Выходные данные сборника:

Высокое качество и безопасность продуктов питания является в настоящее время одной из существенных предпосылок сохранения продовольственной независимости Казахстана и важнейшей задачей государственной политики в области здорового питания.

Уровень контаминантов в пищевом сырье за последние пять лет увеличился почти в пять раз. Токсичные элементы обнаруживаются в 90 % исследуемых продуктов питания. В данных условиях возникла необходимость расширения и углубления представлений о возможных путях загрязнения продовольственного сырья, технологических приемах переработки, позволяющих снизить вредное воздействие .

Качество молочных продуктов во многом зависит от экологических условий получения молока. Активная антропогенная деятельность способствует загрязнению природной среды вредными ингредиентами, достигшими критических уровней в большинстве промышленных центров . Распространенность тяжелых металлов в окружающей среде в связи с их неблагоприятным влиянием на организм является актуальной проблемой, прежде всего для регионов повышенного техногенного загрязнения, к которым принадлежит и наша область .

Негативное влияние экологического фактора приводит к нарушениям обмена веществ у животных, что, как правило, сопровождается снижением продуктивности, ухудшением качества молока, эндемическими болезнями. Исследованиями последних лет установлена прямая связь между поступлением тяжелых металлов с кормами и водой и их содержанием в получаемом молоке. В результате в молочном сырье накапливаются крайне нежелательные микроэлементы. К наиболее опасным из них относятся ртуть, свинец, кадмий, кобальт, никель, цинк, олово, сурьма, медь, молибден, ванадий, мышьяк. Попадают металлы в биосферу при высокотемпературных технологических процессах (металлургии, сжигании топлива, обжиге цемента и др.) в виде газов, и аэрозолей (возгонка металлов), пылевидных частиц и жидком виде (технологические сточные воды). Они способны мигрировать в окружающей среде и попадать в растения. В глобальных масштабах происходит процесс, называемый сегодня «металлическим прессом на биосферу» .

В связи с вышесказанным, определение тяжелых металлов в молоке и кисломолочных продуктахпредставляется актуальным.

Целью данной работы явилась определение тяжелых металловв молоке и кисломолочных продуктах отечественного и зарубежного производителей.

Анализ образцов на содержание цинка, свинца и кадмия выполнен в аккредитованной лаборатории биогеохимии и экологии Западно-Казахстанского государственного университета им. М. Утемисова. Содержание тяжелых металлов было определено на приборе - анализатор жидкости вольтамперометрический «Экотест-ВА». Подготовка образцов проводилась методом минерализации «до влажных солей» .

Результаты анализа тяжелых металлов в содержании молока оте­чественного и зарубежного производителей представлены в таблице 1.

Таблица 1

Концентрация тяжелых металлов в содержании молока отечественного и зарубежного производителей, мг/дм 3

Исследуемые образцы
	цинк		Кадмий		свинец
Образец № 1
Образец № 2
Образец № 3

Как видно из таблицы 1, содержание цинка в образцах варьирует в пределах 0,0204-0,0874 мг/дм 3 и составляет в среднем 1 % от предельно-допустимой концентрации. Содержание кадмия в образцах колеблется от 0,0011 до 0,0018 мг/дм 3 , что составляет в среднем 7,5 % от ПДК, среднее значение свинца составляет 0,0181 мг/ дм 3 или 0,36 ПДК.

Далее нами были определены концентрации ионов цинка, кадмия и свинца в содержании йогурта. Результаты анализа тяжелых металлов в содержании йогуртаотечественного и зарубежного производителей представлены в таблице 2.

Как видно из таблицы 2, содержание цинка в образцах варьирует от 0,0004 до 0,010 мг/кг, содержание кадмия составляет от 6 до 11 %от предельно-допустимой концентрации, среднее значение свинца составляет 0,020 мг/кг.

Таблица 2

Концентрация тяжелых металлов в содержании йогурта, мг/кг

Исследуемые образцы
	цинк		Кадмий		свинец
Образец № 1
Образец № 2
Образец № 3

Результаты анализа тяжелых металлов в содержании кефираотечественного и зарубежного производителей представлены в таблице 3.

Исходя из таблицы 3 видно, что содержание цинка в образцах варьирует от 0,0600 до 0,1766 мг/кг. Содержание кадмия колеблется в пределах 0,0008-0,0011 мг/кг, что не превышает предельно-допустимую концентрацию. Содержание свинца составляет в среднем 0,0151 мг/кг.

Таблица 3

Концентрация тяжелых металлов в содержании кефира, мг/кг

Исследуемые образцы
	цинк		Кадмий		свинец
Образец № 1
Образец № 2
Образец № 3

Результаты анализа тяжелых металлов в содержании творогаотечественного и зарубежного производителей представлены в таблице 4.Исходя из таблицы 4 видно, что наибольшее содержание цинка наблюдается у образца № 1, по содержанию кадмия - у образца № 3, по содержанию кадмия - у образца № 2. во всех исследуемых образцах содержание тяжелых металлов не превышает предельно-допустимую концентрацию токсичных веществ.

Таблица 4

Концентрация тяжелых металлов в содержании творога, мг/кг

Исследуемые образцы
	цинк		Кадмий		свинец
Образец № 1
Образец № 2
Образец № 3

Таким образом, проведенный анализ некоторых токсичных веществ в молочных продуктах, показал, что средний уровень концентрации тяжелых металлов не превышает предельно-допустимых значений токсичных веществ в молочных продуктах.

Список литературы:

1. Бударков В.А., Макаров В.В. Методологические аспекты исследования комбинированного действия факторов радиационной, химической и биологической природы // Вестник сельскохозяйственной науки. 1992. - №4. - С. 122-130.
2. Бугреева H.H. Содержание соединений свинца и кадмия в молоке и молочных продуктах и пути их снижения при производстве молокопродуктов: Автреф. дис. .к-та вет. наук. Москва, 1995. - 24 с.
3. Васильев A.B., Ратников А.Н., Алексахин P.M. Закономерности перехода радионуклидов и тяжелых металлов в системе почва растение - животное -продукт животноводства // Химия в сельском хозяйстве. - 1995. - № 4. - С. 16-18.
4. Ревелль П., Ревелль Ч. Среда нашего обитания, книга четвертая. - М. - «Мир». - 1995. - 192 с.
5. ГОСТ Р 51301-99 Продукты пищевые и продовольственное сырье. Инверсионно-вольтамперометрические методы определения содержания токсичных элементов (кадмия, свинца, меди и цинка).

Введение

За последнее время большое значение для аналитической химии приобрела проблема, связанная с загрязнением пищевых продуктов тяжёлыми металлами и другими химическими веществами. В атмосферу идет огромный выброс токсичных веществ со всевозможных производств: фабрик, заводов и т.д. Попадая в атмосферу и воду, тем самым они загрязняют и почву, а с ней и растения. Растения, в свою очередь, это основа всех пищевых продуктов.

Тяжелые металлы также попадают в мясо, молоко, так как животные, употребляя растения, употребляют тем самым и токсичные элементы, то есть тяжелые металлы, которые накапливаются в растениях. Завершающим звеном в этой цепочке, является человек, который потребляет большое разнообразие пищевых продуктов.

Тяжелые металлы способны накапливаться и трудно выводиться из организма. Они пагубно влияют на организм человека и здоровья в целом.

Поэтому для аналитической химии важной задачей является разработка методов определения токсичных веществ в пищевых продуктах.

При этом весьма важным вопросом является также определение среднего и предельно допустимого содержания концентраций металлов в пищевых продуктах.

Целью курсовой работы является систематизация литературных данных по методам определения содержания тяжёлых металлов и других компонентов в пищевых продуктах, определение фальсификации молока аммонийными соединениями, определение кислотности молока и т.д.

1.Источники загрязнения пищевых продуктов тяжёлыми металлами

Термин "тяжелые металлы" связан с высокой относительной атомной массой. Эта характеристика обычно отождествляется с представлением о высокой токсичности. Одним из признаков, которые позволяют относить металлы к тяжелым, является их плотность.

Согласно сведениям, представленным в "Справочнике по элементарной химии" под ред. А.Т.Пилипенко (1977), к тяжелым металлам относятся элементы, плотность которых более 5 г/см3. Если исходить их этого показателя, тяжелыми следует считать 43 из 84 металлов Периодической системы элементов.

Таким образом, к тяжелым металлам относят более 40 химических элементов с относительной плотностью более 6. Число же опасных загрязнителей, если учитывать токсичность, стойкость и способность накапливаться во внешней среде, а также масштабы распространения указанных металлов, значительно меньше.

Прежде всего, представляют интерес те металлы, которые наиболее широко и в значительных объемах используются в производственной деятельности и в результате накопления во внешней среде представляют серьезную опасность с точки зрения их биологической активности и токсических свойств. К ним относят свинец, ртуть, кадмий, цинк, висмут, кобальт, никель, медь, олово, сурьму, ванадий, марганец, хром, молибден и мышьяк.

В атмосферном воздухе тяжелые металлы присутствуют в форме органических и неорганических соединений в виде пыли и аэрозолей, а также в газообразной элементной форме (ртуть). При этом аэрозоли свинца, кадмия, меди и цинка состоят преимущественно их субмикронных частиц диаметром 0,5-1 мкм, а аэрозоли никеля и кобальта - из крупнодисперсных частиц (более 1 мкм), которые образуются в основном при сжигании дизельного топлива. В водных средах металлы присутствуют в трех формах: взвешенные частицы, коллоидные частицы и растворенные соединения. Последние представлены свободными ионами и растворимыми комплексными соединениями с органическими (гуминовые и фульвокислоты) и неорганическими (галогениды, сульфаты, фосфаты, карбонаты) лигандами. Большое влияние на содержание этих элементов в воде оказывает гидролиз, во многом определяющий форму нахождения элемента в водных средах. Значительная часть тяжелых металлов переносится поверхностными водами во взвешенном состоянии.

В почвах тяжелые металлы содержатся в водорастворимой, ионообменной и непрочно адсорбированной формах. Водорастворимые формы, как правило, представлены хлоридами, нитратами, сульфатами и органическим комплексными соединениями. Кроме того, ионы тяжелых металлов могут быть связаны с минералами как часть кристаллической решетки.

В таблице 1 приведены биогеохимические свойства тяжёлых металлов.

Таблица 1. Биогеохимические свойства тяжёлых металлов

Свойство
Биохимическая активность
Токсичность
Канцерогенность
Обогащение аэрозолей
Минеральная форма распространения
Органическая форма распространения
Подвижность
Тенденция к биоконцентрированию
Эффективность накопления
Комплексообразующая способность
Склонность к гидролизу
Растворимость соединений
Время жизни

В - высокая, У - умеренная, Н - низкая.

Добыча и переработка не являются самым мощным источником загрязнения среды металлами. Валовые выбросы от этих предприятий значительно меньше выбросов от предприятий теплоэнергетики. Не металлургическое производство, а именно процесс сжигания угля является главным источником поступления в биосферу многих металлов. В угле и нефти присутствуют все металлы. Значительно больше, чем в почве, токсичных химических элементов, включая тяжелые металлы, в золе электростанций, промышленных и бытовых топок. Выбросы в атмосферу при сжигании топлива имеют особое значение. Например, количество ртути, кадмия, кобальта, мышьяка в них в 3-8 раз превышает количество добываемых металлов. Известны данные о том, что только один котлоагрегат современной ТЭЦ, работающий на угле, за год выбрасывает в атмосферу в среднем 1-1,5 т паров ртути. Тяжелые металлы содержатся и в минеральных удобрениях.

Наряду со сжиганием минерального топлива важнейшим путем техногенного рассеяния металлов является их выброс в атмосферу при высокотемпературных технологических процессах (металлургия, обжиг цементного сырья и др.), а также транспортировка, обогащение и сортировка руды.

Техногенное поступление тяжелых металлов в окружающую среду происходит в виде газов и аэрозолей (возгона металлов и пылевидных частиц) и в составе сточных вод. Металлы сравнительно быстро накапливаются в почве и крайне медленно из нее выводятся: период полуудаления цинка - до 500 лет, кадмия - до 1100 лет, меди - до 1500 лет, свинца - до нескольких тысяч лет.

Существенный источник загрязнения почвы металлами - применение удобрений из шламов, полученных из промышленных и канализационных очистных сооружений.

В выбросах металлургических производств тяжелые металлы находятся, в основном, в нерастворимой форме. По мере удаления от источника загрязнения наиболее крупные частицы оседают, доля растворимых соединений металлов увеличивается, и устанавливаются соотношения между растворимой и нерастворимыми формами. Аэрозольные загрязнения, поступающие в атмосферу, удаляются из нее путем естественных процессов самоочищения. Важную роль при этом играют атмосферные осадки. В итоге выбросы промышленных предприятий в атмосферу, сбросы сточных вод создают предпосылки для поступления тяжелых металлов в почву, подземные воды и открытые водоемы, в растения, донные отложения и животных.

Максимальной способностью концентрировать тяжелые металлы обладают взвешенные вещества и донные отложения, затем планктон, бентос и рыбы.

2. Методы определения тяжёлых металлов в пищевых продуктах

1 Токсичные компоненты

Мышьяк - высокотоксичный кумулятивный протоплазматический яд, поражающий нервную систему. Смертельная доза 60-200 мг. Хроническая интоксикация наблюдается при потреблении 1-5 мг в день. ФАО/ВОЗ установлена недельная безопасная доза 50 мкг/кг. В рыбах содержание мышьяка может достигать 8 мг/кг, а в устрицах и креветках - до 45 мг/кг.

Токсическое действие соединений мышьяка обусловлено блокированием сульфгидрильных групп ферментов и других биологически активных веществ.

Определить мышьяк в пределах 1-50 мг/л можно с помощью колориметрических методов анализа на основе диэтилдитиокарбамата серебра. Удобным является метод атомно-абсорбционной спектроскопии. Он основан на определении арсина, полученного при восстановлении соединений мышьяка. Имеющиеся в продаже приборы для выделения арсина используются в сочетании со стандартным оборудованием. При анализе мышьяка рекомендуется использовать пламя закись азота-ацителен. Из-за молекулярной абсорбции газов пламени могут возникать помехи в верхнем диапазоне ультрафиолетовой части спектра, где находятся наиболее чувствительные линии мышьяка. Эти помехи устраняются при корректировке фона.

Для определения микроколичеств мышьяка с успехом использовался нейтронно-активационный анализ. Это позволило провести точные определения

мышьяка в очень малых образцах, например один волос.

Часто бывает необходимо установить тип химического соединения мышьяка. Для отличия в водных растворов трехвалентного мышьяка от пятивалентного использовали инверсионную полярографию. Для разделения органических соединений мышьяка от неорганических использовался метод газожидкостной хроматографии.

Арбитражный метод - колориметрия с диэтилдитиокарбаматом серебра после отгонки мышьяка из гидролизата (или раствора золы) в виде гидрида или трихлорида мышьяка. Атомно-абсорбционное определение возможно только после предварительного концентрирования в виде гидрида AsH3 и использования графитовой кюветы.

Кадмий - высокотоксичный кумулятивный яд, блокирующий, работу ряда ферментов; поражает почки и печень. ФАО/ВОЗ установлена недельная безопасная доза 6,7-8,3 мкг/кг. В устрицах и печени животных и рыб может накапливаться до значительных величин; в растительных продуктах зависит от дозы удобрения суперфосфатом.

Токсическое действие соединений кадмия на организм вызывается тем, что ионы этих металлов вступают во взаимодействие с сульфгидрильными SH-группами белков, ферментов и аминокислот. При взаимодействии ионов металлов с SH-группами образуются слабодиссоциирующие и, как правило, нерастворимые соединения. Поэтому блокирование сульфгидрильных групп приводит к подавлению активности ферментов и свертыванию белков. Ионы двухвалентных металлов блокируют одновременно две SH-группы:

В таблице 2 приведены среднее содержание и ПДК Сd в пищевых продуктах.

Таблица 2. Среднее содержание и ПДК Сd в пищевых продуктах.

Пищевые продукты и сырье		ПДК, мг/кг
Зерновые
Зернобобовые
Бараночные изделия
Отруби пшеничные
Соль поваренная
Сахар(песок)
Орехи (ядро)
Какао-порошок и шоколад
Молочные изделия
Молоко сухое
Сыры, творог
Масло сливочное
Растительные продукты
Масло растительное
Маргарины и жиры

Для определения кадмия, как правило, требуется предварительное концентрирование, так как содержание металла в продуктах питания обычно мало. Комитет по аналитическим методам рекомендует проводить кислотную минерализацию серной кислотой с добавлением перекиси водорода. При сухом озолении могут быть потери кадмия, так как при температуре свыше 500ºС он испаряется. Содержание кадмия может быть установлено и путем образования комплексов с тетраметилендитиокарбамат-аммония, а также экстракцией кадмия изобутилметилкетоном.

Для определения кадмия в пищевых экстрактах может быть также использован колориметрический метод на основе дитизона.

В настоящее время наиболее широко применяется атомно-абсорбционная спектрофотометрия. Использование воздушно-ацетиленового пламени позволяет получить хорошие результаты, однако пламя должно тщательно контролироваться. Беспламенная атомно-абсорбционная спектрофотометрия позволяет определять кадмий на уровне 5 мкг/кг. Однако из-за химического влияния некоторых соединений, например солей калия, результаты могут быть искажены.

Есть данные по определению кадмия методом вольтамперометрии с анодным растворением. Результаты хорошо согласуются с данными атомно-абсорбционной спектрометрии. Достаточно надежные и точные данные удается получить с помощью нейтронно-активационного анализа. С использованием нового оборудования и повышением точности стало ясно, что данные, полученные ранее с помощью атомно-абсорбционной спектрофотомерии и менее точной пламенной фотометрии, не являются достоверными. Это объясняется несовершенством современных аналитических методов.

Определение кадмия в порошковом обезжиренном молоке

Необходимые реактивы. Первичный кислый фосфорнокислый аммоний, 0.5% раствор вес/об. (используется для химической модификации аналита). Примеси следов металлов в модификаторе должны быть удалены комплексообразованием АПДК и экстракцией МИБК. Деионизованная дистиллированная вода. ТRITON Х-100, 0.01% раствор в воде (об/об).

Подготовка образца

Растворяют порошок молока (1.25 г) в деионизованной дистиллированной воде (25 мл) при хорошем перемешивании с использованием магнитной мешалки или ультразвуковой бани. Немного ТRITON Х-100 0.01% об. (1 мл) можно добавить для получения лучших диспергирующих свойств.

Приготовление градуировочных растворов

Водные стандарты: исходный стандарт 1000 мкг Cd/л в 1 М азотной кислоте. Готовят градуировочный раствор с концентрацией 10 мкг Cd/л разбавлением исходного раствора.

Процедура градуировки

Методом стандартных добавок с использованием программируемого дозатора образцов. Рекомендуемый объём образца - 10 мкл, объём стандартных добавок - 5 и 10 мкл, 10 мкл модификатора и бланковый раствор до общего для всех растворов объёма 30 мкл.

Так как Cd обычно присутствует в малых количествах, градуировочный раствор Cd должен иметь концентрацию 5 мкг/л или меньше. Для кадмия температура озоления должна быть не больше 750ºС.

Свинец - высокотоксичный кумулятивный яд, поражающий нервную систему, почки. Хроническая интоксикация наступает при потреблении 1-3 мг в сутки. ФАО/ВОЗ установлена общая недельная безопасная доза 50 мкг/кг массы тела. Так как часть свинца поступает с воздухом и водой, с пищей человек может потреблять 300-400 мкг в день.

В моллюсках содержание свинца может достигать 15 мг/кг. В консервированных (в металлической таре) продуктах, содержащих кислоты, особенно в плодовых и овощных, содержание свинца может увеличиваться в 10 раз и более по сравнению с естественным уровнем.

Свинец депонируется в основном в скелете (до 90%) в форме труднорастворимого фосфата:

Используют как сухое озоление с добавкой нитрата магния или алюминия и кальция, так и мокрое - смесью азотной и хлорной кислот, применение серной кислоты не рекомендуется. Для текущих исследований - колориметрия с дитизоном, в который для устранения мешающего влияния цинка и олова добавляют цианид калия. Теряется в заметном количестве в присутствии хлоридов. Озоление веществ, содержащих свинец, проводится при температуре (500-600)º С.

Определение проводят согласно ГОСТ 26932-86, ИСО 6633-84.

Ртуть - высокотоксичный, кумулятивный яд, поражающий нервную систему и почки. Наиболее токсичны некоторые органические соединения, особенно метилртуть, составляющая в рыбе от 50 до 90% общей ртути. Установлена недельная безопасная доза общей ртути 5 мкг/кг массы тела, в том числе метилртути 3,3 мкг/кг. В наибольших количествах содержится в рыбе, обычно пропорционально ее возрасту и размеру, и особенно велико ее содержание у хищных рыб. При кулинарной тепловой обработке рыб теряется около 20% ртути.

Токсическое действие соединений ртути на организм вызывается тем, что ионы этих металлов вступают во взаимодействие с сульфгидрильными SH-группами белков, ферментов и аминокислот. При взаимодействии ионов металлов с SH-группами образуются слабодиссоциирующие и, как правило, нерастворимые соединения. Поэтому блокирование сульфгидрильных групп приводит к подавлению активности ферментов и свертыванию белков. Ионы двухвалентных металлов блокируют одновременно две SH-группы:

Из-за летучести элемента возможны потери даже при хранении и сушке образца. Поэтому рекомендуют только мокрое озоление смесями азотной, серной, иногда хлорной кислот с добавкой перманганата или молибдата при невысоких температурах и в специальной герметичной аппаратуре.

Определение ртути в пищевых продуктах и других биологических объектах требует точности и высокого мастерства. В настоящие время ртуть определяют тремя основными аналитическими методами: колориметрический, методом пламенной атомно-абсорбционной спектрометрии и методом нейтронно-активационного анализа.

Колориметрический метод. Этот метод основан на переводе металла, содержащегося в навески, в комплекс с дитизоном, который экстрагируют органическим растворителем и затем колориметрируют. Эти операции длительны; предел обнаружения составляет около 0,05 мг/кг. Для определения требуется большая навеска (5 г) образца.

Метод пламенной атомно-абсорбционной спектрометрии. Методом пламенной атомно-абсорбционной спектрометрии в настоящие время широко используется для определения ртути. Имеется оборудование, позволяющее приспособить стандартную атомно-абсорбционную спектрометрию для так называемой техники холодного испарения. При этом используются циркуляционные и нециркуляционные методы. В первом случае содержание ртути в образце измеряют по значению мгновенной абсорбции ртути при прохождении ее паров через абсорбционную ячейку. При циркуляционных методах пары ртути накапливаются постепенно до достижения постоянной абсорбции. Для перевода ионов ртути в молекулярную форму используется хлорид олова. Метод применим для растворов, содержащих ртуть в форме, легко поддающейся восстановлению хлоридом олова.

Для определения ртути используются и другие аналитические методы.

Нейтронно-активационный анализ, например, характеризуется высокой селективностью и точностью. Он эффективен для определения ртути в небольших навесках при проведении общего анализа пищи.

Арбитражный метод - атомно-абсорбционный с использованием техники низкотемпературного холодного пара. Для текущих, исследований - колориметрия с йодидом меди. Колориметрия с дитизоном не рекомендуется, так как для большинства продуктов не позволяет определять величины ПДК. Метилртуть определяют методом газожидкостной хроматографии. Также определяют содержание ртути согласно нормативным документам ГОСТ 26927-86.

2.Нетоксичные компоненты

Цинк - необходимый элемент, участвующий в работе ряда важных ферментов и гормона инсулина. Повышенные количества цинка токсичны. Так, признаки токсичности установлены при длительном потреблений воды с содержанием цинка 0,04 мг/кг. Много содержится в пшеничных отрубях и в устрицах - до 150 мг/кг. При хранении кислых продуктов в оцинкованной таре содержание элемента может увеличиваться в несколько раз.

Все еще широко применяется дитизон-колориметрический метод для качественного и количественного определения цинка. Окрашенный комплекс экстрагируют органическим растворителем и сравнивают со стандартами аналогично приготовленным раствором цинка. Предел определения составляет 0,7 мг/л.

Наиболее широко в настоящие время применяется метод атомно-абсорбционный спектрофотомерии. Метод чувствителен, и при этом другие элементы практически не мешают определению.

Также определяю цинк согласно стандартной методики определения по ГОСТ 26У34-86.

Таблица 3.Среднее содержание и ПДК цинка в пищевых продуктах

Пищевые продукты и сырье		ПДК, мг/кг
Хлебобулочные и кондитерские изделия
Зерновые
Зернобобовые
Бараночные изделия
Отруби пшеничные
Соль поваренная
Сахар(песок)
Орехи (ядро)
Какао-порошок и шоколад
Молочные изделия
Молоко, кисломолочные изделия
Молоко сгущенное консервированное
Молоко сухое
Сыры, творог
Масло сливочное
Растительные продукты
Масло растительное
Маргарины и жиры
Овощи свежие и свежемороженые
Грибы свежие, консервированные и сухие

Железо - необходимый элемент в жизнедеятельности человека, однако при повышенных содержаниях оно токсично. Установлено, что при потреблении железа >200 мг в день наступает гепатический сидероз. Железо является еще более сильным окислителем, чем медь, и вызывает такие же нежелательные явления. Поэтому часто железо в продуктах нормируют на более низком уровне, чем это необходимо по токсикологическим показателям (например, в жирах и маслах 1,5-5 мг/кг). Много содержится в бобовых растениях и в печени и почках животных (250-400 мг/кг). В напитках при хранении в металлической незащищенной таре из черного металла содержание железа может достигать 7мг/кг и выше.

Озоление образцов, содержащих железо, проводят при температуре (500-600) ºС, иногда - до 800 ºС. Окислители обычно не добавляют, однако азотная кислота и нитриты ускоряют окисление. При озолении образцов, содержащих хлориды, теряется некоторое количества железа.

Железо в биологических материалах легко определяют колориметрическими, спектрофотометрическими и другими инструментальными методами. Способность переходных металлов образовывать окрашенные комплексы используются во многих колориметрических методах. Низкие концентрации железа легко определить методами пламенной и беспламенной атомно-абсорбционной спектрофотометрии. Наиболее эффективными обычно бывает воздушно-ацетиленовое пламя, при этом другие неорганические вещества не создают помех. Перед анализом образцы подвергаются либо кислотной минерализации, либо озоляются с последующим растворением в разбавленной кислоте. Однако при непосредственном анализе жидких пищевых продуктов возникают трудности, связанные с вязкостью и поверхностным натяжением жидкости (растительного масла), а также с наличием в них растворенной углекислоты (пиво). Для решения этих проблем можно использовать метод добавок, а также дегазацию напитков, содержащих углекислый газ.

Имеются данные, что при атомно-абсорбционном определении присутствие в растворе лимонной кислоты в концентрации 200 мг/л снижает абсорбцию более чем на 50 %. Увеличение высоты пламени и добавление фосфорной кислоты позволяют устранить это действие. Было установлено, что применение пламени закись азота-ацетилен позволяет устранить практически все помехи.

3.Методы определения йода в пищевых продуктах

Методы идентификации и количественного определения йода в пищевых продуктах, продовольственном сырье и биологически активных добавках к пище -одна из трудных процедур в аналитической химии. Сложность анализа йода связана с его поливалентностью и летучестью, возможностью вступать в окислительно-восстановительные реакции с компонентами анализируемого продукта, а также его низким в ряде случаев содержанием в исследуемом объекте.

Для определения йодидов (йодатов) применяют как достаточно чувствительные, простые и доступные методы (титриметрический, фотометрический, ионометрический, вольтамперометрический), так и менее доступные, высокоинформативные и чувствительные, но требующие хорошего инструментального оснащения или специальных реагентов методы. К последним могут быть отнесены методы изотопного разбавления, нейтронно-активационного анализа и масс-спектрометрии с индуктивно-связанной плазмой (МС-ИСП).

Практически все методы анализа йода требуют предварительной подготовки проб, которая является одним из ответственных этапов анализа по определению содержания йода в продуктах питания и продовольственном сырье. В большинстве способов детектирования йода органическая составляющая пищевого продукта мешает проведению анализа. Для устранения этого влияния используется техника щелочного сухого сжигания («сухое» озоление) в муфельной печи при температуре от 400 до 500 °С либо обработка сильными кислотами в присутствии окислителей («мокрое» озоление). Наиболее часто применяемый способ подготовки проб сводится к обработке анализируемого образца раствором гидроокиси натрия или карбоната натрия, причем добиваются полного смачивания и набухания пробы.

3.1 Титриметрический метод

Титриметрический метод анализа - один из наиболее распространенных способов количественного определения йода в различных объектах окружающей среды. Этот метод рекомендован для определения йода в питьевой воде, хлебе и хлебобулочных изделиях. Международной ассоциацией официальных химиков аналитиков (АОАС) титриметрический метод рекомендован в качестве официального стандартного метода для определения свободного йода в стандартном растворе, йода в пищевых продукта, при оценке уровня йодирования соли, анализе йода в лекарственных средствах, содержащих йод, а также при оценке абсорбированного йода в маслах. Оценивая титриметрический метод определения йода в объектах окружающей среды, следует отметить его доступность и простоту, а также высокую чувствительность при определении всех форм йода - молекулярного, йодидов и йодатов. Вместе с этим следует иметь в виду, что объекты исследования, в частности пищевые продукты и продовольственное сырье, могут содержать вещества (органического и неорганического происхождения), способные как окислять, так и восстанавливать различные формы йода, существенным образом влияя на результат анализа. В качестве индикатора в йодометрии используют свежеприготовленный 1% раствор крахмала. При взаимодействии йода с крахмалом протекают 2 процесса - комплексообразование и адсорбция, в результате которых образуются соединения синего цвета. Крахмал следует добавлять в титруемый раствор, лишь когда основное количество йода уже оттитровано, иначе крахмал образует очень прочное соединение с избытком йода; при этом наблюдается перерасход тиосульфата натрия, что ведет к искажению (завышению) результатов анализа. Йодометрическое титрование необходимо осуществлять на холоде, так как при повышенных температурах наблюдается потеря йода вследствие его улетучивания из раствора. Кроме того, с повышением температуры снижается чувствительность индикаторной йодкрахмальной реакции. Титрование нельзя проводить в щелочном растворе, поскольку в щелочной среде йод образует гипойодид и некоторые другие продукты реакции. В связи с этим рекомендуется осуществлять титрование в кислой среде (рН 3-5). При титровании в сильнокислых растворах возникает опасность окисления йодида (I) кислородом воздуха.

При проведении титриметрического определения йода, помимо указанных выше особенностей анализа, необходимо учитывать, что используемый для титрования тиосульфат натрия при стоянии может превращаться в сульфит под действием кислоты (даже такой слабой, как угольная), что приводит к возрастанию титра тиосульфата. Кроме того, при стоянии раствора наблюдается снижение титра тиосульфата за счет окисления последнего кислородом воздуха до сульфатов. Процесс окисления катализируется ничтожными количествами солей меди. Для стабилизации раствора рекомендуется вводить небольшое количество карбоната натрия. Другой причиной снижения титра тиосульфата является его разложение рядом микроорганизмов, которые всегда находятся в воздухе. Растворы крахмала также разрушаются при хранении в течение нескольких дней под воздействием бактерий. С целью предотвращения действия микроорганизмов к раствору тиосульфата добавляют небольшое количество (до 0,5 мл) хлороформа и(или) карбоната натрия.

При проведении титриметрического анализа используют точно измеренные объемы растворов 2 реагирующих между собой веществ. В основе титриметрического метода анализа лежит реакция окисления-восстановления по схеме:

I2 +2е = 2I- (1)

Для увеличения растворимости I2 используют растворы йодида калия. При этом образуются йодидные комплексы I3-, что практически не сказывается на величине потенциала пары I2/2I- . В этой реакции свободный йод (или I3-) в растворе является окислителем, а йодид (I-) - восстановителем. Йод, выделяющийся в результате окисления йодид-иона, титруют обычно тиосульфатом натрия (в присутствии крахмала в качестве индикатора) в концентрации, определяемой по уравнению:

S2032- +I2=S4062- +2I- (2)

Йодометрическое титрование лежит в основе количественного определения йодатов (IO3-) и йодидов (I-). Основой йодометрического определения йодатов

(IO3-)является реакция:

3-+ 5I- + 6H+=3I2 + 3H2O (3)

В исследуемый раствор, содержащий йодат (IO3-), добавляется избыточное количество йодида (I-) с целью проведения окислительно-восстановительной реакции в кислой среде с высвобождением свободного йода. Дальнейшая процедура количественного определения образовавшегося из йодата свободного йода проводится титриметрически в соответствии с уравнением 2.

Сущность вольтамперометрического метода анализа йода в пищевых продуктах заключается в переводе всех форм йода в электрохимическую активную форму йодида (I-) с последующим определением йодид-ионов с помощью инверсионной вольтамперометрии (ИВ). Метод основан на способности йодид-ионов накапливаться на поверхности ртутного электрода в виде малорастворимого соединения с ртутью с последующим катодным его восстановлением в условиях линейно меняющегося потенциала при рН=2 в среде инертного газа. Аналитическим сигналом является величина катодного пика йодида, пропорциональная его концентрации в оптимальных условиях. Количество йодида оценивают методом стандартной добавки. Предел обнаружения йодидов составляет 0,5 мкг в 100 г продукта, диапазон определяемых концентраций йода (в виде йодида) - 1-500 мкг в 100 г продукта, соответствие результатов зависит от концентрации йода и меняется от 10 до 18%.

Йод в форме йодата также можно определять методом вольтамперометрии, проводимым на стационарном ртутном электроде в среде инертного газа при рН=10-12 и потенциале 1240±30 мВ. Разработанный ранее метод потенциометрического титрования позволяет определять потенциал индикаторного серебряного электрода, который изменяется в процессе титрования йодид-ионов серебром (Ag+). Количество йодид-ионов оценивают по количеству серебра, пошедшего на потенциометрическое титрование. Этот метод используется для анализа большого числа продуктов в широкой области концентраций - от 0,2 до 500 мг/кг.

3 Методы газожидкостной и высокоэффективной жидкостной хроматографии

Метод газожидкостной хроматографии (ГЖХ) разработан для определения общего йода в пищевых продуктах. Органическую матрицу образца разрушают щелочным пиролизом; образующийся йодид растворяют в воде и окисляют до свободного йода добавлением бихромата в присутствии серной кислоты. Освобождающийся при этом йод взаимодействует с 3-пентаноном, давая 2-йод-З-пентанон, который экстрагируют н-гексаном и анализируют методом ГЖХ с применением электронзахватного детектора (ЭЗД). Правильность метода - 91,4-99,6%, предел определения - 0,05 мкг/г. Аналогично метод ГЖХ применяется для определения йода в молоке и биопробах. При этом вместо 3-пентанона используют бутанон или ацетон. Стандартное отклонение -1,9%, правильность метода - 95,5%.

Высокоэффективная жидкостная хроматография (ВЭЖХ) применяется для определения йодидов в жидком молоке и молочном порошке. Белки и нерастворимый материал жидкого и восстановленного молока удаляют с помощью мембранных фильтров. Йодид в фильтрате отделяют от других ионов с помощью обращеннофазовой ионпарной жидкостной хроматографии и анализируют путем селективного детектирования с применением электрохимического детектора. При концентрации 0,5-4,6 мкг йода в 1 г молочного порошка средняя величина определения йода составляет 91%, величина сходимости - 9,0%, степень воспроизводимости - 12,7%. При содержании 300 мкг йода в 1 л молока правильность метода равна 87%, величина сходимости - 8,2%, степень воспроизводимости - 8,3% . Разработан новый метод ионной хроматографии с использованием прямого ультрафиолетового (УФ) детектирования при 210 нм неорганических анионов в солевых растворах (искусственная морская вода) с использованием октадецилсиликоновой колонки, модифицированной цвитерионом (3-(N,N-диметилмиристиламмоний) пропансульфонатом. Предел обнаружения иодида -0,80 мкг/кг, относительное стандартное отклонение <1,2%.

Таким образом, существует широкий арсенал методов количественного определения йода в различных пищевых продуктах, воде и биологических объектах. Каждый из них обладает своими достоинствами и недостатками. При этом следует отметить, что многие из методов, которые применяются для определения йода, содержащегося в продуктах питания, продовольственном сырье и биологических средах, малодоступны для использования в широкой аналитической практике, хотя и обладают высокой чувствительностью и достоверностью. В то же время наиболее доступные и простые методы (титриметрический, фотометрические и др.) часто характеризуются низкой чувствительностью, недостаточной селективностью и малой воспроизводимостью результатов анализа.

Аппаратура в анализе пищевых продуктов

Вольтамперометрический анализатор Экотест-ВА предназначен для определения электрохимически активных элементов и веществ при анализе проб воды, водных растворов или экстрактов, получаемых из различных материалов, медицинских препаратов, продуктов питания и т.д.

На его базе создан универсальный комплекс для измерения микроколичеств (до 10 -10 моль/л) тяжелых металлов, йода, селена и мышьяка, токсичных органических и неорганических компонентов в самых различных объектах методами инверсионной вольтамперометрии и полярографии.

Устройство вольтамперометрического анализатора Экотест-ВА изображено на рисунке 1.

Рисунок 1. Вольтамперометрический анализатор Экотест-ВА

Объекты анализа:

· вода питьевая, природная, сточная, морская;

· пищевые продукты, напитки, продовольственное сырье;

· почвы, корма;

· косметика, лекарственные препараты, биологические объекты.

Определяемые компоненты:

· металлы: Zn , Cd , Pb , Cu , Hg , Mn , Co , Fe , Ni , Mo , Sn , Cr;

· неметаллы: As, Bi, Se, I;

· органические молекулы: метанол, ацетальдегид, формальдегид, диэтиленгликоль, фенол и его производные;

· другие электроактивные органические и неорганические вещества.

Пределы обнаружения некоторых компонентов без концентрирования проб приведены в таблице 4.

Таблица 4. Пределы обнаружения некоторых компонентов без концентрирования проб

Компонент	Предел обнаружения
кадмий, свинец
		10 мкг/дм3
		0,5 мкг/дм3
		0,5 мкг/дм3
иодид-ион

Полярограф АВС-1.1 - универсальный компьютерный комплекс нового поколения для вольтамперометрического анализа тяжелых металлов в питьевых, природных и сточных водах, продуктах питания и продовольственном сырье, биологических и других материалах. Прибор реализует измерения на основе метода инверсионной вольтамперометрии (ИВА) на твердых электродах.

Полярограф АВС-1.1 является экономичной альтернативой дорогостоящим спектроскопическим приборам и успешно конкурирует с ними в практике анализа тяжелых металлов.

Оригинальная конструкция датчика гарантирует надежную и длительную эксплуатацию и обеспечение высоких метрологических характеристик определений. Используемые в датчике стеклоуглеродные и другие инертные металлические электроды отвечают лучшим достижениям в этой области. Отличаются механической прочностью, химической инертностью и широкой областью рабочих потенциалов.

Устройство полярографа АВС-1.1 приведено на рисунке 2.

Рисунок 2. Полярограф АВС-1.1

Наряду с одновременно определяемыми элементами Cu, Pb, Cd, Zn последовательным анализом определяются ионы Hg, Ni, Bi, As, J и другие элементы; прибор широко апробирован при анализе пищевых продуктов и объектов окружающей среды.

Пределы обнаружения некоторых компонентов приведены в таблице 5.

Таблица 5. Пределы обнаружения металлов без концентрирования пробы

Ртутный анализатор «Юлия-2» является до сих пор наиболее распространённым прибором в отечественных контрольно-аналитических лабораториях определения ртути в продуктах питания и объектах окружающей среды.

К недостаткам данного прибора следует отнести высокую погрешность (15-25%), а также низкую надёжность при выполнении измерений за счёт конденсации влаги на окошках кюветы и нарушений герметичности ее торцевых уплотнений.

Достоинствами данного прибора являются его низкая стоимость, простота в эксплуатации и долговечность.

«Юлия-2» оснащен реакторной системой циркуляционного типа, изготовленной в виде приставки.

На рисунке 3 изображена схема циркулярной установки концентрирования ртути.

Рисунок 3. Схема циркуляционной установки с контуром концентрирования ртути

Реактор, 2 - холодильник, 3 - калильная воронка с хлоридом олова, 4 - петля с сорбентом, 5 - электропечь, 6 - кювета спектрофотометра, 7 - циркуляционный насос, 8 - склянка с поглотительным раствором.

Атомно-абсорбционный спектрометр SpectrAA -50B предназначен для анализа следовых количеств тяжелых металлов в пищевых продуктах и продовольственном сырье, позволяющий определить свинец, кадмий, ртуть и мышьяк.

Хромато-масс-спектрометр 220-MS - многоцелевой инструмент, позволяющий проводить анализ проб неясного состава с идентификацией компонентов по масс-спектральной библиотеке. В анализе пищевых продуктов чаще всего применяется для выявления фальсификаций коньячных изделий, вин, соков, кофе, чая и др. Применение автоматической твердофазной микроэкстракции, наряду с уникальной чувствительностью масс-спектрометра, позволяет проводить анализ, как жидких проб, так и ароматов без предварительной пробоподготовки. Система тандемной масс-спектрометрии дает возможность упрощать стандартную пробоподготовку при анализе фосфорорганических пестицидов.

Также существует много современного оборудования для анализа пищевых продуктов, таких как, высокоэффективный жидкостной хроматограф , газовый хроматограф 430-GC и другие.

5.Экспериментальная часть

1 Техника безопасности

При выполнении практической части учитывались особенности проведения эксперимента согласно правилам техники безопасности.

В лаборатории было запрещено принимать пищу, пить воду, работать одному, а также определять вещества по вкусу и запаху. Все работы проводились в спецодежде.

Все работы с кислотами, щелочами, органическими растворителями и другими вредными веществами проводились в вытяжном шкафу.

В работе использовались минимальные количества реактивов с минимально необходимыми концентрациями. Отработанные реактивы помещали в соответствующие сливы.

Работа с нагревательными приборами проводилась согласно общим правилам работы в аналитической лаборатории. Категорически запрещалось ставить на электроплитки герметично закрытые колбы и другие ёмкости, нагревать органические жидкости и вещества, работать без защитных очков и халатов.

Постоянно проверялось заземление приборов, наличие резиновых ковриков, исправность электрических контактов, наличие противогазов, песка, противопожарного инвентаря.

На рабочем месте поддерживались чистота и порядок.

В лабораторию не заносили реактивы и растворы без разрешения ответственного за технику безопасности и заведующего кафедрой.

2 Колориметрический метод определения аммиака в молочных продуктах

Принцип метода:

В молоке, поступающем на предприятия молочной промышленности, не допускается наличие нейтрализующих веществ (аммонийных соединений). В случае подозрения на фальсификацию молока этими веществами присутствие аммонийных соединений обнаруживают качественным методом, основанным на использовании качественной реакции, выражающейся в изменении цвета выделенной молочной сыворотки при взаимодействии с реактивом Несслера.

Реактив Несслера - наиболее общепринятый и распространенный реактив для определения содержания аммиака и аммонийных солей. Содержит иодид ртути (II) и иодид калия. Метод Несслера основан на образовании коллоида, окрашенного в красно-бурый цвет, при взаимодействии аммиака и аммонийных солей с реактивом Несслера - щелочным раствором меркурииодида калия (К2) по следующей реакции:

NH3 + 2HgI42- → NH2Hg2I3 + 5I- .

Он образует устойчивые суспензии лишь при очень малых концентрациях, поэтому при фотометрическом определении необходимо добавлять в раствор защитные коллоиды - гуммиарабик, желатин или поливиниловый спирт.

Чувствительность метода по ГОСТ составляет 6-9 мг % аммиака.

Приборы, реактивы и реагенты: стаканы емк.50 мл, мерный цилиндр на 25 см3, пипетки на 1 и 2 см3, пробирки, реактив Несслера, 10% раствор уксусной кислоты, анализируемы продукт (молоко).

Исследование молока проводила по следующей методике:

В стакан отмеривают цилиндром 20±2 см3 молока и нагревают в течении 2-3 мин на водяной бане при t = 40-45 оС. В подогретое молоко вносят 1 см3 водного раствора с объемной долей уксусной кислоты 10%. Смесь оставляют в покое на 10 мин для осаждения казеина. Пипеткой (с ваткой на нижнем конце для предотвращения попадания казеина) отбирают 2 см3 отстоявшейся сыворотки и переносят в пробирку. В ту же пробирку прибором для отмеривания жидкостей или пипеткой с резиновой грушей добавляют 1 см3 реактива Несслера и содержимое сразу же перемешивают, наблюдая при этом в течение не более 1 мин изменение окраски смеси. Появление лимонно-желтой окраски смеси указывает на присутствие аммиака в количестве, характерном для молока. Появление оранжевой окраски различной интенсивности указывает на наличие аммиака в молоке выше его естественного содержания.

В качестве исследуемого молока были выбраны молоко фирмы «Добрыня», «Веселий молочник» и агрофирмы «Шахтёр».

Результаты эксперимента приведены в таблице 6.

Таблица 6. Результаты эксперимента

Результаты показывают, что в анализируемом молоке аммиак присутствует в количестве характерном для молока, на что указывает его лимонно-жёлтая окраска.

пищевой продукт тяжелый металл

5.3 Определение кислотности молока

Принцип метода:

Кислотность молочных продуктов определяется объемом (см3) 0,1 моль/дм3 раствора гидроксида натрия, необходимого для нейтрализации кислот в 100 см3 молока; кислотность выражается в градусах Тернера (°Т). Кислотная реакция молока обусловлена присутствием казеина, кислых солей фосфорной и лимонной кислот, СО2. Под влиянием молочнокислых бактерий в молоке образуется молочная кислота. Кислотность свежего молока - около 16-18 °Т; если кислотность достигает 27-30 °Т, то при кипячении молоко свертывается.

Иногда кислотность молока и молочных продуктов выражают содержанием (%) молочной кислоты (СН3СНОНСООН, относительная молекулярная масса

Мr= 90,00); 1 см3 0,1 моль/дм3 раствора NaOH (т.е. 1 °Т) соответствует 0,009г молочной кислоты. Если, например, кислотность равна 20 °Т, значит в 100 г (или см3) молока содержание кислот в пересчете на молочную кислоту составляет 20·0,009=0,18 г, или 0.18 % (маc).

Приборы, реактивы и реагенты: гидроксид натрия, 0,1 моль/дм3 стандартный раствор; фенолфталеин, этанольный раствор с концентрацией 1 %; бюретка вместимостью 25 см3; пипетки вместимостью 10 и 20 см3; колба для титрования вместимостью 100см3; аналитические весы; анализируемый продукт (молоко).

Определение кислотности проводила по следующей методике:

В колбу для титрования помещают пипеткой 10 см3 молока, доливают 20 см3 воды, 2-3 капли фенолфталеина и титруют раствором NaОН. Сначала добавляют 1,0 см3 раствора NaОН, затем титрант прибавляют по каплям при перемешивании до появления устойчивой розовой окраски.

Кислотность (К, °Т) вычисляют по формуле:

где VNaOH - объем раствора гидроксида натрия, израсходованный на титрование 10 см3 молока, см3; CNaOH - концентрация раствора гидроксида натрия, моль/дм3;

Объем молока, взятый для титрования, см3; 0,1- коэффициент пересчета кислотности молока на объем 0,1 моль/дм3 раствора гидроксида натрия.

В качестве исследуемого молока были взяты молоко фирмы «Добрыня», «Веселий молочник» и агрофирмы «Шахтёр».

Результаты эксперимента приведены в таблице 7.

Таблица 7. Результаты эксперимента

Результаты показывают, что кислотность анализируемого молока фирмы «Веселий молочник» и агрофирмы «Шахтёр» соответствует установленной норме. А вот кислотность молока фирмы «Добрыня» превышает норму, это свидетельствует о его несвежести.

Заключение

Проблемой современной аналитической химии является поиск более точных методов для обнаружения загрязняющих веществ (тяжёлые металлы, аммиак, йод и др.) в пищевых продуктах.

На сегодняшний день самыми современными и точными методами анализа пищевых продуктов являются колориметрический метод с использованием различных соединений, пламенная и беспламенная атомно-абсорбционная спектрометрия, вольтамперометрия, нейтронно-активационный анализ, а также пламенная фотометрия. Эти методы анализа позволяют определить такие тяжёлые металлы, как железо, свинец, кадмий, ртуть, цинк и др.

В написании курсовой работы систематизировала литературные данные по методам определения содержания тяжёлых металлов и других компонентов в пищевых продуктах, а в экспериментальной части - определила фальсификацию молока аммонийными соединениями и кислотность молока.

Результаты экспериментов показывают, что в исследуемом молоке аммиак содержится в количествах, не превышающих норму и кислотность молока также соответствует норме.

Список использованной литературы

1. Аналитическая атомно-абсорбционная спектроскопия. Учебное пособие/Алемасова А.С., Рокун А.Н., Шевчук И.А.-Севастополь: «Вебер», 2003.

Химия и обеспечение человечества пищей. Пер. с англ./Под ред. Л.Шимилта. - М.:Мир, 1986. -616 с.

3. Константинов С.Г.Возможности потенциометрического метода для определения ряда металлов: Тез.докл., Могилёв: Изд-во Могилёвский технологический институт, 2000.

Методы анализа пищевых продуктов. Проблемы аналитической химии. - т.VIII/отв. за ред. Клячко Ю.А., Беленький С.М. - М.: Наука, 1988. - 207 с.

Http://www.varianinc.ru.

Http://www.ecolife.org.ua.

Http://www.bioiod.ru.

Некоторые металлы необходимы для нормального протекания физиологических процессов в организме человека. Однако при повышенных концентрациях они токсичны. Соединения металлов, попадая в организм, взаимодействуют с рядом ферментов, подавляя их активность.

Широкое токсическое воздействие проявляют тяжелые металлы. Это воздействие может быть широким (свинец) или более ограниченным (кадмий). В отличие от органических загрязняющих веществ, металлы не разлагаются в организме, а способны лишь к перераспределению. Живые организмы имеют механизмы нейтрализации тяжелых металлов.

Загрязнение пищевых продуктов наблюдается, когда сельскохозяйственные культуры выращиваются на полях вблизи промышленных предприятий или загрязнены городскими отходами. Медь и цинк концентрируются преимущественно в корнях, кадмий -- в листьях.

Hg (ртуть): соединения ртути применяются в качестве фунгицидов (например, для протравливания посевного материала), используются при производстве бумажной массы, служат катализатором при синтезе пластмасс. Ртуть используется в электротехнической и электрохимической промышленности. Источниками ртути служат ртутные батареи, красители, люминесцентные лампы. Вместе с отходами производства ртуть в металлической или связанной форме попадает в промышленные стоки и воздух. В водных системах ртуть с помощью микроорганизмов может превращаться из относительно малотоксичных неорганических соединений в высокотоксичные органические (метилртуть (CH3)Hg). Загрязненной оказывается, главным образом, рыба.

Метилртуть может стимулировать изменения в нормальном развитии мозга детей, а в более высоких дозах вызывать неврологические изменения у взрослых. При хроническом отравлении развивается микромеркуриализм -- заболевание, которое проявляется в быстрой утомляемости, повышенной возбудимости с последующим ослаблением памяти, неуверенности в себе, раздражительности, головных болях, дрожании конечностей.

Руководством Codex CAC/GL 7 для любых видов рыбы, поступающих в международную торговлю (кроме хищной), установлен уровень 0,5 мг/кг, для хищной рыбы -- (акула, меч-рыба, тунец) -- 1 мг/кг.

Pb (свинец): свинец применяется для производства аккумуляторных батарей, тетраэтилсвинца, для покрытия кабелей, в производстве хрусталя, эмалей, замазок, лаков, спичек, пиротехнических изделий, пластмасс и т. п. Такая активная деятельность человека привела к нарушениям в природном цикле свинца.

Основной источник поступления свинца в организм -- растительная пища.

Попадая в клетки, свинец (как и многие другие тяжелые металлы) дезактивирует ферменты. Реакция идет по сульфгидрильным группам белковых составляющих ферментов с образованием --S--Pb--S--.

Свинец замедляет познавательное и интеллектуальное развитие детей, увеличивает кровяное давление и вызывает сердечнососудистые болезни взрослых. Изменения нервной системы проявляются в головной боли, головокружении, повышенной утомляемости, раздражительности, в нарушениях сна, ухудшении памяти, мышечной гипотонии, потливости. Свинец может заменять кальций в костях, становясь постоянным источником отравления. Органические соединения свинца еще более токсичны.

В течение прошлого десятилетия уровни свинца в пище значительно снизились благодаря сокращению его эмиссии автомобилями. Высокоэффективным связующим для попавшего в организм свинца оказался пектин, содержащийся в кожуре апельсинов. Cd (кадмий): кадмий активнее свинца, и отнесен ВОЗ к веществам, наиболее опасным для здоровья человека. Он находит все большее применение в гальванике, производстве полимеров, пигментов, серебряно-кадмиевых аккумуляторов и батареек. На территориях, вовлеченных в хозяйственную деятельность человека, кадмий накапливается в различных организмах и с возрастом способен увеличиваться до критических для жизни величин. Отличительные свойства кадмия -- высокая летучесть и способность легко проникать в растения и живые организмы за счет образования ковалентных связей с органическими молекулами белков. В наибольшей мере аккумулирует кадмий из почвы растение табака.

Кадмий по химическим свойствам родственен цинку, может замещать цинк в ряде биохимических процессов в организме, нарушая их (например, выступать как псевдоактиватор белков). Смертельной для человека может быть доза в 30--40 мг. Особенностью кадмия является большое время удержания: за 1 сутки из организма выводится около 0,1% полученной дозы.

Симптомы кадмиевого отравления: белок в моче, поражение центральной нервной системы, острые костные боли, дисфункция половых органов. Кадмий влияет на кровяное давление, может служить причиной образования камней в почках (накопление в почках особенно интенсивно). Для курильщиков или занятых на производстве с использованием кадмия добавляется эмфизема легких.

Не исключено, что это канцероген для человека. Содержание кадмия должно быть уменьшено, в первую очередь, в диетических продуктах. Максимальные уровни должны быть установлены настолько низкими как это разумно достижимо.

Предельно допустимые концентрации тяжелых металлов и мышьяка в продовольственном сырье и пищевых продуктах.

Многочисленные непищевые вещества, токсичные для организма, поступают различными путями в пищевые продукты и, соответственно, в организм человека. К данным веществам относятся: гербициды, пестициды, металлоорганические соединения, антибиотики, применяемые в животноводстве, миотоксины, гормоноподобные вещества, используемые для стимуляции роста сельскохозяйственных животных. Полициклические соединения, многие из которых обладают мутагенной и канцерогенной активностью, другие соединения могут кумулировать, попадая в организм человека через цепи питания.

В процессе приготовления пищи (мариновании, варке жарке, копчении) происходит ее загрязнение тяжелыми металлами, вследствие контакта сырья при термической обработке с посудой и аппаратурой создаются условия проникновения в пищу многих токсикантов и тяжелых металлов.

Цепи питания являются одним из основных путей поступления вредных веществ в организм человека (до 70-80%). Эти цепи берут начало от сельскохозяйственных угодий и оканчиваются человеком, который, являясь конечным звеном, может получать продукты с концентрацией токсикантов в 10-1000 раз более высокой, чем в почвах.

Ухудшение экологической обстановки в мире и связанный с этим высокий уровень загрязненности продуктов питания радионуклидами, токсичными химическими соединениями, биологическими агентами и микроорганизмами способствуют нарастанию негативных тенденций в состоянии здоровья. При консервировании продуктов основным источником загрязнения свинцом являются жестяные банки, которые используются для упаковки 10 — 15% пищевых изделий, при этом свинец попадает в продукты из свинцового припоя в швах банок. Показано, что около 20% свинца в рационе людей (кроме детей до 1 года) поступает из консервированной продукции, причем 13 — 14% из припоя, а остальные 6 — 7% — из самого пищевого продукта. В то же время необходимо отметить, что с внедрением новых технологий пайки и закатки банок содержание свинца в консервированной продукции снижается.

Все вредные вещества пищи можно разделить на 2 группы: первая группа — это собственно природные компоненты пищевых продуктов, способные при обычном или избыточном потреблении вызывать неблагоприятное воздействие на организм человека и вторая группа — это вещества, не свойственные продуктам питания, которые попадают в пищу из внешней среды. Наибольшую опасность для здоровья человека представляют загрязнители (контаминанты) пищевых продуктов, не свойственные пищевым продуктам, а попадающие из окружающей среды. Истинные загрязнители пищевых продуктов разделяют на вещества природного (биологического) происхождения и вещества химического (антропогенного) происхождения. Загрязнение продовольственного сырья и пищевых продуктов чужеродными веществами напрямую зависит от степени загрязнения окружающей среды. К приоритетным загрязнителям пищевых продуктов антропогенного происхождения относятся токсичные (тяжелые) металлы, радионуклеиды, пестициды и продукты их метаболической деградации, нитраты, нитриты и N-нитрозоамины, полициклические ароматические углеводороды(бензпирен), полихлорированные дифенилы, диоксины, стимуляторы роста сельскохозяйственных животных (гормоны, антибиотики). Реальную опасность представляют природные контаминанты биологического происхождения — бактериальные токсины, токсичные метаболиты микроскопических грибов (микотоксины), некоторые токсины морепродуктов.

Тяжелые металлы относятся к приоритетным загрязняющим веществам, наблюдения за которыми обязательны во всех средах.

Термин тяжелые металлы, характеризующий широкую группу загрязняющих веществ, получил в последнее время значительное распространение. В различных научных и прикладных работах авторы по-разному трактуют значение этого понятия. В связи с этим количество элементов, относимых к группе тяжелых металлов, изменяется в широких пределах. В качестве критериев принадлежности используются многочисленные характеристики: атомная масса, плотность, токсичность, распространенность в природной среде, степень вовлеченности в природные и техногенные циклы. В некоторых случаях под определение тяжелых металлов попадают элементы, относящиеся к хрупким (например, висмут) или металлоидам (например, мышьяк).

С промышленными и коммунальными стоками, в результате атмосферных выпадений происходит поступление тяжелых металлов и в природные воды]. Помимо непосредственного загрязнения источников питьевого водоснабжения большую опасность представляет загрязнение гидробионтов, которых человек употребляет в пищу.

Основным резервуаром, где откладываются тяжелые металлы, является почва. Почва накапливает многолетние поступления тяжелых металлов, попадающие в нее из атмосферы в составе газообразных выделений, дымов и техногенной пыли; в виде отходов промышленности, сточных вод, бытового мусора, минеральных удобрений.

Немаловажным источником повышенных микроэлементных поступлений в организм человека и животных является пища, выращенная на загрязненных почвах. Специфичность тяжелых металлов заключается в том, что по степени насыщения ими тканей растений их основные органы располагаются так

корень > стебель, листья > семена > плоды.

В работах, посвященных проблемам загрязнения окружающей природной среды и экологического мониторинга, на сегодняшний день к тяжелым металлам относят более 40 металлов периодической системы Д.И. Менделеева с атомной массой свыше 50 атомных единиц: V, Cr, Mn, Fe, Co, Ni, Cu, Zn, Mo, Cd, Sn, Hg, Pb, Bi и др. При этом немаловажную роль в категорировании тяжелых металлов играют следующие условия: их высокая токсичность для живых организмов в относительно низких концентрациях, а также способность к биоаккумуляции и биомагнификации. Практически все металлы, попадающие под это определение (за исключением свинца, ртути, кадмия и висмута, биологическая роль которых на настоящий момент не ясна), активно участвуют в биологических процессах, входят в состав многих ферментов. По классификации Н.Реймерса, тяжелыми следует считать металлы с плотностью более 8 г/см 3 . Таким образом, к тяжелым металлам относятся Pb, Cu, Zn, Ni, Cd, Co, Sb, Sn, Bi, Hg.

Формально определению тяжелые металлы соответствует большое количество элементов.

Токсичные металлы, попавшие в организм, распределяются в нем неравномерно. Первый удар принимают на себя основные органы выделения (печень, почки, легкие, кожа). В частности, попав в печень, они могут претерпевать различные изменения, даже с благоприятным для организма исходом, что способствуют их обезвреживанию и выведению через почки и кишечник. Если эти механизмы уже не срабатывают, то происходит накопление тяжелых металлов в организме человека

До 90 % общего содержания ртути в организме скапливается в почках. У людей, связанных с ртутью профессионально, обнаружены ее повышенное содержание в веществе головного мозга, печени, щитовидной железе и гипофизе. Свинец накапливается в костях, его концентрация здесь может в десятки и сотни раз превышать концентрацию в других органах. Кадмий откладывается в почках, печени, костях; медь — в печени. Мышьяк и ванадий накапливаются в волосах и ногтях. Олово — в тканях кишечника; цинк — в поджелудочной железе. Сурьма близка по своим свойствам мышьяку и оказывает на организм сходное действие.

Отравление свинцом (сатурнизм) – представляет собой пример наиболее частого заболевания, обусловленного воздействием окружающей среды. В большинстве случаев речь идет о поглощении малых доз и накопление их в организме, пока его концентрация не достигнет критического уровня необходимого для доксического проявления.

Кроме токсического действия тяжелые металлы обладают канцерогенным действием. По данным Международного агенства по изучению рака IARC для человека канцерогенными являются соединения мышьяка (рак легких и кожи), хрома (рак легких и верхних дыхательных путей), никеля (Ni) (группа 1) и кадмия (рак предстательной железы) (группа 2Б). Канцерогенными для животных и потенциально опасными для человека признаны соединения свинца (Pb), кобальта (Co), железа (Fe), марганца (Mn) и цинка (Zn). Данные о канцерогенном влиянии многих химических элементов в настоящее время изучаются и дополняются.

В конечном итоге тяжелые металлы понижают общую сопротивляемость организма, его защитно-приспособительные возможности, ослабляют иммунную систему, нарушают биохимический баланс в организме. Медиками ведется поиск натуральных протекторов, способных ослабить или нейтрализовать вредное воздействие. За экологами же остаются задачи объективной оценки и прогноза степени загрязненности нашей среды обитания, а также большая работа по ограничению их поступлений во внешнюю и внутреннюю среду человека.

Медиками-гигиенистами определены ПДК тяжелых металлов, остаточных количеств пестицидов, радионуклидов в почвах по показателям их вредности. Нормирование подразделяют на транслокационное (переход нормируемого элемента в растение), миграционное воздушное (переход в воздух), миграционное водное (переход в воду) и общесанитарное, гигиеническое (влияние на самоочищающую способность почв и почвенный микробиоценоз).

Таблица – ПДК тяжелых металлов и мышьяка в продовольственном сырье и пищевых продуктах, мг/кг (СанПиН 42-123-4089-86)

Элемент	хлеб	овощи	фрукты
Ртуть	0,02	0,02	0,02
Кадмий		0,03	0,03
Свинец

Продолжение табл.

	Пищевые продукты растительного происхождения
Мышьяк
Сурьма
Медь	10,0
Цинк	50,0	10,0	10,0
Никель
Хром
Олово		200,0	200,0

В результате действия многочисленных факторов пища становится источником и носителем большого числа потенциально опасных и токсичных веществ химической и биологической природы. Положение дел в этой области в России, особенно за последние пять лет, ухудшилось в связи с экономическим кризисом, демонополизацией пищевой промышленности, увеличением объемов поставок продовольствия из-за рубежа, ослаблением контроля за производством и реализацией продуктов питания, что вызывает серьезную тревогу. До 10% проб пищевых продуктов в целом по России содержат тяжелые металлы: свинец, кадмий, медь, цинк и другие, в том числе до 5% в концентрациях, превышающих предельно допустимые.

2. ИЗМЕНЕНИЕ КЛИМАТА В РЕЗУЛЬТАТЕ ДЕЯТЕЛЬНОСТИ ЧЕЛОВЕКА

Исследования показывают, что климат Земли никогда не был статичным. Он является динамичным, подверженным колебаниям во всех временных масштабах, начиная от десятилетий до тысяч — миллионов лет. К числу наиболее заметных колебаний относится цикл более порядка 100 000 лет — ледниковые периоды, когда климат Земли был в основном холоднее по сравнению с настоящим, после чего следовали более теплые межледниковые периоды. Эти циклы определялись причинами естественного характера.
С начала промышленной революции изменение климата происходит ускоренными темпами в результате деятельности человека. Причина этого изменения, которая накладывается на естественную изменчивость климата, приписывается прямым или косвенным образом деятельности человека, которая изменяет состав атмосферы.

Современная деятельность человека, так же как и его деятельность
в прошлом, существенно изменила природную среду на большей части нашей планеты, эти изменения до недавнего времени были только суммой многих локальных воздействий на природные процессы. Они приобрели планетарный характер не в результате изменения человеком природных процессов глобального масштаба, а потому, что локальные воздействия распространились на большие пространства. Иначе говоря, изменение фауны в Европе и Азии не влияло на фауну Америки, регулирование стока американских рек не изменило режима стока африканских рек и так далее. Только в самое последнее время началось воздействие человека на глобальные природные процессы, изменение которых может оказать влияние на природные условия всей планеты.

Принимая во внимание тенденции развития хозяйственной деятельности человека в современную эпоху, недавно было высказано предложение, что, дальнейшее развитие этой деятельности может привести к значительному изменению окружающей среды, в результате которого произойдет общий
кризис экономики и резко сократится численность населения.
К числу крупных проблем относится вопрос о возможности изменения под влиянием хозяйственной деятельности глобального климата нашей
планеты. Особое значение этого вопроса заключается в том, что такое изменение может оказать существенное влияние на хозяйственную деятельность человека раньше всех других глобальных экологических нарушений.

Изменение климата планеты в результате деятельности человека — проблема не только чрезвычайной важности, но и чрезвычайной сложности. Основополагающая теория о том, как человеческое общество способствует потеплению окружающей среды сжиганием ископаемого топлива, появилась более ста лет назад. Теоретическим моделям окружающей среды, однако, всего несколько десятков лет, и они по-прежнему остаются несовершенными.
В то же время перепады температуры, неожиданное выпадение осадков и другие подобные явления свойственны самому климату как таковому, вне зависимости от деятельности человека. Поэтому так страшно отделение человеческого фактора от природных факторов. Тем более поразительно, что мировому сообществу удалось выработать согласованный подход к решению данной проблемы. Дело в том, что не только научная сторона этого вопроса является сложной и неясной, но и интересы разных стран отличаются друг от друга.

Так глобальное потепление может хуже всего сказаться на тропических странах, но принести определенную пользу странам с более холодным климатом, таким как Канада и Россия, например. Прибрежные страны могут пострадать от повышения уровня воды в океане, тогда как это не окажет практически никакого влияния на удаленные от моря регионы.

Понижение спроса на ископаемое топливо больно ударит по странам, живущим за счет добычи угля и нефти, в то время как производители других видов энергии, таких как гидроэлектроэнергия, только выиграют от этого. Короче говоря, изменение климата планеты — это вопрос, вызывающий столкновение различных интересов при отсутствии определенности относительно его причин.

При определенных условиях влияние хозяйственной деятельности
человека на климат может в сравнительно близком будущем привести к потеплению, сравнимому с потеплением первой половины 20 века, а затем намного превзойти это потепление.

Одной из причин изменения климата является использование разнообразных аэрозолей.

Аэрозоли — это мелкие частицы пыли, которые находятся во взвешенном состоянии в атмосфере. Они образуются главным образом в результате химических реакций между газообразными загрязнителями воздуха, поднятого на высоту песка или брызг морской воды, лесных пожаров, сельскохозяйственной и промышленной деятельности, а также автомобильных выхлопов. Аэрозоли образуют мутный слой тропосфере, самом низком слое до высоты 10 км атмосфере. Они могут также образоваться высоко атмосфере после вулканического извержения и даже в стратосфере на высоте порядка 20 км. В безоблачные дни небо становится из-за них не таким абсолютно синим, а скорее беловатым (особенно направлении Солнца). Лучше всего аэрозоли видны при восходе и заходе солнца, когда путь лучей атмосфере до поверхности Земли больше.

Аэрозоли являются высокоэффективными рассеивателями солнечного света, поскольку их величина составляет, как правило, несколько десятых долей микрона. Некоторые аэрозоли (такие, как сажа) поглощают также свет. Чем больше они поглощают, тем больше нагревается тропосфера и тем меньше солнечной радиации может достигнуть поверхности Земли. В результате этого аэрозоли могут понизить температуру приземного слоя атмосферы.

Большие количества аэрозолей могут привести, таким образом, к охлаждению климата, которое компенсирует в определенной степени эффект потепления в результате увеличения объема парниковых газов. Кроме того, аэрозоли обладают дополнительным косвенным эффектом охлаждения благодаря своей способности усиливать облачный покров. Продолжительность нахождения частиц пыли в атмосфере гораздо короче продолжительности существования парниковых газов, поскольку они могут исчезнуть в результате осадков в течение недели. Последствия воздействия аэрозолей также гораздо более локальны по сравнению с широко распространенным воздействием парниковых газов.

В связи с ростом мирового населения многократно возросла нагрузка на культивируемые участки суши. Интенсивное земледелие, выпас скота и истощение запасов подводных вод из-за их использования для ирригации привели к деградации почвы в нескольких районах. Альмерия (юг Испании)является одним из многочисленных примеров, когда земле угрожает опасность опустынивания. Изменения в землепользовании негативно воздействуют на климатические параметры региона, такие, как температура и влажность, которые, в свою очередь, оказывают воздействие на региональный и глобальный климат.

Со времени промышленной революции зеленые леса на всем земном шаре, в настоящее время находящиеся в основном в зоне тропических дождей, были вытеснены товарными и прочими культурами. Люди также изменяют окружающую среду в результате выращивания скота, которое повышает спрос на воду. Помимо выпаса скота на естественных пастбищах, люди существенно изменили частоту, интенсивность и объем выпаса в результате одомашнивания скота. Фактически, усилиям по сдерживанию опустынивания в сахельских регионах и в других местах мешают чрезмерный выпас скота и рубка деревьев для получения дров.

Урбанизация способствовала изменению климата. В начале нынешнего столетия жители городов составляли почти половину мирового населения. Согласно оценкам, город с населением в 1 млн человек производит ежедневно 25 000 тонн двуокиси углерода и 300 000 тонн сточных вод. Концентрация деятельности и выбросы являются достаточными для того, чтобы изменить местную атмосферную циркуляцию вокруг городов. Эти изменения являются столь значительными, что могут изменить циркуляцию на уровне региона, а это, в свою очередь, сказывается на глобальной циркуляции. Если подобное воздействие будет продолжаться, то ощутимым станет долгосрочное воздействие на климат.

В течение последних десятилетий появляется все больше свидетельств изменения климата, основанных на изменениях физических характеристик атмосферы, а также фауны и флоры в различных частях мира.

Одним из наиболее убедительных аргументов в отношении изменения климата является тот факт, что столь большое количество независимо проведенных наблюдений подтверждает, что за последний век общее повышение температуры поверхности составило 0, 6 0 С. Со времени промышленной революции ускоренными темпами продолжалось увеличение содержания в атмосфере двуокиси углерода.

Возрастают как максимальные, так и минимальные среднесуточные температуры, однако минимальные температуры возрастают более быстрыми темпами по сравнению с максимальными. Измерения температуры на поверхности Земли, а также измерения при помощи радиозондов и спутников показывают, что тропосфера и поверхность Земли стали более теплыми и что происходит охлаждение стратосферы.

Все большее количество свидетельств на основе палеоклиматических данных свидетельствует о вероятности того, что темпы и продолжительность потепления в ХХ веке являются более значительными по сравнению с любым другим временным периодом за последнюю тысячу лет. Девяностые годы ХХ века являются, вероятно, самым теплым десятилетием тысячелетия в северном полушарии. Самой высокой зарегистрированной температурой характеризовался 1998 г. , а 2001 г. был на втором месте.

Продолжалось увеличение объема ежегодных осадков над сушей в средних и высоких широтах северного полушария, за исключением Восточной Азии. Паводки наблюдались даже в тех местах, где дождь обычно является редким событием.

Облачность над континентальными регионами средних и высоких широт северного полушария увеличилась с начала ХХ века почти на 2 %. Уменьшение площади снежного покрова и континентального льда по-прежнему характеризуется позитивной связью с увеличением температуры поверхности земли. Уменьшается объем морского льда в северном полушарии, однако не очевидными являются сколь-либо существенные тенденции изменения морского льда в Антарктике.

В течение последних 45 -50 лет арктический морской лед стал тоньше почти на 40 %в период между окончанием лета и началом осени.

Показатель среднего глобального повышения уровня моря в течение ХХ века находится в пределах 1, 0 -2, 0 мм/г. Эти показатели роста больше соответствующих показателей XIX века, хотя столь давние данные являются весьма немногочисленными. Повышение уровня моря в ХХ веке превышает, вероятно, в десять раз среднюю величину этого повышения за последние 3 000 лет.

Развитие явления Эль-Ниньо/южное колебание (ЭНСО) было необычным с середины 70-х годов XX века по сравнению с предшествующими 100 годами. Наводнения и засухи, нередко сопровождаемые гибелью урожаев и лесными пожарами, стали более частыми, хотя размеры общей затронутой поверхности суши увеличились относительно незначительно.

Наблюдалось явное увеличение сильных и экстремальных осадочных явлений.

В течение ХХ века происходило относительно небольшое увеличение общего размера континентальных районов, которые подверглись суровым засухам или повышенной влажности, хотя в некоторых районах отмечались изменения. Убедительных свидетельств, указывающих на то, что характеристики тропических и внетропических штормов изменились, не существует.

Природные системы, такие, как ледники, коралловые рифы, атоллы, леса, увлажненные земли и т. д. , уязвимы для изменения климата. Некоторые эксперты оценивают, что более четверти коралловых рифов во всем мире разрушены в результате потепления морей. Они предупреждают, что если не будут приняты срочные меры, то большая часть из остающихся рифов погибнет через 20 лет. За последние два года в некоторых наиболее сильно пораженных районах, таких, как Мальдивские и Сейшельские о-ва в Индийском океане, по оценкам, обесцвечено до 90% коралловых рифов.

Открытие «озоновой дыры» над Антарктикой в середине 80-х годов привело к интенсивным научным исследованиям в области химии и переноса в стратосфере. Стратосферный озон составляет приблизительно 90 %всего озона в атмосфере, в то время как остающиеся 10 %находятся в тропосфере, в самом низком слое атмосферы, при этом толщина слоя составляет 10 км у полюсов и 16 км в тропиках.

Недавние изменения регионально климата, особенно повышение температуры, уже отразилось на многих физических и биологических системах. Параметрами этого является следующее:

увеличение продолжительности вегетационных периодов в средних-высоких широтах;

уменьшение популяций некоторых растений и животных;

сокращение и перемещение границ нахождения растений и животных в направлении полюсов и более высоких широт;


уменьшение площади снежного покрова и континентального льда, что явно связанно с увеличением температуры поверхности земли;


более позднее образование льда и более ранний ледоход на реказ о озерах;


таяние вечной мерзлоты;


сокращение размеров ледников


Таким образом, изменение климата, возможно, является первым реальным признаком глобального экологического кризиса, с которым столкнется человечество при стихийном развитии техники и экономики.
Основной причиной этого кризиса на его первой стадии будет пе-
распределение количества осадков, выпадающих в различных районах земного шара, при их заметном уменьшении во многих районах неустойчивого увлажнения. Поскольку в этих районах расположены важнейшие области производства зерновых культур, изменение режима осадков может существенно затруднить проблему повышения урожайности для обеспечения продовольствием быстро растущего населения земного шара. По этой причине вопрос о предотвращения нежелательных изменений глобального климата является одной из существенных экологических проблем современности.


Для предотвращения неблагоприятных изменений климата, возникающих под влиянием хозяйственной деятельности человека, осуществляются
различные мероприятия; наиболее широко ведется борьба с загрязнением атмосферного воздуха. В результате применения во многих развитых странах различных мер, включающих очистку воздуха, используемого промышленными предприятиями, транспортными средствами, отопительными устройствами и так далее, в последние годы достигнуто снижение уровня загрязнения воздуха в ряде городов. Однако во многих районах загрязнение воздуха усиливается, причем, имеется тенденция к росту глобального загрязнения атмосферы. Это указывает на большие трудности предотвращения роста количества антропогенного аэрозоля в атмосфере.


Еще труднее были бы задачи (которые пока еще не ставились)
предотвращения увеличения содержания углекислого газа в атмосфере и роста тепла, выделяемого при преобразованиях энергии, используемой человеком.


Простых технических средств решения этих задач не существует, кроме ограничений потребления топлива и потребления большинства видов энергии, что ближайшие десятилетия несовместимо с дальнейшим техническим прогрессом.


Таким образом, для сохранения существующих климатических условий в близком будущем окажется необходимым применение метода регулирования климата. Очевидно, что при наличии такого метода он мог быть использован также для предотвращения неблагоприятных для народного хозяйства естественных колебаний климата и в дальнейшем, соответствующем интересам человечества.


Из других путей воздействия на климатические условия заслуживает внимание возможность изменения атмосферных движений большого масштаба. Во многих случаях атмосферные движения неустойчивы, в связи с чем возможны воздействия на них с затратой сравнительно небольшого количества энергии.


Из различных источников путей воздействия на климат, по-
видимому, наиболее доступен для современной техники метод, основанный на увеличении концентрации аэрозоля в нижней стратосфере. Осуществление этого воздействия на климат имеет целью предотвратить или ослабить изменения климата, которые могут возникнуть через несколько десятилетий под влиянием хозяйственной деятельности человека. Воздействия такого масштаба могут быть необходимы в 21 веке, когда в результате значительного роста производства энергии может существенно повысится температура нижних слоев атмосферы. Уменьшение прозрачности стратосферы в таких условиях может предотвратить нежелательные изменения климата.


СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Будыко М.И. Изменения климата.- Ленинград: Гидрометеоиз-
   дат, 1974. СОВРЕМЕННЫЕ ЭКОЛОГИЧЕСКИЕ КАТАСТРОФЫ ЭКОЛОГИЧЕСКИЕ ПОСЛЕДСТВИЯ ОТ МЕТАЛЛУРГИЧЕСКОЙ И ХИМИЧЕСКОЙ ПРОМЫШЛЕННОСТИ ПОНЯТИЕ «ЭКОЛОГИЧЕСКИЕ ОТНОШЕНИЯ» СОСТОЯНИЕ И ПРОБЛЕМЫ ПРИРОДНОЙ СРЕДЫ

Скажем про несколько самых «популярных» тяжелых металлов, которые у всех на устах в качестве главных страшилок (которыми они, к сожалению, действительно являются).

Мышьяк.

– химический элемент, содержащийся в небольших количествах во всех животных и растительных организмах. Мышьяк – высокотоксичный кумулятивный яд, поражающий нервную систему. Установлено, что в малых количествах мышьяк оказывает благотворное действие на организм человека: улучшает кроветворение, повышает усвоение азота и фосфора, ограничивает распад белков и ослабляет окислительные процессы. Эти свойства мышьяка используются при назначении с лечебной целью мышьяк содержащих препаратов. Неорганические препараты (раствор арсената (III) натрия, мышьяковистый ангидрид и др.) назначают при истощении, малокровии, некоторых кожных заболеваниях. В зубоврачебной практике применяют пасту с мышьяковистым ангидридом («белый мышьяк»). Органические препараты мышьяка применяются при лечении ряда инфекционных заболеваний.

В живые организмы мышьяк попадает с пищей. В достаточных количествах содержится в съедобных моллюсках, морской рыбе, других морепродуктах. Кроме того, попадает через сигаретный дым (в табаке содержится мышьяк) и накапливается главным образом в печени, селезенке, почках и крови (в эритроцитах), а также волосах и ногтях. Содержание мышьяка может увеличиваться за счет дополнительного поступления его в пищевые продукты с некоторыми пищевыми красителями, органическими кислотами и поташом.

Хронические пищевые отравления мышьяком возникают в случаях длительного употребления пищевых продуктов, содержащих наибольшие количества этого токсического вещества. При хронических отравлениях возникают множественные воспалительные процессы в периферической нервной системе (полиневриты), появляются нарушения и извращения кожной чувствительности.

Наибольшую угрозу для здоровья людей представляет загрязненная мышьяком вода, используемая для питья, приготовления пищи и орошения продовольственных сельскохозяйственных культур.

Длительное воздействие мышьяка, содержащегося в питьевой воде и пищевых продуктах, может приводить к развитию рака и к поражениям кожи. Такое воздействие вызывает сердечно-сосудистые заболеваниями, нейротоксичность и диабет.

Смертельная доза составляет 200 мг. Хроническая интоксикация наблюдается при потреблении 1–5 мг в сутки. При остром отравлении симптомы его обычно наступают через 20–30 мин. При этом наблюдаются резко выраженные признаки расстройства желудочно-кишечного тракта, чувство жжения и металлического вкуса во рту. Отмечается общая и сердечная слабость, резкое снижение кровяного давления, потеря сознания. Нередко отравление заканчивается летальным исходом. Если пострадавшего удается вывести из тяжелого состояния, у него наблюдаются угнетение центральной нервной системы, изнурительные боли в конечностях.

Поступая из желудочно-кишечного тракта, мышьяк и различные мышьяковистые соединения быстро поглощаются тканями организма, особенно печенью. Токсическое действие мышьяка связано с нарушением им окислительных процессов в тканях вследствие блокады ряда ферментных систем организма. Наиболее быстро под влиянием мышьяка разрушается нервная ткань.

Допустимая суточная доза (безопасная для организма человека) мышьяка составляет примерно 3 мг. С целью обеспечения безопасности при расчете допустимых уровней мышьяка в пищевых продуктах учитывается его суммарное поступление с питьевой водой, пищей и лекарственными средствами.

В основных пищевых продуктах содержание мышьяка регламентировано на уровне от 0,1 до 0,3 мг/кг (для рыбы и морепродуктов допускается более высокий уровень – до 5 мг/кг).

Поэтому очень важно контролировать содержание мышьяка в пищевых продуктах, кормах и воде. Для определения концентрации мышьяка необходимо провести химический анализ в аккредитованной лаборатории.

Свинец

Свинец в окружающей среде повсюду: в воде, воздухе, горных породах. Однако для человека свинец – токсичный тяжелый металл, отравление которым может приводить, помимо прочего, к раку, патологиям костей и сильным нарушениям функции головного мозга, почек, кишечника и т.д.

Отравление свинцом – самое распространенное отравление тяжелым металлом. Человек соприкасается со свинцом, вдыхая автомобильные выхлопные газы, используя промышленную косметику и даже пищу. В бензин, на котором работает большинство автомобилей, для увеличения октанового числа добавляют тетраэтилсвинец – соединение свинца, для человека являющееся сильным ядом, отравление которым поражает мозг и нервную систему, ведет к психическим расстройствам вплоть до летального эффекта.

Свинец депонируется в основном в скелете (до 90%) в форме труднорастворимого фосфата:

Используют как сухое озоление с добавкой нитрата магния или алюминия и кальция, так и мокрое - смесью азотной и хлорной кислот, применение серной кислоты не рекомендуется. Для текущих исследований - колориметрия с дитизоном, в который для устранения мешающего влияния цинка и олова добавляют цианид калия. Теряется в заметном количестве в присутствии хлоридов. Озоление веществ, содержащих свинец, проводится при температуре (500-600)є С.

Определение проводят согласно ГОСТ 26932-86, ИСО 6633-84.

Ртуть

Ртуть и ее соединения очень токсичны для человека. Ртуть может быть природного и антропогенного происхождения. В природе она появляется в атмосфере из-за выветривания пород, содержащих ртуть, а ртуть антропогенного происхождения попадает в атмосферу в первую очередь при сжигании угля на электростанциях. Отравление ртутью, как и марганцем, оказывает направленное действие на нервную систему, нарушая ее нормальное функционирование.

Около половины от всего промышленно произведенного объема ртути попадает в Мировой океан. Это значит, что употребление в пищу любых морепродуктов и рыбы – потенциальный риск получить с пищей дозу ртути, причем значительную, т.к. концентрация этого вещества в тканях живых существ будет намного больше, чем в воде.

Однако ученые выяснили, что есть продукт, употребление которого помогает ртути, содержащейся в рыбе, не усваиваться при пищеварении, а выводиться из организма в «нетронутом» виде. Как ни удивительно, но этот продукт – клубника. А также арахисовое масло. И растительный белок из конопли.

Из-за летучести элемента возможны потери даже при хранении и сушке образца. Поэтому рекомендуют только мокрое озоление смесями азотной, серной, иногда хлорной кислот с добавкой перманганата или молибдата при невысоких температурах и в специальной герметичной аппаратуре.

Определение ртути в пищевых продуктах и других биологических объектах требует точности и высокого мастерства. В настоящие время ртуть определяют тремя основными аналитическими методами: колориметрический, методом пламенной атомно-абсорбционной спектрометрии и методом нейтронно-активационного анализа.

Колориметрический метод. Этот метод основан на переводе металла, содержащегося в навески, в комплекс с дитизоном, который экстрагируют органическим растворителем и затем колориметрируют. Эти операции длительны; предел обнаружения составляет около 0,05 мг/кг. Для определения требуется большая навеска (5 г) образца.

Метод пламенной атомно-абсорбционной спектрометрии. Методом пламенной атомно-абсорбционной спектрометрии в настоящие время широко используется для определения ртути. Имеется оборудование, позволяющее приспособить стандартную атомно-абсорбционную спектрометрию для так называемой техники холодного испарения. При этом используются циркуляционные и нециркуляционные методы. В первом случае содержание ртути в образце измеряют по значению мгновенной абсорбции ртути при прохождении ее паров через абсорбционную ячейку. При циркуляционных методах пары ртути накапливаются постепенно до достижения постоянной абсорбции. Для перевода ионов ртути в молекулярную форму используется хлорид олова. Метод применим для растворов, содержащих ртуть в форме, легко поддающейся восстановлению хлоридом олова.

Для определения ртути используются и другие аналитические методы.

Нейтронно-активационный анализ, например, характеризуется высокой селективностью и точностью. Он эффективен для определения ртути в небольших навесках при проведении общего анализа пищи.

Арбитражный метод - атомно-абсорбционный с использованием техники низкотемпературного холодного пара. Для текущих, исследований -- колориметрия с йодидом меди. Колориметрия с дитизоном не рекомендуется, так как для большинства продуктов не позволяет определять величины ПДК. Метилртуть определяют методом газожидкостной хроматографии. Также определяют содержание ртути согласно нормативным документам ГОСТ 26927-86.

Кадмий

Кадмий попадает в окружающую среду с отходами металлургической промышленности, мусороперерабатывающих заводов и с неправильной утилизацией никель-кадмиевых источников тока (аккумуляторов). Кадмий опасен для человека в силу своих канцерогенных свойств и способности накапливаться в организме. При избытке соединений кадмия в организме или при отравлением (например, при вдыхании паров оксида кадмия) поражается нервная система, нарушается фосфорно-кальциевый обмен, ферментные процессы и структура белковых молекул. Хроническое отравление приводит к анемии и разрушению костей.

Кадмий относятся к сильноядовитым веществам, его смертельная доза для человека составляет 150 мг/кг массы тела. Поведение кадмия в организме человека характеризуется чрезвычайно большим периодом полувыведения (в среднем 25 лет), накоплением в основном в печени и почках (до 80 %); ингибированием синтеза ДНК, белков и нуклеиновых кислот; влиянием на активность ферментов и интенсивным взаимодействием с другими двухвалентными металлами (цинк, кальций, железо, селен, кобальт).

Как и многие другие тяжелые металлы, кадмий имеет отчетливую тенденцию к накоплению в организме - период его полувыведения составляет 10-35 лет. К 50 годам его общее весовое содержание в теле человека может достигать 30-50 мг. Главным "хранилищем" кадмия в организме служат почки (30-60% всего количества) и печень (20-25%). Остальной кадмий находится в поджелудочной железе, селезенке, трубчатых костях, других органах и тканях. В основном кадмий находится в организме в связанном состоянии - в комплексе с белком-металлотионеином (являющимся, таким образом естественной защитой организма, по последним данным альфа-2 глобулин также связывает кадмий), и в таком виде он менее токсичен, хотя и далеко не безвреден. Даже "связанный" кадмий, накапливаясь годами способен привести к неприятностям со здоровьем, в частности к нарушению работы почек и повышенной вероятности образования почечных камней. К тому же часть кадмия остается в более токсичной ионной форме.

В основных пищевых продуктах содержание кадмия регламентировано на уровне от 0,05 до 0,2 мг/кг. Отдельную группу риска составляют курящие люди, - в одной пачке сигарет может находиться до 1 мкг кадмия.

Ванадий

Соединения ванадия используются в сталелитейной, фармацевтической, текстильной промышленности, вводятся в виде добавок в состав красителей, протрав, чернил и т. д. Отравление ванадием – неприятная вещь. Как и свинец, ванадий обладает политропным действием на организм, т.е. влияет не на какой-то один конкретный орган или систему, а на много систем сразу. В результате отравления ванадием в организме сбивается регуляция биохимических процессов, начинаются воспалительные процессы кожи и слизистых оболочек дыхательных путей, функциональные изменения органов кровообращения, ослабление иммунитета и т.д.

Дефицит

Недостаток ванадия может повысить риск развития сахарного диабета и, наоборот, при сахарном диабете развивается его дефицит.

Также с нехваткой в организме этого элемента связана специфическая ванадий-дефицитная шизофрения, атеросклероз. Недостаток выявляется с помощью биохимического анализа крови, где отмечаются изменения в таких показателях, как фосфолипиды (повышены), триглицериды (повышены), холестерин (снижен).

Передозировка

Высокую концентрацию ванадия можно встретить у работников, занятых на производстве асфальта, стекла и топлива. Они чаще болеют астмой, экземой, воспалительными заболеваниями кожи, органов дыхания и зрения.

Отравление возникает при дозировке всего 0, 25 мг, а 2-4 мг могут привести к летальному исходу. Избыток у пострадавших проявляется в виде острой или хронической интоксикации.

Острая интоксикация сопровождается воспалением слизистых оболочек глотки, лёгких и глаз, аллергическими реакциями на коже. В анализе крови отмечается снижение лейкоцитов (лейкопения) и уровня гемоглобина (анемия).

При хронической интоксикации снижается концентрация аскорбиновой кислоты, падает количество цистеина в волосах, увеличивается риск развития онкопатологии и болезней органов дыхания.

Кобальт

Кобальт используют для производства материалов, которые характеризуются жаростойкостью и для твердых инструментов – резцов и сверл. В медицине металл применяется для стерилизации препаратов и инструментов, а также в лучевой терапии.

Отравление кобальтом в основном встречается у работников стальной промышленности или в случаях загрязнения кобальтом еды или питья. Такое отравление может стать причиной сердечной недостаточности, гиперплазии (т.е. доброкачественного патологического увеличения) щитовидной железы и нарушения ее функций, а также нарушения обоняния, потери аппетита, дыхательной недостаточности и даже бронхиальной астмы.