Методика и техника эксперимента определения Р в снежном покрове

Содержание

 

 

Список сокращений……………………………………………………………….3

Введение…………………………………………………………………………...4

1. Фосфор  как объект химического мониторинга………………………………8

1.1 Фосфор  – биогенный элемент. Биохимия  фосфора и его значение в  питании человека…………….…………………………………………………..12

1.2 Влияние  фосфора и фосфорорганических  соединений на организм человека…………………………………………………………………………..17

1.2.1 Механизм  интоксикации элементарным фосфором……….18

1.2.2 Механизм  интоксикации соединениями фосфора…………21

1.2.3 Механизм  действия фосфорорганических соединений……25

2. Методы  анализа фосфора в экосистемах……………………………………29

2.1 Атомно-абсорбционные  методы определения фосфора..…………..29

2.1.1 Определение  фосфора по резонансным линиям  в вакуумной области спектра…………...……………………………………………………..31

2.1.2 Определение  фосфора по нерезонансным линиям  в ультрафиолетовой области спектра……………………………………………32

2.1.3 Косвенный  атомно-абсорбционный метод определения фосфора…………………………………………………………………………..32

2.2. Фотометрические  методы определения фосфора………………….33

2.2.1 Определение в виде желтого ФМК…………………………33

2.2.2 Определение в виде синего ФМК…………………………..35

2.2.3 Определение в виде ФВМК…………………………………39

2.2.4 Экстракционно-фотометрические методы……………...….40

2.2.5 Другие  фотометрические методы определения фосфора…41

3. Методика  и техника эксперимента определения Р в снежном покрове..…43

Заключение………………………………………………………………………46

Библиографический список……………………………………………………..47

Список сокращений

 

 

А – аденин

С – цитозин

G – гуанин

Т – тимин

ААА – атомно-абсорбционный анализ

АДФ – аденозиндифосфат

АТФ – аденозинтрифосфат

ГПК – гетерополикомплекс

ДДТ – дихлордифенилтрихлорметилметан

ДНК – дезоксирибонуклеиновая кислота

ЖФМ – железосодержащий фосфоромолибдат

НАТФ – никотинамидадениндинуклеотидфосфат

ПАВ – поверхностно-активные вещества

РНК – рибонуклеиновая кислота

СОЭ – скорость оседания эритроцитов

ТЭС – тетраэтилсвинец

ФВМК – фосфорнованадиевомолибденовый комплекс

ФМК – фосфорномолибденовый комплекс

ФМН – флавинмононуклеод

ФОС – фосфорорганические соединения

ЦНС – центральная нервная система

 

 

 

 

 

 

Введение

 

 

Наиболее эффективным и экономически выгодным способом повышения детонационной стойкости автомобильных бензинов является добавление к ним антидетонационных присадок – антидетонаторов. Антидетонатор – вещества, которые при добавлении к бензину в относительно небольших количествах значительно повышают его детонационную стойкость[1]. Еще до недавнего времени в качестве антидетонационной присадки почти во все бензины для повышения октанового числа добавляли тетраэтилсвинец, как наиболее эффективное антидетонационное вещество. Но с 2002 года было введено новое законодательство, запрещающее использование и ввоз на территорию Российской Федерации этилированного бензина. Это было связано с тем, что использование такого бензина ведет к  стойкой свинцовой интоксикации человека и особенно пагубно сказывается на здоровье детей, вызывая задержку умственного и физического развития ребенка, возникновение анемии и нарушение деятельности ЦНС[2]. Это привело к необходимости разработки топлив с другими антидетонационными присадками. Из огромного числа веществ, которые, начиная с 1921г. были испытаны в качестве антидетонаторов, наиболее эффективными оказались, кроме органических соединений свинца, органические соединения марганца (метилциклопентадиенилтрикарбонилмарганец, циклопентадиенилтрикарбонилмарганец, пентакарбонилмарганец), железа (ферроцен, пентакарбонилжелезо), олова, таллия, висмута, селена, теллура, кобальта, никеля, меди, хрома,ароматические амины (N-метиланилин), алкилы металлов, карбонилы, внутрикомплексные соли [1,3].

Все эти антидетонаторы образуют нагар (осадок) на стенках камеры сгорания, кроме того, при неполном сгорании топлива на деталях двигателя появляются твердые углеродистые отложения (нагар).  Уменьшить нагарообразование можно путем добавления к топливу специальных присадок, например, органических соединений, содержащих фосфор, которые либо увеличивают полноту сгорания топлива, либо разрыхляют нагар и выносят его, либо растворяют его. Фосфорорганические соединения (ФОС) применяются так же как противокоррозионные (ингибируют агрессивные примеси – серу, кислород, галогены), антиокислительные, моющие, диспергирующие присадки. Кроме того, эти вещества добавляют так же к смазочным маслам, синтетическим волокнам. Благодаря применению ФОС в нефтяной промышленности удается увеличить срок службы систем двигателя внутреннего сгорания[3].

Но, к сожалению, ФОС является биогенным элементом. Их токсичность была установлена еще в 30-е годы позапрошлого века. С тех пор они привлекают к себе пристальное внимание химиков и токсикологов. По своему химическому строению ФОС представляют собою эфиры кислот пятивалентного фосфора (фосфорной, тиофосфорной, фосфоновой и др.). Их общий вид хорошо иллюстрируется следующей структурной формулой:

Где Р- атом фосфора, R1 и R2 - органнческие радикалы, а X — галоген (Cl, F), или CN-гpyппa, или производное бензола (например, нитрофенол)[4].

Практически все присадки к топливам, содержащие в своем составе фосфор соответствуют такой формуле[3].

Будучи в основном малолетучими жидкостями, ФОС способны проникать во внутренние среды организма через неповрежденную кожу и слизистые оболочки вследствие высокой липидотропности. Источником отравлений могут быть зараженная пища и вода, а также воздух, содержащий пары и аэрозоли ФОС. Однако картина отравления мало зависит от путей поступления ФОС в организм и в основном сводится к нарушениям функции центральной нервной системы, а также мышечной, дыхательной, сердечнососудистой систем, желудочно-кишечного тракта и органа зрения. У тяжело отравленного быстро появляется беспокойство, чувство страха, возбуждение, судороги. Эти симптомы развиваются на фоне приступов удушья и кашля из-за спазма бронхов и обильного выделения секрета бронхиальных желез. Появляются боли в области сердца, расстраивается его ритм, подъем кровяного давления сменяется падением. Возникают боли в животе, спазмируется кишечник, наблюдается понос. Очень характерны изменения со стороны глаз: резко суживается зрачок, появляется слезотечение, нарушается функция зрения, особенно аккомодация, т. е. способность настраивать глаз на ближнее или дальнее видение. При попадании в организм смертельных доз ФОС и несвоевременном или нерациональном лечении быстро развивается обморочное состояние, наступает паралич дыхательного центра, что и является чаще всего непосредственной причиной гибели отравленных. Токсические свойства ФОС способствовали распространению их как ядохимикатов и боевых отравляющих веществ[4,5].

Получается, что, прекратив использование ядовитого ТЭС, в нефтехимии стали применять еще более токсические вещества в промышленных масштабах.

Информация о том, в каких количествах и в каких формах используются ФОС в присадках к топливу  является преимущественно закрытой, так как афиширование применения, по сути, боевых отравляющих веществ нефтяным компаниям не выгодно и небезопасно. Поэтому наличие подобных веществ, ежедневно попадающих в почвенные горизонты, а, следовательно, и во все цепочки питания, возможно только лишь с помощью химического мониторинга экосистем.

Снежный покров как естественный индикатор-накопитель дает комплексную величину сухих и влажных выпадений на водосборную площадь в осенне-зимний период года. Снег при формировании активно сорбирует примеси из атмосферы и депонирует не только влажные выпадения атмосферы, но и сухие пылевые выбросы от техногенных источников и автомобильного транспорта. Как показывают мониторинг [6], концентрация загрязняющих веществ в снеге оказывается на 2-3 порядка выше, чем в атмосферном воздухе, поэтому измерения содержания веществ могут производиться достаточно простыми методами и с высокой степенью надежности[7].

Из всего вышесказанного в данной работе мы ставим следующую цель: провести анализ снежного покрова на территории водосбора в бассейн р. Обь в районе города Барнаула на наличие соединений биогенного фосфора (V), являющегося результатом разложения ФОС, как индикатора наличия ФОС, выбрасываемых антропогенными источниками и оценить вклад этих источников.

Задачи курсовой работы:

1. Сделать литературный обзор на тему «Фосфор как объект химического экологического мониторинга»
2. Сделать обзор методов исследования различных форм фосфора (V) в экосистемах
3. Из всех представленных в научной литературе методов выбрать тот, который подходит  для количественного определения фосфора (V) в снежном покрове на территории водосбора в бассейн р. Обь в районе города Барнаула.

 

 

 

 

 

1. Фосфор как объект химического мониторинга

 

 

Фосфор (Phosphorus, Р) — химический элемент главной подгруппы V группы периодической системы элементов Д. И. Менделеева. Был открыт в 1669 году гамбурским алхимиком-любителем, разорившимся купцом           Х. Брандом[38]. Предполагая, что физиологические продукты могут содержать «первичную материю», считавшуюся основой философского камня, Бранд заинтересовался человеческой мочой.

Он собрал около тонны мочи из солдатских казарм и выпаривал её до образования сиропообразной жидкости. Эту жидкость он вновь дистиллировал и получил тяжелое красное «уриное масло». Перегнав это масло ещё раз, он обнаружил на дне реторты остаток «мертвой головы» (Caput mortuum), казалось бы, ни к чему непригодной. Однако, прокаливая этот остаток длительное время, он заметил, что в реторте появилась белая пыль, которая медленно оседала на дно реторты и явственно светилась. Бранд решил, что ему удалось извлечь из «маслянистой головы» элементарный огонь, и он с еще большим рвением продолжил опыт. Превратить этот «огонь» в золото ему, конечно, не удалось, но он все же держал в строгом секрете открытие фосфора (от греч. – свет и «несу», т.е. светонос). Однако имеются некоторые указания, что он был известен ранее. Гефер, например, сообщает, что в алхимическом манускрипте из сборника, хранящегося в Парижской библиотеке, говорится о том, что ещё около XII в. некто Алхид Бехиль получил при перегонки мочи с глиной и известью вещество, названное им «эскарбуль»[8,12].

Элементарный фосфор известен в нескольких аллотропных модификациях: белый (желтый), красный и черный. Многие соединения фосфора токсичны. Порядковый номер фосфора 15, ат. масса 30,97376, неметалл. На основании квантово-механической интерпретации спектроскопических данных выявлена следующая электронная конфигурация нейтрального атома фосфора: ls22s22p63s23p3[19]. Природный фосфор представлен одним стабильным изотопом 31Р. Получены 6 искусственных радиоактивных изотопов фосфора 28Р, 29Р, 30Р 32Р и 34Р.

Фосфор не встречается в природе в свободном состоянии, т. к. обладает высокой реакционной способностью. Все природные фосфорсодержащие соединения являются солями фосфорных кислот — фосфатами. В атмосфере Земли фосфор отсутствует полностью[11]. Фосфор входит в состав почти 200 природных минералов. В почве содержание фосфора (в расчете на P2O5) составляет от сотых долей процента до 0,2% и лишь ок. 1% фосфора почвы находится в виде растворимых солей, доступных растениям. В морской воде содержится 7•10-6% фосфора. Фосфор — важнейший элемент, необходимый для жизнедеятельности всех живых организмов. Содержание его у растений в среднем 230—350 мг/100 г сухого веса (до 1,6% в плодах и семенах масличных растений), в организме морских животных — 400—1800, наземных животных — 1700—4400, бактерий — ок. 3000 мг/100 г. сухого веса. В организме человека содержится ок. 1% фосфора (при расчете на сухой вес 2,5%). Он занимает 6 место по содержанию в организме человека после О, С, Н, N, Са[8]. В скелете находится примерно 80—87% всего фосфора, в крови ок. 0,2%. Содержание фосфора в тканях человека составляет: в костной ткани более 5000, в ткани мозга ок. 4000, в мышцах 220—270 мг/кг сухого веса. В живых организмах фосфор V-валентен и входит главным образом в состав производных ортофосфорной кислоты.

Скелет человека является резервуаром фосфора, из которого он может поступать в плазму при снижении в ней концентрации фосфора, а при повышении концентрации его в плазме он может откладываться в костной ткани. Значительное количество фосфора в составе апатита (фторфосфата кальция) содержится в зубах. Растворимый в воде он содержится в составе неорганических соединений (фосфата калия, натрия) и некоторых органических соединений. Концентрация неорганического фосфата в плазме поддерживается гомеостатическим механизмом; соотношение НРО42-/ H2PO4- в плазме составляет 4:1. В клеточных элементах крови содержится в основном фосфор органических соединений. Наряду с неорганическими фосфатами в живых организмах обнаружены неорганические полифосфаты, линейные полимеры, в которых остатки ортофосфорной кислоты (от 2 до сотен и тысяч) соединены между собой богатыми энергией фосфоангидридными связями.

Неорганические соединения фосфора, в первую очередь неорганический фосфат крови, играют существенную роль в поддержании кислотно-щелочного равновесия. Фосфор входит в состав важнейших органических фосфорилированных соединений организма: нуклеотидов, нуклеиновых кислот, фосфолипидов, фосфопротеидов, фосфорных эфиров углеводов, витаминов, коферментов и других соединений, участвующих в различных метаболических процессах и играющих ключевую роль в жизнедеятельности организма. Наличие в молекулах макроэргических соединений богатых энергией связей, образованных Ф., позволяет использовать эти соединения, в первую очередь аденозинтрифосфорную кислоту (АТФ), в качестве универсальных переносчиков энергии. Фосфорилирование (осуществляемое киназами присоединение фосфорильного остатка) органических соединений обычно «активирует» эти биомолекулы, включая их в обмен веществ, а дефосфорилирование (отщепление фосфата при участии фосфатаз), как правило, выводит эти соединения из обмена веществ.

Круговорот фосфора в природе связывает обмен фосфора у животных, растений и микроорганизмов. Фосфор извлекается растениями из почвы и воды в виде растворимых фосфорнокислых солей. Растения являются источником органических и неорганических соединений фосфора для человека и животных, после смерти которых фосфор (главным образом в виде органических соединений) поступает в почву, где вновь происходит преобразование органического фосфора в неорганический. Обмен фосфора в организме человека и животных — совокупность биохимических процессов с участием фосфорсодержащих соединений — регулируется гормонами, витамином D3 и зависит от обмена кальция, состояния кислотно-щелочного равновесия и состава потребляемой пищи. Основной источник фосфора для человека — продукты питания. Потребность в фосфоре для взрослых людей (1,3—1,5 г в сутки) значительно повышается при беременности и лактации. 50—70% фосфора пищи выводится с мочой, до 40% —с калом. Нарушения обмена фосфора, в том числе при неадекватном приеме фосфора с пищей, вызывают глубокие биохимические нарушения, в том числе нарушения энергетического метаболизма.