Вещества, загрязняющие продукты питания и корма

Введение

 

Не будем, однако, слишком обольщаться

 нашими победами  над природой. За каждую 

такую победу она  нам мстит. Каждая из 

   этих побед  имеет, правда, в первую очередь 

те последствия, на которые мы рассчитывали,

но во вторую и  третью очередь    

 совсем другие, непредвиденные последствия, 

которые часто  уничтожают значение первых.

Ф. Энгельс

Вещества, загрязняющие продукты питания и корма.

Наиболее опасными загрязняющими веществами признаны тяжелые металлы: свинец, ртуть, кадмий, мышьяк, цинк, никель и др. Примерно 90% тяжелых металлов, поступающих в окружающую среду, аккумулируются почвами. Затем они мигрируют в природные воды, поглощаются растениями и поступают в пищевые цепи.

Свинец, ртуть, кадмий, мышьяк и цинк считаются основными загрязнителями главным образом потому, что техногенное их накопление в окружающей среде идет особенно высокими темпами. Данные элементы обладают большим сродством к физиологически важным органическим соединениям и способны подавлять наиболее значимые процессы метаболизма, тормозят рост и развитие. В сельскохозяйственном производстве это приводит к снижению продуктивности и ухудшению качества продукции.

Допустимое количество тяжелых металлов, которое человек может потреблять с продуктами питания без риска заболеть, колеблется в зависимости от вида металла: свинец - 3 мг, кадмий - 0,4...0,5 мг, ртуть - 0,3мг в неделю. Хотя эти уровни условны, тем не менее они служат основой для контроля содержания тяжелых металлов в продуктах питания.

В живых организмах тяжелые металлы играют двоякую роль. В малых количествах они входят в состав биологически активных веществ, регулирующих нормальный ход процессов жизнедеятельности. Нарушение в результате техногенного загрязнения сложившихся эволюционно концентраций тяжелых металлов приводит к отрицательным и даже катастрофическим последствиям для живых организмов. Поступившие, например, в организм человека тяжелые металлы накапливаются преимущественно в печени и выводятся крайне медленно. Первоначально же они накапливаются главным образом в почвах. Продукция растениеводства, выращенная даже на слабозагрязненных почвах, способна вызвать кумулятивный эффект, обусловливая постепенное увеличение содержания тяжелых металлов в организме теплокровных (человек, животные).

Поступая в  растения, тяжелые металлы распределяются в их органах и тканях весьма неравномерно. Следовательно, изучение особенностей аккумуляции тяжелых металлов в растениях может помочь ограничить их поступление в организм человека.

Зачастую корневые системы растений содержат больше цинка, чем надземные органы. В надземных органах цинк концентрируется преимущественно в старых листьях. Корни пшеницы отличаются более высоким содержанием свинца и кадмия по сравнению с листьями. Уровень накопления тяжелых металлов в репродуктивных органах растений значительно ниже, чем в вегетативных, и зависит от биологических особенностей культуры, физиологической роли элемента, его содержания в почве и доступности для растений.

Органы накопления ассимилятов (корнеплоды, клубни, плоды) содержат значительно меньше тяжелых металлов, чем вегетативная масса растений. Это можно считать положительным фактом, поскольку именно они составляют хозяйственно ценную часть основных овощных культур.

Механизмы поглощения, транспорта, метаболизма и распределения тяжелых металлов в органах и тканях тесно связаны с видовыми и сортовыми особенностями возделываемых культур, на них влияют экологические и антропогенные факторы. Знание закономерностей распределения тяжелых металлов в тканях и органах растений дает возможность выяснить механизмы их перераспределения и аккумуляции в процессе развития растений, разработать достоверные методы оценки качества урожая, грамотно сертифицировать продукцию.

Знание особенностей распределения тяжелых металлов в растениях представляет интерес для потребителя, поскольку позволяет рационально использовать продукцию в процессе технологической переработки (консервирование, сушка, квашение, соление, приготовление соков и пюре) и при употреблении в пищу в сыром виде.

Накопление и  распределение тяжелых металлов в органах растения зависят прежде всего от вида, физиологической специализации и морфологических признаков отдельных органов (тип листьев, размер черешков и жилок, размер центрального цилиндра в корнеплодах).

 

Важно знать особенности  распределения тяжелых металлов в овощных культурах.

В корнеплодах  моркови содержание тяжелых металлов (кроме железа) убывает от кончика до головки. Для железа характерно высокое содержание в головке и равномерное распределение в остальной части корнеплода. В центральной части корнеплода содержится повышенное количество цинка и свинца, а в коре - повышенное количество меди, марганца, кадмия и железа.

Для нижней части  корнеплода столовой свеклы характерно повышенное содержание всех элементов, кроме меди. Наименьшее содержание меди и железа отмечено в средней части корнеплода. В центральном цилиндре наблюдается повышенное количество цинка и свинца, а в коре - меди, марганца, кадмия и железа.

Минимальное количество кадмия, цинка и свинца находится в мякоти клубней картофеля. Повышенное количество железа характерно для периферийной части клубней. Медь распределена равномерно во всех частях клубня.

У плодов кабачков тяжелые металлы рассредоточены примерно одинаково по всей их длине, кроме зоны, примыкающей к плодоножке (примерно треть-четверть плода), в этой зоне содержание тяжелых металлов в 1,5...3 раза выше. Наибольшее количество тяжелых металлов находится в кожуре плода и в сердцевине.

Для тыквы характерно повышенное содержание тяжелых металлов в верхней части, примыкающей к плодоножке. Минимальное их количество находится в нижней части плодов (примерно в 1,5...4 раза меньше, чем в верхней).

Капуста отличается от других овощных культур и картофеля повышенным содержанием цинка и пониженным - кальция. Содержание всех элементов возрастает (примерно в 3...5 раз) от внешних листьев кочана к кочерыге.

Для зеленных культур  характерно более высокое содержание свинца в черешках, чем в листовых пластинках. Растения салата отличаются наиболее высоким содержанием свинца в корнях, тогда как растения петрушки и хрена - наименьшим. Среди зеленных культур наибольшее количество свинца во всех органах растения наблюдается у укропа, щавеля, салата.

 

 

 

Экотоксикология ртути.

Русское название ртути, по одной из версий, — это заимствование из арабского (через тюркские языки); по другой версии, «ртуть» связана с литовским ritu — качу, катаю, происшедшим от индоевропейского рет (х) — бежать, катиться.

Историческая  справка. Самородная ртуть была известна за 2000 лет до н. э. народам Индии и Китая. Ими же, а также греками и римлянами применялась киноварь (природная HgS) как окраска, лекарственное и косметическое средство. Греческий Диоскорид                   (1 в.н.э,), нагревая киноварь в железном сосуде с крышкой, получил ртуть в виде паров, которые конденсировались на холодной внутренней поверхности крышки. Продукт реакции был назван hydragyros (от греч. Hydro – вода  и argyros – серебро), т. е. жидким серебром, откуда произошли лат. hydrargyrum, а также  argentum vivum – живое серебро. Последнее сохранилось в названиях.

Происхождение русского, названия ртути не установлено. Алхимики считали  ртуть главной составной частью всех металлов. «Фиксация» ртути (переход  в твердое состояние) признавалась первым условием ее превращения в  золото. Твёрдую ртуть впервые  получили в декабре 1759 году петербургские академики И. А. Браун и                         М. В. Ломоносов. Ученым удалось заморозить ртуть в смеси из снега и концентрированной азотной кислоты. В опытах Ломоносова отвердевшая ртуть оказалась ковкой, как свинец. Известие о «фиксации» ртути произвело сенсацию в ученом мире того времени; оно явилось одним из наиболее убедительных доказательств того, что ртуть – такой же металл, как и все прочие.

  Ртуть (лат. Hudrargyrum) –  химический элемент 2 группы периодической  системы Менделеева; атомный номер  80, атомная масса 200,59. Ртуть известна  с глубокой древности. В природе находится как в самородном виде, так и образует ряд минералов. Скорее всего, человек познакомился с ртутью, выделив при нагревании главного минерала ртути – ярко-красной киновари HgS. Иногда встречается в природе самородная ртуть, образовавшаяся, по-видимому, из той же киновари.

  Ртуть работает и  в других приборах – барометрах, ареометрах, расходометрах. Важны ртутные катоды в производстве хлора и едкого натра, щелочных и щелочноземельных металлов, известны ртутные выпрямители переменного тока ртутные лампы.

В XIX веке врачи лечили ртутью раны и венерические болезни.

Распространение в природе. Ртуть принадлежит к числу весьма редких элементов, её средние содержание в земной коре (кларк) близко к 4,5^.10^-6 % по массе. Приблизительно в таких количествах она содержится в изверженных горных породах. Важную роль в геохимии ртуть играет её миграция в газообразном состоянии и в водных растворах. В земной коре ртуть преимущественно рассеяна; осаждается из горячих подземных вод, образуя ртутные руды. Известно 35 ртутных минералов; главнейший из них – киноварь HgS.

  В биосфере ртуть  в основном рассеивается и  лишь в незначительных. количествах  сорбируется глинами и илами  (в глинах и сланцах в среднем 4^.10^-5 %). В морской воде содержится 3^.10^-9 % ртути.

  Самородная ртуть  , встречающаяся в природе, образуется  при окислении киновари в сульфат  и разложении последнего, при  вулканических извержениях (редко), гидротермальным путём (выделяется  из водных растворов).

Физические свойства.

Ртуть – тяжелый (плотность 13,52 г/см³) металл серебристо-белого цвета, единственный металл, жидкий при обычных условиях. Затвердевает ртуть при – 38,9 °С, закипает – при +357,25' °С.

В твердом состоянии обладает хорошей ковкостью и эластичностью. Обладает свойствами диамагнетика. При нагревании ртуть довольно сильно (всего в 1,5 раза меньше воды) расширяется, плохо проводит электрический ток и тепло – в 50 раз хуже серебра. Многие металлы хорошо растворяются в ртути с образованием амальгамы. В них металлы ведут себя, как и в свободном состоянии, но делаются менее активными (образование амальгамы снижает активность аналогично разбавлению).Не амальгамируются лишь железо, марганец и никель. Ртуть не выводится из организма человека.

Химические свойства.

    Как и благородные  металлы, ртуть на воздухе не  изменяется – не окисляется  кислородом, не реагирует с другими  компонентами атмосферы. Реакция  с кислородом заметно идет  лишь при температурах, близrих  к температуре кипения ртути,  причем многие примеси например  аналог ртути по подгруппе  – цинк, заметно ускоряют окисление.  С галогенами ртуть реагирует  легче, чем с кислородом; взаимодействует  с азотной кислотой, а при нагревании и с серной. В соединениях ртуть всегда двухвалентна. Известны, правда соединения одновалентной ртути – оксид (I) Hg и каломель HgCl. Но в этих соединениях ртуть всего лишь формально одновалентна. Состав каломели точнее отражает формула HgC l2, или Cl – Hg – Hg. Каломель, как и другой хлорид ртути - сулема HgCl₂ используется в качестве антисептика. Соединения ртути весьма ядовиты. Работа с ними требует не меньшей осторожности, чем работа с самой ртутью.

 Ртуть является малоактивным металлом. При нагревании до 300 °C ртуть вступает в реакцию с кислородом:

2 Нg + O₂ = 2 НgО.

Образуется оксид ртути (II) красного цвета. Эта реакция обратима: при нагревании выше 340°C оксид разлагается до простых веществ. Реакция разложения оксида ртути исторически является одним из первых способов получения кислорода.

С хлором ртуть взаимодействует на холоде, образуя хлорид ртути, или сулему:

Нg + Сl₂ = НgCl₂.

Легко взаимодействует ртуть с порошкообразной  серой, образуя очень прочное  соединение - сульфид ртути:

Нg + S = НgS.

Эту реакцию используют для связывания разлитой ртути: место, где предполагают наличие разлитой ртути, посыпают порошком серы.

В воде и щелочах ртуть не растворяется. Она растворяется в кислотах-окислителях; в концентрированной серной кислоте при нагревании, а в азотной - на холоде. В зависимости от количества ртути образуются соли ртути в степени окисления +1 и +2:

Нg + 2 Н₂SO₄ = НgSO₄ + SO₂ + 2 Н₂O;

3 Нg + 8 НNО₃ = 3 Нg(NО₃)₂ + 2 NО + 4 Н₂О;

Нg + Нg(NО₃)₂ = Нg₂(NО₃)₂.

Ртуть (II) в хлориде НgСl₂, восстанавливается металлической ртутью до ртути (I):

НgСl₂ + Нg = Нg₂Сl₂ (каломель).

Ртуть не растворяется в  растворах кислот, не обладающих окислительными свойствами, но растворяется в царской водке и азотной кислоте, образуя соли двухвалентной ртути. При растворении избытка ртути в азотной кислоте на холоде образуется нитрат Hg₂(NO₃)₂.

Из элементов II Б группы именно у ртути появляется возможность разрушения очень устойчивой 6d¹⁰ - электронной оболочки, что приводит к возможности существования соединений ртути (+4). Так, кроме малорастворимого Hg₂F₂ и разлагающегося водой HgF₂ существует и HgF₄, получаемый при взаимодействии атомов ртути и смеси неона и фтора при температуре 4К.

Получение ртути.

Ртутные руды (или рудные концентраты), содержащие ртуть в виде киновари, подвергают окислительному обжигу

HgS + O₂  = Hg + SO₂

Обжиговые газы, пройдя пылеуловительную камеру, поступают в трубчатый  холодильник из нержавеющей стали  или монель-металла. Жидкая ртуть  стекает в железные приёмники. Для  очистки сырую ртуть пропускают тонкой струйкой через высокий (1-1,5 м) сосуд с 10%-ной HNO₃, промывают водой, высушивают и перегоняют в вакууме.

Возможно также гидрометаллургическое  извлечение ртути из руд и концентратов растворением HgS в сернистом натрии с последующим вытеснением ртуть алюминием. Разработаны способы извлечения ртуть электролизом сульфидных растворов.