Основы токсикологии руководство к лабораторным работам
..pdfВзаимодействие с фуксинсернистой кислотой. Прибавление фук-
синсернистой кислоты к водному раствору муравьиного альдегида придает ему синюю или сине-фиолетовую окраску.
Для приготовления фуксинсернистой кислоты берут раствор парафуксина, имеющий красную окраску, прибавляют водный раствор сернистой кислоты. При этом образуется фуксинсернистая кислота, не обладающая окраской. Данная кислота с альдегидами образует хиноидный краситель, окрашенный в розовый цвет.
Ход работы. В пробирку вносят 1 мл исследуемого раствора и несколько капель концентрированной серной кислоты. Содержимое пробирки взбалтывают и охлаждают проточной водой, затем прибавляют 1 мл раствора фуксинсернистой кислоты. В случае наличия муравьиного альдегида раствор окрашивается в сине-фиолетовый или красно-фиолетовыйцвет.
Возможно, что раствор сразу не окрасится, а только через 10–15 мин. Окраска может появляться не только под влиянием муравьиного альдегида, но и под влиянием многих окислителей. В связи с этим появление окраски через 30 мин после прибавления реактивов не является положительным результатом реакции на метаналь.
Взаимодействие с метиловым фиолетовым. Метиловый фиолето-
вый, предварительно обесцвеченный сульфитом натрия, с метаналем образует сине-фиолетовую окраску.
Ход работы. В пробирку вносят 1 мл анализируемого раствора и 0,5 мл 10 %-го водного раствора серной кислоты. Далее прибавляют такой же объем раствора метилового фиолетового, обесцвеченного сульфитом или гидросульфитом натрия. При наличии муравьиного альдегида в пробе появляется сине-фиолетовая окраска. Реакция не специфична для обнаруженияметаналя.
Взаимодействие с резорцином. Альдегиды реагируют с резорцином в его кетоформе с образованием окрашенного соединения.
Ход работы. В пробирку вносят 1 мл исследуемого раствора и 1 мл 1 %-го раствора резорцина в 10 %-м водном растворе едкого натра. Смесь нагревают в течение 3–5 мин на водяной бане. Появление розовой или малиновой окраски указывает на наличие метаналя.
Реакция «серебряного зеркала» (восстановление ионов сереб-
ра). Из аммиачного раствора солей серебра муравьиный альдегид выделяет металлическое серебро согласно схеме 2[Ag(NH3)2]++HCHO+H2O→ 2Ag+HCOO-+3NH4+ + NH3.
Ход работы. В чистую обезжиренную пробирку вносят 5 капель 1 %-го водного раствора нитрата серебра и по каплям прибавляют 10 % водный раствор аммиака до растворения образовавшегося осадка гидроксида серебра. Затем к раствору прибавляют 1 мл исследуемого раствора, а далее смесь осторожно нагревают на пламени горелки. При наличии метаналя происходит т.н. реакция «серебряного зеркала». Данная реакция нормально про-
11
текает при рН = 8–9. Нагревание реакционной смеси не должно быть сильным, т.к. при высокой температуре «серебряное зеркало» не образуется, а выпадает бурый осадок серебра.
Взаимодействие с реактивом Фелинга. При нагревании реактива Фелинга с муравьиным альдегидом выпадает осадок CuO или Cu(OH). Оксид одновалентной меди имеет черную окраску. Окраска гидроксида одновалентной меди зависит от размера частиц. Очень мелкие частицы имеют голу- бовато-зеленую окраску, а крупные – красную. Поэтому при взаимодействии реактива Фелинга с восстановителями в большинстве случаев выпадает желтый или красный осадок.
Ход работы. 1 мл анализируемого раствора вносят в пробирку, в которую прибавляют 1–2 капли 10 %-го водного раствора гидроксида натрия до щелочной реакции, а далее прибавляют 2–3 капли реактива Фелинга. Реакционную массу интенсивно взбалтывают и нагревают на пламени спиртовки. Образование желтого или красного осадка указывает на наличие метаналя в анализируемом растворе.
Контрольные вопросы
1.Что представляет собойформалин?
2.Основные области применения формальдегида.
3.Токсичность муравьиного альдегида.
4.Метаболизм формальдегида.
Лабораторная работа 11 Обнаружение этилового спирта в объекте токсикологического анализа
При проведении токсикологических исследований на обнаружение этанола его отгоняют с водяным паром. Выявление этанола проводят с использованием различных реакций. Для обнаружения этанола, например, в крови и моче применяют метод газожидкостной хроматографии.
1. Образование трийодметана (йодоформа). При нагревании этило-
вого спирта с раствором молекулярного йода и щелочью образуется йодоформ (CHJ3), имеющий специфический запах:
I2 + 2NaOH → NaOI + NaI +H2O, C2H5OH + NaOI → CH3CHO+NaI+H2O, CH3CHO + 3NaOI→I3C-CHO+3NaOH, I3C-CHO+NaOH→ CHI3+HCOONa.
Ход работы. В пробирку вносят 1 мл анализируемого раствора и 2 мл 5 %-го водного раствора едкого натра. К полученной смеси по каплям прибавляют 1 % раствор йода в 2 %-м растворе йодида калия до слабо-желтой окраски. Далее смесь несколько минут нагревают на водяной бане до 50 °С. При наличии в исследуемом образце этанола появляется запах йодоформа, напоминающий запах хлороформа. При относительно больших количествах
12
этанола в пробе образуются кристаллы йодоформа, имеющие форму шестиугольников и звездочек. Чувствительность реакции: предел обнаружения составляет 0,04 мг этанола в 1 мл раствора. Эта реакция не специфична на этиловый спирт. Ее дают ацетон, молочная кислота и др.
2. Этерификация этилового спирта. Для этерификации этанола ис-
пользуют ацетат натрия и хлористый бензоил.
а. Образование уксусно-этилового эфира. Этанол с ацетатом натрия в присутствии серной кислоты образует соответствующий сложный эфир, имеющий характерный запах:
2CH3COONa+2C2H5OH+H2SO4 → 2СН3СООС2Н5 + Na2SO4 + 2H2O.
Ход работы. В пробирку вносят 1 мл анализируемого раствора и 0,1 г сухого ацетата натрия, далее осторожно по каплям прибавляют 2 мл концентрированной серной кислоты. Смесь нагревают осторожно на пламени спиртовки до выделения пузырьков газа. Специфический запах уксусно-этилового эфира указывает на наличие этанола в исследуемой пробе.
Образование этилбензоата. При взаимодействии этанола с хлористым бензоилом образуется этилбензоат, имеющий характерный запах.
Обнаружению запаха этилбензоата мешает избыток бензоилхлорида, имеющего неприятный запах, поэтому для удаления избытка бензоилхлорида к реакционной массе добавляют раствор щелочи.
Ход работы. К 1 мл анализируемого раствора прибавляют 1–2 капли бензоилхлорида. При интенсивном взбалтывании полученной смеси к ней прибавляют по каплям 10 % водный раствор едкого натра до исчезновения удушливого запаха бензоилхлорида. Появление запаха этилбензоата указывает на наличие этанола в исследуемом образце.
Образование ацетальдегида. Этанол окисляется бихроматом калия, перманганатом калия и некоторыми другими окислителями до ацетальдегида,
например, 3С2Н5ОН+К2Cr2O7+4H2SO4 → 3СН3СНО+Cr2(SO4)3+K2SO4+7Н2O.
Ход работы. К 1 мл анализируемого раствора прибавляют 10 % раствор серной кислоты до получения кислой среды. К полученной смеси по каплям прибавляют 10 % раствор бихромата калия до тех пор, пока жидкость не станет оранжево-красной. Реакционную массу оставляют на несколько минут при комнатной температуре. При наличии этанола в исследуемом растворе появляется запах уксусного альдегида.
Контрольные вопросы
1.Получение и применение этанола.
2.Токсичность этилового спирта.
3.Схема метаболизма этанола и его основные метаболиты.
13
Лабораторная работа 12 Обнаружение этиленгликоля в объекте токсикологического анализа
Метод выделения этиленгликоля из анализируемых проб основан на использовании бензола как избирательного переносчика этиленгликоля из образцов в дистиллят. Бензол совместно с парами этиленгликоля и небольшим количеством водяного пара переносится в дистиллят. Вода, которая перегоняется при этом, практически содержит весь этиленгликоль.
Фиксация этиленгликоля. В токсикологической практике для обнаружения этиленгликоля используют цветные и микрокристаллоскопические реакции.
Реакция окисления этиленгликоля периодатом и обнаружение образо-
вавшегосяформальдегида. Эта реакция основана наокислении этиленгликоля периодатом натрия или калия. В результате указанной реакцииобразуется формальдегид, который можно обнаружить при помощи фуксинсернистой ки-
слоты:HO-CH2-CH2-OH +KIO4 +H+ → 2HCHO +HIO3 +H2O +K+.
При выполнении этой реакцииизбыток ионов иодатаи периодата связываютрастворомсернистойкислоты,азатемприбавляютфуксинсернистуюкислоту.
Ход работы. К 3–5 мл исследуемого раствора прибавляют 5 капель 12 %-го водного раствора серной кислоты, 5 капель 5 %-го раствора периодата калия в 5 %-м водном растворе серной кислоты и взбалтывают. Через 5 минут прибавляют 3–5 капель раствора сернистой кислоты, а затем 4 капли раствора фуксинсернистой кислоты. При наличии искомого гликоля через 3–20 минут появляется красно-фиолетовая или розовая окраска.
Взаимодействие этиленгликоля с азотной кислотой. При ступенча-
том выпаривании этиленгликоля с азотной кислотой образуется щавелевая кислота, которая с солями кальция образует кристаллический оксалат кальция, имеющий характерную форму. Иногда эти кристаллы появляются спустя 2–3 суток.
Взаимодействие с сульфатом меди. Прибавление сульфата меди и щелочи к этиленгликолю приводит к образованию комплексного соединения, окрашивающего раствор в синий цвет.
Ход работы. К 2–3 мл анализируемого раствора прибавляют 1–2 мл 10 %-го водного раствора едкого натра и несколько капель 10 %-го раствора сульфата меди. Появление голубой окраски говорит о наличии этиленгликоля в исследуемом растворе.
Контрольные вопросы
1.Основные физические и химические свойства этиленгликоля.
2.Области применения гликоля.
3.Механизм токсического влиянияэтиленгликолянаорганизм человека.
4.Метаболизм и основные метаболиты гликоля.
14
Лабораторная работа 13 Обнаружение диметилкетона в практике токсикологического анализа
В практике химико-токсикологического анализа для обнаружения диметилкетона (ацетона) используют реакции с растворами молекулярного йода, нитропруссида натрия, фурфурола, о-нитробензальдегида и метод микродиффузии.
Реакция образования йодоформа. При взаимодействии ацетона с раствором йода в щелочной среде образуется йодоформ:I2 + 2OH- →IO- +I- +H2O, 3OI- +CH3COCH3 →I3C-CO-CH3 + 3OH-,I3C-CO-CH3+OH- →CHI3 +CH3COO-.
Ход работы. К 1 мл исследуемого раствора прибавляют 1 мл 10 %-го водного раствора аммиака и несколько капель раствора молекулярного йода в йодиде калия. В присутствии диметилкетона образуется желтый осадок йодоформа с характерным запахом. Предел обнаружения составляет 0,1 мг ацетона в пробе. Данную реакцию дает и этанол.
Взаимодействие с нитропруссидом натрия. Диметилкетон с нитро-
пруссидом натрия [Na2Fe(CN)5NO] 2H2O в щелочной среде дает интенсивнокрасную окраску. Подкисление раствора уксусной кислотой приводит к пе-
реходуокраски в красно-фиолетовую: Na2[Fe(CN)5ON=CHCOOCH3] 2H2O. Кетоны, в молекулах которых отсутствуют метильные или метиленовые
радикалы, связанные скарбонильнымигруппами, не даютданную реакцию. Ход работы. К 1 мл анализируемого раствора прибавляют 1 мл 10 %-го
водного раствора едкого натра и 5 капель 1 %-го свежеприготовленного раствора нитропруссида натрия. При наличии диметилкетона в образце появляется красная или оранжево-красная окраска. При добавлении 10 %-го водного раствора уксусной кислоты до кислой реакции через несколько минут окраска переходит в красно-фиолетовую или вишнево-красную.
Взаимодействие с фурфуролом. Данная реакция основывается на способности диметилкетона конденсироваться с фурфуролом и некоторыми другими альдегидами с образованием окрашенных соединений.
Ход работы. К 1 мл анализируемого раствора прибавляют 5 капель 1 %-го раствора фурфурола в концентрированном этаноле и 3 капли 10 %-го водного раствора едкого натра. Спустя 3–5 мин к полученному раствору прибавляют 10–12 капель концентрированной соляной кислоты. При наличии в исходном образце диметилкетона появляется красная окраска. Данная реакция не избирательна для обнаружения ацетона.
Взаимодействие сорто-нитробензальдегидом. При взаимодействии диметилкетона с орто-нитробензальдегидом в щелочной среде образуется индиго, имеющее синюю окраску.
Небольшие количества диметилкетона с орто-нитробензальдегидом реагируют довольно медленно. В результате сперва появляется желтая окраска, переходящая в желто-зеленую, а затем в зелено-синюю. Образовавшееся
15
при этой реакции индиго хорошо извлекается трихлорметаном, который приобретает синюю окраску.
Ход работы. В пробирку вносят 3–5 капель анализируемого раствора и каплю насыщенного водного раствора орто-нитробензальдегида в 2 н. водном растворе едкого натра. Полученный раствор нагревают на водяной бане до небольшой температуры, а затем охлаждают до комнатной. Затем в пробирку прибавляют 1 мл трихлорметана и взбалтывают. При наличии диметилкетона органический слой приобретает синюю окраску.
Контрольные вопросы
1.Физические и химические свойства ацетона.
2.Получение и применение диметилкетона.
3.Токсичность и метаболизм ацетона.
Лабораторная работа 14 Фенол как объект токсикологического анализа
Для обнаружения фенола в объекте исследования его переводят в раствор с использованием водного раствора пищевой соды. Из водно-щелочного раствора его экстрагируют несколько раз малыми порциями диэтилового эфира. Затем эфирные вытяжки соединяют вместе и при комнатной температуре выпаривают досуха. Сухой остаток растворяют в нескольких миллилитрах дистиллированной воды. Полученный раствор используют для обнаружения фенола при помощи реакций образования трибромфенола, индофенола, а также реакций с хлоридом трехвалентного железа.
Взаимодействие с бромной водой. Прибавление свежеприготовлен-
ной бромной воды к раствору, содержащему фенол, приводит к выпадению осадка трибромфенола.
Ход работы. К 0,5–1,0 мл исследуемого раствора прибавляют 3–5 капель свежеприготовленной бромной воды. О наличии фенола в исследуемом растворе судят по образованию желтовато-белого осадка трибромфенола. Данную реакцию дают крезолы, анилин, а также некоторые другие ароматические амины.
Взаимодействие с индофенолом. Окисление смеси фенолов и аминов (в том числе и аммиака) приводит кобразованию индофенола, которыйимеет соответствующую окраску.
В данной реакции в качестве окислителей могут быть использованы гипохлорит натрия, хлорная известь, хлорная или бромная вода, пероксид водорода и кислород воздуха.
Ход работы. К 0,5–1,0 мл анализируемого раствора прибавляют 1 каплю анилина и 2 мл раствора гипохлорита натрия. Образование грязно-
16
фиолетовой окраски говорит о наличии фенола в исходном образце. После прибавления нашатырного спирта появляется устойчивая синяя окраска.
Образование индофенола по реакции Либермана. По данной мето-
дике в качестве реактивов на фенолы используют нитрит натрия и серную кислоту. Взаимодействие нитрита натрия с серной кислотой дает азотистую кислоту, которая с фенолом образует пара-нитрозофенол, который затем изомеризуется в пара-хиноидоксим. Последнее вещество, взаимодействуя с избытком фенола, образует индофенол, имеющий синюю окраску.
Ход работы. Несколько капель анализируемого эфирного раствора вносят в маленький тигель и выпаривают досуха. Затем к сухому остатку прибавляют каплю 1 %-го свежеприготовленного раствора нитрита натрия в концентрированной серной кислоте и полученную смесь оставляют на несколько минут. После охлаждения смеси по каплям прибавляют 4 н. водный раствор едкого натра до щелочной реакции. Образование синей окраски, которая иногда переходит в красную, а затем в зеленую, говорит о наличии фенола в анализируемом образце.
Взаимодействие с хлоридом трехвалентного железа. Прибавление свежеприготовленного водного раствора хлорида трехвалентного железа к раствору, содержащемуфенол, приводит кпоявлению фиолетовой окраски.
Ход работы. Несколько капель анализируемого раствора помещают в маленькую фарфоровую чашку и прибавляют 1–2 капли свежеприготовленного 5 %-го водного раствора хлорида трехвалентного железа. Появление фиолетовой или сине-фиолетовой окраски, исчезающей от прибавления воды, спирта и кислот, говорит о наличии в исходном растворе фенола.
Взаимодействие с альдегидом бензойной кислоты. При нагревании фенолов в кислой среде с бензальдегидом образуется бесцветный продукт конденсации, при окислении которого возникает окраска. Концентрированная серная кислота при этой реакции играет несколько ролей: дегидратирующая, конденсирующая, окислителя.
Ход работы. В пробирку вносят 0,1–0,5 мл анализируемого раствора, 2 мл концентрированной серной кислоты и 1–2 капли бензальдегида. При нагревании полученной смеси до кипения появляется темно-красная окраска. После охлаждения смеси и прибавления к ней 10 мл дистиллированной воды и 10 %-го водного раствора едкого натра до щелочной реакции окраска переходит в сине-фиолетовую.
Контрольные вопросы
1.Физические и химические свойства фенола.
2.Применение и способы получения гидроксибензола.
3.Метаболизм и токсичность фенола.
17
Лабораторная работа 15 Обнаружение трихлорметана в объекте токсикологического анализа
Трихлорметан (хлороформ), содержащийся в анализируемом образце, можно обнаружить по наличию хлора в его молекуле, а также при помощи реакций Фудживара, образования изонитрила, реакций с резорцином, с реактивом Фелинга и др.
Отщепление хлора. При нагревании трихлорметана со спиртовым раствором щелочи происходит отщепление атомов хлора, которые можно обнаружить при помощи реакции с нитратом серебра:
CH3CI3+4NaOH→3NaCI+HCOONa+2H2O, NaCI+AgNO3 → AgCI+NaNO3.
Ход работы. В пробирку вносят несколько миллилитров анализируемого раствора и 1 мл 10 %-го спиртового раствора едкого натра. Пробирку осторожно нагревают на пламени спиртовки в течение 3–5 мин. После охлаждения раствора его подкисляют 10 %-м раствором азотной кислоты до кислой реакции и прибавляют 0,5 мл 1 %-го водного раствора нитрата серебра. Появление белого творожистого осадка указывает на наличие трихлорметана в исходном образце.
Взаимодействие с пиридином (реакция Фудживара). Трихлорметан и ряд других галогенсодержащих соединений можно обнаружить с использованием т.н. реакции Фудживара. При взаимодействии трихлорметана с пиридином и щелочью образуется полиметиновый краситель (соль пиридиния).
Под действием щелочи соль пиридиния переходит в производное глутаконового альдегида, при гидролизе которого образуется глутаконовый альдегид, который имеет окраску.
Ход работы. К нескольким миллилитрам анализируемого раствора прибавляют 2 мл свежеперегнанного пиридина и 2 мл 10 %-го водного раствора едкого натра. Полученную массу нагревают на водяной бане в течение 2–3 мин. При наличии трихлорметана в анализируемом растворе появляется красная окраска.
Взаимодействие с резорцином.При нагревании трихлорметана с резорцином вприсутствиищелочипоявляетсярозоваяилималиново-краснаяокраска.
Ход работы. В пробирку вносят 1 мл анализируемого раствора и 1 мл 10 %-го свежеприготовленного раствора резорцина в 10 %-м водном растворе едкого натра. После нагревания пробирки на кипящей водяной бане в течение 5–10 мин появляется розовая или малиновая окраска.
Взаимодействие с первичными аминами. При нагревании трихлор-
метана с первичными аминами и щелочью образуется карбиламин (изонитрил), обладающий неприятным запахом:
CHCI3+RNH2+3KOH→RN=C+3KCI+3H2O.
Ход работы. К 1 мл анализируемого раствора прибавляют несколько капель 10 %-го спиртового раствора едкого натра и одну каплю водного рас-
18
твора анилина. Жидкость нагревают на водяной бане 1–2 мин. Появление неприятного запаха изонитрила указывает на наличие трихлорметана в анализируемом образце.
Данную реакцию необходимо обязательно проводить под тягой. Для разложения плохо пахнущего изонитрила в использованных для выполнения реакций пробирках их кипятят с 10 %-м водным раствором серной кислоты.
Реактив Фелинга в качестве индикатора трихлорметана. При взаи-
модействии трихлорметана со щелочью образуется соответствующий форми-
ат (соль муравьиной кислоты): CHCI3 + 4NaOH → HCOONa + 3NaCI + 2H2O.
Реактив Фелинга представляет собой комплексное соединение K2Na2[Cu(С4Н3O6)2], которое образуется при взаимодействии ионов двухвалентной меди с сегнетовой солью. При нагревании оно окисляет муравьиную кислоту и ее соли. В результате реакции выпадает красного цвета осадок оксида одновалентноймеди:
K2Na2[Cu(С4Н3O6)2 ]+2H2O → 2KNaC4H4O6+Cu(OH)2, 2Cu(OH)2+HCOONa → Cu2O+CO2+2H2O+NaOH.
Ход работы. В пробирку вносят несколько миллилитров анализируемого раствора, 2 мл 10 %-го водного раствора едкого натра и 5 капель реактива Фелинга, а затем нагревают на водяной бане. При наличии трихлорметана в анализируемом растворе выпадает желтый осадок, переходящий затем в красный.
Контрольные вопросы
1.Получение и применение хлороформа.
2.Физические и химические свойства трихлорметана.
3.Токсические свойства хлороформа.
4.Метаболизм трихлорметана.
Лабораторная работа 16 Определение содержания ионов свинца в объектах
токсикологического анализа
Обнаружение соединений свинца в почве. Для проведения анализа берут образцы почвы (1–2 столовые ложки в зависимости от влажности почвы) в трех пунктах на различном расстоянии от автомагистрали. Взвешивают на фильтрах примерно по 10 г каждого образца почвы. Затем переносят навески в пронумерованные конические колбы и наливают в каждую по 15 мл 30 % HNO3, взбалтывают в течение 2–3 минут. Полученные экстракты отфильтровывают в пронумерованные стаканы, используя для каждой вытяжки свой фильтр.
19
Для исследования из каждого стакана берут по 5 мл фильтрата и помещают в три пронумерованные пробирки, используя для этого мерные пипетки. Далее проводят осаждение ионов свинца в пробирках согласно схеме реакции: Pb2+ + 2HCl =PbCl2 (осадок белого цвета).
Определение свинца в растительности, произрастающей на разном расстоянии от автомагистрали
Собирают небольшое количество растительности (листьев, травы) на расстоянии 2–3 м, 100 м, 300 м от оживленной магистрали. Пронумеровывают соответствующие пробы. Далее размалывают собранную растительность и добавляют во все пробы строго одинаковое количество этанола и дистиллированной воды. Затем кипятят на водяной бане.
К полученному раствору добавляют раствор сульфида натрия. В результате в растворах выпадает черный осадок оксида свинца разной степени концентрации.
Растворы разных проб наливают в пронумерованные стеклянные пробирки, указывающие, на каком расстоянии от дороги они взяты. Рассматривая их на свет, можно будет легко увидеть, что, чем дальше от дороги, тем меньше концентрация свинца в растительности.
Контрольные вопросы
1.Основные области применения соединений свинца.
2.Механизм токсического действия соединений свинца на организм: тиоловые яды.
3.Метаболизм соединений свинца.
Лабораторная работа 17 Обнаружение уксусной кислоты в объектах токсикологического анализа
Взаимодействие с хлоридом трехвалентного железа. Прибавление свежеприготовленного хлорида трехвалентного железа к ацетат-ионам приводит к образованию красной окраски, вызванной продуктом химической реакции – основного ацетата железа:
8CH3COO- + 3Fe3+ +2H2O → [Fe3(OH)2(CH3COO)6]+ + 2CH3COOH.
Ход работы. Несколько миллилитров анализируемого раствора вносят в пробирку и прибавляют 1 каплю 5 %-го свежеприготовленного раствора хлорида трехвалентного железа. Появление красной окраски говорит о наличии ацетат-ионов (кислотного остатка) в анализируемом образце. При нагревании окрашенного раствора происходит гидролиз, в результате которого
20