Токсикологическая химия

 

Полученную после минерализации жидкость, в которой металлы находятся в виде сернокислых солей, разбавляют водой до определенного объема в мерной колбе (200мл) и используют для проведения качественного анализа "дробным" методом и количественного определения.

 

 

 

3.3.2. Методика изолирования металлических ядов из биологического материала общим методом минерализации

 

100 г биологического объекта  в колбе Къельдаля заливают 75 мл окислительной смеси (кислоты  серной концентрированной, кислоты  азотной концентрированной, воды  дистиллированной в соотношении 1:1:1). Колбу закрепляют в штативе вертикально на расстоянии 1-2 см от асбестовой сетки. Над колбой помещают капельную воронку с разбавленной азотной кислотой (1:1). Колбу осторожно взгревают на плитке, добавляя при необходимости (потемнение жидкости) разбавленную азотную кислоту (1:1) по каплям до просветления жидкости. Концом минерализации считается момент, когда в колбе остается 15-20 мл бесцветной или окрашенной жидкости, которая не темнеет в течение 30 минут при постоянном нагревании, без добавления кислоты азотной. Охлажденный минерализат осторожно выливают в химический стакан, содержащий 30 мл дистиллированной воды, колбу Къельдаля ополаскивают два раза дистиллированной водой по 10мл и присоединяют промывные воды к разбавленному минерализату. Разбавление минерализата способствует затем более легкому протеканию процесса денитрации.

 

В маленькой фарфоровой чашке в 2-3 каплях концентрированной кислоты серной растворяют 2-3 кристалла дифениламина и к полученному бесцветному раствору прибавляет одну каплю разбавленного минерализата. В случае появления сине-голубого окрашивания проводят денитрацию раствора.

     Дифениламин

Стакан с содержимым ставят на плитку, нагревают до кипения и вносят одну каплю формалина; кипятят 10 минут и вновь проделывают реакцию дифениламином.

 

Химизм денитрации:

4 HNO2  +  2 H2CO   ®   2 NO  +  N2  +  2 CO2  +  4 H2O

 

 

 

4 HNO3  +  3 H2CO   ®   4 NO  +  3 CO2  +  5 H2O

 

 

 

4 HNO3  +  5 H2CO   ®   2 N2  +  5 CO2  +  7 H2O

 

В случае отсутствия голубого окрашивания в результате реакции с дифениламином жидкость кипятят до исчезновения запаха формалина, охлаждают, количественно переносят в мерную колбу на 200 мл и доводят водой очищенной до метки. Жидкость из мерной колбы переносят в чистую сухую склянку и используют для обнаружения катионов (100 мл) и количественного определения (100 мл). Если при разбавлении минерализата водой выпадает осадок, то независимо от того, проводилась денитрация или нет, жидкость в стакане нагревают до кипения, кипятят 10 минут и оставляют стоять на сутки для получения более плотного осадка. На второй день белый кристаллический осадок отфильтровывают через плотный фильтр

 

В осадке после проведения минерализации могут находиться нерастворимые в воде сульфаты бария, свинца и кальция. Химико-токсикологический интерес представляют только барий и свинец, которые необходимо до обнаружения разделить.

 

Для этого осадок отфильтровывают через плотный фильтр, промывают 2 – 3 раза водой очищенной и присоединяют промывные воды к фильтрату, доводя его до метки в мерной колбе.

 

Осадок на фильтре 2 раза промывают водой, подкисленной 1 % раствором кислоты серной. Промывные воды отбрасывают. Затем осадок на фильтре многократно обрабатывают 5 мл горячего насыщенного раствора аммония ацетата, подкисленного кислотой уксусной (каждый раз нагревая фильтрат).

 

PbSO4  +  2 CH3COONH4   ®   (CH3COO)2Pb  +  (NH4)2SO4

 

     Этот, второй фильтрат, исследуют на ионы свинца, а осадок на фильтре  –  на ионы бария.

 

3.4. ДРОБНЫЙ МЕТОД  АНАЛИЗА «МЕТАЛЛИЧЕСКИХ ЯДОВ»

Теоретические основы дробного метода анализа в аналитической химии были разработаны профессором Н.А.Тананаевым в 30-е годы прошлого века. Для целей судебно-химического анализа дробный метод разработала и внедрила А.Н.Крылова. Дробный метод полностью вытеснил ранее применявшийся систематический сероводородный метод.

 

Дробный метод предусматривает определение одних ионов металлов в отдельных небольших порциях исследуемого раствора в присутствии других без их предварительного разделения на группы, что достигается использованием соответствующих аналитических приемов и проведением анализа по определенной схеме, в которой обозначена последовательность обнаружения ионов.

 

Обнаружение искомых ионов дробным методом проводится в 2 этапа: вначале устраняется влияние мешающих ионов с помощью соответствующих приемов и реактивов, а затем, на втором этапе - прибавляют реактив, дающий какой-либо аналитический сигнал (окраску, осадок и др.) с открываемым ионом.

 

Дробный метод анализа особенно удобен в случаях с «лимитированными заданиями», т.е. когда задача эксперта ограничена заданием провести исследование только на определенные ионы или исключить тот или иной ион. Таким образом, дробный метод вполне удобен и экономичен, как нельзя лучше подходит для решения практических задач судебно-химической экспертизы.

 

Специфические особенности судебно-химического анализа на металлические яды:

 

1.     Необходимость выделения  из большого количества биологического  объекта малых количеств (мг-мкг) веществ, которые могли послужить  причиной отравления.

 

2.     Необходимость исследования на сравнительно большую группу ядов (13 элементов), обладающих некоторой общностью химических свойств (d-элементы).

 

3.     Специфический характер  объектов исследования. Ими чаще  всего являются внутренние органы  трупа, которые могут содержать в качестве естественных почти все химические элементы, известные как «металлические яды» (за исключением Ba, Bi, Sb, Tl). Поэтому всегда встает вопрос о количественном определении. Данные количественного анализа позволяют судебно-медицинским экспертам решать вопрос, являются ли найденные металлы введенными в организм или естественно содержащимися.

 

Учитывая специфические особенности судебно-химического анализа А.Н.Крылова при разработке дробного метода предъявила ряд требований, чтобы анализ был достаточно быстрым, надежным и экономичным:

 

1.           Должна  быть возможность сочетания качественного  и количественного определения  в одной навеске исследуемого  органа на все токсикологически  важные элементы (за исключением  ртути, которая определяется в  отдельной навеске навеске специфическим деструктивным методом).

 

2.           Должна  быть обеспечена высокая доказательность  и надежность метода. Это достигается  применением, как правило, не одной, а, по меньшей мере, двух реакций: основной и подтверждающей. В качестве основных чаще всего используются жидкофазные реакции образования окрашенных комплексов с различными реагентами, извлекаемых в слой органического растворителя (дитизонатов, диэтилдитиокарбаминатов, комплексов с 8-оксихинолином, красителями трифенилметанового ряда и др.). Большинство подтверждающих реакций - микрокристаллоскопические или осадочные.

 

3.           Реакции  должны быть высоко специфичными, чтобы определять катион в  присутствии других. Однако абсолютно  специфичных реакций очень мало, поэтому необходимо создавать селективные условия и устранять мешающее влияние посторонних ионов. Для этого разработаны следующие приемы:

 

- маскировка мешающих ионов. Осуществляется  путем введения комплексообразователей, применения окислительно-восстановительных реакций и др.;

 

-строгое соблюдение определенных  значений рН среды при проведении  реакций;

 

-селективная экстракция металлов  в органический растворитель  в виде комплексов или ионных  ассоциатов с последующей реэкстракцией  ионов металлов в водную фазу.

 

4.           Реакции  должны быть высокочувствительны, но не должны открывать естественно  содержащиеся количества элементов. Поэтому для выполнения реакций  на отдельные катионы объем  минерализата строго лимитирован. Кроме того, применяют прием разбавления  минерализата до пределов чувствительности реакции. При этом снижается влияние мешающих ионов и концентрация кислот, исключается обнаружение большинства естественно содержащихся элементов.

 

5.           Методики, разработанные для обнаружения  «металлических ядов» быть простыми, доступными, а их проведение не требовать больших затрат времени на анализ, и дорогостоящего оборудования и реагентов.

 

Таким, образом, А.Н.Крылова рассматривает дробный метод обнаружения «металлических ядов» как сумму отдельных наиболее характерных и чувствительных реакций на катионы. Дробный метод разработан на 13 наиболее важных в токсикологическом отношении элементов. Он обязательно сочетается с параллельно проводимым частным методом обнаружения и количественного определения иона ртути после деструкции отдельной навески биоматериала.

 

При составлении схемы проведения дробного анализа необходимо учитывать ограниченную специфичность отдельных реакций:

 

1.     Чувствительность реакций  на хром и марганец снижается  при большом количестве в минерализате хлорид-ионов, поэтому исследование на хром и марганец рекомендуется проводить до осаждения Аg в виде АgCl с помощью NaCI.

 

2.     Обнаружению мышьяка  мешает присутствие в минерализате  катионов сурьмы, в связи с  чем исследование на сурьму  предшествует анализу на мышьяк.

 

3.     Большие количества  меди мешают обнаружению сурьмы  по реакции образования её  сульфида Sb2S3 (черный осадок CuS маскирует  оранжевую окраску Sb2S3). Следовательно, в ряду катионов по схеме  дробного анализа медь должна  стоять раньше сурьмы.

 

Для повышения надежности обнаружения «металлических ядов» А.Н. Крылова предлагает определенный порядок их анализа в минерализате. А именно: свинец, барий, марганец, хром, серебро, медь, сурьма, таллий, мышьяк, висмут, кадмий. Параллельно проводится анализ на ртуть после  деструкции отдельной навески органов (печень, почки).

3.4.1.Маскировка ионов в дробном  анализе

Маскировка является одной из важнейших операций в дробном анализе.

 

Маскировкой называется процесс устранения влияния мешающих ионов находящихся в сложной смеси, для обнаружение искомых ионов. При маскировке мешающие ионы переводят в соединения, которые теряют способность реагировать с реактивами на искомые катионы. С целью маскировка используют следующие приемы: переводят мешающие ионы в устойчивые комплексы, изменяют валентность металлов при помощи окислителей и восстановителей, изменяют рН среды и др.

 

Основной способ маскировки в ХТА - комплексообразование. Для использования этого приема подбирается такой реактив, который с мешающими ионами образует бесцветные прочные комплексы, не способные реагировать с основным реактивом на искомый ион. Например, обнаружению ионов кадмия по реакции с сероводородом осадок CdS имеет ярко-желтую окраску) мешают ионы меди (осадок CuS имеет черное окрашивание). Для маскировки ионов меди прибавляют раствор цианида щелочного металла, при этом образуется бесцветный комплексный ион

 

[Сu (CN)4]2-. Реакция меди с сероводородом  не пойдет.

 

Можно использовать и обратный прием - демаскировку ионов - это процесс освобождения ранее замаскированных ионов от маскирующих реагентов. В основном она осуществляется разложением полученных комплексных соединений. В результате ранее замаскированные ионы восстанавливают способность вступать в реакции с соответствующими реактивами.

 

Для маскировки в дробном анализе применяют следующие реактивы:

 

1.     Цианиды (CN-)- образуют  комплексы с Со, Сu, Zn, Fe, Cd, Hg, Ag. Цианиды  применяются достаточно широко, при необходимости можно легко  провести демаскировку ионов. Главное  требование: их нельзя прибавлять к кислым растворам, т.к. может произойти разложение солей с выделением легко летучей синильной кислоты.

 

2.     Фосфаты (PO43-) - применяются  для связывания ионов Fe (III) при  исследовании на Мn, Сr, Си.

 

3.     Тиосульфаты(S2O82-) - применяются для маскировки ионов Cd (II) при анализе на Zn, a также Ag, Pb, Fe (III),Cu и др. ионы.

 

4.     Тиомочевина((NH2)CS) - применяется  для маскировки ионов Bi, Fe (III), Sb, Hg, Ag и др., с которыми образует  прочные внутрикомплексные соединения.

 

5.     Используются также фториды, трилон Б, кислота лимонная и её соли цитраты, кислота винная и её соли тартраты и др. комплексообразователи.

 

6. Гидроксиламин и кислота аскорбиновая используются для маскировки как восстановители.

3.4.2.Применение органических реагентов в дробном анализе

"металлических ядов"

 

В дробном методе анализа широко применяются различные органические реагенты: диэтилдитиокарбаминаты натрия и свинца (в анализе на катионы меди, цинка, кадмия, висмута), дитизон (в анализе на катионы свинца, таллия, цинка, серебра, ртути), 8-оксихинолин (в анализе на катион висмута), малахитовый зеленый из группы трифенилметановых красителей (при анализе на катионы сурьмы и висмута), дифенилкарбазид (при анализе на катион хрома), тиомочевина (при анализе на катион висмута) и др. В основном, образуются окрашенные комплексные соединения или ионные ассоциаты. Ионные ассоциаты (ионные пары) представляют собой неполностью диссоциированные солеобразные соединения, образующиеся в результате ассоциации противоположно заряженных ионов, при этом характер связи колеблется от ионной (электростатической) до ковалентной.