Минерализация биологического материала перхлоратной (хлорной), нитратной и сульфатной кислотами
В последнее время в химико-токсикологическом анализе применяют метод минерализации биологического материала смесью хлорной (НСlО4), нитратной и сульфатной кислот, предложенный Кааном в 1934 г. С помощью этого метода достигается почти полное разрушение биологического материала и в 2-3 раза сокращается время разрушения сравнительно со временем, необходимым для минерализации объектов биологического материала нитратной и сульфатной кислотами. После разрушения биологического материала с помощью хлорной, нитратной и сульфатной кислот получают относительно небольшой объем минерализата, что увеличивает чувствительность этого метода.
Несмотря на указанные выше положительные стороны метода разрушения биологического материала хлорной, нитратной и сульфатной кислотами, при использовании этого метода необходима особая осторожность в связи со взрывоопасными свойствами хлорной кислоты. Люди, приступающие к разрушению биологического материала с помощью хлорной, нитратной и сульфатной кислот, должны хорошо ознакомиться со свойствами хлорной кислоты.
Методика выполнения минерализации. В колбу Кельдаля вместительностью 500 мл помещают тщательно измельченный биологический материал, прибавляют по 25 мл концентрированной нитратной и сульфатной кислот и 35 мл 37 %-го или 42 %-го раствора хлорной кислоты. Колбу с содержимым устанавливают на асбестовую сетку и постепенно увеличивают нагревание. При нагревании может происходить обугливание, о чем свидетельствует почернение содержимого колбы. Тогда в колбу каплями прибавляют концентрированную нитратную кислоту. Если обугливание будет длиться дольше и над жидкостью будет появляться пары ангидрида хлорной кислоты Сl2О7, тогда нагревание колбы прекращают или уменьшают. Окисление биологического материала продолжают, прибавляя каплями 35-45 %-ый раствор нитратной кислоты.
Когда жидкость в колбе станет прозрачной, нагревание прекращают и проверяют полноту окисления органических веществ в минерализате. С этой целью к одной капле охлажденного разбавленного водой минерализата прибавляют 25 %-ый раствор аммиака. Появление желтоватого цвета свидетельствует об окончании процесса минерализации. Появление оранжевой окраски свидетельствует о наличии в минерализате некоторых еще не разрушенных аминокислот (фенилаланина, тирозина, триптофана и др.).
Этот метод непригоден для разрушения биологического материала, который необходимо исследовать на наличие соединений Меркурия, теряющегося в процессе минерализации.
Разрушение биологического материала пергидролем и сульфатной кислотой
Метод разрушения биологического материала пергидролем и сульфатной кислотой в химико-токсикологическом анализе может быть использован при исследовании маленьких навесок объектов биологического происхождения, которые поступили на исследование.
Методика выполнения минерализации. Исследуемый объект по возможности обезвоживают упариванием, измельчают и вносят в фарфоровую чашку, куда небольшими порциями (при перемешивании стеклянной палочкой) прибавляют пятикратное количество концентрированной сульфатной кислоты (плотность 1,86) и нагревают на водном нагревателе. При этом происходит обугливание исследуемого объекта с выделением оксида карбона (IV). После значительного уменьшения скорости выделения оксида карбона (IV) содержание фарфоровой чашки количественно переносят в колбу Кельдаля, которую устанавливают на асбестовую сетку. Во время слабого нагревания колбы к ней небольшими порциями вносят пергидроль. Добавление новых небольших порций пергидроля осуществляют до тех пор, пока жидкость не станет прозрачной или желтоватой от наличия солей Ферума. После этого колбу с жидкостью охлаждают, а содержание разбавляют десятикратным количеством воды.
С целью устранения избытка пергидроля в колбу Кельдаля небольшими порциями прибавляют насыщенный водный раствор натрий сульфита и кипятят на протяжении 5-10 мин. Вместо натрий сульфита для связывания избытка пергидроля можно прибавлять раствор сульфата гидразина. Минерализат, без излбытка пергидроля, используют для открытия “металлических” ядов.
ИСХОДНЫЙ УРОВЕНЬ ЗНАНИЙ И УМЕНИЙ
СТУДЕНТ ДОЛЖЕН ЗНАТЬ
-
Классификацию „ядов”. -
Пути поступления, распределение, выведения токсичных веществ. -
Методы детоксикации ядовитых веществ в организме. -
Разные методы минерализации биологического материала и органических веществ.
СТУДЕНТ ДОЛЖЕН УМЕТЬ
-
Подготовить исследуемый объект для анализа. -
Проводить минерализацию биологического материала смесью нитратной и сульфатной кислот. -
Определить продолжительность процесса деструкции и полной минерализации. -
Уметь проводить денитрацию и проверку полноты денитрации.
ИСТОЧНИКИ ИНФОРМАЦИИ:
Основные: 1. Крамаренко В.П. Токсикологическая химия. - К.: Высшая школа, 1995. - С. 35-59, 283-303.
2. Крамаренко В.Ф. Химико-токсикологический анализ. - К.: Высшая школа, 1982. - C. 197-209.
3. Швайкова М.Д. Токсикологическая химия. - М.: Медицина, 1975. - С. 278-288.
Дополнительные: 1. Гадаскина И.Д., Толоконцев Н.А. Яды и противоядия. Очерки по истории ядов. - Л.: 1988. - 204 с.
2. Белова А.В. Руководство к практическим занятиям по токсикологической химии. - М.: Медицина, 1976. - С. 132-137.
ЗАНЯТИЕ № 4
ТЕМА: Качественные реакции ”металлических” ядов. Исследование осадка из минерализата на катионы Бария и Плюмбума. Количественное определение ионов Плюмбума спектрофотометрическим методом.
ЦЕЛЬ: Выучить качественные реакции ”металлических” ядов. Научиться проводить исследование осадка из минерализата на наличие солей Бария и Плюмбума.
ПРОФЕССИОНАЛЬНАЯ ОРИЕНТАЦИЯ СТУДЕНТОВ
При наличии в биологическом материале соединений Бария или Плюмбума при минерализации образуется белый осадок (барий и плюмбум сульфата). Исследовать этот осадок можно только после отделения катионов Бария и Плюмбума, исходя из их разной растворимости в определенных растворителях.
БАЗОВЫЙ УРОВЕНЬ ЗНАНИЙ И УМЕНИЙ
1. Физические и химические свойства соединений Бария и Плюмбума (курс неорганической химии).
2. Реакции открытия катионов Бария и Плюмбума (курс аналитической химии).
3. Применение органических реагентов в анализе (курс аналитической химии).
4. Использование соединений Бария и Плюмбума в медицинской практике (курс фармакологии).
ПРОГРАММА САМОПОДГОТОВКИ
-
Методы „сухой” и „мокрой” минерализации биологического материала. -
Связывание „металлических” ядов в организме. -
Реагенты, которые применяются в дробном анализе минерализата на наличие „металлических” ядов -
Дробный метод (метод отдельного исследования) и систематический ход анализа. -
„Металлические” яды, которые могут содержаться в виде осадков в минерализате. -
Применение, пути поступления и выведения, токсичное действие соединений Бария и Плюмбума. -
Характерные реакции открытия ионов Плюмбума и Бария. -
Условия образования дитизонатов металлов. -
Мешающие ионы при открытии катионов Плюмбума и Бария? -
Методы количественного определения Бария и Плюмбума.
СИТУАЦИОННЫЕ ЗАДАЧИ
-
Осадок сульфатов после минерализации грязно-зеленого цвета. Составьте схему его исследования, напишите химизмы реакций и дайте их химико-токсикологическую оценку. -
При исследовании белого осадка сульфатов реакцией с дитизоном появляется красная окраска хлороформного слоя, а результатом реакции с сульфидом натрия - черный осадок. Какой можно сделать вывод? Напишите схему анализа осадка сульфатов, химизмы реакций и дайте их химико-токсикологическую оценку. -
Исследуя белый осадок минерализата, его нагрели с 30 % раствором аммоний ацетата. К надосадочной жидкости прибавили дитизон, при этом хлороформный слой остался зеленого цвета. Какой можно сделать вывод? Напишите схему анализа минерализата на этот „металлический” яд, химизмы реакций и дайте их химико-токсикологическую оценку. -
Человек вероятно умер от отравления соединениями Плюмбума. Для проведения анализа отобрали 10 г печени и провели минерализацию. Минерализат содержал белый осадок. Проведение предварительных исследований и характерных реакций доказало присутствие ионов Плюмбума. Для их количественного определения провели экстракцию дитизоном с 3 мл раствора Плюмбум ацетата-сульфата. Общий объем экстракта составлял 5 мл. Раствор фотометрировали на спектрофотометре при длине волны 520 нм, параллельно фотометрировали стандартные растворы и получили следующие результаты:
|
С, мг/мл |
? |
0,001 |
0,003 |
0,005 |
0,007 |
1,0 |
|
А |
0,54 |
0,10 |
0,28 |
0,45 |
0,65 |
0,9 |
Дайте химико-токсикологическую оценку полученных результатов.
ТЕОРЕТИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ
СОЕДИНЕНИЯ ПЛЮМБУМА
Применение. Из разных соединений Плюмбума наибольшее токсикологическое значение имеют арсенат, хромат, ацетат, карбонат, хлорид, нитрат и некоторые другие соединения этого металла.
Так, плюмбум оксид применяется при изготовлении некоторых красок, входит в состав свинцового слойыря (при гнойно-воспалительных заболеваниях кожи, фурункулах). Основной ацетат Плюмбума в некоторых странах применяют в медицинской практике при воспалительных заболеваниях кожи и слизистых оболочек. Плюмбум карбонат один из компонентов свинцовых белил. В состав некоторых красок входит плюмбум хромат. Плюмбум арсенат используют для борьбы с вредителями садов и виноградников. Стеарат, олеат и другие соединения Плюмбума с органическими кислотами применяются как стабилизаторы при производстве слоймасс. Эти соединения используются как добавки к краскам, а также входят в состав некоторых помад и жидкостей для волос.
Случаются случаи бытовых отравлений соединениями Плюмбума при употреблении консервов, изготовленных в недоброкачественно луженой и эмалированной посуде. Большое токсикологическое значение имеет тетраэтилплюмбум.
На промышленных предприятиях, где используют металлический свинец, а также на шахтах, где добывают свинцовые руды, при несоблюдении техники безопасности и неудовлетворительной охране работы могут быть отравления парами Плюмбума при вдыхании пыли.
Основные пути поступления в организм: главным образом через желудочно-кишечный тракт, а также через легкие. При ингаляционном пути поступления скорость всасывания зависит от разных факторов (химической структуры, размера частичек). Всасывание через ЖКТ у детей (до 8 лет) составляет около 50 % от общего количества, у взрослых около 10 %. Желудочно-кишечная абсорбция Плюмбума повышается при недостаточном содержании в пище соединений Кальция, Железа, избытка витамина Д.
Следует отметить, что Плюмбум находится в определенных количествах в составе клеток и тканей организма.
Токсичное действие: ионы Плюмбума соединяются в организме с сульфгидрильными, карбоксильными, фосфатными и некоторыми другими функциональными группами ферментов и других жизненно важных белковых соединений. Довольно стабильные образуются соединения Плюмбума с нуклеотидами, особенно с цитидином. Соединения Плюмбума тормозят синтез порфирина в костном мозге, вызывают нарушение функций центральной и периферической нервной системы. За Р. Лудевигом и К. Лосом, около 90 % ионов Плюмбума, поступивших в кровь, связываются с эритроцитами.
Накопление и основные пути выделения из организма: преимущественно с калом. Меньшие количества этих соединений выделяются в кишечник с желчью, а следы - с мочой. Соединения Плюмбума частично откладываются в костной ткани в виде тризамещенного фосфата. Время полувыведения из крови и мягких тканей составляет 20 суток, из скелета - 20 лет.
СОЕДИНЕНИЯ БАРИЯ
Применение. Из соединений Бария токсикологическое значение имеют его гидроксид, хлорид, нитрат, карбонат, хлорат и др.
Гидроксид бария (баритовую воду) используют для производства стекла и при изготовлении керамических изделий. Хлорид бария применяют в кожаной промышленности, в сельском хозяйстве для борьбы с вредителями растений. Карбонат бария применяется для борьбы с грызунами, а также при изготовлении стеклянной и керамической посуды. Бывают случаи отравления людей карбонатом бария, содержащегося как примесь в сульфате бария. При наличии этой примеси в сульфате бария, используемого для рентгеноскопии желудка, под влиянием хлоридной кислоты желудочного сока карбонат бария растворяется с образованием хлорида бария. Хлорид бария всасывается в кровь и стает причиной отравления. Нитрат и хлорат бария используют в пиротехнике. Ацетат бария применяется в ситценабивном производстве. Некоторые соединения Бария используются как реактивы.
Основные пути поступления в организм: Растворимые соединения Бария, которые поступили в организм через рот, всасываются в желудке и вызывают отравление. Всасывание возрастает при отсутствии в пище соединений Кальция. Проникновению в кровь растворимых в воде соединений Бария препятствуют имеющиеся в желудке сульфаты. При этом образуется нерастворимый сульфат бария, который не всасывается из желудка в кровь.
Токсичное действие: Соединения Бария раздражают слизистые оболочки пищеварительного канала. При отравлениях соединениями Бария может настать жировое перерождение печени. Смерть наступает в результате сердечно-сосудистой недостаточности. Патологоанатомическая картина отравлений Барием не имеет характерных признаков.
Накопление и основные пути выделения из организма: соединения Бария выделяются из организма в основном через кишечник. Следы этих соединений выводятся почками и частично откладываются в костях. Данные о содержании Бария, как составной части клеток и тканей организма, в литературе не приводятся.
МЕТОДИКА ВЫПОЛНЕНИЯ ПРАКТИЧЕСКОЙ РАБОТЫ
Исследование осадка
Органолептический контроль. При наличии в исследуемом биологическом материале ионов Плюмбума и Бария - в минерализате будет белый осадок. Осадок отделяют от жидкости центрифугированием (или фильтрованием). Минерализат с осадком переносят в центрифужную пробирку вместительностью 20 мл и центрифугируют 10 мин. (2000-3000 об/мин). Жидкость (центрифугат) сливают, а осадок количественно переносят в фарфоровую чашку. К осадку добавляют небольшое количество 5 % раствора сульфатной кислоты, перемешивают стеклянной палочкой и центрифугируют в пробирке небольшого объема. Надосадочную жидкость присоединяют к первому центрифугату. К осадку прибавляют 3-5 мл горячего 30 % раствора аммоний ацетата. Содержание фарфоровой чашки перемешивают, нагревают, при этом происходит растворение осадка плюмбум сульфата:
2PbSО4 + 2CH3COONH4 [Pb (CH3COO)2 • PbSO4] + (NH4)2SO4.
За А.П. Крешковым, это соединение имеет такую структурную формулу
Полученный раствор сливают и исследуют на наличие катиона Плюмбума.
ОТКРЫТИЕ ИОНОВ ПЛЮМБУМА:
1. Натрий родизонат дает на бумаге с ионами Плюмбума синее пятно или синее кольцо плюмбум (ІІ) родизоната. Если на окрашенное пятно нанести 1-2 капли буферного раствора (рН = 2,8), то синее пятно станет ярко-красным. Эта реакция очень чувствительная, ее дают не только ионы Плюмбума, а и нерастворимые соединения этого металла (сульфид, сульфат, хромат и прочие).
Кроме ионов Плюмбума родизонат натрия дает окраску с катионами других металлов (Барий, Стронций, Таллий, Аргентум, Кадмий, Станум (II) и некоторых других ионов), тем не менее в условиях химико-токсикологического анализа эти катионы не мешают открытию Плюмбума с указанным реактивом, ведь после разрушения трупного материала свинец, барий и стронций находятся в минерализате в виде осадка, а другие катионы содержатся в жидкой фазе минерализата, которую отделяют от осадка фильтрованием или центрифугированием. Потом плюмбум сульфат растворяют в аммоний ацетате, полученный раствор отделяют от осадков Бария и Стронция и лишь после этого выполняют качественные реакции на Плюмбум.
Методика выполнения реакции. На фильтровальную бумагу наносят каплю исследуемого раствора, прибавляют каплю 0,2 %-го свежеприготовленного раствора натрий родизоната. При наличии ионов Плюмбума в растворе появляется синее пятно или кольцо такого же цвета. При добавлении к пятну буферного раствора (рН = 2,8) оно приобретает ярко-красный цвет.
2. Дитизон. При добавлении к растворимым соединениям Плюмбума хлороформного раствора дитизону (или раствора этого реактива в тетрахлорметане), имеющего зеленый цвет, слой органического растворителя приобретает оранжево-красный цвет. Его появление обусловлено взаимодействием дитизона с ионами Плюмбума и образованием однозамещенного дитизоната этого металла:
Методика выполнения реакции. В маленькую пробирку вносят 1-2 капли исследуемого раствора и прибавляют 2 капли раствора дитизона в хлороформе или в тетрахлорметане. Смесь тщательно встряхивают. Изменение зеленого цвета слоя органического растворителя на оранжево-красный свидетельствует о наличии Плюмбума в исследуемом растворе.
3. Калий йодид дает с ионами Плюмбума желтый осадок, растворимый в горячей воде:
Pb2+ + 2I- → PbI2
Методика выполнения реакции. В пробирку вносят 0,5 мл исследуемого раствора и несколько капель 0,5 %-го раствора калий йодида. После нагревания содержимого пробирки этот осадок растворяется, а после охлаждения - появляются кристаллы желтого цвета в виде слойинок.
Во время выполнения этой реакции не следует прибавлять избыток раствора калий йодида, так как осадок плюмбум йодида растворяется в нем с образованием растворимого К2[РbI4].
4. Калий хромат дает с ионами Плюмбума оранжево-желтый осадок:
Рb2+ + СrО42- РbСrО4 .
Методика выполнения реакции. К 0,5 мл исследуемого раствора прибавляют 3-5 капель 5 %-го раствора калий хромата, при этом в присутствии ионов Плюмбума образуется оранжево-желтый осадок.
5. Купрум ацетат и калий нитрит. Образуют с ионами Плюмбума коричневые кристаллы кубической формы:
Pb2+ + Cu(CH3COO)2 + 6KNО2 K2Pb[Cu(NO2)6] + 2CH3COOK + 2K+.
Методика выполнения реакции. На предметное стекло наносят 2-3 капли раствора исследуемого вещества, упаривают на небольшом пламени досуха. После охлаждения предметного стекла на сухой остаток наносят 1-2 капли 1 %-го раствора купрум (ІІ) ацетата и снова упаривают досуха. На сухой остаток наносят 2-3 капли 30 %-го раствора ацетатной кислоты. На край полученного пятна наносят 1-2 кристаллика калий нитрита. Образование черных или коричневых кристаллов, имеющих форму кубов, свидетельствует о наличии соединений Плюмбума в исследуемом растворе. Кроме перечисленных реакций ионы Плюмбума можно открыть с помощью реакций с сероводородом, сульфатной кислотой и т.п.
Количественное определение Плюмбума.
Исследуемый раствор помещают в делительную воронку, прибавляют 1 мл 10 % раствора гидроксиламина гидрохлорида или гидросульфата (устанавливают рН 7,5-8,3 раствором аммиака), 3 мл хлороформа и несколько капель 0,1 % раствора дитизона в хлороформе, смесь встряхивают.
В присутствии Плюмбума наблюдают красный цвет хлороформного слоя. Экстракцию дитизоном продолжают до тех пор, пока слой хлороформа будет изменять зеленый цвет на красный. Хлороформные вытяжки объединяют, промывают 10 мл смеси (1:1) 0,5 % раствора Калий цианида и 0,3 моль/л раствора аммиака. Измеряют объем полученного хлороформного слоя и определяют содержание Плюмбума спектрофотометрическим методом при длине волны 520 нм и толщине светопоглощающего слоя 10 мм, применяя в качестве раствора сравнения хлороформ. За градуировачным графиком определяют концентрацию Плюмбума (мг/мл).
Для построения градуировочного графика используют стандартные растворы Плюмбума с концентрацией от 0,001 до 0,01 мг/мл. Объемы полученных экстрактов стандартных растворов доводят до 10 мл хлороформом и измеряют их оптическую плотность.
Формула для расчета:
где х - количество ионов Плюмбума в перерасчете на 100 г органа, мг;
С - концентрация ионов Плюмбума в экстракте, мг/мл;
Ve – объем экстракта Плюмбум дитизоната, мл;
m - навеска органа, г.
После определения оптической плотности хлороформный экстракт помещают в делительную воронку, прибавляют 0,5-2 мл 1 моль/л раствора нитратной кислоты, смесь встряхивают на протяжении минуты - хлороформная фаза приобретает зеленый цвет. Разделяют фазы и водный раствор объемом 2 мл нейтрализуют 10 % раствором аммиака до рН 5 (по универсальной индикаторной бумаге), делят на 4 части и проводят подтверждающие исследования с Калий йодидом, с Калий хроматом, сероводородной водой, с Купрум (ІІ) ацетатом и Натрий нитритом.
Судебно-медицинская оценка результатов исследования. Плюмбум, содержащийся в организме в пределах нормы, дробным методом не оккрывается ни в печени, ни в почках исследуемых трупов людей.
ИССЛЕДОВАНИЕ ОСАДКА НА НАЛИЧИЕ ИОНОВ БАРИЯ
После полного отмывания осадка минерализата от Плюмбум сульфата, осадок, который остался (барий сульфат) переводят в барий карбонат:
BaSO4 + Na2CO3 BaCO3 + Na2SO4
Методика выполнения реакции. В фарфоровую чашку к осадку, оставшемуся после отделения Плюмбум сульфата, нагревают с раствором аммоний ацетата, прибавляют 4-5 мл насыщенного раствора Натрий карбоната и кипятят на протяжении 5-10 мин., беспрерывно перемешивая содержимое фарфоровой чашки стеклянной палочкой. Надосадочную жидкость сливают, а осадок снова кипятят с новой порцией насыщенного раствора Натрий карбоната. Кипячение осадка с новыми порциями натрий карбоната осуществляют 3-4 раза. После последнего кипячения осадок 2-3 раза промывают водой до отрицательной реакции промывных вод на сульфаты-ионы.
Потом полученный осадок барий карбоната растворяют в 4 мл 10 % раствора ацетатной кислоты:
BaCO3 + 2СН3СООН Ba(СН3СОО)2 + CO2 + Н2О
Методика выполнения реакции. Полученный осадок Барий карбоната растворяют в 4 мл 10 %-го раствора ацетатной кислоты. Этот раствор используют для открытия катионов Бария. Тем не менее, в этом растворе могут содержаться и катионы Стронция, которые тоже выделяются из минерализата в виде белого осадка сульфата, а потом превращается в карбонат. Выполнению некоторых реакций на ионы Бария мешают ионы Стронция. Если катионы одних металлов мешают открытию катионов других металлов, следует разделить эти катионы с помощью соответствующих реактивов.
Реакции открытия катионов Бария, используюемых в химико-токсикологическом анализе, дают возможность открыть эти катионы без отделения катионов Стронция.
ОТКРЫТИЕ КАТИОНОВ БАРИЯ
1. Натрий родизонат. Желтый водный раствор натрий родизоната с нейтральными или слабокислими растворами солей Бария образует красно-коричневый осадок Барий родизонату:
Кроме ионов Бария Натрий родизонат образует осадки с катионами некоторых двухвалентных металлов, в том числе с катионами Стронция. Тем не менее, если подействовать на осадок раствором хлоридной кислоты, то осадок Стронций родизоната обесцвечивается, а осадок Барий родизоната переходит в кислую соль ярко-красного цвета. Итак, эта реакция дает возможность обнаружить ионы Бария в присутствии ионов Стронция.
Методика выполнения реакции. На фильтровальную бумагу наносят каплю нейтрального или слабокислого раствора исследуемого вещества и прибавляют каплю 0,2 %-го раствора Натрий родизоната. При этом на бумаге появляется красно-коричневое пятно. При добавлении капли разбавленной хлоридной кислоты пятно Барий родизоната приобретает ярко-красный цвет, а красновато-коричневое пятно Стронций родизоната исчезает.
Этой реакции мешают сульфаты, разрушающие Барий родизонат. Ионы Бария, выделенные из осадка родизоната, реагируют с сульфатами и выпадают в осадок в виде Барий сульфата. Поэтому при наличии сульфатов пятно Барий родизоната на бумаге не образуется.
2. Калий перманганат. Барий сульфат не взаимодействует с калий перманганатом. Если к раствору соли Бария прибавить калий перманганат, а потом - раствор сульфатов, то образуется осадок фиолетового цвета. Этот осадок нельзя рассматривать как механическую смесь барий сульфата и калий перманганата.
Кристаллы Калий перманганата и Барий сульфата являются изоморфными, поэтому при осаждении BaSO4 они образуют общую кристаллическую решетку. Кристаллы Калий перманганата „вмонтированы” в кристаллическую решетку кристаллов Барий сульфата. Калий перманганат в составе общей кристаллической решетки не дает характерных ему реакций. Он не реагирует с восстановителями (сульфитами, оксалатами, и т.п.), тогда как Калий перманганат, находящийся в растворе над осадком, хорошо реагирует с этими веществами.
Методика выполнения реакции. К 2-3 каплям исследуемого раствора прибавляют 3-4 капли насыщенного раствора Калий перманганата и 2-3 капле 2 моль/л раствора сульфатной кислоты. Смесь нагревают до кипения. После охлаждения смеси ее центрифугируют, потом с осадка сливают жидкость. Осадок встряхивают с раствором оксалатной кислоты или другого восстановителя и нагревают до кипения, а потом охлаждают и снова центрифугируют. При этом раствор над осадком обесцвечивается, а осадок остается фиолетовым. Ионы Стронция не дают этой реакции.
3. Калий хромат или калий дихромат. Во время взаимодействия хроматов с растворами солей Бария образуется светло-желтый осадок Барий хромата, растворимый в минеральных кислотах и не растворимый в ацетатной кислоте. Поэтому эту реакцию следует выполнять при наличии ацетатной кислоты.
Вместо хроматов для осаждения ионов Бария применяют Калий дихромат, который реагирует с этими ионами по уравнению:
2ВаCl2 + К2Сr2O7 + Н2О 2ВаСrО4 + 2КСl + 2НСl.
Из приведенного уравнения вытекает, что во время этой реакции выделяется минеральная кислота, которая растворяет Барий хромат. Чтобы предотвратить растворение Барий хромата, к смеси реагирующих веществ прибавляют Калий или Натрий ацетат, которые реагируют с минеральной кислотой с выделением ацетатной кислоты, которая не растворяет барий хромат. Ионы Стронция также образуют осадок с хроматами, растворимый в минеральных кислотах и ацетатной кислоте. Поэтому при осаждении ионов Бария, находящихся в смеси с ионами Стронция, используют Калий дихромат, который осаждает ионы Бария, а ионы Стронция остаются в растворе.
Методика выполнения реакции. К 3-5 каплям исследуемого раствора прибавляют 4 капли 5 %-го раствора Калий дихромата. Смесь этих растворов перемешивают, а потом каплями прибавляют 2 моль/л раствор Натрий ацетата до тех пор, пока оранжевый цвет жидкости над осадком не изменится на желтый. При наличии ионов Бария выпадает желтый осадок. Эта реакция дает возможность не только открыть ионы Бария, а и отделить их от ионов Стронция.
Судебно-медицинская оценка результатов исследования. Барий в норме в органах человека дробным методом не отккрывается и не определяется. У людей с острыми лейкозами в кроветворных органах находят Барий.
ИСХОДНЫЙ УРОВЕНЬ ЗНАНИЙ И УМЕНИЙ
СТУДЕНТ ДОЛЖЕН ЗНАТЬ
-
Методы анализа, применяемые в токсикологической химии. -
Маскирующие реагенты, применяемые в химико-токсикологическом анализе. -
Способы открытия ионов Бария в минерализате. -
Способы открытия ионов Плюмбума в минерализате.
СТУДЕНТ ДОЛЖЕН УМЕТЬ
1. Подготовить минерализат для исследования.
2. Промыть осадок от примесей, проводить перекристаллизацию осадка.
3. Проводить отделение осадка из минерализата.
4. Подбирать условия для полного отделения Плюмбум сульфата от Барий сульфата.
5. Проводить исследование с целью открытия катионов Плюмбума и Бария.
ИСТОЧНИКИ ИНФОРМАЦИИ:
Основные: 1. Крамаренко В.Ф. Токсикологическая химия. - К.: Высшая школа, 1995. - С. 304-323.
2. Крамаренко В.Ф. Химико-токсикологический анализ. - К.: Высшая школа, 1982. - C. 209-215.
3. Швайкова М.Д. Токсикологическая химия. - М.: Медицина, 1975. - С. 289-311.
Дополнительные: 1. Ершов Ю.А., Плетенева Т.В. Механизмы токсического действия неорганических соединений. - М.: Медицина, 1989. - С. 79, 199-206.
2. Белова А.В. Руководство к практическим занятиям по токсикологической химии. - М.: Медицина, 1976. - С. 137-146.
ЗАНЯТИЕ № 5.
ТЕМА: Открытие в минерализате ионов Мангана, Хрома, Аргентума, Купрума, Цинка. Количественное определение содержания Мангана спектрофотометрическим методом.
ЦЕЛЬ: Научиться определять в минерализате ионы Мангана, Хрома, Аргентума, Купрума, Цинка. Провести количественное определение ионов Мангана в минерализате спектрофотометрическим методом.
ПРОФЕССИОНАЛЬНАЯ ОРИЕНТАЦИЯ СТУДЕНТОВ
Довольно часто соединения Мангана, Хрома, Аргентума, Купрума, Цинка является причиной острых и хронических отравлений, поскольку они широко используются в разнообразных сферах производства и сельского хозяйства, в медицине. Так известны случаи смертельного отравления Калий перманганатом при криминальном аборте. Поэтому полученный минерализат необходимо исследовать на наличие этих „металлических” ядов. Однако эти элементы являются эссенциальными, они входят в состав живых организмов, поэтому для правильной оценки результатов химико-токсикологического анализа необходимо проводить их количественное определение.
БАЗОВЫЙ УРОВЕНЬ ЗНАНИЙ И УМЕНИЙ
-
Применение органических реактивов в химическом анализе (курсы неорганической, органической и аналитической химии). -
Комплексные и внутрикомплексные соединения (курс аналитической химии). -
Маскирование и демаскирование в химическом анализе (курс аналитической химии). -
Экстракция и ее применение в анализе (курс аналитической химии). -
Характерные реакции на Mn2+, Cr3+, Ag+, Cu2+, Zn2+ (курс аналитической и фармацевтической химии). -
Спектрофотометричний метод анализа (курс аналитической химии). -
Роль ионов Mn2+, Cr3+, Ag+, Cu2+, Zn2+ в жизнедеятельности организма.
ПРОГРАММА САМОПОДГОТОВКИ
-
Метод экстракции и его применение в токсикологической химии. -
Методы, которые используются для устранения влияния мешающих ионов при открытии „металлических” ядов в минерализате. -
Органические реактивы, используемые в химико-токсикологическом анализе для открытия „металлических” ядов. -
Микроэлементы, их значение при трактовке результатов исследования. -
Соединения Мангана и их применение, пути поступления, выведения, токсичное действие, дробный метод открытия и количественного определения. -
Соединения Хрома и их применение, пути поступления, выведения, токсичное действие, открытие и количественное определение. -
Соединения Арґентума и их применение, пути поступления, выведения, токсичное действие, дробный метод анализа, открытие и количественное определение. -
Соединения Цинка и их применение, пути поступления, выведения, токсичное действие, особенности изолирования из биологического материала, открытие и количественное определение. -
Соединения Купрума, их применение, пути поступления, выведения, токсичное действие, изолирование из биологического материала и дробный метод открытия, количественное определение. Оценка результатов анализа. -
Реакции, применяемые для количественного определения Маргана. -
Условия образования и экстракции дитизонатов Хрома, Аргентума, Цинка. -
Методы количественного определения Хрома, Аргентума, Купрума, Цинка в минерализате.
СИТУАЦИОННЫЕ ЗАДАЧИ
-
В результате реакции минерализата с дитизоном возник розовый цвет хлороформного слоя, а при реакции с Натрий сульфидом - белый осадок. Какой можно сделать вывод? Напишите схему анализа минерализата, химизм реакций и дайте их химико-токсикологическую оценку. -
В результате реакции минерализата с дитизоном появился желтый цвет хлороформного слоя. Какой можно сделать вывод? Напишите схему анализа минерализата на этот „металлический” яд, химизм реакций и дайте их химико-токсикологическую оценку. -
Содержимое желудка трупа окрашено в синий цвет. На какой „металлический” яд может быть проведено исследование? Напишите схему анализа, химизм реакции и дайте их химико-токсикологическую оценку. -
При выполнении подтверждающей реакции на ион Купрума используют раствор Калий гексацианоферрата. При анализе какого „металлического” яда еще применяют этот реактив? Напишите схему анализа этих „металлических” ядов, химизм реакций и сделайте их химико-токсикологическую оценку. -
При выполнении реакции на ион Хрома с раствором дифенилкарбазида используют аммоний персульфат, растворы Аргентум нитрата, Натрий дигидрофосфата. Объясните причины их использования в анализе, напишите химизм реакций и дайте их химико-токсикологическую оценку. -
При проведении реакции окисления ионов Мангана (ІІ) аммоний персульфатом в одной, а Калий перйодатом во второй пробе с первым реагентом получили положительный результат, а со вторым - отрицательный. Возможная ли такая ситуация?
ТЕОРЕТИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ
СОЕДИНЕНИЯ МАНГАНА
Применение. Соединения Мангана применяют в технике и медицине. Манган (IV) оксид, так называемый пиролюзит, встречается в природе как полезное ископаемое. Он является сырьем для добывания металлического марганца и его солей. При измельчении пиролюзита образуется пыль, которая может попадать в организм людей и ставать причиной отравления. Манган (IV) оксид используют как добавку к некоторым видам стали, для обесцвечивания стекломассы, при изготовлении линолеума и некоторых лаков. В технике некоторые соли Мангана используют для изготовления красок. Калий перманганат является окислителем. Его применяют в медицине как дезинфицирующее средство для промывания ран, полоскания рта, горла, для спринцевания и промывания в гинекологической и урологической практике. Случаются случаи использования его для криминальных абортов. Некоторые соли Мангана используют в химических лабораториях как реактивы.
Основные пути поступления в организм: ингаляционно (особенно при вдыхании воздуха возле промышленных предприятий), полостные, перорально.
Ионы Мангана в незначительных количествах содержатся в клетках и тканях организма. Ионы Мангана необходимы для роста, репродуктивной функции, образования костей, метаболизма глюкозы, липидов, активации ферментов, например, аргиназы, фосфатаз, пируваткарбоксилазы и др.
Токсичное действие: Соединения Мангана принадлежат к сильным протоплазматическим ядам. Они действуют на центральную нервную систему, вызывая в ней органические изменения, повреждают почки, легкие, органы кровообращения и т.п. Использование концентрированных растворов Калий перманганата для полоскания горла может вызвать отек слизистых оболочек ротовой пустоты и глотки.
Употребление концентрированных растворов соединений Мангана может быть причиной перфорации желудка. Соединения Мангана могут вызвать отек голосовых связок и т.п. При введении концентрированных растворов соединений Мангана в матку, влагалище, мочевой пузырь может возникнуть угроза перитонита.
Абсорбция соединений Мангана в ЖКТ усиливается при дефиците ионов Феррума.
Накопление и основные пути выделения из организма: Соединения Мангану накапливаются, главным образом, в печени, а также поджелудочной железе, почках, кишечнике. Они выделяются из организма через пищеварительный канал, а также с мочой.
При патолого-анатомическом разрезе трупов лиц, которые умерли вследствие отравления соединениями Мангана, наблюдаются ожоги слизистых оболочек разных участков кишечника, напоминающие ожоги от щелочей, а также дегенеративные изменения в некоторых паренхиматозных органах.
СОЕДИНЕНИЯ ХРОМА
Применение. Соединения Хрома имеют широкое применение в разных областях народного хозяйства. Они используются в кожаной и текстильной промышленостях, их применяют для хромирования металлических изделий, изготовления крепкой стали, спичек, красок, кино- и фотопленок. В химической промышленности соединения Хрома используют как окислители (в виде хроматов и бихроматов). Некоторые соединения Хрома применяют в химических лабораториях как реактивы. Соединения Хрома не используются в медицине из-за их высокой токсичности.
Из соединений Хрома, применяемых в разных областях народного хозяйства, наиболее токсичны хроматы и дихроматы. Дихроматы - более токсичны, чем хроматы.
Основные пути поступления в организм: наиболее часто отравление происходят при пероральном поступлении соединений Хрома, иногда – ингаляционно.
Токсичное действие: Хроматы и дихроматы владеют раздражающим и припекающим действием на кожу и слизистые оболочки. Под влиянием хроматов и дихроматов наступает гемолиз эритроцитов, а также образование метгемоглобина. Отравления соединениями Хрома могут вызвать рвоту с кровью и проноси.
Хром вызывает значительные изменения в хроматидах, что указывает на его канцерогенность.
Накопление и основные пути выделения из организма: При острых отравлениях соединениями Хрома они накапливаются в печени, почках и эндокринных железах. Соединения Хрома выводятся из организма в основном через почки с мочой. При отравлении хроматами и дихроматами могут повреждаться почки и слизистые оболочки мочевыводящих путей.
СОЕДИНЕНИЯ АРГЕНТУМА
Применение. Металлическое серебро применяется в народном хозяйстве преимущественно в виде сплавов. Некоторые соединения Аргентума используются и в медицине. К таким соединениям принадлежит Аргентум нитрат (ляписный карандаш) и некоторые препараты (коларгол, протаргол), содержащие Аргентум. В малых концентрациях раствор Аргентум нитрата применяют в медицине как вяжущее и противовоспалительное средство при хроническом гастрите и язвенной болезни желудка. В больших концентрациях растворы Аргентум нитрата имеют припекающее и бактерицидное действие. Протаргол и коларгол имеют антисептические, вяжущие и противовоспалительные свойства, их используют для изготовления глазных капель, растворов для промывания мочевого пузыря и некоторых других целей. Пересчитанные препараты имеют и токсичные свойства. Дермазтин (сульфадиазин серебра), аргосульфан (сульфатиазол серебра) владеют широким антибактериальным спектром и используются при лечении ожогов.
В промышленности серебро используется в научно-исследовательских приборах, например, хемитронах, аккумуляторах, а также в сплавах, при электропокрывании металлов, Аргентум фосфат и Аргентум бромид используют как бактерициды для стерилизации воды и фруктовых соков.
Отравление серебром и его солями на производстве встречаются редко. Они преимущественно наблюдаются при применении солей Аргентума в дозах, которые превышают терапевтические.
Основные пути поступления в организм: перорально, ингаляционно.
В небольших количествах Аргентум содержится в клетках и тканях человеческого организма.
Токсичное действие: При поступлении Аргентум нитрата в организм через рот он частично всасывается из желудка в кровь. Тем не менее, значительная часть Аргентум нитрата взаимодействует с хлоридной кислотой, находящейся в желудке, с образованием Аргентум хлорида, который не всасывается. У людей, добывающих и перерабатывающих руды, содержащие серебро, может развиваться хроническое отравление пылью этих руд. Токсичность ионов Аргентума в первую очередь связана со способностью образовывать устойчивые комплексы со структурными и функциональными белками, что приводит к нарушению жизненно важных процессов в организме. Коллоидальный Аргентум при внутривенных инъекциях вызывает появление опухолей в печени и селезенке.
Накопление и основные пути выделения из организма: Продолжительное употребление соединений Аргентума и вдыхание рудной пыли или паров этого металла вызывает аргирию (откладывание Аргентума в тканях), при этом кожа приобретает серо-зеленый цвет или коричневого оттенка. Соединения Аргентума выделяются из организма в основном с калом.
СОЕДИНЕНИЯ КУПРУМА
Применение. Широкое применение меди и соединений Купрума в промышленности обуславливают опасность для здоровья человека. Соединения Купрума используют в промышленности для изготовления красок, протравок и т.п. Некоторые соединения Купрума используют в пиротехнике и керамической промышленности. Ряд неорганических соединений Купрума применяют в сельском хозяйстве как фунгициды. Для борьбы с вредителями сельскохозяйственных культур также используют соединения Купрума совместно с соединениями Арсена. К ним принадлежат парижская (швейнфуртская) зелень Сu(СН3СОО)2 • 3Сu(AsО2)2 и другие соединения Купрума. Купрум сульфат используют в технике для гальванослойики, пропитки дерева, а также в медицине как вяжущий и припекающий средство. Растворы Купрум сульфата применяют при конъюнктивитах, при ожогах кожи фосфором. В медицине применяют и Купрум цитрат, Купрум ундециленат.
Основные пути поступления в организм: пары металлической меди, образующиеся во время добывания разных сплавов, могут попадать в организм с воздухом и приводить к отравлению. Посуда из меди, используемая для варки фруктов, содержащих органические кислоты, также может быть причиной отравления. При использовании медной посуды с этой целью могут возникнуть отравления и другими металлами (кадмием, оловом, цинком), которые в небольших количествах могут содержаться в медной посуде.
Купрум в небольших количествах содержится в некоторых тканях организма людей и животных. В организме взрослого человека содержится около 100 мг Купрума, 1/3 от этого количества - в мышечной ткани. В печени и мозге также содержится большое количество Купрума. Ионы Купрума необходимы для функционирования некоторых ферментов. 95 % от всего количества ионов Купрума, содержащихся в крови, входит в состав фермента - церулоплазмина.
Токсичное действие: ионы Купрума абсорбируются в желудке, двенадцатиперстной кишке и тонком кишечнике. Всасывание соединений Купрума из желудка в кровь происходит медленно. Соли Купрума, которые поступили в желудок, вызывают рвоту и могут выделяться из желудка с рвотными массами. Поэтому из желудка в кровь поступают лишь незначительные количества Купрума. При поступлении соединений Купрума в желудок могут нарушаться его функции и появляться проноси. После всасывания соединений Купрума в кровь они действуют на капилляры, вызывают гемолиз эритроцитов, ингибируют глутатионредуктазы, повреждают печень и почек. При попадании концентрированных растворов солей Купрума в глаза в виде капель может развиваться конъюктивит и повреждаться роговица.
Накопление и основные пути выделения из организма: высокое содержание Цинка, Никеля, Мангана в пище уменьшает содержание Купрума в печени, а Молибден и сульфаты снижают абсорбцию и увеличивают экскрецию Купрума. Ионы Купрума выводятся из организма в основном через кишечник и почки.
СОЕДИНЕНИЯ ЦИНКА
Применение. Цинк и его соединения широко применяются в народном хозяйстве, некоторые из них используются и в медицине. Металлический цинк входит в состав некоторых сплавов (бронзы, латуни и др.), используется для покрытия железа с целью защиты его от коррозии, а также для изготовления цинковой посуды. Соединения Цинка применяют для изготовления красок (цинковые белила), люминофоров и других предметов народнохозяйственного назначения.
Ряд соединений Цинка применяют в медицинской и косметической практике (изготовление мазей, кремов, пудры, присыпок и т.п.). Куриозин (цинка гиалуронат) имеет антисептическое действие, применяют при трофических язвах, пролежнях, свищах, ожогах и т.д. Цинк оксид (десятин, цинка мазь) используют для профилактики и лечения дерматитов, пролежней. Цинктерал (цинка сульфат) имеет широкий спектр применения: при болезни Вильсона, для профилактики вирусных и грибковых заболеваний, и т.д. Пиритион цинк (СКИН-КАП, Фридерм цинк) владеет протимикробным и протигрибковым действием, применяют при псориазе, себореи, перхоти, дерматитах разной этиологии.
Токсичный Цинк фосфид применяется для борьбы с грызунами. Бывают случаи пищевых отравлений соединениями Цинка, которые могут образовываться при приготовлении и хранении некоторых пищевых продуктов (варенье, фруктовые соки) в цинковой посуде. При добывании цинковых руд и их переработке, опасной является пыль.
Цинк содержится также в токсинах многих отравляющих змей.
Основные пути поступления в организм: перорально, ингаляционно, незначительная абсорбция цинка и его солей происходит через кожу. Наибольшая абсорбция Цинка наблюдается в двенадцатиперстной кишке, а потом - в тонком кишечнике.
Цинк - один из наиболее распространенных, необходимых металлов в организме человека. Он входит в состав некоторых тканей организма (больше всего в мышцах), металоферментов (пептидазы, эстеразы, ангидразы, инсулина).
Токсичное действие: Проникновение цинка и его соединений в организм может послужить причиной тошноты, рвоты, боли в мышцах, судорог и ряда других симптомов отравления этим металлом.
Накопление и основные пути выделения из организма: При отравлении соединениями Цинка они накапливаются в печени, поджелудочной железе и некоторых других органах.
МЕТОДИКА ВЫПОЛНЕНИЯ ПРАКТИЧЕСКОЙ РАБОТЫ
Исследование минерализата
Органолептический контроль. Минерализат исследуют на наличие цвета и осадка. При наличии ионов Купрума минерализат может приобретать голубой цвет, а при наличии ионов Хрома - зелено-фиолетовый.
Дробный анализ на наличие ионов Mn2+, Cr3+, Ag+, Cu2+, Zn2+ в минерализате проводят в отдельных порциях исследуемого объекта с помощью специфических реакций.
ОТКРЫТИЕ ИОНОВ МАНГАНА В МИНЕРАЛИЗАТЕ
1. Калий перйодат (КІО4). Во время взаимодействия ионов Мангана с Калий перйодатом образуется темно-красный осадок. Образование этого осадка происходит в основном в очень разбавленных растворах соединений Мангана. При наличии фосфатов этот осадок не образуется, а происходит окисление ионов мангана Мn2+ до МnО4-:
2Мn2+ + 5КІО4 + ЗН2О 2МnО4- + 5КIO3 + 6Н+.
Методика выполнения реакции. В пробирку вносят 1 мл минерализата, 4 мл воды, 1 мл насыщенного раствора натрий дигидрофосфата и 0,2 г калий перйодата. После нагревания пробирки на кипящем водном нагревателе в течении 20 мин. при наличии ионов Мангана в минерализате раствор окрашивается в красно-фиолетовый или розовый цвет. Граница открытия - 0,1 мкг Мангана в 1 мл; 0,02 мг Мангана в 100 г биологического материала.
2. Аммоний персульфат. В зависимости от условий выполнения реакции аммоний персульфат может окислять ионы Мангана с образованием разных соединений. При кипячении в кислотной среде без катализаторов аммоний персульфат окисляет ионы Мангана до манганатной кислоты Н2МnО4:
Мn2+ + 2S2O82- + 4Н2О Н2МnО4 + 4SO42- + 6Н+.
В щелочной среде без катализаторов аммоний персульфат окисляет ионы Мангана до МnО2:
Мn2+ + S2O82- + 4ОН- МnО2 + 2SO42- + 2Н2О.
При наличии катализаторов (соли Аргентума или смесь 0,05 моль/л растворов Кобальт, Никель и Меркурий нитратов) аммоний персульфат окисляет ионы Мангана до перманганат-ионов МnО4-:
2Mn2+ + 5S2O82– + 8H2O 2MnО4– + 10SO42– + 16H+.
Ионы Феррума (III), которые могут находиться в минерализатах в больших количествах, мешают распознаванию цвета перманганат-ионов. Для маскировки Феррума прибавляют фосфат-ионы, которые с ионами Феррума образуют бесцветный комплекс [Fe(PO4)2]3-.
Реакции окисления ионов Мангана персульфатом мешают восстановители, обесцвечивающие перманганат-ионы, а также хлориды, бромиды и другие ионы, осаждающие ионы Аргентума, которые являются катализатором.
На ход реакции персульфата с ионами Мангана влияет рН среды. Эта реакция успешно происходит в 3 моль/л растворе кислоты. При недостаточной кислотности образуется темно-бурый осадок манганатной кислоты Н2МnО4, а при большом избытке кислоты может происходить восстановление перманганат-ионов персульфатом:
2MnО4– + 5S2O82– + 2H2O 2Mn2+ + 10SO42– + 5O2 + 4H+.
Методика выполнения реакции. В пробирку вносят 1 мл минерализата, 4 мл воды, 1 мл насыщенного раствора Натрий дигидрофосфата. Смесь нагревают на кипящем водном нагревателе в течении 5-6 мин. К горячему раствору прибавляют 1 каплю 10 %-го раствора Аргентум нитрата и 0,5 г аммоний персульфата. Смесь снова нагревают в течении нескольких минут (до разложения избытка персульфата). При наличии ионов Мангана в минерализате появляется красно-фиолетовый или розовый цвет. Граница открытия - 0,1 мкг Мангана в 1 мл; 0,1 мг Мангана в 100 г биологического материала.
Количественное определение Мангана.
Метод основывается на окислении иона Mn2+ до иона MnО4-, который имеет красно-фиолетовый цвет.
Методика выполнения. К 2 мл минерализата прибавляют 6 мл воды, 2 мл насыщенного раствора Натрий дигидрофосфата, 0,2 г калий (натрий) перйодата и нагревают на кипящем водном нагревателе на протяжении 20 мин. Конечный объем реакционной смеси доводят водой до 10 мл. Измеряют оптическую плотность полученного раствора при длине волны 465 нм в кювете с толщиной слоя 10 мм, используя в качестве раствора сравнения 2 моль/л раствора сульфатной кислоты.
Построение градуировочного графика. Строят три рабочих графика для концентраций Мангана: 110-3 – 110-4; 110-2 - 110-3; 110-2 - 310-2 мг/мл, используя титрованый стандартный раствор Калий перманганата и 2 моль/л раствор сульфатной кислоты.
Формула для расчета:
Х = СVnV100/V1m,
где X - масса Мангана в перерасчете на 100 г органа, мг;
С - титр Мангана в фотометрированном растворе, мг/мл;
Vn – объем измеренного раствора перманганат-иона, мл;
V - объем минерализата, полученного при разрушении органических веществ, мл;
V1 - объем минерализата, взятого для окисления, мл;
m - масса навески органа, г.
Судебно-медицинская оценка результатов исследования. При судебно-химическом исследовании органов человека дробным методом Манган может быть открыт даже в естественном количестве.
ОТКРЫТИЕ ИОНОВ ХРОМА В МИНЕРА ЛИЗАТЕ
После разрушения биологического материала сульфатной и нитратной кислотами в полученном минерализате Хром находится преимущественно в форме ионов со степенью окисления +3.
1. Гидроген пероксид. Во время выполнения этой реакции ионы Хрома (ІІІ) окисляются до дихромат-ионов с помощью аммоний персульфата при наличии катализатора (солей Аргентума). После добавления гидроген пероксида к дихромату образуется пероксихроматная кислота, которая имеет голубой или синий цвет. В литературе пероксихроматной кислоте приписывают несколько формул: Н2СrО6, Н3СrО8, Н7СrО10 и др.
Cr3+ + 4OH- [Cr(OH)4]-
2[Cr(OH)4]- + 3S2O82– + 8OH- 2CrО42- + 6SO42– + 8H2O
Образование пероксихроматной кислоты можно изобразить такими уравнениями:
2CrО42- + 2H+ Cr2O72- + H2O.
Cr2O72- + 4H2O2 + 2H+ 2H2CrО6 + 3H2O.
Чувствительность реакции образования пероксихроматной кислоты уменьшается при наличии солей Феррума (III), Стибия (III), для маскировки которых прибавляют фосфаты. Пероксихроматная кислота быстро раскладывается в водных растворах. Поэтому из водных растворов ее экстрагируют органическими растворителями, в которых эта кислота более устойчива, чем в воде.
Методика выполнения реакции. В пробирку вносят 5 мл минерализата и каплями прибавляют 30 %-ый раствор Натрий гидроксида до рН = 7. Смесь встряхивают, вносят в пробирку 1-2 капли 10 %-го раствора Аргентум нитрата, 0,5 г аммоний персульфата и нагревают на кипящем водном нагревателе в течении 20 мин. Потом пробирку с содержимым охлаждают в ледяной воде в течении 10-15 мин. К охлажденной жидкости прибавляют 1 мл насыщенного раствора Натрий дигидрофосфата и проверяют рН среды. При необходимости жидкость доводят до рН = 1,5-1,7. После этого в пробирку вносят этилацетат или другой органический растворитель с таким расчетом, чтобы толщина его слоя составляла 0,5-1,0 см, и прибавляют 2-3 капли 25 %-го раствора гидроген пероксида. Содержимое пробирки энергично встряхивают. При наличии ионов Хрома в минерализате слой органического растворителя окрашивается в голубой или синий цвет.
2. Дифенилкарбазид. Во время выполнения этой реакции ионы Хрома, содержащиеся в минерализате, окисляются аммоний персульфатом при наличии катализатора (ионов Аргентума) до дихромат-ионов.
Чувствительность этой реакции снижают ионы Феррума (III), Стибия (III) и прочие. Для маскировки ионов, мешающих открытию Хрома, прибавляют натрий дигидрофосфат NaН2PO4.
Cr3+ + 3S2O82– + 7H2O Cr2O72- + 6SO42– + 14H+
Образованные дихромат-ионы реагируют с дифенилкарбазидом. Сначала дихромат-ионы окисляют дифенилкарбазид до бесцветного дифенилкарбазона. Во время этой реакции дихромат-ионы сначала образуют хлористый хромил, который потом восстанавливается до двухвалентного хрому Сr2+.
Сr2O72- + 4Cl- + 6H+ → 2CrО2Cl2 + 3H2O.
CrО2Cl2 + 4H+ + 4e Cr2+ + 2H2O + 2Cl-.
Ионы Сr2+ с енольной формой дифенилкарбазона образуют внутрикомплексную соль (V) красно-фиолетового цвета:
дифенилкарбазид дифенилкарбазон
Методика выполнения реакции. В пробирку вносят 1 мл минерализата, к которому прибавляют 4 мл воды, 1 каплю 10 %-го раствора Аргентум нитрата и 0,5 г аммоний персульфата. Пробирку со смесью нагревают на кипящем водном нагревателе в течении 20 мин., потом вносят 1 мл насыщенного раствора Натрий дигидрофосфата и каплями прибавляют 5 %-ый раствор хлоридной кислоты до рН = 1,5-1,7. По достижению рН раствора к жидкости прибавляют 1 мл 0,25 %-го раствора дифенилкарбазида в смеси этилового спирта и ацетона (1:1) и содержимое пробирки встряхивают. При наличии ионов Хрома в минерализате раствор приобретает розовый или красно-фиолетовый цвет.
3. Открытие хромат-ионов при наличии перманганат-ионов. Открытию хромат-ионов с помощью реакции с дифенилкарбазидом мешают перманганат-ионы, имеющие собственный цвет. Поэтому перед выполнением реакции на хромат-ионы с дифенилкарбазидом восстанавливают перманганат-ионы с помощью натрий азида NaN3. Хромат-ионы с Натрий азидом не реагируют. Нескольких кристалликов Натрий азида достаточно для быстрого восстановления перманганат-ионов.
Методика выполнения реакции. В углубление на капельной слойинке вносят каплю исследуемого раствора, прибавляют каплю концентрированной сульфатной кислоты и несколько кристалликов Натрий азида. Смесь перемешивают стеклянной палочкой до исчезновения цвета перманганат-ионов. Потом прибавляют каплю 1 %-го спиртового раствора дифенилкарбазида. При наличии хроматов появляется сине-фиолетовый или красный цвет.
Количественное определение Хрома.
Количественное определение Хрома проводится спектрофотометрическим методом по реакции с дифенилкарбазидом в кюветах с толщиной поглощающего слоя 20 мм при длине волны 546 нм.
Методика выполнения: В мерную колбу (на 50 мл или больше) помещают 1 мл минерализата, 4 мл воды и прибавляют 0,5 г (NH4)2S2O8, перемешивают и доводят объем водой до метки. Для количественного определения берут аликвоту раствора, помещают в мерную колбу на 50 мл, прибавляют 1 мл насыщенного раствора NaН2PO4, 10 % раствор NaOH до рН 2, 1 мл раствора дифенилкарбазида и доводят объем раствора водой до метки. Интенсивность цвета измеряют через 30 минут, используя в качестве раствора сравнения 20 % Н2SO4.
Построение градуировочного графика. Для получения точных результатов строят 3 графика: 1) для концентраций 0,001-0,01 мкг/мл; 2) 0,01-0,1 мкг/мл; 3) 0,1-1 мкг/мл.
Растворы с определенным количеством Хрома, помещают в мерные колбы на 50 мл, прибавляя сульфатную кислоту, устанавливают рН 2 и прибавляют 1 мл раствора дифенилкарбазида. Объем раствора доводят дистиллированной водой до метки и измеряют оптическую плотность раствора через 30 минут. По полученным результатам строят градуировачный график.
Расчет проводят по формуле:
Х = СV1V2100/1000m,
где Х - масса Хрома в минерализате в мг на 100 г объекта;
C - содержание Хрома, мкг/мл;
V1 – объем окрашенного раствора в мл (полученный после окисления 1 мл минерализата и разбавления);
V2 - общий объем минерализата в мл;
m - масса навески биологического материала в г.
Судебно-медицинская оценка результатов исследования. Дробным методом Хром в норме в органах человека не определяется.
ОТКРЫТИЕ ИОНОВ АРГЕНТУМА В МИНЕРАЛИЗАТЕ
1. Дитизон. Ионы Аргентума с дитизоном в кислой среде образуют однозамещенный Аргентум дитизонат.
Выполнению этой реакции мешают ионы Меркурия и некоторых других металлов, которые в кислой среде также образуют дитизонаты. Тем не менее Аргентум дитизонат отличается от дитизонатов Меркурия и других металлов цветом и отношением к растворам кислот. Однозамещенный Аргентум дитизонат желтого цвета, а Меркурий дитизонат - оранжево-желтого. Аргентум дитизонат разлагается 0,5 моль/л раствором хлоридной кислоты, а Меркурий дитизонат не разлагается этой кислотой.
При более высоких значениях рН и недостаточном количестве ионов Аргентума образуется двозамещенный дитизонат этого металла Ag2Dz красно-фиолетового цвета. При избытке дитизона и подкислении растворов Ag2Dz легко переходит в однозамещенный Аргентум дитизонат AgHDz.
Методика выполнения реакции. В делительную воронку вносят 5 мл минерализата, 1 мл раствора сульфатной кислоты и 3 мл 0,01 %-го раствора дитизона в хлороформе или тетрахлорметане. После взбалтывания содержимого делительной воронки хлороформный слой окрашивается в желтый цвет (образуется AgHDz). Если в минерализате содержится незначительное количество ионов Аргентума, то желтый цвет AgHDz маскируется зеленым цветом избытка дитизона. Чтобы устранить избыток дитизона из хлороформного слоя, этот слой отделяют от водной фазы и встряхивают с 5 мл 0,3 моль/л раствора аммиака. При этом аммонийная соль дитизона перейдет в водную фазу, а хлороформный слой, содержащий Аргентум дитизонат, будет желтого цвета.
Аргентум дитизонат разлагается 0,5 моль/л раствором хлоридной кислоты, а Меркурий дитизонат другого цвета не разлагается этой кислотой. Поэтому с помощью реакции с дитизоном можно отличить Аргентум от Меркурия.
2. Натрий хлорид. При наличии ионов Аргентума образуется белый творожистый осадок, растворимый в растворе аммиака.
Аg+ + Cl- AgCl
AgCl + 2NH4OH [Ag(NH3)2]Сl + 2Н2О.
Методика выполнения реакции. В пробирку вносят 1 мл минерализата, прибавляют 5 капель 2 %-го раствора Натрий хлорида или разбавленной хлоридной кислоты. При наличии ионов Аргентума выпадает белый осадок Аргентум хлорида, не растворимый в нитратной кислоте, но растворимый в растворе аммиака.
Этой реакции мешают ионы Cu+, T1+, Hg22+, которые дают с хлоридами малорастворимые в воде осадки.
3. Калий йодид. При наличии ионов Аргентума образуется желтый осадок, нерастворимый в растворе аммиака и нитратной кислоте, растворимый в растворе Калий цианида и Натрий тиосульфата.
Аg+ + I- AgI;
AgI + 2KCN К[Ag(CN)2] + КI;
2AgI + 2Na2S2O3 Na3[Ag(S2O3)2] + NaI.
Методика выполнения реакции. К 0,5 мл минерализата прибавляют 0,5 мл 10 %-го раствора Калий йодида. Появление желтого осадка свидетельствует о наличии ионов Аргентума в минерализате.
4. Тиомочевина и Калий пикрат. При наличии ионов Аргентума образуются желтые призматические кристаллы.
Аg+ + 2S=C(NH2)2 + C6H2(NO2)3OK [Аg(S=C(NH2)2)2]C6H2(NO2)3O + K+.
Методика выполнения реакции. 1-2 капли минерализата наносят на предметное стекло, прибавляют 1 каплю 10 %-го раствора аммиака. Раствор упаривают досуха. На сухой остаток наносят каплю насыщенного раствора тиомочевины, а потом каплю насыщенного раствора Калий пикрата. Образование желтых призматических кристаллов или сростков из них свидетельствует о наличии ионов Аргентума в минерализате.
Количественное определение Аргентума
В дробном методе открытия Аргентума целесообразно проводить количественное определение спектрофотометрическим методом, основанным на реакции образования однозамещенного дитизоната Аргентума.
Методика выполнения: 1-5 мл минерализата помещают в делительную воронку, прибавляют 1 мл 10 % раствора сульфатнокислого гидроксиламина, сульфатной кислоты и экстрагируют 5 мл хлороформа при добавлении по каплям 0,01 % раствора дитизона в хлороформе. Экстракцию хлороформом Аргентум дитизоната продолжают до тех пор, пока при стряхивании растворов с хлороформом в течении 30 секунд хлороформный слой не будет окрашиваться в желтый цвет. Водную фазу еще раз обрабатывают 5 мл хлороформа, и эстрагент присоединяют к основному экстракту. Объединенные хлороформные вытяжки промывают водой, а потом 0,1 % раствором аммиака до обесцвечивания водной фазы. Измеряют объем хлороформного слоя и проводят определение оптической плотности экстракта на спектрофотометре в кюветах с толщиной слоя 10 мм при длине волны 462 нм.
Определение количества Аргентуму проводят по градуировочному графику.
Градуировочый график строится в интервале концентраций от 0,25 мкг до 3 мкг в мл.
Стандартный раствор готовят из перекристаллизованного Аргентум нитрата с содержанием 1 мг иона Аргентума в 1 мл 20 % сульфатной кислоты.
Х = СV1V2100/1000m,
где Х - масса Хрома в минерализате в мг на 100 г объекта;
C - содержание Хрома, мкг/мл;
V1 – объем окрашенного раствора в мл (полученный после окисления 1 мл минерализата и разбавления);
V2 - общий объем минерализата в мл;
m - масса навески биологического материала в г.
Судебно-медицинская оценка результатов исследования. Данными методами дробного анализа Аргентум в норме в органах человека не определяется.
ОТКРЫТИЕ ИОНОВ КУПРУМА В МИНЕРАЛИЗАТЕ
1. Выделение ионов Купрума из минерализата. К минерализату прибавляют раствор Плюмбум диэтилдитиокарбамата. При этом образуется Купрум диэтилдитиокарбамат:
Купрум диэтилдитиокарбамат экстрагируют из минерализата хлороформом. В зависимости от количества Купрума в минерализате хлороформный слой, содержащий Купрум диэтилдитиокарбамат, окрашивается в желтый или коричневый цвет. Диэтилдитиокарбамат купрума разлагают Меркурий (II) хлоридом. При этом образуется Меркурий диэтилдитиокарбамат, а ионы Купрума переходят в водную фазу.
Методика выполнения выделения. В делительную воронку помещают 10 мл минерализата, прибавляют 2-3 капли индикатора (бесцветный 0,1 %-ый спиртовый раствор 2, 4-динитрофенола), а потом небольшими порциями - 25 %-ый раствор аммиака (до рН=3) до изменения цвета индикатора на желтый, потом прибавляют 5 мл хлороформного раствора Плюмбум диэтилдитиокарбамата, и встряхивают. При этом хлороформный слой окрашивается в желтый или коричневый цвет. Хлороформный слой отделяют от водной фазы и переносят его в другую делительную воронку, куда прибавляют 6 моль/л раствор хлоридной кислоты (для разрушения избытка Плюмбум диэтилдитиокарбамата), встряхивают и отделяют водную фазу. К хлороформному слою каплями прибавляют 1 %-ый раствор Меркурий (II) хлорида, встряхивают.
Раствор Меркурий (II) хлорида прибавляют каплями и встряхивают до тех пор, пока не настанет полное обесцвечивание хлороформного слоя. Потом в делительную воронку (не отделяя хлороформный слой) вносят 1,5-2,0 мл воды и интенсивно встряхивают. Через 2-3 мин. хлороформный слой отделяют от водной фазы, которую исследуют на наличие ионов Купрума.
2. Аммоний тетрароданомеркурат с ионами Купрума образует желто-зеленый кристаллический осадок. При добавлении ионов Цинка выпадает осадок розово-сиреневого или фиолетового цвета.
(NH4)2[Hg(SCN)4] + Cu2+ Cu[Hg(SCN)4] + 2NH4+
(NH4)2[Hg(SCN)4] + Zn2+ Zn[Hg(SCN)4] + 2NH4+
Cu[Hg(SCN)4] + Zn[Hg(SCN)4] Cu[Hg(SCN)4]Zn[Hg(SCN)4].
Выполнению реакции на ионы Купрума с аммоний тетрароданомеркуратом мешают ионы Феррума (II), Кобальта и Никеля, которые с этим реактивом также образуют окрашенные осадки.
Методика выполнения реакции. К 0,5 мл водной фазы прибавляют несколько капель 5 %-го раствора Цинк сульфата и несколько капель раствора аммоний тетрароданомеркурата. При наличии ионов Купрума выпадает розово-сиреневый или фиолетовый осадок.
3. Калий гексацианоферрат (II). При добавлении Калий гексацианоферрата (II) к соединениям Купрума образуется красно-бурый осадок Купрум гексацианоферрата (II):
2CuSО4 + K4[Fe(CN)6] Cu2[Fe(CN)6] + 2K2SО4.
Методика выполнения реакции. К 0,5 мл водной фазы прибавляют 2 капли 5 %-го раствора Калий гексацианоферрата (II). При наличии ионов Купрума выпадает красно-бурый осадок.
4. Пиридин-роданидный реактив. При добавлении пиридин-роданидного реактива к раствору, содержащему ионы Купрума, образуется комплекс, выпадающий в осадок, или муть такого самого состава. Образованный осадок пиридин-роданидного комплекса Купрума растворяется в хлороформе, окрашивая его в изумрудно-зеленый цвет.
Cu2+ + 2C5H5N + 2H+ + 4SCN- [(C5H5NН)2]• [Cu(SCN)4]
Методика выполнения реакции. В пробирку вносят 0,5 мл водной фазы, к которой каплями прибавляют 1-2 мл пиридин-роданидного реактива. При этом образуется осадок (или муть), к которому прибавляют 2 мл хлороформа, и смесь встряхивают. При наличии ионов Купрума хлороформный слой окрашивается в изумрудно-зеленый цвет.
<предыдущая страница | следующая страница>