Основы токсикологии руководство к лабораторным работам

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ БЮДЖЕТНОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО ОБРАЗОВАНИЯ «КАБАРДИНО-БАЛКАРСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ им. Х.М. БЕРБЕКОВА»

ОСНОВЫ ТОКСИКОЛОГИИ

РУКОВОДСТВО К ЛАБОРАТОРНЫМ РАБОТАМ

Для студентов, обучающихся по направлениям подготовки:

04.05.01Фундаментальная и прикладная химия;

18.03.02Энерго- и ресурсосберегающие процессы

вхимической технологии, нефтехимии и биотехнологии

НАЛЬЧИК

2018

УДК 613.63:615.9:340.67(075.8) ББК 52.84

О75

Рецензент:

доктор химических наук, заведующий кафедрой химии Кабардино-Балкарского государственного аграрного университета

Р.М. Кумыков

Составители: Шаов А.Х., Хараев А.М., Борукаев Т.А.,

Батырова Х.М., Алакаева З.Т., Паштова Л.Р., Барокова Е.Б.

О75 Основы токсикологии [Текст]: руководство к лабораторным работам / А. Х. Шаов, А. М. Хараев, Т. А. Борукаев, Х. М. Батырова, З. Т. Алакаева, Л. Р. Паштова, Е. Б. Барокова. – Нальчик:

Каб.-Балк. ун-т, 2018. – 27 с. – 50 экз.

Издание содержит токсикологическое значение и методики обнаружения веществ, наиболее часто встречающихся в повседневной жизни человека.

Предназначено для студентов направлений подготовки: «Фундаментальная и прикладная химия» (профиль «Химия окружающей среды, химическая экспертиза и экологическая безопасность»); «Энерго- и ресурсосберегающие процессы в химической технологии, нефтехимии и биотехнологии» (профиль «Охрана окружающей среды и рациональное использование природных ресурсов»).

Рекомендовано РИСом университета

УДК 613.63:615.9:340.67(075.8) ББК 613.63:615.9:340.67(075.8)

Кабардино-Балкарский государственный университет им. Х.М. Бербекова, 2018

2

ВВЕДЕНИЕ

В настоящее время известно более 18 млн химических соединений, а около ста тысяч из них производятся в промышленном масштабе. Такое большое разнообразие химических соединений и динамика их роста ставит перед токсикологией трудные задачи. Например, в наше время перечни вредных веществ, для которых известны токсикологические характеристики, даже для развитых стран, содержат примерно не более 1600 наименований. Большая стоимость и трудоемкость определения токсикологических параметров химических соединений не позволяют рассчитывать на успешное решение данной проблемы в национальныхмасштабах.

Вполне очевидно, что в будущем количество химических соединений будет расти, что обуславливает особые задачи, встающие перед специалиста- ми-экологами. Они, во-первых, должны знать и использовать сведения по токсикологии известных веществ, во-вторых, уметь оценить вероятную опасность как новых индивидуальных химических соединений, так и сложных промышленных отходов или продуктов народного хозяйства. Поэтому хи- мик-эколог должен знать общую специфику и закономерности влияния на человеческий организм различных классов химических соединений, а на основе этих знаний уметь примерно предсказывать вероятный характер воздействия на организм вновь синтезируемых веществ. Без этого будущий эколог, независимо от специализации, не может состояться как специалист и обществу пользы не принесет.

Настоящее издание ознакомит студентов с основными методами обнаружения наиболее распространенных токсикантов, с которыми человек встречается в повседневной жизни.

3

Лабораторная работа 1 Токсикологические характеристики полиэтилена

Полиэтилен представляет собой белый твердый материал. Молекулярная масса,строениеисвойстваполиэтиленаопределяютсяспособом получения.

Для стабилизации полиэтилена высокого давления применяют различные сорта технического углерода, содержащего до 0,5 мг/кг бензо[а]пирена. Содержание технического углерода в полимерном материале не должно превышать 2,5 %. Изделия из полиэтилена высокого давления не рекомендовано применять в пищевой промышленности для упаковки жиров и жиросодержащих пищевых продуктов.

Ход работы. Полиэтилен любой марки массой 2–3 г помещают в круглодонную колбу на 250 мл и прибавляют 50–70 мл дистиллированной воды. К колбе присоединяют обратный холодильник и начинают нагревать на глицериновой или масляной бане. После достижения температуры кипения воды систему выдерживают при этих условиях в течение 30 минут. Затем выключают нагреватель и убирают баню. Воду декантируют в чистый стакан. Полимер забирают из колбы и сушат, а затем взвешивают и определяют потерю массы.

Экстракт обрабатывают свежеприготовленной бромной водой и наблюдают за изменением окраски последней и делают соответствующий вывод.

Контрольные вопросы

1.Области применения полиэтилена.

2.Миграция из полиэтилена токсичных веществ.

3.Какие токсичные соединения могут выделяться при горении поли-

этилена?

Лабораторная работа 2 Токсикологические характеристики полипропилена

Полипропилен представляет собой продукт полимеризации пропилена в присутствии комплексных металлоорганических катализаторов (A1R3, TiCl4 и др.) в среде углеводородных растворителей. Бесцветный полимер без запаха и вкуса.

Ход работы. Полипропилен любой марки массой 2–3 г помещают в круглодонную колбу на 250 мл и прибавляют 50–70 мл дистиллированной воды. К колбе присоединяют обратный холодильник и начинают нагревать на глицериновой или масляной бане. Экстракцию проводят при температуре кипения воды в течение 30 минут. Затем выключают нагреватель и убирают баню. Воду декантируют в чистый стакан. Полимер забирают из колбы и сушат, а затем взвешивают и определяют потерю массы.

4

Экстракт обрабатывают свежеприготовленной бромной водой и наблюдают за изменением окраски последней и делают соответствующий вывод.

Контрольные вопросы

1.Области применения полипропилена.

2.Миграция из ПП токсичных веществ.

3.Какие токсичные соединения могут выделяться при горении полипропилена?

Лабораторная работа 3 Токсикологические характеристики полистирола

Полистирол – твердый бесцветный материал, прозрачный, в тонком слое, лишенный запаха и вкуса. Плотность 1,05–1,07. Растворяется в спирте. Хорошо пропускает газы и водяной пар. Используется для изготовления деталей, изделий, тары для воды и пищевых продуктов. В медицине применяется для изготовления шприцев, смотровых стекол, приборов.

Санитарно-химическое исследование водных вытяжек из различных сортов полистирола установило возможность миграции мономера – от тысячных долей до 10 мг/л. Миграция стирола усиливается с повышением температуры, увеличением срока контакта ПС с водой, с повышением содержания в материале незаполимеризовавшегося стирола.

Ход работы. Полистирол массой 2–3 г помещают в круглодонную колбу на 250 мл и прибавляют 50–70 мл дистиллированной воды. К колбе присоединяют обратный холодильник и начинают нагревать на глицериновой или масляной бане. После достижения температуры кипения воды систему выдерживают при этих условиях в течение 30 минут. Затем выключают нагреватель и убирают баню. Воду декантируют в чистый стакан. Полимер забирают из колбы и сушат, а затем взвешивают и определяют потерю массы.

Экстракт обрабатывают свежеприготовленной бромной водой и наблюдают за изменением окраски последней и делают соответствующий вывод.

Контрольные вопросы

1.Области применения полистирола.

2.Миграция из ПС токсичных веществ.

3.Какие токсичные соединения могут выделяться при горении поли-

стирола?

4.Продукты деполимеризации полистирола.

5

Лабораторная работа 4 Токсикологические характеристики поливинилхлорида

Поливинилхлорид – продукт полимеризации винилхлорида, представляет собой твердый полупрозрачный материал с плотностью 1,35–1,43. Для повышения стойкости ПВХ к тепловому и световому старению в него вводят стабилизаторы – соединения свинца, цинка, бария, кадмия, оловоорганические соединения, амины и др. Для придания эластичности в композиции ПВХ добавляют различные пластификаторы, из которых наиболее известны эфиры фталевой и фосфорной кислот.

Содержание пластификаторов в поливинилхлоридной композиции может колебаться в пределах 3–80 %, что существенно сказывается на физико-химических и гигиенических свойствах материала. Пластификаторы могут мигрировать в процессе эксплуатации изделий из ПВХ на их поверхность, увлекая за собой и другие ингредиенты композиции (например, стабилизаторы).

Ход работы. Поливинилхлорид массой 2–3 г помещают в круглодонную колбу на 250 мл и прибавляют 50–70 мл дистиллированной воды. К колбе присоединяют обратный холодильник и начинают нагревать на глицериновой или масляной бане. После достижения температуры кипения воды систему выдерживают при этих условиях в течение 30 минут. Затем выключают нагреватель и убирают баню. Воду декантируют в чистый стакан. Полимер забирают из колбы и сушат, а затем взвешивают и определяют потерю массы.

Половину экстракта обрабатывают свежеприготовленной бромной водой и наблюдают за изменением окраски последней и делают соответствующий вывод; ко второй половине экстракта прибавляют 15–20 мл 10 % раствора едкого натрия или калия и нагревают до 60–70 ºС и выдерживают при этой температуре 15 минут; после охлаждения раствора отбирают 5–10 мл в пробирку и прибавляют несколько капель раствора нитрата серебра и встряхивают; полученный результат объясняют.

Контрольные вопросы

1.Области применения поливинилхлорида.

2.Миграция из ПВХ токсичных веществ.

3.Какие токсичные соединения могут выделяться при горении поли-

винилхлорида?

6

Лабораторная работа 5 Токсикологические характеристики полимеров сложных эфиров

акриловой и метакриловой кислот

Полимеры сложных эфиров акриловой кислоты (за исключением полиметилакрилата) в обычных условиях – клейкие каучукоподобные продукты. При обычных температурах устойчивы к действию воды, разбавленных растворов кислот и щелочей. Акрилаты легко сополимеризуются почти со всеми мономерами. Особенно широко распространены сополимеры с винилхлоридом, акрилонитрилом, стиролом и др.

Полиэфиры применяются для изготовления листовых и пленочных материалов, а также лакокрасочных материалов и клеев. Полиэфиры широко применяют в стоматологии (зубные протезы, пломбирование). Они используются в качестве фиксирующего материала для повязок, лака для драже.

Ход работы. Полиметилметакрилат (оргстекло) массой 2–3 г помещают в круглодонную колбу на 250 мл и прибавляют 50–70 мл дистиллированной воды. К колбе присоединяют обратный холодильник и начинают нагревать на глицериновой или масляной бане. После достижения температуры кипения воды систему выдерживают при этих условиях в течение 30 минут. Затем выключают нагреватель и убирают баню. Воду декантируют в чистый стакан. Полимер забирают из колбы и сушат, а затем взвешивают и определяют потерю массы.

Экстракт обрабатывают свежеприготовленной бромной водой и наблюдают за изменением окраски последней и делают соответствующий вывод.

Контрольные вопросы

1.Области применения полиметилметакрилата.

2.Миграция из полиметилметакрилата токсичных веществ.

3.Какие токсичные соединения могут выделяться при горении полиметилметакрилата?

4.Деполимеризация полиметилметакрилата.

Лабораторная работа 6 Токсикологические характеристики эпоксидных смол

Эпоксидные смолы (полимеры) являются продуктами конденсации дифенилолпропана и эпихлоргидрина, растворимые и плавкие олигомеры с глицидиловыми группами на концах цепей; при отверждении превращаются в пространственные полимеры. Они чаще прозрачные жидкости (реже – твердые тела) светло-желтого цвета. Отвердители могут мигрировать из эпоксидных материалов в контактирующие жидкие среды. Используются как стабилизаторы ПВХ, как основа лакокрасочных материалов, связующее средство

7

для высокопрочных армированных пластиков, полимербетонов, полимерцементов, герметиков, заливочных и пропиточных компаундов, пенопластов.

Ход работы. Эпоксидную смолу любой марки массой 2–3 г помещают в круглодонную колбу на 250 мл и прибавляют 50–70 мл дистиллированной воды. К колбе присоединяют обратный холодильник и начинают нагревать на глицериновой или масляной бане. После достижения температуры кипения воды систему выдерживают при этих условиях в течение 30 минут. Затем выключают нагреватель и убирают баню. Воду декантируют в чистый стакан. Полимер забирают из колбы и сушат, а затем взвешивают и определяют потерю массы. У экстракта определяют рН и проводят реакцию на хлорид-ион.

Контрольные вопросы

1.Области применения эпоксидных смол.

2.Миграция из эпоксидных смол токсичных веществ.

3.Какие токсичные соединения могут выделяться при горении эпоксидных смол?

Лабораторная работа 7 Токсикологические характеристики полиамидов

Полиамид (капрон; найлон-6) представляет собой полимер ω-капро- лактама. Белый материал с температурой размягчения 210 °С; т.пл. 225 °С; плотность 1,13. Водопоглощение составляет 8–12 %. Используется для изготовленияводопроводныхкранов,труб,крышек,сеток,волокнакапрон,пленок.

Миграция мономера в воду – от десятых долей до десятков мг/л. Исследование гранул, брусков, пленки обнаружило неприятный посторонний запах и горьковатый привкус 0,3 и 3 % молочнокислых вытяжек (20 °С, 5 суток). Установлена миграция азотсодержащих веществ, в том числе капролактама.

Ход работы. Полиамид любой марки массой 2–3 г помещают в круглодонную колбу на 250 мл и прибавляют 50–70 мл дистиллированной воды. К колбе присоединяют обратный холодильник и начинают нагревать на глицериновой или масляной бане. После достижения температуры кипения воды систему выдерживают при этих условиях в течение 30 минут. Затем выключают нагреватель и убирают баню. Воду декантируют в чистый стакан. Полимер забирают из колбы и сушат, а затем взвешивают и определяют потерю массы.

Контрольные вопросы

1.Области применения полиамидов.

2.Миграция из ПА токсичных веществ.

3.Какие токсичные соединения могут выделяться при горении поли-

амидов?

8

Лабораторная работа 8 Токсикологические характеристики поликарбоната

Поликарбонат представляет собой сложный полиэфир угольной кислоты и дифенилолпропана. Прозрачный материал. Плотность 1,7–1,22; т.пл. 220–270 °С. В средах, близких к биологическим по pH, нерастворим. Стоек к воздействию воды, растворов солей, высших спиртов, жиров и масел. Поликарбонат можно стерилизовать, он также устойчив к холоду. Пропускная способность по отношению к водяному пару выше, чем у полистирола (также и для газов).

Применяется ПК для изготовления тары, посуды и других изделий. Используется в пищевой и медицинской промышленности (шприцы, емкости, глазные линзы, зубные протезы).

Поликарбонат не оказывает влияния на органолептические и физикохимические свойства воды и модельных сред (1 см-1; 20–30 °С; 1–15 суток). При 80 °С в вытяжках обнаружены следы фенола. Доза 10 г/кг не вызывает гибели крыс, мышей и морских свинок.

Ход работы. Поликарбонат массой 2–3 г помещают в круглодонную колбу на 250 мл и прибавляют 50–70 мл дистиллированной воды. К колбе присоединяют обратный холодильник и начинают нагревать на глицериновой или масляной бане. После достижения температуры кипения воды систему выдерживают при этих условиях в течение 30 минут. Затем выключают нагреватель и убирают баню. Воду декантируют в чистый стакан. Полимер забирают из колбы и сушат, а затем взвешивают и определяют потерю массы.

Контрольные вопросы

1.Области применения поликарбоната.

2.Миграция из поликарбоната токсичных веществ.

3.Какие токсичные соединения могут выделяться при горении поликарбоната?

Лабораторная работа 9 Токсикологические характеристики полиэтилентерефталата

Полиэтилентерефталат (ПЭТФ) – это сложный полиэфир терефталевой кислоты и этиленгликоля. Получают поликонденсацией диметилтерефталата с этиленгликолем, а также терефталевой кислоты с этиленгликолем или этиленоксидом. Белое или светло-кремовое вещество. Характеризуется химической стойкостью и устойчивостью к действию масел и жиров. Плотность 1,33; т.пл. 255–265 °С. В воде не растворяется.

9

Применяется полиэтилентерефталат для изготовления волокон, пленок для упаковки пищевых продуктов, сеток и других изделий. Ткань из лавсана применяется в молочной промышленности при фильтровании. Используется в медицине для пластики сосудов, для имплантации.

Ход работы. Полиэтилентерефталат массой 2–3 г помещают в круглодонную колбу на 250 мл и прибавляют 50–70 мл дистиллированной воды. К колбе присоединяют обратный холодильник и начинают нагревать на глицериновой или масляной бане. После достижения температуры кипения воды систему выдерживают при этих условиях в течение 30 минут. Затем выключают нагреватель и убирают баню. Воду декантируют в чистый стакан. Полимер забирают из колбы и сушат, а затем взвешивают и определяют потерю массы.

Контрольные вопросы

1.Области применения полиэтилентерефталата.

2.Миграция из полиэтилентерефталата токсичных веществ.

3.Какие токсичные соединения могут выделяться при горении полиэтилентерефталата?

Лабораторная работа 10 Обнаружение муравьиного альдегида

в объекте токсикологического исследования

Для обнаружения муравьиного альдегида (формальдегида) чаще всего используют реакции с хромотроповой кислотой, фуксинсернистой кислотой, с раствором кодеинавсернойкислоте,сдвухатомнымфеноломрезорцином ит.д.

Взаимодействие с хромотроповой кислотой. Хромотроповая кислота

(1,8-ди-оксинафталин-3,6-дисульфокислота) с муравьиным альдегидом в присутствии серной кислоты придает раствору фиолетовую окраску. Роль серной кислоты (концентрация ≥ 72 %) заключается в окислении формальдегида и одновременном отщеплении воды.

Ход работы. В пробирку вносят несколько капель исходного раствора, добавляют концентрированный раствор серной кислоты объемом 4 мл, а также несколько кристалликов хромотроповой кислоты. Далее пробирку нагревают 8–10 мин на водяной бане до 60 °С. Если в исходном растворе содержится муравьиный альдегид, то он окрашивается в фиолетовый цвет.

Чувствительность реакции составляет 1 мкг муравьиного альдегида во взятой пробе.

Данную реакцию не дают этаналь, пропаналь и другие альдегиды, т.е. вещества, которые при гидролизе, дегидратации или окислении не образуют муравьиныйальдегид.

10