Владимир Базылев - Основы общей и экологической токсикологии Страница 21

В экономически развитых странах, где широко применяются детергенты, концентрация их в природных водах достигает 3,0 – 9,0 мг/дм3. При концентрациях в 1 – 2 мг/дм3 проявляется способность детергентов к пенообразованию. Они длительное время сохраняются в водной среде. Установлено, что через 3 нед. после загрязнения водоема детергентами, содержание их в воде составляло 50 %, а через 6 мес. – около 45 % от первоначального.

СПАВ представляют собой органические вещества с гидрофильными и гидрофобными участками различного химического строения. СПАВ – вещества с асимметричной структурой, молекулы которых содержат одну или несколько гидрофильных групп и один или несколько гидрофобных радикалов. Такая структура, называемая дифильной, обусловливает поверхностную (адсорбционную) активность СПАВ, т. е. способность концентрироваться на межфазных поверхностях раздела (адсорбироваться), изменяя их свойства.

К наиболее распространенным СПАВ относятся алкилсульфоновые кислоты, у которых остаток серной кислоты образует гидрофильный фрагмент молекулы:

У полиоксиэтиленов, соединений неионного характера, гидрофильная часть молекулы создается за счет спиртовых групп ОН. Полиоксиэтилен может образовать сложный эфир с остатком жирной кислоты или простой эфир с остатком высокомолекулярного спирта:

где R – остаток жирной кислоты или высшего спирта.

Алкиламмониевые соединения содержат в качестве полярного компонента положительно заряженную третичную аммониевую группу. Эти соединения проявляют бактерицидное действие:

Накопившийся отрицательный опыт заставил прибегнуть к использованию таких СПАВ, которые разрушаются под действием биологических факторов. К относительно легко разрушающимся относятся СПАВ с неразветвленной цепью, как, например, детергенты неионного характера и алкилбензолсульфонаты:

которые, кроме того, обладают малой токсичностью для человека и рыб. Биотический распад цепей в молекулах таких соединений осуществляется за счет β-окисления, т. е. отщепления остатков уксусной кислоты.

По характеру диссоциации все СПАВ делят на следующие группы: 1) анионные, функциональные группы которых в результате ионизации в растворе образуют отрицательно заряженные органические ионы, обусловливающие поверхностную активность; 2) катионные, функциональные группы которых в результате ионизации в растворе образуют положительно заряженные органические ионы, обусловливающие поверхностную активность; 3) неионогенные, практически не образующие в водном растворе ионов; 4) амфолитные, образующие в водном растворе в зависимости от условий (рН, растворитель и т. д.) или анионоактивные, или катионоактивные вещества.

В отдельную группу выделяют высокомолекулярные (полимерные) СПАВ, состоящие из большого числа повторяющихся звеньев, каждое из которых имеет полярные и неполярные группы.

Незначительные концентрации СПАВ 0,05 – 0,1 мг/дм3 в речной воде достаточны для активации токсичных веществ, адсорбированных донными отложениями. Кроме того, просачивание в почву и в скопления отбросов вод, содержащих СПАВ, также может привести к активации токсичных продуктов: в этом заключена большая угроза для грунтовых вод.

Токсический эффект воздействия ксенобиотиков на фотосинтез проявляется в виде «мертвых зон», «темных полей», «темных облаков» в толще загрязненной ими воды. Этот эффект является следствием экранирующего влияния ряда химических соединений на фотосинтез. Хорошими «экранами» могут быть лигнины, фенолы, гуминовые и другие вещества, содержащие в своем составе фенольные структуры и имеющие спектры поглощения в диапазоне фотосинтетической активной радиации (ФАР). Многие из перечисленных веществ обладают поверхностно-активными свойствами и в силу «эффекта перераспределения» концентрируются и концентрируют очень многие загрязняющие вещества и патогенные микроорганизмы в поверхностном слое воды в виде тонкой пленки. Эффект перераспределения и концентрирования существенно усиливается при загрязнении водных объектов СПАВ, токсикологическое значение эффекта перераспределения весьма значительно. Многие вещества при этом становятся существенно более токсичными.

Большую опасность представляет загрязнение водных объектов пестицидами. Так, по данным ВОЗ, ежегодно в мире происходит до 500 000 случаев тяжелых отравлений пестицидами.

Среди веществ, загрязняющих водные объекты, наибольший интерес для различных служб контроля качества воды представляют металлы, в первую очередь тяжелые. В значительной мере это обусловлено биологической активностью (токсичностью) многих из них. На организм человека и животных токсическое действие металлов различно и зависит от природы металла, типа соединения, в котором он существует в водной среде, а также его концентрации. В результате усилий химиков-аналитиков многих стран были разработаны методы, позволяющие определять тяжелые металлы на уровне фемтограммов (10 – 15 г) или в присутствии в анализируемом объеме пробы одного атома, например никеля в живой клетке.

Рис. 2.3. Формы существования металлов в водных объектах

(стрелкой указано направление снижения токсичности)

Металл-токсикант, попав в водный объект, распределяется между компонентами этой водной экосистемы. При этом он распределяется по следующим составляющим (рис. 2.3):

– металл в растворенной форме;

– сорбированный и аккумулированный фитопланктоном, т. е.

растительными микроорганизмами;

– удерживаемый донными отложениями в результате седиментации взвешенных органических и минеральных частиц из водной среды;

– адсорбированный на поверхности донных отложений непосредственно из водной среды в растворимой форме;

– находящийся в адсорбированной форме на частицах взвеси.

На формы нахождения металлов в водных объектах оказывают влияние гидробионты, например моллюски. Так, при исследовании поведения меди в поверхностных водах наблюдали сезонные колебания ее концентраций: в зимний период они максимальны, а летом снижаются вследствие активного роста биомассы. При осаждении взвешенных органических частиц, адсорбирующих ионы меди, последние переходят в донные отложения, что приводит к наблюдаемому эффекту. Следует учесть также, что в природных водах содержится множество органических веществ, из которых 80 % составляют высокоокисленные полимеры типа гумусовых веществ, поступающие в воду из почв. Основная часть органических веществ, растворимых в воде, представляет собой продукты жизнедеятельности организмов. Эти вещества являются комплексообразующими агентами, связывающими ионы металлов в комплексы и тем самым уменьшающими токсичность металлов (см. рис. 2.3).

Глава 3

ПОНЯТИЕ О ПРОМЫШЛЕННЫХ (ПРОИЗВОДСТВЕННЫХ) ЯДАХ И ОТРАВЛЕНИЯХ

Влияние химических веществ возможно при многих видах профессиональной деятельности: получении и переработке природного сырья, изготовлении промышленной продукции, работе на транспорте, сельском хозяйстве и других видах труда. Наибольшая возможность контакта с разными веществами имеется в химической промышленности, так как нередко сырье, промежуточные соединения и конечные продукты способны оказать вредное влияние на здоровье рабочих. Однако в таких отраслях промышленности, как горнорудная, машиностроительная, нефтяная, легкая и многих других, немало производственных участков, где используются или выделяются при определенных операциях химические вещества, которые, поступая внутрь организма или загрязняя кожные покровы, могут вызывать профессиональные отравления. Например, при добыче и первичной переработке нефти могут возникать отравления сероводородом и углеводородами, при взрывных работах в горнорудной и угольной промышленности – окисью углерода, сернистым газом, парами некоторых металлов, в машиностроении – цианистыми соединениями, парами кислот, растворителями, на транспорте – выхлопными газами двигателей внутреннего сгорания и дизельных двигателей, в сельском хозяйстве – ядохимикатами, удобрениями и т. п.

В странах СНГ достигнуты значительные успехи в химизации народного хозяйства, имеется много химических производств. В связи с этим возросло количество промышленных ядов. Повысился риск попадания ядов во внешнюю среду. Значительно возросло загрязнение окружающей среды. Необходимы новые технологии, контроль за состоянием здоровья людей, динамичное наблюдение за наличием различных химических загрязнителей во внешней среде.

Яды — вещества, которые, попадая в организм в небольших количествах, вступают в нем в химическое или физико-химическое взаимодействие с тканями и при определенных условиях вызывают нарушение здоровья. Хотя ядовитые свойства могут проявлять практически все вещества, даже такие как поваренная соль в больших дозах или кислород при повышенном давлении, к ядам принято относить лишь те, которые свое вредное действие проявляют в обычных условиях и в относительно небольших количествах.