Zatrucia metalami oraz prezentacja najważniejszych metod oznaczania metali.

Zatrucia metalami

Wiadomości wstępne



Metal ciężki, jest to metal którego gęstość w

stosunku do wody jest większa niż pięć. Na

przykład arsen, miedź, kadm, ołów, rtęć, cynk.

Metale ciężkie leżą od 3-18 grupy (w układzie

okresowym Mendelejewa). Ich gęstość jest większa

od gęstości wody (1g/cm3). Nie reagują z tlenem z

wodą, lecz reagują z kwasami. Ich wartościowość

jest różna.

Wraz z rozwojem przemysłu zwiększyło się

zastosowanie metali ciężkich (przemysł

metalurgiczny, wydobywczy, elektrotechniczny,

chemiczny i inne). Spowodowało to wzrost zatrucia

środowiska tymi metalami a przez to zwiększone

narażenie populacji na ich toksyczne działanie.

Zatrucia metalami

Wiadomości wstępne



Mechanizmy działania toksycznego metali

można podzielić na trzy zasadnicze

kategorie:

–

blokowanie ważnych grup funkcyjnych

w biomolekułach (np. białkach i

enzymach);

–

wypieranie ważnych jonów metalu z

biomolekuł;

–

zmiana aktywnej konformacji biomolekuł.

W przypadku ekspozycji na duże stężenia,

takie oddziaływania mogą spowodować

śmierć.

Zatrucia metalami

Wiadomości wstępne



Kiedy poziom ekspozycji nie przekracza dawki

śmiertelnej, zatrucia przejawiają się w postaci

uszkodzenia strukturalnego (histologicznego

lub morfologicznego), funkcjonalnego (wzrost,

rozwój), biochemicznego (krew

i enzymy) oraz reprodukcji.



Działanie metali jest na ogół niespecyficzne.

Na przykład, trujące czynniki (np. arsen i

pewne metale ciężkie) wiążą się z grupami

reaktywnymi (np. tiolową) występującymi

w wielu składnikach biologicznych. Ponieważ

działanie wielu enzymów zależy od dostępności

grup -SH, trucizny działają jak inhibitor dla

tych enzymów.

Zatrucia metalami

Wiadomości wstępne



Zatrucia metalami ciężkimi , ze względu na znaczą

toksyczność i zdolność do kumulacji (np. w

kościach, nerkach, mózgu) metale ciężkie i ich sole

mogą być przyczyną groźnych zatruć ostrych i

przewlekłych, chorób układu krążenia, układu

nerwowego, nerek, chorób nowotworowych.

Zatrucia metalami ciężkimi notuje się głównie

wśród pracowników określonej gałęzi przemysłu. Tu

też leżą przyczyny niektórych chorób zawodowych

(np. ołowicy w wytwórniach bieli ołowiowej, wśród

drukarzy).

Zatrucia wywołane są też spożywaniem pokarmów

zanieczyszczonych związkami metali.

Zatrucia metalami

II.

Najważniejsze metale

Ołów, Pb

Nikiel, Ni

Rtęć, Hg

Selen, Sn

Żelazo, Fe

Cyna, Sn

Cynk, Zn

Ołów, Pb

Ołów może występować na +II i +IV

stopniu utlenienia. Zawartość w

skorupie ziemskiej wynosi średnio 13

mg/kg.



Najważniejszymi minerałami ołowiu są:

–

galena PbS

–

anglezyt PbSO4

–

ceruzyt PbCO3

–

piromorfit Pb5(PO4)3Cl

–

mimetezyt Pb5(AsO4)3Cl

NDS wynosi 0,05 mg Pd/

Ołów, Pb

Ołów już w starożytnym Rzymie był używany

do produkcji rur wodociągowych. Obecnie

znalazł szerokie zastosowanie w przemyśle.

Stosowany jest m.in. do produkcji:

–

płyt akumulatorowych, baterii, kabli, rur;

–

amunicji (rdzeni pocisków karabinowych);

–

farb – białych i czerwonych;

–

dodatku przeciwstukowego do benzyn

(czteroetylek ołowiu);

–

w przemyśle drukarskim do wyrobu stopu

czcionek;

–

stosuje się go jako ekrany zabezpieczające

przed promieniowaniem rentgenowskim i

promieniowaniem gamma;

Ołów, Pb

Tetraetyloołów Pb(C

)

(dawna

nomenklatura: czteroetylek ołowiu) był

stosowany jako środek podnoszący liczbę

oktanową benzyn silnikowych. Związek ten

był głównym sprawcą emisji tlenków ołowiu

do atmosfery w postaci aerozolu. Ostatnio

dodatek tetraetyloołowiu w paliwach został

praktycznie wyeliminowany.

Ołów, Pb

Około 30% ołowiu znajdującego się w powietrzu

osadza się w płucach człowieka. Związki chemiczne

w jakich ołów występuje w powietrzu są

zróżnicowane. Nierozpuszczalne mogą być

wchłaniane drogą fagocytozy. Pyły ołowiu osadzają

się też w górnych odcinkach dróg oddechowych , z

których mogą też być usunięte lub połknięte.

Dzienne pobranie ołowiu przez człowieka w

pożywieniu wynosi ode 100 do 500µg, zaś jego

wchłanianie poniżej 10% i zależy od

rozpuszczalności (dzieci - 20% ). W przeciwieństwie

do nieorganicznych związków ołowiu, alkilowe

połączenia ołowiu łatwo się wchłaniają nie tylko

przez drogi oddechowe, ale też przez układ

pokarmowy i nie uszkodzoną skórę. Szczególnie

narażone na ołów ze środowiska są małe dzieci, co

wynika ze skłonności do lizania, żucia, czy zjadania

ciał obcych (farb, kosmetyków).

Ołów, Pb

Wchłonięty ołów najpierw dostaje się z krwią

do wątroby, płuc, serca i nerek (pula

szybkowymienna), potem metal gromadzi się

w skórze i mięśniach (średniowymienna), żeby

ostatecznie kumulować się w tkance kostnej

(proces najwolniejszy lecz i najdłuższy).

Kumulacja ołowiu rozpoczyna się już w życiu

płodowym, gdyż łatwo przechodzi przez

łożysko. Stężenie w kościach w

przeciwieństwie do tkanek miękkich zwiększa

się przez całe życie. Całkowita zawartość

ołowiu u osób nienarażonych w wieku 60-70

lat może wynosić 200 mg.

Ołów, Pb

Zatrucie:

Ostre zatrucia zdarzają się rzadko i występują

pod postacią ostrej encefalopatii przy stężeniach

ołowiu we krwi ok. 100

g Pb/100 cm

Ołów uszkadza i niszczy krwinki czerwone,

enzymy, wątrobę, powoduje utratę apetytu,

wywołuje kolki skurcze mięśniowe z objawami

paralitycznymi włącznie, uszkadza nerki,

poważnie podnosi ciśnienie krwi. Kumuluje się w

tkance mózgowej, co manifestuje się

nerwowością, niewyrównanym temperamentem i

zaburzonym zachowaniem. Ołów wprowadzony do

organizmu przechodzi prawie w całości do krwi i

łączy się z białkami osocza. Część jego podlega

odkładaniu w kościach i tkankach miękkich, a

reszta zostaje wydalana.

Ołów, Pb

Zatrucie:

W kościach ołów jest akumulowany zarówno w

postaci związków koloidalnych, jak i krystalicznych,

ale może przechodzić z powrotem do krwi, zwłaszcza

pod wpływem zaburzeń metabolicznych (np. w

przypadku niektórych chorób infekcyjnych, kwasicy

lub wzmożonych procesów kościotwórczych), a także

procesów psychicznych. Uruchomienie

nierozpuszczalnych związków ołowiu i wzrost

zawartości we krwi może nastąpić po wielu latach od

okresu narażenia na ten metal. Ołów nagromadzony

w tkankach nie powoduje początkowo zatrucia; do 90

% pobieranego metalu jest odkładane w kościach. Do

narządów najbardziej narażonych na toksyczne

działanie ołowiu należą: wątroba, nerki, szpik kostny

i mózg.

Ołów, Pb

Interakcje:

Interakcje zachodzące między ołowiem a

innymi pierwiastkami mogą mieć istotny wpływ

na zaburzenia metabolizmu pierwiastków

niezbędnych dla zdrowia człowieka. Ogólne

antagonistyczne działanie ołowiu na inne

metale wiąże się z ich powinowactwem do

tworzenia połączeń z białkami, a szczególnie z

metioniną. Wzrost zawartości ołowiu

przyspiesza wydalanie żelaza i miedzi. Ołów

hamuje powstawanie ceruloplazminy, która

bierze udział w metabolizmie żelaza i miedzi.

Podniesienie poziomu miedzi w diecie obniża

sorpcję ołowiu.

Ołów, Pb

Interakcje:

Antagonizm w układzie Pb-Zn sprzężony jest

dodatkowo z metabolizmem miedzi i działa na

zasadzie podobnego mechanizmu. Związek

zachodzący pomiędzy ołowiem i selenem

polega na wtórnym efekcie powstawania słabo

rozpuszczalnych selenków Pb, które podlegają

akumulacji w wątrobie i nerkach.

Antagonistyczny wpływ wapnia i fosforu na

pobieranie ołowiu przez organizmy zwierzęce i

człowieka ma duże znaczenia praktyczne.

Obniżenie poziomu obu pierwiastków w diecie

powoduje większą akumulację tego metalu,

zwłaszcza w kościach.

Nikiel, Ni

Wykorzystywany był już przed tysiącami lat. Niewielką

ilość tego metalu stwierdzono w monetach

pochodzących z wykopalisk na Bliskim Wschodzie.

Prawdziwe wkroczenie niklu w krąg cywilizacji

zachodniej nastąpiło w XVII i XVIII w. w kopalniach

miedzi w Saksonii. Pierwszą dziedziną zastosowania

metalicznego niklu były stopy niklowo-srebrowe,

określane jako „niemieckie srebro”. Wyrabiano z nich

tace, czajniki i inne naczynia domowego użytku.

Wielkie zapotrzebowanie na Nikiel wystąpiło jednak

dopiero w wyniku odkrycia zjawiska elektrolizy przez

angielskiego uczonego, Michaela Faradaya. Następnie

zaczęto dodawać niklu do miedzi stosowanej do bicia

monet, gdyż zapewniał im większą trwałość.

Zastosowanie niklu jako stopu żelaza datuje się od XX

w. Odmiany stali z dodatkiem samego niklu lub niklu z

chromem i innymi składnikami są stosowane w

konstrukcji samolotów, samochodów, lokomotyw i

innych urządzeń wymagających wysokiej

niezawodności i wytrzymałości.

Nikiel, Ni

Istotnym źródłem zanieczyszczeń środowiska

niklem jest jego emisja do powietrza

atmosferycznego, w wyniku procesu spalania

węgli i paliw płynnych (przede wszystkim

silniki Diesla). Dodatkowym źródłem jest

przemysł związny z produkcją azbestu.

NDS wynosi 0,25 mg Ni/m

Nikiel, Ni

W ustroju człowieka około 18 % jego zawartości

umiejscowione jest w skórze. Poza tym

stosunkowo wysokie stężenie niklu stwierdzono

w szpiku kostnym, węzłach chłonnych, jądrach,

a także w pocie, za pośrednictwem którego

odbywa się wydalanie tego mikroelementu. Rola

niklu w organizmie nie jest jeszcze dobrze

wyjaśniona. Przypisuje mu się udział w

transporcie tlenu do tkanek, w syntezie białek

enzymatycznych, w przemianach

węglowodanów, tłuszczy i białek, tworzeniu

hormonów. Bogatym źródłem niklu są:

czekolada, pełne ziarno zbóż, ryby nasiona

roślin strączkowych.

Nikiel, Ni



Nadmiar niklu w organizmie może być spowodowany

wdychaniem dymów i zanieczyszczeń atmosferycznych.

Stanowi w tej formie szczególnie zagrożone dla zwierząt i

ludzi, ponieważ w tej formie metal ten łatwo podlega

bikumulacji. Nikiel w zbyt dużym stężeniu uszkadza

błony śluzowe, powoduje odczyny alergiczne (50 - 60

milionów Europejczyków jest uczulonych na nikiel ),

zmiany w chromosomach, w szpiku kostnym, może

przyczyniać się do rozwoju komórek nowotworowych.



Nadmiar niklu wpływa też niekorzystnie na proporcje

innych pierwiastków. Przede wszystkim obniża poziom

magnezu oraz cynku w organach miąższowych.



Najbardziej toksyczny jest nikiel pod postacią

karbonylku niklu

[Ni (CO4)], który bardzo łatwo się wchłania przez skórę,

z pęcherzyków płucnych. Przypuszcza się, że szkodliwe

działanie Helikobacter pyloti na błony śluzowe żołądka

polega między innymi na łączeniu się wydzielanej ureazy

z niklem i powstawaniu substancji o właściwościach

drażniących.

Nikiel, Ni

Ostre zatrucie w wyniku połknięcia niklu jest

mało prawdopodobne. Ekstrapolacja wyników

z doświadczeń na zwierzętach wskazuje, że dla

wywołania objawów zatrucia u ludzi konieczne

byłoby przyjmowanie ponad 250 mg

rozpuszczalnego niklu dziennie. Wśród osób

przewlekle narażonych na nikiel w postaci

lotnej (pary, aerozole, pyły) stwierdzono

podwyższone ryzyko raka płuc i górnych dróg

oddechowych, opisywano również przypadki

astmy, pylicy płuc, przewlekłych chorób błony

śluzowej nosa z perforacją przegrody nosa

oraz utratą powonienia.

Rtęć, Hg

Największe stężenie rtęci występuje w łupkach

węglowych i bitumicznych, oraz zasadowych

skałach krystalicznych. Najczęściej spotykaną

postacią w przyrodzie są połączenia

dwuwartościowe (HgS - cynober). Zawartość w

węglu dochodzi do 8,5 mg/kg,

w pyle kominowym z elektrociepłowni do 18

mg/kg,

a w ropie naftowej ponad 20 mg/kg.

Główne zagrożenie stanowi ciągle zawodowa

ekspozycja na pary rtęci metalicznej w ponad 50

zawodach m.in. : w przemyśle wydobywczym, przy

produkcji chloru i ługu metodami

elektrolitycznymi, przy otrzymywaniu barwników,

fungicydów.

Rtęć, Hg

Źródłem rtęci zanieczyszczającej środowisko jest

spalanie produktów ropy naftowej i węgla (np. w

sąsiedztwie elektrowni węglowej może opadać rocznie

400g Hg/ha). Dodatkowe wprowadzanie rtęci do gleby

może być spowodowane stosowaniem fungicydów

(zwłaszcza zapraw nasiennych). Rtęć jest stałym

składnikiem ścieków komunalnych, których stosowanie

do nawożenia gleb stanowi duże zagrożenie włączenia

rtęci do produktów odżywczych.

Nagromadzenie rtęci w żywności pochodzenia

morskiego i lądowego stwarza ryzyko dla człowieka ,

głównie przez spożywanie ryb, a zwłaszcza tuńczyków,

krabów i ślimaków, oraz ptactwa łownego z terenów

gdzie stosowane są fungicydy .Zwierzęta o małej masie

ciała wydalają rtęć szybciej niż większe i zimnokrwiste,

np. ryby. Emisja przemysłowa związków rtęciowych do

zatok Japonii w latach 50-tych spowodowała śmiertelne

zatrucia u ludzi na skutek spożycia ryb zawierających

metylortęć. Wchłanianie rtęci przez rybę odbywa się

przez oskrzela oraz z pokarmem. Ponieważ okres

półtrwania w organizmie ryb wynosi kilkaset dni, stąd

zawartość tych związków w rybach starszych jest większa.

U drapieżnych ryb stężenie metylortęci może przekroczyć

nawet 1mg/kg masy ciała.

Rtęć, Hg

Najsilniejszy szkodliwy wpływ rtęci dotyczy

ośrodkowego układu nerwowego. Szkodliwe

działanie rtęci jest bardzo trwałe, ponieważ

związki rtęci łącza się z enzymami. Rtęć

wywiera ujemny wpływ na błonę komórkowa,

blokując przepuszczalność błon

komórkowych. Jest to pierwiastek silnie

toksyczny. Powoduje uszkodzenie nerek,

nadciśnienie, deformuje kości, powoduje

zmiany nowotworowe. Działanie toksyczne

wiąże się z powinowactwem do grup

tiolowych, karboksylowych i aminowych

aminokwasów i polega na blokowaniu

biochemicznych funkcji tych związków.

Rtęć, Hg

Objawy zatrucia przewlekłego parami rtęci

metalicznej (0,01-0,05 mg/m3powietrza) :

osłabienie, bóle głowy, kończyn, ślinotok,

zapalenie jamy ustnej, rozchwianie

i wypadanie zębów, uporczywe wysychanie jamy

ustnej, niebieskofioletowy rąbek na dziąsłach,

biegunki, uszkodzenie nerek i ośrodkowego

układu nerwowego. Objawy zatrucia

przewlekłego parami rtęci metalicznej (0,1

mg/m3powietrza) : drżenie, zaburzenia

umysłowe, zapalenie dziąseł. Ze wzrostem

stężenia rtęci pojawiają się następujące objawy:

drżenia rtęciowe, niezborność chodu, zaburzenia

mowy, zaburzenia móżdżku, zaburzenia słuchu,

śmierć( powyżej 170 mg ; inaczej – stężenie

w mózgu ponad 5µg/g).

Rtęć, Hg

Zatrucie ostre – narządem krytycznym w

zatruciach parami rtęci są płuca. Może

rozwinąć się ostre zapalenie oskrzeli,

oskrzelików i śródmiąższowe zapalenie płuc.

Zgon następuje w wyniku niewydolności

oddechowej.

Może się też pojawić krwotoczne zapalenie

jelit, z odwodnieniem i ostrą niewydolnością

krążenia, ślinotok, zapalenie błony śluzowej

jamy ustnej, objawy uszkodzenia nerek oraz

uszkodzenie oun.

NDS nieorganicznych związków rtęci wynosi

0,05 mg/m

organicznych związków rtęci – 0,01 mg/m

Rtęć, Hg

PIERWSZA POMOC

PO NARAZENIU DROGA ODDECHOWA

W razie narażenia drogą oddechową zapewnić

poszkodowanemu dostęp świeżego powietrza. Jeśli

poszkodowany nie oddycha wykonać sztuczne oddychanie.

Jeśli oddychanie jest utrudnione podać tlen.

PO ZANIECZYSZCZENIU SKÓRY

W przypadku zanieczyszczenia skóry płukać dużymi ilościami

wody

przez co najmniej 15 minut. Zdjąć zanieczyszczoną odzież i

obuwie. Wezwać lekarza.

PO ZANIECZYSZCZENIU OCZU

W przypadku zanieczyszczenia oczu płukać dużymi ilościami

wody

przez co najmniej 15 minut. Zapewnić właściwe przepłukanie

rozwierając powieki palcami. Wezwać lekarza.

PO SPOZYCIU

W razie połknięcia wypłukać usta woda, o ile poszkodowany

jest

przytomny. Natychmiast wezwać lekarza.

Selen, Sn

Selen odgrywa rolę zbliżoną do witaminy E (alfa

-tokoferolu) i nieraz może ją zastępować w tej

funkcji. Selen we krwi bierze udział w procesach

metabolicznych na poziomie komórkowym - jako

antyutleniacz chroni błony komórki przed

generacją wolnych rodników dzięki, czemu

zmniejsza ryzyko wystąpienia raka, chorób serca

i naczyń krwionośnych. Selen jest potrzebny do

prawidłowego przebiegu procesów

metabolicznych. Jest bardzo ważny dla

funkcjonowania systemu immunologicznego. Jest

Też niezbędny do prawidłowego wzrostu, płodności

i w zapobieganiu różnym schorzeniom; odgrywa

ważną rolę w przekazywaniu impulsów nerwowych

w ośrodkowym układzie nerwowym. Selen jest

rozpowszechniony w organizmie zwierzęcym,

największe jego stężenia występują w warstwie

korowej nerek, trzustce, przysadce i wątrobie.

Selen, Sn

Mechanizm działania toksycznego

selenu polega na:

–

kompetycyjnym działaniu z siarką i

zaburzeniu jej prawidłowego

fizjologicznego metabolizmu

–

zaburzenia procesów alkilacji (istotnych

dla prawidłowego funkcjonowania

niektórych szlaków metabolicznych, np.

amin katecholowych)

–

wytwarzaniu toksycznych związków

alkiloselenowych, a także w reakcji

seleninów z grupami tiolowymi.

Selen, Sn

Zatrucia ostre

– sole selenu należą do jednych z

najbardziej toksycznych związków. \Narażenie

człowieka drogą inhalacyjną na selenowodór w

stężeniu 5 mg/m

powietrza powoduje ostre

zatrucia, a bezpośredni kontakt tego związku

ze skórą wywołuje objawy dermatozy.

Objawy kliniczne ostrych zatruć to: zanik

mięśnia sercowego i narządów miąższowych,

niedokrwistość, ślinotok; też podwyższona

temperatura ciała, suchy kaszel, ból głowy,

przyśpieszone tętno, bladość, wypryski na

skórze, podrażnienie dróg oddechowych i oczu,

zapach czosnku w wydychanym powietrzu.

W późniejszym okresie może wystąpić zapalenie

i obrzęk płuc, wypadanie owłosienia, ostra

próchnica zębów oraz ślepota.

Selen, Sn

Zatrucia przewlekłe

–

niedokrwistość, zanik mięśnia

sercowego i narządów miąższowych,

zesztywnienie kończyn, wypadanie

owłosienia, ostra próchnica zębów,

ślinotok oraz ślepota.

NDS wynosi 100 µg/m

Pierwsza pomoc analogicznie jak we

wcześniejszych przypadkach.

Żelazo, Fe

Pierwiastek ten należy do ważnych dla

zachowania pełni zdrowia składników

pokarmowych. Atom żelaza znajduje się w

centrach aktywnych wielu ważnych enzymów

(hemoglobiny, mioglobiny, katalazy,

peroksydazy i cytochromów).

Część żelaza jest bezpośrednio wykorzystywana

przez komórki układu erytroblastycznego do

produkcji hemoglobiny, pozostałość gromadzi

się w postaci ferrytyny, głównie w wątrobie i

śledzionie oraz innych narządach. Żelazo

zmagazynowane w organizmie pozostaje w

dynamicznej równowadze z tym, które znajduje

się w surowicy.

Żelazo, Fe

Zatrucia ostre – w wyniku działania szkodliwych

tlenków żelaza w postaci dymów i pyłów może się

rozwinąć pylica żelazowa (żelazica,

siderosis

Etapy przebiegu ostrych zatruć:

Po okresie utajenia trwającym od 1/2 do 1

godziny wystepuje I faza, trwająca 4-6h:

wymioty, krwawa biegunka, które niekiedy

doprowadzają do kwasicy i zapaści krążeniowej

(w 20% dochodzi do śpiączki i gonu).

Druga faza (8-16h) objawy zatrucia ulegają

osłabieniu, a następnie przechodzą w III

najbardziej niebezpieczna faze

III faza – zwiększająca się zapaść krążeniowa,

drgawki padaczkowe i śpiączka kończąca się

często śmiercią.

Żelazo, Fe

Zatrucia przewlekłe – żelazo i jego sole

przyjmowane doustnie nie powodują

zatruć przewlekłych.

Przyjmowane w większych dawkach

mogą wywołać zaburzenia żołądkowo -

jelitowe, biegunkę, wymioty,

odwodnienie ustroju, kwasicę, bladość,

zamroczenie świadomości, oziębienie

kończyn, rozszerzenie źrenic.

NDS (tlenku żelaza i dymów w

przeliczeniu na Fe) wynosi 5 mg/m

Cyna, Sn



Cyna była znana w czasach

prehistorycznych, jako trzeci, poznany

przez człowieka metal po złocie i miedzi

(wcześniej jednak niż srebro, ołów i

żelazo). Stop cyny z miedzią (brąz)

stanowił materiał do wyrobu narzędzi.



Cyna i szereg nieorganicznych związków

cyny to substancje raczej nietoksyczne

(wyjątek SnCl

Cyna, Sn



Mechanizm toksycznego działania

nieorganicznych związków cyny

podobnie jak w przypadku ołowiu

polega na zaburzaniu biosyntezy

hemu oraz powodowaniu

niedokrwistości.



Związki organiczne działają

toksycznie głównie na grasice, drogi

żółciowe i układ nerwowy.

Cyna, Sn

Zatrucie ostre

– po spożyciu owoców lub

soków owocowych, przechowywanych w

cynowych puszkach konserwowych to

nudności, wymioty, biegunka, ogólne

wyczerpanie, ból głowy.

Pierwsze objawy po 1-2 godzinach.

Zatrucie przewlekłe

– drogą inhalacyjną:

cynica

(stannosis),

rumieniowate zmiany

skórne, łzawienie i przekrwienie

spojówek.

Cynk, Zn

Jest jednym z minerałów śladowych,

którego wpływ na stan zdrowia

poznano już w starożytności. W

Egipcie już pięć tysięcy lat temu,

stosowano maść cynkową do leczenia

ran. W początkach XX wieku

stwierdzono że niedobory cynku

negatywnie wpływają na rozwój roślin i

są przyczyną wielu chorób u zwierząt.

Cynk, Zn

Cynk w ciele człowieka jest

pierwiastkiem śladowym. Około

20% jego zawartości w organizmie

znajduje się w skórze, a około 75% –

w krwinkach czerwonych w postaci

anhydrazy węglowej. Występuje

jako składnik około 70 enzymów

biorących udział w różnorodnych

przemianach ustrojowych .

Cynk, Zn

Cynk w organizmach zwierzęcych

współdziała w procesach metabolicznych

z innymi niezbędnymi metalami i powoduje

różne zaburzenia w układzie krążenia, a

także może powodować zaburzenia

psychiczne. Prawdopodobnie zaburzenia

metabolizmu metali niezbędnych dla

organizmu człowieka pod wpływem cynku

mogą być jedną z najważniejszych przyczyn

jego toksyczności u człowieka i zwierząt.

Cynk, Zn

Zatrucie ostre – Związki cynku podawane doustnie uważa

się za mało toksyczne. Wdychanie świeżo wytworzonych

dymów, zawierających tlenek cynku w stężeniach powyżej

15 mg/m

, powoduje wystąpienie choroby

przypominającej grypę („gorączka odlewników”).

Zatrucie przewlekłe – podrażnienie dróg oddechowych,

objawy „gorączki odlewników”, zaburzenia

funkcjonowania przewodu pokarmowego oraz

niedokrwistość; też bezsenność, upośledzenie pamięci,

zaburzenia słuchu i nadmierną potliwość. Występują

skłonności do zapalenia górnych dróg oddechowych oraz

zwiększona jest próchnica zębów.

NDS wynosi 5 mg/m

III.

Absorpcyjna Spektrometria

Atomowa

(

Atomic Absorpion Spectrometry

– AAS)

Jest to jedna z najczęściej stosowanych

metod instrumentalnych w analizie

śladowej chemii analitycznej.

Spektrometria

– wykorzystywane jest

oddziaływanie promieniowania

elektromagnetycznego z zakresu bliskiego

nadfioletu i światła widzialnego (190 – 700

nm) z materią;

Atomowa

– materią tą są atomy (nie

cząsteczki i nie jony)

;

Absorpcyjna

– sygnałem analitycznym jest

osłabienie mierzonego natężenia

promieniowania na skutek absorpcji.

Stan E = E + h

Stan E

III.

Absorpcyjna Spektrometria

Atomowa

(

Atomic Absorpion Spectrometry

– AAS)

Warunkiem zajścia absorpcji

jest, aby różnica energii

pomiędzy stanem

podstawowym a wzbudzonym

była równa energii padającego

kwantu promieniowania:

– E

= h

Oczywiście, stan wzbudzony

atomu jest niekorzystny

energetycznie i po czasie

około 10-8 s atom powróci do

stanu podstawowego emitując

energię w postaci kwantu

promieniowania o tej samej

energii co kwant

zaabsorbowany.

III.

Absorpcyjna Spektrometria

Atomowa

(

Atomic Absorpion Spectrometry

– AAS)

Budowa spektrometru absorpcji atomowej

Lampa

Modulator

Lustro

półprzepuszczalne

Lustro

półprzepuszczalne

Atomizer

(płomień)

Monochromator

Wiązka odniesienia (I )

Wiązka pomiarowa (I)

Detektor

Odczyt

Wzmacniacz

sygnału

III.

Absorpcyjna Spektrometria

Atomowa

(

Atomic Absorpion Spectrometry

– AAS)

Budowa spektrometru absorpcji atomowej

Źródło promieniowania, lampy emitujące wąskie linie atomowe

oznaczanego pierwiastka, lampy z katoda wnękową jedno i

wielopierwiastkowe (ang. Hollow Cathode Lamp – HCL) oraz

bezelektrodowe lampy wyładowcze z generatorem częstości radiowej (ang.

Elctrodeless Discharge Lamp – EDL).

Lampa HCL

Lampa EDL

Anoda

Katoda

Gaz wypełniający

Ar lub Ne

Okno

kwarcowe

III.

Absorpcyjna Spektrometria

Atomowa

(

Atomic Absorpion Spectrometry

– AAS)

Budowa spektrometru absorpcji atomowej

Modulator -w najprostszej wersji, to mechaniczne urządzenie (wiatraczek), które cyklicznie
przesłania na ułamek sekundy promieniowanie pochodzące z lampy. Pozwala to przyrządowi
zmierzyć emisję własną atomizera (płomień, rozgrzana rurka grafitowa)

pozwala

wyeliminować promieniowanie emitowane przez atomizer.

Ze względu na sposób atomizacji, wyróżnia się trzy podstawowe techniki w metodzie ASA:



technikę płomieniową;



technikę elektrotermiczną;



technikę wodorkową i zimnych par.

III.

Absorpcyjna Spektrometria

Atomowa

(

Atomic Absorpion Spectrometry

– AAS)

Budowa spektrometru absorpcji atomowej

Atomizer, - wytworzenie odpowiedniej ilości atomów w

stanie podstawowym poprzez dostarczenie im energii

termicznej.

Atomizer płomieniowy (FAAS)

- to tytanowy palnik

zasilany najczęściej acetylenem jako paliwem i

powietrzem lub podtlenkiem azotu jako utleniaczem

(temperatury spalania odpowiednio 2100-2400 lub

2600-2800

C).

Przepływ gazu powoduje zassanie do komory

mieszania roztworu próbki i wytworzenie aerozolu gaz

– ciecz.

W skład atomizera płomieniowego wchodzą: rozpylacz,

komora mieszania, głowica palnika

Procesy fizyczne i chemiczne podczas

atomizacji

PROCESY ATOMOWE

MeA*

MeO

MeOH

MeO*

MeOH*

MeA

Me , A

ABSORPCJ A

ATOMOWA

Krystalizacja soli

i dysocjacja termiczna

(aerozol gaz-ciało stałe)

Zmniejszenie rozmiaru kropli

i odparowanie rozpuszczalnika

(aerozol gaz-ciecz)

Aso

cjac

J oniz

acja

Ato

miz

acja

Asocjacja (O lub OH)

Dysocjacja

III.

Absorpcyjna Spektrometria

Atomowa

(

Atomic Absorpion Spectrometry

– AAS)

Budowa spektrometru absorpcji atomowej

Atomizer elektrotermiczny (ETAAS)

opracowany pod koniec lat 60-tych (Perkin-

Elmer). Podstawowa różnica w stosunku do

atomizera

(FAAS)

to sposób dostarczenia energii

potrzebnej do atomizacji próbki. Elementem, na

który dozowana jest próbka jest rurka grafitowa

ogrzewana oporowo, działająca według

określonego programu czasowego

i temperaturowego.

III.

Absorpcyjna Spektrometria

Atomowa

Budowa spektrometru absorpcji atomowej

Atomizery par zimnych (CV AAS) i wodorkowy (HG AAS)

Technika ta pozwala na oznaczenie ilościowe

rtęci

(technika par

zimnych) oraz szeregu pierwiastków tworzących lotne w temperaturze

pokojowej wodorki – As, Bi, Ge,

, Sb,

, Te (technika

wodorkowa).

Analiza z wykorzystaniem tego typu atomizerów jest realizowana w

trzech etapach:

- chemiczna reakcja generowania wodorków

- transport gazowych wodorków do układu spektrofotometrcznego

- atomizacja wodorków.

Reakcje chemiczne prowadzone są w reaktorze będącym częścią

zestawu do atomizacji tą techniką. Najczęściej stosowaną metodą jest

redukcja borowodorkiem sodowym (NaBH4 ) w środowisku kwaśnym.

Wytworzone lotne wodorki są następnie transportowane do rurki

kwarcowej umieszczonej w spektrofotometrze. Rurka jest ogrzewana

do temperatury, w której następuje rozkład wodorków na atomy

(atomizacja).

III.

Absorpcyjna Spektrometria

Atomowa

Budowa spektrometru absorpcji atomowej

Monochromator

- służy do wyodrębnienia wybranego

pasma o odpowiedniej długości fali z wiązki

promieniowania emitowanego przez lampę i atomizer

Detektor, -

urządzenie (zwykle fotopowielacz) służące do

zamiany energii elektromagnetycznej

(promieniowania) na energię elektryczną (prąd)

proporcjonalną do intensywności promieniowania

Inne jak

: - soczewki, zwierciadła, układy elektroniczne,

zliczające, uśredniające i rejestrujące

III.

Absorpcyjna Spektrometria

Atomowa

Budowa spektrometru absorpcji atomowej

Metoda ASA wymaga wykonania kalibracji, czyli

przygotowania serii roztworów wzorcowych o znanym

stężeniu analitu, przeprowadzenia pomiaru absorbancji

dla tych roztworów i wykreślenia krzywej kalibracyjnej

A = f (c)

Stężenie wzorca [mg/L]

0.1

0.5

0.1

1.0

1.5

2.0

0.5

1.0

1.5

Liniowa zależność absorbancji

od stężenia wzorca

Warunki oznaczenia:

technika płomieniowa

długość fali - 285.2 nm

szczelina - 0.7 mm

III.

Absorpcyjna Spektrometria

Atomowa

Podstawowe ograniczenia metody ASA to:



Konieczność wymiany lampy przy zmianie oznaczanego

pierwiastka



Konieczność stosowania roztworów



Stężenie całkowite soli w technice płomieniowej nie może

przekraczać 2%



Występowanie interferencji

Zalety metody ASA to z kolei:



Uniwersalność



Selektywność



Dokładność i precyzja



Łatwość automatyzacji



Dobrze zdefiniowane interferencje i sposoby ich eliminacji.

Document Outline