Роль тяжелых металлов в биосфере
Тяжелые металлы • Тяжелые металлы (более 40 элементов с а. м. от 50 а. е. м. и выше) • Контроль их содержания в компонентах биосферы относятся к числу важнейших видов контроля • Приоритетный контроль связан с биологической активностью многих из тяжелых металлов, а также с их выраженными комплексообразующими свойствами • Группа элементов, обозначаемых ТМ , активно участвует в биологических процессах, многие из них входят в состав ферментов
Тяжелые металлы Физиологическое действие ТМ на организм человека и животных зависит: • от природы металла • типа соединения, в котором он существует в природной среде • концентрации ТМ по своему действию подразделяются на группы: • биогенные ТМ - необходимые для жизнеобеспечения организмов • ксенобиотики - чуждые живым организмам Набор тяжелых металлов во многом совпадает с перечнем микроэлементов • Большинство микроэлементов выполняет в живых организмах функции инициаторов и активаторов биохимических процессов.
Тяжелые металлы • Отрицательный эффект взаимодействия токсичных ионов металлов с биологически активными макромолекулами связан со следующими процессами: – Вытеснение необходимых металлов из их активных мест токсичным металлом – Связывание части макромолекулы, необходимой для нормальной жизнедеятельности организма – Деполимеризация биологически важных макромолекул – Неправильное спаривание оснований нуклеотидов и ошибки в белковых синтезах • Влияние элементов на живые организмы обратно пропорционально их распространенности
Тяжелые металлы • Районы, в которых концентрация химических элементов в силу природных причин оказывается выше или ниже фонового уровня называют биохимическими провинциями. Формирование биохимических провинций обусловлено особенностями • почвообразующих пород • почвообразовательного процесса • присутствием рудных аномалий. При загрязнении биосферы происходит образование техногенных аномалий, в которых содержание элементов превышает в 10 раз и более фоновое
Тяжелые металлы • К числу тяжелых металлов относят хром, марганец, железо, кобальт, никель, медь, цинк, галлий, германий, молибден, кадмий, олово, сурьму, теллур, вольфрам, ртуть, таллий, свинец, висмут. • Среди металлов-токсикантов выделена приоритетная группа: Кадмий, медь, мышьяк, никель, ртуть, свинец, цинк, хром • ртуть, свинец и кадмий наиболее токсичны • Требования ВОЗ: контроль 8 микроэлементов в продуктах питания: Hg, Cd, Pb, As, Zn, Cu, Sn, Fe
Действие тяжелых металлов на организмы • Реализация патологических эффектов зависит от концентрации элемента. • При повышении концентрации элемента выше оптимальной может наступить интоксикация организма • Дефицит многих элементов в пище и воде может привести к тяжелым и трудно распознаваемым явлениям недостаточности. • Ртуть, свинец, кадмий, висмут, мышьяк – – Поражение мочевыделительной системы. Общее для всех – вовлечение в патологический процесс почек, развитие токсической нефропатии. – Кислая среда желудочного сока может увеличивать токсичность ряда веществ – соединения свинца, плохо растворимые в воде, хорошо растворяются в желудочном соке и легко всасываются организмом
Действие тяжелых металлов на организмы Для ряда металлов (хром, марганец, кобальт, цинк, , кадмий, ванадий, серебро) характерна быстрая транспортация из крови и наибольшее накопление в печени и почках. Остальные органы равномерно включаются в распределение элементов. Растворимые и хорошо диссоциирующие соединения свинца, бериллия и бария, склонные к образованию прочных связей с кальцием и фосфором, накапливаются преимущественно в костной ткани Соединения бора и марганца обладают избирательной токсичностью в отношении мужского организма. Соединения свинца вызывают мужское бесплодие. Алкоголь повышает опасность отравления ртутью.
Превращение в организме • Металлы и их соединения при попадании в организм могут многократно менять свою форму, соединяясь с активными группами биокомплексов –ОН, -СООН, -НРО 3 и лимонной кислотой • Наибольшее распространение имеет комплексы металлов с белками (исключение – щелочные и частично металлы) • Существует сродство некоторых металлов к белкам и аминокислотам • Щелочные металлы содержатся преимущественно в жидкой фазе в ионной форме, частично образуют непрочные легко гидролизуемые комплексы • Ртуть, свинец, кобальт и кадмий соединяются с аминокислотами через –SН группы • Медь, никель, цинк, магний и кальций - через –СООН группы • Металлы с переменной валентностью в организме подвергаются Redox реакциям – так, As (V) восстанавливается до более токсичного As (III)
Выделение из организма • Токсичные вещества выделяются через легкие, почки, желудочнокишечный тракт, кожу • Скорость выведения обычно наибольшая в первые дни и недели после их поступления в организм, в дальнейшем скорость уменьшается • Характеристика - биологический период полувыведения (падение концентрации вещества в организме и отдельных органах на 50%) • Через почки – быстрое выделение металлов, циркулирующие в виде ионов и в молекулярно-дисперсном состоянии (Li, Rb, Cs) • Комплексообразование способствует выделению металлов. Be, Cd, Cu (II) – выделение активное • Pb и Mn экскретируются в ионной форме и в виде органических комплексов • Через желудочно-кишечный тракт – выделение начинается со слюной. (в слюне обнаруживаются Hg и Pb). Ядовитые соединения, поступающие в организм, попадают в печень. Из печени с желчью их метаболиты транспортируются в кишечник и выделяются из организма. • Металлы длительно сохраняются в печени • Hg, Se, As выделяются с грудным молоком
Источники загрязнения ТМ Антропогенные и природные источники выброса ТМ: Антропогенные: • предприятия черной и цветной металлургии – аэрозольные выбросы, промышленные стоки • предприятия машиностроения - гальванические ванны (меднение, никелирование, хромирование, кадмирование) • заводы по переработке аккумуляторных батарей • автомобильный транспорт. Естественные • главные природные источники тяжелых металлов магматические и осадочные породы и породообразующие минералы • вулканические извержения (кадмий) • кислотные дожди (вымывание из ТМ содержащих пород (? !)
Тяжелые металлы • Породообразующие минералы содержат рассеянные элементы в качестве изоморфных примесей в структуре металлических решёток • замещение макроэлементов с близким размером радиуса: • К → Sr, Pb, B; • Na → Cd, Mn, Cr, Bi; • Mg →Ni, Co, Zn, Sb, Sn, Pb, Mn; • Fe → Cd, Mn, Sr, Bi.
Тяжелые металлы • Количества химических элементов, поступающие в окружающую среду в результате техногенеза превосходят уровень их естественного поступления • Примерные цифры техногенного вклада в выбросы ТМ: • по свинцу - 94 -97% по кадмию - 84 -89% • по меди - 56 -87% по никелю - 66 -75% • по ртути - 58%. • ~40% мирового антропогенного потока ТМ приходится на Европу • из них ~40% - на долю европейской части постсоветского пространства • Пример по глобальным выбросам свинца: • из природных источников - 12 тыс. т в год • антропогенная эмиссия - 332 тыс. т в год.
Транспорт/миграция ТМ • Выбросы ТМ любого происхождения вызывают в биосфере увеличение содержания металлов-загрязнителей по сравнению с фоновым уровнем • металлы-загрязнители могут сравнительно однородно распределяться в биосфере или аккумулироваться в ее составляющих (воздухе, воде, почвах, живых организмах) • Попадание металла-токсиканта в живой организм может происходить: – путем аэрозольного переноса – через воду (большая часть) • Отличие от органических токсикантов, При попадании в организм металлы-токсиканты • чаще не подвергаются каким-либо существенным превращениям • включившись в биохимический цикл, ТМ крайне медленно покидают его.
Контроль качества поверхностных вод • Важную роль в процессе контроля качества поверхностных вод играют гидробиологические службы наблюдений • Контроль за состоянием загрязнения водных экосистем под влиянием антропогенного воздействия осуществляется с помощью гидробионтов и других компонентов водных экосистем • В результате контроля суммируются данные о распределении тяжелых металлов между отдельными компонентами экосистемы
Контроль содержания ТМ • Использование современных инструментальных методов аналитической химии позволяет определить содержание тяжелых металлов на уровне фоновых концентраций • Достижения с помощью инструментальных методов: • обнаружение основных источников загрязнения биосферы • установление динамики загрязнения и трансформации загрязнителей • перенос и миграция загрязнителей • Возможность определения содержания ТМ в природных материалах в широких пределах – фемтограмм (10 -15 г) - 1 (!) атома в живой клетке.
ФОРМЫ СУЩЕСТВОВАНИЯ ТЯЖЕЛЫХ МЕТАЛЛОВ В ПОВЕРХНОСТНЫХ ВОДАХ Способность экосистемы сопротивляться внешнему токсическому воздействию определяется количеством металла-токсиканта, которое существенно не нарушает естественного характера функционирования всей изучаемой экосистемы - буферной емкостью экосистемы Распределение металла-токсиканта на составляющие: • 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.
ФОРМЫ СУЩЕСТВОВАНИЯ ТЯЖЕЛЫХ МЕТАЛЛОВ В ПОВЕРХНОСТНЫХ ВОДАХ На формы нахождения металлов в водах оказывают влияние гидробионты и их аккумулирующая способность, а также характеристики поверхностных вод: • в поверхностных водах наблюдают сезонные колебания концентрации ТМ: в зимний период они максимальны, а летом вследствие активного роста биомассы снижаются • при осаждении взвешенных органических частиц, которые обладают способностью адсорбировать ионы ТМ, происходит переход ТМ в донные отложения • связывание ионов металлов в водной среде растворенными органическими веществами - комплексообразующими реагентами, снижающими токсичность, из них 80% - высокоокисленные полимеры типа гумусовых веществ/из почв, 20% - продукты жизнедеятельности организмов /подобные по свойствам примеси антропогенного происхождения (полипептиды, полисахариды, жирные и аминокислоты.
ФОРМЫ СУЩЕСТВОВАНИЯ ТЯЖЕЛЫХ МЕТАЛЛОВ В ПОВЕРХНОСТНЫХ ВОДАХ Tоксичность вод, загрязненных ТМ, зависит и от климатических условий природной зоны Воды южных климатических зон, имеющих большой набор и высокую концентрацию природных компонентов (гумусовые вещества, гуминовые кислоты и фульвокислоты), способны к более эффективной природной детоксикации по сравнению с водами водоемов Севера и умеренной полосы Гуминовые кислоты, образующиеся при превращении растительных остатков в почвах под влиянием микроорганизмов, способны в значительной степени связывать ионы тяжелых металлов в прочные комплексы: Константы устойчивости соответствующих гуматов - 105 -1012 в зависимости от природы металла и кислотности среды
Определение токсичности вод по ТМ • Традиционный способ определения ТМ (аналитический контроль) – без учета современных данных: • Сопоставление данных по их валовому содержанию с величинами ПДК • Современный способ определения ТМ осуществляется: • С учетом малотоксичности комплексов ТМ с органическими соединениями естественного происхождения • С учетом стимулирующего действия на развитие гидробионтов, из-за биологической доступности организмам различных микроэлементов • В настоящее время • токсичность вод при загрязнении их тяжелыми металлами в основном определяется концентрацией либо акваионов металлов, либо концентрацией простейших комплексов с неорганическими ионами без учета комплексов с природными органическими соединениями
ТЯЖЕЛЫЕ МЕТАЛЛЫ КАК ТОКСИКАНТЫ В ПРИРОДНЫХ ВОДАХ • Приоритетные металлы-загрязнители - ртуть, свинец и кадмий, наиболее опасные для здоровья человека и животных • Ртуть • соединения ртути с различной степенью окисления металла, Hg(0), Hg(II), могут реагировать между собой • Наибольшую опасность представляют собой органические, прежде всего АЛКИЛЬНЫЕ, соединения. • Самый емкий аккумулятор соединений ртути (до 97%) - поверхностные воды океанов • Около половины всей ртути в природную среду попадает по техногенным причинам.
Ртуть В ПРИРОДНЫХ ВОДАХ Кислотность среды и ее окислительный потенциал влияют на форму ртути в водной среде В хорошо аэрированных водоемах преобладают соединения Hg(II). • Ионы ртути легко связываются в прочные комплексы с органическими веществами вод - прочные комплексы образуются с серосодержащими соединениями Ртуть легко адсорбируется на взвешенных частицах вод – • фактор концентрирования достигает 105, концентрация ртути на поверхности частиц в 105 больше, чем находится в водной среде, т. е. будет происходить удаление ртути из водной системы. • Десорбция ртути из донных отложений происходит медленно, поэтому повторное загрязнение поверхностных вод после того, как источник загрязнения установлен и ликвидирован, имеет заторможенную кинетику
Ртуть В ПРИРОДНЫХ ВОДАХ • В водных средах ртуть образует металлорганические соединения типа R-Hg-X и R-Hg-R, где R - метил- или этил -радикал • Из антропогенных источников в водные системы ртуть попадает в виде преимущественно металлической ртути, ионов Hg(II) и ацетата фенилртути • В незагрязненных поверхностных водах содержание ртути 0, 2 -0, 1 мкг/л, • в морских - в три раза меньше. • Водные растения поглощают ртуть • Преобладающей формой ртути, обнаруживаемой в рыбе, является метилртуть, образующаяся биологическим путем с участием ферментов микроорганизмов
Ртуть В ПРИРОДНЫХ ВОДАХ • Органические соединения R-Hg-R' в пресноводном планктоне содержатся в большей концентрации, чем в морском. • Из организма органические соединения ртути выводятся медленнее, чем неорганические. • Существующий стандарт на предельное содержание этого токсиканта (0, 5 мкг/кг) используют при контроле качества пищевых продуктов. • При этом предполагают, что ртуть присутствует в виде метилированных соединений. • При попадании в организм человека последних может проявиться болезнь Минимата (нервнопаралитического характера).
Свинец В ПРИРОДНЫХ ВОДАХ • Половина от общего количества свинца поступает в окружающую среду в результате сжигания этилированного бензина. • В водных системах свинец в основном связан адсорбционно со взвешенными частицами или находится в виде растворимых комплексов с гуминовыми кислотами. • При биометилировании, как и в случае с ртутью, свинец в итоге образует тетраметилсвинец. • В незагрязненных поверхностных водах суши содержание свинца обычно не превышает 3 мкг/л. В реках промышленных регионов отмечается более высокое содержание свинца. • Снег активно аккумулирует свинец: в окрестностях крупных городов его содержание может достигать • 1 млн мкг/л, а на некотором удалении от них ~1 -100 мкг/л.
Свинец В ПРИРОДНЫХ ВОДАХ • Водные растения аккумулируют свинец. Фитопланктон удерживает его с коэффициентом концентрирования до 105, как и ртуть. • В рыбе свинец накапливается незначительно, поэтому для человека в этом звене трофической цепи он относительно мало опасен. • Метилированные соединения свинца в рыбе в обычных условиях содержания водоемов обнаруживаются относительно редко. • В регионах с промышленными выбросами накопление тетраметилсвинца в тканях рыб протекает эффективно и быстро - острое и хроническое воздействие свинца наступает при уровне загрязненности 0, 1 -0, 5 мкг/л. • В организме человека свинец может накапливаться в скелете, замещая кальций.
Кадмий В ПРИРОДНЫХ ВОДАХ • По химическим свойствам Кадмий подобен цинку. Кадмий может замещать цинк в активных центрах металлсодержащих ферментов, приводя к резкому нарушению в функционировании ферментативных процессов • В водных системах кадмий связывается с растворенными органическими веществами, особенно если в их структуре присутствует сульфгидрильные группы SH • Кадмий образует также комплексы с аминокислотами, полисахаридами, гуминовыми кислотами • Однако присутствие высоких концентраций лигандов, способных связывать кадмий, еще недостаточно для понижения концентрации свободных акваионов кадмия до уровня, безопасного для живых организмов • Адсорбция ионов кадмия донными осадками сильно зависит от кислотности среды • В нейтральных водных средах свободный ион кадмия практически нацело сорбируется частицами донных отложений
Кадмий В ПРИРОДНЫХ ВОДАХ • Основной источник техногенного загрязнения окружающей среды кадмием - места захоронения никель-кадмиевых аккумуляторов. • Кадмий обнаружен в продуктах извержения вулканов. • В дождевой воде концентрация кадмия может превышать 50 мкг/л. В пресноводных водоемах и реках содержание кадмия колеблется в пределах 20 -400 нг/л. Наименьшее его содержание в океане зарегистрировано в акватории Тихого океана ~ 0, 8 -9, 6 нг/л. Кадмий накапливается водными растениями и в тканях внутренних органов рыб.
Кадмий В ПРИРОДНЫХ ВОДАХ • Кадмий обычно проявляет меньшую токсичность по отношению к растениям в сравнении с метилртутью и сопоставим по токсичности со свинцом. При содержании кадмия ~ 0, 2 -1 мг/л замедляются фотосинтез и рост растений • Токсичность кадмия заметно снижается в присутствии цинка в силу конкуренции ионов в организме за участие в ферментативном процессе • Порог острой токсичности кадмия варьирует в пределах от 0, 09 до 105 мкг/л для пресноводных рыб. • Увеличение жесткости воды повышает степень защиты организма от отравления кадмием. • При попадании кадмия в организм по трофическим цепям возможно сильное отравление людей (болезнь итай-итай). • Из организма кадмий выводится в течение длительного периода (около 30 лет).
ТЯЖЕЛЫЕ МЕТАЛЛЫ В ПОЧВАХ • Содержание ТМ в почвах зависит от состава исходных горных пород, разнообразие которых связано с геологической историей развития территорий • Процесс трансформации поступивших в почву в процессе техногенеза ТМ включает следующие стадии: • 1) преобразование оксидов тяжелых металлов в гидроксиды (карбонаты, гидрокарбонаты); • 2) растворение гидроксидов тяжелых металлов и адсорбция соответствующих катионов ТМ твердыми фазами почв; • 3) образование фосфатов тяжелых металлов и их соединений с органическими веществами почвы.
ТЯЖЕЛЫЕ МЕТАЛЛЫ В ПОЧВАХ • Процесс миграции поступивших в почву в процессе техногенеза ТМ • тяжелые металлы поступают на поверхность почвы, • накапливаются в почвенной толще • медленно удаляются при выщелачивании, потреблением растениями и эрозии. • Первый период полуудаления ТМ значительно варьируется для разных элементов: • Цинк – 70 – 510 лет, • Кадмий – 13 – 110 лет • Медь – 310 – 1500 лет • Свинец – 740 – 5900 лет.
Свинец - приоритетный элемент-токсикант • Все растворимые соединения свинца ядовиты. • В естественных условиях он существует в основном в форме Pb. S. Кларк свинца в земной коре составляет 16, 0 мг/кг. • По сравнению с другими ТМ он наименее подвижен, причем степень подвижности свинца сильно снижается при известковании почв • Подвижный свинец присутствует в виде комплексов с органическим веществом. При высоких значениях р. Н свинец закрепляется в почве химически в виде гидроксида, фосфата, карбоната и Pb-органических комплексов. • Естественное содержание свинца в почвах наследуется от материнских пород и тесно связано с их минералогическим и химическим составом.
Свинец - приоритетный элемент-токсикант • Средняя концентрация этого элемента в почвах мира достигает 10 - 35 мг/кг. • ПДК свинца в разных странах варьирует 5 мг/кг - 100 мг/кг. • Высокая концентрация свинца в почвах может быть связана как с природными геохимическими аномалиями, так и с антропогенным воздействием. • При техногенном загрязнении наибольшая концентрация свинца наблюдается в верхнем слое почвы • В некоторых промышленных районах концентрация свинца достигает 1000 мг/кг. • Проблема загрязнения почв свинцом - преимущественно проблема селитебных территорий и районов крупных отраслевых предприятий.
Кадмий - приоритетный элемент-токсикант • Кларк кадмия в литосфере 0, 13 мг/кг. • В почвообразующих породах содержание кадмия в среднем составляет: • в глинах и глинистых сланцах – 0, 15 мг/кг, • лессах и лессовидных суглинках – 0, 08, • песках и супесях – 0, 03 мг/кг. • Среднее содержание кадмия в почвах мира равно 0, 5 мг/кг. • ПДК кадмия регламентируется не во всех странах, в Германии - 3 мг/кг. • Наибольшие концентрации кадмия в верхнем слое почв отмечаются в горнорудных районах – до 500 мг/кг, вокруг цинкоплавилен они достигают 1700 мг/кг.
Кадмий - приоритетный элемент-токсикант • Кадмий по химическим свойствам близок к цинку, но отличается от него большей подвижностью в кислых средах и лучшей доступностью для растений • В почвенном растворе кадмий присутствует в виде Cd 2+ и образовывает комплексные ионы и органические хелаты. • Главный фактор, определяющий содержание кадмия в почвах при отсутствии антропогенного влияния – материнские породы. • Подвижность кадмия в почве зависит от среды и окислительно-восстановительного потенциала. • Загрязнение почвенного покрова кадмием считается одним из наиболее опасных экологических явлений, так как он накапливается в растениях выше нормы даже при слабом загрязнении почвы.
Ртуть -приоритетный элемент-токсикант • Ртуть мало распространена в природе, содержание ее в земной коре составляет всего 0, 0016%. • Изредка ртуть встречается в самородном виде, вкрапленная в горные породы, но, главным образом, она находится в природе в виде сульфида ртути Hg. S, или киновари. • Наиболее богатые месторождения киновари находятся в Испании (80% мировых запасов ртути), Италии, в Украине. • Во всех типах магматических пород содержание ртути низкое и не превышает 10 мкг/кг. • Более высокие концентрации этого элемента установлены в осадочных породах, глинистых сланцах и особенно в богатых органическим веществом глинистых сланцах (от 40 до 400 мкг/кг). • Концентрация ртути в верхнем слое почвы в несколько раз выше, чем в подпочвенных горизонтах, что связано с уровнем содержаний органического углерода и серы в почве.
Ртуть -приоритетный элемент-токсикант • Фоновые уровни ртути в почвах нелегко оценить из-за широкого распространения антропогенного загрязнения этим металлом. Данные по различным почвам мира показывают, что средние концентрации ртути в поверхностном слое почв не превышают 400 мкг/кг. • Наивысшие средние уровни содержания ртути обнаружены в торфянистых почвах Канады, рисовых полей Японии и Вьетнама (300 -400 мкг/кг). • Фоновые уровни ртути в почве оценивают приблизительно в О. п мг/кг, а содержание свыше этой величины - следствие загрязнения из антропогенных или других источников.
Содержание цинка в почвах • Кларк Цинка в земной коре 83 мг/кг. Цинк концентрируется в глинистых отложениях и сланцах • Важными факторами, влияющими на подвижность Zn в почвах, являются содержание глинистых минералов и величина р. Н. • При повышении р. Н цинк переходит в органические комплексы и связывается почвой. Ионы цинка также теряют подвижность, попадая в межпакетные пространства кристаллической решетки монтмориллонита. • С органическим веществом Zn образует устойчивые формы, поэтому в большинстве случаев он накапливается в горизонтах почв с высоким содержанием гумуса и в торфе.
Содержание цинка в почвах • Среднее содержание цинка в почвах мира составляет 90 мг/кг. Концентрация его в почвенном покрове европейской территории равна 32 -60 мг/кг. • Причинами повышенного содержания цинка в почвах могут быть как естественные геохимические аномалии, так и техногенное загрязнение. • Основными антропогенными источниками его поступления в первую очередь являются предприятия цветной металлургии. Загрязнение почв этим металлом привело в некоторых областях к крайне высокой его аккумуляции в верхнем слое почв – до 70000 мг/кг. • В огородных почвах накапливается до 250 и более мг/кг цинка. ОДК цинка для песчаных и супесчаных почв равна 55 мг/кг, в Германии ПДК цинка в почвах составляет 100 мг/кг.
Содержание меди в почвах • Кларк меди в земной коре - 47 мг/кг • В химическом отношении медь – малоактивный металл. Основополагающим фактором, влияющим на величину содержания меди в почвах, является концентрация ее в почвообразующих породах. • Из изверженных пород наибольшее количество элемента накапливают основные породы • базальты (100 -140 мг/кг) и андезиты (20 -30 мг/кг) • Покровные и лессовидные суглинки (20 -40 мг/кг) менее богаты медью. • Наименьшее содержание меди отмечается в песчаниках, известняках и гранитах (5 -15 мг/кг).
Содержание меди в почвах • В почвах медь является слабомиграционным элементом, хотя содержание подвижной формы бывает достаточно высоким. • Количество подвижной меди зависит от многих факторов: химического и минералогического состава материнской породы, р. Н почвенного раствора, содержания органического вещества и др. • Наибольшее количество меди в почве связано с оксидами железа, марганца, гидроксидами железа и алюминия и, особенно, с монтмориллонитом вермикулитом. • Гуминовые и фульвокислоты способны образовывать устойчивые комплексы с медью. • При р. Н 7 -8 растворимость меди наименьшая.
Содержание меди в почвах • Среднее содержание меди в почвах мира 30 мг/кг. • Вблизи индустриальных источников загрязнения в некоторых случаях может наблюдаться загрязнение почвы медью до 3500 мг/кг. • ПДК меди в различных странах варьирует для разных почв от 30 мг/кг до 100 мг/кг.
Содержание никеля в почвах • Кларк никеля в земной коре равен 58 мг/кг. • В континентальных отложениях никель присутствует, главным образом, в виде сульфидов и арсенитов, ассоциируется также с карбонатами, фосфатами и силикатами. • Наибольшее количество металла накапливают ультраосновные (1400 -2000 мг/кг) и основные (200 -1000 мг/кг) породы, а осадочные и кислые содержат его в гораздо меньших концентрациях – 5 -90 и 5 -15 мг/кг • Большое значение в накоплении никеля почвообразующими породами играет их гранулометрический состав: в более легких породах его содержание наименьшее, в тяжелых – наибольшее: • в песках – 17, супесях и легких суглинках – 22, средних суглинках – 36, тяжелых суглинках и глинах – 49 мг/кг (Зап. Сибирь). • Содержание никеля в почвах мира колеблется в широких пределах – от 1 до 100 мг/кг, составляя в среднем 50 мг/кг.
Содержание никеля в почвах • Уровень концентрации никеля в верхнем слое почв зависит также от степени их техногенного загрязнения. В районах с развитой металлообрабатывающей промышленностью в почвах встречается очень высокое накопление никеля: в Канаде его валовое содержание достигает 206 -26000 мг/кг. • В России (по данным обследования 40 -60 % почв сельскохозяйственных угодий) этим элементом загрязнены 2, 8 % почвенного покрова. • Доля загрязненных никелем почв в ряду других ТМ (Pb, Cd, Zn, Cr, Co, As и др. ), является фактически самой значительной и уступает только землям загрязненным медью (3, 8%). • ПДК никеля в почвах России – 85 мг/кг; • В Германии безопасным содержанием валового никеля в почвах считается 80 -200 мг/кг
Содержание хрома в почвах • Кларк хрома в земной коре – 83 мг/кг. • Наибольшие его концентрации среди магматических горных пород характерны для ультраосновных и основных (1600 -3400 и 170 -200 мг/кг ) • для средних пород -15 -50 мг/кг • для кислых - 4 -25 мг/кг • Среди осадочных пород максимальное содержание элемента обнаружено в глинистых осадках и сланцах (60 -120 мг/кг), минимальное – в песчаниках и известняках (5 -40 мг/кг) • Концентрация хрома тесно связано с гранулометрическим составом пород: песчаные и супесчаные породы - 16 мг/кг, а среднесуглинистые и глинистые – около 60 мг/кг.
Содержание хрома в почвах • В природных соединениях хром обладает валентностью +3 и +6. • Большая часть Cr 3+ присутствует в хромите или других минералах шпинелевого ряда, где он замещает Fe и Al, к которым очень близок по своим геохимическим свойствам и ионному радиусу. • В почвах большая часть хрома присутствует в виде Cr 3+. В кислой среде ион Cr 3+ инертен, при р. Н 5, 5 почти полностью выпадает в осадок. • Ион Cr 6+ крайне нестабилен и легко мобилизуется как в кислых, так и щелочных почвах. Адсорбция хрома глинами зависит от р. Н среды: при увеличении р. Н адсорбция Cr 6+ уменьшается, а Cr 3+ увеличивается. Органическое вещество почвы стимулирует восстановление Cr 6+ до Cr 3+. • Среднее содержание хрома в почвах – 70 мг/кг. Наибольшее содержание элемента отмечается в почвах, сформированных на богатых этим металлом основных и вулканических породах.
Содержание хрома в почвах • Вклад антропогенных источников в поступление хрома весьма значителен. • Металлический хром в основном используется для хромирования в качестве компонента легированных сталей. • Загрязнение почв Cr отмечено за счет • выбросов цементных заводов, • отвалов железохромовых шлаков, • нефтеперегонных заводов, • предприятий черной и цветной металлургии, • использования в сельском хозяйстве осадков промышленных сточных вод, особенно кожевенных предприятий, и минеральных удобрений. • Наивысшие концентрации хрома в техногенно загрязненных почвах достигают 400 и более мг/кг, что особенно характерно для крупных городов. • В Германии ПДК для почв сельскохозяйственных угодий она составляет 200 -500, приусадебных участков – 100 мг/кг.
ВЛИЯНИЕ ТЯЖЕЛЫХ МЕТАЛЛОВ НА МИКРОБНЫЙ ЦЕНОЗ ПОЧВ • Одним из наиболее эффективно диагностирующих индикаторов загрязнения почв является ее биологическое состояние, которое можно оценить по жизнеспособности населяющих ее почвенных микроорганизмов • Микроорганизмы играют большую роль и в миграции ТМ в почве. В процессе жизнедеятельности они выступают в роли продуцентов, потребителей и транспортирующих агентов в почвенной экосистеме • Многие почвенные грибы проявляют способность к иммобилизации ТМ, закрепляя их в мицелии и временно исключая из круговорота. • Грибы, выделяя органические кислоты, нейтрализуют действие ТМ, образуя с ними компоненты, менее токсичные и доступные для растений, чем свободные ионы.
ВЛИЯНИЕ ТЯЖЕЛЫХ МЕТАЛЛОВ НА МИКРОБНЫЙ ЦЕНОЗ ПОЧВ • ПРИ повышенных концентрациях ТМ наблюдается • резкое снижение активности ферментов: амилазы, дегидрогеназы, уреазы, инвертазы, каталазы • резкое снижение численности отдельных агрономически ценных групп микроорганизмов. • ингибирование процессов минерализации и синтеза различных веществ в почвах • подавление дыхания почвенных микроорганизмов, • возникновение микробостатического эффекта • снижается активность метаболических процессов • происходят морфологические трансформации в строении репродуктивных органов и другие изменения почвенной биоты. Повышенные концентрации ТМ могут выступать как мутагенный фактор, подавлять биохимическую активность и вызывать изменения общей численности почвенных микроорганизмов
ВЛИЯНИЕ ТЯЖЕЛЫХ МЕТАЛЛОВ НА МИКРОБНЫЙ ЦЕНОЗ ПОЧВ • Загрязнение почв ТМ вызывает изменения в видовом составе комплекса почвенных микроорганизмов. • Наблюдается значительное сокращение биоразнообразия комплекса почвенных микромицетов при загрязнении. • В микробном сообществе загрязненной почвы появляются необычные для нормальных условий, устойчивые к ТМ виды микромицетов. • Толерантность микроорганизмов к загрязнению почвы зависит от их принадлежности к различным систематическим группам. • Очень чувствительны к высоким концентрациям ТМ нитрифицирующие микроорганизмы несколько более устойчивы многие виды целлюлозоразрушающих микроорганизмов, наиболее же устойчивы – грибы и актиномицеты.
ВЛИЯНИЕ ТЯЖЕЛЫХ МЕТАЛЛОВ НА МИКРОБНЫЙ ЦЕНОЗ ПОЧВ • При низких концентрациях ТМ наблюдается некоторая стимуляция развития микробного сообщества • по мере возрастания концентраций ТМ происходит частичное ингибирование и полное его подавление. • Достоверные изменения видового состава фиксируются при концентрациях ТМ в 50 -300 раз выше фоновых. • Степень угнетения жизнедеятельности микробоценоза зависит также от физиолого-биохимических свойств конкретных металлов, загрязняющих почвы. • Токсичное влияние ТМ зависит от набора металлов и их взаимного воздействия (антагонистического, синергичного или суммарного) на микробиоту.
ВЛИЯНИЕ ТЯЖЕЛЫХ МЕТАЛЛОВ НА МИКРОБНЫЙ ЦЕНОЗ ПОЧВ • Свинец отрицательно влияет на биотическую деятельность в почве, ингибируя активность ферментов уменьшением интенсивности выделения двуокиси углерода и численности микроорганизмов, вызывает нарушения метаболизма микроорганизмов, особенно процессов дыхания и клеточного деления. • Ионы кадмия в концентрации 12 мг/кг нарушают фиксацию атмосферного азота, а также процессы аммонификации, нитрификации и денитрификации. Наиболее подвержены воздействию кадмия грибы, причем некоторые виды после попадания металла в почву полностью исчезают. • Избыток цинка в почвах затрудняет ферментацию разложения целлюлозы, дыхание микроорганизмов, при этом нарушаются процессы преобразования органического вещества в почвах.
ВЛИЯНИЕ ТЯЖЕЛЫХ МЕТАЛЛОВ НА МИКРОБНЫЙ ЦЕНОЗ ПОЧВ • Под влиянием загрязнения почв ТМ происходят изменения в комплексе почвенных микроорганизмов. Это выражается в снижении биоразнообразия и увеличения доли толерантных к загрязнению микроорганизмов. • От активности почвенных процессов и жизнедеятельности населяющих ее микроорганизмов зависит интенсивность самоочищения почвы от загрязнителей. • Уровень загрязнения почв ТМ влияет на показатели биохимической активности почв, видовую структуру и общую численность микробоценоза. • В почвах, где содержание тяжелых металлов превышает фоновое в 2 -5 раз изменяются показатели ферментативной активности и др. • При концентрациях ТМ в почвах, превышающих фоновые на четыре и более порядков, обнаруживается катастрофическое снижение микробиологической активности почв, граничащее с полной гибелью микроорганизмов.
ТЯЖЕЛЫЕ МЕТАЛЛЫ В РАСТЕНИЯХ • Растительная пища является основным источником поступления ТМ в организм человека и животных - с ней поступает от 40 до 80 % ТМ, и только 20 -40 % - с воздухом и водой. • Поэтому от уровня накопления металлов в растениях, используемых в пищу, в значительной степени зависит здоровье населения. • Химический состав растений, как известно, отражает элементный состав почв - избыточное накопление ТМ растениями обусловлено, прежде всего, их высокими концентрациями в почвах. • В своей жизнедеятельности растения контактируют только с доступными формами ТМ, количество которых, в свою очередь, тесно связано с буферностью почв. • Однако, способность почв связывать и инактивировать ТМ имеет свои пределы, и когда они уже не справляются с поступающим потоком металлов, важное значение приобретает наличие у самих растений физиолого-биохимических механизмов, препятствующих их поступлению.
ТЯЖЕЛЫЕ МЕТАЛЛЫ В РАСТЕНИЯХ • Механизмы устойчивости растений к избытку ТМ могут проявляться по разным направлениям: • одни виды способны накапливать высокие концентрации ТМ, но проявлять к ним толерантность; • другие виды стремятся снизить поступление ТМ путем максимального использования своих барьерных функций: • Для большинства растений первым барьерным уровнем являются корни, где задерживается наибольшее количество ТМ, • следующий – стебли и листья, • последний – органы и части растений, отвечающие за воспроизводительные функции - семена и плоды, а также корне- и клубнеплоды и др. • Биоаккумуляция элементов имеет групповую тенденцию: – 1) Cd, Cs, Rb – элементы интенсивного поглощения; – 2) Zn, Mo, Cu, Pb, As, Co – средней степени поглощения; – 3) Mn, Ni, Cr – слабого поглощения – 4) Se, Fe, Ba, Te – элементы, труднодоступные растениям.
ТЯЖЕЛЫЕ МЕТАЛЛЫ В РАСТЕНИЯХ • Другой путь поступления ТМ в растения – некорневое поглощение из воздушных потоков: • при значительном выпадении металлов из атмосферы - чаще всего вблизи крупных промышленных предприятий. • Поступление элементов в растения через листья (или фолиарное поглощение) - неметаболическое проникновение через кутикулу. ТМ, поглощенные листьями, могут переносится в другие органы и ткани и включаться в обмен веществ. • Не представляют опасности для человека металлы, осаждающиеся с пылевыми выбросами на листьях и стеблях, если перед употреблением в пищу растения тщательно промываются. Однако животные, поедающие такую растительность, могут получить большое количество ТМ. • По мере роста растений элементы перераспределяются по их органам например: • для меди и цинка содержание ТМ: корни > зерно > солома. • Для свинца, кадмия и стронция : корни > солома > зерно. • Наиболее высокое содержание ТМ обнаружено в листовых овощах и силосных культурах, а наименьшее – в бобовых, злаковых и технических культурах.
Токсичность тяжелых металлов • Свинец • Неорганические вещества нарушают обмен веществ и являются ингибиторами ферментов • Особенно опасны для маленьких детей – вызывают умственную отсталость и заболевание мозга • Отмечают проявление агрессивности у детей в связи с повышенным содержанием в их организме свинца. • В разных регионах планеты рост числа правонарушений и самоубийств также связывают с повышением содержания токсиканта в окружающей среде. • Заменяет кальций в костях – постоянный источник отравления в течение длительного времени • Органические соединения более токсичны
Токсичность - Свинец • Ранние симптомы отравления – повышенная возбудимость, депрессия, раздражительность • Наиболее верный показатель – содержание в крови. • Среднее содержание Pb в крови – 0. 2* 10 -4%, • безопасный уровень - 0. 2 -0, 8* 10 -4%. • Умеренное отравление может быть ликвидировано с помощью ЭДТА, 2, 3 -димеркаптопропанола. Pb связывается в хелат и выводится с мочой • Этот способ не пригоден при хроническом заболевании головного мозга, вызванном свинцовым отравлением • В наибольших количествах накапливается в печени, почках, поджелудочной желез и костях • Выделяется, в основном, через кишечник и почти, но обнаруживается в слюне, молоке, др. экскретах
Токсичность - Свинец • Pb и его соединения – политропные яды, действующие на все органы и системы – Особенно тяжелые изменения возникают в системе крови, нервной, сердечно-сосудистой системах, ЖКТ и печени • Свинец вызывает медленно развивающееся хроническое отравление – сатурнизм (изменение порфиринового обмена с появлением в моче фермента – аминолевулиновой кислоты АЛК и копропорфирина) • Три формы хронического отравления свинцом • Начальная – малосимптоматична (САЛК в моче до 15 мкг/г креатинина • В крови содержание Pb – 50 мкг/100 мл, в моче -100 мкг/л • Легкая – функциональное нарушение ЦНС, начальная полиневропатия, изменения периферической крови • Выраженная – анемия, развитие полиневропатии, поражение ЖКТ, печени, ССС, энцефалопатия • Хронические отравления – атеросклеротические изменения в сосудах, гипертония, изменение ЭКГ
Трофические цепочки - Свинец • Естественные уровни содержания свинца в растениях – 0, 7 -10 мг/кг в растениях, в с/хоз культурах, используемых в пищу, в среднем 1 -5 мг/кг сухой массы • Ежедневное поступление в организам человека с пищей – 0, 1 -0, 5 мг, с водой – 0, 02 мг. • Содержание свинца в продуктах (мг/кг): • Фрукты – 0, 01 -0, 6, овощи -0, 02 -1, 6, мясо и рыба – 0, 010, 8, молоко -0, 01 -0, 1 • Допустимая суточная доза (ДСД) свинца – 0, 007 мг/кг • Однократный прием 155 -454 мг Pb/кг массы тела – быстрый и неизбежный летальный исход • ЛД 50 (полулетальная доза – смерть половины испытуемых) – 10 г
Рекомендуемые действия по снижению содержания в организме свинца • 90 -95% свинца в организме сконцентрировано в костях, т. е. высока опасность хронической интоксикации • Для людей, контактирующих в производстве со Pb, рекомендуется включение в рацион пектиносодержащих продуктов • Пектин является безвредным для организма соединением. • Наличие свободных СООН- и ОН-групп обусловливает способность пектиновых веществ к образованию прочных нерастворимых комплексов с катионами поливалентных металлов и органическими токсинами, попавшими или образовавшимися в организме: фенолами, аминами и др. • Образуя комплексы, пектин способствует их быстрому выведению из организма. Кроме того, попадая в кишечник, пектиновые вещества сдвигают р. Н среды в более кислую область, оказывая тем самым бактерицидное действие на болезнетворные бактерии. • Аккумуляция свинца снижается в присутствии Са, Fe, фосфатов и витамина D
ПДК по свинцу • • • Содержание в земной коре, мг/кг -1, 60 ПДК в почве с учетом фона (кларка) 20 мг/кг ПДК в воде (мг/л) хозяйственно-питьевого и культурно-бытового назначения – 0, 03 объекты рыбо-хозяйственного назначения -0, 01 (концентрации от 2*10 -5% уменьшают количество каротиноида и хлорофилла у водорослей ПДК в продуктах (мг/кг): Жиры и масла – 1 Детское и диетическое питание – 0, 1 Молоко – 0, 05.
Методы определения свинца • Гравиметрические (неорганические и органические весовые формы) • Визуальное осадительное титрование (Pb. Cr. O 4+ HCl)+KI, последующее титрование I 2 тиосульфатом)) • Титрование раствором ЭДТА • Фотометрическое определение • Потенциометрические методы, осадительное титрование (молибдатом или сульфатом натрия, др. ) • Полярография • Хроматография ((газовая, ГЖХ)) • Атомно-адсорбционная спектрометрия • Масс-спектрометрия • Эмиссионная рентгеновская спектрометрия • Радиохимические методы
Токсичность - ртуть • В земной коре концентрируется в сульфидных осадках, в виде киновари Hg. S - в виде сульфидов относительно безвредна • В океан попадает в виде Hg +2, быстро взаимодействует с органическими веществами и с помощью анаэробных микроорганизмов переходит в токсичные вещества метилртуть и диметилртуть • Источники: • природные (выветривание, вулканическая деятельность) • Мировое производство (100 тыс. т), около половины используют в производстве хлора • Сжигание ископаемого топлива • Фунгициды, компосты из бытового мусора и осадки сточных вод • В природных объектах содержание ртути значительно ниже, чем свинца и кадмия
Токсичность - ртуть • Ртуть циркулирует в крови в виде альбумината, вступает в реакцию в тиосодержащими белками, вызывая нарушение обмена веществ и изменение функционального состояния органов и систем • Ртуть – сильно протоплазмолитический яд • При отравлении ртутью поражаются почки, печень и ЖКТ, ртуть проникает в плаценту и накапливается в плоде • Хронические интоксикации – микромеркуриализм – характеризуются функциональными изменениями в ЦНС, нарушением функций внутренних органов
Токсичность - ртуть • Проверка ртутного отравления – по содержанию ртути в крови – идентифицирующие симптомы – при содержании 0, 2 -0, 6*10 -4% (ежедневное поглощение 0, 31 мг ртути быстро дает симптоматическое содержание) • ВОЗ ДСД 0, 3 мг, причем не более 0, 2 мг в виде метилртути • В человеческом организме время полужизни ртути составляет месяцы-годы. Ртуть является ядом кумулятивного действия • ПДК в воздухе – 0, 0003 мг/м 3 • ПДК в воде – 0, 0005 мг/л • Безопасный уровень содержания в крови – 50 -100 мкг/л • Ежедневное получение ртути с пищей и водой – 0, 06 мг • Прием 1 г ртутной соли смертелен
Токсичность - ртуть • Механизм токсичного действия ртути в составе органического соединения - взаимодействие с сульфгидрильными группами белков • Проникая в клетку ртуть включается в структуру нуклеиновых кислот, нарушая при этом обмен аскорбиновой кислоты, Cа, Cu, Zn, Se, обмен белков, токоферолов и др. • Защитным эффектом при воздействии ртути на организм обладают цинк и селен (особенно!) – за счет деметилирования ртути с образованием нетоксичного соединения – селено-ртутного комплекса
Поступление ртути в организм человека • Концентрация ртути в большинстве растений – 0, 01 -0, 2 мг/кг сухого вещества • Растения могут непосредственно поглощать пары ртути. Особенность передвижения ртути в растениях – способность к свободному перемещению в тканях без накопления в отдельных его частях: • Картофель: из листьев – в клубни • Пшеница и горох: из посевного материала, обработанного ртутными препаратами – в первое поколение семян • ПДК в почве (с учетом фона) – 2, 1 мг/кг • ПДК в воде, мг/л: – хозяйственно-питьевого и культурно-бытового назначения – 0, 0005 – объекты рыбо-хозяйственного назначения -0, 0001 • ПДК в продуктах (мг/кг): – Жиры и масла – 0 – Детское и диетическое питание – 0, 005 – Молоко – 0, 005.
Поступление ртути в организм человека • В организм человека ртуть поступает в большей степени с рыбопродуктами, в которых ее содержание может превышать ПДК многократно (!!!) в силу активной аккумуляции Hg из воды и корма: • Хищные пресноводные рыбы -100 -510 мкг/кг • нехищные пресноводные рыбы -80 -200 мкг/кг • нехищные океанские рыбы -300 -600 мкг/кг. • В организме рыб синтезируется метилртуть, которая накапливается в печени • У ряда видов рыб в мышцах содержится белок – металлотионеин, образующих с металлами комплексные соединения, накапливающиеся в организме и передающиеся по пищевым цепям: • Рыба-сабля: содержание Hg – 500 - 20000 мкг/кг
Поступление ртути в организм человека • Содержание ртути в продуктах, мкг/кг: • Продукты животноводства: – Мясо- 6 -20, печень – 20 -35, почки 20 -70 – Молоко 2 -12, масло -2 -55 • Продукты растениеводства: – Овощи 3 -60, фрукты 10 -125, зерновые 10 -100 • • В шляпочных грибах – 6 -450 В перезрелых грибах – до 2000 В грибах может синтезироваться метилртуть При варке рыбы и мяса содержание Hg в них снижается, при варке грибов – нет в связи с тем, что: – В грибах Hg связана с аминогруппами N-содержащих соединений – В мясе и рыбе Hg связана с S-содержащими аминокислотами
Токсичность - кадмий • В воздух кадмий поступает вместе со свинцом при сжигании топлива, с газовыми выбросами предприятий, производящих или использующих кадмий • Загрязнение почвы происходит при оседании кадмий – аэрозолей и при внесении минеральных и органических удобрений • Воздух- почва – растения - травоядные животные – навоз как органическое удобрение • Содержание Cd в удобрениях: • Суперфосфат – 7, 2 мг/кг • Фосфат калия – 4, 7 мг/кг • Селитра – 0, 7 мг/кг
Поступление кадмия в организм человека • Содержание кадмия в продуктах, мкг/кг: • Горох 15 -20, картофель 12 -50, помидоры 10 -30, растительное масло 10 -50, грибы 100 -500, молоко 2 -4. • 80% Cd поступает с пищей, 20% в легкие из атмосферы или при курении (в 1 сигарете 0, 1 -0, 2 мкг Cd) • Суточное поступление – 150 мкг/кг и более • Острые отравления – при концентрации Cd – более 14 мг/л • ДСД – 1 мкг/кг массы тела • Смертельная доза – 150 мкг/кг массы тела • ВОЗ: допустимая недельная доза – 0, 3 -0, 4 мг
Токсичность - кадмий • Кадмий концентрируется в протеиновой части растений, может накапливаться в больших количествах в генеративных органах растений • Токсичность кадмия для растений: • • – в нарушении активности ферментов – Кадмий –антагонист цинка и может замещать его в биохимических процессах Токсичность кадмия для человека: Главная мишень – почки Продолжительное поступление Cd в организм вызывает тяжелые заболевания почек и костей с необратимыми последствиями После прекращения воздействия Cd изменения остаются необратимыми
ПДК КАДМИЯ • Обычные концентрации Cd в растениях 0, 2 -0, 8 мг/кг сухой массы • ПДК в кормах – 3 мг/кг • Содержание в земной коре – 0, 15 мг/кг • ПДК в почве с учетом фона – • ПДК в воде, мг/л: – хозяйственно-питьевого и культурно-бытового назначения – 0, 001 – объекты рыбо-хозяйственного назначения -0, 005 • ПДК в продуктах (мг/кг): – Жиры и масла – 0, 05 – Детское и диетическое питание – 0, 01 – Молоко – 0, 01.
Токсичность мышьяка • Механизм действия мышьяка – блокирование сульфгидрильных групп ферментов, с которыми образует стойкие токсические соединения • Мышьяк – накапливающийся яд, его соединения могут быть выявлены во всех экскретах в волосах и костях • Нормальный уровень содержания мышьяка в продуктах питания – 1 мг/кг • Повышенное содержание мышьяка – в рыбе, в ракообразных • As входит в состав мышьяковистых минеральных вод (используют при заболеваниях ЖКТ), • В состав мумие
ПДК мышьяка • ДСД As- 0, 05 мг/кг массы тела. • В зависимости от дозы вызывает острое и хроническое отравление • Смертельная разовая доза As – 30 мг • Смертельная разовая доза оксида As – 20 -300 мг • Смертельная разовая доза метаарсенита кальция – 150 -300 мг • ПДК в почве с учетом фона – 2 мг/кг • ПДК в воде, мг/л: – хозяйственно-питьевого и культурно-бытового назначения – 0, 05 – объекты рыбо-хозяйственного назначения -0, 05 • ПДК в продуктах (мг/кг): – Жиры и масла – – Детское и диетическое питание – – Молоко –.
Марганец Медь • Марганец депонируется в костях, головном мозге в виде малорастворимых фосфатов • Mn разрушает ЦНС, способен поражать нервную систему избирательно • Медь накапливается в мозговой ткани, коже, печени, поджелудочной железе, миокарде • Содержание Cu в земной коре – 70 мг/кг • ВОЗ ДСП Cu– 0, 5 мг/кг • ПДК Cu в почве с учетом фона – 55 мг/кг • ПДК Cu в воде, мг/л: – хозяйственно-питьевого и культурно-бытового назначения – 1, 0 – объекты рыбо-хозяйственного назначения -0, 001 • ПДК Cu в продуктах (мг/кг): – Жиры и масла – 0, 1 -0, 5 – Детское и диетическое питание – 2 – Молоко –.
Селен • Se- один из наиболее токсичных элементов (канцероген), отравляющее действие сильнее, чем у мышьяка • Организму нужен органический селен: • Обладает антиканцерогенным действием • Радиопротектор пролонгированного действия • Нормализует развитие сперматозоидов - влияет на репродукцию • Оказывает защитное действие в отношении As, Cd, Cu • Снижает токсичность Pb (в присутствии витамина Е) • Накопитель селена – бледная поганка, красный мухомор • Механизм действия – разрушает стенки мембран эритроцитов • ПДК в воде хозяйственно-питьевого и культурно-бытового назначения – 0, 001 мг/л
Хром • Неорганические соединения хрома минимально проходят сквозь кишечный барьер, и проникают в клетки • Cr(III) фактически нетоксичен и немутагене • Хроматы в больших дозах токсичны, повреждают почки. Соединения Cr(VI) канцерогенны для человека • Хром необходим для оптимального использования глюкозы и регулирования сахара в крови, повышает активность инсулина • ПДК Cr в почве с учетом фона – 6 мг/кг • ПДК Cr в воде, мг/л: – хозяйственно-питьевого и культурно-бытового назначения – – Cr+3 - 0, 5; Cr +6 - 0, 05
Ряды токсичности металлов • • Животные (LC 50) Hg Ag Cu Zn Ni Pb Cd As Cr Sn Fe Mn Al Be Li _max___----------------→_____min Насекомые: Cd Hg Cu Zn Cr Pb Ni Ракообразные: Hg Cd Cu Zn Pb Co Ni Рыбы: Cd Hg Cu Zn Pb Ni Cr Фитопланктон: Hg Cu Cd Zn Pb
Скачать презентацию Роль тяжелых металлов в биосфере Тяжелые металлы
9- 10 Тяжелые металлы.ppt