Тяжелые металлы.

Среди всех химических элементов 82 представляют собой металлы. В современной цветной металлургии различают тяжелые цветные металлы- плотностью 7,14-21,4г/см³ ( цинк, олово, медь, свинец, хром и др.) и легкие цветные металлы- плотность 0,53-3,5г/см³( литий бериллий и др.). Признаками, которые позволяют относить металлы к тяжелым является их атомная масса и плотность. По общему правилу, к тяжелым металлам относят элементы имеющие атомный номер больше 20 и плотность более 5г/см³. Если исходить из этого показателя, тяжелыми следует считать 43 из 84 металлов Периодической системы элементов. Среди этих 43 металлов 10 обладают наряду с металлическими свойствами признаками неметаллов ( являются p-элементами), поэтом термин «тяжелые элементы» является более правильным. Некоторые металлы, Cu, Fe, Mn, Co, Zn, и Ni требуются живым организмам и растениям для синтеза ряда белков, процессов роста, развития. Их называют еще эссенциальными элементами. Из встречающихся в природе элементов, 81 обнаружен в организме человека, при этом 15 элементов (железо, йод, медь, цинк, кобальт, хром, молибден, никель, ванадий, селен, марганец, мышьяк, фтор, кремний, литий) признаны жизненно необходимыми микроэлементами.

Однако металлы: свинец, ртуть, кадмий, цинк, висмут, кобальт, никель, медь, олово, сурьма, ванадий, марганец, хром, молибден , мышьяк так же широко используются в производственной деятельности и в результате накопления во внешней среде представляют серьезную опасность из-за их биологической активности и токсичных свойств. Основной депонирующей средой для тяжелых металлов являются почвы, в которые они поступают с атмосферными осадками, дождем, снегом, отмершими частями растений. Металлы сравнительно быстро накапливаются в почве и крайне медленно из нее выводятся, так период полуудаления цинка – до 500 лет; кадмия – до 1100 лет; меди – до 1500 лет; свинца – до нескольких тысяч лет. Поэтому почвы являются интегральным показателем экологического состояния окружающей среды, и именно они чаще используются для оценки загрязнения окружающей среды тяжелыми металлами. Некоторые группы живых организмов являются лучшими аккумуляторами, нежели почва. Чаще всего для анализа содержания в окружающей среде тяжелых металлов используются растения.

По воздействию на модельные биообъекты тяжелые металлы делятся на несколько групп:

1.Очень токсичные элементы. К ним относятся те металлы, которые оказывают вредное действие на тесторганизмы при концентрациях в растворе до 1мг/л. К таким элементам относятся Be²⁺ , Hg²⁺ , Sn²⁺ и, вероятно, Сo²⁺ , Ni²⁺ ,Pb²⁺ и CrO₄^2- .

2.Умереннотоксичными считаются те металлы, которые оказывают ингибирующее действие при концентрациях от 1 до 100мг/л. Эта группа включает арсенаты, бораты, броматы, хлораты, перманганаты, молибдаты, антимониты, селенаты, а также ионы As, Se, Al³⁺ , Ba, Cd, Cr, Fe³⁺ , Mn²⁺ , Zn²⁺, и др.

3.Слаботоксичные – те, которые показывают отрицательный эффект при уровнях более 1800мг/л: Ca²⁺, Mg²⁺ , K ⁺ , Na⁺ , Rb, Sr, Li.

Отдельную группу составляют радиоактивные изотопы элементов и их продукты деления, так как они представляют немалую опасность для окружающей среды и человека.

В настоящее время большая часть населения проживает в городах, где как правило, сосредоточено много промышленных предприятий и автотранспорта, являющихся источниками загрязнения окружающей среды.

С промышленными выбросами тяжелые металлы попадают в атмосферу городов и пригородных территорий, а затем в воду и почвы. Источником поступления тяжелых металлов в организм человека является питьевая вода и сельскохозяйственная продукция, поскольку растения могут накапливать тяжелые металлы в значительных количествах, особенно на приусадебных и дачных участках, расположенных в городской черте и вблизи оживленных магистралей. При этом тяжелые металлы, взаимодействуя с органическими соединениями в почве и растениях, могут увеличивать свою токсичность.

Ртуть (Hg) считается самым опасным элементом. К предприятиям, где ртуть является одним из элементов производственного цикла, относятся: электронная, электротехническая отрасли, химические производства, а также различные отрасли медицинского оборудования, промышленных и бытовых приборов. Источником органической ртути для человека является употребление морепродуктов . Ртуть может накапливаться в тканях головного мозга. Интоксикация ртутью вызывает поражение нервной и сердечно-сосудистой систем, нарушения пищеварительного тракта, обменных процессов, расстройства эндокринных желез и др.

Высокой токсичностью обладает металл кадмий(Cd). В промышленности кадмий широко используется в качестве противокоррозионного покрытия изделий из стали, стабилизатора поливинилхлорида, пигмента для пластмасс и стекла, электродного материала в никель-кадмиевых аккумуляторах и батареях, в химической промышленности соединения кадмия применяются в качестве катализаторов. Основным источником попадания кадмия в организм человека является курение (активное и пассивное), которое увеличивает концентрацию данного тяжёлого металла в два раза. У некурящих людей источником кадмия являются продукты питания (моллюски, печень, почки). Кадмий поражает у человека практически все ткани, но откладывается преимущественно в печени, почках и костной ткани. Из человеческого организма кадмий почти не выводится, т.к. прочно фиксируется в составе ряда химических соединений.

Свинец(Pb) и его соединения широко используются в промышленности для изготовления сплавов, при производстве электрических аккумуляторов, красок, в химическом машиностроении, полиграфии и т.д. Длительное время тетраэтилсвинца использовался в качестве присадки для бензина. Источниками свинца являются: загрязненный воздух, продукты питания, питьевая вода, почва, а также пыль. Свинец относится к ядам, вызывающим кумулятивное действие. Он откладывается в костях, вытесняя соли кальция из костной ткани, в мышцах, печени, почках. Свинец поражает мозг, лимфатические узлы, кровь, нервную систему.

Одним из главных аллергенов и канцерогенов является такой тяжелый металл как никель( Ni). Отравление никелем возможно в следующих производственных процессах: обработка металлов, производство нержавеющей стали, магнитов, батареек, переработка нефти, гальваника и т.д. Повышенное содержание никеля в организме человека приводит к тяжелым легочным заболеваниям, к бронхиальному раку.

Марганец (Mn)поступает в организм человека в основном в органы дыхания в виде мелкой пыли или аэрозоля, реже – через желудочно-кишечный тракт и кожу. Профессиональное отравление марганцем возможно при выплавке высококачественной стали, при сварочных работах, изготовлении сухих элементов для карманных батарей. Также соединения марганца используются в качестве присадки для бензина, т.к. марганец намного менее токсичен, чем свинец. Марганец накапливается в легких, головном мозге, костях, печени, почках, сердце, кишечнике. При хронической интоксикации марганец поражает центральную нервную систему.

Токсичность мышьяка (As) и его соединений зависит от его формы (неорганическая/органическая) и степени окисления. Неорганический мышьяк является канцерогеном для человека. Мышьяк попадает в организм человека через продукты питания (в основном, морепродукты), воду или частицы пыли.

Для контроля тяжелых металлов в почве, воде, атмосферном воздухе, продуктах питания, косметике, используется метод атомно-адсорбционной спектроскопии, инверсионное вольтамперометрическое определение, фотометрический, титриметрический, гравиметрический, и другие методы.