Группа веществ, изолируемых экстракцией органическими растворителями – пестициды

Лекция

Группа веществ, изолируемых экстракцией органическими растворителями — пестициды

План

ядохимикат пестицид фосфорорганический хлорорганический

Общая характеристика группы Охрана окружающей среды при использовании пестицидов Классификация, токсичность Клиническая картина отравлений Фосфорорганические пестициды Хлорорганические пестициды Производные карбаминовой кислоты. Севин Ртутьорганические соединения Синтетические пиретроиды

Общая характеристика группы

Ядохимикаты — вещества или смесь веществ химического или биологического происхождения, которые предназначены для уничтожения вредных насекомых, грызунов, возбудителей болезней растений и животных.

Ядохимикаты, применяемые в народном хозяйстве, объединяют под общим названием пестициды (от лат. pestis — зараза и cido — убиваю).

Пестициды — собирательный термин.

Пестициды применяют в сельском хозяйстве, санитарии, деревообрабатывающей промышленности, нефтедобычи и других отраслях.

В медицине пестициды используют для борьбы с членистоногими — переносчиками таких заболеваний, как малярия, чума, туляремия, энцефалит, многие кишечные заболевания. В ветеринарии пестициды используют в качестве дезинфицирующих средств; в промышленности — для предохранения неметаллических материалов (полимеров, древесины, текстильных изделий); используют для борьбы с обрастанием морских судов, особенно в южных морях и т. д.

Масштабы применения пестицидов:

США, Япония, Франция, Германия, Великобритания, Россия — список стран с растущим применением пестицидов. Это обосновывается экономической эффективностью применения пестицидов. Например, прополка 1 га сахарной свеклы требует не менее 20 рабочих дней, а использование гербицидов решает эту проблему за 30−40 минут. Наибольшая урожайность зерновых в Японии, США (54,8%; 55,7%), объясняется применением: с одной стороны улучшением семеноводства и обработки почвы; применением инсектицидов, гербицидов и фунгицидов.

Охрана окружающей среды при использовании пестицидов

В настоящее время пестициды — основные средства защиты растений, животных и различных материалов от повреждений разнообразными организмами.

Например, в 1972 году в СССР на 2 млн. га вся растительность была уничтожена луговым мотыльком.

В РФ в 1992 году пришлось вести борьбу с саранчой на площади около 2 млн. га, что потребовало большого количества «дециса», а также использования военных самолетов, т. к. саранча за один день съедает растительность на огромных площадях.

В 1995 году в Краснодарском крае сибирским шелкопрядом было повреждено 600 тыс. га леса. Борьба велась с привлечением сил МЧС.

В 1996 году в РФ из-за недостаточной борьбой с клопом-черепашкой 5 млн. т. пшеницы потеряло хлебопекарные качества, использовали на корм скоту. Убыток 2 триллиона рублей.

В настоящее время использования современных пестицидов позволяет избежать массовых поражений.

Охрана окружающей среды направлена на создание новых пестицидов, подбор ассортимента, уменьшающего вредное воздействие, а обладающего избирательным действием.

Серьезный недостаток современных пестицидов — приобретение резистентности (устойчивости) живых организмов к пестицидам, которая преодолевается использованием смесей пестицидов с различными механизмами действия. Например, использование фунгицидов контактного и системного действия.

Приобретение резистентности вызывает необходимости разработки новых пестицидов.

Классификация, токсичность

Классификация пестицидов по назначению

1. Акарициды — для борьбы с клещами.

2. Альгициды — для борьбы с морской растительностью (водорослями).

3. Бактерициды — для борьбы с бактериями.

4. Гербициды — для борьбы с сорняками.

5. Дефолианты — для удаления листьев.

6. Инсектециды — для уничтожения вредных насекомых.

7. Лимациды (моллюскоциды) — для борьбы с моллюсками.

8. Нематоциды — для борьбы с круглыми червями и нематодами.

9. Родентициды (зооциды) — для борьбы с грызунами.

10. Фунгициды — для борьбы с грибками.

Пестициды используют не только для уничтожения:

1. Ретарданды — регуляторы роста растений.

2. Антисептики — для предохранения поверхностей от разрушения микроорганизмами.

3. Десиканты — для подсушивания растений перед уборкой.

4. Репелленты — для отпугивания насекомых.

5. Аттрактанты — для привлечения насекомых.

Классификация пестицидов по химической природе

1. Органические

1.1.Органические соединения фосфора: хлорофос, карбофос, метафос.

1.2.Галогенпроизводные соединения углеводородов: гептахлор, гексахлорциклогексан.

1.3.Производные карбаминовой кислоты: севин.

1.4. Синтетические пиретроиды: децис, шерпа.

1.5.Металлоорганические соединения: этилмеркурхлорид.

1.6. Триазиновые производные: аметрин, атразин.

1.7.Нитрофенолы и нитрокрезолы.

2. Неорганические

2.1. Соединения ртути, олова, бария, меди, мышьяка, таллия.

Классификация пестицидов по токсичности

В основе лежит величина LD₅₀ по результатам опытов с лабораторными животными, в зависимости от пути поступления (пероральный, трансдермальный), формы пестицида (жидкая более токсична, чем твердая), продолжительности контакта и др. факторов. Для отнесения пестицида к тому или иному классу учитывают свойство, определяющее его опасность. Это значит, что даже малотоксичное вещество, но обладающее канцерогенным или мутагенным свойством, может быть отнесено к I классу опасности.

1. Высокотоксичные. I класс опасности.

(5−300 мг/кг): метафос; гептахлор, дельтаметрин, циперметрин.

2. Сильнодействующие (умеренно опасные). II класс опасности.

(от 100−2000 мг/кг): метаболит хлорофоса, диметилдихлорвинилфосфат, перметрин, фенвалерат.

3. Среднетоксичные (мало опасные). III класс опасности.

(2000 мг/кг и выше): севин, тетраметрин и др.

LD₅₀ NaCl 3750 мг/кг; кофеина — 200 мг/кг, аспирина 1750 мг/кг, гербецид сульфонилмочевина — 5000 мг/кг.

Классификация инсектицидов по способности проникать в организм насекомых

1. контактные — действие после соприкосновения;

2. кишечные — действие после попадания в организм;

3. системные — попадают в насекомых из поедаемых растений, обработанных ядохимикатами. Через листья или корни по сосудистой системе распространяются по всему растению, а затем поступают в организм насекомого.

4. фумиганты — действие через дыхательные пути.

Формы применения:

1. Смачивающиеся порошки при разведении водой дают устойчивую суспензию. Содержание действующего вещества от 1% до 90%.

2. Концентраты эмульсий, образующие с водой устойчивую эмульсию. Содержат действующее вещество, растворитель, вспомогательные вещества (действующего вещества 1−90%).

3. Дусты для опыливания (действующего вещества 1−20%)

4. Гранулы различной величиной частиц (действующего вещества до 10%).

5. Растворимые в воде препараты в виде порошка, таблеток, водных растворов.

6. Растворы в органических растворителях. Для борьбы с грызунами в качестве наполнителей используют пищевые продукты.

7. Аэрозоли.

8. Карандаши, мелки, фумигационные пластинки.

9. Ошейники для животных, пропитка тканей.

Современные требования к пестицидам:

1. низкая острая токсичность для человека, домашних животных и других объектов окружающей среды;

2. отсутствие отрицательных эффектов при длительном воздействии малых доз, в том числе мутагенного, канцерогенного, тератогенного характера и других отдаленных последствий;

3. низкая персистентность (низкая устойчивость в окружающей среде, время разложения в природных условиях на нетоксичные компоненты в течение 1 вегетативного периода, но не более 2 лет);

4. высокая эффективность в борьбе с вредными организмами;

5. экономическая целесообразность использования;

6. доступность сырья и производства.

Клиническая картина отравлений

Причины и источники отравлений ядохимикатами:

· биологическая активность ядохимикатов;

· доступность;

· небрежное обращение;

· неправильное хранение и транспортировка;

· несоблюдение сроков хранения;

· применение с целью одурманивания и самоубийства;

Отравления острые —? от всех острых пестицидных отравлений соответствуют суицидальным попыткам ј часть — несчастные случаи в быту и на производстве.

Строгие требования к применению инсектецидов и других ядохимикатов снижают процент отравлений:

1. прочная упаковка, спроектированная так, чтобы пестицид наносился непосредственно из нее;

2. четкая этикетка о производителе, содержащая наименование (на местном и общепринятом языках); вредители на которых действует пестицид, способ применения. Срок хранения.

3. потребители должны знать, что обращаться с этим пестицидом необходимо осторожно, как с любым чистящим агентом, лекарством.

4. хранение в недоступном для детей месте.

Тем не менее, каждый год в мире регистрируется около полумиллиона отравлений пестицидами, из них более 5000 со смертельными исходами.

Самые распространенные:

1. от ФОС — 70%;

2. от ХОС — 9%;

3. карбонатов — 7,5%;

4. от динитрофенолов — 6%;

Пути попадания в организм:

· перорально (случайно);

· ингаляционно;

· через кожу;

На остроту протекания отравления пестицидами оказывают влияние:

· их токсичность;

· доза, концентрация в воздухе рабочей зоны;

· продолжительность действия;

· генетические особенности организма;

· состояние иммунной системы, перенесенные заболевания.

Отравления как острые, так и хронические.

При острых отравлениях пестицидами чаще и быстрее поражается нервная система с проявлением в виде токсической комы. При острых отравлениях органическими соединениями, Hg нарушается деятельность ЦНС, изменяется мышечный тонус, наблюдается судорожный синдром.

Иногда отравления пестицидами ведут к расстройству деятельности дыхательного центра и его мышц: одышка, хрипы. Легочная форма — токсический бронхит. Вызывают изменение со стороны печени, почек, сердечно-сосудистой системы, кровеносной.

Всасывание при попадании в организм идет по обычной схеме. Ускоряется растворителями, поверхностно-активными добавками или липоидами (например, после приема жирной пищи, молока, касторового масла).

Могут накапливаться в организме (куммулировать) в подкожном жировом слое.

В результате метаболизма возможно образование более токсичных продуктов:

1. окисление (гептахлор > эпоксид, токсичнее в 1000 раз).

2. гидролиз (хлорофос гидролизуется до диметилдихлорвинилфосфата, более токсичного чем хлорофос).

Выделение из организма очень медленно через почки и кишечник.

Лечение острых отравлений проводить комплексно:

· При накожном: промыть водой с мылом или 2% раствором NH₃ или 4% раствором NaHCO₃.

· При поражении слизистой глаз: в течение 10−20 минут промывают теплой водой или изотоническим раствором NaCl.

· При пероральном отравлении — промывание желудка через зонд, можно использовать активированный уголь и яичный белок.

Для очистки кишечника — солевые слабительные (они удерживают воду и растворенные в ней яды, т. е. препятствуют всасыванию).

Для очистки почек — большой объем минеральной воды, мочегонного эффекта. Согревание почек. Специализированная помощь: антиоксиданты, гемодиализ, гемосорбция и симптоматическая терапия.

Для контроля над хроническим отравлением пестицидами проводить углубленные медицинские осмотры: определение количества пестицидов в крови, моче, слюне.

Профилактика отравлений пестицидами:

· Сочетание гигиенических;

· Санитарно-технических;

· Лечебных мероприятий;

· Совершенствование технологий синтеза и производства новых пестицидов;

· Применение индивидуальных средств защиты.

Фосфорорганические пестициды

Фосфорорганические соединения

1. Общая характеристика группы фосфорогранических пестицидов. Токсичность. Пути метаболизма.

2. Краткие сведения о свойствах (метафос, хлорофос, карбофос).

3. Методы изолирования.

4. Анализ экстракта.

Фосфорорганические ядохимикаты

К фосфорорганическим ядохимикатам относят:

1) производное фосфорной кислоты — метафос,

2) производное дитиофосфорной кислоты карбофос,

3) производное фосфоновой кислоты — хлорофос.

По токсичности метафос относится к высокотоксичным,

хлорофос и карбофос — ядохимикаты средней токсичности.

Хлорофос и метафос применяют как инсектициды (для уничтожения вредных насекомых), карбофос — инсектицид и акарицид (для борьбы с клещами).

Типы отравлений: острые и хронические.

Пути поступления в организм:

— ингаляционно,

— перорально,

— через кожу.

Причины и источники отравления ФОС:

1) доступность ядохимикатов;

2) небрежное хранение;

3) несоблюдение сроков хранения;

4) прием токсикоманами с целью одурманивания.

ФОС — яды центральной и вегетативной нервной системы. Являются блокаторами холинэстэразы, в результате чего ацетилхолин накапливается в большом количестве и нарушает функцию, прежде всего нервной системы, наступает блокада выработки АТФ, нарушается ионный состав в мышечной ткани. ФОС вызывают изменения со стороны дыхания, кровообращения, желез внешней и внутренней секреции. Оказывают отдаленное нейротоксическое действие.

Симптомы отравления ФОС:

В отравлении различают 3 стадии:

1) стадия возбуждения (легкая степень отравления).

Идет стимуляция М — холинореактивных систем. Наблюдаются мускариноподобные симптомы: тошнота, рвота, слюнои слезотечение, брадикардия, бронхоспазм;

2) стадия судорог и гиперкинезов (средняя степень отравления).

Наряду с мускариноподобными симптомами наблюдают никотиноподобные: повышение тонуса дыхательной мускулатуры — подергивание мышц языка, лица, всего тела;

3) стадия параличей (тяжелая степень отравления).

К вышеперечисленным симптомам добавляются центральные: нарушение психики, изменения речи, тремор, судороги, парезы и параличи. Развивается коматозное состояние, наступает угнетение дыхания и сердечной деятельности.

ФОС способны депонироваться в организме. В связи с выходом из депо состояние пострадавшего периодически ухудшается.

Помощь при отравлении:

— при пероральном: обильное питье, лучше с гидрокарбонатом натрия, вызвать рвоту, активированный уголь;

— при попадании ФОС на кожу — промыть ее 5%-10% раствором аммиака и 2%-5% раствором хлорамина, затем водой с мылом.

Врачебная помощь: антидотная терапия — холинолитические препараты (атропина сульфат, амизил), реактиваторы холинэстеразы.

Метаболизм происходит по следующим направлениям:

1) окисление серы;

2) замещение серы на кислород;

3) гидролиз с образованием:

— метафос — пнитрофенола;

— карбофос — малооксона;

— хлорофос — диметилдихлорвинилфосфата;

4) конъюгация с глюкуроновой кислотой.

30% ФОС выводятся через почки с мочой, 20% через дыхательные пути, остальные через ЖКТ.

По физико-химическим свойствам представляют собой кристаллические вещества; технические препараты — маслянистые жидкости, растворимые в органических растворителях. Легко проникают через кожу, гематоэнцефалический барьер. В щелочной среде легко гидролизуются, при высокой температуре разлагаются с образованием более токсичных соединений.

Метафос

Химически чистый препарат — белое кристаллическое вещество, температура плавления 36⁰С, технический метафос — 20% концентрат эмульсии. Представляет собой густую жидкость от желтого до коричневого цвета со специфическим, неприятным запахом. Хорошо растворим в органических растворителях (спиртах, кетонах), плохо в бензине, петролейном эфире. В воде растворим при 25⁰С 60 мгл.

Разрушается солнечным светом. В щелочной среде легко гидролизуется до п-нитрофенола. При высокой температуре разлагается с образованием более токсичных соединений.

Форма выпуска: 20% концентрат эмульсий, 2,5% дуст, смачивающий порошок.

Летальная доза 0,2−2,0 г.

Хлорофос

Белый кристаллический порошок с приятным запахом, температура плавления 74⁰С. Технический препарат — загустевшее белое вещество со специфическим запахом.

Хлорофос хорошо растворим в спирте, бензоле, воде, хуже в четыреххлористом углероде. Быстро гидролизуется в щелочных растворах, медленнее в кислых.

Форма выпуска: 75% технический препарат, 7% гранулированный порошок (для борьбы с мухами, паразитами человека и животных).

LD₅₀ для хлорофоса 50−100г.

Карбофос

Чистое вещество — слабо окрашенное в желтый цвет масло со слабым неприятным запахом.

Растворимо в воде при комнатной температуре, хорошо растворимо в спиртах, кетонах, эфирах. При продолжительном нагревании изомеризуется. Медленно гидролизуется водой. При контакте с железом теряет инсектецидные свойства.

Форма выпуска: 30% концентрат эмульсии (для борьбы с тлей, клещами на деревьях, полевых культурах).

Летальная доза карбофоса — 5−10г.

Объекты исследования при отравлении ФОС:

желудок, толстый и тонкий кишечник с содержимым, печень, почки, мозг, легкие, сердце, кровь, моча.

Общая схема исследования на ФОС

Подготовка объекта: измельчить

v

Выделение:

1) настаивание с органическим растворителем (экстракция)

2) настаивание с водой, подкисленной серной кислотой, с последующей экстракцией.

v

Очистка экстракта

v

Получение сухого остатка

(водяная баня, ротационный испаритель)

v

Растворение

v

Исследования на ФОС:

1) предварительные,

2) подтверждающие,

3) количественное определение.

Характеристика некоторых методов изолирования

Примечания:

Объект без глубокого гнилостного разложения — 1 — 3 дня хранения.

Количество исследуемого биоматериала: для изолирования метафоса — 25 гр., для изолирования хлорофоса и карбофоса — 20- 100 гр.

При исследовании крови ее берут из вены или артерии, добавляют гепарин, а затем исследуют.

Реакцию среды создают серной или соляной кислотой.

Доказательства наличия ФОС

1. Предварительные исследования.

1.1.Предварительная проба — холинэстеразная.

Носит отрицательное судебно-химическое значение.

Проба выполняется в трех чашках Петри, заполненных агар — агаром.

Первая — «холостой опыт». Содержит агар-агар, в лунку которого внесена капля ацетилхолина, капля сыворотки, содержащей ацетил-холинэстеразу и капля индикатора бромтимолового синего.

Вторая чашка — стандартная. Содержит те же компоненты, что и первая, но и каплю стандартного вещества — ФОС.

В третью чашку Петри с агар-агаром вносят компоненты, как и в первую, но добавляют каплю исследуемого экстракта.

После термостатирования цвет индикатора изменяется в чашках, где нет ФОС от синего к желтому.

Во второй чашке, где был стандарт и в третьей, если в исследуемом экстракте был ФОС цвет индикатора остается синим, так как ФОС блокирует холинэстеразу, ацетилхолин не разлагается и рН среды не изменяется.

Схема холинэстеразной пробы:

1) АХ + АХЭ + ИНД (синий) > Холин + CH₃COOH + ИНД (желтый)

2) АХ + АХЭ + ФОС + ИНД (синий) > АХ + ИНД (синий)

4) АХ + АХЭ + ЭКСТРАКТ + ИНД (синий) > АХ + ИНД

(цвет по наличию ФОС в экстракте) Термостатирование при 38⁰— 40⁰С 30 минут.

Используемый индикатор — бромфеноловый синий.

Принцип:

Ацетилхолин при энзиматическом расщеплении ацетилхолинэстеразой, находящейся в сыворотке, образует холин и уксусную кислоту. Образующаяся CH₃COOH меняет реакцию среды на кислую и ведет к изменению цвета индикатора.

ФОС из исследуемого экстракта диффундирует в слой агар — агара, ингибирует фермент, ацетилхолин не расщепляется, реакция среды не меняется, цвет индикатора также не меняется.

Методика пригодна для биоматериала, хранящегося не более 5 дней при комнатной температуре. Продукты гниения угнетают активность холинэстеразы.

Поскольку ФОС обладают слабым ингибирующим действием in vitro, а при их окислении действие усиливается, то пробу проводят как с активацией бромом, так и без нее. Методика активации: к органическому извлечению добавляют бром, через 30 минут избыток брома удаляют 0,1 М раствором тиосульфата натрия.

Методика не специфична (дают ФОС и карбаматы). Однако, проста, наглядна, удобна при серийных исследованиях.

Определение фосфора после минерализации.

Минерализация действием сильных концентрированных кислот.

Фосфат — ион определяют молибдатом аммония в азотнокислой среде — желтое окрашивание, после добавления восстановительной смеси (бензидин и гидроксид аммония) — синее окрашивание молибденовой сини;

ТСХ — в частных системах растворителей

Метафос

Система: хлороформ — н-гексан или бензол Проявитель: раствор бромтимолового синего, содержащий серебра нитрат, термостатирование при 60⁰С 20 минут. Обработка уксусной кислотой. Пятна лилового цвета.

Хлорофос

Система: ацетон-н-гексан.

Проявитель: раствор резорцина и карбоната натрия — пятна оранжевого цвета, после термостатирования при 100⁰С 5 минут.

Карбофос

Система: ацетон-н-гексан Проявитель: раствор бромтимолового синего, содержащий серебра нитрат, термостатирование при 60⁰С 20 минут. Обработка уксусной кислотой. Пятна лилового цвета.

2. Подтверждающие исследования:

Метафос

2.1. реакция Шенемана (действие 0-дианизидина и пербората натрия) — желтое или красноватое окрашивание.

2.2. спектры в УФ — области.

Хлорофос

2.1. с резорцином в щелочной среде — розовое окрашивание;

2.2. проба Фудживара (с пиридином в щелочной среде) — розовое или красное окрашивание;

2.3. с 2,4-динитрофенилгидразином — сине-фиолетовое окрашивание.

Карбофос

2.1. с реактивом Марки — оранжевая окраска, переходящая в темно-коричневую.

2.2. МКС реакция с хлоридом ртути. Наблюдают игольчатые кристаллы.

2.3. МКС с реактивом Драгендорфа. Иглы темно-бурого цвета.

2.4. реакция с диазотированной сульфаниловой кислотой в щелочной среде при нагревании, вишнево-красное окрашивание.

Количественное определение:

а) ГЖХ;

б) фотометрия на основе реакции образования молибденовой сини, для хлорофоса на основе реакции с 2,4-динитрофенилгидразином.

Хлорорганические пестициды

1.Общая характеристика группы.

2. Представители

2.1. Токсичность.

2.2. Пути метаболизма.

2.3. Химико-токсикологический анализ.

Общая характеристика

Токсикологическое значение из хлорорганических пестицидов имеют 4 группы:

1) ДДТ и его аналоги

2) группа гексахлорциклогексана (ГХЦГ)

3) полихлорциклодиены (ГПХ)

4) токсафен и его производные

Группа ДДТ:

Название группы соответствует токсичному инсектециду дихлордифенилдихлорметилметану. Эмпирическая формула С₁₄Н₉Cl₅. С 1939 г стали известны его инсектецидные свойства и началась эра синтетических органических пестицидов.

Токсичен и аналог ДДТ — метоксихлор.

Селективные инсектициды. ДДТ обладает нейро-, эмбрио-, иммунотоксичностью, мутагенным действием. Обладают способностью к кумуляции, долго сохраняются в природе. Производство и применение ДДТ в СССР запрещено с 1972 года, но его до сих пор можно найти на всех уровнях биосферы.

Хлорорганические пестициды (ХОП)

1) стойки на местности;

2) способны куммулировать;

3) обладают нейро-, гепато-, нефро-, гематотоксичностью;

4) обладают канцерогенным действием.

Для ХОП характерна неблагоприятная «триада»:

· высокая устойчивость во внешней среде;

· куммуляция;

· способность выделять с молоком лакирующих животных (козы, коровы) и кормящих матерей.

Период полураспада ХОП в почве составляет 1,5 года и более (ДДТ, диэлдрин 15−20 лет).

Для оценки содержания пестицидов в продуктах растительного и животного происхождения после определенного периода применяют термин «остаточные количества пестицида».

Остаточные количества ХОП в сельхозпродукции не удаляются в процессе термической и кулинарной обработки.

Согласно данным ВОЗ установлены 12 стойких органических загрязнителей (СОЗ). Это так называемая «грязная дюжина»:

диоксины, фураны, полихлорбифенилы, ДДТ, хлородан, гептахлор, гексахлоробензол, токсафен, алдрин, диэлдрин, эндрин, мирекс. Большинство из них относятся к ХОП. Список был составлен в результате длительных международных исследований, консультаций и форумов. Главным итогом которых, стало подписание 23.05.2002 г. в Стокгольме Глобальной международной конвенции о запрещении СОЗ (стойких органических загрязнителей).

Стокгольмская конвенция выдвинула ряд предложений по изучению воздействия СОЗ на здоровье человека, животных, растений, изучению путей распространения этих веществ, а также по запрещению их производства и использования.

Анализ показал, что ХОП не отвечают безопасным требованиям, предъявляемым к пестицидам:

· быстрое разложение в воде, почве с образованием безопасных продуктов;

· отсутствие куммуляции;

· отсутствие отдаленных последствий (мутагенное, тератогенное действие).

ХОП применяли в больших количествах и длительно. ХОП загрязняется рыба, растения, листья и побеги которых хорошо поглощают ХОП из воздуха. Это нанесло ущерб здоровью сельскохозяйственных работников, населению, особенно детям, проживающих в этих районах.

Разрабатываются программы по уничтожению ряда ХОП, но огромные запасы привели к тому, что даже после ограничения их применения, шло их использование. Здесь наблюдается беспечное отношение к здоровью, вероятно, экономический интерес.

Гексахлорциклогексан (ГХЦГ) (гексахлоран, линдан)

Применяют в сельском хозяйстве как кишечный и контактный инсектецид, фумигант для борьбы с вредителями зерновых культур, садов, виноградников, с паразитами животных. В виде дустов, смачивающихся порошков, концентратов эмульсий, дымовых шашек и др. Применение препарата в РФ строго регламентировано (разрешено использование в смесевых протравителях).

Свойства: ГХЦГ представляет собой смесь изомеров. Технический препарат имеет 4 изомера — альфа и гамма стимулируют ЦНС; бетта и сигма угнетают ЦНС. Изомер линдан (г-изомер) с запахом плесени наиболее токсичен.

ГХЦГ представляет собой желтовато-серое кристаллическое вещество с характерным запахом плесени, особенно при хранении. Температура плавления равна 128 °C. Слабо растворим в воде, растворим в органических растворителях. Устойчив по отношению к окислителям, концентрированным кислотам. При повышенной температуре возгоняется.

Токсичность:

Яд кожно-резорбтивного действия. Обладает куммулятивным и эмбриотоксическим действием.

Гексахлорциклогексан быстро всасывается и адсорбируются всеми органами, особенно костным мозгом, мышцами языка, прямой кишкой, жировой тканью. Вызывает гиперемию кожи, отечность, появление пузырьков. Раздражает конъюктиву глаз. Вызывает головокружение, головную боль, тошноту. Возможно развитие токсического отека легких.

Выделяется через ЖКТ, молочные железы и почками. Выделение из организма медленное (месяцы) через почки и кишечник.

Метаболизм: путем дегидрирования, дегидрохлорирования, дехлорирования, гидроксилирования.

Отравления: острые и хронические.

Пути поступления: ингаляционно и перорально.

Химико-токсикологический анализ.

Выделение:

1. Перегонка с водяным паром. (Подкисление Н₂С₂О_{4. .}Собирают 300 мл дистиллята. Экстракция эфиром (3×100 мл). Эфирные экстракты упаривают).

2. Экстракция органическим растворителем (н-гексан).

Схема исследования на гексахлоран

100 г биообъекта Экстракция Перегонка + экстракция

Очистка

v

Упаривание

v

Исследование на наличие ГХЦГ

I. Предварительное исследование.

1.1. Реакция отщепления хлора.

Cl ^-+ AgNO₃ > AgClv + NO₃^-

Реакцию проводят при нагревании колбы с обратным холодильником в течение 1 часа со спиртовым раствором щелочи.

AgClv растворим в избытке раствора NH_3.

1.2.ТСХ в частной системе.

Система: Н-гексан (Н-гексан-ацетон (1:1)).

Проявитель: водно-ацетоновый аммиакат серебра с дальнейшим облучением УФ-светом.

Эффект: пятно серовато-черного цвета.

II. Подтверждающий анализ.

2.1. Реакция дехлорирования и последующего нитрования образовавшегося бензола:

реакцию дехлорирования проводят при нагревании колбы с обратным холодильником в течение 1 часа со спиртовым раствором щелочи;

бензол + NaNO₃ + H₂SO_4(к) > м-динитробензол + NaOH > фиолетовое окрашивание.

2.2. Реакция с янтарной кислотой (или фталевой) и Fe₂(SO₄)₃.

В пробирку к экстракту + янтарную кислоту. Пробирку накрывают кружком фильтрованной бумаги, смоченной Fe₂(SO₄)₃, нагревают на глицериновой бане (200°С). На бумаге образуется пятно синего цвета.

2.3. ГХ с электронозахватным детектором.

2.4. ГХМС

2.5.ВЭЖХ Количественное определение:

1) фотометрия по реакции нитрования бензола.

2) ГХ.

3) ВЭЖХ

Группа полихлорциклодиенов

Гептахлор (гептанал)

Применяют как контактный и кишечный инсектецид, стимулятор роста растений.

Свойства: белое кристаллическое вещество, температура плавления равна 95−96⁰ С.

Технический препарат: мягкое воскообразное вещество рыжевато-коричневого цвета. Обладает камфорным запахом. Температура плавления равна 46−74⁰С. Практически не растворим в воде, хорошо растворим в органических растворителях, маслах, ароматических углеводородах. Устойчив к воздействию влаги, света, высокой температуры.

Токсичность:

Яд кожно-резорбтивного действия. Куммулирует в организме. По токсической классификации относится к I классу опасности. Стоек. Не допустимо наличие остаточных количеств в пищевых продуктах.

Симптоматика отравлений зависит от пути поступления и тяжести отравления.

1. Ингаляционно: кашель, покраснение зева, слизистых оболочек глаз.

2. Перорально: рвота, боль в животе, понос, в тяжелых случаях — токсический отек легких, судороги.

Метаболизм: окисление до более токсического эпоксида

Пути поступления в организм:

1. ингаляционно (пыль);

2. перорально.

Типы отравлений:

1. острые

2. хронические

· случайные

· криминальные

Химико-токсикологический анализ.

Выделение:

1. Из ткани печени — настаивание с н-гексаном.

2. Очистка — б/в Na₂SO₄.

3. Из биожидкостей (кровь, моча) — экстракция диэтиловым эфиром. Очистка — б/в Na₂SO₄.

Схема исследования на ГПХ

25,0 объекта

v

Экстракция (н-гексан или эфир)

(2раза по 30 минут)

Очистка (б/в Na₂SO₄)

v

Упаривание

v

Сухой остаток

v

Растворение в С₂Н₅ОН

v

Исследование на ГПХ

I. Предварительное исследование:

1.1.Реакция отщепления Cl^- и обнаружение его с AgNO₃ (предварительное нагревание со спиртовым раствором NaOH, охлаждение, подкисление HNO₃ +AgNO₃ >белый осадок или муть AgCl).

1.2.ТСХ в частной системе (н-гексан).

Проявление: водно-ацетоновый раствор аммиаката серебра с дальнейшим облучением УФ-светом.

Эффект: пятно серовато-черного цвета.

II. Подтверждающие исследования.

2.1.Специфичная реакция — с диэтаноламином.

Эффект: фиолетовое окрашивание.

2.2.Реакция с анилином и пиридином в щелочной среде при нагревании > темно-зеленое окрашивание.

2.3.ГХ дериватов (летучих производных)

2.4.ГХМС

2.5.ВЭЖХ Количественное определение: фотометрия, ВЭЖХ

Пестициды — производные карбаминовой кислоты

Севин (карбарил)

НО=С=NH₂

¦

O

Карбаминовая кислота — амид угольной кислоты, в свободном состоянии неизвестна. Соли карбаминовой кислоты — карбаматы, устойчивы, но в качестве пестицидов нашли применение сложные эфиры — уретаны. Однако в химико-токсикологическом анализе к пестицидам применяют термин карбаматы.

Севин (карбарил) — производное карбаминовой кислоты.

Относится к группе высокотоксичных инсектецидов контактно-кишечного действия, применяется также как гербецид.

Выпускается в виде порошка, дуста, гранул.

Свойства: белое кристаллическое вещество, температура плавления равна 142⁰С. Плохо растворим в воде, хорошо в органических растворителях. В щелочной среде гидролизуется с образованием бнафтола или внафтола.

Токсичность: пути поступления: перорально, ингаляционно. Быстро всасывается. Ингибирует ХЭ. Симптомы отравления похожи на симптомы при отравлении ФОС, но менее продолжительны: никотиноподобные, мускариноподобные и центральные. Симптоматика отравления сохраняется не более 8 часов.

В отравлении различают 3 стадии:

1) стадия возбуждения (легкая степень отравления).

Идет стимуляция М — холинореактивных систем. Наблюдаются мускариноподобные симптомы: тошнота, рвота, слюнои слезотечение, брадикардия, бронхоспазм;

2) стадия судорог и гиперкинезов (средняя степень отравления).

Наряду с мускариноподобными симптомами наблюдают никотиноподобные: повышение тонуса дыхательной мускулатуры — подергивание мышц языка, лица, всего тела;

3) стадия параличей (тяжелая степень отравления).

К вышеперечисленным симптомам добавляются центральные: нарушение психики, изменения речи, тремор, судороги, парезы и параличи. Развивается коматозное состояние, наступает угнетение дыхания и сердечной деятельности.

Севин в организме нарушает функцию печени. Выводится почками и через кишечник.

Врачебная помощь: антидотная терапия — холинолитические препараты (атропина сульфат, амизил), реактиваторы холинэстеразы.

Пути метаболизма:

1. гидролиз до внафтола (до 20%)

2. окисление

3. конъюгация Отравления случайные: бытовые и производственные. Причины отравлений: несоблюдение ТБ, неправильное хранение, транспортировка, небрежное обращение.

Химико-токсикологический анализ

Схема исследования на севин и его метаболит б-нафтол.

100 г объекта Экстракция (бензол)

v

Очистка фильтрованием

v

Упаривание досуха

v

Растворение сухого остатка в С₂Н₅ОН

v

Исследование на севин:

I. Предварительное:

1.1. Холинэстеразная проба.

1.2. ТСХ в частных системах (хлороформ, н-гексан-метанол (1:7)).

Детекция: УФ-свет, обработка диазотированной сульфаниловой кислотой. Пятна красного цвета.

II. Подтверждающее исследования:

2.1. Цветные реакции с

· свежеприготовленным раствором FeCl_3. Эффект — розовое окрашивание.

· 0,5% раствором NaNO₂ в H₂SO_4(р.). Эффект — желтое окрашивание, в щелочной среде переходит в оранжевое.

· смесью CuCl₂ и NaBr при нагревании. Эффект — сине-фиолетовое окрашивание.

2.2. МКС реакции:

а) с пикриновой кислотой;

б) перекристаллизацией из спиртового раствора.

2.3. УФ-спектр (л_max 281 нм; б_нафтолл_max 296 нм)

2.4.ГХ дериватов (летучих производных)

2.5.ГХМС

2.6.ВЭЖХ Количественное определение:

фотометрия на основе реакции продукта щелочного гидролиза б-нафтола с купробромидом натрия, ВЭЖХ

Ртутьорганические пестициды

Этилмеркурхлорид — С₂Н₅НgCl

РОС (ртутьорганические соединения) применяют для протравы семян. Протрава — предпосевная обработка: убиваются споры болезнетворных грибков, вызывающих заболевания растений: головня, полиспороз, и т. д. РОС в смеси с другими органическими пестицидами применяют как препараты комплексного действия в борьбе с грибковыми заболеваниями и насекомыми вредителями. В качестве пестицидов используют различные соли, например фенил — меркурацетат, этилмеркурхлорид и препараты, созданные на их основе гранозан, меркуран и.т.д. Пары гранозана в 2 раза токсичнее ртути. Остаточные количества гранозана в пищевых продуктах не допускаются.

Основным действующим веществом гранозана является этилмеркурхлорид (C₂H₅HgCl) — белый порошок, t⁰ плавления 192⁰С, со специфическим запахом. Практически нерастворим в H₂О, хорошо растворим в горячем спирте, 10% растворе NaOH. Легколетуч, высоко токсичен, гидролизуется с освобождением Hg²⁺, способен куммулировать в организме.

Инсектицид и гербицид.

Пути попадания в организм:

· перорально

· ингаляционно.

Типы отравлений: острые и хронические. Случайные при использовании в пищу «загрязненных» воды или продуктов из зерна, муки, овощей, фруктов, рыбы. Производственные при несоблюдении ТБ при производстве пестицидов, их использовании, хранении и т. д.

РОС, проникая в организм, оказывает сильное токсическое действие, которое зависит от окружения атома ртути. Наиболее опасны алкильные соединения, которые проникают через плацентарный барьер.

РОС гидролизуются в организме с освобождением двухвалентной ртути, которая связывается с меркаптокислотами, серосодержащими пептидами и белками.

При попадании в организм органических соединений Hg не зависимо от пути поступления наблюдается острое поражение ЦНС и сердечно-сосудистой системы со следующими проявлениями:

— тремор,

— возбуждение,

— расстройство речи,

— расстройство глотания,

— нарушения зрения и слуха,

— отек головного мозга.

Позже возникают расстройства функций печени и почек.

Выведение из организма медленное. В организме ртуть из РОС откладывается в тканях мозга.

Чувствительность к ртутным соединениям различна. Смерть может наступать в первые часы после отравления от паралича ЦНС, может через 5−10 дней. Клиническая картина отравления затягивается до 1−1,5 месяца и напоминает пищевые отравления, дизентерию и другие желудочно-кишечные заболевания.

Химико-токсикологический анализ

Объекты исследования: кровь, продукты, зерновые биоматериал (печень, почки, ткани мозга) Определение РОС в биоматериале складывается из:

1. химического обнаружения ртути;

2. ТСХ;

3. ГЖХ.

Ртуть относится к примесным элементам, присутствует в организме. Поэтому при химико-токсикологических исследованиях проводят исследования на общую ртуть и РОС.

В процессе гниения уровень общей ртути не изменяется, а содержание РОС падает.

Исследование на общую ртуть

Основано на окислении материала НNO_3(к.), восстановлении ртути хлоридами Sn и Cd до элементного состояния и определения ртути.

Для анализа используют 10 г биоматериала, в качестве катализатора используют С₂Н₅ОН. Проводят на кипящей водяной бане 1 час.

Обнаружение ртути в охлажденном виде производят реакцией с сульфитом меди. Эффект: розовое окрашивание осадка.

Визуальная оценка по стандартной шкале.

Исследование на РОС

Включает:

щелочной гидролиз биоматериала, экстракцию органическим растворителем (толуолом);

реэкстракцию цистеином с последующей экстракцией в бензол анализ экстракта:

метод ТСХ в виде дитизонатов на основании Rf

метод ГЖХ с электронозахватным детектором по времени удерживания.

Гидролиз биоматериала проводят в течение 1 часа на водяной бане при температуре 85−90⁰С с 10 г биоматериала в присутствии 10 мл раствора КОН.

После гидролиза и охлаждения гидролизата, добавляют 20 мл. НСl (1:1), вносят 1 г хлорида меди и добавляют 50 мл толуола. Проводят экстракцию толуолом в течение 30 минут, затем к толуольной фракции добавляют 10 мл свежеприготовленного цистеина для реэкстракции (проводят 10 минут). К реэкстракту прибавляют насыщенный раствор хлорида калия, разбавленной соляной кислоты и бензол, вновь энергично встряхивают 10 минут, отделяют бензольный экстракт и исследуют.

Анализ экстракта методом ТСХ

К экстракту приливают 0,1% раствор дитизона в хлороформе. Наносят на хроматографическую пластинку со свидетелями. Хроматографируют в системе гексан-ацетон (4:1). Высушивают, наблюдают оранжевые пятна.

Rf дитизоната этилртути 0,57; дитизоната метилртути 0,54.

Определение проводят по величине Rf свидетелей.

Полуколичественно содержание РОС в пробе оценивают, сравнивая интенсивность окраски и площадь пятен свидетелей и образцов.

C₆H₅-N=N C₆H₅-N=N …

:

С=S + C₂H₅HgCl —-> C=S HgC₂H₅ + HCl

H / H / ¦

C₆H₅-N-NH C₆H₅-N-N ———;

Анализ экстракта методом ГЖХ

Полученный бензольный экстракт помещают в холодильник на 10 минут, затем вносят в испаритель хроматографа и хроматографируют.

Условия хроматографирования:

Температура колонки 130⁰, сорбент — хроматон.

Температура испарителя 150⁰, температура детектора — 250⁰.

Газ-носитель — азот.

Время удерживания: этилмеркурхлорида — 4 минуты, метилмеркурхлорида — 1,8 минут Метод ТСХ позволяет идентифицировать алкили фенилртуть. Метод ГЖХ устанавливает точную природу соединения.

Химическая реакция: (экспресс-анализ).

К полученному толуольному экстракту в делительной воронке приливают воду, 1мл 1% раствора I₂ в KI, встряхивают 2 минуты. После разделения фаз нижний (водный) слой переносят в пробирку и приливают 3 мл раствора CuSO₃, наблюдают выпадение осадка розового цвета (как при определении общей ртути).

Выделение РОС из пищевых продуктов

1 этап: настаивание с 3 — 9 н. раствором соляной кислоты в течение 1 часа.

2 этап: экстракция хлороформом.

Исследование органического экстракта на наличие этилмеркурхлорида:

1) проба с медной пластинкой

основана на способности Cu вытеснять Hg²⁺ из её соединений:

При погружении медной проволоки (пластинки) в раствор, содержащий C₂H₅HgCl, последний разлагается, а выделившаяся Hg²⁺ откладывается в виде серого налёта, который далее переводят в тетрайодомеркуриат оранжево-красной окраски

Hg²⁺ + 4CuI Cu₂[HgI₄] + 2Cu⁺

2) обнаружение методом ТСХ метод основан на переводе этилмеркурхлорида в этилмеркурдитизонат при pH = 4,5.

C₆H₅-N=N C₆H₅-N=N …

:

С=S + C₂H₅HgCl —-> C=S HgC₂H₅ + HCl

H / H / ¦

C₆H₅-N-NH C₆H₅-N-N ———;

Полученный хлороформный этилмеркурдитизонат выпаривают до сухого остатка, который далее растворяют 0,5 мл хлороформа и хроматографируют в системе нгептан — хлороформ (2:5) или нгексан — ацетон (4:1).

При наличии этилмеркурдитизоната наблюдают пятна жёлтого цвета.

2 а) этилмеркурдитизонат на хроматограмме разрушают парами брома, а образовавшуюся Hg²⁺ далее переводят в тетрайодомеркуриат оранжево-красной окраски

Hg²⁺ + 4CuI Cu₂[HgI₄] + 2Cu⁺

Количественное определение:

экстракционная фотометрия на основе реакции с дитизоном.

Этилмеркурдитизонат элюируют хлороформом и фотометрируют при длине волны 475 нм.

Синтетические пиретроиды

Синтетические пиретроиды — соединения являющиеся эфирами хризантемовой, перметриновой и дельтаметриновой кислот, 3-(1,1,2,2,-тетрабромэтил)-2,2,-диметилциклопропанкарбоновой кислоты, 3-(2-хлор-3,3,3-трифторпропенил)-2,2-диметилциклопропанкарбоновой кислоты, 2,2,3,3-тетраметилциклопропанкарбоновой кислоты. Часто к синтетическим пиретроидам относят вещества, не являющиеся производными циклопропанкарбоновой кислоты, но сходные с ними по действию, например, эфиры изовалериановой кислоты.

Классификация

1. Производные замещённых циклопропанкарбоновых кислот:

а) производные хризантемовой кислоты (аллетрин, тетраметрин);

б) производные З-(2,2-дихлорвинил)-2,2-диметилциклопропанкарбоновой перметриновой кислоты (перметрин или ровикурт, циперметрин (шерпа), альфаметрин (фастак), в-циперметрин (кинмикс));

Перметрин

Шерпа (Циперметрин)

Таллометрин

в) производные 3-(2,2-дибромвинил)-2,2-диметилциклопропанкарбоновой дельтаметриновой кислоты (дельтаметрин (децис));

г) производные 3-(1,2,2,2-тетрабромэтил)-2,2-диметилциклопропанкарбо-новой кислоты (траллометрин (скоут));

д) производные 3-(2-хлоро-3,3,3-трифторпропенил)-2,2-диметил-циклопропанкарбоновой кислоты (цигалотрин, *л-цигалотрин (каратэ)(2 изомера цигалотрина));

Цигалотрин

е) производные 2,2,3,3-тетраметилциклопропанкарбоновой кислоты (фенпропатрин (дакатол)).

2. Производные 3-метилбутановой (изовалериановой) кислоты:

*Фенвалерат (сумицидин)(4);

*Эсфенвалерат (суми-альфа) (изомер фенвалерата).

Фенвалерат

Физические свойства

Применение: В виде КЭ, аэрозолей и реже— в виде СП, дустов. В препаратах сочетают с синергистами (чаще с пиперонилбутоксидом в 5−10 кратном избытке) или с ФОС.

Инсектициды.

Токсические свойства

Синтетические пиретроиды относятся к ядам нервного действия.

Токсичность синтетических пиретроидов связывают с их способностью влиять на окислительно-востановительные системы.

Соединения рассматриваемой группы изменяют активность ферментов переаминирования, содержания мочевины и общего белка в сыворотке крови.

На клеточном уровне синтетические пиретроиды воздействуют на натриевые каналы нейронных мембран.

Синтетические пиретроиды индуцируют моноаминооксигиназную систему. Описано увеличение массы печени и увеличение содержания белка в крови у подопытных животных, подвергшимся воздействию синтетических пиретроидов.

Известно аллергическое действие пестицидов из группы синтетических пиретроидов.

Отдельные представители группы синтетических пиретроидов (например, дельтаметрин) проявляют выраженное кожно-резорбтивное действие.

Группа соединений синтетических пиретроидов включает вещества различной степени токсичности для теплокровных организмов и человека.

По величине LD₅₀ для крыс (пероральное введение) высокотоксичными соединениями считают:

тефлутрин (22−35 мг/кг),

бифентрин (54 мг/кг),

дельтаметрин (128 мг/кг),

эсфенвалерат (75 мг/кг),

флуцитринат (67−80 мг/кг) фенпропатрин (70−164 мг/кг),

фенфлутрин (85−120мг/кг),

циперметрин (250−300 мг/кг),

флуваминат (260−280 мг/кг).

Соединениями средней токсичности являются:

перметрин (500−4000 мг/кг),

фенвалерат (451 мг/кг),

аллетрин (920 мг/кг),

тралометрин (1070−1250 мг/кг),

цифлутрин (590 мг/кг),

цифенотрин (318−419 мг/кг).

Малотоксичные соединения:

тетраметрин (5000мг/кг),

ресметрин (4240 мг/кг),

фенотрин (10 000 мг/кг).

-Клиническая картина отравления

При острых отравлениях синтетическими пиретроидами наблюдаются признаки поражения центрального и периферического отделов нервной системы (в частности бронхоспазм, диарея, нарушение координации движения, судороги клинико-тонического характера, парез задних конечностей). Острые отравления данными соединениями могут характеризоваться вначале симптомами раздражения кожи, после чего появляется головная боль, головокружение, ломота в суставах, тошнота, рвота, а дальнейшем развиваются почечная и печёночная недостаточность, токсическая энцефалопатия с признаками поражения мозжечка, токсическая миокардиодистрофия. Может наступить летальный исход от отёка лёгких и остановки сердца.

Гистологические и патологоанатомические признаки

В трупах теплокровных животных (крысы), отравленных перметрином и циперметрином, могут обнаруживаться сосудистые нарушения во внутренних органах, а также дистрофические изменения в печени, почках, головном мозге.

При летальных отравлениях кроликов и крыс аллетрином, патологоанатомические и гистологические изменения не были характерными и включали белковую дистрофию клеток почечных канальцев, белковую дистрофию типа мутного набухания для гепатоцитов, пигментацию ретикулоэндотемоцитов стромальных элементов печени.

Патологоанатомическая картина при отравлении человека дельтаметрином характеризуется: отёком лёгких, переполнением кровеносных сосудов лёгких, присутствием, так называемого, «старого» инфаркта миокарда.

Как за рубежом, так и в Российской Федерации отмечены многочисленные случаи отравления людей синтетическими пиретроидами, в том числе с летальным исходом.

Пути поступления в организм

Путями поступления синтетических пиретроидов в организм, приводящими к отравлениям различной степени тяжести, являются: пероральный, перкутанный и ингаляционный.

Метаболизм

Метаболизм синтетических пиретроидов в организме человека изучен недостаточно. В результате метаболизма СП образуется около 20 или более метаболитов. Основой путь метаболизма у крысы — разрыв эфирной связи (гидролиз), окисление кислой (по диметильной группе) и спиртовой (в 2'4' и 5'-положении фенильного остатка) частей её, а также превращение цианогруппы (при её первоначальном наличии) в тиоцианатную и 2-аминотиазолидин-4-карбоновую кислоту. Эти производные кислотной и спиртовой части молекулы синтетических пиретроидов образуют коньюгаты с серной кислотой, глицином и глюкуроновой кислотой.

Выделение из организма

Из организма человека синтетические пиретроиды в неизменном виде или в виде продуктов биотрансформации выделяются в основном с мочой и калом. 64−77% введённой дозы дельтаметрина (при пероральном введении) выделялось с мочой и калом в течение четырёх суток. Максимальный уровень дельтаметрина в плазме крови наблюдается через 1−2 часа после введения. Период полураспада в плазме крови составляет 10−1 1,5 ч, в моче — 10−13,5 ч.