Большая Энциклопедия Нефти и Газа. Кадмий бензин


Тяжелые металлы

Ртуть

Ртуть — весьма токсичный яд кумулятивного действия (т. е. способный накапливаться), поэтому в молодых животных его меньше чем в старых, а в хищниках больше, чем в тех объектах, которыми они питаются. Особенно этим отличаются хищные рыбы такие, как тунец, где ртуть может накапливаться до 0,7 мг/кг и более. Поэтому хищной рыбой лучше не злоупотреблять в питании. Из других животных продуктов «накопителем» ртути являются почки животных — до 0,2 мг/кг. Это, конечно относится к сырому продукту. Поскольку почки при кулинарной обработке предварительно многократно вымачивают по 2—3 ч со сменой воды и дважды вываривают, то в оставшемся продукте содержание ртути уменьшается почти в 2 раза.

Из растительных продуктов ртуть больше всего содержится в орехах в какао-бобах и шоколаде (до 0,1 мг/кг). В большинстве остальных продуктов содержание ртути не превышает 0,01—0,03 мг/кг.

Свинец

Свинец — яд высокой токсичности. В большинстве растительных и животных продуктов естественное его содержание не превышает 0,5—1,0 мг/кг. Больше всего свинца содержится в хищных рыбах (в тунце до 2,0 мг/кг), моллюсках и ракообразных (до 10 мг/кг).

Содержание свинца в консервах

В основном повышение содержания свинца наблюдается консервах, помещенных в так называемую сборную жестяную тару которая спаивается сбоку и к крышке припоем, содержащим определенное количество свинца. К сожалению, пайка иногда бывает некачественная (образуются брызги припоя), и хотя консервные банки еще дополнительно покрываются специальным лаком это не всегда помогает. Имеются случаи, правда довольно редкие (до 2%), когда в консервах из этой тары накапливается, особенно при длительном хранении, до 3 мг/кг свинца и даже выше что, конечно, представляет опасность для здоровья, поэтому продукты в этой сборной жестяной таре не хранят более 5 лет.

Свинец и этилированный бензин

Большое загрязнение свинцом происходит от сгорания этилированного бензина. Тетраэтилсвинец, добавленный в бензин для повышения октанового числа в количестве около 0,1% весьма летуч и более токсичен, чем сам свинец и его неогранические соединения. Он легко попадает в почву и загрязняет пищевые продукты. Поэтому продукты, выращенные вдоль автострад содержат повышенное количество свинца. В зависимости от интенсивности движения эта опасная зона может простираться от 10 до 500 м. Поэтому вдоль дорог следует сажать только лесные породы или выращивать кормовые культуры. Однако этим иногда пренебрегают и часто вдоль дорог высаживают плодовые деревья, которые дают загрязненные свинцом плоды. Прекрасный пример в отношении борьбы с загрязнением продуктов показала Дания. Там уже несколько лет запретили использование в автомобилях этилированного бензина и естественный уровень свинца в основных овощах (картофель, морковь, лук) сократился в 2—3 раза. Будем надеяться, что у нас появится такое же отрицательное отношение к использованию этилированного бензина.

Кадмий

Кадмий — это весьма токсичный элемент. Кадмия естественного в пищевых продуктах содержится примерно в 5—10 раз меньше, чем свинца. Повышенные концентрации его наблюдаются в какао-порошке (до 0,5 мг/кг), почках животных (до 1,0 мг/кг) и рыбе (до 0,2 мг/кг). Содержание кадмия увеличивается в консервах из сборной жестяной тары, так как кадмий, как и свинец, переходит в продукт из некачественно выполненного припоя, в котором также содержится определенное количество кадмия.

Токсические элементы могут попасть в опасных для человека концентрациях в пищевые продукты из сырья и в процессе технологической обработки только при нарушении соответствующих технологических инструкций. Так, в растительном сырье они могут появиться при нарушении правил применения ядохимикатов, содержащих в своем составе такие токсические элементы, как ртуть, свинец, мышьяк и др. Повышенное количество токсических элементов может появиться в зоне вблизи промышленных предприятий, загрязняющих воздух и воду недостаточно очищенными отходами производства.

При технологии производства пищевых продуктов токсические элементы могут появиться при контактах с оборудованием, выполненным из металла, не разрешенного органами здравоохранения (для пищевых целей допускается весьма ограниченное количество сталей и других сплавов). Но главным образом такие токсические элементы, как свинец и кадмий, могут появиться в консервном производстве при использовании жестяной тары с применением пайки швов в случае нарушения технологии пайки, при использовании случайных припоев или применения некачественных внутренних покрытий.

Органами санитарного надзора установлены жесткие нормы содержания токсических элементов в пищевом сырье и готовых продуктах питания. Для большинства продуктов имеются предельно допустимые концентрации токсичных элементов в основных продуктах питания.

Требования к содержанию тяжелых металлов в продуктах питания

Для производства детских и диетических продуктов по ряду тяжелых металлов предъявляются более жесткие требования. Так, для зернобобовых продуктов содержание свинца допускается только 0,3 мг/кг, а кадмия 0,03 мг/кг. В таблице ниже не приведено содержание предельно допустимых концентраций олова и железа. Олово контролируется только в консервах из сборной жестяной тары, где допускается до 200 мг/кг (в детских — до 100 мг/кг). Железо нормируется только в напитках типа пива и вина (15 мг/кг), жирах и маслах (5 мг/кг).

В концентрированных растительных и животных продуктах (сушеных, сублимированных и т. д.) предельно допустимая концентрация тяжелых металлов определяется, как правило, при пересчете на исходный продукт.

Задача специалистов пищевой промышленности — постоянно контролировать пищевое сырье и готовую продукцию для того, чтобы обеспечить выпуск безвредных для здоровья продуктов питания.

В домашнем питании тоже необходим контроль, который заключается в предупреждении загрязнения консервированных продуктов свинцом. Рекомендуется вскрытые консервы из сборных жестяных банок, даже для кратковременного хранения помешать в стеклянную или фарфоровую посуду, так как под влиянием кислорода воздуха коррозия банок резко увеличивается и буквально через несколько дней содержание свинца (и олова) в продукте многократно возрастает. Нельзя также хранить маринованные, соленые и кислые овощи и фрукты в оцинкованной посуде во избежание загрязнения продуктов цинком и кадмием (цинковыи слой также содержит некоторое количество кадмия).

Нельзя хранить и приготавливать пищу в декоративной фарфоровой или керамической посуде (т. е. в посуде, предназначенной для украшения, но не для пищи), так как очень часто глазурь, особенно желтого и красного цвета, содержит соли свинца и кадмия, которые легко переходят в пищу, если такую посуду использовать для еды. Для приготовления и хранения продуктов следует использовать только посуду, специально предназначенную для пищевых целей.

То же самое относится к красивым пластмассовым пакетам и пластмассовой посуде. В них можно хранить и то непродолжительное время только сухие продукты.

В таблице ниже приведены сведения по предельно допустимому содержанию тяжелых металлов в некоторых основных продуктах питания.

ПДК тяжелых металлов в основных продуктах питания
ПродуктыСвинецКадмийМышьякРтутьМедьЦинк
Большинство зернобобовых0,50,10,2—0,30,02—0,031050
Сахар и конфеты1,00,10,50,02—0,0310—2050
Молоко и большинство жидких молочных продуктов0,10,030,050,0051,05
Масло растительное и изделия из него0,10,050,10,051,05—10
Овощи, ягоды, фрукты свежие и свежезамороженные0,04—0,50,030,20,025,010,0
Овощи, ягоды, фрукты и изделия из них в сборной жестяной таре1,00,050,20,025,010,0
Мясо и птица свежие0,50,050,10,035,020
Мясо и птица консервированные в сборной жестяной таре1,00,10,10,035,070
Рыба свежая и мороженная1,00,21,0—5,00,3—0,61040
Рыба консервированная в сборной жестяной таре1,00,21,0—5,00,3—0,71040
Напитки0,1—0,30,01—0,030,1—0,20,0051,0-5,05,0—10

dietolog.org

Обезвоженное топливо - Большая Энциклопедия Нефти и Газа, статья, страница 1

Обезвоженное топливо

Cтраница 1

Обезвоженные топлива из сернистых нефтей, не содержащие меркаптанов, в отношении коррозионного износа плунжеров насоса ведут себя аналогично дизельным топливам из малосернистых нефтей.  [2]

В обезвоженном топливе характер и скорость образования студенистых отложений совершенно иные. На образцах кадмия с поверхностью, очищенной от окиси кадмия, появление студенистых отложений в виде отдельных точек наблюдается лишь на 10 - й день от начала испытаний. В течение следующих двух месяцев количество этих отложений медленно растет и лишь к концу третьего месяца происходит резкое его увеличение. На образцах кадмия, покрытых окисью кадмия, появление следов отложений было замечено лишь через 2 5 месяца после начала испытаний.  [3]

Во всех образцах обезвоженных топлив ( воды от 0 0004 до 0 0012 %) осадка не было; топливо прозрачное; внешний вид пружины не изменился.  [4]

Гриб сохраняет жизнестойкость в обезвоженных топливах и растет при попадании влаги или в парах углеводородов. Повышается кислотность топлив ТС-1 и Т-1, внутренняя поверхность емкостей в крыльях самолетов оказывается поврежденной язвенной и точечной коррозией, возможны случаи расслаивающей коррозии.  [5]

Под сухой массой топлива ( Понимается обезвоженное топливо; под горючей массой - обезвоженное и обеззоленное топливо и под органической массой - обезвоженное, обеззоленное и лишенное серы ( за исключением органической) топливо.  [6]

Как видно из кривых, верхний слой обезвоженного топлива очень быстро насыщается водой до равновесного содержания воды ( 20 мин. Нижний же слой топлива, куда вода попадает только путем диффузии, насыщается водой значительно медленнее. Даже через 1 час содержание воды в нем еще не достигает равновесного состояния.  [7]

Из приведенных данных видно, что в обезвоженном топливе гидрат окиси кадмия реагирует с меркаптанами топлива значительно быстрее, чем металлический кадмий. Наличие воды в топливе, содержащем меркаптаны, ускоряет реакцию взаимодействия меркаптанов топлива с металлическим кадмием и процесс образования студенистых отложений.  [8]

Методы испытания топлив на коррозию предусматривают контакт металла с обезвоженным топливом. К таким методам относится оценка коррозионной агрессивности товарных топлив по ГОСТ 632 - 52 или контактирование при энергичном перемешивании нагретого до 100 С ( и выше) топлива с металлом.  [10]

Все предложенные методы осушки топлива в аэродромных условиях могут быть эффективны только в том случае, если обезвоженное топливо не соприкасается с воздухом. В США исследовались различные методы, позволяющие долгое время сохранить осушенное топливо. Был предложен метод установки осушителей на воздушных трубках резервуаров.  [11]

Увеличения разности температур газов и материала и одновременно коэффициента теплоотдачи достигают повышением температуры горения путем полного сжигания калорийного, обезвоженного топлива с минимальным избытком воздуха ( а 1 05) и максимально высоким его подогревом. Факторами, воздействующими на скорость горения и, следовательно, на длину и температуру факела, являются, кроме того, степень дисперсности топлива, а также скорости его движения и смешения с воздухом.  [12]

Ввиду того, что давление паров продукта зависит от присутствия в нем влаги и растворенного воздуха, необходимо предварительно подвергнуть испытуемый образец тщательной осушке, сначала СаСЬ ( в течение суток), а затем металлическим натрием ( не менее 3 час. Обезвоженное топливо должно храниться в осушенной склянке с притертой пробкой ( на дно склянки бросают несколько кусочков металлического натрия), наполненной по возможности почти доверху.  [13]

Причиной коррозионного поражения металлических стенок резервуаров, топливных баков и трубопроводов могут служить продукты жизнедеятельности микроорганизмов. В обезвоженном топливе, как уже говорилось ранее, микроорганизмы не размножаются, но остаются жизнеспособными долгое время и при попадании воды начинают развиваться. Микроорганизмы в топливах могут образовывать кислые коррозионно-активные вещества в виде коричнево-черной слизи, которая скапливается на дне резервуаров и топливных баков или на границе раздела двух фаз - топлива и воды.  [14]

Страницы:      1    2

www.ngpedia.ru

Источники загрязнения кадмием биосферы

Поиск Лекций

Введение

Проблемы, связанные с наблюдаемыми нарушениями эволюционно сложившихся химических равновесий, носят крупнорегиональный или глобальный характер. Как было показано, такие изменения, особенно отчетливо проявившихся в последние 50 лет, обусловлены деятельностью человека.

К числу наиболее опасных загрязняющих природную среду компонентов относят тяжелые металлы. Эти компоненты оказывают сильное влияние на биотическую составляющую биосферы: их интенсивное поступление чревато исчезновением отдельных видов, что обычно является первым этапом глубокой перестройки или даже полной деградации экосистем. Таким образом, нарушается естественная функция биоты - регулирование характеристик (и том числе глобальных) природной среды, обеспечивающих благоприятные для современных форм жизни условия существования. Одним из таких компонентов является кадмий. Поэтому изучение химического поведения в природных объектах кадмия является актуальной задачей экотоксикологии.

 

Нахождение и формы кадмия в природе

Содержание кадмия в земной коре составляет 1,6·10–5%. Он близок по распространенности к сурьме (2·10–5%) и в два раза более распространен, чем ртуть (8·10–6%). Для кадмия характерна миграция в горячих подземных водах вместе с цинком и другими химическими элементами, склонными к образованию природных сульфидов. Он концентрируется в гидротермальных отложениях. Вулканические породы содержат до 0,2 мг кадмия на кг, среди осадочных пород наиболее богаты кадмием глины – до 0,3 мг/кг, в меньшей степени – известняки и песчаники (около 0,03 мг/кг). Среднее содержание кадмия в почве – 0,06 мг/кг.

У кадмия есть собственные минералы – гринокит CdS, отавит CdCO3, монтепонит CdO. Однако своих месторождений они не образуют. Единственным промышленно значимым источником кадмия являются руды цинка, где он содержится в концентрации 0,01–5%. Кадмий накапливается также в галените (до 0,02%), халькопирите (до 0,12%), пирите (до 0,02%), станните (до 0,2%).Общие мировые ресурсы кадмия оцениваются в 20 млн.т, промышленные–в 600 тыс. т.

Промышленное использование кадмия

В год в мире производится около 20 тыс. т кадмия. Объем его производства в большой степени связан с масштабами производства цинка.

Важнейшей областью применения кадмия является производство химических источников тока. Кадмиевые электроды используются в батареях и аккумуляторах. Отрицательные пластины никель-кадмиевых аккумуляторов изготовлены из железных сеток с губчатым кадмием в качестве активного агента. Положительные пластины покрыты гидроксидом никеля.

Примерно десятая часть мирового производства кадмия расходуется на производство сплавов. Кадмиевые сплавы используют главным образом как антифрикционные материалы и припои. Сплав, содержащий 99% кадмия и 1% никеля, применяют для изготовления подшипников, работающих в автомобильных, авиационных и судовых двигателях в условиях высоких температур.

Резкий скачок спроса на кадмий начался в 1940-е и был связан с применением кадмия в атомной промышленности – выяснилось, что он поглощает нейтроны и из него стали делать регулирующие и аварийные стержни атомных реакторов. Способность кадмия поглощать нейтроны строго определенных энергий используется при исследовании энергетических спектров нейтронных пучков.

 

Источники загрязнения кадмием биосферы

Основные источники антропогенного поступления тяжелых металлов в природную среду – тепловые электростанции, металлургические предприятия, карьеры и шахты по добыче полиметаллических руд, транспорт, химические средства защиты сельскохозяйственных культур от болезней и вредителей. Наиболее мощные потоки тяжелых металлов возникают вокруг предприятий черной, особенно цветной металлургии, в результате атмосферных выбросов. Вследствие несовершенства технологических процессов и средств очистки выбрасываемых газов загрязняются атмосфера, почвенный и растительный покровы

Кадмий в атмосфере

Важнейшим антропогенными источниками поступления кадмия в атмосферу являются сжигание горючих ископаемых (уголь, нефть), сжигание мусора, а также производство стали и других металлов. В атмосферном воздухе кадмий находится в форме органических соединений в виде пыли и аэрозолей. При этом аэрозоли кадмия состоят преимущественно из субмикронных частиц диаметром 0,5-1 мкм, благодаря чему они способны переноситься на большие расстояния от источника выброса.

Кадмий в водных системах

Основным источником кадмия в воде является литосфера, особенно фосфатные залежи и удобрения, получаемые из них.

Понижение концентрации растворенных соединений кадмия происходит за счет процессов сорбции, выпадения в осадок гидроксида и карбоната кадмия и потребления их водными организмами.

В естественных условиях кадмий попадает в подземные воды в результате выщелачивания руд цветных металлов, а также в результате разложения водных растений и организмов, способных его накапливать. В последние десятилетия превалирующим становится антропогенный фактор загрязнения кадмием природных вод.

Кадмий в почве

Основным источником загрязнения почвы соединениями кадмия является сухое и мокрое осаждение из атмосферы. Период полувыведения кадмия из почвы составляет 1100 лет.

В почвах кадмий, как и другие тяжелые металлы, содержится в водорастворимой, ионообменной и непрочно адсорбированной формах.

poisk-ru.ru

Кадмий описание химического элемента

В 1968 г. в одном известном журнале появилась заметка, которая называлась «Кадмий и сердце». В ней говорилось, что доктор Кэррол — сотрудник службы здравоохранения США — обнаружил зависимость между содержанием кадмия в атмосфере и частотой смертельных случаев от сердечно-сосудистых заболеваний. Если, скажем, в городе А содержание кадмия в воздухе больше, чем в городе Б, то и сердечники города А умирают раньше, чем если бы они жили в городе Б. Такой вывод Кэррол сделал, проанализировав данные по 28 городам. Между прочим, в группе А оказались такие центры, как Нью-Йорк, Чикаго, Филадельфия...Так в очередной раз предъявили обвинение в отравительстве элементу, открытому в аптечной склянке!

Элемент из аптечной склянки

 

Фридрих Штромейер (1776—1835)

Вряд ли кто-либо из магдебургских аптекарей произносил знаменитую фразу городничего: «Я пригласил вас, господа, с тем, чтобы сообщить вам пренеприятное известие»,— но общая с ним черта у них была: ревизора они боялись.Окружной врач Ролов отличался крутым нравом. Так, в 1817 г. он приказал изъять из продажи все препараты с окисью цинка, вырабатываемой на шенебекской фабрике Германа. По внешнему виду препаратов он заподозрил, что в окиси цинка есть мышьяк! (Окись цинка до сих пор применяют при кожных заболеваниях; из нее делают мази, присыпки, эмульсии.)Чтобы доказать свою правоту, строгий ревизор растворил заподозренный окисел в кислоте и через этот раствор пропустил сероводород: выпал желтый осадок. Сульфиды мышьяка как раз желтые!Владелец фабрики стал оспаривать решение Ролова. Он сам был химиком и, собственноручно проанализировав Образцы продукции, никакого мышьяка в них не обнаружил. Результаты анализа он сообщил Ролову, а заодно и властям земли Ганновер. Власти, естественно, затребовали образцы, чтобы отправить их на анализ кому-либо из авторитетных химиков. Решили, что судьей в споре Ролова и Германа должен выступить профессор Фридрих Штромейер, занимавший с 1802 г. кафедру химии в Геттингенском университете и должность генерального инспектора всех ганноверских аптек.Штромейеру послали не только окись цинка, но и другие цинковые препараты с фабрики Германа, в том числе ZnC03, из которого эту окись получали. Прокалив углекислый цинк, Штромейер получил окись, но не белую, как это должно было быть, а желтоватую. Владелец фабрики объяснял окраску примесыо железа, но Штромейера такое объяснение не удовлетворило. Закупив побольше цинковых препаратов, он произвел полный их анализ и без особого труда выделил элемент, который вызывал пожелтение. Анализ говорил, что это не мышьяк (как утверждал Ролов), но и не железо (как утверждал Герман).Это был новый, неизвестный прежде металл, по хими-ческим свойствам очень похожий на цинк. Только гидроокись его, в отличие от Zn(OH)2, не была амфотерной, а имела ярко выраженные основные свойства.В свободном виде новый элемент представлял собой белый металл, мягкий и не очень прочный, сверху покрытый коричневатой пленкой окисла. Металл этот Штромейер  назвал кадмием, явно намекая на его «цинковое» происхождение: греческим словом xaSpeia издавна обозначали цинковые руды и окись цинка.В 1818 г. Штромейер опубликовал подробные сведения о новом химическом элементе, и почти сразу на его приоритет стали покушаться. Первым выступил все тот же Ролов, который прежде считал, что в препаратах с фабрики Германа есть мышьяк. Вскоре после Штромейера другой немецкий химик, Керстен, нашел новый элемент в силезской цинковой руде и назвал его меллином (от латинского mellinus — «желтый, как айва») из-за цвета осадка, образующегося под действием сероводорода. Но это был уже открытый Штромейером кадмий. Позже этому элементу предлагали еще два названия: клапротий — в честь известного химика Мартина Клапрота и юноний — по имени открытого в 1804 г. астероида Юноны. Но утвердилось все- таки название, данное элементу его первооткрывателем. Правда, в русской химической литературе первой половины XIX в. кадмий нередко называли кадмом.

Семь цветов радуги

Сульфид кадмия CdS был, вероятно, первым соединением элемента № 48, которым заинтересовалась промышленность. CdS — это кубические или гексагональные кристаллы плотностью 4,8 г/см3. Цвет их от светло-желтого до оранжево-красного (в зависимости от способа приготовления). В воде этот сульфид практически не растворяется, к действию растворов щелочей и большинства кислот он тоже устойчив. А получить CdS довольно просто: достаточно пропустить, как это делали Штромейер и Ролов, сероводород через подкисленный раствор, содержащий ионы Cd2+. Можно получать его и в обменной реакции между растворимой солью кадмия, например CdS04, и любым растворимым сульфидом.CdS — важный минеральный краситель. Раньше его называли кадмиевой желтью. Вот что писали про кадмиевую желть в первой русской «Технической энциклопедии», выпущенной в начале XX в.:«Светлые желтые тона, начиная с лимонно-желтого, получаются из чистых слабокислых и нейтральных растворов сернокислого кадмия, а при осаждении сульфида кадмия раствором сернистого натрия получают тона  более темно-желтые. Немалую роль при производстве кадмиевой желти играет присутствие в растворе примесей других металлов, как, например, цинка. Если последний находится совместно с кадмием в растворе, то при осаждении получается краска мутно-желтого тона с белесоватым оттенком... Тем или иным способом можно получить кадмиевую желть шести оттенков, начиная от лимонножелтого до оранжевого... Краска эта в готовом виде имеет очень красивый блестящий желтый цвет. Она довольно постоянна к слабым щелочам и кислотам, а к сероводороду совершенно не чувствительна; поэтому она смешивается в сухом виде с ультрамарином и дает прекрасную зеленую краску, которая в торговле называется кадмиевой зеленью.Будучи смешана с олифою, она идет как масляная краска в малярном деле; очень укрывиста, но из-за высокой рыночной цены потребляется главным образом в живописи как масляная или акварельная краска, а также и для печатания. Благодаря ее большой огнеупорности употребляется для живописи по фарфору».Остается добавить только, что впоследствии кадмиевая желть стала шире применяться «в малярном деле». В частности, ею красили пассажирские вагоны, потому что, помимо прочих достоинств, эта краска хорошо противостояла паровозному дыму. Как красящее вещество сульфид кадмия применили также в текстильном и мыловаренном производствах.Но в последние годы промышленность все реже использует чистый сульфид кадмия — он все-таки дорог. Вытесняют его более дешевые вещества — кадмопон и цинкокадмиевый литопон.Реакция получения кадмопона — классический пример образования двух осадков одновременно, когда в растворе не остается практически ничего, кроме воды:CdS04 4- BaS (обе соли растворимы в воде) _*CdS J + BaS04 J .Кадмопон — смесь сульфида кадмия и сульфата бария. Количественный состав этой смеси зависит от концентрации растворов. Варьировать состав, а следовательно, и оттенок красителя просто.Цинкокадмиевый литопон содержит еще и сульфид цинка. При изготовлении этого красителя в осадок выпадают одновременно три соли. Цвет литопона кремовый или слоновой кости.Как мы уже убедились, вещи осязаемые можно с помощью сульфида кадмия окрасить в три цвета: оранжевый, зеленый (кадмиевая зелень) и все оттенки желтого, д вот пламени сульфид кадмия придает иную окраску — синюю. Это его свойство используют в пиротехнике.Итак, с помощью одного лишь соединения элемента 48 можно получить четыре из семи цветов радуги. Остаются лишь красный, голубой и фиолетовый. К голубому или фиолетовому цвету пламени можно прийти, дополняя свечение сернистого кадмия теми или иными пиротехническими добавками — для опытного пиротехника особого труда это не составит.А красную окраску можно получить с помощью другого соединения элемента № 48 — его селенида. CdSe используют в качестве художественной краски, кстати очень ценной. Селенидом кадмия окрашивают рубиновое стекло; и не окись хрома, как в самом рубине, а селенид кадмия сделал рубиново-красными звезды московского Кремля.Тем не менее значение солей кадмия намного меньше значения самого металла.

Преувеличения портят репутацию

Если построить диаграмму, отложив по горизонтальной оси даты, а по вертикальной — спрос на кадмий, то получится восходящая кривая. Производство этого элемента растет, и самый резкий «скачок» приходится на 40-е годы нашего столетия. Именно в это время кадмий превратился в стратегический материал — из него стали делать регулирующие и аварийные стержни атомных реакторов.В популярной литературе можно встретить утверждение, что если бы не эти стержни, поглощающие избыток нейтронов, то реактор пошел бы «вразнос» и превратился в атомную бомбу. Это не совсем так. Для того чтобы произошел атомный взрыв, нужно соблюдение многих условий (здесь не место говорить о них подробно, а коротко ЭТ0 не объяснишь). Реактор, в котором цепная реакция стала неуправляемой, вовсе не обязательно взрывается, Но в любом случае происходит серьезная авария, чреватая огромными материальными издержками. А иногда не только материальными... Так что роль регулирующих и ;икРииных стержней и без преувеличений достаточно вс-Столь же не точно утверждение (см., например, известную книгу II. Р. Таубе и Е. И. Руденко «От водорода до... ». М., 1970), что для изготовления стержней и регулировки потока нейтронов кадмий — самый подходящий материал. Если бы перед словом «нейтронов» было еще и «тепловых», вот тогда это утверждение стало бы действительно точным.Нейтроны, как известно, могут сильно отличаться по энергии. Есть нейтроны низких энергий — их энергия не превышает 10 килоэлектронвольт (кэв). Есть быстрые нейтроны — с энергией больше 100 кэв. И есть, напротив, малоэнергичные — тепловые и «холодные» нейтроны. Энергия первых измеряется сотыми долями электронвольта, у вторых она меньше 0,005 эв.Кадмий на первых порах оказался главным «стержневым» материалом прежде всего потому, что он хорошо поглощает тепловые нейтроны. Все реакторы начала «атомного века» (а первый из них был построен Энрнко Ферми в 1942 г.) работали на тепловых нейтронах. Лишь спустя много лет выяснилось, что реакторы на быстрых нейтронах более перспективны и для энергетики, и для получения ядерного горючего — плутония-239. А против быстрых нейтронов кадмий бессилен, он их не задерживает.Поэтому не следует преувеличивать роль кадмия в реакторостроении. А еще потому, что физико-химические свойства этого металла (прочность, твердость, термостойкость — его температура плавления всего 321° С) оставляют желать лучшего. А еще потому, что и без преувеличений роль, которую кадмий играл и играет в атомной технике, достаточно значима.Кадмий был первым стержневым материалом. Затем на первые роли стали выдвигаться бор и его соединения. Но кадмий легче получать в больших количествах, чем бор: кадмий получали и получают как побочный продукт производства цинка и свинца. При переработке полиметаллических руд он — аналог цинка — неизменно оказывается главным образом в цинковом концентрате. А восстанавливается кадмий еще легче, чем цинк, и температуру кипения имеет меньшую (767 и 906°С соответственно). Поэтому при температуре около 800° С нетрудно разделить цинк и кадмий.Кадмий мягок, ковок, легко поддается механической об-работке. Это тоже облегчало и ускоряло его путь в атом-рую технику. Высокая избирательная способность кад- }1ИЯ, его чувствительность именно к тепловым нейтронам также были на руку физикам. А по основной рабочей характеристике — сечению захвата тепловых нейтронов — кадмий занимает одно из первых мест среди всех элемен-тов периодической системы — 2400 барн. (Напомним, что сечение захвата — это способность «вбирать в себя» нейтроны, измеряемая в условных единицах барнах.)Природный кадмий состоит из восьми изотопов (с массовыми числами 106, 108, 110, 111, 112, ИЗ, 114 и 116), а сечение захвата — характеристика, по которой изотопы одного элемента могут отличаться очень сильно. В природной смеси изотопов кадмия главный «нейтроноглота- тель»—это изотоп с массовым числом ИЗ. Его индивидуальное сечение захвата огромно — 25 тыс. барн!Присоединяя нейтрон, кадмий-113 превращается в самый распространенный (28,86% природной смеси) изотоп элемента № 48 — кадмий-114. Доля же самого кадмия-113 — всего 12,26%.Регулирующие стержни атомного реактора.

К сожалению, разделить восемь изотопов кадмия намного сложнее, чем два изотопа бора.Регулирующие и аварийные стержни не единственное место «атомной службы» элемента № 48. Его способность поглощать нейтроны строго определенных энергий помогает исследовать энергетические спектры полученных нейтронных пучков. С помощью кадмиевой пластинки, которую ставят на пути пучка нейтронов, определяют, насколько этот пучок однороден (по величинам энергии), какова в нем доля тепловых нейтронов и т. д.Не много, но естьИ напоследок — о ресурсах кадмия. Собственных его минералов, как говорится, раз-два и обчелся. Достаточно полно изучен лишь один — редкий, не образующий скоплений гринокит CdS. Еще два минерала элемента № 48 — отавит CdC03 и монтепонит CdO — совсем уж редки. Но не собственными минералами «жив» кадмий. Минералы цинка и полиметаллические руды — достаточно надежная сырьевая база для его производства.

Кадмирование

Всем известна оцинкованная жесть, но далеко не все знают, что для предохранения ягелеза от коррозии применяют не только цинкование, но и кадмирование. Кадмиевое покрытие сейчас наносят только электролитически, чаще всего в промышленных условиях применяют цианидные ванны. Раньше кадмировали железо и другие металлы погружением изделий в расплавленный кадмий.Несмотря на сходство свойств кадмия и цинка, у кадмиевого покрытия есть несколько преимуществ: оно более устойчиво к коррозии, его легче сделать ровным и гладким. К тому же кадмий, в отличие от цинка, устойчив в щелочной среде. Кадмированную жесть применяют довольно широко, закрыт ей доступ только в производство тары для пищевых продуктов, потому что кадмий токсичен. У кадмиевых покрытий есть еще одна любопытная осо-бенность: в атмосфере сельских местностей они обладают значительно большей коррозийной устойчивостью, чем в атмосфере промышленных районов. Особенно быстро такое покрытие выходит из строя, если в воздухе повышено содержание сернистого или серного ангидридов.

Кадмий в сплавах

На производство сплавов расходуется примерно десятая часть мирового производства кадмия. Кадмиевые сплавы используют главным образом как антифрикционные материалы и припои. Известный сплав состава 99% Cd и 1% № применяют для изготовления подшипников, работающих в автомобильных, авиационных и судовых двигателях в условиях высоких температур. Поскольку кадмий недостаточно стоек к действию кислот, в том числе и содержащихся в смазочных материалах органических кислот, иногда подшипниковые сплавы на основе кадмия покрывают индием.Припои, содержащие элемент № 48, довольно устойчивы к температурным колебаниям.Легирование меди небольшими добавками кадмия позволяет делать более износостойкие провода на линиях электрического транспорта. Медь с добавкой кадмия почти не отличается по электропроводности от чистой меди, но зато заметно превосходит ее прочностью и твердостью.

АККУМУЛЯТОР АКН И НОРМАЛЬНЫЙ ЭЛЕМЕНТ ВЕСТОНА.

Среди применяемых в промышленности химических источников тока заметное место принадлежит кадмийникелевым аккумуляторам (АКН). Отрицательные пластины таких аккумуляторов сделаны из железных сеток с губчатым кадмием в качестве активного агента. Положительные пластины покрыты окисью никеля. Электролитом служит раствор едкого кали. Кадмийникелевые щелочные аккумуляторы отличаются от свинцовых (кислотных) большей надежностью. На основе этой ,пары делают и очень компактные аккумуляторы для управляемых ракет. Только в этом случае в качестве основы устанавливают не железные, а никелевые сетки.Элемент № 48 и его соединения использованы еще в одном химическом источнике тока. В конструкции нормального элемента Вестона работают и амальгама кадмия, и кристаллы сульфата кадмия, и раствор этой соли.

Токсичность кадмия

Сведения о токсичности кадмия довольно противоречивы. Вернее, то, что кадмий ядовит, бесспорно: спорят ученые о степени опасности кадмия. Известны случаи смертельного отравления парами этого металла и его соединении — так что такие пары представляют серьезную опасность. При попадании в желудок кадмий тоже вреден, но случаи смертельного отравления соединениями кадмия, попавшими в организм пищей, науке неизвестны. Видимо, это объясняется немедленньм удалением яда из желудка, предпринимаемым самим организмом. ] ем не менее во многих странах применение кадмированных покрытий для изготовления пищевой тары запрещено законом.

natural-museum.ru

Кадмий (Сd)

В организме взрослого человека содержится около 13 мг ртути, причем около 70 % - в жировой и мышечной ткани. Период полувыведения метилртути из организма человека (полупериод биологического распада соединений ртути) составляет около 70 дней. Однако процесс выведения ртути зависит от особенностей организма и может достигать 190 дней.

По рекомендациям ФАО/ВОЗ человек может получать с суточным рационом около 0,05 мг ртути. Безопасным уровнем содержания ртути в крови считают 50-100мкг/л.

Высокая токсичность ртути обусловливает очень низкие значения ПДК: 0,0003 мг/м3 в воздухе и 0,0005 мг/л в воде.

Предельно допустимые концентрации ртути в основных пищевых продуктах представлены на рис. 3.8.

Рис. 3.8. ПДК ртути в основных пищевых продуктах

• Обольшойопасностизагрязненияпочвыкадмиемсвидетельствуетмассовая интоксикация кадмием жителей бассейна реки Дзинцу в Японии. Цинковый рудникзагрязнилкадмиемреку, водукоторойиспользовалидляпитьяиорошениярисовыхполейисоевыхплантаций. Спустя15…30 лет150 человекумерлиотхронического отравлениякадмием. Содержаниекадмияврисеосновномпродуктепитания - достигало 600…1 000 мкг/кг, что явилось причиной заболевания, вошедшего висто-риюэндемическихотравленийтяжелымиметалламиподназваниемитаи-итаи.

В природе кадмий не встречается в свободном виде и не образует специфических руд. Его получают как сопутствующий продукт при рафинировании цинка и меди. В земной коре содержится около 0,05 мг/кг кадмия, в морской воде - 0,3 мкг/л. По своей электронной конфигурации кадмий напоминает цинк. Он обладает большим сродством к тиоловым группам и замещает цинк в некоторых металлферментных комплексах. Кадмий легко обра-

115

зует пары. Кадмий относится к числу сильно ядовитых веществ и не является необходимым элементом для млекопитающих.

В организме человека среднего возраста содержится около 50 мг кадмия, 1/3 - в почках, остальное количество - в печени, легких и поджелудочной железе. Период полувыведения кадмия из организма составляет 13…40 лет.

Как металлический кадмий, так и его соли оказывают выраженное токсическое действие на людей и животных. Механизмы токсичности кадмия заключаются в том, что он ингибирует ДНК-полимеразу,нарушает синтез ДНК (стадию расплетения), разделяет окислительное фосфорилирование в митохондриях печени. Патогенез отравления кадмием включает также взаимодействие его с высокомолекулярными белками, особенно тиолсодержащими ферментами.

Механизм токсического действия кадмия связан с блокадой сульфгидрильных групп белков; кроме того, он является антагонистом цинка, кобальта, селена, ингибирует активность ферментов, содержащих указанные металлы. Известна способность кадмия нарушать обмен железа и кальция. Все это может привести к широкому спектру заболеваний: гипертоническая болезнь, анемия, ишемическая болезнь сердца, почечная недостаточность и другие. Отмечены канцерогенный, мутагенный и тератогенный эффекты кадмия.

Желудочно-кишечнаяабсорбция кадмия для человека составляет 3…8 %. На нее влияет уровень потребления цинка и растворимость солей кадмия. Будучи абсорбированным, кадмий остается в организме, подвергаясь лишь незначительной экскреции. Главные центры накопления - печень и почки. В этих органах 80 % кадмия связано с металлотионеинами. В то же время, биологической функцией металлотионеинов является участие их в гомеостазе необходимых элементов - цинка и меди. Поэтому кадмий, взаимодействуя с металлотионеинами, может нарушать гомеостаз биогенных меди и цинка.

Наличие кадмия в тканях вызывает симптомы, связанные с дефицитом меди, цинка и железа. Кальций плазмы крови снижает абсорбцию кадмия в кровь. Содержание кадмия в тканях тем больше, чем меньше количество кальция в пище. Хроническая интоксикация кадмием нарушает минерализацию костей и увеличивает концентрацию кальция в печени. Он также блокирует синтез витамина D.

Загрязнение окружающей среды кадмием связано с горнорудной, металлургической, химической промышленностью, с производством ракетной и атомной техники, полимеров и металлокерамики. В воздух кадмий поступает вместе со свинцом при сжигании топлива на ТЭЦ, с газовыми выбросами предприятий, производящих или использующих кадмий. Загрязнение почвы кадмием происходит при оседании содержащих кадмий аэрозолей из воздуха и дополняется внесением минеральных удобрений: суперфосфата (7,2 мг/кг), фосфата калия (4,7 мг/кг), селитры (0,7 мг/кг). Заметно содержание кадмия и в навозе, где он обнаруживается в результате следующей цепи переходов: воздух – почва – растения - травоядные животные - навоз.

116

Внекоторых странах соли кадмия используются как антигельминтные

иантисептические препараты в ветеринарии.

Все это определяет основные пути загрязнения кадмием окружающей среды, а следовательно, продовольственного сырья и пищевых продуктов. Источником загрязнения кадмием пищевых продуктов растительного происхождения являются сточные воды некоторых промышленных предприятий, а также фосфорные удобрения. В районах промышленных выбросов он депонируется в почве и растениях. В растения кадмий поступает за счет корневого поглощения и через листья. У многих сельскохозяйственных культур выявлена чувствительность к кадмию. Под его действием у растений может развиться хлороз, искривления стебля, бурые некротические пятна на листьях и т.д. Однако чаще симптомы начинающегося отравления растений этим металлом не проявляются на внешнем виде растения, а только снижается урожайность. Граница чувствительности к кадмию у зерновых и картофеля лежит в пределах 6…12 мг/кг почвы. При этом по чувствительности к кадмию сельскохозяйственные растения располагаются в следующем возрастающем порядке: томаты, овес, салат, морковь, редис, фасоль, горох и шпинат. Больше всего кадмия откладывается в вегетативных органах растений. Так, в листьях моркови, томатов и овса кадмия откладывается в 25 раз больше, чем в плодах и корнях. Содержание кадмия составляет (в мкг/кг) в растительных продуктах: зерновые 28…95, горох 15…19, фасоль 5…12, картофель

12…50, капуста 2…26, помидоры 10…30, салат 17…23, фрукты 9…42, рас-

тительное масло 10…50, сахар 5…31, грибы 100…500; в продуктах животноводства: молоко 2,4, творог 6,0, яйца 23…250.

В организм человека кадмий поступает в основном с пищей (примерно 80 %), Экспертами ФАО установлено, что взрослый человек с пищей получает в среднем 30 – 150 мкг/сутки кадмия, причем в Европе - 30...60 мкг, в Японии - 30...100 мкг, в кадмиевых геохимических районах - около 300 мкг.

Предельно допустимые концентрации кадмия в основных пищевых продуктах представлены на рис. 3.9.

Печень рыб и Печень рыб и

продукты из неё продукты из неё

0,7

0,7

Сыры, рыба и Сыры, рыба и

рыбные продукты рыбные продукты

0,2

0,2

Соль поваренная, Соль поваренная, творог, зерно,

творог, зерно, крупа

крупа

0,1

0,1

Субпродукты

Субпродукты

0,3

0,3 Шоколад иШоколад и

шоколадные

шоколадные

изделия

изделия

0,5

0,5

Cd

Cd

мг/кг, мг/кг,

не более не более

Хлеб, булочные Хлеб, булочные

и сдобные изделия и сдобные изделия

0,07

0,07

Яйца и яйцепродукты, Яйца и яйцепродукты,

питьевая вода питьевая вода

0,01

0,01

Растительное масло, Растительное масло,

мясо, сахар, мясо, сахар, маргарины

маргарины

0,05

0,05

Рис. 3.9. ПДК кадмия в основных пищевых продуктах

117

Примерно 20 % кадмия поступает в организм человека через легкие из атмосферы и при курении. В одной сигарете содержится 1,5…2,0 мкг Сd.

Количество кадмия, попадающее в организм человека, зависит не только от потребления им содержащих кадмий пищевых продуктов, но и в большой степени от качества его диеты. В частности, достаточное количество железа в крови, по-видимому,тормозит аккумуляцию кадмия. Кроме того, большие дозы витамина D действуют как противоядие при отравлении кадмием.

Большое значение в профилактике интоксикации кадмием имеет правильное питание (включение в рацион белков, богатых серосодержащими аминокислотами, аскорбиновой кислоты, железа, цинка, селена, кальция), контроль за содержанием кадмия (полярографический, атомноабсорбционный анализы) и исключение из рациона продуктов, богатых кадмием.

Всемирная организация здравоохранения считает максимально допустимой величину поступления кадмия для взрослых людей 500 мкг в неделю, то есть ДСП 70 мкг в сутки, а ДСД 1 мкг/кг массы тела.

Мышьяк (Аs)

•В Аргентине наблюдалось хроническое отравление мышьяком,

вызванное потреблением воды, содержащей от 1 до 4 мг/л Аs2О3. Аналогичная ситуация наблюдалась в Чили. Употребление колодезной воды, содержащей 0,6 мг/л мышьяка, привело к локальным хроническим отравлениям на о. Тайвань.

•В Балтиморе была обнаружена территория, где смертность от рака в 4,3 раза выше, чем в городе в целом. Эта полоса окружает бывшую фабрику, производившую в течение 100 лет мышьяк.

•Трагический случай произошел в Японии в 1955 г., когда отравилось более 12 000 детей. Их кормили молочной смесью, в состав которой входило сухое молоко, загрязненное оксидом мышьяка (III). Он случайно попал в фосфат натрия, которым стабилизировали порошок молока. Фосфат натрия являлся отходом при выделении алюминия из боксита, в котором содержалось существенное количество мышьяка. Более 120 детей погибли от потребления смеси через 33 дня при ежедневной дозе Аs203 5 мг.

•Существует также версия об отравлении мышьяком Наполеона Бонапарта. С помощью нейтронно-активационногоанализа волос Наполеона разных периодов его жизни эксперты установили, что содержание мышьяка в них в 13 раз превышает обычную норму для человеческих волос, а отложения мышьяка в растущих волосах совпадали по времени с периодом пребывания Наполеона на острове Святой Елены.

Мышьяк принадлежит к тем микроэлементам, необходимость которых для жизнедеятельности организма не доказана. Мышьяк широко распростра-

118

нен в окружающей среде. Он встречается в природе в элементном состоянии, а также в больших количествах в виде арсенитов, арсеносульфидов и органических соединений. В морской воде содержится около 5 мкг/л мышьяка, в земной коре – 2 мг/кг.

Токсичность мышьяка зависит от его химического строения. Элементный мышьяк менее токсичен, чем его соединения. Арсениты (соли трехвалентного мышьяка) более токсичны, чем арсенаты (соли пятивалентного мышьяка). В целом соединения мышьяка можно расположить в порядке снижения токсичности следующим образом: арсины > арсениты > арсенаты > метиларсоновая и диметиларсоновая кислоты.

Очень высокую токсичность проявляет арсин (АsН3) - очень сильный восстановитель, восстанавливающий различные биогенные соединения. Одна из главных мишеней арсина - гем; он представляет собой яд гемолитического действия.

Арсениты являются тиоловыми ядами, ингибирующими различные ферменты. Они взаимодействуют с тиоловыми группами белков, цистеина, липоевой кислоты, глутатиона, кофермента А, присутствующими в организме, нарушая в конечном итоге цикл трикарбоновых кислот. Кроме того, арсениты влияют на митоз, синтез и распаривание ДНК, что связано с блокированием ими тиоловых групп ДНК - полимеразы.

Арсенаты играют роль фосфатного аналога, легко проникают в клетки по транспортным системам фосфата и конкурируют с фосфатами в процессе окислительного фосфорилирования в митохондриях (ингибируют цитохром и глицеролоксидазы). Арсенаты нарушают протекание одной из фосфорилитических реакций - образование АТФ из АДФ, что приводит к прекращению синтеза АТФ.

Неорганические соединения мышьяка более токсичны, чем органические, накапливающиеся в рыбе. Соединения мышьяка хорошо всасываются в пищеварительном тракте. Выделение их из организма происходит в основном через почки (до 90 %) и пищеварительный канал. Он также может выделяться с грудным молоком и проникать через плацентарный барьер.

По данным ФАО суточное поступление мышьяка в организм взрослого человека составляет 0,45 мг, т.е. около 0,007 мг/кг массы тела. Значительно увеличивается поступление мышьяка в тех случаях, когда в рационе повышен удельный вес продуктов моря. ДСД мышьяка для взрослого человека составляет 0,05 мг/кг массы тела (около 3 мг/сутки).

Ежегодное мировое производство мышьяка составляет приблизительно 50 тыс. т в год, увеличиваясь каждые 10 лет на 25 %. Наиболее мощными источниками загрязнения окружающей среды мышьяком являются атмосферные выбросы электростанций, металлургических производств, медеплавильных заводов и других предприятий цветной металлургии, промышленные сточные воды, мышьяксодержащие пестициды. Мышьяк также используется в производстве хлора и щелочей (до 55 % потребляемого промышленностью количества), полупроводников, стекла,

119

studfiles.net

Описание тяжёлых металлов

Свинец  (Pb) – является одним из самых распространенных в окружающей среде и одним из весьма токсичных элементов, в связи с чем действие его избытка на организм человека изучено наиболее подробно.

История применения его очень древняя, что связано с относительной простотой его получения и большой распространенностью в земной коре. Соединения свинца – Pb3O4  и PbSO4 – основа широко применяемых пигментов: сурика и свинцовых белил. Глазури, которые используются для покрытия керамической посуды, также содержат соединения свинца. Металлический свинец со времен Древнего Рима применялся при прокладке водопроводов. В настоящее время перечень областей его применения очень широк: производство аккумуляторов, электрических кабелей, химическое машиностроение, атомная промышленность, производство эмалей, замазок, лаков, хрусталя, спичек, пластамасс и т.п. В результате производственной деятельности человека в природные воды ежегодно попадает 500–600 тыс. т свинца, а в атмосферу около 450 тыс. т, подавляющее большинство которого оседает на поверхности Земли. Основной источник загрязнения атмосферы – выхлопные газы автотранспорта  (260 тыс. т) и сжигание каменного угля (около 30 тыс. т). В тех странах, где использование бензина с добавлением тетраэтилсвинца сведено к минимуму, содержание свинца в воздухе удалось многократно снизить. Следует подчеркнуть, что многие растения накапливают свинец, который передается по пищевым цепям и обнаруживается в мясе и молоке сельскохозяйственных животных, особенно активное накопление свинца происходит вблизи промышленных центров и крупных автомагистралей.

Свинец попадает в организм человека с пищей. Например, в консервированных в металлической таре плодоовощных продуктах содержание свинца может увеличиваться в 10 раз по сравнению с естественным уровнем. В основном повышение содержания свинца наблюдается в консервах, помещенных в сборную жестяную тару, которая крепится сбоку и с крышкой припоем, содержащим определенное количество свинца. К сожалению, пайка не всегда бывает качественная (образуются брызги припоя). И, хотя консервные банки еще дополнительно покрывают специальным лаком, это не всегда помогает. Имеются случаи, правда довольно редкие (всего 2%), когда в консервах из этой тары накапливается, особенно при длительном хранении, до 3 мг/кг свинца, что уже представляет опасность для здоровья. По этой причине продукты в сборной жестяной таре не рекомендуется хранить более 5 лет. Нельзя хранить и приготавливать пищу в декоративной фарфоровой или керамической посуде (т.е. в посуде, предназначенной для украшения, но не для пищи), поскольку очень часто глазурь, особенно желтого и красного цветов, содержит соли свинца и кадмия, которые легко переходят в пищу. Мощным источником попадания свинца в организм человека является и питьевая вода. Доказано, что повышение содержания свинца в воде обусловливает, как правило, увеличение его концентрации в крови.

Особенно опасны для человека отравления, вызванные органическим соединением свинца – тетраэтилсвинцом Pb(C2H5)4, который представляет собой маслянистую бесцветную жидкость со специфическим резким запахом, более токсичную, чем сам свинец. Тетраэтилсвинец, добавленный в бензин в количестве 0,1% для повышения его октанового числа, при сгорании моторного топлива выбрасывается в атмосферу. Он легко попадает в почву и загрязняет пищевые продукты, поэтому продукты сельского хозяйства, выращенные вдоль автострад, содержат повышенное количество свинца. В зависимости от интенсивности движения эта опасная зона может простираться от 10 до 500 м. Вдоль дорог следует выращивать только лесные породы деревьев. Однако этим иногда пренебрегают и часто вдоль дорог высаживают плодовые деревья, которые дают загрязненные свинцом плоды. В Дании запрещено использование в автомобилях этилированного бензина, и естественный уровень свинца в основных овощных продуктах (картофель, морковь, лук) сократился в 2–3 раза. В США с введением жестких нормативов на выхлопные газы и действенных методов контроля содержание свинца в продуктах с 1970 г. по 1980 г. удалось снизить примерно в 10 раз.

Свинец, как уже говорилось, незаменим во многих отраслях промышленности. Изготовление аккумуляторов для автомобилей, использование содержащих свинец сплавов в типографском деле, производство кабелей и многие другие отрасли промышленности являются потребителями этого элемента. Профессиональные отравления свинцом людей, работающих в этих отраслях, происходят в основном путем ингаляции. Случаи острого отравления в настоящее время встречаются редко. Хронические отравления наблюдаются при вдыхании воздуха с высоким содержанием свинца (например, выхлопные газы), а также при поступлении с пищей и питьевой водой небольших количеств свинца в течение длительного времени. При хронических отравлениях отмечается общая слабость, бледность кожных покровов, боли в животе, «свинцовая кайма» по краям десен, анемия, нарушение функции почек. Отмечены также снижение умственных способностей, агрессивное поведение и другие симптомы. Установлено, что хроническая интоксикация наступает при потреблении 1–8 мг свинца в сутки. Свинец, подобно ртути, обладает кумулятивными свойствами. Отравление свинцом вызывает астено-невротический синдром, анемию, артериальную гипертонию, заболевания желудочно-кишечного тракта, злокачественные образования. Поглощенный свинец содержится в крови и других жидкостях организма, накапливается в костях в виде нерастворимых трифосфатов. Основными мишенями при воздействии свинца являются кроветворная, нервная и пищеварительная системы, а также почки. Свинцовая интоксикация  может приводить к серьезным нарушениям здоровья, проявляющимся в частых головных болях, головокружении, утомляемости, ухудшении сна,  в наиболее тяжелых случаях к параличам, умственной отсталости. В наибольших количествах свинец накапливается, как упомянуто выше  в костях, а также  в печени, почках и поджелудочной железе. Свинец, отложившийся в костях в виде нерастворимого соединения, не оказывает непосредственного ядовитого действия. Однако под влиянием определенных условий запасы его в костях становятся мобильными, свинец переходит в кровь и может вызвать отравление даже в острой форме. К факторам, способствующим мобилизации свинца, относятся повышенная кислотность, недостаток кальция в пище, злоупотребление спиртными напитками. Неполноценное питание, дефицит в рационе кальция, фосфора, железа, пектинов, белков увеличивают усвоение свинца. Выделение свинца из организма происходит через пищеварительный тракт и почки, причем повышенное содержание свинца в моче (более 0,05 мг/л) служит одним из показателей отравления свинцом. Установлено выделение свинца и с женским молоком. Исследованиями, проведенными в США, доказано, что в значительной степени риску свинцового отравления подвержены дети, особенно младшего возраста. Это объясняется тем, что детский организм сорбирует до 40% поглощенного с пищей свинца, в то время как организм взрослого человека – всего от 5 до 10%.

В настоящее время в качестве гигиенического норматива утверждена ПДК свинца в питьевой воде на уровне 0,03 мг/л, а в воздухе так же, как и для ртути, составляет 0,0003 мг/м3. Комитет экспертов ФАО и ВОЗ установил, что допустимый еженедельный прием свинца для человека составляет 3 мг, а ДСД свинца – 0,007 мг/кг. Это основано на данных о токсичности для взрослых людей и на предположении, что поглощается только 10% принятого с пищей свинца. Установленная величина не относится к грудным и маленьким детям, поскольку не известна степень отрицательного воздействия свинца на эту возрастную группу, хотя существует предположение, что в организме детей усваивается 30–40% поступившего свинца. Ежедневное поступление свинца в организм человека с пищей составляет 0,1–0,5 мг, с водой – 0,02 мг. Содержание свинца в различных продуктах таково: фрукты 0,01–0,6, овощи 0,02–1,6, мясо и рыба 0,01–0,78, молоко 0,01–0,1 (мг/кг).

Для определения свинца используют различные методы, чаще методы атомной абсорбции, эмиссионной спектроскопии, рентгеновской флуоресценции. Для анализа продуктов питания на содержание свинца и кадмия используют также метод переменнотоковой  полярографии с ртуным капельным электродом. Для пробоподготовки используется как сухое озоление с добавкой нитрата магния или алюминия и кальция, так и мокрое – смесью азотной и хлорной кислот, применение серной кислоты не рекомендуется.

Ртуть (Hg) по своим свойствам резко отличается от других металлов: в нормальных условиях ртуть находиться в жидком состоянии, обладает очень слабым сродством к кислороду, не образует гидроксидов. Это высокотоксичный, кумулятивный яд. В организм человека может поступать различными способами, например, при производстве хлора электролитическим методом возможно образование сточных вод, загрязненных хлором, ртутью и ее солями. Присутствие в таких водах ртути даже в ничтожно малых концентрациях (менее 0,001%) способствует подавлению и полному прекращению в них всех биологических процессов. Это делает невозможной очистку воды на полях орошения, на сооружениях искусственной биологической очистки и в естественных водоемах. Ртутные соединения, сбрасываемые в водоемы, имеют свойство накапливаться в рыбе, обычно пропорционально ее возрасту и размеру. Особенно велико содержание ртути в хищных рыбах. При этом метилртуть в рыбе составляет от 50 до 90% общей ртути, а кулинарная тепловая обработка снижает содержание ртути в рыбе лишь на 20%. Иногда источником повышенного содержания ртути в продуктах становится зерно, обработанное ртутьорганическими препаратами, такими как гранозан. Этилмеркурхлорид, являющийся действующим веществом гранозана, обладает большой стойкостью, вследствие чего ошибочное использование протравленного им зерна или продуктов из него для пищевых или кормовых целей может привести к тяжелым отравлениям, даже спустя много времени после его переработки. Токсичность зерна в этом случае сохраняется и после многократного промывания его в воде. Из растительных продуктов ртути более всего содержится в какао-бобах, а, следовательно, и в шоколаде (до 0,1 мг/кг), изготовленном на их основе.

Ртуть и ее соединения поражают кроветворную, ферментативную, нервную системы и почки, вызывают множество различных патологических состояний, и вредны в любых количествах. Ртуть относится к числу элементов, постоянно присутствующих в окружающей среде и живых организмах. Содержание ее в организме человека составляет 13 мг. Кодексным комитетом объединенной комиссии ФАО и ВОЗ установлена недельная безопасная доза присутствия общей ртути – 5 мкг, т.е. пять миллионных долей грамма (!) на каждый килограмм массы человеческого тела. Допустимая суточная доза – 0,3 мг, причем не более 0,2 мг в виде метилртути. Допустимая концентрация металлической ртути в воздухе – 0,0003 мг/м3;  для воды хозяйственно-питьевого и культурно-бытового назначения ПДК – 0,0005 мг/л, а для водных объектов рыбохозяйственного назначения – 0,0001 мг/л. Что же касается метилртути, то ее доля еще меньше – всего 3,3 мкг/кг массы тела. Прием 1 г ртутной соли смертелен.

Ртуть, как уже говорилось,  один из самых опасных и высокотоксичных элементов, обладающий способностью накапливаться в растениях, т.е. является ядом кумулятивного действия. Наиболее токсичны алкилртутные соединения с короткой цепью – метил-, этил- и диметил ртуть. Механизм токсичного действия ртути связан с ее взаимодействием  с сульфгидрильными группами белков. Блокируя их, ртуть изменяет свойства или инактивирует ряд жизненно важных ферментов. Неорганические соединения  ртути нарушают обмен аскорбиновой кислоты, кальция, меди, цинка, селена, обмен белков, токоферолов и др.

Метилированная форма ртути из-за большей растворимости в жирах быстрее проходит через биологические мембраны по сравнению с неорганической ртутью. Например, метилированная ртуть легче проникает через плаценту, в результате чего воздействует на развивающиеся эмбрион и плод. Выявлены случаи высокой концентрации метилртути в крови новорожденных, в то время как содержание ртути в материнской крови соответствовало норме. При поступлении в организм из окружающей среды ртуть распределяется по органам и субклеточным структурам. В организме ртутные соединения проникают в различные органы и ткани, но больше всего их обнаруживают в крови, печени, почках и головном мозге. В клетках наблюдается неравномерное распределение ртути: 54% накапливается в растворимой фракции, 30% – в ядерной, 11% – в митохондриальной, 6% – в микросомальной. В крови снижается количество эритроцитов, в печени и почках развиваются дегенеративные изменения. В желудочно-кишечном тракте возникают сильные воспалительные процессы. При остром отравлении ртутными соединениями отмечаются характерный металлический вкус во рту, слюнотечение, боли в деснах, зубах, животе, жидкие выделения из желудка, содержащие кровь. В дальнейшем вследствие поражения почек наступает полное прекращение мочеотделения, в организме накапливаются вредные вещества, усугубляющие тяжелое состояние, что приводит к смертельному исходу через 5–6 дней, а иногда и ранее. Выделение ртути из организма осуществляется различными путями, но очень медленно: через желудочно-кишечный тракт (18–20%), почками (40%), слюнными железами (20–25%) и т.д.

Некоторые сильнодействующие соединения ртути (гранозан, меркуран и другие) длительное время использовали в качестве обеззараживающих средств, например для протравливания семян. Хлорид ртути (II) HgCI2, или сулему, применяли для дезинфекции медицинского инвентаря, лабораторной посуды, поверхностного обеззараживания кожи. Естественно, что при этом не были исключены случаи попадания ее в организм. Использовали растворы с концентрацией от 1:1000 до 1:5000. Однако сулема даже в столь низких концентрациях очень токсична, оказывает повреждающее действие на животные ткани, обладает коррозионными свойствами. Сейчас применение сулемы для дезинфекции строго ограничено. Более эффективными и менее токсичными оказались некоторые органические соединения ртути. Для наружного применения рекомендованы, например, нитрат фенилртути и амидохлорид ртути. Последний применяют в виде 10%-й мази при лечении ран и грибковых поражений кожи. Следует помнить, что применение любых ртутных препаратов требует строгого соблюдения правил предосторожности, поскольку ртуть способна проникать в организм и через кожу.

Защитным эффектом при воздействии ртути на организм обладают цинк и, особенно, селен. Предполагают, что защитное действие селена обусловлено деметилированием ртути и образованием нетоксичного соединения – селено-ртутного комплекса.

В организм человека ртуть поступает в наибольшей степени с рыбопродуктами, в которых ее содержание может многократно превышать ПДК. Мясо рыбы отличается наибольшей концентрацией ртути и ее соединений, поскольку активно аккумулирует их из воды и корма, богатых ртутью. Например, хищные  пресноводные рыбы могут содержать от 107 до 509 мкг/кг, нехищные пресноводные рыбы от 78 до 200 мкг/кг, а океанские нехищные рыбы от 300 до 600 мкг/кг ртути. Организм рыб способен синтезировать метилртуть, которая накапливается в печени. У некоторых видов рыб в мышцах содержится белок – металлотионеин, который с различными металлами, в том числе и со ртутью, образует комплексные соединения, способствуя тем самым накапливанию ртути в организме и передаче ее по пищевым цепям. У таких рыб содержание ртути достигает очень высоких концентраций: рыба сабля содержит от 500 до 20 000 мкг/кг. Для других продуктов характерно следующее содержание ртути (мкг/кг). В продуктах животноводства: мясо – 6–20, печень 20–35, почки 20–70, молоко 2–12, сливочное масло 2–5%; в съедобных частях сельскохозяйственных растений: овощи 3–59, фрукты 10–124, зерновые 10–103; в шляпочных грибах 6–447, в перезрелых до 2000 мкг/кг, причем в отличие от растений в грибах может синтезироваться метилртуть. При варке рыбы и мяса концентрация ртути в них снижается, при аналогичной обработке грибов остается неизменной. Это различие объясняется тем, что в грибах ртуть связана с аминогруппами азотсодержащих соединений, в рыбе и  мясе – с серосодержащими аминокислотами. Потребление человеком рыбы, даже при концентрации в ней ртути 0,8–1,6 мг/кг приводит к отложению в волосах металла до 50 мг/кг, при этом начинают проявляться признаки отравления. Содержание ртути в волосах более 300 мг/кг угрожает жизни человека.

Наилучшие результаты определения ртути дает метод атомной абсорбции с использованием техники низкотемпературного холодного пара. Этот метод является арбитражным.  Для текущих исследований может быть использована колориметрия с иодидом меди (фотометрируют  раствор тетрайодмеркуриата меди). Колориметрия с дитизоном не рекомендуется, так как для большинства продуктов не позволяет определять величины ПДК. Метилртуть определяют методом газожидкостной хроматографии.

Из-за летучести элемента возможны потери даже при хранении и сушке образца. Поэтому  в качестве пробоподготовки рекомендуют только мокрое озоление смесями азотной, серной, иногда хлорной кислот с добавкой перманганата или молибдата при невысоких температурах и в специальной герметичной аппаратуре.

Кадмий (Cd ) – высокотоксичный элемент. Кадмий широко применяется в различных отраслях промышленности. В воздух кадмий поступает вместе со свинцом при сжигании топлива на ТЭЦ, с газовыми выбросами предприятий, производящих или использующих кадмий. Загрязнение почвы происходит при оседании кадмий-аэрозолей из воздуха и дополняется внесением минеральных удобрений: суперфосфата (7,2 мг/кг), фосфата калия (4,7 мг/кг), селитры (0,7 мг/кг). Заметно содержание кадмия в навозе, где он обнаруживается в результате следующей цепи переходов: воздух-почва-растения-травоядное животное-навоз. В определенных условиях ионы кадмия, обладая большой подвижностью в почвах, легко переходят в растения, накапливаются в них и затем поступают в организм животных и человека. Содержание кадмия в растительных продуктах зависит от дозы удобрения полей суперфосфатом. Избыток суперфосфата смывается дождями в реку. Туда же несут его и грунтовые воды. Другой могучий источник кадмия – сточные воды гальванических цехов и производств. Кадмий может появиться и в консервном производстве при использовании жестяной тары (соединение деталей которой осуществляется пайкой) при нарушении технологии пайки, применении случайных припоев или некачественных покрытий. Возможны загрязнения пищи кадмием, применяемым для окрашивания пластмасс.

Содержание кадмия в некоторых продуктах  (в мкг/кг): горох 15–19, картофель 12–50, помидоры 10–30, растительное масло 10–50, грибы 100–500, молоко 2,4. Установлено, что примерно 80 % кадмия поступает в организм человека с пищей, 20% – через легкие из атмосферы или при курении (в одной сигарете 1,5–2,0 мкг кадмия). С рационом получаем до 150 мкг/кг и выше кадмия в сутки. Кадмий может накапливаться в печени рыб до весьма значительного количества. Установлено и большое содержание его в устрицах. Он может накапливаться и в печени животных.

Подобно ртути и свинцу кадмий не является жизненно необходимым элементом. Попадая в организм, кадмий проявляет сильное токсичное действие, главной мишенью которого являются почки. Отмечены канцерогенный, мутагенный и тератогенный эффекты кадмия. ДСД – 1 мкг/кг массы тела. ПДК кадмия в воде  хозяйственно-питьевого и культурно-бытового назначения – 0,001 мг/л, в объектах рыбо-хозяйственного назначения  0,005 мг/кг.

Исследования, проведенные на животных различных уровней организации – от микроорганизмов до млекопитающих, – показали, что соли кадмия обладают мутагенными, тератогенными и канцерогенными свойствами и представляют потенциальную генетическую опасность. Кадмий блокирует работу ряда важных для жизнедеятельности организма ферментов. Кроме того, он поражает печень, почки, поджелудочную железу, способен вызвать эмфизему или даже рак легких. Вредность кадмия усугубляется его исключительной кумулятивностью. В связи с этим даже при незначительном количестве поступающего элемента его содержание в почках или в печени может через некоторое время достигнуть опасной концентрации. Кадмий плохо выводится, и от 50 до 75% его от попавшего количества удерживается в организме. Наиболее типичным проявлением отравления кадмием является нарушение процессов поглощения аминокислот, фосфора и кальция в почках. После прекращения действия кадмия повреждения, вызванные его действием в почках, остаются необратимыми. Учеными доказано, что нарушение процессов обмена в почках может привести к изменению минерального состава костей. Следует заметить, что на токсичность кадмия влияет содержание цинка в пищевых продуктах. При достаточном поступлении цинка в организм токсичность кадмия снижается.

Определяют кадмий в продуктах питания методами атомной абсорбции, полярографии, нейтронной активации.

Мышьяк (As ) – химический элемент из группы неметаллов, содержится в небольших количествах во всех животных и растительных организмах. Мышьяк – высокотоксичный кумулятивный яд, поражающий нервную систему. Попадает в организм с пищей и накапливается главным образом в печени, селезенке, почках и крови (в эритроцитах), а также волосах и ногтях. Этот факт используется в судебной медицине для проведения анализа волос и ногтей при подозрении на отравление мышьяком. Выделяется мышьяк с потом, мочой и другими продуктами обмена веществ.

Разовая доза мышьяка 30мг является смертельной для человека. Хроническая интоксикация наблюдается при потреблении 1–5 мг в сутки. При остром отравлении симптомы его обычно наступают через 20–30 мин. При этом наблюдаются резко выраженные признаки расстройства желудочно-кишечного тракта, чувство жжения и металлического вкуса во рту. Отмечается резкая общая и сердечная слабость, резкое снижение кровяного давления, потеря сознания. Нередко отравление заканчивается летальным исходом. Если пострадавшего удается вывести из тяжелого состояния, у него наблюдаются угнетение центральной нервной системы, изнурительные боли в конечностях. ФАО и ВОЗ установлена недельная безопасная доза – 5 мкг/кг массы тела. Для более токсичных неорганических соединений мышьяка установлена норма 2 мкг/кг массы тела в сутки.

Поступая из желудочно-кишечного тракта, мышьяк и различные мышьяковистые соединения быстро поглощаются тканями организма, особенно печенью. Токсическое действие мышьяка связано с нарушением им окислительных процессов в тканях вследствие блокады ряда ферментных систем организма (блокированием сульфгидрильных групп ферментов, с которыми мышьяк образует стойкие токсические соединения).

Наиболее быстро под влиянием мышьяка разрушается нервная ткань. Долгое время мышьяк считался классическим ядом, и это привело к постоянному ужесточению его ПДК. В многолетних опытах на животных при определении недостатка мышьяка наблюдались неоднократные случаи внезапной смерти от сердечной недостаточности. Кроме того, дефицит мышьяка вызывает задержку роста животных и деформацию их конечностей. Медики установили, что в малых количествах мышьяк оказывает благотворное действие на организм человека: улучшает кроветворение, повышает усвоение азота и фосфора, ограничивает распад белков и ослабляет окислительные процессы. Эти свойства мышьяка используются при назначении с лечебной целью мышьяковистых препаратов. Неорганические препараты (раствор арсената (III) натрия, мышьяковистый ангидрид и др.) назначают при истощении, малокровии, некоторых кожных заболеваниях. В зубоврачебной практике применяют пасту с мышьяковистым ангидридом («белый мышьяк»). Органические препараты мышьяка применяются при лечении возвратного тифа, малярии и ряда других инфекционных заболеваний.

По действующим нормативам содержание мышьяка в продуктах питания не должен превышать 1 мг/кг. Повышенное содержание мышьяка отмечается в рыбе, ракообразных. ДСД – 0,05 мг/кг массы тела. ПДК в воде  хозяйственно-питьевого и культурно-бытового назначения  – 0,05 мг/л.

Арбитражным методом определения мышьяка является колориметрия с диэтилдитиокарбаматом серебра после отгонки мышьяка из гидролизата (или раствора золы) в виде гидрида или трихлорида мышьяка. В последнее время все чаще используется атомно-абсорбционное определение, но оно возможно только после предварительного концентрирования мышьяка в виде гидрида Ash4 и с использованием графитовой кюветы.

Селен (Se) – один из наиболее токсичных элементов таблицы Менделеева. Попадая в организм селен  разрушает стенки мембран эритроцитов. По современным данным, токсическое действие избытка селена  проявляется в нарушении им обмена серы в организме. Селен вытесняет серу из серосодержащих аминокислот – метионина, цистина и др. Наряду с этим отрицательное действие избытка селена зависит от свойственного ему химического сродства с гемоглобином. Селен нарушает функции гемоглобина и снижает уровень тканевого дыхания в организме. Имеются сообщения о канцерогенных свойствах селена для человека и животных. В тоже время селен является компонентом глютатионпероксидазы и других ферментов и рассматривается как необходимый элемент для жизнедеятельности организма. Селен открыт около 20 лет назад и его роль в организме раскрывается в последние годы все шире и глубже. Уже известна роль селена в снижении риска сосудистых заболеваний (особенно кардиомиопатии), повышении сопротивляемости к онкологическим заболеваниям, улучшении кровоснабжения кожи. Особенно эффективен селен в сочетании с витамином Е и β-каротином, с которыми проявляет синергичность, что делает их важными компонентами антиоксидантных программ. Селен помогает в сохранении эластичности тканей, предупреждает появление перхоти.  Селен – антагонист ртути и мышьяка и способен защищать организм от этих элементов и кадмия, в меньшей степени от свинца  и таллия  (в последнем случае особое значение имеет витамин Е), обладает выраженным защитным действием по отношению к сперматозоидам и обеспечивает их подвижность. Селен управляет снижением риска рака кожи, легких, желудка и женских половых органов; а умеренное изменение содержания селена ведет к возникновению чувства тревоги и усталости.

Селен поступает в организм человека из почвы с продуктами растениеводства и животноводства, что определяет зависимость уровня обеспеченности микроэлементом от геохимических условий проживания. Содержание селена в продуктах питания городов России (с учетом привозных продуктов) колеблется в пределах (в мкг/кг): мука  пшеничная – 80–600, мука ржаная – 6–70, крупы – 10–200, хлеб  пшеничный и ржаной (в пересчете на сухую массу) – 60–400 и 50–300 соответственно, говядина – 100–100, колбасы – 60–200, цыплята – 200, рыба 150–450, морепродукты – 300–600, молоко сухое – 10–150, молоко цельное – 10–15, творог, сыры – 100–150, яйца – 100–250. Интересно, что накопителем селена является бледная поганка, очень много селена также  в красном мухоморе. Овощи и фрукты содержат крайне мало селена и являются поэтому плохими источниками микроэлемента для человека. Отдельные органы животных (особенно печень, почки) могут накапливать микроэлемент в высоких концентрациях.  

ПДК в воде  хозяйственно-питьевого и культурно-бытового назначения – 0,001 мг/л.

Алюминий (Al) – элемент, который с недавних пор обнаруживает неприятные для человека свойства. Например, проведенные в Англии исследования показали наличие связи между содержанием алюминия в питьевой воде и болезнью Альцгеймера (дегенерация нервных клеток). Алюминий нашел широкое применение в технике и в быту. Поставщиками алюминия в организм человека является алюминевая посуда, если она контактирует с кислой или щелочной средой, причем содержание алюминия может увеличиться в продуктах  почти два раза; вода, которая обогащается ионами алюминия при обработке ее сульфатом алюминия на очистительных станциях. Не следует злоупотреблять содержащими гидрооксид алюминия лекарствами (например, понижающими кислотность желудочного сока).

При нарушении деятельности почек происходит накапливание алюминия, сопровождающееся ростом хрупкости костей, развитием различных форм анемии, что связано с нарушением метаболизма  кальция, магния, фосфора и фтора. Кроме того, были обнаружены и более грозные проявления токсичности алюминия: нарушения речи, провалы в памяти, нарушение ориентации. Все это позволяет приблизить «безобидный», считавшийся нетоксичным  до недавнего времени алюминий, к «мрачной тройке» супертоксикантов: ртуть, свинец, кадмий.

Для определения алюминия может быть использована колориметрия с ауринтрикарбоновой кислотой, 8-оксихинолином, алюминоном или эриохромцианом. Однако в последнее время алюминий чаще всего определят методом атомной абсорбции. Подготовку пробы осуществляют только мокрым озолением.

Хром (Cr)   часто относят к вероятно необходимым организму элементам. Его токсическое действие было установлено в 1826 г. Gmelin C.G. вскоре после открытия этого металла, а жизненно важная необходимость для животного организма доказана только в 1956–1957 гг. в опытах K.Schwarz и W.Mertz.  Хром может защитить от клинически выраженного диабета, путем усиления способности организма регулировать содержание сахара в крови; создание запасов хрома может помочь в преодолении стресса и расщеплении избыточного жира. Безусловно доказана незаменимость трехвалентного хрома  (содержание которого преобладает перед другими его формами в продуктах питания) в процессах обмена углеводов, липидов, утилизации глюкозы в организме. Хром усиливает эффект действия инсулина в периферических тканях организма человека. Дефицит хрома проявляется у подопытных животных угнетением роста и признаками нарушения обмена глюкозы, что приводит к развитию симптомов диабета.

С другой стороны  хром известен как мутагенный и канцерогенный металл, что и  обусловило его рассмотрение в разделе «Токсичниые элементы». Сам хром и его трехвалентные соединения малотоксичны. Неорганические соединения минимально проходят сквозь кишечный барьер и с трудом проникают в клетки, поэтому Cr (III) фактически нетоксичен и немутагенен. Хроматы в больших дозах токсичны. Наиболее ядовиты соединения шестивалентного хрома. Они характеризуются раздражающим и прижигающим действием на слизистые оболочки и кожу, вызывая их изъязвления. Хром, поступая через дыхательные пути и кожу, может накапливаться в печени, почках (повреждаются почечные канальца), эндокринных железах. В отличие от цинка и меди, хром очень медленно выводится из организма. При незначительных концентрациях хрома в воздухе возникает раздражение слизистой оболочки верхних дыхательных путей, что вызывает насморк, першение в горле, сухой кашель. При более высоких концентрациях могут появиться кровотечения из носа и даже разрушение носовой перегородки. Наряду со специфическим действием на слизистые оболочки соединения хрома обладают общетоксическим действием, поражая желудочно-кишечный тракт. Хронические отравления хромом сопровождаются головными болями, снижением массы тела, поражением почек. Организм приобретает большую склонность к воспалительным и язвенным изменениям желудочно-кишечного тракта и катаральному воспалению легких.

В растениях обнаруживается следующее количество хрома (мкг/кг): во фруктах – 0–200, овощах – 0–360, злаках – 10–520, в молоке – 10, мясопродуктах – 20–560, морепродуктах – 10–440. Суточное потребление хрома с пищей в США колеблется от 10 до 100 мкг. Усваивается он примерно на 10%. Этот элемент выделяется из организма преимущественно с мочой, хорошо накапливается в волосах, где его обычно содержится 2 мкг/г.

ПДК в воде, хозяйственно-питьевого и культурно-бытового назначения  – Cr3+ – 0,5 мг/л; Cr+6 – 0,05 мг/л.

Исследуют хром разнообразными физико-химическими и физическими методами: эмиссионная спектроскопия, атомная абсорбция, нейтронная активация, фотометрически с дифенилкарбазидом.

Олово (Sn ) – элемент средней токсичности. Наблюдались случаи массового отравления при потреблении различных соков с содержанием олова 300–500 мг/кг. В консервированных продуктах, особенно в присутствии нитратов, содержание олова из-за жестяной коррозии при длительном хранении может достичь величины, опасной для здоровья.

В разделе «Минеральные вещеста» были рассмотрены важнейшие макро- и микроэлементы, потребность в них и отрицательное влияние на организм. Завершая рассмотрение токсичных элементов, представляется полезным указать причины дефицита и избытка как токсичных, так и жизненно необходимых и вероятно или условно необходимых макро- и микроэлементов.

Причины дефицита и избытка макро и микроэлементовРадиоактивное загрязнение продуктов питанияДиоксиныПолициклические ароматические углеводородыТоксичность пестицидов, методы определенияНитраты, определениев продуктахЗагрязняющие вещества в продуктах питанияВредные вещества в кофе и чае



biofile.ru

Загрязняющие вещества 1 класса опасности - Челябинский гидрометеоцентр

Главная> Мониторинг среды> Загрязняющие вещества> Загрязняющие вещества 1 класса опасности

Хром.

 

Хром – элемент VI группы периодической системы Менделеева.

Содержание в природе.

Хром – элемент с глобальным рассеянием. Содержание в земной коре составляет 8,3х10-3%, однако в элементарном состоянии в природе не встречается. Содержание хрома в виде соединений в аэрозолях над континентами составляет 240-310х10-4%.

В растительных и животных организмах встречается в следовых количествах. Избыток хрома в почвах вызывает различные заболевания у растений.

Присутствие хрома в почвах (до 50-70 мг/кг сухой почвы) обуславливает его передвижение по пищевой цепочке: почва-растение-животное-человек. Это будет приводить к увеличению поступления хрома в организм человека с пищевыми продуктами.

 

Антропогенные источники поступления в окружающую среду.

Основными источниками хрома и его соединений в атмосферу являются выбросы предприятий, где добывают, получают, перерабатывают и применяют хром и его соединения. Активное рассеяние хрома связано с сжиганием минерального топлива, главным образом, угля. Значительные количества хрома поступают в окружающую среду с промышленными стоками.

 

Влияние на живые организмы.

Токсичность соединения хрома находится в прямой зависимости от его валентности: наиболее ядовиты соединения хрома (VI), высокотоксичны соединения хрома (III), металлических хром и его соединения (II) – менее токсичны.

Независимо от пути поступления в первую очередь поражаются почки. Также страдают функции печени и поджелудочной железы. Хром обладает канцерогенным эффектом, поражает ЦНС, оказывает повреждающее действие на репродуктивную функцию.

Хром относится к веществам 1 класса опасности.

 

Кадмий.

Кадмий – химический элемент II группы периодической системы Менделеева, металл. Кадмий – редкий и рассеянный элемент с кларком литосферы 1,3х10-5% по массе.

 

Источники загрязнения и поведение в окружающей среде.

В окружающей среде кадмий рассеивается человеком вместе с минеральными удобрениями (входит в состав суперфосфата) и фунгицидами.

Кадмий является спутником цинка и всегда присутствует в изделиях, содержащих цинк.

В атмосферу кадмий может попадать при сжигании изделий из пластмассы, куда он добавляется для прочности и в составе красителей.

Среднее содержание кадмия в каменноугольной золе невелико, примерно 5 г на 1 тонну. Тем не менее, он попадает в атмосферу и в процессе сжигания топлива.

Кадмий включается в состав гумуса, поглощается, накапливается и надолго удерживается продуктивным почвенным горизонтом, который играет по отношению к нему роль геохимического барьера.

 

Влияние на здоровье человека.

Пары кадмия, все его соединения токсичны, что связано с его способностью связывать серосодержащие ферменты и аминокислоты. Кадмий – кумулятивный яд, он способен накапливаться в организме. Период полужизни кадмия в организме составляет 10 лет. Токсический эффект от кадмия у человека и животных возникает при его содержании в почве в количестве 3 мг/кг, в биомассе растений не менее 0,4 мг/кг.

Кадмий способен повышать кровяное давление. Он обладает канцерогенным эффектом. Кадмий накапливается в почках, в течение человеческой жизни его содержание может увеличиваться в 100-1000 раз.

Кадмий попадает в организм человека и в процессе курения. Растение – табак активно аккумулирует кадмий, который затем попадает в организм курильщика. В одной сигарете содержится 0т 1,2 до 2,5 мкг кадмия. Из них в легких курильщика оседает 0,1-0,2 мкг, остальное - рассеивается в атмосферном воздухе. По подсчетам ученых от курящих по всему миру людей может выделяться до 11,4 тонн кадмия в год.

Класс опасности вещества – 1.

 

Бенз(а)пирен.

 

Бенз(а)пирен (БП) – представитель семейства полициклических ароматических углеводородов. Молекулярная формула – С20Н12 (5 бензольных колец соединены 3:2). Температура плавления 179°С, температура кипения - 495°С. Хорошо растворим в маслах, жирах, сыворотке человеческой крови. Класс опасности – 1, ПДКСС= 10-7 мг/м3.

Образуется при сгорании углеводородного жидкого, твердого и газообразного топлива (в меньшей степени при сгорании газообразного).

 

Источники техногенного загрязнения.

Бенз(а)пирен входит в состав нефтяного мазута, сланцевых и каменноугольных смол, образуется при высокотемпературных процессах термической переработки органического сырья, на предприятиях, использующих каменноугольные пеки, битумы, масла, по производству резиново-технических изделий, при переработке сельскохозяйственных культур, в процессе произрастания которых использовались некоторые виды инсектицидов и гербицидов. Особенно большое количество БП поступает от мелких котельных: сжигание в них всех видов топлива сопровождается эмиссией большего количества полициклических ароматических углеводородов (ПАУ), чем на крупных ТЭЦ и ТЭС, при одинаковой норме расхода топлива. Глобальные выбросы БП при сжигании топлива на ТЭС составляют 2,6 тыс. тонн в год, в процессе промышленного производства 1 тыс. тонн в год, при сжигании отходов 1,3 тысяч тонн в год.

Присутствует в газообразных отходах промышленности, выхлопах автомобилей (бензиновых и дизельных), в табачном дыме, в продуктах сгорания пищи. До 40% выбросов бенз(а)пирена приходится на черную металлургию, 26% - бытовое отопление, 16% - химическая промышленность. Следует отметить, что немаловажным источником выбросов сажи, содержащей БП, является железнодорожный автотранспорт.

 

Поведение в окружающей среде.

В окружающей среде накапливается преимущественно в почве, меньше в воде. Из почвы поступает в ткани растений и продолжает свое движение дальше по трофической цепи, при этом на каждой ее ступени содержание БП в природных средах возрастает на порядок. Под воздействием ультрафиолетового излучения вступает в реакцию с оксидами азота, образуя токсичный смог.

 

Для содержания в атмосфере БП характерна резко выраженная сезонность его изменений. Чем больше амплитуда повторяемости неблагоприятных для рассеивания примесей метеорологических условий, тем больше амплитуда изменений средних месячных концентраций БП. При этом в зимнее время концентрации БП в несколько раз выше, чем летом, поскольку летом под действием УФ-излучения БП разрушается.

Анализ данных о содержании БП в атмосфере городов с преобладанием предприятий определенных отраслей промышленности показывает, что наибольшие уровни загрязнения, превышающие средние по всем городам, отмечаются в городах, где основным источником выбросов БП являются предприятия черной металлургии и алюминиевой промышленности. Повышен уровень загрязнения БП также в городах с крупными ТЭЦ и котельными, в которых используется для отопления твердое топливо, особенно в районах высокого потенциала загрязнения атмосферы (ПЗА), где в течение холодного периода часто сохраняются условия застоя воздуха. При большом количестве мелких котельных, труб печного отопления уровни загрязнения особенно велики.

БП поступает в атмосферу с частицами сажи. Во всех городах в саже содержится примерно 1-2% БП.

 

Влияние на организм человека.

Бенз(а)пирен – канцерогенное вещество, 1 класса опасности, которое расценивается медиками как однозначно провоцирующее раковые заболевания. Вещество имеет хорошую проникающую способность в клетки живых организмов. Человек может получить его не только через кожу, но и через дыхательные пути и с пищей. БП обладает способностью накапливаться в живых организмах, провоцируя в дальнейшем онкологические заболевания. В организме бенз(а)пирен частично окисляется, давая производные фенольного и хинонного типа, также обладающими мутагенной активностью, а частично выводится из организма в неизменном виде.

Всемирной организаций здравоохранения (ВОЗ) установлено среднегодовое значение концентрации бенз(а)пирена в атмосферном воздухе, равное 0,001 мкг/м3, выше которого могут наблюдаться неблагоприятные последствия для здоровья человека, в том числе увеличение количества случаев заболевания злокачественными новообразованиями.

 

Свинец.

Источники техногенного загрязнения.

Загрязнение окружающей среды свинцом и его соединениями предприятиями промышленности определяется спецификой их производственной деятельности. Это непосредственное производство свинца и его соединений, попутное извлечение свинца из других видов сырья, содержащих свинец в виде примеси, использование свинца в производстве различной продукции и т.д.

Наибольшие выбросы свинца в атмосферу происходит в следующих отраслях производства:

- металлургическая промышленность. Причем на долю цветной металлургии приходится 98% от общего выброса данной промышленности;

- топливно-энергетический комплекс. Загрязнение среды обусловлено производством этилированных бензинов;

- химический комплекс. Выбросы связаны с производством пигментов, сиккативов, специальных стекол, смазок, антидетонационных присадок к автомобильным бензинам, полимеризацией пластмасс и др.;

- стекольные предприятия;

- консервное производство;

- деревообрабатывающая и целлюлозно-бумажная промышленность

- предприятия оборонной промышленности;

- машиностроение. Точнее производство аккумуляторов. По экспертным оценкам, на свалках, транспортных площадках и других местах на всей территории России в настоящее время находится до 1 млн. т свинца в отработавших свой срок аккумуляторах. На свалках или установках для компостирования аккумуляторы разлагаются, при этом в почву и подземные воды попадает большое количество свинца. При рециклинге также происходит загрязнение окружающей среды, особенно пылью, содержащей свинец. При изготовлении свинцовых аккумуляторов образуются значительные количества пылевидных частиц, содержащих соединения свинца.

- автотранспорт, использующий свинец-содержащий (этилированный) бензин. На передвижные источники загрязнения в отдельные годы приходилось свыше 70% суммарных выбросов свинца.

 

Миграция свинца в окружающей среде.

За последние десятилетия уровень концентрации свинца в природе все более повышается вследствие антропогенных нагрузок. Наиболее высокая концентрация свинца в атмосферном воздухе, как правило, наблюдается в зимний период, что связано с дополнительными выбросами в атмосферу продуктов сжигания топлива. Неблагоприятные метеорологические условия в этот период года также способствуют накоплению свинца в нижних слоях атмосферы.

Из атмосферы в почву свинец попадает чаще всего в форме оксидов, где постепенно растворяется, переходя в гидроксиды, карбонаты или форму катионов. Если почва прочно связывает свинец, это предохраняет от загрязнения её грунтовые и питьевые воды, растительную продукцию. Но тогда сама почва постепенно становится все более зараженной и в какой-то момент может произойти разрушение органического вещества почвы с выбросом свинца в почвенный раствор. В итоге такая почва окажется непригодной для сельскохозяйственного использования. Общее количество свинца, которое может задержать метровый слой почвы на 1 гектаре, достигает 500-600 тонн. Такого количества свинца даже при очень сильном загрязнении в обычной обстановке не бывает. Почвы песчаные, малогумусовые устойчивы против загрязнения; это значит, что они слабо связывают свинец, легко отдают его растениям или пропускают через себя с фильтровыми водами.

В слое глубиной до 5 см свинец накапливается более интенсивно, чем медь, молибден, железо, никель и хром.

Воды рек выносят в год 17-18 тыс.т свинца, что примерно в 200 раз меньше количества выплавляемого металла.

 

Влияние ионов свинца на живые организмы.

Вследствие глобального загрязнения окружающей среды свинцом, он стал вездесущим компонентом любой растительной и животной пищи и кормов. Растительные продукты в целом содержат больше свинца, чем животные.

Причиной летнего листопада часто является высокое содержание свинца в воздухе. Но, концентрируя свинец, деревья тем самым очищают воздух. В течение вегетационного периода одно дерево обезвреживает соединения свинца, содержащиеся в 130 л. бензина. Наименее восприимчивым к свинцу является клен, а наиболее восприимчивы: орешник и ель. Сторона деревьев, обращенная к автомобильным магистралям, на 30-60% “металличнее”. Хвоя ели и сосны обладает свойствами хорошего фильтра по отношению к свинцу. Она его накапливает и не обменивает с окружающей средой.

Отмечена интересная особенность растений – в различных своих частях накапливать различное количество свинца. Например, салат и сельдерей в листьях накапливают значительно больше свинца, чем в корнях, а морковь и одуванчик – наоборот. Активно накапливается свинец в капусте и корнеплодах, причем именно в тех, которые повсеместно употребляются в пищу; например, картофель.

Свинец необходим живым организмам в ничтожно малых количествах (как микроэлемент). Растительность суши вовлекает в биологический круговорот ежедневно 70-80 тыс. т свинца. Содержание его в растениях обычно не значительные: примерно 1-2 тысячных долей % от веса золы. Верхний порог концентраций свинца для растений пока не установлен.

Накопление свинца ведут интенсивно грибы, мхи и лишайники и доводят его концентрацию до 64,76 частей на миллион соответственно.

 

Влияние на организм человека.

Свинец по своему воздействию на организм человека относится к веществам 1 класса опасности. Главным источником, из которого свинец попадает в организм человека, служит пища, наряду с этим важную роль играет вдыхаемый воздух, а у детей также заглатываемая ими свинецсодержащая пыль. Вдыхаемая пыль примерно на 30-50% задерживается в легких, значительная доля её всасывается током крови. Всасывание в желудочно-кишечном тракте составляет в целом 5-10%, у детей – 50%.

Биологический период полураспада свинца в костях – около 10 лет. Количество свинца, накопленного в костях, с возрастом увеличивается, и в 30-40 лет (фаза насыщения) у лиц, по роду занятий не связанных с загрязнением свинца, составляет 80-200 мг. Свинец влияет на нервную систему человека, что приводит к снижению интеллекта, вызывает изменение физической активности, координации слуха, воздействует на сердечно-сосудистую систему, приводя к заболеванию сердца. Это оказывает негативное влияние на состояние здоровья населения и в первую очередь детей, которые наиболее восприимчивы к свинцовым отравлениям. Свинец активно влияет на синтез белка, энергетический баланс клетки и её генетический аппарат. Многие факты говорят в пользу денатурационного механизма действия. Свинец нарушает синтез порфиринов и гема, угнетая ряд ферментов, учавствующих в обмене порфиринов. Свинец подавляет также активность SH - содержащих ферментов, холинэстеразы в мембранах эритроцитов. Свинец вызывает заметное отклонение в липоидном обмене – повышается содержание общего и не связанного с белками холестерина. Считают, что свинец предрасполагает к развитию атеросклероза.

Все соединения свинца действуют, в общем, сходно; разница в токсичности объясняется в основном неодинаковой растворимостью их в жидкостях организма, в частности в желудочном соке; но и труднорастворимые соединения свинца подвергаются в кишечнике изменениям, в результате чего их растворимость и всасываемость сильно повышаются. Свинцовые белила, сульфат и оксид свинца токсичнее других соединений.

 «назад»

www.chelpogoda.ru


Смотрите также