплекс свинца с этим реактивом.

Во время фотоколориметрического определения меди окрашенные растворы необходимо защищать от прямого солнечного света, под влиянием которого может изменяться окраска диэтилдитиокарбамата меди.

Для экстракционно-фотоколориметрического определения меди необходимо построить калибровочный график, пользуясь перечисленными ниже реактивами и растворами.

Реактивы и растворы:

1. Хлороформный раствор диэтилдитиокарбамата свинца.

2. Кислота серная (2 н. раствор).

3. Хлороформ свежеперегнаиный.

4. Стандартный раствор меди. В мерную колбу вместимостью 1000 мл вносят 3,9280 г сульфата меди (CuSO 4 ·5H 2 O, мол. масса 249,68), прибавляют 30 мл воды и 1 мл концентрированной серной кислоты. После растворения сульфата меди прибавляют дистиллированную воду до метки. 100 мл этого раствора вносят в другую мерную колбу вместимостью 1000 мл и прибавляют дистиллированную воду до метки. В 1 мл полученного стандартного раствора содержится 0,1 мг (100 мкг) меди.

Построение калибровочного графика. В делительные воронки вносят по 0,05; 0,1; 0,3; 0,5; 0,8; 1,0; 1,2 и 1,4 мл стандартного раствора. Во все делительные воронки прибавляют по 0,5 мл 2 н. раствора серной кислоты и воду до 10 мл. Затем во все делительные воронки прибавляют по 5 мл хлороформного раствора диэтилдитиокарбамата свинца. Содержимое делительных воронок взбалтывают по 3 мин и оставляют на такое же время для разделения фаз. После этого из каждой делительной воронки в колбы отделяют хлороформную фазу. Водную фазу в делительных воронках еще раз взбалтывают с 5 мл хлороформного раствора диэтилдитиокарбамата свинца. Хлороформную фазу отделяют от водной фазы и присоединяют к ранее полученной хлороформной фазе. Объединенную хлороформную фазу взбалтывают с 5 мл воды. Хлороформную фазу переносят в градуированную пробирку и прибавляют хлороформ до 10 мл.

Оптическую плотность каждой хлороформной вытяжки, окрашенной в желто-коричневый цвет, измеряют фотоэлектроколори-метром ФЭК-56 М (кювета 5 мм, светофильтр -- синий, л эфф = = 440 ± 10 нм). В качестве раствора сравнения применяют хлороформ.

На основе результатов измерения оптической плотности строят калибровочный график. Светопоглощение окрашенных растворов подчиняется закону Бера в пределах от 0,05 до 0,12 мг меди в 10 мл конечного объема. Предел определения 0,05 мг меди в указанном конечном объеме.

Определение меди в минерализате. 10 мл минерализата, доведенного до рН = 3, вносят в делительную воронку, прибавляют 5 мл хлороформного раствора диэтилдитиокарбамата свинца. Содержимое делительной воронки взбалтывают в течение 3 мин и оставляют на такое же время для разделения фаз. Хлороформную фазу отделяют, а водную, оставшуюся в делительной воронке, еще раз взбалтывают с 5 мл хлороформного раствора дйэтилдитиокарбамата свинца. Хлороформную фазу отделяют от водной фазы и присоединяют к ранее полученной хлороформной фазе, а далее поступают так, как указано выше при описании способа построения калибровочного графика.

Для обнаружения и количественного определения «металлических ядов» используются минерализаты, полученные после разрушения биологического материала, содержащего эти яды. Обнаружению ионов исследуемых металлов могут мешать ионы других элементов, в том числе и элементов, содержащихся в биологическом материале как естественная составная часть тканей и жидкостей организма. В химико-токсикологическом анализе для обнаружения ионов металлов в минерализатах применяется систематический ход анализа и дробный метод.

Систематический ход анализа основан на последовательном выделении из растворов отдельных групп ионов, на подразделении этих групп на подгруппы и на выделении отдельных ионов из подгрупп. Выделенные из растворов ионы определяют при помощи соответствующих реакций.

При систематическом ходе анализа на исследование берут относительно большие навески исследуемого объекта и в соответствующей последовательности выполняют все необходимые аналитические операции (минерализация, осаждение, растворение, фильтрование и др.), связанные с выделением ионов. Систематический ход анализа с определенной надежностью позволяет выделять из растворов и определять отдельные ионы, находящиеся в сложных смесях. Однако этот метод анализа имеет и ряд недостатков, основным из которых является длительность разделения ионов. Кроме того, большое число отдельных операций (осаждение, растворение, фильтрование и др.) может быть причиной частичной потери исследуемых ионов. Часть ионов может быть потеряна в результате процессов соосаждения.

Учитывая указанные выше недостатки систематического хода анализа, для обнаружения ионов в смесях применяют дробный метод.

Дробный метод анализа. Основоположником дробного метода анализа, применяемого в современной аналитической химии, является советский учёный Н. А. Тананаев. Большая заслуга в разработке методик дробного анализа «металлических ядов» и внедрении этих методик в практику химико-токсикологического анализа принадлежит А. Н. Крыловой.

Дробный метод основан на применении реакций, с помощью которых в любой последовательности можно обнаружить искомые ионы в отдельных небольших порциях исследуемого раствора. Пользуясь дробным методом, отпадает необходимость выделения исследуемых ионов из растворов.

Для обнаружения соответствующих ионов дробным методом необходимо применять специфические реактивы, позволяющие обнаружить искомый ион в присутствии посторонних ионов. Однако не всегда можно подобрать специфические реакции для обнаружения искомых ионов. В этих случаях в дробном анализе пользуются специальным приемом (маскировкой), с помощью которого устраняется влияние мешающих ионов.

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.

Маскировка ионов является одной из важнейших операций в дробном анализе. Маскировкой называется процесс устранения влияния мешающих ионов, находящихся в сложной смеси, на обнаружение искомых ионов. При маскировке мешающие ионы переводят в соединения или в другие ионы, которые теряют способность реагировать с реактивами на искомые ионы. Существует несколько способов маскировки ионов. С целью маскировки мешающие ионы переводят в устойчивые комплексы, изменяют валентность этих ионов при помощи окислителей или восстановителей, изменяют рН среды и т. д.

Основным способом маскировки мешающих ионов, который применяется в аналитической химии и в химико-токсикологическом анализе, является комплексообразование. Пользуясь этим способом, для маскировки подбирают такой реактив, который с мешающими ионами образует бесцветные прочные комплексные ионы, не способные реагировать с реактивами на искомые ионы. Использование комплексообразования для маскировки ионов можно показать на нескольких примерах.

1. Для обнаружения ионов Со 2+ применяют роданид аммония. При этом образуется соединение (NH 4 ) 2 [Co(SCN) 4 ], имеющее синюю окраску. Обнаружению ионов Со 2+ роданидом аммония мешают ионы железа (III), которые с этим реактивом дают кроваво-красную окраску. Для устранения мешающего влияния ионов железа (III) к смеси, содержащей ионы кобальта и железа, прибавляют растворы фторидов или фосфатов, которые переводят ионы железа (III) в бесцветный комплекс [FeF 6 ] 3-, не реагирующий с роданидом аммония. Таким образом, после маскировки ионов железа (III) фторидами или фосфатами можно легко обнаружить ионы кобальта, находящиеся в смеси с ионами железа, используя роданид аммония.

2. Обнаружению ионов кадмия реакцией с сероводородом (образуется желтый осадок CdS) мешают ионы меди, которые с этим реактивом дают черный осадок CuS. Для маскировки ионов меди прибавляют растворы цианидов, образующие с указанными ионами бесцветный комплекс [Cu(CN) 4 ] 3-, не реагирующий с сероводородом.

Демаскировка ионов. Демаскировкой называют процесс освобождения ранее замаскированных ионов от маскирующих реактивов. В результате демаскировки ранее замаскированные ионы восстанавливают способность вступать в реакции с соответствующими реактивами. Демаскировка в основном осуществляется разложением комплексных ионов, которые ранее образовались в процессе маскировки.

Процесс демаскировки можно показать на примере разложения следующих комплексных ионов:

В дробном анализе «металлических ядов» для маскировки мешающих ионов применяются цианиды, фториды, фосфаты, тиосульфаты, тиомочевина и другие вещества.

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:



Широкое применение цианидов для маскировки ионов объясняется тем, что при необходимости из комплексных цианидов можно легко демаскировать катионы соответствующих металлов.

Следует отметить, что применение цианидов для маскировки ионов имеет и некоторое ограничение. 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 ионов железа (III), с которыми они образуют бесцветные устойчивые комплексные ионы [FeF 6 ] 3-.

3. Фосфаты. В дробном анализе фосфаты также применяются для маскировки ионов железа (III). В кислой среде фосфаты и фосфорная кислота с ионами железа образуют бесцветные комплексы [Fe(PO 4 ) 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: [Ag 2 (S 2 O 3 ) 3 ] 4-, [Pb(S 2 O 3 ) 3 ] 4-, [Fe(S 2 O 3 ) 2 ]-.

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

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(NH 2 OH) 6 ] 2+. В зависимости от природы ионов, с которыми реагирует гидроксиламин, он может быть окислителем и восстановителем. Гидроксиламин восстанавливает ионы железа (III) и окисляет ионы AsO 2 - и SbO 2 - :

Для связывания избытка гидроксиламина применяют формальдегид, с которым он образует формальдоксим:

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. Комплексен 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. При взаимодействии комплексона III с указанными ионами образуются прочные внутрикомплексные соединения.

Комплексон III с ионами металлов независимо от их валентности реагирует в соотношении 1 : 1. При взаимодействии ком-плексона III с ионами металлов образуются внутрикомплексные соединения за счет замещения атомов водорода в карбоксильных группах комплексона и за счет образования координационных связей между ионами металлов и атомами азота аминогрупп. Строение внутрикомплексных соединений двух- и трехвалентных металлов с комплексоном III можно представить следующими формулами;

9. Лимонная кислота и ее соли (цитраты) с катионами ряда металлов дают прочные соединения, строение которых можно выразить следующими формулами:

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

10. Винная кислота и ее соли (тартраты) с многими металлами образуют прочные растворимые в воде комплексы:

Способность винной кислоты образовывать прочные комплексные соединения с металлами используется для маскировки ионов меди, железа (III), алюминия, висмута, кадмия, ртути, свинца, цинка и др.

11. Аскорбиновая кислота. Применение аскорбиновой кислоты как маскирующего средства в основном базируется на восстановительных свойствах этой кислоты. При взаимодействии аскорбиновой кислоты с сильными окислителями она переходит в щавелевую или треоновую кислоту, а при взаимодействии с окислителями средней силы аскорбиновая кислота превращается в дегидроаскорбиновую кислоту:

Восстанавливающие свойства аскорбиновой кислоты используются в анализе для маскировки ионов железа (III), олова (IV) и др.

Для обнаружения ионов металлов, содержащихся в минерализатах, применяют реакции образования осадков, микрокристаллоскопические и цветные реакции. В ряде случаев для этой цели применяются физико-химические методы.

Поскольку отравления соединениями металлов происходит после поступления в организм малых количеств различных химических соединений, содержащих металлы, в трупном материале эти металлы могут находиться только в незначительных количествах. Для обнаружения этих количеств ионов металлов в минерализатах требуются специфические и чувствительные реакции. Однако к чувствительности реакций на «металлические яды» в химико-токсикологическом анализе предъявляются и другие требования. Поскольку некоторые токсикологически важные металлы являются нормальной составной частью тканей организма (см. табл. 7), реакции, применяемые для обнаружения этих металлов в минерализатах, по чувствительности должны быть такими, которые не дают положительного результата с микроколичествами ионов металлов, входящих в состав тканей организма. Желательно, чтобы эти реакции были положительными только с относительно большими количествами ионов металлов, соединения которых вызвали отравление. Однако такие реакции в ряде случаев подобрать трудно.

Большинство окрашенных соединений, образующихся при взаимодействии ионов металлов с соответствующими реактивами, являются комплексами или ионными ассоциатами.

Ионные ассоциаты. В аналитической химии и химико-токсикологическом анализе для идентификации и фотометрического определения ряда веществ применяются реакции образования ионных ассоциатов. Особенно часто эти реакции используются для обнаружения и количественного определения алкалоидов и «металлических ядов».

Ионные ассоциаты (ионные пары) представляют собой не полностью диссоциированные солеобразные соединения. Они образуются в результате ассоциации противоположно заряженных ионов. Их не следует отождествлять с недиссоциированны-ми молекулами, так как в ассоциатах ионы удерживаются лишь слабыми силами Ван-дер-Ваальса. При усилении взаимодействия между ионами в пределах одного ионного ассоциата характер связи может изменяться от электростатического до ковалентного. Способностью образовывать ионные ассоциаты в основном обладают крупные ионы.

В анализе используются реакции образования ионных ассоциатов при взаимодействии хлорантимонатов с метиловым фиолетовым, бриллиантовым зеленым и др. Описаны ионные ассоциаты цезия с тетрародановисмутатом. Ионные ассоциаты образуются катионами основных красителей с анионами, представляющие собой ацидокомплексы металлов ([HgCl 4 ] 2-, [HgI 4 ] 2-, [BiI 4 ] -- и др.). Для обнаружения мышьяка используются ионные ассоциаты, которые образуются при взаимодействии мышьяковистого водорода с диэтилдитиокарбаминатом серебра в пиридине, и т. д.

Реакции образования внутрикомплексных соединений. Для идентификации и количественного определения катионов металлов в химико-токсикологическом анализе широко используются реакции образования внутрикомплексных соединений. В качестве реактивов для указанной цели часто применяются дитизон, диэтилдитиокарбаминат аммония и др.

Дитизон (дифенилтиокарбазон) представляет собой тонкие сине-черные иглы с фиолетовым оттенком. Дитизон практически не растворим в воде, но хорошо растворяется во многих органических растворителях. В аналитической и токсикологической химии для растворения дитизона применяют четыреххлористый углерод или хлороформ. Растворы дитизона в хлороформе и в некоторых других органических растворителях обладают дихроматизмом (темно-красная окраска растворов дитизона в толстых слоях при разбавлении переходит в ярко-зеленую).

В молекуле дитизона содержится два атома водорода, которые способны замещаться на ионы металлов. Наличие в молекуле дитизона группы --С--S увеличивает подвижность ближайшего к сере атома водорода в --NH-группе, т. е. увеличивает кислотные свойства этого реактива. Поэтому дитизон в кислых растворах с катионами металлов образует только однозамещен-ные соединения. Подвижность атома водорода во второй --NH-группе дитизона значительно меньшая, чем в первой. В связи с этим замещение второго атома водорода в молекуле дитизона может происходить только в сильнощелочной среде.

Дитизон может быть в двух таутомерных формах:

В анализе имеют значение только однозамещенные (кислые) дитизонаты.

Растворы дитизона в органических растворителях имеют два максимума поглощения в видимой области спектра.

Так, спектр раствора дитизона в четыреххлористом углероде имеет две полосы поглощения с максимумами при 450 и 620 нм. Молярные коэффициенты светопоглощения дитизона в этом растворе соответственно равны 20 000 и 32 800. Более интенсивным является максимум при длине волны, равной 620 нм.

Окраска растворов однозамещенных дитизонатов, максимумы поглощения и значения рН, при которых максимально экстрагируются дитизонаты металлов, имеющих токсикологическое значение.

Дитизонаты железа и марганца являются нестойкими и быстро разлагаются. Дитизон при хранении подвергается окислению.

Поэтому перед употреблением дитизона для аналитических целей он должен быть очищен от примесей. Способ очистки дитизона и приготовление его растворов приведен в Приложении 1, реактив 12.

Диэтилдитиокарбаматы.

В химико-токсикологическом анализе для разделения и фотометрического определения ионов некоторых металлов широко используются соли диэтилдитиокарбаминовой кислоты:

Диэтилдитиокарбаминовая кислота (ДДТК) нестойкая. Для аналитических целей в качестве реактивов применяются натриевая и аммониевая соли диэтилдитиокарбаминовой кислоты. Эти соли хорошо растворяются в воде, их растворы бесцветны. Натриевая и аммониевая соли диэтилдитиокарбаминовой кислоты с катионами тяжелых металлов образуют внутрикомплексные соединения (диэтилдитиокарбаматы):

Эти соединения слабо растворяются в воде и хорошо --в некоторых органических растворителях. Большинство внутрикомплексных соединений тяжелых металлов с диэтилдитиокарбаминовой кислотой в органических растворителях бесцветны. Только некоторые растворы этих соединений имеют окраску. Так, диэтилдитиокарбамат меди имеет бурую окраску (л макс = 440 нм), висмута -- желтую (л макс = = 370 нм), железа (II) и (III) -- бурую (л макс = 515 нм), никеля -- желто-зеленую (л макс = 395 нм), кобальта -- зеленую ( л макс = 650 нм), олова (II) и (IV)--оранжевую, хрома (III) -- зеленую.

Для выделения диэтилдитиокарбаматов металлов из растворов и для разделения их смесей применяют метод экстракции. При этом в ряде случаев пользуются маскирующими средствами (цитратами, цианидами, комплексоном III и др.). Из аммиачной среды, содержащей цитраты и комплексон III, органическими растворителями экстрагируются диэтилдитиокарбаматы меди, ртути (П), серебра и висмута. При наличии цианидов экстрагируются диэтилдитиокарбаматы висмута, кадмия, свинца и галлия (III).

От прибавления минеральных кислот к диэтилдитиокарбаматам натрия и аммония они разлагаются и выделяется диэтилдитиокарбаминовая кислота, которая является нестойкой. При рH = 4 и ниже эта кислота разлагается с выделением диэтиламина и сероуглерода:

Для экстракции катионов тяжелых металлов из растворов в виде диэтилдитиокарбаматов поступают так: исследуемый раствор доводят до рН = 5 и прибавляют раствор диэтилдитиокарбамата аммония или натрия.

При этом образуются диэтилдитиокарбаматы соответствующих катионов. Затем прибавляют раствор минеральной кислоты, в которой диэтилдитиокарбаматы тяжелых металлов не разлагаются, а в течение 2--3 мин разлагается избыток диэтилдитиокарбамата аммония, являющегося реактивом, с образованием диэтиламина и сероуглерода.

После разложения избытка реактива минеральными кислотами экстрагируют диэтилдитиокарбаматы тяжелых металлов органическими растворителями.

4. Соединения цинка, имеющие токсикологическое значение. Изолирование. Дробный метод их обнаружения и определения в минерализате. Оценка результатов химико-токсикологического анализа

Цинк и его соединения широко используются в народном хозяйстве, а некоторые из них применяются и в медицине. Металлический цинк входит в состав ряда сплавов, имеющих значение в технике (бронза, латунь и др.). Цинк применяется для покрытия железа с целью защиты его от коррозии, а также для изготовления цинковой посуды. Оксид цинка применяется в медицине как вяжущее средство в виде мазей и паст. В промышленности он применяется для приготовления красок (цинковых белил). Хлорид цинка употребляется для изготовления пергаментной бумаги, входит в состав жидкости для пайки. Сульфат цинка используется в офтальмологии. Он применяется в качестве протравы при крашении тканей. Сульфид цинка применяется для изготовления светящихся красок. Фосфид цинка -- очень токсичный. Его применяют для борьбы с грызунами. Стеарат цинка входит в состав пудры и некоторых мазей. Ундецилат цинка является противомикозным средством. Соединения цинка применяются в химических лабораториях в качестве реактивов. Незначительные количества цинка содержатся в тканях организма.

Цинк и его соединения могут поступать в организм через пищевой канал, а также через органы дыхания в виде пыли, образующейся при добыче и переработке цинковых руд. Цинк может поступать в организм с вдыхаемым воздухом в виде паров, выделяющихся при выплавке цинка и получении сплавов. После поступления цинка в организм в виде пыли и паров образуются его соединения с белками, вызывающие приступы лихорадки, начинающейся с озноба (так называемая лихорадка литейщиков, или латунная лихорадка). При вдыхании пыли и паров цинка может появиться тошнота, рвота и мышечные боли. Описаны случаи отравлений пищей, приготовленной и сохраняемой в оцинкованной посуде, из продуктов, содержащих кислоты (богатые кислотами фрукты, томат и др.). Соединения цинка, поступившие в желудок, могут вызывать острое отравление, при котором наступает рвота, понос, судороги и т. д.

При отравлениях соединениями цинка они накапливаются в печени и поджелудочной железе.

Исследование минерализатов на наличие цинка

Наличие ионов цинка в минерализате вначале определяют при помощи реакции с дитизоном. Если результат этой предварительной реакции отрицательный, то дальнейшее исследование минерализата на наличие ионов цинка не проводят. При положительном результате реакции с дитизоном проводят дальнейшее исследование минерализата на ионы цинка. С этой целью из минерализата ионы цинка выделяют в виде диэтилдитиокарбамата. Полученный диэтилдитиокарбамат цинка разлагают кислотой и в водной фазе определяют наличие ионов цинка при помощи соответствующих реакций.

Реакция с дитизоном. При взаимодействии ионов цинка с дитизоном образуется однозамещенный дитизонат этого металла Zn(HDz) 2 :

Дитизонат цинка хорошо экстрагируется хлороформом и некоторыми другими органическими растворителями. Раствор дитизоната цинка в хлороформе имеет пурпурно-красную окраску. Кроме ионов цинка с дитизоном окрашенные комплексы образуют и катионы некоторых других металлов, для маскировки которых прибавляют раствор тиосульфата натрия или тиомочевины.

Выполнение реакции. В стакан вносят 0,5 мл минерализата, к которому прибавляют 0,25 мл насыщенного раствора тиосульфата натрия, а затем по каплям прибавляют 5 %-й раствор гидроксида калия до рН = 4,5--5,0 (по универсальному индикатору). К этой смеси прибавляют 1 мл ацетатного буферного раствора (рН = 5), жидкость хорошо перемешивают и количественно переносят в делительную воронку, в которую прибавляют 1 мл хлороформа, 2 капли 0,01 %-го раствора дитизона в хлороформе, а затем содержимое делительной воронки хорошо взбалтывают. При наличии ионов цинка в минерализате зеленая окраска хлороформного слоя исчезает, а появляется розовая или пурпурно-красная окраска этого слоя (в зависимости от количества ионов цинка). Предел обнаружения: 0,25 мкг в 1 мл. Граница обнаружения: 5 мкг цинка в 100 г биологического материала.

Выделение ионов цинка из минерализата. От прибавления раствора диэтилдитиокарбамата натрия к минерализату образуется внутрикомплексное соединение:

Диэтилдитиокарбамат цинка экстрагируют хлороформом, а затем разлагают кислотой. Выделившаяся при этом диэтил-дитиокарбаминовая кислота в кислой среде быстро разлагается на диэтиламин и сероуглерод. Для маскировки ионов других металлов, которые тоже экстрагируются из минерализата в виде диэтилдитиокарбаматов, прибавляют растворы сегнетовой соли и тиомочевины или же растворы лимонной кислоты и тиосульфата натрия. Способ выделения ионов цинка из минерализата описан ниже.

В делительную воронку вносят 10 мл минерализата, 4 мл 10 %-го раствора сегнетовой соли (или 4 мл 20 %-го раствора лимонной кислоты) и 1 мл насыщенного раствора тиосульфата натрия. К. этой смеси добавляют несколько капель индикатора (0,1 %-ый раствор нильского голубого), а затем по каплям добавляют 2,5 н. раствор гидроксида натрия до появления розовой окраски. К содержимому делительной воронки добавляют 2 н. раствор серной кислоты до рН = 8,5 (по универсальному индикатору), 3 мл 1 %-го раствора диэтилдитиокарбамата натрия в смеси воды и спирта (3:1) и 5 мл хлороформа. Содержимое делительной воронки интенсивно взбалтывают, а затем хлороформный слой отделяют от водной фазы и переносят в другую делительную воронку. К хлороформному слою прибавляют 10 мл воды и взбалтывают. Водную фазу отделяют от хлороформного слоя, к которому прибавляют 3 мл 1 н. раствора соляной кислоты, а затем взбалтывают в течение 0,5 мин. После взбалтывания от хлороформной фазы отделяют водную фазу, в которой определяют наличие ионов цинка при помощи реакций с гексацианоферратом (II) калия, сульфидом натрия и тетрароданомеркуроатом аммония.

Реакция с гексацианоферратом (II) калия. К 1 мл водной фазы добавляют 5 %-й раствор гидроксида калия до рН = 5 (по универсальному индикатору) и 3--4 капли 5 %-го раствора гексацианоферрата (II) калия. При наличии ионов цинка выделяется белый осадок:

При добавлении избытка реактива может образоваться более растворимый осадок [Zn 2 [Fe(CN) 6 ].

Предел обнаружения: 3 мкг цинка в 1 мл.

Реакция с сульфидом натрия. К 1 мл водной фазы прибавляют 5 %-й раствор гидроксида калия до рН = 5 и 3--4 капли 5 %-го свежеприготовленного раствора сульфида натрия. Образование белого осадка ZnS указывает на наличие ионов цинка в водной фазе. Предел обнаружения: 1,5 мкг цинка в 1 мл.

Реакция с тетрароданомеркуроатом аммония. На предметное стекло наносят 3--4 капли водной фазы, которую выпаривают досуха. На сухой остаток наносят каплю 10 %-го раствора уксусной кислоты и каплю раствора тетрароданомеркуроата аммония (NH 4 ) 2 [Hg(SCN) 4 j. В присутствии ионов цинка образуются бесцветные одиночные клиновидные кристаллы или дендриты Zn [Hg(SCN) 4 ]. Предел обнаружения: 0,2 мкг цинка в 1 мл.

3. Ядовитые алкилгалогениды (четыреххлористый углерод, дихлорэтан). Токсикологическое значение, метаболизм, реакции обнаружения. Химизм

Четыреххлористый углерод ССl 4 -- прозрачная жидкость со своеобразным запахом (т. кип. 75--77 °С). Он смешивается в любых соотношениях с ацетоном, бензолом, бензином, сероуглеродом и другими органическими растворителями. В воде при 20 °С растворяется около 0,01 % четыреххлористого углерода. Четыреххлористый углерод не огнеопасен, его пары в несколько раз тяжелее воздуха.