Презентация на тему "Токсичность. Летальные и пороговые дозы. Экологические стандарты"
предмет "Химические основы экологии"
Скачать:
| Вложение | Размер |
|---|---|
 toksichnost._letalnye_dozy.pptx | 205.03 КБ |
Предварительный просмотр:
Подписи к слайдам:
Токсичность – свойство веществ вызывать отравление (интоксикацию) организма. Она характеризуется дозой вещества, вызывающей определенную степень отравления. Способы поступление веществ в организм ингаляционный; внутривенный; внутримышечный; перорально (желудочно-кишечный тракт); через кожные покровы.
Оценка и расчет дозы токсичного вещества При ингаляционном поступлении D = C*t? Где D – доза отравляющего вещества, C – концентрация паров или аэрозоля, поступающего вещества (мг/м 3 ) t – время вдыхания (в мин). При поражении другими путями доза оценивается количеством вещества в мг на 1 кг живой массы
Цифра в индексе показывает вероятность (в %) гибели организмов для смертельных доз ( LCt 50 ) или появления признаков отравления для пороговых ( PD 10 ). Токсичность определяют, проводя опыты на животных с применением статистических методов.
Качество окружающей среды, его соответствие требованиям нормальной жизнедеятельности человека характеризуется экологическими стандартами.
К экологическим стандартам относятся предельно допустимые нормы антропогенного воздействия на окружающую среду, превышение которых ведет к угрозе здоровью человека, отрицательно влияет на растения и животные. ПДК – предельно допустимая концентрация загрязняющего вещества в воде, воздухе или почве. ПДУ – предельно допустимый уровень вредного физического воздействия (шум, электромагнитное и радиационное излучение, вибрация, тепло, свет). К производственно-хозяйственным нормативам относятся предельно-допустимые нормы влияния промышленных объектов на окружающую среду. ПДВ – предельно допустимый выброс газообразного поллютанта в атмосферу . ПДС – предельно допустимый сброс жидкого поллютанта в гидросферу . ПДП – предельно допустимое поступление . ПГП – предел годового поступления .
ПДК – максимальное количество загрязняющего вещества в единице объема воды, воздуха или почвы, которое при ежедневном воздействии на организм человека в течение длительного времени не вызывает патологических(от греч. патос – страдание, болезнь) изменений или заболеваний у существующих и будущих поколений, а так же не нарушает нормальной жизнедеятельности. ПДУ - это уровень физического воздействия, который при ежедневной (кроме выходных дней) работе, в течение всего рабочего стажа, не должен вызывать заболеваний или отклонений в состоянии здоровья, обнаруживаемых современными методами исследований в процессе работы или в отдаленные сроки жизни настоящего и последующих поколений. ПДВ – это норматив выброса вредного (загрязняющего) вещества в атмосферный воздух, который устанавливается для стационарного источника загрязнения атмосферного воздуха с учетом технических нормативов и фонового загрязнения атмосферного воздуха, при условии не превышения данным источником гигиенических и экологических нормативов качества атмосферного воздуха и других экологических нормативов. ПДС - масса вещества в сточных водах, максимально допустимая к отведению в установленном режиме в данном пункте водного объекта в единицу времени с целью обеспечения норм качества воды в контрольном пункте (устанавливается с учетом ПДК веществ в местах водопользования);
Наиболее важный и часто используемый норматив – ПДК – подразделяют на следующие виды:
ПДК р.з . – ПДК поллютанта в воздхе рабочей зоны (в мг / м 3 ). Рабочей зоной считается пространство высотой до 2 м над уровнем площадки, на которой находятся места постоянного или временного пребывания работающих. ПДК с.с - ПДК поллютанта среднесуточная в воздухе населенных мест (в мг / м 3 ). ПДК м.р . - ПДК поллютанта максимально разовая в воздухе населенных мест (в мг / м 3 ). ПДК загрязнителя в рабочей зоне, где человек пребывает ограниченное время, выше, чем ПДК этого же вещества в воздухе населенных мест. ПДК водн . – ПДК загрязнителей в различных типах водоемов хозяйственно-питьевого, культурно-бытового, рыбохозяйственного назначения (в мг / л). ПДК одного и того же вещества, но для разных компонентов природной среды, различны .
Вещество ПДК р.з . ПДК с.с ПДК м.р . ПДК водн . Аммиак NH 3 20 0,04 0,2 2 (по азоту) Бензол C 6 H 6 5 0,1 1.5 0.5 Гидразин N 2 H 4 0,1 --- --- --- Фенол C 6 H 5 OH 5 0,1 1 0.001 Формальдегид CH 2 O 0,5 0,012 0.035 0.01 Свинец Pb 0,01 0,007 0.007 0.005 Ртуть Hg 0,01 0,001 --- 0.0005 Таблица 1 - ПДК некоторых веществ загрязнителей в воздухе (в мг / м 3 ) и в водоемах (в мг / л).
Существует множество классификаций элементов и их соединений по степени токсичности. По основному содержанию все эти классификации совпадают.
При определении степени токсичности того или иного элемента или его соединения, необходимо учитывать следующие обстоятельства: « Лекарство в больших дозах — яд !» — об этом еще говорил известный врач и алхимик средневековья Т. Парацельс (1493—1541). Некоторые элементы токсичны даже в очень малых дозах, например ртуть и кадмий; для других токсичность проявляется лишь после превышения определенного уровня их содержания в пище, например для меди, цинка, никеля. Чрезвычайно токсичный селен тем не менее должен присутствовать в пище в дозе 0,1—0,2 млн. доли. При его отсутствии в кормах у животных развиваются мышечная дистрофия и некроз тканей печени, в то время как даже незначительное превышение допустимой дозы Se , попадающей в организм, приводит к тяжелым токсикозам. Алкилированные высокотоксичные соединения ртути, мышьяка, таллия, кадмия, селена могут быть смертельными для живого организма уже при нескольких нанограммах (1 нг = 10 -9 г)! Суперэкотоксиканты, как уже отмечалось, практически не имеют нижнего порога токсичности .
2. Токсичность зависит от химического состояния элемента, от формы, в которой он присутствует в живой клетке . Так , например, для ртути токсичность значительно возрастает в следующем ряду : Hg 2 Cl 2 < HgCl 2 < CH 3 Hg + < ( CH 3 ) 2 Hg Это объясняется тем, что алкилированные формы ртути лучше растворимы в биологических жидкостях (крови, лимфе), чем неорганические, а следовательно, эффективнее отравляют организм. Металлическое олово практически нетоксично (оловянной посудой пользуются и сейчас), однако оловоорганические соединения являются общепризнанными биоцидами (от греч. биос — жизнь + лат. цидо — убиваю). Широко известны также антисептические свойства катиона Ag + (от греч. анти — против + сепсис - гниение), например, в составе коллоидных золей или в растворе нитрата серебра, однако само металлическое серебро малоактивно . « Смертельный яд» — фторацетат натрия H 2 CF — COONa имеет показатель ЛД 50 для крыс всего лишь 0,2 мг/кг (т. е. он почти в 10 раз сильнее известного фосфорорганического яда диизопропилфторфосфата ). Однако удивительно, что ион дифторацетата HCF 2 — COO - вообще нетоксичен . Так , фтор, являясь необходимым микроэлементом, может оказывать сильные токсические действия, находясь в составе некоторых органических групп (например, типа <— RF , где R — алкил, ацил В целом можно сказать, что токсичный эффект обнаруживают не отдельные атомы того или другого элемента, а определенные комбинации (группы) разных атомов.
3. В природных условиях относительно безвредное вещество может превратиться в токсичное . Подобные примеры были приведены, когда речь шла о биотрансформации . Некоторые поллютанты трансформируются в природе с образованием более устойчивых (персистентных) или токсичных продуктов. Так, например, полициклические ароматические углеводороды под действием ферментативных систем живой клетки превращаются в канцерогенные эпоксиды . Такое явление получило название токсификации (термин, противоположный термину « детоксикация », т. е. обезвреживание ). Процессы детоксикации и токсификации являются яркими примерами влияния живого на неживое и наоборот, причем это влияние стимулировано чаще всего хозяйственной деятельностью человека. Высокотоксичные алкилированные формы многих элементов могут образовываться в экосистемах биогенно , под действием чаще всего бактерий (как аэробных, так и анаэробных). Таким превращениям подвергаются, кроме упомянутой выше ртути, олово, таллий, свинец, селен, кадмий и мышьяк. Для последнего характерен следующий микробиологический путь: As 2 0 3 —► ( CH 3 ) 3 As оксид мышьяка ( III ) триметилмышьяк Акватории многих портов мира в настоящее время отравлены оловоорганическими соединениями, образующимися при воздействии микроорганизмов на то олово, которое человек использовал в сплавах и припоях: Sn —► R 3 SnX R — алкил X — хлор, бром
4 . Многие токсичные элементы имеют определенное химическое сходство с биогенными элементами, и поэтому первые легко включаются в круговорот последних в экосистемах . Кроме того, токсичные элементы легко могут атаковать жизненно важные центры в клетках, например ДНК, белки-ферменты, конкурируя с подобными им биогенными элементами и вытесняя их (рис. 1). Так, например, сильнотоксичный ион Cd 2+ конкурирует с ионом Zn 2+ , выполняющим в металлоферментах клеток человека роль кислоты Льюиса и создающим локальный положительный заряд около активного центра фермента. Замещение цинка на кадмий приводит к дезактивации (выключению) ферментов . Рис . 1. Конкурентные пары некоторых второстепенных и биогенных элементов
5. Токсиканты и природные яды обладают разнообразными механизмами действия на живое . Изучение биохимического механизма отравления тем или иным соединением дает человеку ключ к решению проблемы защиты от ядов. Среди таких механизмов можно назвать блокаду передачи нервного импульса (например, у фосфорорганических соединений и нейротоксинов некоторых змей), гидролиз важнейших соединений организма, (например, у токсинов-ферментов). Некоторые токсиканты , как было показано на примере кадмиевых соединений, подавляют активность жизненно важных ферментов, нарушая тем самым процессы обмена веществ в клетке. Другие способны подвергать лизису (разрушению) клеточные стенки и мембраны и т.д . Особо опасными следует считать те вещества, мишенью которых является генетический аппарат клетки, молекулы ДНК. Такие вещества относят к мутагенам (например, нитрозопроизводные мочевины, алкалоид колхицин и др.). Неудивительно поэтому что многие мутагены ( полихлорполициклические соединения, нитрозамины ) являются суперэкотоксикантами.
6 . Для многих токсикантов следует учитывать явление биологического накопления ( кумулирования ) в пищевых цепях (рис.2 ). В рыбе, например, концентрация ртути может быть в 1000 раз выше, чем в водах, из которых она выловлена! Человек, являющийся конечным звеном пищевой цепи и питающийся рыбой, кумулирует в своем организме ртуть в очень высоких концентрациях и рискует погибнуть ранее положенного природой срока . Рис . 2 Биологическое накопление токсикантов в пищевых цепях
Кроме накопления в пищевых цепях, существует особый, еще недостаточно изученный тип накопления, когда кумуляция определенного элемента происходит избирательно какой-либо тканью или органом(рис . 3). Рис . 3. Избирательное накопление некоторых элементов в органах у млекопитающих
7 . Токсичность многих соединений может проявляться внезапно при необычных условиях. Алюминий, один из самых распространенных металлов в земной коре, ранее никогда не рассматривался как токсикант . Однако в, связи с проблемой «кислотных дождей» ионы А1 3+ стали ограничивать урожайность сельскохозяйственных культур, так как на кислых почвах биологическая доступность алюминия возрастает и он начинает проявлять отравляющее действие на растения, а через них — и на травоядных животных (болезнь «травяной столбняк »).
8. Степень устойчивости разных организмов к тем или иным элементам и их соединениям различна . В некоторых случаях какой-либо вид или группа организмов даже имеют особое «тяготение» к определенному элементу, выступая по отношению к нему роли накопителя (рис. 4). Рис . 4. Группы организмов — накопители некоторых элементов Так, например, токсичный для позвоночных мышьяк накапливают в значительных концентрациях бурые водоросли и кишечнополостные; по-видимому, он необходим им как микроэлемент. Аномально высокое содержание какого-либо элемента в организме одних видов живых существ свидетельствует о патологии , для других тот же уровень является нормой .
Многие животные и растения, используя яды как хемомедиаторы , синтезируют и накапливают их в своем организме без ущерба для собственного «здоровья ». Так , сильнейший яд фторацетат натрия, образуется в листьях некоторых тропических растений, а некоторые виды рыб, амфибий, рептилий и членистоногих имеют в арсенале чрезвычайно мощные яды белковой, алкалоидной и другой природы. Механизмы защиты этих животных от собственных токсинов крайне разнообразны. Но !!!!! Все природные токсины и яды являются продуктом длительной и сложной эволюции живого, и их поведение в биосфере находится под «бдительным надзором» самой природы.
Вывод 1. Хозяйственная деятельность человечества оказала существенное влияние на биогеохимические циклы многих элементов в биосфере. С помощью «трех ударных сил», оказывающих наиболее сильное воздействие на окружающую среду (сельское хозяйство, энергетика и промышленное производство), человек значительно изменил биосферные потоки элементов, например металлов ( Pb , Си, Fe , Hg ), а также биогенных элементов — углерода, серы, азота, фосфора, кислорода. Так, поток углерода, поступающего в Мировой океан в результате хозяйственной деятельности человека в бассейнах рек, достиг 1—2 млрд. т в год. В то же время количество воды, изымающееся из гидрологического цикла человеком, возросло до 3600 км 3 в год (это равно объему озера Гурон в США!). За последние 300 лет по вине человека в атмосфере удвоилось количество метана, а содержание С0 2 возросло на 25 %.
Вся история человечества сопровождалась постепенным увеличением числа используемых обществом химических элементов. В таблице 2, составленной в свое время В. И. Вернадским, показан рост числа элементов, вовлеченных человеком в хозяйственный оборот. Этот рост продолжается и сейчас. Таблица 2. Использование человеком химических элементов Эпоха Абсолютное число используемых элементов Число элементов (в %) к их общему числу Древние века 19 21,3 До XVIII в. 26 29,2 XVIII—XIX вв. 28—50 31,4—56,1 Начало XX в. 59 66,3
2. Многие экологические проблемы, существующие сегодня, образованны не сбалансированностью циклов многих элементов, которая, в свою очередь, опять же обусловлена деятельностью человека. Так, хозяйственные выбросы свинца, кадмия и цинка, которые являются токсичными для живых организмов, превосходят естественные потоки этих металлов в биосфере соответственно в 18, 5 и 3 раза. Для мышьяка, ртути и никеля это соотношение увеличилось в настоящее время в 2-3 раза. Из громадного разнообразия химических соединений, синтезированных человеком, многие даже при очень малых концентрациях оказывают мощное негативное воздействие на экологическую обстановку (например, ксенобиотики типа ДДТ, полихлорполициклические соединения ПХПС и хлорфторуглероды )
Спасибо за внимание!!!
Проверь себя!!!! Токсичность вещества зависит от его количество ( дозы).