- •Избранные лекции по токсикологической химии
- •Содержание
- •Введение в токсикологическую химию
- •Особенности химико-токсикологического анализа.
- •Организационная структура судебно-медицинской и судебно-химической экспертизы в рф
- •Правовые и методологические основы судебно-химической экспертизы
- •Правила производства судебно-химической экспертизы вещественных доказательств в схо смл Бюро смэ органов здравоохранения
- •Помещения лаборатории
- •Порядок проведения судебно-химической экспертизы Основные правила судебно-химического анализа (сха)
- •Документация при производстве судебно-химической экспертизы
- •Яд. Общая характеристика токсического действия. Формирование токсического эффекта как фактор взаимодействия яда, организма и окружающей среды. Понятие «яд», «отравление»
- •Классификация отравлений
- •Общая характеристика и классификация веществ, вызывающих отравление
- •2. Токсические вещества неорганической природы:
- •Токсикокинетика чужеродных соединений
- •Всасывание чужеродных соединений
- •Факторы, влияющие на абсорбцию чужеродных соединений
- •Распределение. Факторы, влияющие на распределение чужеродных веществ в организме.
- •Метаболизм чужеродных соединений
- •2. Восстановление:
- •Выделение чужеродных соединений
- •Группа веществ, изолируемых дистилляцией
- •(«Летучие яды»)
- •5.Сложные эфиры алифатического ряда
- •Объекты судебно-химического исследования. Пробоподготовка
- •Одноатомные спирты
- •Этиловый спирт в химико-токсикологическом отношении
- •Токсикологическое значение спиртов
- •Токсикокинетика спиртов
- •Объекты исследования и пробоподготовка
- •Правила отбора проб для исследования
- •Экспертиза алкогольного опьянения.
- •Клиническая диагностика
- •Химические свойства спиртов. Методы анализа в судебно-химической экспертизе отравлений и экспертизе алкогольного опьянения.
- •Количественное определение спиртов
- •Теоретические предпосылки метода
- •Основные газохроматографические параметры
- •Относительное время удерживания является величиной более постоянной, так как на него меньше влияют условия проведения хроматографического процесса.
- •Аппаратурное оформление метода гжх
- •Определение этанола методом гжх
- •Оценка результатов количественного определения этанола в крови человека
- •Группа веществ, изолируемых из биологического материала экстракцией и сорбцией.
- •(Подгруппа «Лекарственные средства»)
- •Номенклатура и классификация.
- •Теоретические основы метода изолирования
- •Факторы, влияющие на эффективность изолирования «нелетучих» ядов из биоматериала.
- •Общие и частные методы изолирования
- •Изолирование этанолом, подкисленным щавелевой кислотой (метод Стаса-Отто)
- •Выход 20-30%
- •3 Раза
- •(Основания алкалоидов)
- •Изолирование водой, подкисленной щавелевой кислотой (метод Васильевой)
- •3 Раза
- •(Молекулярные формы кислот,
- •Выход 30-40%
- •(Основания алкалоидов)
- •Частные методы изолирования :
- •(Кислотные формы барбитуратов)
- •2 Раза по 2 часа
- •(Основания алкалоидов)
- •Выход 50-70%
- •(Вещества кислого и нейтрального характера)
- •(Вещества основного характера)
- •Очистка изолируемых веществ от сопутствующих компонентов биоматериала.
- •Аналитический скрининг лекарственных веществ, имеющих токсикологическое значение.
- •Хроматографические скрининговые методы
- •Тонкослойная хроматография (тсх)
- •Газожидкостная хроматография (гжх)
- •Высокоэффективная жидкостная хроматография (вэжх)
- •Спектральные скрининговые методы
- •Абсорбционная спектроскопия
- •Иммунохимические методы в скрининге лекарственных веществ. Иммунохимический анализ (иха)
- •Производные барбитуровой кислоты
- •В химико-токсикологическом отношении
- •Лактим-лактамная таутомерия барбитуратов.
- •Токсикокинетика барбитуратов (всасывание, распределение, метаболизм, выделение)
- •Токсикодинамика (развитие отравлений).
- •Алкалоиды в химико-токсикологическом отношении
- •Токсикологическое значение алкалоидов
- •3. Идентификация выделенных алкалоидов.
- •Экспресс - анализ интоксикаций
- •Экспресс-метод определения лекарственных веществ на основе хроматографического скрининга (хтс)
- •Группа веществ, изолируемых экстракцией неполярными растворителями. Пестициды
- •Пестициды как химические загрязнители
- •Питания
- •Токсикологическая характеристика и судебно-химическое значение пестицидов
- •3. Классификация пестицидов
- •II. Органические пестициды
- •Классификация по назначению (по объектам применения):
- •Классификация в зависимости от путей проникновения в организм насекомых:
- •- Контактные – убивающие насекомых при соприкосновении с любой частью тела
- •Классификация гербицидов в зависимости от характера действия:
- •Контактного действия – действуют только на те участки растений, куда попали (органические соединения ртути, цианиды, кислота серная, медный купорос).
- •Классификация по формам применения пестицидов:
- •4. Изолирование и очистка
- •5.Анализ пестицидов
- •6.Основные группы пестицидов
- •Изолирование
- •Метод газожидкостной хроматографии (гжх) в анализе фоп
- •Группа веществ, изолируемых минерализацией
- •(«Металлические яды»)
- •Общая характеристика группы
- •Металлические загрязнения
- •Марганец
- •Методы минерализации
- •Методы “мокрой минерализации”
- •Методика изолирования металлических ядов из биологического материала общим методом минерализации
- •Дробный метод анализа «металлических ядов»
- •Маскировка ионов в дробном анализе
- •Применение органических реагентов в дробном анализе
- •Применение диэтилдитиокарбаминовой кислоты и её солей
- •Свойства ддтк металлов
- •Применение дитизона
- •Свойства дитизонатов
- •Методы количественного определения
- •Группа токсикологически важных веществ, изолируемых экстракцией водой (минеральные кислоты, щёлочи и их соли)
- •Группа токсикологически важных веществ, требующих особых методов изолирования (соединения фтора)
- •Группа веществ, не требующих особых методов изолирования. Вредные пары и газы. Оксид углерода (II)
- •Литература
Факторы, влияющие на эффективность изолирования «нелетучих» ядов из биоматериала.
Эффективность изолирования веществ на I и II стадиях определяется рядом факторов.
На первой стадии на эффективность изолирования вещества будут влиять такие факторы, как:
1) Растворимость яда в используемом экстрагенте.
Поскольку на первой стадии используются полярные растворители (вода), яд должен находиться в водорастворимом (ионизированном) состоянии, т.е. кислоты и основания должны присутствовать в виде своих солей, а степень ионизации 100%.
Необходимое для этого значение рН может быть рассчитано из уравнения степени ионизации Гендерсона. На практике пользуются более простым правилом. Для того, чтобы полностью перевести вещество в ионизированное состояние ( 100%), необходимо создать
рН = рК + 2(3) для кислот и
рН = рК - 2(3) для оснований
Отсюда очевидно, что для переведения кислот в ионизированное состояние (т.е. в их соли) нужна щелочная реакция среды. Так, если для барбитуратов рК =7-8,, то рН = рК + 2(3) = (7-8)+2(3) = 10 и выше.
Для оснований же требуется кислая реакция среды. Так, для атропина рН = рК - 2(3) = 9,6 - 3 = 6,6 и ниже.
Слабоосновные алкалоиды нацело ионизированы уже в сильно кислой среде, например, для кофеина рН 2,0 (рК 0,6)
Кислая реакция среды (рН2) приводит, кроме того, к разрушению комплексов алкалоидов с белками, в виде которых они находятся в биологическом материале, что увеличивает выход алкалоидов. Влияние рН на эффективность изолирования «нелетучих» ядов особенно выражено при использовании в качестве экстрагента воды, т.к. этанол в большинстве случаев является хорошим растворителем и для ионизированной, и для молекулярной форм кислот и оснований.
Экстрагент
Кроме реакции среды, на степень изолирования в значительной мере влияет природа экстрагента, его количество, время и кратность экстракции.
К экстрагенту предъявляются следующие основные требования:
-Способность легко проникать в клетки тканей.
-Высокая растворяющая способность (по отношению к яду).
-Селективность (по отношению к анализируемым соединениям). Селективный растворитель в какой-то мере исключает загрязнение вытяжки балластными веществами - жирами, белками, пигментами и другими.
В большей мере этим требованиям отвечает вода, несколько в меньшей степени - спирт, который является почти универсальным растворителем для лекарственных веществ. Основным недостатком этанола является способность экстрагировать совместно с анализируемыми веществами нормальные компоненты биоматериала (белки, жиры, пигменты), что усложняет анализ, приводя к дополнительным методам очистки и потерям значительных количеств искомых веществ.
Количество экстрагента обычно берется вдвое больше по отношению к весу органов (1:2). Большие количества экстрагента, хотя и увеличивают эффективность экстракции, приводят к разбавлению извлечения и усложнению последующих операций, связанных с концентрированием веществ в извлечении.
Время экстракции определяется моментом наступления равновесия в концентрациях вещества между твердой и жидкой фазами, что устанавливается экспериментально (по прекращению прироста концентрации вещества в экстрагенте ). Для воды оно меньше (около 2 часов) по сравнению с этанолом (более 4-6 часов).
Кратность экстракции приводит к увеличению выхода вещества за счет поступления новых порций растворителя. Для извлечения искомых соединений из внутренних органов возможны такие способы, как однократная и многократная экстракция, т.к. непрерывная экстракция требует специальной аппаратуры.
Немаловажную роль в экстракции играет и степень измельченности объекта, что обеспечивает максимальный доступ растворителя к искомому веществу (площадь соприкосновения твердой и жидкой фаз), но одновременно увеличивает количество соэкстрактивных веществ.
Вторая стадия изолирования «нелетучих» ядов заключается в выделении их из водного извлечения путем экстрагирования органическим растворителем, не смешивающимся с водой, при различных значениях рН среды. Этим достигается концентрирование вещества в извлечении и его частичная очистка от нормальных компонентов биоматериала (не растворимых в данном растворителе).
За счет экстрагирования веществ вначале из кислого, а затем из щелочного водного раствора, их можно разделить на 2 подгруппы:
Вещества, экстрагируемые органическими растворителями из кислого раствора (вещества кислотного, нейтрального и частично слабоосновного характера).
Вещества, экстрагируемые из щелочного раствора (вещества основного и частично слабоосновного характера).
Вещества со слабо выраженными основными свойствами могут частично перераспределяться из одной подгруппы в другую. К ним относятся производные пурина - кофеин, теобромин, теофиллин; опийные алкалоиды - папаверин, наркотин,; производные индола - бруцин, стрихнин; стероидоподобный алкалоид - вератрин, некоторые синтетические лекарственные средства - антипирин, амидопирин, промедол, производные фенотиазина (аминазин ) и др.
Для веществ нейтрального характера, не способных к ионизации, практически не требуется создания определенного значения рН, т.к. они экстрагируются органическим растворителем в молекулярной форме из любой среды. Разделение веществ на 2 подгруппы в значительной степени облегчает проведение последующего ненаправленного анализа с целью обнаружения неизвестного яда.
На второй стадии изолирования продолжают играть свою роль уже рассмотренные выше факторы, такие, как
1) растворимость яда, которая определяется степенью ионизации и регулируется рН среды.
2) природа экстрагента, его объем, время и кратность экстракции.
Если на первой стадии изолирования веществ данной группы мы стремились перевести их в ионизированное состояние и сделать водорастворимыми, то на второй стадии наша задача заключается в том, чтобы перевести вещества в неионизированную (молекулярную) форму (0), которая хорошо экстрагируется из водной фазы неполярным органическим растворителем. Необходимое для этого значение рН может быть рассчитано из уравнения, имеющего следующий вид:
рН = рК - 2(3) для кислот
рН = рК + 2(3) для оснований
Понятно, что для веществ кислого характера на этой стадии требуется создание кислой среды, а для основных – щелочной.
В качестве экстрагентов веществ из водной фазы подбирают неполярные органические растворители, которые:
а) не смешиваются с водой и по удельному весу (d) значительно отличаются от нее, что предотвращает образование эмульсий в процессе экстрагирования (d1,0)
б) имеют низкую температуру кипения, что облегчает их упаривание из экстракта
в) хорошо растворяют изолируемое вещество и обеспечивают высокий коэффициент распределения его между водной и органической фазами (Кр = С0/Св)
Коэффициент распределения можно увеличить, добавив в водную фазу электролит, который способствует вытеснению вещества из водной фазы в слой органического растворителя за счет понижения его растворимости в воде (разрушение сольватной оболочки молекул). В качестве электролита используют Na2SO4, (NH4)2SO4, NaCl.По данным проф. В.Ф.Крамаренко, наиболее подходящим электролитом при изолировании алкалоидов является сульфат аммония.
Наличие электролита в водной фазе приводит также к осаждению белков, что служит своеобразной очисткой полученного извлечения. Избыточное количество электролита, особенно при изолировании соединений кислотного характера, может привести к значительным потерям искомых веществ за счет их осаждения.
Исходя из перечисленных выше требований, наиболее подходящим экстрагентом для веществ кислотного характера является эфир, а для веществ основного характера - хлороформ.
Объем экстрагента, время и кратность экстракций.
Необходимый объем экстрагента при однократной экстракции можно рассчитать , исходя из уравнения степени экстракции (Е)
100 Кр
Е = ---------------------- %, где
Кр + Н2О/орг
Кр - коэффициент распределения
Н2О - объем водной фазы
орг - объем органической фазы
Время экстракции обычно не превышает 5 минут, т.к. экспериментально доказано, что за этот период времени большинство органических соединений переходит из водной в органическую фазу.
Кратность экстракции обычно составляет 2-3, что обеспечивает полноту извлечения вещества за счет поступления свежих порций растворителя.