Несие № 6. Тақырып 1. Минералдау арқылы оқшауланатын улы заттар тобы

Тақырып 1. Минералдау арқылы оқшауланатын улы заттар тобы. Қоршаған орта экологиясы және ауыр металдар мен мышьяк қосылыстарымен улану таралымдығы. Топтың жалпы сипаттамасы. Физика-химиялық қасиеттері және улы механизмі. Токсикокинетикасы (сорылуы, таралуы, бөлініп шығуы).

Мақсаты:Студенттерді биологиялық материалдан минерализациялау арқылы оқшауланатын заттар тобымен, олардың жалпы мінездемесімен, физика-химиялық қасиеттерімен және токсикокинетикасымен таныстыру.

Дәріс тезисі

Оксид, тұз және басқа қоспа күйінде кездесетін «металлдық улар» көбінесе асқазан-ішек жолдары арқылы оның сәйкес бөлімдеріне түсіп, қанға сіңеді де, улануды шақырады. Темір мен цинк, молибден мен ванадий, мыс пен кобальт, сонымен қатар басқа да көптеген химиялық элементтер адам ағзасында өте аз мөлшерде 10^-3 – 10^-10 % кездеседі. Алайда, олардың кемшілігі немесе артықшылығы ағзаның патология процесстеріне әкеледі. Металлдар – жер қабатының элементтері, яғни, олардың нағыз көзден әсер етуі сөзсіз. Адам организміндегі гомеостаз, синтез немесе белокты заттардың ыдырау процесстері металлдардың иондарымен байланысты.

Элементтердің сәйкестік әсері асқорыту ферменттерінің белсенділігі немесе асқазан-ішек жолдарының қабырғасындағы фосфорлану процессі арқылы жүреді. Сонымен қатар, тура емес әсер жүруі де мүмкін, мысалы, көбею стимуляциясы арқылы және асқазан мен асқазан-ішек жолдарының микрофлорасының белсенділігі арқылы жүреді.

Синергетикалық механизмдер ұлпа мен жасуша метаболизм деңгейінде функционирленеді.

Организмде элементтер (металл және металл еместер) дәрежесі келесідей болу керек:

· макроэлементтер: H.O.C.N.P.S. Cl. Ca. K. Na. Mg. Fe;

· микроэлементтер: Zn, F, Sr, Mo, Cu, Br, Si, Cs, I, Mn, Al, Pb, Cd, B, Pb, Se, Hg, V, As, Li,

· ультрамикроэлементтер: Co, Cr, Ni, Ag, Be, Ga, Ge, Sc, Zr, Bi, Sb, U, Th, Rh.

Металлдар мен басқа элементтердің (мысалы, селеннің, мышьяктың) токсикалығын анықтаған кезде, осы топ токсиканттардың ерекше және әртүрлі физикалық және химиялық қасиеттерін ескеру керек. Металл қосылыстарының сұйықтықтырда ионизациялану қасиеті токсиканттардың абсорбциясына, таралуына және шығарылуына әсер етеді. Элементтердің қоршаған ортада, өсімдік және жануар организмінде әртекті химиялық формада (элементті, ионды, ковалентті, жиі координациялық) тіршілік етуі олардың химиялық және токсикалық қасиетіне әсер етеді.

Қосылыстарда металлдың тотығу дәрежесі мен химиялық жағдайы оның токсикалығына әлде-қайда жоғары әсер көрсетеді. Металлдың тұздары (металлдың ионды формасы) токсикалық қасиетке ие, олар комплекс түрінде байланысқан металлдарға қарағанда ерекшеленеді.

Иллюстративті материал

1 сурет. 1. Доза-эффект тәуелділігі: организмнің қалыпты тіршілік жағдайын қамтамасыз ететін әр эссенциальды элементтің оптимальды концентрация диапазоны болады (3 – МЛГ ауданы).

Доза

1 — МЭ кемшілігі; 2, 4 — Шекара аймақтары; 3 — Оптимальды әсер; 5 — Токсикологиялық әсер

2 сурет. 2. Әртүрлі биохимиялық процесстер мен физиологиялық көрсеткіштерге элементтердің синергетикалық және антогонистік әсері.

Әдебиеттер:

· Токсикологическая химия: метаболизм и анализ токсикантов: учебное пособие + СD/ под ред. Н.И. Калетиной. – М., 2008. – 1016 с. Переплет.

· Токсикологическая химия: учебник / под ред. Т.В. Плетеневой. – 2-ое изд. – М., 2008. – 512 с. Переплет.

· Крамаренко В. Ф. Токсикологическая химия / В. Ф. Крамаренко. - Киев, «Высшая школа», 1989.- 272 с.

· Швайкова М.Д. Токсикологическая химия/ М.Д. Швайкова. - М., «Медицина», 1975.-376 с.

Бақылау сұрақтары (кері байланыс)

· Биологиялық материалдан минерализациялау арқылы оқшауланатын заттар тобының жалпы мінездемесі.

· Организмнің өмірлік функцияларына қатысатын макро- және микролементтердің рөлі және маңызы.

· Физика-химиялық қасиеттері мен токсикологиялық механизмдері.

· Токсикокинетика сұрақтары: сіңірілуі, таралуы, шығарылуы.

Тақырып 2 . Ауыр металдар мен мышьяк қосылыстарын биологиялық объекттерде талдау әдістері.

Мақсаты: Студенттерді биологиялық материалдан ауыр металлдар қосылыстарын оқшаулау әдістерімен таныстыру.

Дәріс тезисі

Химия-токсикологиялық талдауда минералдандыру әдісі биологиялық материалды (мәйіттердің ағзаларын, биологиялық сұйықтықтарды, өсімдіктерді, азық-түлік өнімдерін және тағы басқаларды) «металл улары» дейтіндердің бар-жоқтығына зерттеген кезде қолданылады.

Адам организміндегі элементтердің мөлшерін білу – адам денсаулығына макро- және микроэлементтердің артықшылығының, жетіспеуінің немесе ұлпалар бойынша таралуының бұзылғандығын анықтауға қажет.

Биологиялық материалды «металл уларының» бар-жоқтығына зерттеу үшін металдар байланысқан органикалық заттарды бұзып, оларды ион жағдайына көшіру керек. Осы мақсатта қолданылатын әдістерді екі топқа бөлуге болады: құрғақ күлдендіру әдістері және дымқыл күлдендіру немесе дымқыл минералдандыру әдістері. Органикалық заттарды минералдандыру әдісін таңдап алу зерттелетін элементтердің қасиеттеріне, талдауға келіп түскен биологиялық материал сынамасының санына және т.б. байланысты болады.

Биоматериалда элементтерді анықтау сынамасы 2 этаптан тұрады: элементтерді биологиялық сынамадан биомолекулаларды деструкция жолымен оқшаулау және оны талдауға ыңғайлы күйге, мысалы сұйықтыққа ауыстыру. Элементтік анализде қолданылатын адамның биосубстраттары және сынама үлгілерін дайындау 1 кестеде көрсетілген. Минерализация кезеңі кезеңдердің ішінде ең жауаптысы болып саналады. Минерализация мақсаты – анықталатын элементтерді жоғалтып алмай, органикалық матрицаны жою. Минерализацияның дәстүрлі (құрғақ) әдісі – муфель пешінде қыздыруға (1150⁰ С) негізделген. Дымқыл күлдендіру минерализациялаудың кең таралған түрі, ол концентрлі қышқылды тотықтырғыштармен, мысалы, азот, күкірт, кейде хлормен өңдеуге негізделген. Микроэлементтерді анықтауда автоматтандырылған вариантта ұсынылған микропроцессорлармен жабдықталған классикалық әдістерді қолданады. Биомедициналық зерттеуде биологиялық материалда болатын элементтердің жалпы мөлшерін анықтайды. Аналитикалық сигналды өлшеу әдісіне байланысты, эффективті болып матрицаны толығымен қатар, бөлшектеп деструкциялау саналады.

Аналитикалық дайындыққа ХТТ жағымен анықтайды:

· анализ типімен (бағытталған немесе бағытталмаған. КТТ немесе допинг-бақылау және т.б.);

· үлгінің биологиялық матрица типімен (биологиялық сұйықтықтар, мүше ұлпалары және т.б.)

· оқшаулау әдісін таңдау үшін талданатын заттардың физика-химиялық қасиетімен (экстракция, сорбция, су буымен айдау, дистилляция және т.б.)

· ХТА жеке тапсырмаларымен (ұшқыш және металл уларды, пестицидтерді және т.б. оқшаулау)

· процедураны орындау техникасымен (лиофилизация, диализ және т.б.)

Практика кезінде химик-токсиколог рационалды оқшаулау (оқшаулау сызбасы) техникасын таңдағанда барлық 5 позицияны ескеру керек.

Мышьяк қосылыстары адамдар мен мал-жануарлардың организміне күшті токсикологиялық әсер беретін заттар қатарына жатады. Химиялық-токсикологиялық талдауда қолданылатын мышьякты табу әдістері оны мышьякты сутекке ауыстырып, одан әрі мышьякты сутекті Зангер-Блек реакциясының көмегімен, пиридиндегі күміс диэтилдитиокарбаматының ерітіндісімен реакцияның және Марш реакциясының көмегімен анықтауға негізделген. Осы реакциялардың барлығында мышьяк қосылыстарынан ұшпалы және өте улы мышьякты сутегі бөлініп шығады. Сондықтан да жоғарыда аталған мышьякқа реакцияларды орындаған кезде абай болған жөн. Алғашқы екі реакция алдын ала реакциялар болып табылады. Олар теріс нәтиже берген кезде минерализатты әрі қарай мышьяктың бар-жоқтығына тексеру, зерттеу тоқтатылады. Аталған реакциялар мышьякқа оң нәтиже берген кезде қосымша Марш реакциясын орындайды.

Иллюстративті материал

1. кесте 1. Элементтік анализде қолданылатын адамның биосубстраттары және сынама үлгілерін дайындау

2. сурет 1.

Марш реакциясы мышьяк қосылыстарының, бөлінуі кезінде сутекпен және осы кезде пайда болған мышьякты сутектің кейініректегі термиялық ыдырауы кезінде қалпына келуіне негізделген:

AsO₃ + 7Н → AsH₈ + 2Н₂О;

2AsH₃→ 2As + 3H₂.

Сурет 2. Марш реакциясын арнайы аппаратта орындайды (8-сурет), ол колбадан 1, тамызғыш воронкадан 2, хлоркальций түтікшеден 3 және қалпына келтіру түтікшесінен 4 тұрады.

Кесте 3.Летальды жағдайдағы адам организмнің биосұйықтықтары мен тіндеріндегі мышьяктың құрамы

Интоксикация индикаторларына келетін болсақ, мышьяктың концентрациясы зәрде 0,1 мг/л-ден көп, шашта 1—47 мг/кг, плазмада 0,1 мг/л-ден көп, қанда 0,1 — 1,6 мг/л тең. Адам

үшін мышьяктың токсикалық мөлшері 5—50 мг, летальды мөлшері As₂O, — 50—340 мг.

Әдебиеттер:

· Токсикологическая химия: метаболизм и анализ токсикантов: учебное пособие + СD/ под ред. Н.И. Калетиной. – М., 2008. – 1016 с. Переплет.

· Токсикологическая химия: учебник / под ред. Т.В. Плетеневой. – 2-ое изд. – М., 2008. – 512 с. Переплет.

· Крамаренко В. Ф. Токсикологическая химия / В. Ф. Крамаренко. - Киев, «Высшая школа», 1989.- 272 с.

· Швайкова М.Д. Токсикологическая химия/ М.Д. Швайкова. - М., «Медицина», 1975.-376 с.

Бақылау сұрақтары (кері байланыс)

· Адамның элементтік статусы – макро- және микроэлементтер мөлшері, маңызы

· Биологиялық материалдан ауыр металлдар қосылыстарын оқшаулаудың жалпы (дәстүрлі) әдісі

· Минерализацияның әлғалды әдісі

· Биологиялық материалдан мышьякты оқшаулау әдісі

Тақырып 3.«Металдық уларды» талдаудың бөлшектеу әдісі. Ерекшеліктері. Метал иондарын бөлшектеу принциптері және әдісі. Талдаудың бөлшектеу әдісіндегі органикалық реагенттер. Бөлек иондарды бөлшекті талдау. «Металдық улардың» сандық мөлшерін анықтау әдістері.

Мақсаты:Студенттерді «металлдық уларды» талдаудың бөлшектік әдісімен таныстыру.

Дәріс тезисі

«Металлдық уларды» табу үшін және оларды сандық анықтау үшін биологиялық материалды бұзғаннан кейін алынған және осы улардан тұратын минерализаттар қолданылады. Зерттелетін металлдардың иондарын анықтауға басқа элементтер иондары кедергі жасауы мүмкін, сондай-ақ биоматериалда табиғи құрамы ретінде болатын элементтер болады. ХТ талдауда минерализаттардың құрамындағы металлдардың иондарын табу үшін талдаудың жүйелік қадамы және бөлшектік әдіс қолданылады.

Талдаудың жүйелік қадамы – иондардың бөлек топтарын ерітінділерден тізбектік түрде бөліп шығаруға, бұл топтардың топ тармақтарына бөлінуіне және топ тармақтарынан бөлек иондарды бөліп шығаруға негізделген. Ерітінділерден бөліп шығарылған иондарды сәйкес реакциялардың көмегімен анықтайды.

Талдаудың бөлшектік әдісі. Қазіргі кезде аналитикалық химияда қолданылатын талдаудың бөлшектік әдісінің негізін салушысы – совет ғалымы Н.А. Тананаев болып табылады. «Металлдық уларды» талдаудың бөлшектік әдістерін өңдеудегі және бұл әдістерді тхимиялық-токсикологиялық талдау тәжірибесіне енгізудегі А.Н. Крылованың және оның қызметкерлерінің еңбектері зор болып табылады.

Бөлшектік әдіспен іздлінетін иондарды табу екі қадамда жүргізіледі. Бастапқы кезде кедергі жасайтын иондардың әсер етуін сәйкес реактивтердің немесе олардың қоспаларының көмегімен жояды, содан кейін бояуды немесе зерттелетін ионды тұнбаны беретін реактивті қосады.

Иондарды жасыру – бөлшектік талдауда маңызды операциялардың бірі болып табылады. Жасыру дегеніміз – күрделі қоспаның құрамындағы зерттелетін иондарды табуға кедергі жасайтын иондардың әсерін жою үрдісі.

Жасырудан босату дегеніміз – бұрын жасырылған иондарды жасырушы реактивтерден бросату үрдісі. Жасырудан босатудың нәтижесінде бұрын жасырылған иондар сәйкес реактивтермен реакцияға түсу қабілеттілігін қйта қалпына келтіреді. Жасырудан босату негізінен жасыру үрдісіндегі бұрын пайда болған кешендік иондарды ыдырата отырып жүзеге асырылады.

Минерализаттардың құрамындағы металдар иондарын табу үшін тұнбалардың пайда болу реакциялары, микрокристалды жинайтын және түсті реакциялар қолданылады. Көптеген жағдайларда бұл мақсат үшін физикалық-химиялық әдістер қолданылады. Химиялық-токсикологиялық талдауда «металлдық уларды» сандық анықтау үшін гравиметрия, титрометрия, фотоколориметрия әдістері қолданылады. Минерализаттағы (немесе деструктаттағы) көптеген металл иондарын фотоколориметрия әдісімен анықтайды.

Иллюстративті материал

Иондарды жасыру үшін «металлдық уларды» бөлшектеп талдауда қолданылатын реактивтер

«Металдық уларды» бөлшектік талдауда кедергі жасайтын иондарды жасыру үшін цианидтер, фторидтер, фосфаттар, тиосульфаттар жєне тағы басқа заттар қолданылады.

1. Цианидтер.Иондарды жасыру үшін цианидтерді қолдану – олардың көмегімен кедергі жасайтын иондарды келесідей кешендерге ауыстыруға болатындығына негізделген:

[Co(CN)₆]^4-, [Fe (CN)]^4-, [Fe(CN)₆]^3-, [Ni(CN)₆]^4-, [Zn(CN)₄]^4-, [Cd(CN)₄]^2-,

[Hg(CN)₄]^2-, [Ag(CN)₂]^-.

Мыстың цианидтық кешендерінің пайда болуы 2 қадамда жүреді. Бастапқыда мыс (ІІ) иондары қалпына келтіріледі, содан кейін кешендік ион пайда болады:

CuSO₄ + 2KCN → Cu(CN₂) + K₂SO₄;

2Cu(CN)₄ → 2CuCN + (CN)₂;

CuCN + 3KCN → K₃ [Cu(CN)₄].

Иондарды жасыру үшін цианидтерді кең түрде қолдану - қажет болған жағдайда, сәйкес металдардың катиондарын кешендік цианидтерден оңай жасырудан босатуға болатындығымен түсіндіріледі.

Атап өту керек, иондарды жасыру үшін цианидтерді қолданудың кейбір шектеулері бар. Цианидтер жеткілікті дәрежеде улы болып табылады. Оларды қышқылдық ерітінділерге қосуға болмайды, өйткені қышқыл болған кезде цианидтер ыдырайды және ұшқыш өте улы синиль қышқылы бөлініп шығады.

2. Фторидтер.Фторидтертемір (ІІІ) иондарын жасыру үшін өте жиі қолданылады, олармен [FeF_e]^3- - түссіз тұрақты кешендік иондар пайда болады.

3. Фосфаттар.Бөлшектік талдауда фосфаттар темір (ІІІ) иондарын жасыру үшін де қолданылады. Ќышқылдыќ ортада фосфаттар жєне фофорлық қышқыл темір иондарымен түссіз [Pe(PO₄)₂]^3- кешендерді пайда болдырады.

4. Тиосульфаттар.Тиосульфаттар күміс, қорғасын, темір (ІІІ), мыс жєне тағы басқалардың иондарын жасыру үшін қолданылады. Тиосульфаттар аталған иондармен әрекеттескен кезде келесідей кешендер пайда болады: [Ag₂(S₂O₃)₃]^4-, [Pb₂(S₂O₃)₃]^-4, [Fe(S₂O₃)₂]^-.

Тиосульфатпен мыс иондарының реакциясы 2 қадамда жүреді. Бастапқыда мыс (ІІ) иондары қайта қалпына келтіріледі, содан кейін келесідей кешендер пайда болады:

CuSO₄ + Na_aS₂O₃ → CuS₂O₃ + Na₂SO₄;

4CuS₂O₃ → 2Cu₂S₂O_a + S₄O₆^2-;

Cu₂S₂0₃ + Na₂S₂0₃ → Na₂ [Cu₂ (S_aO₃)₂].

5. Гидроксиламин.Гидроксиламинның жасыру әрекеті – бір иондармен кешендерді пайда болдыруға, ал басқаларымен – тотығу-тотықсыздану реакциясына түсуге негізделген.

Кобальт иондарымен гидроксиламин [Co(NH₂OH)₆]²⁺ кешенін пайда болдырады. Гидроксиламин әсерлесетін иондардың табиғатына байланысты ол қышқылдандырғыш немесе қайта қалпына келтіруші бола алады. Гидроксиламин темір (ІІІ) иондарын тотықсыздандырады және AsO₂^- мен SbO₂ ^- иондарын тотықтырады:

Гидроксиламинның артылуын байланыстыру үшін формальдегидты қолданады, формальдегидпен формальдоксим пайда болады:

NH₂OH + НСНО → CH₂=N— ОН + Н₂О.

6. Тиомочевина.Бөлшектік талдауда висмут, темір (ІІІ),сүрме (ІІІ), кадмий, сынап, күміс жєне басқа да катиондар иондарын жасыру үшін тиомочевина қолданылады. Берілген иондармен тиомочевина берік ішкі кешендік қоспаларды пайда болдырады.

7. Глицерин.Глицерин висмут, қорѓасын, кадмий жєне басқалармен глицераттарды пайда болдырады:

Кейбір иондармен глицерин боялған қоспаларды береді. Бұл қоспалардың пайда болуы талдауда иондарды теңестіру үшін қолданылады:

8. ІІІ кешендер(Б трилоны) сандық талдауда кең түрде қолданылады. Бірақ та, бұл реактив кадмий, кобальт, мыс, темір, марганец, қорғасын, цинк, магний және тағы басқалардың иондарын жасыру үшін де жеткілікті түрде жиі қолданылады. ІІІ кешендердің берілген иондармен өзара әрекетінде берік ішкі кешендік қоспалар пайда болады.

ІІІ кешен темірлердің иондарымен, олардың валенттіліктеріне тәуелсіз, 1 : 1 қатынасында әсерлеседі. ІІІ кешеннің металл иондарымен өзара әрекеттесуі кезінде сутегі атомдарын кешеннің карбоксильды топтарына орын алмастыру есебінде және металдардың иондары мен амин топтарының азоттарының атомдарының арасындағы координалды байланыстардың пайда болуы есебінде ішкі кешендік қоспалар пайда болады. ІІІ кешендік екі немесе үш валентті металдардың ішкі кешендік қоспаларының құрылуын келесі формулалармен көрсетуге болады:

9. Лимон қышқылыжәне оның тұздары (цитраттар) бірқатар металдар иондарымен берік қоспаларды береді, олардың құрылуын төменде көрсетілген формулалармен көрсетуге болады:

Бөлшектік талдауда лимон қышқылы висмут, мыс, темір (ІІІ), сүрме (ІІІ), кадмий, сынап, күміс жєне тағы басқа кейбір иондарды жасыру үшін қолданылады.

10. Шарап қышқылыжәне оның тұздары (тартраттар) көптеген металдармен суда еритін берік кешендерді пайда болдырады:

Металдармен шарап қышқылдың берік кешендік қоспаларды пайда болдыру қабілеттілігі мыс, темір (ІІІ), алюминий, висмут, кадмий, сынап, қорғасын, цинк және т.б. иондарды жасыру үшін қолданады.

11. Аскорбин қышқылы.Аскорбин қышқылын жасырушы құрал ретінде пайдалану - негізінен, бұл қышқылдың тотықсыздандырғыш қасиеттеріне негізделеді. Аскорбин қышқылының күшті тотықтырғыштармен өзара әсері кезінде ол қымыздық немесе треоновты қышқылға ауысады, ал орташа күшті тотықтырғыштармен өзара әсерлесуі кезінде аскорбин қышқылы дегидроаскорбинды қышқылға айналады:

Аскорбин қышқылының тотықсыздандырғыш қасиеттері талдауда темір (ІІІ), қалайы (ІV) және т.б. иондарды жасыру үшін қолданылады.

Әдебиеттер

· Токсикологическая химия: метаболизм и анализ токсикантов: учебное пособие + СD/ под ред. Н.И. Калетиной. – М., 2008. – 1016 с. Переплет.

· Токсикологическая химия: учебник / под ред. Т.В. Плетеневой. – 2-ое изд. – М., 2008. – 512 с. Переплет.

· Крамаренко В. Ф. Токсикологическая химия / В. Ф. Крамаренко. - Киев, «Высшая школа», 1989.- 272 с.

· Швайкова М.Д. Токсикологическая химия/ М.Д. Швайкова. - М., «Медицина», 1975.-376 с.

Бақылау сұрақтары (кері байланыс)

· «Металл уларды» бөлшектік талдау әдісі, негізі

· Бөлшектік талдау әдісін орындау нұсқасы

· «Металлдық улардың» бөлшектік әдісінде қандай органикалық реагенттер қолданылады

· «Металлдық улардың» сандық анықтау әдістері