Обнаружение мышьяка в биологических объектах реферат

Обновлено: 05.07.2024

Мышьяк (лат. Arsenicum, химический символ — As) — химический элемент 15-й группы четвёртого периода периодической системы; имеет атомный номер 33. Простое вещество представляет собой хрупкий полуметалл стального цвета с зеленоватым оттенком. Яд и канцероген.

Общие сведения

Уникальность мышьяка состоит в том, что его можно найти повсюду – в горных породах, минералах, воде, почве, в животных и растениях. Его даже называют вездесущим элементом. Мышьяк распределяется по разным географическим регионам Земли благодаря летучести его соединений и высокой их растворимости в воде. Если климат региона влажный, то элемент вымывается из земли и затем уносится грунтовыми водами. В поверхностных водах и в глубинах рек содержится от 3 мкг/л до 10 мкг/л вещества, а в морской и океанской воде – гораздо меньше, около 1 мкг/л.

Мышьяк встречается в организме взрослого человека в количестве примерно 15 мг. Большая часть его содержится в печени, лёгких, тонком кишечнике и эпителии. Всасывание вещества происходит в желудке и кишечнике.

Антагонистами вещества являются фосфор, сера, селен, витамины E, C, а также некоторые аминокислоты. В свою очередь, вещество ухудшает всасывание организмом селена, цинка, витаминов A, E, C, фолиевой кислоты.

Секрет его пользы – в его количестве: в малой дозе он выполняет ряд полезных функций; а в больших является сильнейшим ядом.

Стимулирование кроветворения.
Ослабление окислительных процессов.
Взаимодействие с белками, липоевой кислотой, цистеином.
Суточная потребность в данном веществе невелика – от 30 до 100 мкг.

Мышьяк является одним из элементов, встречающихся в природе в свободном виде. Его можно сравнительно легко выделить из соединений. Поэтому история не знает, кто впервые получил в свободном состоянии элементарный мышьяк. Многие приписывают роль первооткрывателя алхимику Альберту Великому. В трудах Парацельса также описано получение мышьяка в результате реакции арсеника с яичной скорлупой. Многие историки науки предполагают, что металлический мышьяк был получен значительно раньше, но он считался разновидностью самородной ртути. Это можно объяснить тем, что сульфид мышьяка был очень похож на ртутный минерал. Выделение из него было очень легким, как и при выделении ртути. Элементарный мышьяк был известен в Европе и в Азии ещё со средних веков. Китайцы получали его из руд. В отличие от европейцев, они могли диагностировать смерть от отравления мышьяком. Но этот метод анализа не дошёл до настоящих времён. Европейцы научились определять наступление смерти при отравлении мышьяком гораздо позже, это впервые сделал Джеймс Марш. Данная реакция используется и в настоящее время.

Химические свойства As

Иногда мышьяк называют металлом, но на самом деле – это скорее неметалл. Он не образует солей в соединении с кислотами, но сам по себе он является кислотообразующим веществом, поэтому он и является полуметаллом. Мышьяк может существовать в разных аллотропных формах.

Если мышьяковые пары в течение короткого времени охладить до температуры –196 градусов (это температура жидкого азота), то получится мягкое прозрачное вещество жёлтого цвета, по виду напоминающее жёлтый фосфор. Плотность этого вещества намного ниже, чем у металлического мышьяка. Жёлтый мышьяк и мышьяковые пары состоят из молекул, которые имеют форму тетраэдра (т.е. форма пирамиды с четырьмя основаниями). Такую же форму имеют молекулы фосфора.

Под действием ультрафиолета, а также при нагревании, жёлтый мышьяк моментально переходит в серый; при этой реакции выделяется тепло. Если пары конденсируются в инертной атмосфере, то образуется еще одна форма данного элемента – аморфная. Если осаждать на стекле пары мышьяка, то образуется зеркальная плёнка.

Строение электронной внешней оболочки у данного элемента такое же, как у фосфора и азота. Мышьяк, как и фосфор, может образовывать три ковалентные связи.

Если воздух сухой, то мышьяк имеет устойчивую форму. От влажного воздуха он тускнеет и сверху покрывается чёрным оксидом. При воспламенении мышьяковые пары легко сгорают голубым пламенем.

Мышьяк в чистом виде достаточно инертен. Щелочи, вода и различные кислоты, которые не обладают окислительными свойствами, на него никак не воздействуют. Если взять разбавленную азотную кислоту, то она окислит чистый мышьяк до ортомышьяковистой кислоты, а если взять концентрированную, то она окислит до ортомышьяковой кислоты.

Мышьяк реагирует с серой и галогенами. В реакциях с серой происходит образование сульфидов разного состава.

Происхождение мышьяка

Мышьяк встречается в гидротермальных месторождениях в виде метаколлоидных образований в пустотах, образуясь, очевидно, в последние моменты гидротермальной деятельности. В ассоциации с ним могут встречаться различные по составу мышьяковистые, сурьмянистые, реже сернистые соединения никеля, кобальта, серебра, свинца и др., а также нерудные минералы.

В литературе имеются указания на вторичное происхождение мышьяка в зонах выветривания месторождений мышьяковистых руд, что мало вероятно, если учесть, что в этих условиях он очень неустойчив и, быстро окисляясь, разлагается полностью. Черные корочки состоят из тонкой смеси мышьяка и арсенолита (As
перейти в каталог файлов

Мышьяк. Токсикологическое значение
Соединения мышьяка на протяжении веков привлекали, да и сейчас продолжают привлекать внимание фармацевтов, токсикологов и экспертов-химиков. Проф. А. В. Степанов, характеризуя мышьяк как яд, отмечал, что судебная химия делала на нем свои первые шаги.

В руководствах по судебной (токсикологической) химии мышьяку всегда уделялось большое внимание. При разработке методов минерализации критерием для их оценки всегда являлось наиболее полное обнаружение и определение мышьяка (и ртути). В настоящее время, несмотря на появление большого количества веществ, представляющих токсикологический интерес, мышьяк и его соединения не утратили своего значения. Причиной этого является широкое применение различных препаратов мышьяка в народном хозяйстве и медицине и их токсичность.

Особенно велико в настоящее время значение следующих препаратов мышьяка: мышьяковистого ангидрида (As₂O₃), применяемого в качестве инсектицида и консерванта в сельском хозяйстве, в стекловарении для обесцвечивания стекла, в кожевенной промышленности, медицине и т. д., а смесь натриевых солей орто – и метамышьяковистых кислот (Na₃AsО₃ и NaAsО₂), применяемых в сельском хозяйстве в качестве инсектицидов.

Изумрудно-зеленая окраска содержимого желудков трупов животных, пищевых продуктов и других объектов исследования неоднократно являлась наводящим указанием для исследования их на наличие мышьяка и меди. Имеют токсикологическое значение и медицинские препараты мышьяка: Фаулеров раствор, натрия арсенат, миарсенол, новарсенол, осарсол и др.

Представляет токсикологический интерес и газообразный мышьяковистый водород, который может быть причиной как производственных, так и бытовых отравлений.

Соединения мышьяка издавна являлись орудиями преступления, что было связано с их повсеместной известностью, доступностью для широких слоев населения, отсутствием запаха, сладковатым вкусом таких препаратов, как, например, мышьяковистый ангидрид. Сходство картины отравления мышьяком с течением некоторых тяжелых хронических заболеваний, особенно когда небольшие дозы яда давались в течение длительного времени, приводило к тому, что отдельные преступления оставались нераскрытыми.

Причинами отравлений соединениями мышьяка в настоящее время могут быть неосторожное, небрежное или халатное отношение к хранению и применению препаратов мышьяка в народном хозяйстве, недостаточно четко поставленная техника безопасности и другие упущения. Не исключена возможность и медицинских отравлений.

Соединения мышьяка обладают как местным, так и общим действием на организм. Введенный внутрь мышьяк связывается с SH-группами ферментов и нарушает процессы окислительного фосфорилирования. Местно действует прижигающе, вызывая воспаление и омертвение тканей. На некротизирующем действии мышьяка основано применение мышьяковистого ангидрида в зубоврачебной практике.

При введении токсических доз препаратов мышьяка внутрь наступает отравление. Различают две основные формы отравления: желудочно-кишечную и нервную. Чаще наблюдается смешанная форма. При первой форме отравления появляются металлический привкус во рту, жжение в зеве, жажда, сильные боли в животе, неукротимая рвота, тяжелый понос.

При нервной форме в период от нескольких дней до нескольких недель развивается типичный мышьяковый неврит с парестезией конечностей и языка, иногда довольно стойкими параличами.

Мышьяк выделяется с мочой и калом, слюной, желчью, молоком. Процесс ускоряется под влиянием димеркаптола. Через неповрежденную кожу мышьяк и его соли не всасываются.

Смертельная доза для неорганических препаратов мышьяка составляет 0,05-0,1 г. Однако иногда и большие дозы могут не привести к смерти. Отмечают как повышенную чувствительность к мышьяку, так и привыкание к нему. Мышьяк обладает способностью кумулироваться.

Если при остром отравлении он концентрируется в основном в желудочно-кишечном тракте и паренхиматозных органах, то при хроническом отравлении накапливается преимущественно в костях и ороговевших тканях (волосы, ногти, кожа).

Мышьяк. Патологоанатомическая картина
Патологоанатомическая картина при быстро протекающих отравлениях нехарактерна. При медленно текущих отравлениях отмечают жировое перерождение печени, почек, сердечной мышцы, местами кровоизлияния в серозных оболочках, жидкое (в виде рисового отвара) содержимое кишечника.

Мышьяк хорошо сохраняется в биологическом материале и может быть обнаружен в ней: через несколько лет после смерти.

Содержание мышьяка в серной кислоте может привести к попаданию его в патоку и другие пищевые продукты. В животных и растительных продуктах, например в сырых плодах и овощах, мышьяк может содержаться в значительных количествах. Количество мышьяка, принимаемое человеком с пищей, в зависимости от состава ее колеблется и может достигать 1 мг в сутки. По данным Войнара, содержание мышьяка в органах человека колеблется в пределах 0,008—0,2 мг в 100 г сырого органа, а содержание мышьяка в коже и волосах может достигать 600 мг в 100 г.

В большинстве случаев результаты химико-токсикологического исследования помогают решить вопрос, в какой форме или каким путем попал мышьяк в объект исследования.

Примерами этому может служить следующее:

а) совместное обнаружение в объекте исследования мышьяка и меди при отравлениях швейнфуртской зеленью;

б) одновременное нахождение мышьяка в органах эксгумированного трупа и в земле кладбища или нахождение мышьяка в органах трупа и ненахождение его в земле кладбища.

Для исследования на растворимые и, следовательно, способные проникнуть в труп соединения мышьяка из земли, находящейся вокруг гроба, 200-500 г земли последовательно извлекают водой, водным раствором аммиака и кислотой соляной.

Вытяжки подвергают минерализации и исследуют на мышьяк.

в) Одновременное обнаружение мышьяка после минерализации, например, мочи, и получение азокрасителя при наличии в ней органических препаратов мышьяка. Для второй реакции 10 мл мочи подкисляют соляной кислотой, охлаждают до 0°, добавляют осторожно 4-5 капель 0,5 % раствора натрия нитрита и наслаивают 5 мл 1% раствора резорцина – красное кольцо на границе слоев указывает на наличие в исследуемом материале аминогруппы.

г) Обнаружение в объекте исследования крупинок мышьяковистого ангидрида. Крупинки мышьяковистого ангидрида трудно растворимы в воде, возгоняются, давая кристаллические возгоны (тетраэдры и октаэдры), а при нагревании с углем восстанавливают до металлического мышьяка. Растворы кислоты соляной дают и другие качественные реакции на ион мышьяка.

Мышьяк. Обнаружение
Применяемые в химико – токсикологическом анализе методы обнаружения мышьяка основаны на переведении его в гидрид мышьяка и на последующем определении гидрида мышьяка при помощи реакций Зангер – Блека и реакции Марша. При этих реакциях из соединений мышьяка выделяется гидрид мышьяка, который летуч и ядовит. Поэтому при выполнении данных реакций требуется особая осторожность.

Классическими методами обнаружения мышьяка при химико- токсикологическом анализе является: метод Марша, предложенный английским химиком Джеймсом Маршем 1836 г.

Достоинствами способа являются:

возможность многократной проверки наличия или отсутствия мышьяка в исследуемой пробе;
наглядность, доказательность, специфичность.

В то же время обнаружение мышьяка по методу Марша требует затраты значительного количества времени эксперта–химика – более 3-х часов.

Поэтому в качестве ориентирующей реакции, имеющей только отрицательное значение, в дробном обнаружении мышьяка введена реакция Зангер – Блека, проведение которой осуществляется в течение 60 мин.

Реакция Зангер – Блека неспецифична для мышьяка, что ограничивает значение её в токсикологической химии, но высокочувствительна. Чувствительность реакции достигает 0,1 мкг мышьяка в исследуемом объёме. При отрицательном результате этой чувствительной реакции отпадает необходимость в проведении реакции Марша. При положительном результате, подтверждение обнаружения мышьяка реакцией Марша является обязательным.

Реакция Зангер – Блека позволяет сочетать качественное обнаружение мышьяка (при его малых количествах) с полуколичественным определением. Метод основан на восстановлении соединений мышьяка до гидрида мышьяка, который затем реагирует с хлоридом или бромидом ртути (II). Реакция выполняется в специальном приборе.

Восстановление соединений мышьяка производится водородом в момент его выделения, который получают при взаимодействии металлического цинка с кислотой серной:

Металлический цинк и кислота серная, применяемые для получения водорода должны быть судебнохимически чистые (схч), т.е. не содержать мышьяка.

Водород, образовавшийся при взаимодействии кислоты серной и цинка, восстанавливает соединения мышьяка до арсина (AsH₃).

Скорость восстановления соединений трёх– и пяти–валентного мышья-ка (арсенитов и арсенатов) водородом различна. Арсениты восстанавливаются водородом легче, чем арсенаты. В присутствии солей железа (II) или олова (II) арсенаты легко восстанавливаются в арсениты.

AsO₄ 3– + Sn 2+ + 4H + = AsO₂ – + Sn 4+ + 2H₂

Образовавшийся гидрид мышьяка реагирует с хлоридом или бромидом ртути (II), которым пропитана фильтровальная бумага. В результате этой реакции образуется ряд окрашенных соединений, которые окрашивают бумагу в виде жёлтого или коричневого пятна:

Сероводород, выделяющийся при взаимодействии водорода с кислотой серной реагирует с хлоридом или бромидом ртути (II). В результате этой реакции образуется ртути (II) сульфид тёмно–коричневого цвета, который маскирует, имитирует окраску пятен. Для связывания сероводорода применяют вату, пропитанную раствором свинца ацетата:

В колбу прибора Зангер – Блека вносят 4 мл минерализата, 10 мл 25 % раствора серной кислоты, 5 мл воды, 1 мл 10 % раствора олова (II) хлорида в 50 % растворе серной кислоты и 6 – 8 гранул купрированного цинка. Колбу закрывают насадкой, в которую вложена бумага, пропитанная ртути хлоридом, а ниже вставлен тампон ваты, пропитанный раствором свинца ацетата. Через 60 мин реактивную бумажку извлекают, отмечают окраску пятна. В зависимости от количества мышьяка, находящегося в объекте исследования, бумажка окрашивается в цвета от светло–жёлтого до тёмно–коричневого.

Реакция Марша основана на восстановлении соединений мышьяка водородом в момент его выделения и на последующем термическом разложе-нии образовавшегося при этом гидрида мышьяка:

Обнаружение мышьяка проводится на приборе Марша. Прибор Марша в современном варианте состоит из нескольких частей: конической колбы ёмкостью 150 мл, к горлу которой пришлифована капельная воронка и стеклянная трубка, согнутая под прямым углом; хлор–кальциевой трубки; восстановительной трубки, обычно называемой трубкой Марша. Восстановительная трубка изготавливается из тугоплавкого стекла или кварца и имеет в нескольких местах сужения (диаметр 1,5 мм), при внутреннем диаметре трубки 4 – 5 мм, а конец её согнут почти под прямым углом и оттянут.

Работа на приборе Марша включает три этапа.

1. Сборка прибора и вытеснение из него воздуха водородом

В колбу прибора Марша помещают 10 г купрированного цинка. В хлоркальциевую трубку помещают безводный гранулированный кальция хлорид, который предназначен для осушения водорода и арсина (AsH3), выходящих из колбы. Колбу, хлоркальциевую и восстановительную трубки соединяют друг с другом (встык) резиновыми трубками. Собранный таким образом прибор Марша должен быть герметичным.

Чтобы убедиться в полноте вытеснения воздуха водородом из прибора Марша, над выходным отверстием восстановительной трубки помещают узкую пробирку донышком вверх. Через 4 – 5 мин пробирку закрывают пальцем и, не переворачивая её, относят от прибора и зажигают. В случае, если воздух из прибора вытеснен, водород вспыхивает без взрыва (без хлопка).

2. Проверка прибора и реактивов на отсутствие мышьяка

После удаления воздуха из прибора приступают к проверке наличия мышьяка в реактивах (кислоте серной, цинке) и посуде.

а) зажигают водород у открытого конца восстановительной трубки. При наличии мышьяка пламя приобретает синеватую окраску;

б) восстановительную трубку в широкой части её нагревают до слабо–красного каления, а суженное место восстановительной трубки за нагреваемым широким участком охлаждают. Через час проверяют охлаждаемую часть восстановительной трубки на отсутствие буровато–серого налёта металлического мышьяка.

При отрицательных результатах испытания аппарата и реактивов в течение часа переходят к исследованию минерализата.

3. Исследование минерализата

Смешивают 1/10 часть минерализата с 1 – 2 мл 10 % раствора олова (II) хлорида в серной кислоте (1 : 3) и жидкость переносят в капельную воронку. Постепенно жидкость вводят в колбу.

В процессе исследования в приборе Марша проводят ряд реакций и наблюдений.

1. Отставив горелку от нагретой части трубки и охладив её, наблюдают, не окрашено ли пламя у конца восстановительной трубки в синеватый цвет, характерный для мышьяковистого водорода; не ощущается ли запах чеснока, не появляется ли буровато–серый налёт при внесении холодных частей фарфоровой пластинки в пламя восстановительной трубки.

2. Пламя водорода восстановительной трубки тушат и к отверстию оттянутого конца подносят фильтровальную бумагу, смоченную 2 – 5 % раствором серебра нитрата. Наблюдают, не появится ли почернение бумаги в результате образования металлического серебра:

Горелку вновь подставляют под трубку Марша и продолжают исследование в течение часа. По истечении указанного времени смотрят, не появилось ли серовато–бурого налёта с металлическим блеском в охлаждаемой части восстановительной трубки. Если значительный тёмный налёт образуется раньше, то не обязательно нагревать в течение часа.

Исследование тёмного налёта. В случае получения плотного налёта, его подвергают дополнительному исследованию, т.к. налёты могут давать и другие вещества (сурьма, селен, сера, уголь и др.). Для чего восстановительную трубку отсоединяют от прибора Марша и место налёта осторожно нагревают. Металлический мышьяк и сурьма при этом окисляются и откладываются в виде белого налёта оксидов (As₂O₃ и Sb₂O₃) в холодных местах восстановительной трубки.

При рассматривании налёта под микроскопом при наличии мышьяка видны характерные кристаллы мышьяковистого ангидрида As₂O₃ в виде октаэдров, а оксид сурьмы аморфный. Образование кристаллов октаэдрической формы является одним из важнейших доказательств наличия мышьяка в минерализате, а микрофотография кристаллов может служить доказательством правильности выводов эксперта–химика об обнаружении мышьяка в объектах исследования.

В случаях, когда налёт мышьяковистого ангидрида в трубке Марша не имеет ясно выраженного кристаллического строения, что бывает при количествах мышьяка менее 0,05 мг, поступают следующим образом: налёт мышьяковистого ангидрида растворяют в 2 – 3 каплях 50 % раствора кислоты азотной и переносят на предметное стекло. Раствор осторожно упаривают досуха.

Сухой остаток растворяют в 1 – 2 каплях 10 % раствора кислоты хлороводородной, в раствор вносят 1 – 2 кристалла цезия хлорида (CsCl), а затем, через некоторое время, если никакого осадка не появилось (отсутствие сурьмы), добавляют несколько кристаллов калия йодида – при наличии мышьяка выпадает ярко–красный осадок: Cs₂AsI₅ × 2,5H₂O, имеющий под микроскопом вид шестилучевых звёздочек и шести-угольников. Кристаллы Cs₂AsI₅ × 2,5H₂O по своему виду напоминают Cs₂SbI₅ × 2,5H₂O.

При действии пиридина на красный осадок Cs₂AsI₅ × 2,5H₂O последний растворяется, а по краям образуются зеленовато–жёлтые игольчатые кристаллы. При наличии сурьмы кристаллы Cs₂SbI₅ × 2,5H₂O теряют окраску, но сохраняют форму.

Азот (N) — седьмой химический элемент в Периодической системе Д.И. Менделеева. Является одним из самых распространенных химических элементов на нашей планете. Атмосфера Земли почти на 80% состоит из азота. По распространенности в Солнечной системе азот занимает 4 место. Азот в организме один из основных биогенных элементов, входящих в состав важнейших веществ живых клеток - белков и нуклеиновых кислот. Однако количество азота в организме невелико (1 - 3% на сухую массу). Значительные запасы азота сосредоточены в почве в форме различных минеральных (аммонийные соли, нитраты) и органических соединений (азот белков, нуклеиновых кислот и продуктов их распада, т. е. ещё не вполне разложившиеся остатки растений и животных). Часть усвояемого микроорганизмами и растениями нитратного азота теряется, превращаясь в молекулярный азот под действием денитрифицирующих бактерий. Микроорганизмы и растения активно превращают неорганический аммонийный азот в органические соединения азота - амиды (аспарагин и глутамин) и аминокислоты. Как показали Д. Н. Прянишников и В. С. Буткевич, азот в растениях запасается и транспортируется в виде аспарагина и глутамина. При образовании этих амидов обезвреживается аммиак, высокие концентрации которого токсичны не только для животных, но и для растений. Амиды входят в состав многих белков как у микроорганизмов и растений, так и у животных. Синтез глутамина и аспарагина путём ферментативного амидирования глутаминовой и аспарагиновой кислот осуществляется не только у микроорганизмов и растений, но в определённых пределах и у животных.
Введение
Объект исследования: азот, фосфор, мышьяк.

Предмет исследования: влияние азота, фосфора, мышьяка на живые организмы.

Цель работы: определение биологической роли азота, фосфора, мышьяка для живой материи .

Задачи исследования: изучить роль азота, фосфора, мышьяка для человека и её необходимость в организме .

Методы исследования: описательно-аналитический.

Биологическая роль азота

Азот по содержанию в организме человека (3,1 %) относится к жизненно важным биогенным макроэлементам. Основа белковых веществ и нуклеиновых кислот. Мы живем в азотной атмосфере (объемная доля азота в воздухе составляет 78%). Молекулярный азот участия в обмене веществ не принимает. Почти все животные должны получать хотя бы часть необходимого им азота в виде аминокислот (R–CН–(NH2)–СООН), которые образуют ДНК, РНК, так как их организмы не способны синтезировать все аминокислоты из более простых предшественников. Растения могут использовать в качестве источника азота растворимые нитраты. Только немногие организмы способны усваивать элементный газообразный азот.

Во многих бионеорганических комплексах (гормоны, ферменты и др.) атом азота по донорно-акцепторному механизму связывает органическую и неорганическую части молекулы, например, гемоглобин.

Биологическая роль азота обусловлена его соединениями. Так, в составе аминокислот, он образует пептиды и белки (наиболее важный компонент всех живых организмов), в составе нуклеотидов образует ДНК и РНК.

Нитроглицерин и эринит (тетранитропентаэритрит) спасают больного от инфаркта, расширяя сосуды сердечной мышцы именно благодаря тому, что эти вещества являются донорами NO. NO может быть и медиатором, и модулятором, и регулятором процессов жизнедеятельности внутри клетки. Ни одна система нашего организма не может работать нормально, если в ней не вырабатываются небольшие количества оксида азота. В физиологических концентрациях NO снижает кровяное давление, расширяя сосуды; ослабляет свертывание крови, препятствуя образованию тромбов; стимулирует активность макрофагов, защищающих организм от чужеродных бактерий. Оксид азота получается из аминокислоты L-аргинина:

2 HN=C(NH2)-NH-(CH2)3CH(NH2)COOH + 2,5 O2 --- NOS →

→ 2 O= C(NH2)-NH-(CH2)3CH(NH2)COOH + 2 NO + H2O

Нарушение переваривания белков в желудочно-кишечном тракте;
Нарушение всасывания аминокислот в кишечнике;
Дистрофия и цирроз печени;
Нарушение регуляции азотистого обмена.

Как и дефицит, избыток азота как явление не наблюдается никогда – можно говорить только об избытке веществ, его содержащих.

Поступление азота с токсичными компонентами пищевых продуктов;
Поступление азота с токсичными веществами различного происхождения.

Повышение нагрузки на почки и печень;
Отвращение к белковой пище;
Клинические признаки отравления токсичными азотсодержащими веществами.

Фосфор - это один из самых распространенных химических элементов на нашей планете. Он составляет 0,08 - 0,09 % от массы Земной коры. Это органоген номер пять, играет исключительно важную роль в обмене веществ. Суточная потребность человека в фосфоре составляет 1,3 г. Фосфор настолько распространен в пищевых продуктах, что случаи его явной недостаточности практически неизвестны. Однако не весь фосфор, содержащийся в продуктах, может всасываться, поскольку его всасывание зависит от многих факторов: рН, соотношения между содержанием кальция и фосфора в пище, наличия в пище жирных кислот. В организме фосфор присутствует в виде фосфат-иона, который входит в состав неорганических и органических веществ. Больше всего фосфора содержится в костях и скелетной мускулатуре. Основным минеральным компонентом костной и зубной тканей является Ca5(PO4)3OH. Мембраны клеток в значительной степени состоят из фосфолипидов. Фосфор входит в состав белков, нуклеиновых кислот, нуклеотидов и других биологически активных соединений.

Универсальным источником энергии для всех биохимических процессов, протекающих в живых системах, является АТФ – аденозинтрифосфат, в молекуле которого содержатся три остатка фосфорной кислоты:

В организме происходит реакция гидролиза АТФ, в результате которой разрывается связь РО и выделяется значительное количество энергии. При рН = 7,0 АТФ существует в виде аниона АТФ4-, так как все фосфатные группы при этом значении рН ионизированы. Гидролиз АТФ можно записать в виде уравнения:
АТФ 4- + Н ₂ О → АДФ 3- + Н ₂ РО ₄ -
Гидролиз макроэргических связей молекулы АТФ, сопровождаемый отщеплением 1 или 2 остатков фосфорной кислоты, приводит к выделению энергии, по различным данным, от 40 до 60 кДж/моль. Живые организмы не могут обходиться без фосфора. Сахара и жирные кислоты не могут быть использованы клетками в качестве источников энергии без предварительного фосфорилирования. Совокупность гидро- и дигидрофосфатов в крови образует фосфатную буферную систему, которая вместе с другими буферными системами обеспечивает постоянство рН крови.

Фосфор обеспечивает нормальный рост костной и зубной ткани, а также последующее поддержание их целостности в течение всей жизни человека.
У взрослого человека около 86% фосфора находится в минеральной части костей и зубов. Оставшийся фосфор распределяется в мышцах, органах, жидкостях.

Биологическая роль фосфора

Фосфор играет важную биологическую роль и служит строительным материалом для многих клеток живых организмов. В растительном мире он содержится во всех растениях. Наибольшая концентрация наблюдается в плодах и семенах растений. В животном мире, фосфор входит в состав белков и многих жизненно важных органических соединений, включая ферменты, нуклеиновые кислоты и так далее. Фосфор содержится в тканях и органах живых организмов, но наибольшее его количество содержится в костной ткани и зубной эмали. В организме человека в среднем содержится от 500 до 750 грамм фосфора, при этом 90% (фосфат кальция) сконцентрировано в костной ткани. В сочетании с кальцием, фосфор образует минеральные структуры, которые обеспечивают прочность костной ткани и зубной эмали. Фосфор играет важную роль в формировании мышечной ткани и тканей головного мозга, и входит в их состав в качестве строительного материала.

Функции фосфора - его участие в энергетических процессах, протекающих в организме человека, регуляция кислотно-щелочного баланса — поступающие в достатке макроэлементы защищают ткани и жидкости от закисления, что способствует повышению устойчивости к инфекционным заболеваниям и системным патологиям, деление клеток — без P заживление ран и восстановление поврежденных участков эпителия невозможно. Элемент входит в важнейшие молекулярные соединения, которые отвечают за клеточную структуру разных органов, обмен веществ, передачу генетической информации, межклеточный метаболизм, растворение разных компонентов, ускоряет метаболизм. Деятельность центральной нервной системы — P является важным участником в передаче электрических импульсов по нервным волокнам, от чего зависит двигательная активность и психологическое состояние.

состояние продолжительного голода;
пищевое отравление;
скудное питание, особенно в такие периоды, как беременность;
частое употребление сладких газированных напитков;
переизбыток минералов, поступающих с пищей;
злоупотребление алкоголем, наркозависимость;
перевод младенца на смесь.

чрезмерное количество поступления фосфора (избыток белков в продуктах)
продолжительное взаимодействие с фосфорорганическими соединениями
нарушения обмена фосфора

отложение малорастворимых фосфатов в тканях
поражения пищеварительного тракта и печени
декальцинация костей (остеопороз)
кровоизлияния и кровотечения
лейкопения, анемия

Существует множество химических веществ, способных вызвать серьёзное отравление человеческого организма. Одним из таких веществ является мышьяк. Мышьяк – химический элемент, способный оказывать на человеческий организм сильное токсическое действие. Необходимость мышьяка для жизнедеятельности человека пока не доказана, однако, токсичность его соединений известна давно. Для мышьяка выявлен один из самых высоких показателей патологичности. Токсическое влияние мышьяка на человеческий организм варьируется в зависимости от его дозы и продолжительности приема. Симптомы острой интоксикации – тошнота, рвота, боли в желудке; хронической – слабость, мышечные боли, прострация. Острая и хроническая интоксикация сопровождаются сонливостью, головной болью, спутанностью сознания, судорогами. Недостаток мышьяка приводит к понижению рождаемости и угнетению роста, а добавление в пищу арсенита натрия приводит к увеличению скорости роста у человека. Он концентрируется в печени, почках, селезенке, легких, костях, волосах. Больше всего в мозговой ткани и в мышцах. Мышьяк в течение нескольких лет не выводится полностью. Эта особенность используется в судебной экспертизе. Механизм воздействия мышьяка на клетку до конца неясен. Известно, что мышьяк соединяется с сульфгидрильными группами –SH. В малых дозах соединения обладают терапевтическим эффектом. Попадая в организм, мышьяк начинает взаимодействовать с некоторыми видами кислот, в том числе глутатионом, цистеином и липоевой кислотой, ослабляя нежелательные окислительные процессы в митохондриях. Также мышьяк активно взаимодействует с тиоловыми группами в белках. Доказано, что этот элемент улучшает кроветворение и стимулирует обмен веществ. Мышьяк содержится практически во всех продуктах животного и растительного происхождения, поэтому снабдить организм этим элементом совсем не сложно.

Биологическая роль мышьяка

Биологическая роль мышьяка изучена не до конца. В экспериментах на животных было показано, что рационы, бедные по содержанию мышьяка, вызывают снижение массы приплода, увеличению числа выкидышей, увеличению смертности как матерей, так и приплода, снижению воспроизводительной функции.

Известно, что мышьяк взаимодействуют с тиоловыми группами белков, цистеином, глутатионом, липоевой кислотой. Мышьяк оказывает влияние на окислительные процессы в митохондриях и принимает участие во многих других важных биохимических процессах. Мышьяк применяют при анемии, для повышения аппетита. Когда организм человека или домашних животных (собак, птиц, свиней, коров) отравляется большими дозами селена, мышьяк может стать хорошим противоядием. В экспериментах, проведенных на мышах, удалось уменьшить заболеваемость раком именно с помощью специально подобранных доз мышьяка.

Механизм токсического действия объясняют способностью мышьяка блокировать сульфгидрильные группы -SH ферментов и других биологически активных соединений. В организме человека мышьяк взаимодействует с глутатионом — веществом, представляющим собой соединение трех аминокислот - глутаминовой кислоты, цистеина и глицина. При этом блокируется сульфгидрильная группа и глутатион теряет одну из важных своих биологических функций — восстановление токсичных пероксидов. Кроме того, мышьяк может замещать иод, селен и фосфор. Нарушая биохимические процессы метаболизма в организме, As является антиметаболитом этих элементов. Смертельная доза для. человека составляет 0,1-0,3 г.

Однако соединения мышьяка не только убивают, но и помогают в борьбе за жизнь. Так, при остром отравлении As2О3 смерть наступает примерно через 70 сек, в то же время — это вещество применяют наружно (препарат белый мышьяк) при кожных заболеваниях. В стоматологической практике As2О3 используют для омертвления мягких тканей зуба. В медицинской практике используют и раствор калия арсенита К3AsО3

As₂О₃ + 3Н₂О = 2H₃AsО₃

Механизм действия этих препаратов связан с блокированием сульфгидрильных групп. Определение мышьяка в биологическом материале проводят в несложном приборе по реакции Марша: к биообъекту добавляют цинк и соляную кислоту. Выделяющийся при реакции водород восстанавливает любое соединение мышьяка до арсина AsH₃:

As₂О₃ + 6Zn+ 12HCI → 2AsH₃ + 6ZnCl₂+ 3H₂О

Zn + HCI = ZnCI₂ + H₂

суицидальные отравления
нарушение обмена
сухость носоглотки, насморк, изъязвления носовой перегородки
раздражение конъюнктивы, слезотечение и светобоязнь, отек век
ларингит, трахеит, бронхит
стоматит
сыпь, фурункулез, экзема, пигментация кожа
атрофия и ломкость ногтей
преждевременное поседение и выпадение волос
нарушение вкуса и обоняния
речевые расстройства, полиневриты, депрессии
нарушение функций печени, развитие жирового гепатоза
нефропатия
поражение кровеносных сосудов

Биологическая роль азота и фосфора заключается в поддержании многих жизненно необходимых процессов организма. Эти элементы образуют важные органические молекулы, такие как белки, нуклеиновые кислоты или некоторые группы липидов. Если азот регулирует гемодинамику, то фосфор отвечает за синтез энергии и является структурным элементом костной ткани.

Фосфор — незаменимый структурный компонент клеточных мембран и нуклеиновых кислот, также участвующий в минерализации костей, производстве клеточной энергии, сигнальной системе клеток и поддержании кислотно-щелочного баланса.

Дефицит фосфора наблюдается преимущественно при длительном голодании или редких наследственных заболеваниях, приводящих к выведению фосфора почками. Симптомы включают потерю аппетита, слабость, хрупкость костей, онемение конечностей, рахит.

Мышьяк в нашей жизни приобрел репутацию одного из самых сильнодействующих ядов во всем мире. Но в настоящее время, он также считается микроэлементом, который необходим для нашего организма.

В ГФ приведено два способа определения примеси мышьяка в JIB.

Способ 1 основан на реакции Зангера-Блека и осуществляется путем восстановления соединений мышьяка (III) цинком (в присутствии хлороводородной кислоты) в специальном приборе до арсина:

Арсин, проходя через слой ваты, пропитанной ацетатом свинца, освобождается от возможной примеси сероводорода:

Предварительно дихлорид олова восстанавливает соединения мышьяка (V) до (III):

Затем арсин, соприкасаясь с бумагой, пропитанной раствором дихлорида ртути, окрашивает ее в зависимости от концентрации мышьяка в оранжевый или желтый цвет. Последовательно происходят реакции:

Повысить предел чувствительности реакций с 0,001 мг до 0,0005 мг (0,5 мкг) можно, если обработать бумагу раствором йодида калил. Происходит взаимодействие дихлорида ртути (I) с йодидом калия:

Окраска усиливается за счет образования металлической ртути:

Недостаток способа 1 состоит в невозможности обнаружения примеси мышьяка в присутствии соединений сурьмы, фосфора, солей тяжелых металлов, сульфид- и сульфит-ионов.

Способ 2, основанный на реакции Буго-Тиле, не имеет этого недостатка, но реакция менее чувствительна (0,01 мг). Сущность реакции обусловлена восстановительными свойствами натриевой соли фосфорноватистой кислоты (гипофо- сфита натрия), которая восстанавливает соединения мышьяка, окисляясь при этом до фосфористой кислоты. В зависимости от содержания примеси соединений мышьяка появляется бурое окрашивание или бурый осадок:

Испытание выполняют в пробирке, в которую вносят навеску испытуемого ЛВ, реактив и нагревают в кипящей водяной бане 15 мин. После охлаждения прибавляют 3 мл воды, 5 мл эфира, тщательно взбалтывают. При наличии примеси соединений мышьяка на границе слоев жидкостей образуется бурая пленка (осадок мышьяка). Этот способ применим также для определения селена и теллура.

14 Определение воды и летучих веществ

В ГФ включены два физических метода (высушивания и дистилляции) и один химический (акваметрия) метод определения воды. Метод высушивания заключается в установлении разности массы ЛВ или лекарственного сырья до и после высушивания (условия высушивания, температура и навеска указываются в ФС). Открытый бюкс вместе с крышкой охлаждают в эксикаторе в течение 50 мин и взвешивают.

Второй метод определения воды основан на свойстве двух несмешивающихся жидкостей (например, воды и толуола) перегоняться при более низкой температуре, чем каждая из этих жидкостей. Определение выполняют в специальном приборе. Затем содержание воды устанавливают по ее объему в приемнике после окончания перегонки и охлаждения.

Акваметрия, или метод титрования реактивом Фишера, состоит в определении в ЛВ как гигроскопической, так и кристаллизационной воды реактивом, включающим раствор диоксида серы, йода и пиридина в метаноле. Определение выполняют в закрытой системе, чтобы исключить влияние атмосферной влаги. Взаимодействие реактива с водой протекает по схеме:

Недостатком метода, кроме необходимости соблюдения герметичности, является невозможность его использования в присутствии веществ, реагирующих с компонентами реактива (альдегиды, кетоны, меркаптаны, сульфиды, оксиды, ги- дроксиды, карбонаты металлов и др.).

Установление рИ среды

Величина рН дает важную информацию о степени чистоты ЛВ (содержании в нем примесей кислотного и основного характера). В ряде ФС рекомендуется устанавливать кислотность или щелочность путем нейтрализации примесей кислот или щелочей в водном растворе или экстракте. Нейтрализацию проводят в присутствии индикаторов (фенолфталеин, ти- молфталеин, метиловый красный и др.). О кислотности или щелочности судят либо по окраске индикатора, либо по ее изменению, либо по количеству кислоты или щелочи, затраченных на нейтрализацию.

В большинстве случаев ФС (ФСП) регламентирует величину рН среды раствора. Это значение, ориентировочно до 0,3 единицы рН, можно установить с помощью индикаторной бумаги или универсального индикатора. Более объективные результаты дают колориметрический и потенциометрический способы. Для колориметрического определения готовят серию буферных растворов, отличающихся друг от друга на величину рН, равную 0,2. К каждому из них добавляют по 2-3 капли индикатора. Аналогично поступают с испытуемым раствором, который готовят в тех же условиях. Затем сравнивают его окраску с приготовленной серией буферных растворов и устанавливают рН среды.

Потенциометрическое определение рН выполняют на потенциометрах или рН-метрах различных марок после предварительной их настройки с помощью буферных растворов. Этот метод отличается более высокой точностью, имеет меньше ограничений, может быть применен в присутствии окислителей, восстановителей, в окрашенных и мутных растворах.

Читайте также: