Количество просмотров публикации Химические факторы - 967
Технический прогресс, сопровождающийся значительным ростом химизации всех отраслей человеческой деятельности, привел к возрастанию роли химического фактора и в военном деле. Соответственно этому увеличилось число военных специалистов, которые при выполнении служебных обязанностей сталкиваются с теми или иными абиотическими веществами. Наиболее часто они подвергаются воздействию ядовитых технических жидкостей и соединений, загрязняющих воздушную среду рабочих мест.
Ядовитые технические жидкости. Эксплуатация и обслуживание современной военной техники и вооружения обусловливают применение широкого ассортимента технических жидкостей и масел с присадками - веществами, добавляемыми в определенных количествах для улучшения их эксплуатационных свойств. Многие из них являются ядовитыми и даже агрессивными, в связи с этим они получили общее название ядовитых технических жидкостей (ЯТЖ). Из них военнослужащие чаще всего контактируют с горюче-смазочными материалами, антидетонаторами и антифризами.
Горюче-смазочные материалы состоят из веществ, которые могут оказывать на человека отравляющее действие. По температуре кипения и составу, главным образом, при перегонке нефти, различают легкое, с небольшой молекулярной массой, и тяжелое, с относительно большой молекулярной массой, топливо. Легкое топливо (бензин, лигроин) используется для карбюраторных двигателей, тяжелое (керосин, соляровое масло, газойль или их смесь - дизельное топливо) - для дизельных двигателей. По составу горюче-смазочные материалы (ГСМ) могут состоять только из углеводородов жирного ряда или содержать определенную часть ароматических углеводородов.
При попадании на кожу и слизистые оболочки ГСМ могут оказывать местное, а при вдыхании паров этих веществ или их попадании в желудочно-кишечный тракт - общее действие на организм человека.
Легкое топливо, особенно бензины с большим содержанием ароматических углеводородов, при местном действии вызывает изменения в поверхностных слоях кожи - обезжиривание, раздражение, образование трещин, воспалительные заболевания. При местном действии тяжелого топлива и смазочных масел патологические изменения появляются в более глубоких слоях кожи: возникают воспалительные заболевания волосяных мешочков и сальных желез (фолликулиты, фурункулы), образуются угри, иногда развивается гиперкератоз.
Попадание горючего внутрь чаще всего происходит при грубом нарушении техники безопасности - при засасывании его через шланг ртом для получения сифонного эффекта. Это вызывает гастроэнтерит, к которому присоединяется поражение ЦНС, а в тяжелых случаях могут развиваться параличи. Ингаляционным путем ГСМ попадают в организм в виде паров. Накоплению паров в воздухе рабочей зоны способствуют высокая температура, большая площадь испарения и недостаточный воздухообмен в помещениях.
Тяжесть отравления парами горючих зависит в основном от их химического состава, содержания в воздухе и длительности действия на человека. Наиболее токсичны горючие, содержащие много ароматических углеводородов. Тяжесть поражения зависит также от общего состояния организма, индивидуальной чувствительности, величины физической нагрузки, температуры воздуха и других факторов.
Токсичность паров ГСМ относительно невелика, однако долгое их воздействие может вызвать хроническое отравление людей, ĸᴏᴛᴏᴩᴏᴇ характеризуется приступами головной боли, сонливостью, кожным зудом, потерей аппетита͵ снижением работоспособности и другими неспецифическими симптомами.
ПДК паров бензина, керосина, лигроина и минерального масла в воздухе рабочей зоны - 300 мг/м3.
Мероприятия по предупреждению вредного действия ГСМ на организм человека включают: соблюдение гигиенических нормативов при строительстве парков, мастерских, гаражей и складов горючего; содержание и хранение ГСМ в плотно закрытой таре; механизированную заправку техники закрытым способом; оборудование помещений для работ с повышенным содержанием паров ГСМ искусственной вентиляцией достаточной мощности; обеспечение личного состава спецодеждой и ее своевременную смену, соблюдение правил личной гигиены.
Антидетонаторыдобавляют к моторному топливу для снижения его способности к взрыву всей массы смеси одновременно (детонации), нарушающему нормальную работу двигателя внутреннего сгорания, снижающему КПД и ускоряющему износ последнего.
В качестве антидетонатора наиболее широко используется тетраэтилсвинец (ТЭС), точнее, этиловая жидкость, содержащая 50-60% ТЭС и добавляемая к бензину в количестве 1,5-4 мг/л.
Этилированный бензин менее ядовит, чем ТЭС или этиловая жидкость, однако при нарушении санитарных правил может вызвать как острое, так и хроническое отравление.
Острые отравления возможны при поступлении ТЭС или этиловой жидкости внутрь (при засасывании ртом), через дыхательные пути и неповрежденную кожу (при использовании для мытья рук и стирки обмундирования, а также в качестве растворителя при ремонте и обслуживании техники).
Тяжелые последствия бывают при употреблении в пищу продуктов, загрязненных при перевозке этиловой жидкостью и при ошибочном приеме ее внутрь. ТЭС обладает кумулятивными свойствами. В момент контакта с ТЭС симптомы раздражения не наблюдаются. Клиническая картина острого отравления ТЭС развивается после скрытого периода - от нескольких часов до 3-5 дней. В легких случаях острого отравления появляется головная боль, головокружение, тошнота͵ рвота͵ общая слабость, металлический вкус во рту, беспокойный сон с кошмарными сновидениями, снижение работоспособности. Характерна триада симптомов: брадикардия, понижение артериального давления, снижение температуры тела. В тяжелых случаях отравление сопровождается сильнейшим психомоторным возбуждением, спутанностью сознания, бредом преследования, зрительными и слуховыми галлюцинациями, расстройством психики маниакально-делириозного характера. К этим нарушениям присоединяются поражения почек, печени и паралич двигательных нервов. На высоте нервного возбуждения температура тела повышается до 39-400С. Вслед за перевозбуждением наступает угнетение функций ЦНС, нарушение дыхания, ослабление сердечной деятельности и падение сосудистого тонуса.
При хронических отравлениях психоз не развивается. Возникает выраженная астенизация, нарушается сон, в ряде случаев наблюдается описанная выше триада симптомов. Этому сопутствуют нарушения функции вегетативной нервной системы - гипергидроз, гиперсаливация, акроцианоз, тремор пальцев рук. Содержание в моче свинца более 0,07 мг/л является дополнительным подтверждением интоксикации ТЭС.
В профилактике отравлений ТЭС ведущая роль принадлежит организационным мероприятиям. Личный состав должен строго соблюдать требования инструкции по обращению с ЯТЖ. Приготовление этилированного бензина производится только на специально оборудованных этилсмесительных станциях, обеспеченных достаточной вентиляцией, а в полевых условиях - под навесом, в стороне от жилых и рабочих помещений. Личный состав допускается к работе после предварительного инструктажа, обеспечивается, помимо обмундирования и комбинезонов, резиновыми костюмами, сапогами, перчатками и фильтрующими противогазами. Этиловая жидкость и этилированный бензин должны храниться и транспортироваться в плотно закрытой таре, имеющей четкие предостерегающие надписи. ПДК ТЭС в воздухе рабочей зоны - 0,005 мг/м3.
Антифризыпредставляют из себяводные растворы некоторых веществ (гликолей, глицерина и др.), не замерзающие при низких температурах и применяемые в системах охлаждения двигателей при температуре ниже 00С. Чаще всего применяются антифризы, содержащие этиленгликоль, исходя из марки в количестве 30-60% общего объёма. Этиленгликоль является основным токсическим агентом антифризов на гликолевой основе. Отравления возможны только при попадании этих ЯТЖ внутрь организма. Ингаляционные отравления маловероятны, так как летучесть этиленгликоля при обычной температуре недостаточна для создания в воздухе токсических концентраций. Ошибочное употребление внутрь ЯТЖ на гликолевой базе по причине похожести запаха и вкуса с этиловым спиртом - наиболее частая причина острых отравлений со смертельным исходом.
Токсичность антифризов обусловлена наличием денатурированного спирта и гликолей. Οʜᴎ оказывают наркотическое и паралитическое действие, поражая, главным образом, ЦНС, печень и почки.
При приеме 100 мл антифриза возникает отравление средней тяжести, проявляющееся сначала возбуждением, а затем вялостью, сонливостью, рвотой и ослаблением сознания. В последующем, с 4-5-го дня, явления или постепенно затухают и наступает выздоровление, или же повышается температура, появляются симптомы нефрита и пиелонефрита с развитием анурии и уремической комы. В моче обнаруживают атипичные кристаллы щавелевокислого кальция (оксалаты).
Доза в 150-200 мл антифриза вызывает тяжелое отравление, характеризующееся быстрым наступлением бессознательного состояния с резко выраженными симптомами поражения ЦНС. Летальность достигает 50%, исход чаще наступает в первые двое суток. Прием 400 мл антифриза и более вызывает смертельное отравление, при котором фаза возбуждения может отсутствовать, быстро наступает бессознательное состояние, кома и смерть.
Основная мера предупреждения отравлений антифризами - разъяснительная работа среди личного состава о ядовитости этиленгликоля, опасности случайного проглатывания его или использования в качестве суррогата алкоголя, и тщательный инструктаж лиц, работающих с антифризами, о правилах обращения с ними, порядке хранения и заправки ими транспортных средств. Для исключения возможности использования антифриза не по прямому назначению тара, в которой он транспортируется или хранится, снабжается предостерегающими надписями "яд", "пить нельзя" и т.п., а сам антифриз подкрашивается, либо к нему добавляются вещества, придающие крайне неприятный вкус и запах.
Вещества, загрязняющие воздушную среду. Химический состав воздушной среда является одной из базовых характеристик условий труда военнослужащих, особенно в герметизированных образцах вооружения и военной техники. Его формирование зависит от изменений естественного состава воздуха и от поступления в атмосферу разнообразных вредных примесей, выделяющихся при эксплуатации оружия, механизмов, систем, устройств и материалов.
На естественный химический состав воздушной среды и динамику концентраций токсических примесей влияют конструктивные особенности объекта и его технических средств: объём помещений и их взаимное расположение, тип энергетической установки, вид и количество штатного вооружения и способы его применения, насыщенность приборами, механизмами, синтетическими материалами, температура воздуха, влажность, барометрическое давление, эффективность работы средств жизнеобеспечения. Существенное значение имеет также численность и условия боевой деятельности личного состава.
К веществам, наиболее часто загрязняющим воздух обитаемых отделений ОВВТ, относятся пороховые, отработавшие и аккумуляторные газы, выделения из строительных и отделочных материалов, аэрозоли, антропотоксины и др.
Пороховые газыпредставляют из себясмесь газообразных, парообразных и твердых веществ, образующихся в момент выстрела в канале ствола огнестрельного оружия. Их состав зависит от состава порохов и условий разложения заряда при выстреле (температуры, давления, при котором сгорает порох, и др.). Концентрации пороховых газов зависят от калибра и количества оружия, мощности зарядов, скорострельности, производительности средств вентиляции, объёма обитаемого отделения и т.д.
Наблюдаемая в настоящее время в большинстве армий тенденция к увеличению калибров артиллерийских систем и их скорострельности создает реальную опасность возникновения смертельных концентраций пороховых газов в воздухе герметизированных боевых машин и закрытых артиллерийских систем
Основными компонентами пороховых газов, оказывающими токсическое действие, являются оксид углерода, оксиды азота͵ диоксид углерода. При обычном выстреле пороховые газы почти не содержат оксидов азота и имеют минимальное для данного пороха количество оксида углерода. В случае же сгорания пороха при небольшом (ниже 50 атмосфер) давлении образуется больше оксида углерода и значительное количество оксидов азота. Это имеет место при догорании остатков заряда в гильзах, стрельбе учебными ("холостыми") зарядами и малых плотностях заряжения (неполных зарядах). Отравление пороховыми газами возможно при достижении их высокой концентрации в слабовентилируемых сооружениях (помещениях) во время стрельбы.
Клиническую картину отравления пороховыми газами в основном обуславливает оксид углерода. В случае преобладания в пороховых газах оксидов азота развиваются нарушения функций органов дыхания - от симптомов раздражения слизистых оболочек до отека легких.
Профилактика отравлений пороховыми газами предусматривает применение специальных технических средств, обеспечивающих быстрое удаление газов из рабочей зоны или уменьшение их концентрации (использование эжекционных устройств для удаления пороховых газов из канала ствола, устройств для выбрасывания гильз после выстрела из обитаемых отделений, применение сгорающих гильз и т.п.).
ПДК пороховых газов устанавливается по оксиду углерода дифференцированно, исходя из экспозиции и условий их действия на людей. Впервые ПДК пороховых газов для объектов бронетанковой техники разработаны профессором кафедры общей и военной гигиены Военно-медицинской академии Н.Ф.Кошелевым в 1951 г: 0,25 мг/л - на срок не более 25 мин, 0,5 мг/л - не более 10 мин, 0,6-0,7 мг/л - не более 5-6 мин, 1,5 мг/л (максимальная концентрация) - не более 5-6 с. Действующими в настоящее время официальными документами предусмотрены нормативы, принципиально не отличающиеся от приведенных выше.
Отработавшие газы (прежнее название - выхлопные газы) представляют из себясложную смесь газообразных, парообразных веществ и аэродисперсий, образующихся при сжигании топлива в двигателях внутреннего сгорания.
Причинами поступления отработавших газов в обитаемые отделения ОВВТ являются неплотности моторных перегородок, нерациональное положение воздухозаборных отверстий фильтровентиляционных установок (ФВУ) при движении машин в составе колонн или по направлению ветра, "обратная" заводка дизелей, неисправности отопителей и др.
Состав отработавших газов колеблется в значительной степени и зависит от типа двигателя, режима его работы и нагрузки, технического состояния, вида и качества топлива, квалификации и опытности водителя и других факторов. В выбросах карбюраторных двигателей основными вредными продуктами являются оксид углерода, углеводороды и оксиды азота. При добавлении к горючему антидетонатора ТЭС в отработавших газах обнаруживаются неорганические соединения свинца. Некоторые компоненты отработавших газов являются активными аллергенами. В отработавших газах дизелей главными вредными компонентами являются сажа и оксиды азота. Максимальное количество оксида углерода образуется при режимах "холостого" хода и полной нагрузки, углеводородов - при режиме "холостого" хода, а оксидов азота и альдегидов - при активных нагрузочных режимах.
Токсичность отработавших газов карбюраторных двигателей выше токсичности отработавших газов дизелей, однако, последние оказывают сильно выраженное раздражающее действие на слизистые оболочки дыхательных путей и глаз, связанное с наличием в их составе значительного количества сернистого ангидрида, альдегидов и дымовых частиц. Клиническая картина отравления отработавшими газами зависит от их концентрации, времени действия и химического состава. При длительном вдыхании воздуха, содержащего небольшое количество отработавших газов карбюраторных двигателей (при работе в мастерских, на марше в колонне движущихся автомашин на сближенных дистанциях и т.п.) симптомы отравления аналогичны таковым при действии оксида углерода - шум в ушах, общая слабость, головная боль, головокружение, тошнота͵ иногда рвота. Отработавшие газы дизельного двигателя при его работе в закрытом помещении уже через несколько минут вызывают резкое раздражение слизистых - царапающее, вплоть до болевых ощущений в носоглотке, гортани и за грудиной, раздражение слизистых глаз с обильным слезотечением, делающее невозможным долгое пребывание в этих условиях. При выходе на чистый воздух все эти явления довольно быстро исчезают.
Снижения загрязнения воздуха рабочей зоны отработавшими газами можно достигнуть путем совершенствования двигателей, качества топлива и присадок, создания нейтрализаторов, фильтров, своевременного ремонта двигателей, регулировки карбюратора, заделки фланцевых соединений и щелей для предотвращения попадания отработавших газов в кабины автомашин, обеспечения боксов и других помещений для техники достаточной приточно-вытяжной вентиляцией и т.п.
ПДК отработавших газов устанавливается по оксиду углерода. Поскольку действие отработавших газов, как правило, бывает длительным, величины ПДК приняты такими же, как и для промышленных предприятий: 20 мг/м3 - при действии в течение рабочего дня, 50 мг/м3 - в течение часа, 100 мг/м3 - в течение 30 мин, 200 мг/м3 - в течение 15 мин. Повторные работы при этих концентрациях допускаются с перерывами продолжительностью не менее двух часов.
Аккумуляторные газы.Действию аккумуляторных газов подвергается личный состав, занятый зарядкой и эксплуатацией аккумуляторов.
При работе с принятыми на снабжение свинцовыми (кислотными) аккумуляторами основными компонентами газов являются кислород, водород, аэрозоль серной кислоты, сернистый ангидрид и сурьмянистый водород. Мельчайшие капельки серной кислоты захватываются выделяющимися при электролизе пузырьками водорода, а сурьмянистый водород появляется вследствие восстановления сурьмы, добавляемой в свинцовые пластины для улучшения их эксплуатационных свойств.
В аккумуляторных газах 33-47% составляет кислород, 52-67% - водород, однако они токсического действия не оказывают. При длительном хранении аккумуляторных батарей в замкнутых невентилируемых объёмах содержание водорода в воздухе может повышаться до взрывоопасных величин (4%).
Аэрозоль серной кислоты в концентрациях 3,5-5,0 мг/м3 оказывает выраженное раздражающее и прижигающее действие. При ингаляционном воздействии он вызывает першение в горле, насморк, чиханье, кашель, жжение в глазах, слезоточивость, а в дальнейшем - воспалительные заболевания верхних дыхательных путей и глаз, реже - заболевания желудочно-кишечного тракта͵ печени и поджелудочной железы. ПДК серной кислоты и серного ангидрида в воздухе рабочих помещений составляет 1 мг/м3, сернистого ангидрида - 10 мг/м3.
Клиническая картина острого отравления сурьмянистым водородом развивается после скрытого периода продолжительностью от 0,5 до 24 ч. Чем тяжелее отравление, тем короче скрытый период, а иногда он может вовсе отсутствовать. Отравление проявляется недомоганием, тошнотой, слюнотечением, болями в мышцах, в крови отмечается эозинофилия. ПДК сурьмянистого водорода в воздухе рабочей зоны 0,3 мг/м3.
Мероприятия по предупреждению поражений аккумуляторными газами включают соблюдение гигиенических нормативов при строительстве и оборудовании аккумуляторных вентиляцией, в т.ч. местной, достаточной мощности, обеспечение личного состава специальной одеждой, соблюдение правил техники безопасности и личной гигиены
Синтетические строительные и отделочные материалы. Количество синтетических материалов в ОВВТ в последние годы увеличивается чрезвычайно быстро. Малый удельный вес, прочность, гидро-, вибро-, термо- и антикоррозионная стойкость позволяют применять пластмассы и другие виды изделий из синтетики в качестве конструкционных, тепло-, звуко- и электроизоляционных, декоративно-отделочных и .других материалов. При этом большое значение приобретают синтетические лаки, краски и клеящие вещества. Основой большинства материалов являются многочисленные высокомолекулярные соединения: полиуретаны, полиамиды, полиакрилаты; эпоксидные, фенолформальдегидные и полиэфирные смолы и т.п.
Опасность этих материалов обусловливается тем, что выделение летучих химических веществ из синтетики начинается уже сразу после их изготовления и продолжается постоянно, увеличиваясь при воздействии высокой температуры, механических факторов и ионизирующей радиации.
Газообразные продукты горения (термической деструкции) полимерных материалов при такой аварийной ситуации как пожар чрезвычайно опасны вследствие образования высокотоксичных веществ: синильной кислоты, фосгена, оксида углерода, фтористого водорода, альдегидов и др.
Некоторые газообразные вещества, выделяющиеся из синтетических материалов, обладают сенсибилизирующим действием. Отмеченный факт следует принимать во внимание при анализе профессиональной заболеваемости военных специалистов.
Аэрозоли. До недавнего времени в военной гигиене аэрозолям уделялось недостаточное внимание. При этом такие примеси, как пыль и дым, постоянно загрязняют воздух подвижных и стационарных военных объектов. Наибольшее значение имеет свинцовая пыль в виде соединений свинца. Свинцовый сурик может попадать в организм через дыхательные пути и перорально. Свинец и его соединения поражают нервную систему, сосуды и кроветворную систему, блокируют сульфгидрильные группы. В результате интоксикации развивается астено-вегетативный синдром (нарушение сна, общая слабость, головокружение, снижение памяти, брадикардия, тремор и др.), гипертония и свинцовая колика. Свинец является высокотоксичным веществом, его ПДК для рабочей зоны производственных помещений составляет 0,01 мг/м3.
Дым, образующийся в процессе сгорания различных топлив, натуральных и синтетических материалов, способен сорбировать на частичках сажи различные активные токсические химические соединения. В частности, дым в составе отработавших газов содержит канцерогенные вещества типа 3-4-бензапирена, а дым сгорающих порохов или ракетных топлив – хлористый и фтористый водород и комплекс недоокисленных продуктов.
Антропотоксины -летучие продукты жизнедеятельности человека. Οʜᴎ накапливаются в значимых количествах при длительном пребывании человека в герметичных или недостаточно вентилируемых помещениях. По своему происхождению они делятся на эндогенные и вторичные продукты жизнедеятельности.
Эндогенные продукты образуются в организме и выделяются с выдыхаемым воздухом за счёт кожного дыхания, с экскретом потовых и сальных желез, кишечными газами и в виде летучей фазы фекалий и мочи.
Вторичные продукты образуются вне организма в результате разложения мочи, фекалий и кожных выделений. Источниками загрязнения в данном случае являются загрязненное белье, фановые и сточные системы, загрязненные поверхности.
Антропотоксины содержат более 400 химических соединений и их выделение увеличивается в экстремальных условиях. Выдыхаемый воздух содержит азот, кислород, диоксид углерода, инертные газы; продукты метаболизма, выводимые через легкие; вещества, образующиеся в полости рта; углеводороды, кетоны, аммиак, ацетальдегид, жирные кислоты, этанол и .другие вещества. Из мочи выделяются аммиак, амины, ацетон, фенолы, спирты, органические кислоты, ацетальдегид, изопрен и другие соединения. Из фекалий - сероводород, меркаптаны, аммиак, амины, индол, скатол, фенол, органические кислоты, оксид углерода. В состав кишечных газов входят: диоксид углерода, азот, водород, метан, сероводород, меркаптаны, ацетальдегид и др. Размещено на реф.рфОбразующийся и выделяемый организмом метан может создавать при длительной герметизации значительные концентрации. Из летучих веществ в составе пота обнаружены ацетон, уксусная кислота͵ аммиак, пропионовая и масляная кислоты, спирты, муравьиная кислота и другие вещества, которые и определяют специфический запах пота.
referatwork.ru
Вредные химические вещества окружающей среды, как и любые другие, можно разделить на две группы: естественные (природные) и антропогенные (попадающие в окружающую среду в связи с деятельностью человека).
Для организма человека разнообразие химических веществ имеет неравноценное значение. Одни из них индифферентны, то есть безразличны для организма, другие оказывают на организм вредное действие, третьи обладают выраженной биологической активностью, являясь либо строительным материалом живого вещества, либо обязательной составной частью химических регуляторов физиологических функций: ферментов, пигментов, витаминов. Последние получили название биологически активных элементов (или биогенных элементов). Все биогенные … элементы в зависимости от их процентного содержания в организме человека разделены на две группы:
— макроэлементы — О, С, Н, N, Cl, S, Р, Са, Na, Mg, содержание которых в организме человека составляет 10-3 % и более;
— микроэлементы — I, Си, Со, Zn, Pt, Mo, Mn и др., содержание которых в организме достигает 10-3-10-12%;
— следовые элементы, обнаруживаемые в организме человека в количествах, не превышающих 10~12%.
Качественное и количественное содержание химических элементов определяется природой организма, при этом внутренняя и внешняя среда представляет собой единую, целостную систему, находящуюся в динамическом равновесии с окружающей средой.
Необходимо отметить, однако, что физиологические возможности процессов уравновешивания внутренней среды организма с постоянно меняющейся внешней средой ограниченны. Расстройство равновесия, выражающееся в нарушении процессов жизнедеятельности или в развитии болезни, может наступать при воздействии чрезвычайного по величине или необычного по характеру фактора внешней среды. Такого рода ситуации могут иметь место на определенных территориях вследствие естественного неравномерного распределения химических элементов в биосфере: атмосфере, гидросфере, литосфере.
На этих территориях избыток или недостаток определенных химических элементов наблюдается в местной фауне и флоре. Такие территории были названы биогеохимическими провинциями, а наблюдаемые специфические заболевания населения получили название геохимических заболеваний. Гак, например, если того или иного химического элемента, скажем йода, оказывается недостаточно в почве, то понижение его содержания обнаруживается в растениях, произрастающих на этих почвах, а также в организмах животных, питающихся этими растениями. В результате пищевые продукты как растительного, так и животного происхождения оказываются обеднены йодом. Химический состав грунтовых и подземных вод отражает химический состав почвы. При недостатке йода в почве его недостаточно оказывается и в питьевой воде. Йод отличается высокой летучестью. В случае пониженного содержания в почве, в атмосферном воздухе его концентрация также понижена. Таким образом, в биогеохимической провинции, обедненной йодом, организм человека постоянно недополучает йод с пищей, водой и воздухом. Следствием является распространение среди населения геохимического заболевания — эндемического зоба.
В биогеохимической провинции, обедненной фтором, при содержании фтора в воде источников водоснабжения 0,4 мг/л и менее, имеет место повышенная заболеваемость кариесом зубов.
Существуют и другие биогеохимические провинции, обедненные медью, кальцием, марганцем, кобальтом; обогащенные свинцом, ураном, молибденом, марганцем, медью и другими элементами.
Неоднородная на различных территориях природная геохимическая обстановка, определяющая поступление в организм человека химических веществ с пищей, вдыхаемым воздухом, водой и через кожу, может изменяться также в значительной степени в результате деятельности человека. Появляется такое понятие, как антропогенные химический факторы среды обитания. Они могут появляться как в результате целенаправленной деятельности человека, так и в результате роста народонаселения, концентрации его в крупных городах, химизации всех отраслей промышленности, сельского хозяйства, транспорта и быта.
Безграничные возможности химии обусловили получение, взамен естественных, синтетических и искусственных материалов, продуктов и изделий. В связи с этим постоянно возрастает уровень загрязнения внешней среды:
— атмосферы — вследствие поступления промышленных выбросов, выхлопных газов, продуктов сжигания топлива;
— воздуха рабочей зоны — при недостаточной герметизации, механизации и автоматизации производственных процессов;
— воздуха жилых помещений — вследствие деструкции полимеров, лаков, красок, мастик и др.;
— питьевой воды — в результате сброса сточных вод;
— продуктов питания — при нерациональном использовании пестицидов, в результате использования новых видов упаковок и тары, при неправильном применении новых видов синтетических кормов;
— одежды — при изготовлении ее из синтетических волокон;
— игрушек, бытовых принадлежностей — при изготовлении с использованием синтетических материалов и красок.
Все это предопределяет возникновение неадекватной процессам жизнедеятельности химической обстановки, опасной для здоровья, а иногда и для жизни человека. В этих условиях проблема охраны природы и защита населения от опасного воздействия вредных химических факторов становится все актуальней.
Невозможно не допустить поступления разнообразных химических веществ в окружающую среду и организм человека. Но количественно это поступление должно быть ограничено пределом, при котором вредные вещества становятся индифферентными как для организма человека, так и для биосферы в целом.
Широкое развитие химизации обусловило применение в промышленности и сельском хозяйстве огромного количества химических веществ — в виде сырья, вспомогательных, промежуточных, побочных продуктов и отходов производства. Те химические вещества, которые, проникая в организм даже в небольших количествах, вызывают в нем нарушения нормальной жизнедеятельности, называются вредными веществами. Вредные вещества или промышленные яды в виде паров, газов, пыли встречаются во многих отраслях промышленности. Например, в шахтах присутствуют вредные газы (окислы азота, окись углерода), источником которых являются взрывные работы. В металлургической промышленности, кроме издавна известных газов (окиси углерода и сернистого газа), появляются новые токсические вещества (редкие металлы), применяемые для получения различных сплавов (вольфрам, молибден, хром, бериллий, литий и др.). В металлообрабатывающей промышленности широко распространены процессы травления металлов кислотами, гальваническое покрытие, цианирование, кадрирование, азотирование, покрытие красками и др., при которых возможно выделение в воздух вредных газов и паров органических растворителей. Значительным источником вредных веществ в окружающей среде является химическая промышленность — основная химия, коксохимия, анилино-красочная промышленность, производство синтетических смол, пластмасс, каучука, синтетических волокон. В сельском хозяйстве основным источником вредных веществ является применение ядохимикатов.
По степени потенциальной опасностивоздействия на организм человека вредные вещества подразделяются на 4 класса в соответствии с ГОСТ 12.1.007-76 с изменением № 1 от 01.01.82 г.: 1 — чрезвычайно опасные, 2 — высокоопасные, 3 — умеренноопас-ные, 4 — малоопасные. Критериями при определении класса опасности служат ПДК, средняя смертельная доза, средняя смертельная концентрация и др. Определение проводится по показателю, значение которого соответствует наиболее высокому классу опасности.
Токсическое действие ядовитых веществ многообразно, однако установлен ряд общих закономерностей в отношении путей поступления их в организм, сорбции, распределения и превращения в организме, выделения из организма, характера действия на организм в связи с их химической структурой и физическими свойствами.
refac.ru
Введение 3
1. Основные источники загрязнений атмосферы 6
1.1. Непостоянные примеси природного происхождения 6
1.2. Загрязнения антропогенного происхождения 7
2. Краткая характеристика загрязнителей атмосферы и экологические последствия их действия 10
2.1. Твердые частицы 10
2.2. Кислые компоненты 11
3. Химические превращения вещества в атмосфере 16
4. Очистка выбросов в атмосферу от загрязняющих веществ 17
4.1. Очистка от Н 2S 17
4.2. Очистка от SO2 18
4.3. Очистка от СО 2 20
4.4. Очистка от СО 20
4.5. Очистка от оксидов азота 21
Список используемой литературы 23
Содержание
Выдержка из текста
Кислотные дожди пагубно влияют на растительность, на урожайность сельскохозяйственных культур. Выпадая на землю, кислотные дожди вызывают эрозию почвы и приводят к ее закисанию. Также кислотные дожди влияют на материалы, вызывая сильную коррозию металлов.
3. Химические превращения вещества в атмосфере
Загрязняющие вещества в атмосфере могут вступать в химические реакции и образовывать вторичные загрязнения.
Фотохимические реакции являются причиной появления смога.
NO2 hν NO + O
O + O2 = O3
O3 + NO2 = NO3 + O2
NO3 + NO2 = N2O5
N2O5 + h3O = HNO3
RHC=CHR1 + O3 = RCHO + RO· + HCO-
RCHO hν R· + HCO-
R· + O2 = RO2·
RO2· + O2 = RO· + O3
RO2· + NO = NO2 + RO·
RCO· + O2 = RCO3·
RCO3· + NO2 = RCO3NO2
ПАН (пироксиацетилнитрат)
ПБН (пироксибензоилнитрат)
ПАН и ПБН сильно раздражают слизистую оболочку и приводят к образованию фотохимического смога.
[3]
4. Очистка выбросов в атмосферу от загрязняющих веществ
4.1. Очистка от Н 2S
Этаноламинный метод. Поглотитель — моно-, ди-, три- этаноламин.
Н-О-СН 2-СН 2-Nh3 — моноэтаноламин. Используется
15. водный раствор.
R-Nh3 + h3O = R-Nh4+ + OH-
OH- + h3S = h3O + HS-
HS- + R-Nh4+ = (RNh4)HS
Общая реакция:
Сиборд-процесс. Используется 3% раствор соды.
h3S + Na 2CO3 = NaHCO3 + NaHS
Регенерация:
Отделяют серу и
NaOH + NaHCO3 = Na 2CO3 + h3O
Мышьяково-содовый метод.
Na 4As 2S5O2 + h3S = Na 4As 2S6O + h3O
Na 4As 2S6O + ½ O2 = Na 4As 2S5O2 + S
Железо-содовый метод. Используется суспензия гидроксида железа III в растворе карбоната натрия.
Na 2CO3 + h3S = NaHCO3 + NaHS
3NaHS + 2Fe (OH)3 = 2FeS + S + 3NaOH + 3h3O
4FeS + 3O2 + 6h3O = 4Fe (OH)3 + 4S
Фосфатный метод.
h3S + K3PO4 = K2HPO4 + KHS
Реакция на «болотной руде».
Fe 2O3 + h3S = FeS + h3O + S
Регенерация сжиганием:
Содержание SO2 зависит от расхода О 2.
Реакция на активированном угле.
h3S + O2 = S + h3O ∆H = -220 кДж.
Метод Клауса.
I. Термическая стадия
h3S + O2 = SO2 + S + h3O
Пламенное окисление h3S со стехиометрическим количеством О 2. t=900−13000C.
II. Каталитическая стадия.
h3S + SO2 = h3O + S
t=220−2500C, kat — боксит или активированный Al 2O3
4.2. Очистка от SO2
Аммиачный метод.
(Nh5)2SO3 + SO2 + h3O = 2Nh5HSO3
Nh5HSO3 + h3SO4 = (Nh5)2SO4 + h3O + SO2
SO2 и (Nh5)2SO4 являются товарными продуктами.
Известковый метод.
CaO + SO2 = CaSO3
Содовый метод.
SO2 + Na 2CO3 = NaHCO3 + NaHSO3
SO2 + NaHCO3 = CO2 + h3O + Na 2SO3
Магнезитовый метод.
SO2 + MgO + 6h3O = MgSO3*6h3O
Кристаллогидраты отделяют от воды, центрифугируют и обжигают
MgSO3 t. MgO + SO2
Цинковый метод.
ZnO + SO2 + 2,5h3O = ZnSO3*2,5h3O
Кристаллогидраты отделяют центрифугированием или фильтрацией и разлагают при t~300−3500C.
ZnSO3 = SO2 + ZnO
Марганцовый метод.
MnO2 + SO2 = MnSO4
Твердый аэрозоль MnSO4 и избыток не прореагировавшего MnO2 выделяют в циклонах и электрофильтрах. Изловленные твердые вещества подвергают превращению:
Диоксид возвращается в реакцию, сульфат — товарный продукт, используется для получения гипса:
Пиролюзитный метод.
Окисление в жидкой фазе кислородом, катализатор — пиролюзит — минерал на основе MnO.
MnO + O2 = Mn 2O3
Mn 2O3 + SO2 = MnO + SO3
SO3 + h3O = h3SO4
4.3. Очистка от СО 2
Этаноламинный метод. Поглотитель — моно-, ди-, три- этаноламин.
Н-О-СН 2-СН 2-Nh3 — моноэтаноламин. Используется
15. водный раствор.
R-Nh3 + h3O = R-Nh4+ + OH-
OH- + СO2 = h3O + HCO3-
HCO3- + R-Nh4+ = (RNh4)HCO3
Общая реакция:
Карбонатный метод.
K2CO3 + CO2 + h3O = KHCO3
K2CO3 активируют Na 2CO3 и активирующими добавками (оксиды поливалентных металлов).
Для увеличения растворимости карбоната в воде и увеличения скорости реакции используют горячие растворы (110−1200С) и 25% раствор карбоната.
Реакция метанирования.
CO2 + h3 = h3O + Ch5
Р~32 МПа, в зависимости от катализатора, процесс проводят при разных температурах: на железном катализаторе — 3500С, на никель-хромовом — 2000С.
4.4. Очистка от СО
Реакция метанирования.
CO + h3 = h3O + Ch5
Р~32 МПа, в зависимости от катализатора, процесс проводят при разных температурах: на железном катализаторе — 3500С, на никель-хромовом — 2000С.
Реакция с водяным паром.
CO + h3O = CO2 + h3 +
3. кДж
Катализатор — Fe 2O3 c добавками Cr 2O7. Катализатор устойчив до 6000С.
Реакция с медно-амиачным раствором.
Условия реакции: Cu (I), P=32 МПа, t=00C, pH>7.
[Cu (Nh4)2]+ + CO + Nh4 = [Cu (Nh4)3CO]+
2Nh5OH + CO2 = (Nh5)2CO3 + h3O
Nh5OH + CO2 = Nh5HCO3
4.5. Очистка от оксидов азота
Жидкофазное окисление.
NO + O3 + h3O = HNO3
Для получения концентрированной азотной кислоты используют рециркуляцию.
Термическое разложение.
NxOy = N2 + O2
t~6−10тыс. 0С.
Каталитическое восстановление.
Катализаторы — металлы платиновой группы, могут содержать Ni, Cr, Va, носитель — Al 2O3, SiO2.
NxOy + h3 = N2 + h3O
NO + Ch5 = N2 + CO2 + h3O
NO + CO = N2 + CO2
Для h3 t=1500C, Ch5 — 3400С, СО — чуть выше 3400С.
Селективное восстановление с помощью Nh4.
6NO + 4Nh4 = 5N2 + 6h3O
Катализатор — Va 2O5 на различных носителях. Высокая активность у TiO2.
[4]
Заключение
Химические вещества неизменно присутствуют в нашей жизни. В окружающую среду они поступают как их природных, так и из антропогенных источников.
На окружающую среду и здоровье человека они действуют по-разному. Одни не наносят практически никакого вреда, а другие могут привести к серьезным отравлениям, вплоть до летального исхода.
В окружающей среде химические вещества способны вступать в реакции друг с другом. При этом их действие на организм человека и окружающую среду может быть усиленно в несколько раз.
В целях уменьшения поступления загрязняющих химических веществ в окружающую среду из антропогенных источников применяют очистку промышленных выбросов в окружающую среду. Такая очистка очистка основана на химических свойствах поллютантов и осуществляется при помощи различных химических реакций, в результате которых загрязняющие вещества переходят в связанное состояние.
Таким образом химический фактор является одним из главных в окружающем нас мире.
Список используемой литературы
Лыков О.П., Голубев Ю.Д., Мещеряков С.В. «Охрана окружающей среды при переработке и очистке нефти, нефтепродуктов и газа». М.: Ноосфера, 2000 г.
Белов П.С., Голубева И.А., Низова С.А. «Экология производства химических продуктов из углеводородов нефти и газа». М.: Химия, 1991 г.
Ревель П., Ревель Ч. Среда нашего обитания: В 4-х книгах. Кн.
2. Загрязнения воды и воздуха: Пер с англ. — М.: Мир, 1995. — с.
Экологические проблемы: что происходит, кто виноват и что делать?: Учебное пособие / Под ред. Проф. В. И. Данилова — Даниляна. — М.: Изд-во МНЭПУ, 1997. — 332 с.
Ф. Корте «Экологическая химия» пер. с нем. к.х.н. В.В. Соболя, под ред. д.б.н. Н.Б. Градовой. М, Мир, 1996 г.
Небел Б. Наука об окружающей среде: Как устроен мир: В 2-х т. Т. 1,2. Пер. с англ.- М.: Мир, 1993. — с.
Гигиена и экология человека: Учебник для студ. Сред. Проф. Учеб. Заведений / Н.А.Матвеева, А.В.Леонов, М.П.Грачева и др.; Под ред. Н.А.Матвеевой. — М.: Издательский центр «Академия», 2005. — 304 с.
Протасов В.Ф. Экология, здоровье и охрана окружающей среды в России: Учебное и справочное пособие. — 3-е изд. — М.: Финансы и статистика, 2001. — 672 с.
Степановских А.С. Прикладная экология: охрана окружающей среды: Учебник для вузов. — М.: ЮНИТИ-ДАНА, 2003. — 751 с.
Агаджанян Н. Экология, здоровье и перспективы выживания// Зеленый мир. — 2004. — № 13−14. — С. 10−14
Акимова Т.А., Кузьмин А.П., Хаскин В.В. Экология. Природа-Человек-Техника. — М.: ЮНИТИ-ДАНА. 2001. 343с
Байдаков Л.А., Блинов Л.Н., Курников Б.Д., Чувиляев Р.Г. Курс лекций по общей и экологической химии — СПб.: СПбГУ, 1993, 246с
Блинов Л.Н. Химические основы экологии и экологических проблем. — СПб.: СПбГТУ, 2001, 101с.
Богдановский Г. А. Химическая экология. М., 1994. 237с
Кротов Ю.А., Карелин А.О., Лойт А.О. Предельно допустимые концентрации химических веществ в окружающей среде (по редакций Ю.А. Кротова): Справочник. — СПб.: Мир и семья, 2000. 360с
Мазур И.И., Молдаванов О.И. Курс инженерной экологии. М.: Высшая школа, 1999. 447с
Франсуа Рамад. Основы прикладной экологии. Л., 1981. 543с
Химия окружающей среды. Пер. с англ. / Под ред. А.П. Цыганкова. М.: Химия, 1982. 672с
Ягодин Г. А., Раков Э.Г., Третьякова Л.Г. Химия и химическая технология в решении глобальных проблем. — М.:1988. 175с
Ягодин Г. А., Третьякова Л.Г. Химическая технология и охрана окружающей среды. — М.:1984. 64с
23
Список источников информации
1. Лыков О.П., Голубев Ю.Д., Мещеряков С.В. «Охрана окружающей среды при переработке и очистке нефти, нефтепродуктов и газа». М.: Ноосфера, 2000 г.
2. Белов П.С., Голубева И.А., Низова С.А. «Экология производства химических продуктов из углеводородов нефти и газа». М.: Химия, 1991 г.
3. Ревель П., Ревель Ч. Среда нашего обитания: В 4-х книгах. Кн.
2. Загрязнения воды и воздуха: Пер с англ. — М.: Мир, 1995. — с.
4. Экологические проблемы: что происходит, кто виноват и что делать?: Учебное пособие / Под ред. Проф. В. И. Данилова — Даниляна. — М.: Изд-во МНЭПУ, 1997. — 332 с.
5. Ф. Корте «Экологическая химия» пер. с нем. к.х.н. В.В. Соболя, под ред. д.б.н. Н.Б. Градовой. М, Мир, 1996 г.
6. Небел Б. Наука об окружающей среде: Как устроен мир: В 2-х т. Т. 1,2. Пер. с англ.- М.: Мир, 1993. — с.
7. Гигиена и экология человека: Учебник для студ. Сред. Проф. Учеб. Заведений / Н.А.Матвеева, А.В.Леонов, М.П.Грачева и др.; Под ред. Н.А.Матвеевой. — М.: Издательский центр «Академия», 2005. — 304 с.
8. Протасов В.Ф. Экология, здоровье и охрана окружающей среды в России: Учебное и справочное пособие. — 3-е изд. — М.: Финансы и статистика, 2001. — 672 с.
9. Степановских А.С. Прикладная экология: охрана окружающей среды: Учебник для вузов. — М.: ЮНИТИ-ДАНА, 2003. — 751 с.
10. Агаджанян Н. Экология, здоровье и перспективы выживания// Зеленый мир. — 2004. — № 13−14. — С. 10−14
11. Акимова Т.А., Кузьмин А.П., Хаскин В.В. Экология. Природа-Человек-Техника. — М.: ЮНИТИ-ДАНА. 2001. 343с
12. Байдаков Л.А., Блинов Л.Н., Курников Б.Д., Чувиляев Р.Г. Курс лекций по общей и экологической химии — СПб.: СПбГУ, 1993, 246с
13. Блинов Л.Н. Химические основы экологии и экологических проблем. — СПб.: СПбГТУ, 2001, 101с.
14. Богдановский Г. А. Химическая экология. М., 1994. 237с
15. Кротов Ю.А., Карелин А.О., Лойт А.О. Предельно допустимые концентрации химических веществ в окружающей среде (по редакций Ю.А. Кротова): Справочник. — СПб.: Мир и семья, 2000. 360с
16. Мазур И.И., Молдаванов О.И. Курс инженерной экологии. М.: Высшая школа, 1999. 447с
17. Франсуа Рамад. Основы прикладной экологии. Л., 1981. 543с
18. Химия окружающей среды. Пер. с англ. / Под ред. А.П. Цыганкова. М.: Химия, 1982. 672с
19. Ягодин Г. А., Раков Э.Г., Третьякова Л.Г. Химия и химическая технология в решении глобальных проблем. — М.:1988. 175с
20. Ягодин Г. А., Третьякова Л.Г. Химическая технология и охрана окружающей среды. — М.:1984. 64с
список литературы
referatbooks.ru
Министерство общего и профессионального образования
Свердловской области
Департамент муниципального образования «город Нижний Тагил»
Образовательноеучреждение МОУ СОШ № 10
Направление:научно-техническое
Воздействие внешних факторов наферментативную систему человека
Исполнители:учащиеся 10 «А» класса
ЧирковаТатьяна
ЦыпушкинаТатьяна
Научный руководитель: Балбашова Ю. А.,
МОУ СОШ №10,учитель химии Iкатегории
Нижний Тагил
2006
Эксперт-рецензия
Авторы исследовательского проекта:Чиркова Татьяна, Цыпушкина Татьяна, МОУ СОШ № 10
Тема исследовательского проекта: Воздействиевнешних факторов на ферментативную системучеловека
Направление: научно-техническое
Тема проекта актуальна, хорошо осмыслена и разработана учащимися.
В оформлении проекта четко выделены 4 раздела:
1. Введение, гдевыражена аргументация и актуальность решаемой проблемы. Четко сформулированыцели и задачи.
2. Теоретическийраздел представлен анализом литературы и периодики по проблеме исследования.
3. Практическийраздел представлен в виде отчета о проделанных в большом количестве химическихэкспериментов.
4. В заключенииподведены итоги, выводы, дана самооценка собственных действий по достижениюцели, определена перспектива и дальнейшее направление исследования.
Проект сопровождается иллюстрациями, фотографиями. Оформление достойногоуровня.
Проблема, которая затрагивается в исследовательской работе, актуальна длячеловечества, т.к. непосредственно касается его здоровья.
Выводы, сделанные в ходе работы, еще раз подтверждают вредное воздействиеионов тяжелых металлов, алкоголя, самолечения. К исследованию проблемы авторыподошли творчески: ими разработан и выполнен эксперимент по изучению активностифермента под действием биологически активных веществ. Действительно, многиелюди относятся к пищевым добавкам легкомысленно, что иной раз приводит кнарушению здоровья.
Полученные и представленные в виде таблиц и графиков результаты, можносчитать достоверными, т.к. опыты проводились по несколько раз, и высчитывалосьсреднее значение.
В изложении исследовательского проекта присутствует логика,убедительность, рассуждения аргументированы.
Данная тема взаимосвязана с различными областями знаний: химия, биология,математика, английский язык, экология.
Авторы проекта проявили логику мышления, способность к самостоятельномуанализу, умение вычленить главное и определить пути решения проблем.
Данный проект отличает то, что его исследования осуществимы в школьнойлаборатории, доступные реактивы позволяют повторять эксперимент несколько раз итем самым добиваться достоверных результатов.
Рекомендации: рекомендовать данную работу к участию в научно-практическойконференции – 2006.
ШМО СОШ № 10.
02.02.06.
Эксперт-рецензия
Авторы исследовательского проекта:Чиркова Татьяна, Цыпушкина Татьяна, МОУ СОШ № 10
Тема исследовательского проекта: Воздействиевнешних факторов на ферментативную системучеловека
Направление: научно-техническое
Авторы проекта провели широкий обзор литературы и современной периодикипо данной проблеме; воспользовались статьями иностранных издательств (переводыпредложены в приложении). В изложении материала присутствует логика,рассуждения аргументированы.
Практическая часть исследовательского проекта представлена в виде отчетао результатах экспериментов, которые отражают степень воздействия внешнихфакторов на активность амилазы. Опыты поставлены в соответствии четкойинструкции, полученные достоверные результаты проанализированы и представлены ввиде таблиц, графиков.
Содержание демонстрационных материалов исчерпывающе демонстрирует ходпрактической работы.
В своих исследованиях авторы затронули актуальные проблемы: экология(воздействие катионов тяжелых металлов на здоровье человека), вредные привычки(употребление алкоголя), самолечение (применение биологически активныхдобавок).
Очевидны собственные достижения юных исследователей: разработка методикиизучения активности фермента под действием БАДов. Полученные результатыподтвердили гипотезу, заявленную во введении.
Проект обладает такими характеристиками, как перспективность инаправленность на результат. В дальнейшем объектом пристального изучения станути другие ферменты.
Комплекс выполненных работ позволяет судить о заинтересованности авторовданной темой.
К изучению активности фермента амилазы учащиеся подошли творчески,предложили новые методики изучения и соотнесли их к существующим.
Установленная взаимосвязь темыисследования с областями знаний: химии, биологии, экологии, социологии,истории.
В проектной работе предложентезаурус, свидетельствующий о внимательном отношении к научной терминологии.
Выбор специальной научно-популярной литературы широкий, использовалисьИнтернет, иностранные издания, перевод которых осуществился самостоятельно.
Желательно, чтобы авторы не останавливались на достигнутом, а продолжалисвои исследования по данном вопросу.
Содержание
Введение. 3
Глава I. Теоретическая часть
1.1. Историяоткрытия ферментов. 5
1.2. Природа ферментов. 6
1.3. Специфичность ферментов. 8
1.4. Состав ферментов. 10
1.5. Классификация ферментов. 11
1.6. Номенклатура ферментов. 12
1.7. Активность ферментов. 14
1.8. Значение ферментов. 18
Глава II. Практическая часть. Воздействие внешних факторов на амилазу слюны
2.1. Характеристика объектаисследования………………………………………………… 24
2.2. Исследование воздействия внешних факторов на амилазуслюны… 25
Заключение. 32
Списоклитературы… 34
Приложение. 35
TOC o «1-3» h z u Тезаурус. 44
Введение
Человек, являясь неотъемлемой частью природы по химическому составусвоего организма, представляет собойотображение химического состава окружающей среды (почвы, воздуха, воды, флоры ифауны). В течение миллионов лет формировалась ферментативная система, котораяустанавливает связь между химическим составом употребляемых человеком в пищупродуктов и нормальной работой всех его органов и систем.
Ферменты являются двигателями жизни! Катализируя биохимические реакции,обеспечивающие жизнедеятельность, увеличивают их скорость в тысячи раз. Всеферменты по своей химической природе являются полипептидами (белками) – оченьсложной структурой. Многие факторы могут вызвать изменение их строения и, темсамым, свести их функциональную значимость к нулю. Это может привести кнежелательным последствиям. Прекращение одного химического процесса по цепочкенарушает работу всего органа, системы и, наконец, жизнедеятельности всегоорганизма. Неблагоприятная экология, вредные привычки, неправильное питаниеприводит к серьёзным проблемам здоровья. Многие люди, прислушиваясь к рекламе,видят выход из создавшегося положения в ежедневном употреблении искусственныхбиологически активных добавок (БАДы). Компании, их производящие, обещают людям идеальный, безопасный и надёжныйпуть к укреплению здоровья, увеличению продолжительности жизни.
Парафармацевтики – это группа БАДов, получаемых из лекарственныхрастений, поэтому в большинстве случаев их состав не идентифицирован. БАДы продают в аптеках безрецепта врача, распространяют среди населения через рекламных агентов. Людиохотно покупают «безвредные» лекарства в надежде на выздоровление или поднятиеобщего тонуса организма. А по своей сути биодобавки являются мощным факторомвоздействия на организм человека, в томчисле, и на ферментативную систему.
Гипотеза: ферментативнаясистема человека подвергается изменениям под действием факторов внешней среды.
Объект исследования: ферментпищеварительной системы – амилаза.
Предмет исследования: влияниефакторов на активность амилазы.
Цель: изучить влияниеразличных внешних факторов на активность амилазы слюны.
Задачи:
— изучить научную литературупо проблеме исследования;
— подобрать методическиеуказания для постановки опытов;
— провести опыты ипроанализировать их в диаграммах и таблицах.
Методы исследования:
— анализ литературы;
— проведение химическогоэксперимента;
— анализ результатов,полученных в ходе поставленных химических экспериментов.
База исследования: кабинетхимии МОУ СОШ № 10.
Глава I. Теоретическая часть
1.1. История открытия ферментов
<span Times New Roman",«serif»">Наукусоставляет не только достигнутый результат, но и путь, ведущий к результату,путь от незнания к знанию, медленный, извилистый, скачкообразный, в каждойобласти зависящий от достижений смежных наук и общего развития мировоззрения.
<span Times New Roman",«serif»">Ещёв незапамятные времена, на заре возникновения цивилизации, люди в своейпрактической деятельности сталкивались с различными ферментативными процессамии использовали их для своих целей. Это спиртовое и молочнокислое брожение,применение сычуга для приготовления сыров, солода и плесневых грибов. Вероятно,первым, кто попытался создать общее представление о химических процессах вживом организме, был врач и ученый Парацельс, родившийся в Швейцарии в конце XVвека. Несмотря на наивность (с совершенной точки зрения), взгляды Парацельса вомногом были прогрессивными, так как для понимания жизненных явлений он пыталсяпривлечь реальные силы природы. Именно с этих позиций Парацельс и егопоследователи подошли к рассмотрению сущности ферментации, давно известногопонятия обозначавшего разного рода брожения, главным образом спиртовое имолочнокислое.
<span Times New Roman",«serif»">ВXVI и начале XVII века уже делались попытки рассматривать ферментации какхимические процессы. И Василий Валентин(первая половина XVI века), и АндрейЛибавий (1550-1616 гг.) считали ферменты (или дрожжи) особым веществом, хотя иподчиняли его действия неким нематериальным силам. Другим последователемПарацельса был знаменитый голландский химик Иоганн Баптиста Ван Гельмонт(577-1644 гг.). Именно он охарактеризовал фермент как агент, вызывающийхимические процессы в организме и управляющий ими. Качественный скачок вразвитии учения о ферментациях произошёл в связи с исследованиями великогофранцузского химика Антуана Лавуазье, совершившего переворот в химии и впервыевнедрившего в химические исследования строгие количественные методы. К концуXVIII века уже было известно, что встречаются химические процессы, протекающиес участием какого-то агента, без которого процесс практически не идёт.
Первые успехи были достигнуты при изучении превращениякрахмала в сахар. Решающая роль в этих исследованиях принадлежит работампетербургского академика К.С. Кирхгофа,который открыл новую страницу в истории и химии ферментов. В начале XIX векабыло открыто немало химических реакций, среди них были и некоторыеферментативные реакции. Юстус Либих был одним из наиболее крупных авторитетовсреди химиков XIX века. В это время было открыто ещё несколько ферментов. В <st1:metricconverter ProductID=«1836 г» w:st=«on»>1836 г</st1:metricconverter>. Т. Шванн впервыеобнаружил в желудочном соке фермент животного происхождения, названный импепсином. Несколько позже, в <st1:metricconverter ProductID=«1857 г» w:st=«on»>1857 г</st1:metricconverter>., А.Корвизар описал другой фермент, переваривающийбелки — трипсин. В XIX веке (<st1:metricconverter ProductID=«1897 г» w:st=«on»>1897 г</st1:metricconverter>.) Эдуард Бухнер убедительно доказал химическую природуферментов. В <st1:metricconverter ProductID=«1907 г» w:st=«on»>1907 г</st1:metricconverter>. был удостоен Нобелевской премии по химии. [1]
1.2. Природаферментов
<span Arial",«sans-serif»;mso-bidi-font-family: «Times New Roman»;color:yellow">
Послетого как стало возможным исследование ферментов в бесклеточной среде, былаокончательно установлена их химическая природа. Было выявлено, что все онипредставляют собой вещества белковой природы и, как все белки, могут бытьпростыми и сложными в зависимости от сопутствующего компонента небелковогохарактера (простатической группы).
Так мы подчёркивали, что свойство каждого белкаопределяется последовательностью расположения остатков аминокислот в ихмолекуле. Эта последовательность называется первичной структуройбелка. В последние годы разработаны очень надёжные, и дажеавтоматизированные методы изучения первичной структуры, что дало возможностьопределить полную аминокислотную последовательность для многих белков, в томчисле и для ферментов.
Помимо первичной структуры, определяемойпоследовательностью расположения аминокислот, для проявления специфическихсвойств белка (в том числе ферментативной активности) важную роль играют болеевысокие уровни — вторичная и третичная структуры, сущность которых заключаетсяв определённом расположение полипептидных цепей в пространстве. Вторичнаяи третичная структурыбелковподдерживаются сравнительно слабыми внутримолекулярными связями, и поэтому легкомогут быть разрушены разными физическими и химическими воздействиями. Такое нарушение высшихструктур белка без повреждения его первичной структуры составляет сущностьденатурации. При денатурации белок нередко утрачивает свои биологическиесвойства, в случае ферментов исчезает ферментативная активность. Современныеметоды исследования позволяют получить представление не только о первичнойструктуре белков. Есть ферменты, для которых полностью выясненопространственное расположение атомов, составляющее их молекулу, то есть,расшифрованы вторичная и третичная структуры. Это достигнуто благодаряприменению исключительно тонкого и сложного метода, так называемогорентгеноструктурного анализа.
Некоторым белкам свойственен ещё более высокийуровень структуры — четвертичная структура. Этоуже надмолекулярный уровень: функционирование такого белка нуждается не водной, а в нескольких молекулах (чаще всего в двух или четырёх), которые вместеобразуют комплекс, обладающий всеми специфическими свойствами. Каждая отдельнаямолекула такого белка, составляющая четвертичный комплекс, называетсясубъединицей. Многие ферменты построены из субъединиц. В одних случаяхсубъединицы сами обладают активностью, в других — субъединицы по отдельностинеактивны. Субъединицы, сопоставляющие молекулу фермента, могут бытьодинаковыми, но могут и отличатся друг от друга.
Представление о молекуле фермента какструктуре, состоящей из субъединиц, позволяет нам объяснить одно очень интересное и практически важноеявление. Существуют ферменты, различающиеся по строению, но катализирующие однуи ту же реакцию, они называются изоферментами.Такие ферменты довольно широко распространены в организме, и их выявление имеетбольшое значение в медицине. [2]
1.3. Специфичностьферментов
Одно из наиболее поразительных свойствферментов их специфичность. Специфичность ферментов проявляется по-разному иможет быть выражена в разной степени. Прежде всего, следует различатьспецифичность по отношению к субстрату и к типу химической реакции, катализируемойферментом.
Специфичностьпо отношению к типу химической реакции.
Каждый фермент катализирует одну химическуюреакцию или группу реакций одного типа. Наиболее ярким проявлением этого видаспецифичности могут служить довольно частые случаи, когда одно и то жехимическое соединение выступает как субстрат действия нескольких ферментов,причём каждый из них катализирует специфическую для него реакцию, приводит кобразованию совершенно различных продуктов.
Специфичностьпо отношению к субстрату.
Наряду, с только что описанной формой специфичности фермента по отношению ккатализируемой им реакции существует и другая, тесно связанная с первой, формаспецифичности, выражающаяся в способности фермента атаковать субстрат толькоопределённого химического строения. Иногда фермент способен действовать толькона один единственный субстрат. Тогда говорят, что он обладает абсолютной специфичностью.Значительно чаще фермент влияет на группу субстратов, имеющих сходное строение.Такую специфичность называют групповой.Особый интерес представляет так называемая стереохимическаяспецифичность, состоящая в том, что ферментдействует на субстрат или группу субстратов, отличающихся особым расположениематомов в пространстве.
Абсолютнаяспецифичностьвстречается редко. Хорошимпримером фермента, обладающего очень высокой, практически абсолютнойспецифичностью, может служить уреаза, катализирующая гидролиз мочевины.
Долгое время считалось, что мочевина является единственным субстратомуреазы. Но не так давно было показано, что кристаллическая уреаза можетдействовать и на близкого родственника мочевины — оксимочевину,отличающуюся наличием в молекуле одногоатома кислорода.
Правда, реакция гидролиза мочевины под влиянием уреазы протекает в 120раз медленнее, чем гидролиз мочевины.
Таким образом, понятие «абсолютная специфичность» является визвестной мере относительным.
Групповая специфичностьхарактеризует подавляющее большинство ферментов и состоит в том, что фермент,проявляя свойственную ему специфичность по отношению к реакции, способендействовать не на один, а на несколько, иногда на большое число субстратов сосходным химическим строением. Например, три разных фермента, действующие нааминокислоты, обладают групповой специфичностью, так как действуют не накакую-нибудь одну аминокислоту, а на многие, иногда на все аминокислоты.
Относительно групповая специфичность проявляется тогда, когда ферментбезразличен к структуре соединения и имеет значение лишь тип связи. Примеромслужит химотрипсин, расщепляющий только пептидную связь.
Стереохимическая и оптическаяспецифичность имеет особое значение. Проявляется только в случае оптическиактивных веществ, и фермент активен только по отношению к одной стереоизомернойформе соединения. Например, L-аргиназа разлагает L-аргинин на L-орнитини мочевину, но не действует на А-аргинин. Известнымпримером служит d и L-специфичность оксидаз аминокислот. Стереохимическая иоптическая активность так же может быть абсолютной и относительной. Например,карбоксипептидаза, расщепляющая карбобензокси-глицил-L-фенилаланин совсем недействует на субстрат с А-фенилаланином; с другой стороны, эстеразасвиной печени разлагаетметиловый эфир L-миндальной кислоты лишь вдвое быстрее, чем его А-изомер. [3]
1.4. Составферментов
<span Times New Roman",«serif»">Послетого, как стало возможным исследование ферментов в бесклеточной среде, былаокончательно установлена их химическая природа. Было выявлено, что все онипредставляют собой вещества белковой природы и как все белки, могут бытьпростыми и сложными в зависимости от сопутствующего компонента небелковогохарактера (простатической группы).
Ферменты — простые белки — построены только изаминокислот, и их каталитические свойства обусловлены свойством самой белковоймолекулы. К этой группе ферментов относится большинство гидролитическихферментов.
Ферменты — сложные белки — содержат в своёмсоставе, помимо белкового компонента, ещё и небелковый. Например, нуклеотиды,витамины, атомы (катионы) металла. К таким ферментам обычно относятся ферментыокислительно-восстановительного действия. Прочность связи между белковымкомпонентом и простатической группой в сложных ферментах может быть различной.В некоторых случаях связь прочная, в других — простатическая группа довольнолегко отделяется, например при диализе. Легко диссоциирующиеся простатическиегруппы ферментов получили название коферментов. При отделении простатическойгруппы от белковой части фермента — последний теряет свою активность.
В простых ферментах активный центр образуетсянепосредственно группировкой аминокислотных остатков в спиральной цепи белковоймолекулы. В сложных ферментах он образуется простатической группой и некоторымиприлегающими к ней остатками. Размер активных центров значительно меньше самоймолекулы фермента. На один активный центр приходится масса молекулы смолекулярным весом 30000. В простых ферментах пространственная группировка этихаминокислотных остатков сама по себе определяет структуру активного центра икаталитическую активность фермента. В сложных ферментах структура активногоцентра определяется простатической группой и боковыми группами некоторыхаминокислотных остатков, пространственная структура которых оказываетсущественное влияние на специфичность и каталитическую активность небелковогокомпонента. Среди таких аминокислотных остатков наибольшее значение имеютSH-группы цистеина, несколько меньшее значение имеют карбонильные группыдикарбоновых аминокислот.
1.5. Классификацияферментов
<span Times New Roman",«serif»">Известнооколо 2 тысяч ферментов, но список этот не закончен. В зависимости от типакатализируемой реакции все ферменты подразделяются на 6 классов:
ОКСИДОРЕДУКТАЗЫ – ферменты, катализирующие окислительно-восстановительныепроцессы в организме. Они осуществляют перенос водорода и электронов и подсвоим тривиальным названием известны какдегидрогеназы, оксидазы и пероксидазы. Эти ферменты отличаются тем, что имеютспецифические коферменты и простатические группы.
ТРАНСФЕРАЗЫ – ферменты, переносящие атомныегруппы (в зависимости от того, перенос какой группы они осуществляют, ихсоответственно называют). Среди них известны ферменты, осуществляющие транспортбольших остатков, например гликозилтрансферазы и другие. Трансферазы благодаряразнообразию переносимых ими остатков принимают участие в промежуточном обменевеществ.
ГИДРОЛАЗЫ – ферменты, катализирующиегидролитическое расщепление различных субстратов (при участии молекул воды). Взависимости от этого среди них различают эстеразы, расщепляющие сложноэфирнуюсвязь между карбоновыми кислотами (липаза) тиоловых эфиров, фосфоэфирную связь и так далее; гликозидазы,расщепляющие гликозидные связи, пептид — гидролазы, действует на пептиднуюсвязь и другие.
ЛИАЗЫ — к этой группе относятся ферменты,способные отщеплять различные группы от субстрата негидролитическим путём собразованием двойных связей или, напротив, присоединять группы с двойной связью.При расщеплении образуется Н2О или СО2 или большиеостатки — например ацетил. Лиазы играют весьма важную роль в процессе обменавеществ.
ИЗОМЕРАЗЫ – ферменты, катализирующиепревращение изомерных форм друг в друга, то есть, осуществляющиевнутримолекулярное превращение различных групп.
ЛИГАЗЫ — раньше эти ферменты не отделяли отлиаз, так как реакция последних часто идёт в двух направлениях, однако недавнобыло выяснено, что синтез и распад в большинстве случаев происходит подвлиянием различных ферментов, и на этом основании выделен отдельный класс лигаз(синтетаз). Ферменты, обладающие двойным действием, получили названиебифункциональных. Лигазы принимают участие в реакции соединения двух молекул,то есть синтетических процессах, сопровождающихся расщеплениеммакроэнергитических связей АТФ или других макроэргов. [5]
1.6. Номенклатураферментов
Ферментология очень долго не располагала строгойнаучной номенклатурой ферментов. Наименования ферментам давали по случайнымпризнакам (тривиальная номенклатура), по названию субстрата (рациональная), похимическому составу фермента, наконец, по типу катализируемой реакции ихарактеру субстрата.
Примерами тривиальнойноменклатуры могут служить названия таких ферментов, как пепсин (от греч. пепсин — пищеварение), трипсин (от греч.трипсис — разжижаю) и папаин (отназвания дынного дерева Carica papaja,из сока которого он выделен). По действию все эти ферменты являютсяпротеолитическими, т. е. ускоряют гидролиз протеинов (белков). Характерноеназвание было дано группе окрашенных внутриклеточных ферментов, ускоряющихокислительно-восстановительные реакции в клетке, — цитохромы (от лат. citos — клетка и chroma — цвет).
Наибольшее распространение получила рациональная номенклатура, согласнокоторой название фермента составляется из названия субстрата характерногоокончания — аза. Она была предложенаболее столетия тому назад, в <st1:metricconverter ProductID=«1883 г» w:st=«on»>1883 г</st1:metricconverter>. Э. Дюкло — учеником Л. Пастера. Так, фермент,ускоряющий реакцию гидролиза крахмала, получил название амилаза (от греч. амилон — крахмал), гидролиза жиров — липаза (от греч. липос — жир), белков(протеинов) — протеаза, мочевины — уреаза (от греч. уреа — мочевина) и т. п.
Когда методами аналитической химии были достигнутыизвестные успехи в расшифровке химической природы простатических групп,возникла новая номенклатура ферментов. Их стали именовать по названию простатической группы, например, геминфермент(простатическая группа — гем), пиридоксаль-фермент (простатическая группа — пиридоксаль) и т.п.
Затем вназвании фермента стали указывать как на характерсубстрата, так и на типкатализируемой реакции. К примеру,фермент, отнимающий водород от молекулы янтарной кислоты, называютсукцинатдегидрогеназой, подчеркивая этим одновременно и химическую природусубстрата, и отнятие атомов водорода в процессе ферментативного действия:
— 2Н
НООС — Сh3 – СН2 –CООН НООС — СН = СН – СООН
Янтарная кислота Дегидрирование Малеиновая кислота
В <st1:metricconverter ProductID=«1961 г» w:st=«on»>1961 г</st1:metricconverter>. Международная комиссия по номенклатуре ферментовпредставила V Международному биологическому конгрессу проект номенклатуры,построенный на строго научных принципах. Проект был утвержден конгрессом, иновая номенклатура прочно вошла в ферментологию. Согласно этой (Московской)номенклатуре название ферментов составляют из химического названия субстрата иназвания той реакции, которая осуществляется ферментом. Если химическая реакция, ускоряемая ферментом, сопровождаетсяпереносом группировки атомов от субстрата к акцептору, название ферментавключает также химическое наименованиеакцептора. Например, пиридоксальфермент, катализирующий реакциюпереаминирования между L-аланином и кетоглутаровой кислотой, называетсяL-аланин: 2-оксоглутарат аминотрансфераза. В этом названии отмечены сразу триособенности: 1) субстратом является L-аланин; 2) акцептором служит2-окcоглутаровая кислота; З) от субстрата к акцептору передается аминогруппа. Названияферментов по научной номенклатуре неизмеримо выигрывают в точности, ностановятся в ряде случаев гораздо сложнее старых, тривиальных. Так, уреаза(тривиальное название), ускоряющая реакцию гидролиза — мочевины на оксидуглерода (IV) и аммиак, по научной номенклатуре именуется карбамид — амидогидролазой:
Н2N — СО – NН2 + Н2О 2NН3 + СО2
В этом названии дано точноехимическое наименование субстрата и указано, что фермент катализирует реакциюгидролиза аминогруппы. Трегалаза, ускоряющая реакцию гидролиза трегалозы,называется трегалоза-1-глюко-гидролазой… В связи со значительным усложнениемнаучных названий в новой номенклатуре допускается сохранение наряду с новымистарых тривиальных, рабочих названий ферментов. Международной комиссией былсоставлен детальный список всех известных в то время ферментов, существеннодополненный в <st1:metricconverter ProductID=«1972 г» w:st=«on»>1972 г</st1:metricconverter>.при пересмотре, как классификации, так и номенклатуры некоторых ферментов, гдерядом с новым научным названием каждого фермента приведено старое, а такжеуказан химизм катализируемой ферментом реакции и в некоторых случаях природафермента. Таким образом, исключается возможность путаницы в наименованииферментов. В <st1:metricconverter ProductID=«1964 г» w:st=«on»>1964 г</st1:metricconverter>.список включал 874 фермента; в последующее время он был существенно дополнен ивозрос до 1770 ферментов в <st1:metricconverter ProductID=«1972 г» w:st=«on»>1972 г</st1:metricconverter>. и до 2003 ферментов в <st1:metricconverter ProductID=«1979 г» w:st=«on»>1979 г</st1:metricconverter>.
1.7. Активностьферментов
Для исследования или практического работника, занимающегося ферментами,определение активности ферментов — это постоянная, повседневная работа, потомучто любое изучение свойств ферментов, любое применение их в практическойдеятельности — в медицине и в народном хозяйстве — всегда связано снеобходимостью знания, с какой скоростью протекает ферментативная реакция.Чтобы понять и правильно оценить результаты определения ферментативнойактивности, нужно совершенно отчётливо представить себе, от каких факторов зависитскорость реакции, какие условия оказывают на неё влияние. Таких условий много.Прежде всего, это соотношение концентрации самих реагирующих веществ: ферментаи субстрата. Далее, это всевозможные особенности той среды, в которой протекаетреакция: температура, кислотность, наличие солей или других примесей, способныхкак ускорять, так и замедлять ферментативный процесс, и так далее. Попытаемсярассмотреть поближе эти условия.
ВЛИЯНИЕРЕАКЦИЙ СРЕДЫ
Для большинства известных в настоящее время ферментов определён оптимумРН, при котором они обладают максимальной активностью. Эта величина — важныйкритерий, служащий для характеристик фермента. Иногда это свойство ферментовиспользуют для их препаративного разделения. Наличие оптимума РН можнообъяснить тем, что ферменты представляют собой полиэлектролиты и их зарядзависит от значения РН. Иногда сопутствующие вещества могут изменить оптимумРН, например буферные растворы. В некоторых случаях в зависимости от субстратовферменты с неярко выраженной специфичностью имеют несколько оптимумов.Например, пепсин расщепляет белки яйца при РН 1,5- 2,0, синтетические субстраты- при РН 4,0. Отсюда следует, что величина (РН оптимум) — весьма чувствительныйпризнак для данного фермента. Она зависит от природы субстрата, составабуферного раствора и поэтому не является истинной константой. Нужно иметь ввиду также свойства ферментов как белковых тел, способных к кислотно-щелочнойденатурации. Кислотно-щелочная денатурация может привести к необратимымизменениям структуры фермента с утратой его каталитических свойств.
ВЛИЯНИЕДРУГИХ ХИМИЧЕСКИХ ФАКТОРОВ
Присутствие в реакционной среде некоторых ионов может активироватьобразование активного субстрата ферментного комплекса, и в этом случае скоростьферментативной реакции будет увеличивается. Такие вещества получили название активаторов. При этом вещества,катализирующие ферментативные реакции, непосредственного участия в них непринимают. На активность одних ферментов существенно влияет концентрация солейв системе, другие ферменты не чувствительны к присутствию ионов. Однаконекоторые ионы абсолютно необходимы для нормального функционирования некоторыхферментов. Известны ионы, которые тормозят активность одних ферментов иявляются активаторами для других. К числу специфических активаторов относятсякатионы металлов: Na+, K+,Rb+,Cs+,Mg2+,Ca2+,Zn2+,Cd2+,Cr2+,Cu2+,Mn2+,Co2+,Ni2+,Al3+. Известнотакже, что катионы Fe2+,Rb+,Cs+ только вприсутствии Mg действуют как активаторы, в других случаях эти катионы неявляются активаторами. В большинстве случаев один или два иона могутактивировать тот или иной фермент. Например, Mg2+ — обычныйактиватор для многих ферментов, действующий на фосфоримированные субстраты,почти во всех случаях может быть заменён Mn
www.ronl.ru
