Экспресс-методы анализа в токсикологии. Лабораторный практикум. Учебное пособие

род действует раздражающе на слизистые оболочки дыхательных путей и глаз.

Для определения сероводорода используется индикаторный порошок, представляющий тонко измельченный фарфоровый по-

Сернистый ангидрид (оксид серы (2), сернистый газ) Бесцветный газ с характерным резким запахом. Сернистый

ангидрид раздражает преимущественно верхние, а при более сильном действии также и глубокие дыхательные пути.

Воздух, содержащий сернистый ангидрид SO2, протягивают через индикаторную трубку, заполненную фарфоровым порошком, обработанным раствором иодида калия, содержащим йод. При этом происходит обесцвечивание слоя индикатора. Чувствительность метода - 0,01 мг/л.

Бензин

Бесцветная или слегка желтоватая жидкость. Химический состав и физические свойства бензинов зависят от способа их получения и от состава исходного сырья. Бензины в основном содержат предельные углеводороды.

Действует как наркотическое вещество. Влияет на центральную нервную систему. При протягивании воздуха, содержащего бензин, через индикаторную трубку с силикагелем, пропитанным сернокислым раствором иодата калия, образуется окрашенный в светло-коричневый цвет слой. Чувствительность ме-

тода 0,4-0,5 мг/л.

Бензол

Бесцветная горючая жидкость с характерным запахом. Пары бензола, в высоких концентрациях, действуют главным образом на центральную нервную систему; при хроническом воздействии наблюдаются изменения крови и кроветворных органов. Жидкий бензол раздражает кожу.

21

При протягивании воздуха, содержащего бензол, через индикаторную трубку с силикагелем, пропитанным сернокислым раствором иодата калия, образуется окрашенный в темно-серый цвет слой. Чувствительность метода 0,1 мг/л.

Толуол

Бесцветная жидкость с характерным запахом. Смесь паров толуола с воздухом, содержащая 1,3-6,8 % (объемн.) толуола, обладает взрывчатыми свойствами.

В воздухе производственных помещений толуол встречается в виде паров. Пары толуола в высоких концентрациях действуют наркотически. Длительное воздействие паров толуола при низких концентрациях вызывает изменения в крови.

При протягивании воздуха, содержащего пары толуола, через индикаторную трубку с силикагелем, пропитанным раствором иодата калия в серной кислоте образуется(в отличие действия бензола) темно-коричневый слой. Чувствительность метода

0,2-0,3 мг/л.

Ацетилен

Бесцветный газ без запаха. Неприятный запах ацетилена, полученного из карбида кальция, обусловлен примесями главным образом мышьяковистого и фосфористого водорода(арсином и фосфином). Плохо растворим в воде, хорошо растворим в ацетоне. С воздухом образует взрывчатые смеси– нижняя граница взрыва соответствует 1,5-3,5 % (объемн.) ацетилена; верхняя граница 52,2-82 %. Особенно сильно взрывается смесь, содержащая 1 объем ацетилена в 9 объемах воздуха.

Ацетилен мало токсичен, возможны отравления примесями к нему, главным образом фосфористым водородом(фосфином).

В больших концентрациях чистый ацетилен действует как наркотик.

При протягивании воздуха, содержащего ацетилен, через индикаторную трубку с силикагелем пропитанным сернокислым раствором иодата калия, образуется окрашенный в светло-

22

коричневый цвет слой, длина которого пропорциональна концентрации ацетилена в воздухе. Чувствительность метода 0,14 мг/л.

Ацетон

Бесцветная жидкость с характерным запахом. Смесь паров ацетона с воздухом обладает взрывчатыми свойствами. Нижняя граница взрыва такой смеси 2,5-2,9 % (объемн.), верхняя граница

– 9,6 %. Ацетон хорошо растворим в воде, этиловом спирте, диэтиловым эфире и других органических растворителях.

Ацетон действует на организм как наркотик, при длительном воздействии пары ацетона вызывают раздражение верхних дыхательных путей.

При протягивании воздуха, содержащего ацетон, через индикаторную трубку с силикагелем пропитанным раствором бромфенолового синего, образуется окрашенный в желтый цвет слой. Чувствительность метода 0,008 мг/л.

Ход работы

Для моделирования состава воздуха рабочей зоны в стеклянные сосуды с пластиковой крышкой с закрывающимся отверстием помещают реактивы, перечисленные ниже:

1.Получение NO2: к нескольким каплям концентрированной азотной кислоты добавляют кусочки медной проволоки.

2.Получение SO2: в несколько капель серной кислоты помещают медную проволоку.

3.Получение CO: поджигают на дне сосуда вату и сразу же закрывают крышку, при этом пламя должно потухнуть, вата

4.Получение Cl2: к крупинке перманганата калия добавляют хлористоводородную кислоту.

5.Каплю гексана, ацетона, бутилового спирта или толуола помещают на дно склянки.

23

Аспиратор сильфонный АМ-5 предназначен для пропускания исследуемой газовой смеси через индикаторные трубки (рис. 2).Технические характеристики аспиратора АМ-5:

•поминальный объем пробы (100±5) см3;

•погрешность не более 5, %;

•габаритные размеры 155×56×90, мм;

•масса с чехлом не более 0,38 кг.

Рис. 2. Порядок соединения индикаторной трубки с аспиратором АМ-5: 1 – фильтрующая трубка;2–отрезок соединительного шланга; 3 – индикаторная трубка; 4 – гнездо для трубок;5 – сильфон; 6 – цепочки; 7 – крышка;8 – отверстие для вскрывания трубок

Аспиратор АМ-5 (рис. 2) – это сильфонный насос ручного действия, работающий на всасывание воздуха за счет раскрытия пружинами предварительно сжатого сильфона и выброса воздуха из сильфона через клапан при сжатии пружин. Аспиратор снабжен устройством для вскрытия индикаторной трубки(отверстие

8 на рис. 2).

Индикаторные трубки длиной заполняются специфичными на каждый определяемый газ реактивными порошками, концы трубок оттянуты и запаяны (рис. 3).

Рис. 3. Внешний вид индикаторной трубки

24

Выполнение анализов состава воздуха рабочей зоны следует рассматривать как состоящих из операций, некоторые из которых представляют потенциальную опасность.

Поэтому необходимо соблюдать следующие общие правила техники безопасности:

–не курить и не пользоваться открытым огнем;

–не принимать пищу и не пить во время работы;

–избегать вдыхания химикатов, особенно образующих пыль или пары.

При подготовке и проведении анализов с применением индикаторных трубок следует учитывать следующие основные факторы опасности.

Опасность травмирования глаз, кожи рук острыми краями трубок или осколками стекла при вскрытии и соединении стеклянных трубок. Для предотвращения травмирования при вскрытии стеклянных трубок запаянные концы следует отламывать осторожно, чтобы избежать порезов и попадания осколков стекла в глаза. При подсоединении и отсоединении трубки ее следует держать как можно ближе к концу, вставляемому в аспиратор, избегая при этом сильного нажима на трубку и сдавливания ее руками.

Возможность попадания едких веществ на слизистые оболочки (рта, глаз), одежду при повреждении корпуса трубки и высыпании наполнителя трубки.

Внимание! При проведении анализов следует применять средства индивидуальной защиты: защитные очки, маску (респиратор), резиновые перчатки.

Подготовка к работе включает: внешний осмотр трубок и аспиратора; проверку его работоспособности и определение характеристик анализируемого воздуха(температуры, давления, влажности, запыленности).

При внешнем осмотре проверьте отсутствие признаков непригодности у индикаторных трубок и аспиратора: срок годности трубок и срок поверки аспиратора.

Внешние признаки непригодности индикаторных трубок:

–обломаны концы трубок и рассыпан их наполнитель;

–имеются следы влаги на внутренней поверхности трубки;

25

– изменилась первоначальная окраска наполнителя индикаторных трубок.

Внешними признаками непригодности аспиратора являются его механические повреждения.

Поверка работоспособности аспиратора

Для этого необходимо провести пробное прокачивание воздуха, заглушив отверстие входа воздуха каким-либо способом, например, невскрытой индикаторной трубкой. Пробное прокачивание воздуха выполняют аналогично рабочему. О герметичности насоса пробоотборника свидетельствует возвращение поршня насоса в исходное положение после его вытягивания из корпуса примерно на 1/3 длины штока.

Перед началом работы с индикаторными трубками необходимо убедиться, что значения температуры, давления и влажности анализируемого воздуха находятся в области рабочих условий применения индикаторных трубок. При измерениях в условиях, выходящих за рамки рабочих, будут получены ориентировочные результаты.

Чтобы прокачать требуемый объем газовой смеси через индикаторную трубку, установленную в уплотнительную втулку аспиратора, выполняют последовательность операций.

1. В местах, где нужно определить концентрацию газов, вскрывают индикаторную трубку так, чтобы не нарушить прокладку и слой порошка. Запаянные концы трубок необходимо отламывать осторожно, во избежание попадания осколков в глаза, для чего необходимо держать аспиратор на расстоянии вытянутой руки, повернув голову в сторону. Индикаторную трубку плотно вставляют в резиновую трубку прибора.

2. Быстро сжимают одной или двумя руками сильфон (поз. 5, рис. 2) аспиратора до упора и отпускают его до полного натяжения цепочек (поз. 6, рис. 2) и резкого смещения рычага, открывающего клапан. При сжатии сильфона аспиратор свободно удерживают за крышку (поз. 7, рис. 2) большим и указательным пальцами.

3. Прокачивают требуемый объем газовой смеси, сжимая и отпуская сильфон аспиратора соответствующее число раз, не из-

26

влекая при этом трубку из уплотнительной втулки аспиратора. При этом подсчитывают количество просасываний. Момент окончания прокачивания контролируют по сигнальному устройству. Появление чёткого изображения точки в окошке индикатора свидетельствует об окончании цикла просасывания. В ходе измерения наблюдают за индикаторным слоем трубки. Необходимо быть уверенным, что не произошло полной окраски всего индикаторного слоя уже при первом прокачивании. Это может свидетельствовать о том, что концентрация превышает максимальное значение для измеряемого диапазона.

4. Индикаторную трубку накладывают на шкалу для определения концентрации исследуемого газа, которая, как правило, помещена на обратной стороне коробки с индикаторными трубками. Концентрации указаны здесь в процентах на1000 мл просасываемого воздуха. Если количество просасываний было больше или меньше 10 (т. е. больше или меньше того объема, на который градуирована шкала), пересчет концентрации Х, %, производится по формуле:

X= (10 · k ) / n,

где k – концентрация по трубке, измеренная по шкале, % об.;

n– количество ходов меха (количество просасываний).

Внекоторых случаях в зависимости от свойств анализируемого газа и состава индикаторного порошка отбор пробы воздуха проводится в объемах 100 или 1000 мл (10 просасываний). В этом случае расчет концентрации производится в соответствии с формулой, приведенной на упаковке индикаторных трубок.

Пересчет концентраций газов в воздухе производственных

помещений Кх, мг/м3 , производится по формуле:

Кх = (Х · М ·104 ) / Vт,

где Х – концентрация газа в воздухе, % об.; М – молекулярная масса газа, г; VТ–объем 1 грамм-молекулы газа при данных условиях, л.

Так как измерения проводятся в помещении лаборатории при постоянной температуре18–20°С, то можно принять, что грамм-молекула газа при нормальных условиях занимает объем

22,4 л.

27

5. По окончании прокачивания извлекают индикаторную трубку из уплотнительной втулки аспиратора. После выполнения работы заполняют табл. 3.

Т а б л и ц а 3

Результаты наблюдений и проведения эксперимента

После проведения эксперимента в выводах указать превышение, кратность превышения или отсутствие превышения ПДК.

Контрольные вопросы

1.В чем сущность классификации ХОВ по виду воздействия на организм человека?

2.Как классифицируются ХОВ: по скорости воздействия, по устойчивости, по токсичности?

3.Как устроены индикаторные трубки?

4.В чем сущность процессов, протекающих в индикаторных трубках при определении различных веществ?

5.Как получают модельные составы для анализа воздуха?

6.Как устроен аспиратор сильфонный АМ-5?

7. Каков порядок работы с аспиратором сильфонным АМ-5?

28

Лабораторная работа № 3.

Определение угарного газа в воздухе

Цели работы: освоить алгоритм определения угарного газа и других продуктов, выделяющихся при горении в воздухе рабочей зоны с применением газоанализатораTesto-310;определить содержание дымовых газов при сжигании различных видов топлив и в табачном дыме.

Приборы и реактивы

1.Вата.

2.Бумага.

3.Углеводороды (гексан, нонан, ундекан).

4.Сигареты, спички или зажигалка.

5.Герметичная камера из оргстекла или емкость с отверстием в крышке.

6.Газоанализатор Testo-310.

Краткие теоретические сведения

Угарный газ (далее – СО) – продукт неполного сгорания различных видов топлива, без цвета и запаха, обладает выраженным отравляющим действием. Он попадает в атмосферный воздух при любых видах горения. Присутствует в составе выхлопных газов из двигателей внутреннего сгорания, сигаретном дыме.

Отравиться СО можно, закрыв печную заслонку до сгорания дров, угля (в доме с печным отоплением или бане). Отравления случаются в зимнее время в салоне автомобилей с неисправным двигателем внутреннего сгорания, когда люди пытаются погреться в салоне, ожидая чего-либо.

Периодически происходят отравления СО при пожарах, на производстве, где угарный газ используется для синтеза ряда органических веществ (ацетон, метиловый спирт, фенол и др.), при длительном нахождении на оживленной дороге или рядом с ней (на крупных автострадах средняя концентрация СО превышает порог отравления).

Возможны отравления при неправильном строительстве печек и каминов, при утечке светильного газа, при использовании некачественного воздуха в дыхательных аппаратах. Трещины в

29

печах, забитый дымоход, заблокированные трубы могут привести к тому, что угарный газ достигнет жилых помещений.

Отравления наиболее вероятны в гаражах при плохой вентиляции, в других непроветриваемых или слабо проветриваемых помещениях, туннелях, так как в выхлопе автомобиля содержится до 1–3 % СО по нормативам и свыше 10 % при плохой регулировке карбюраторного мотора.

Угарный газ также включается в окислительные реакции, нарушая биохимическое равновесие в тканях. Степень отравления напрямую связана с двумя основными показателями– концентрацией СО в атмосферном воздухе и длительности его вдыхания (рис. 4).

Рис. 4. Зависимость степени отравления от концентрации углекислого газа в воздухе и длительности его вдыхания

Механизм развития отравления СО заключается в том, что монооксид углерода связывается с гемоглобином эритроцитов в 200 раз легче, чем с кислородом, поэтому вступает в конкуренцию за связывание (присоединяется к гемоглобину вместо кислорода), образуя карбоксигемоглобин вместо оксигемоглобина, за счет чего нарушает передачу кислорода клеткам организма:

30