полезная метода

Образующийся при ядерных взрывах радиоактивный изотоп 90Sr вызывает лучевую болезнь. Он поражает костную ткань, в особенности костный мозг. Накопление 90Sr в атмосфере и организме человека способствует развитию лейкемии и рака костей. Применение кислоты этилендиаминтетраацетата (ЭДТА) для удаления ионов 90Sr из организма приводит к дополнительному вымыванию кальция из костей. Поэтому в настоящее время в этих целях используют не кислоту, а ее комплекс Nа2СаЭДТА.

Вместе с тем радиоактивные изотопы 89Sr и 90Sr применяют в лучевой терапии при лечении костных опухолей.

Барий также является примесным микроэлементом. Общее содержание его в организме составляет 10–5%. Концентрируется барий преимущественно в сетчатке глаза. Биологическая роль его пока не выяснена. Так как при лейкозах содержание бария в эритроцитах и плазме крови увеличивается, количественное определение бария может служить диагностическим тестом на заболевание лейкозом. Как уже отмечалось, ионы бария являются токсичными для организма.

Поскольку ионы бария стронция обладают токсическим действием, их соединения практически не применяются в медицине. Исключение составляет барий сульфат, который не подвергается гидролизу и не растворяется в соляной кислоте желудочного сока, вследствие чего и отсутствует токсическое действие при приеме этого вещества внутрь. Применяют эту соль для рентгеновской диагностики заболеваний пищеварительного тракта в качестве контрастного вещества, так как BaSO4 сильно поглощает рентгеновские лучи. Но следует учитывать, что отдельные люди обладают повышенной чувствительностью к этому соединению.

Радий относится к примесным микроэлементам. Общее содержание его в организме 10–11—10–12 %. Максимально допустимое содержание радия в организме человека 10–7 г. Концентрируется радий преимущественно в костной ткани. Препараты радия 226Ra раньше применялись для лечения злокачественных опухолей, однако в настоящее

§3. Лабораторная работа «Свойства s-элементов. Некоторые фармакопейные реакции s-элементов»

I. Химические свойства s-элементов.

Опыт 1. Восстановительные свойства магния.

Поверхность небольших кусочков металлического магния очистите наждачной бумагой. Часть магния положите в пробирку с водой и подогрейте. На вторую часть магния подействуйте разбавленной соляной кислотой. Наблюдайте за происходящими изменениями и напишите уравнения реакций.

201

Опыт 2. Получение гидроксида магния.

Налейте в две пробирки 2-3 мл раствора едкого натрия, в другую - раствора аммиака. Добавьте в пробирки раствор MgCl2. Отметьте цвет образующегося гидроксида магния и его количества в обеих пробирках. К осадкам прилейте раствор хлористого аммония до их растворения. Объясните происходящее явление. Напишите уравнения всех произведенных реакций.

Опыт 3. Гидролиз солей магния.

а) раствор соли магния испытайте красной и синей лакмусовой бумажкой. Напишите уравнения реакции гидролиза в молекулярной и ионной формах. Какой вывод можно сделать о силе гидроксида магния как основания?

б) к раствору хлористого магния прилейте раствор соды. Наблюдайте образование белого осадка соли и напишите уравнения реакции. Добавьте в пробирку раствора хлористого аммония. Дайте объяснение растворимости осадка и напишите уравнение реакции.

Опыт 4. Получение гидроксидов щелочноземельных металлов.

Крастворам хлоридов кальция, стронция и бария, взятым в отдельных пробирках прилейте разбавленный раствор едкого натрия, не содержащий примеси карбоната.

Обратите внимание на количество выпавшего осадка в каждой пробирке и напишите уравнения реакции.

Повторите опыт, взяв вместо едкого натра разбавленный раствор аммиака, не содержащий примеси карбоната. Сравните результаты с предыдущим опытом и дайте объяснения.

Опыт 5. Получение карбоната и бикарбоната кальция.

Налейте в пробирку немного известковой воды и столько же дистиллированной воды. Пропустите из аппарата Киппа СО2 со скоростью, позволяющей вести счет пузырьков газа. Наблюдайте выпадение и последующее растворение образовавшегося осадка. Напишите уравнение реакций. Как из образовавшегося в растворе гидрокарбоната кальция выделить двумя методами осадок карбоната кальция? Проделайте эти опыты, разделив раствор на две порции. Составьте уравнения реакций.

Опыт 6. Сравнение растворимости сульфата и оксалата кальция.

Краствору хлорида кальция прибавьте разбавленный раствор сульфата аммония до прекращения образования осадка сульфата кальция.

Отфильтруйте жидкость от осадков. К фильтрату прибавьте немного раствора щавелевокислого аммония (NH4)2C2O4.

Наблюдайте помутнение жидкости в пробирке вследствие выделения оксалата кальция. Напишите уравнение реакции и дайте объяснение.

II. Фармакопейные реакции Открытие ионов лития

202

1.1. Люминесцентная реакция. 8-оксихинолин с ионами лития в щелочной среде образует соединение, обладающее голубовато-зеленой флуоресценцией. Предел обнаружения лития – 0,2 мкг. Не мешают 100 кратные количества ионов Na+, К+. При рН 9–10 флуоресцирующие оксихинолинаты дают ионы Al3+, Mg2+, Zn2+, поэтому их необходимо предварительно отделить.

На фильтровальную бумагу наносят каплю раствора, содержащего ионы лития, каплю 2 М раствора КОН или NaOH и каплю 0,03%-ного этанольного раствора реагента. Образовавшееся пятно высушивают на воздухе и наблюдают голубовато-зеленое свечение в ультрафиолетовом свете.

Окрашивание пламени. Летучие соли лития (LiCl, LiNO3) окрашивают пламя газовой горелки в карминово-красный цвет.

Открытие ионов калия 2.1. Реакция с винной кислотой – фармакопейная реакция. В основе

метода лежит реакция образования малорастворимого в воде гидротартрата калия:

K+ + H2C4H4O6 + CH3COONa → KHC4H4O6↓ + CH3COOH + Na+

К 2—3 каплям раствора, содержащего ионы калия, прибавляют 2—3 капли раствора гидротартрата натрия и для ускорения образования осадка потирают ст еклянной палочкой по стенкам пробирки. Выпадает белый кристаллический осадок. При использовании в качестве реагента винной кислоты необходимо добавить 2—3 капли раствора ацетата натрия.

2.2. Реакция с гексанитрокобальтатом (III) натрия, Na3[Co(NO2)6] – фармакопейная реакция. В основе второго метода лежит реакция с кобальтинитритом натрия, в ходе которой образуется желтый кристаллический осадок:

2K+ + Na3[Co(NO2)6] → K2Na[Co(NO2)6]↓ + 2Na+

Поместите в пробирку 2-3 капли раствора соли калия и осторожно прибавьте 1-2 капли свежеприготовленного раствора Na3[Co(NO2)6] или несколько кристалликов сухой соли. Выполнению реакции мешают ионы NH4+, но осадок (NH4)2Na[Co(NO2)6] легко разлагается при нагревании. Поэтому реакцию следует проводить при нагревании. Если рН раствора >7, то следует добавить по каплям 2М раствор СH3COOH, если рН раствора <3, то следует добавить по каплям 2М раствор CH3COONa для достижения необходимого значения рН. Среда с рН>7 – недопустима. Запишите наблюдения.

2.3. Окрашивание пламени - фармакопейная реакция. Чистую нихромовую проволоку опустите в насыщенный раствор соли калия или в сухую соль калия и затем внесите её в пламя горелки. Окраску пламени лучше наблюдать через синее стекло. Запишите наблюдения в тетрадь.

203

Открытие ионов натрия Окрашивание пламени - фармакопейная реакция. Соли натрия

окрашивают пламя газовой горелки в желтый цвет. Эта проба весьма характерна. Нужно иметь в виду, что реакция окрашивания пламени летучими солями натрия очень чувствительна (открываемый минимум – 0,00001 мкг натрия в пробе). В таких дозах натрий присутствует практически везде в пыли, воде (извлекается из стекла), поэтому о присутствии натрия в исследуемом препарате можно делать заключение лишь при наличии яркого и не исчезающего в течение нескольких секунд желтого окрашивания пламени.

Чистую нихромовую проволоку опустите в насыщенный раствор соли натрия или в сухую соль натрия и затем внесите её в пламя горелки. Запишите наблюдения в тетрадь.

Открытие ионов бария 4.1. Реакция с серной кислотой - фармакопейная реакция. Серная

кислота и растворимые сульфаты с ионами бария Ва2+ образуют белый кристаллический осадок, нерастворимый в минеральных кислотах:

Ba2+ + SO42- BaSO4

Поместите в пробирку 1-2 капли раствора соли бария и добавьте к нему 2-3 капли 1 М раствора H2SO4.

Запишите наблюдения и уравнение реакции в молекулярном и ионно-молекулярном виде.

4.2. Реакция с хроматом калия, K2CrO4 или дихроматом калия, K2Cr2O7. Хромат калия с ионами бария Ва2+ при рН = 4-5 образует желтый осадок хромата бария ВаCrO4:

Ba2+ + CrO42- ВаCrO4

Смешайте в пробирке по 5 капель растворов хлорида бария и хромата калия. Полученный осадок разделите на две пробирки. В первую пробирку с осадком добавьте 2-3 мл 2 М раствора HCl, а в другую - 2-3 мл 2 М раствора СН3СООН. Запишите наблюдения и уравнение реакции в молекулярном и ионно-молекулярном виде.

4.3. Окрашивание пламени - фармакопейная реакция. Соли бария окрашивают пламя газовой горелки в желто-зеленый цвет. Чистую нихромовую проволоку опустите в насыщенный раствор соли бария или в сухую соль и затем внесите её в пламя газовой горелки. Запишите наблюдения в тетрадь.

Открытие ионов кальция

5.1. Реакция с оксалатом аммония, (NH4)2C2O4. Весьма специфической реакцией на ион кальция является реакция образования

белого осадка оксалата кальция:

Ca2+ + (NH4)2C2O4 → CaC2O4↓ + 2NH4+

Поместите в пробирку 1-2 капли раствора соли кальция, 3-4 капли раствора (NH4)2C2O4 и 1-2 капли 2 М раствора аммиака. Полученный

204

осадок разделите на две части. В первую пробирку с осадком добавьте 2-3 мл 2 М раствора HCl, а в другую - 2-3 мл 2 М раствора СН3СООН. Запишите наблюдения и уравнение реакции в молекулярном и ионномолекулярном виде.

5.2. Окрашивание пламени - фармакопейная реакция. Второй метод открытия кальция основан на реакции окрашивания пламени. С помощью реакции окрашивания пламени можно открыть кальций во всех соединениях, как растворимых в воде, так и нерастворимых. Обязательным условием проведения этой пробы является смачивание препарата раствором хлористоводородной кислоты. Смысл этой операции заключается в том, чтобы перевести ту или иную соль кальция в хлорид кальция, который летуч и поэтому окрашивает бесцветное пламя в характерный кирпично-красный цвет. Чистую нихромовую проволоку опустите в насыщенный раствор хлорида кальция или в сухую соль и затем внесите её в пламя газовой горелки. Запишите наблюдения в тетрадь.

5.4. Гексацианоферрат (II) калия при рН>7 в присутствии NH4Cl взаимодействует с ионами кальция с образованием белого кристаллического осадка состава Kn(NH4)mCaFe(CN)6 , где n и m в зависимости от условий могут меняться от 0 до 2:

СаСl2 + K4Fe(CN)6 + NH4Cl = KNH4CaFe(CN)6 + 3КСl.

На часовом стекле перемешивают каплю исследуемого раствора с 2—3 каплями раствора реагента, затем добавляют 1–2 капли раствора NH4Cl, каплю этанола и снова перемешивают. Помутнение или появление кристаллического осадка указывает на присутствие кальция. Удобнее пользоваться черной капельной пластинкой или часовое стекло помещать на черную бумагу.

Открытие ионов магния

6.1. Реакция с гидрофосфатом натрия, Na2HPO4 . В основе метода открытия магния лежит реакция образования кристаллического магнийаммоний фосфата:

Реакция образования магний-аммоний фосфата является характерной кристаллоскопической пробой на магний, в связи с чем, используется не только вфармакопейном, но и в токсикологическом анализе.

Поместите в пробирку 2-3 капли раствора соли магния, добавьте 2-3 капли раствора HCl (2 М) и 2-3 капли раствора Na2HPO4. Затем добавьте в пробирку 1 каплю раствора фенолфталеина и по каплям раствор аммиака (2 М), перемешивая содержимое пробирки стеклянной палочкой, до появления розовой окраски фенолфталеина ( рН 9). В присутствии иона Mg2+ выпадает белый кристаллический осадок. Запишите наблюдения и уравнения реакций в молекулярном и ионно-молекулярном виде.

205

ТЕМА 3. ВОДОРОД И ЕГО СОЕДИНЕНИЯ. ЖЕСТКОСТЬ ВОДЫ, ЕДИНИЦЫ ИЗМЕРЕНИЯ, ПРЕДЕЛЫ, ВЛИЯНИЕ НА ЖИВЫЕ ОРГАНИЗМЫ.

Вопросы к занятию

1.Биологическая роль и неорганические соединения, содержащие водород, в медицине и фармации

2.Вода: питьевая, дистиллированная, апирогенная. Получение. Вода для инъекций. Вода в перечне ГФ.

3.Жесткость воды. Единицы измерения, пределы и нормы, влияние на живые организмы.

4.Определение жесткости воды и методы ее устранения.

§1 Водород

В медицинской практике находит применение еще одно соединение водорода — водородпероксид Н2О2. Это соединение является важным побочным продуктом метаболизма. В продажу водородпероксид обычно поступает в виде 30 %-ного водного раствора — пергидроля.

Обычно в митохондриях атомы водорода, отщепленные от субстратов дегидрогеназами, передают свои электроны через цепь переносчиков кислороду О2, который восстанавливается при этом до воды (на молекулу О2 передаются 4 электрона, и из водной среды поступают 4 иона Н+, в результате чего образуется две молекулы воды):

Для клетки очень важно, чтобы, присоединив 4 электрона, молекула кислорода восстанавливалась до двух молекул воды. При неполном восстановлении кислорода, например в случае присоединения 2 электронов, образуется водородпероксид:

а при присоединении 1 электрона — надпероксидный (супероксидный) радикал О2 –:

Процесс разложения водородпероксида значительно ускоряется в присутствии солей тяжелых металлов. Катализируемое ионом металла разложение водородпероксида может приводить к образованию радикалов, наиболее важными из которых являются гидроксидный НО• и гидропероксидный НО2•. Например, под действием Fe2+ происходит разрыв связи НО—ОН:

206

Гидроксильный радикал •ОН затем реагирует с биоорганическим веществом RH:

Образовавшийся радикал R. окисляется до ROH:

Дальнейшее протекание свободнорадикальной реакции замещения приводит к образованию продуктов с более высокой степенью гидроксилирования. Аналогично действуют и другие радикалы: НО2 •, О2•. Важные промежуточные продукты восстановления элементного кислорода до воды — водородпероксид и супероксидный радикал очень токсичны для клетки. Токсичность связана с тем, что Н2О2 и О2 взаимодействуют с липидным слоем клеточных мембран и повреждают их.

Аэробные клетки могут защитить себя от вредного действия водородпероксида и супероксид-радикала с помощью ферментов каталазы и супероксиддисмутазы. Под действием медьсодержащего фермента супероксиддисмутазы (СОД) супероксидный радикал превращается в водородпероксид и элементный кислород:

Под действием каталазы водородпероксид превращается в воду и элементный кислород:

Освободившийся кислород принимает участие в дальнейших процессах биологического окисления.

Вмедицинской практике водородпероксид применяют в основном как наружное бактерицидное средство. Действие Н2О2 основано на окислительной способности водородпероксида и безвредности продукта его восстановления — воды. При обработке ран выделяющийся кислород играет двойную роль: 1) оказывает противомикробное, дезодорирующее и депигментирующее действие, убивая микробные тела; 2) образует пену, способствуя переходу частиц тканевого распада во взвешенное состояние

иочищению ран.

Вкачестве фармакопейного препарата используется 3 %-ный водный раствор водородпероксида, 6 %-ный раствор водородпероксида применяют для обесцвечивания волос. В виде 30%-ного раствора водородпероксид применяют при лечении бородавчатой формы красного плоского лишая и для удаления юношеских бородавок.

207

§2. Вода: питьевая, дистиллированная, апирогенная

Чистая вода, в отличие от воды питьевой, неопределенный термин. Для химика «чистая вода» — дистиллят; для микробиолога — вода, в которой могут обитать бактерии, а для фармаколога, провизора, врача — апирогенная вода, вода для инъекций. Питьевая вода всегда должна отвечать определённым установленным стандартам и ГОСТАм.

В соответствии с действующими стандартами и нормами под термином питьевая вода высокого качества подразумевается: – вода с соответствующими органолептическими показателями — прозрачная, без запаха и с приятным вкусом;

–вода с рН = 7—7,5 и жесткостью не выше 7 ммоль/л;

–вода, в которой суммарное количество полезных минералов не более 1 г/л;

–вода, в которой вредные химические примеси либо составляют десятые-сотые доли их ПДК, либо вообще отсутствуют (то есть их концентрации настолько малы, что лежат за гранью возможностей современных аналитических методов);

–вода, в которой практически нет болезнетворных бактерий и

вирусов.

Краткий перечень неорганических и органических веществ, а также бактерий и вирусов в питьевой воде, оказывающих неблаготворное влияние на организм человека, представлен в таблице 1.

Опасные для здоровья человека химические вещества чаще всего вызывают рак либо воздействуют на печень и почки и как следствие – на кровь, поскольку почки и печень — “очистные органы человеческого организма”.

Некоторые соединения таблицы 1, например, медь и селен в малых концентрациях необходимы организму в качестве микроэлементов, в большой концентрации – яды.

Многие вещества как сера, хлор, железо, не рассмотрены в таблице, поскольку вред, наносимый ими, намного меньше по сравнению с воздействием мышьяка, ртути, свинца и других приведенных выше веществ.

При избытке хлора или сернистых соединений водопроводная вода имеет неприятный запах из-за наличия хлорноватой и сернистой кислот. Такая вода для питья не годится, ее следует очищать с помощью фильтра или покупать бутилированную питьевую воду в магазине.

Избыток железа — «ржавая» вода тоже не пригодна для питья; ее также следует очищать.

Очень опасно присутствие в питьевой воде микроорганизмов, особенно бактерий из группы кишечных палочек и энтеровирусы, поражающих желудочно-кишечный тракт, а также вирус

208

гепатита. Они попадают в воду из городских канализаций, разносятся сточными водами с полей, удобряемых навозом. Дожди и разливы рек смывают навоз в водоемы, где микрофлора начинает бурно размножаться.

209

В таблицу 1 также не включено множество органических соединений, вредных в той или иной степени. От некоторых может случиться расстройство желудка, аллергия, а другие, как например, бензапирен, бензол, ядовитые продукты выхлопных газов, пестициды грозят гораздо более серьезными расстройствами. Пестициды - это группа разнообразных веществ, используемых в сельском хозяйстве для борьбы с сорняками, насекомыми и грызунами, включает около пятидесяти наименований. Среди пестицидов есть сравнительно безвредные, но все в той или иной степени ядовиты, и, по крайней мере, четыре-пять из них способствуют возникновению рака (канцерогенны). С полей они попадают в водоёмы, а оттуда могут проникнуть в питьевую воду. Если концентрации самых опасных пестицидов очень малы, порядка нанограмммикрограмм на литр, они не наносят организму существенного вреда.

Другое соединение - хлор. Хлором обеззараживают воду, поскольку хлор — мощный окислитель, способный уничтожать болезнетворные микроорганизмы. Однако в реках и озерах, откуда ведется водозабор, присутствует множество веществ, попавших туда со сточными водами, и с некоторыми из них хлор вступает в реакцию. В результате образуются гораздо более неприятные соединения, чем сам хлор. Например, соединения хлора с фенолом; они придают воде неприятный запах, влияют на печень и почки, но в малых концентрациях не очень опасны.

Обеззараживать воду без хлора экономически нецелесообразно, поскольку альтернативные методы обеззараживания воды, связанные с использованием серебра для этой цели дорогие. Был предложен альтернативный хлорированию метод обеззараживания воды с помощью озона, но оказалось, что озон тоже вступает в реакцию со многими веществами в воде — с фенолом, и образовавшиеся в результате продукты еще токсичнее хлорфенольных.

Другой метод - обеззараживать воду с помощью ультрафиолетового излучения. Но этот метод также не дешёвый. Он сейчас внедряется в Петербурге.

Вода – самое распространенное в природе, но все еще до конца не изученное вещество. Она необходима, чтобы восполнить водный баланс в организме (человек в сутки должен выпивать до 3 л воды), минеральные воды лечат заболевания кишечника и почек, обливание холодной водой помогает справиться с болезнями сердечно-сосудистой системы, успокоить нервы, и закалить организм. Вода из-под крана содержит хлорорганические соединения, количество которых после процедуры обеззараживании воды хлором достигает 300 мкг/л. Причем это количество не зависит от начального уровня загрязнения воды, эти 300 веществ образуются в воде благодаря хлорированию. Быстрых последствий от потребления такой питьевой воды, конечно, не будет, но в дальнейшем это очень серьезно может сказаться на здоровье. Дело в том,

210