Методика изолирования металлических ядов

Первый метод минерализации биологического материала при химико-токсикологических исследованиях с использованием в качестве окислителя кислоты азотной концентрированной предложил русский ученый Нелюбин А.П. Этот метод сыграл большую роль в развитии химико-токсикологического анализа. Однако разрушение биологического материала при нагревании с конц. HNO3 требует большой затраты времени, реагент слабо окисляет жиры. В дальнейшем в качестве окислителя использовалась кислота серная концентрированная, действующая одновременно и как дегидратирующий агент. Однако, этот процесс тоже был весьма продолжительным по времени, и в процессе минерализации образовывались неразлагающиеся обуглившиеся остатки. Для устранения этих недостатков в 1821 году М.Ж.Орфила предложил применять смесь концентрированных серной и азотной кислот. Этот метод был модифицирован и применен для целей химико-токсикологического анализа в 1908 году П.К.Равданикисом. До настоящего времени этот метод находит применение в практике Бюро СМЭ и является по сути дела основным методом минерализации.

Метод минерализации смесью концентрированных серной,

азотной кислот и воды (1:1:1)

Процесс разрушения биологического объекта протекает в 2 стадии:

1. Стадия деструкции, на которой происходит разрушение биологических субстратов организма (белков, жиров, углеводов) на составные части: белки разрушаются до аминокислот, углеводы (полисахариды) до ди- и моносахаридов, жиры до глицерина и жирных кислот. Менее всего подвержены разрушению на первой стадии жиры. На первой стадии нагревание не должно быть сильным, чтобы избежать подгорания объекта или сильного пенообразования и выброса частиц объекта из колбы. Поэтому, в начале процесса колбу Къельдаля закрепляют над плиткой на расстоянии 1-2 см. Температура не должна превышать 110 ^о С. Эта стадия непродолжительна по времени, длится от 15 до 40 минут. По окончании деструкции получается прозрачная желтовато-бурая жидкость, иногда с пленкой жира, т.к. на этой стадии все элементы объекта разрушены, кроме жиров.

На стадии деструкции конц. H₂SO₄ выполняет роль водоотнимающего средства, что приводит к нарушению структуры клеток и тканей, деформирует их. При этом она способствует повышению температуры кипения смеси и тем самым повышает окислительное действие конц. HNО₃.

Роль окислителя на первой стадии выполняет конц. HNО_3. Азотная кислота, свободная от окислов азота, что наблюдается в самом начале минерализации, почти инертна. Под влиянием индуцирующих веществ в процессе окисления биоматериала часть азотной кислоты разлагается до азотистой кислоты и оксидов азота, которые являются катализаторами окисления. Под их влиянием и с повышением температуры азотная кислота проявляет себя как сильный окислитель. Идет интенсивный автокаталитический процесс окисления органических веществ:

2. Стадия глубокого жидкофазного окисления. Колбу Къельдаля опускают на плитку и усиливают нагревание. На этой стадии происходит окончательное разрушение органических веществ. Полностью разрушаются и жиры, которые на первой стадии почти не пострадали под действием азотной кислоты. В процессе окисления необходимо по каплям постоянно добавлять в колбу разведенную азотную кислоту из капельной воронки, но при этом скорость добавления реактива должна быть такова, чтобы бурые пары окислов азота, образующиеся при минерализации, не выходили из колбы. Эта стадия длится 3-4 часа и считается законченной тогда, когда:

- начинает выделяться белый туман (пары SO₂);

- жидкость остается бесцветной;

- минерализат не темнеет в течение 30 минут без добавления

азотной кислоты.

Роль окислителя на этой стадии играет концентрированная серная кислота (её концентрация повышается в смеси до 60-70%, температура превышает 110 ^оС). Она разлагается с выделением оксида серы (IV) и активного кислорода.

В процессе минерализации происходит не только разрушение органических веществ, но и ряд побочных реакций, имеющих негативное значение:

А) Серная кислота в высоких концентрациях сульфирует органические вещества, а азотная кислота, особенно в присутствии серной кислоты, – нитрует их. Сульфо- и нитросоединения очень прочные, трудно поддаются воздействию окислителей, что влечет за собой неполное разрушение биообъекта. Эти негативные процессы можно значительно уменьшить. Это достигается использованием не концентрированных кислот, а частично разбавленных добавлением в окислительную смесь воды (вспомните соотношение реагентов в окислительной смеси). При разбавлении H₂ SO₄ и HNO₃ водой степень нитрования и сульфирования значительно снижается.

Б) Ещё одна побочная реакция связана с образованием нитрозилсерной кислоты при взаимодействии оксидов азота с концентрированной серной кислотой.

Нитрозилсерная кислота очень устойчива к температуре, однако легко гидролизуется. Реакция гидролиза обратима.

Нитрозилсерная кислота является источником окислителей в минерализате, что мешает в дальнейшем обнаружению некоторых катионов металлов. Чтобы избавиться от негативного воздействия нитрозилсерной кислоты, её удаляют путем проведения денитрации.

Достоинства метода: 1. Сравнительно быстрое достижение полноты разрушения органических веществ.

2.Полнота разрушения объекта обусловливает большую чувствительность методов анализа катионов металлов.

3. Малый объем получаемого минерализата, что также повышает чувствительность методов анализа.

Основным недостатком метода являются большие потери Hg (до 90-98%) за счет её летучести. Поэтому изолирование ртути в виде ионов проводят в отдельной навеске биообъекта частным методом изолирования (методом деструкции), который исключает использование высоких температур, процесс ведется в присутствии катализатора (этанола).

Метод минерализации смесью серной, азотной и хлорной кислот (1:1:1)

Хлорную кислоту в качестве окислителя в аналитической химии впервые применил А.Щербак в 1893 году.

В качестве окислительной смеси при изолировании этим методом используют смесь из равных объемов конц. H₂SO₄, конц.HNO₃ и 37% или 42% HClO₄. Методика выполнения изолирования аналогична первому методу, однако второй метод имеет ряд несомненных достоинств:

1. Высокая скорость минерализации, сокращение в 2-3 раза затрат времени в сравнении с первым методом.

2. Очень высокая полнота окисления органических веществ (до 99%), что обусловлено способностью хлорной кислоты разрушать вещества стойкие или медленно разлагающиеся другими окислителями.

3. Окисление большинства поливалентных металлов до высших степеней окисления.

4. Небольшой расход окислителей.

5. Малый объем получаемого минерализата, что повышает чувствительность методов анализа.

Основной недостаток тот же, что и у первого метода – возможность практически полной потери ртути. Однако есть еще одна опасность при использовании хлорной кислоты в составе окислителей – это взрывоопасность и токсичность хлорной кислоты. Безводная хлорная кислота нестойкая, может взрываться при хранении при повышенной температуре или при соприкосновении с некоторыми органическими соединениями. Это требует соблюдения особых мер предосторожности при работе с хлорной кислотой.

При любом способе минерализации следует соблюдать меры предосторожности, т.к. возможны термические ожоги, выбрасывание горячих кислот из колб и даже взрывы (особенно при использовании в качестве окислителей пергидроля, хлорной кислоты и хлората калия).. Поэтому следует пользоваться защитными очками, работать в вытяжных шкафах с хорошей тягой.

Нельзя не остановиться ещё на одном очень важном этапе исследования «металлических ядов» - проверке чистоты реактивов. Недостаточно чистые кислоты-окислителм могут загрязнять минерализаты соединениями металлов, при этом количество примесей может оказаться весьма значительным, что послужит основанием для ошибочного заключения о наличии «металлических ядов» в биоматериале и причине отравления. Чтобы исключить ошибку, необходимо применять кислоты, свободные от примесей. Если степень их чистоты неизвестна, то проводят «холостой опыт», т.е. берут реактивы в нужных для методики количествах и полностью воспроизводят её. Только при отрицательных эффектах реакций обнаружения металлов, делают вывод о пригодности кислот для использования в процессах минерализации.

Независимо от того, каким методом проводилась минерализация биологического материала, минерализат в большинстве случаев содержит окислители, которые помешают дальнейшему проведению анализа. Это – азотная, азотистая кислоты, оксиды азота, нитрозилсерная кислота. Для их удаления используются методы денитрации. Применяемые ранее гидролизный метод, метод денитрации мочевиной, сульфитом натрия практически вытеснены методом денитрации формальдегидом. Метод предложен в 1952 году Т.В.Зайковским. Процесс денитрации заканчивается за 1-2 минуты, избыток непрореагировавшего формальдегида легко удаляется при нагревании в течение 5-10 минут. Для проверки полноты денитрации минерализата проводят реакцию с дифениламином в среде концентрированной серной кислоты.

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.

Объектами исследования на «металлические яды» являются органы и ткани организма человека, чаще всего это печень, почки, желудок и др. Количество исследуемого материала зависит от общей массы объекта, от обстоятельств дела и других факторов, в среднем навеска биоматериала составляет 100 г. Минерализацию разнохарактерных объектов проводят отдельно, не смешивая. Это необходимо для получения объективных результатов анализа и правильной судебно-медицинской оценки.

Дата добавления: 2014-01-04