CC BY
22
одиночного источника, при котором обеспечивается его концентрация в приземном слое воздуха, не превышающая ПДК, определяется по формуле:
ПДВ =
ПДК ■ Н2 • V V ■ At
А • Е • т • п
При этом концентрация вредного вещества в отходящих газах возле устья трубы не должна превышать значения Смакс(тр) (г/м3), определяемого по формуле:
С
ПДВ _ ПДК ■ Н2 ■ VAt
макс ( тр)
V А • Е • т • п •V2 Минимальная высота трубы Н (м) в первом приближении может быть найдена по формуле:
H =
A • M • F • m • n ПДК • V V •At
При неблагоприятных метеорологических условиях и высоте трубы Н концентрация вредных веществ вблизи от земной поверхности достигает максимума Смакс(пов) на расстоянии х (м):
x=kH,
где безразмерный коэффициент, среднее значение которого 20.
Рассеяние вредных веществ в атмосфере не является эффективным средством ее защиты от загрязнений, однако к нему до сих пор прибегают, чтобы снизить концентрацию токсичных соединений, например диоксида серы и оксидов азота, в районе их выбросов. Основное внимание при проектировании промышленных предприятий или реконструкций действующих должно уделяться возможно более полной очистке атмосферных выбросов от токсичных компонентов. Практически полная очистка достигается редко, так как затраты на очистные сооружения обычно достигают 15-20 % от капиталовложений на технологическую установку, причем выделение каждой примеси тем сложнее, чем ниже ее содержание в смеси. При сжигании твердого топлива состав выброса определятся основными его характеристиками, а при сжигании нефтепродуктов и газа немаловажным является режим горения топлива. Еще одним фактором, влияющим на рассеяние загрязняющих веществ в атмосфере, является высота источника выброса, определяющая расстояние, на которое расходятся пылегазовые потоки. Как правило, на каждом предприятии для отвода газов и пылеудаления используют высокие (200-350 м) трубы. Их применение позволяет распределять загрязняющие вещества на большие площади, снижая тем самым их общую концентрацию в атмосфере. Так, из трубы высотой 200 м пылегазовые потоки расходятся на 20 км, а из трубы высотой 250 м -на 75 км.
В данной работе исследование проводилось на примере котельной санатория "Сосновая роща". Результат расчета приземных концентраций вредных веществ в атмосферном воздухе с использованием специализированной программы представлен в виде карт рассеивания. Проделано 8 вариантов расчета для 7 веществ. Исследование показало, что при сжигании Челябинского угля превышение ПДК наблюдается для золы (в 3,1 раз), для оксидов азота, диоксида серы, оксида углерода, бенз(а)-пирена и сажи превышений нет. Полученные карты позволяют разработать предложения предприятию по снижению выбросов загрязняющих веществ. В случае котельной санатория "Сосновая роща" предложено: использование другого угля с меньшей зольностью (например, Кузнецкого), установка циклона, либо увеличение высоты трубы котельной.
Таким образом, проведенная нами исследовательская работа позволяет на основании рассчитанных валовых и максимально-разовых выбросов предложить использование наиболее экологически чистого топлива и на основании изучения карт рассеивания разработать мероприятия по снижению выбросов загрязняющих веществ в атмосферный воздух. Данные работы могут быть использованы при осуществлении контроля за соблюдением природоохранного законодательства.
Список литературы
1. Величковский Б.Т., Кирпичев В.И., Суровегина И.Т. Здоровье человека и окружающая среда: Учеб. пособие.- М.:Новая школа, 1997 -240 с.
2. Голицын А.Н. Основы промышленной экологии: Учебник для нач. проф. образования. - М.:ИРПО, Изд.центр "Академия", 2002.-240 с.
3. Новиков Ю.В. Экология, окружающая среда и человек: Учеб. пособие для вузов, ср. школ и колледжей.-2-е изд., испр. и доп.-М.: ФАИР-ПРЕСС, 2002 - 240 с.
4. Орлов Д. С. Экология и охрана биосферы при химическом загрязне-нии.Учеб. пособие для хим., хим.-технол. и биологич. спец. вузов / Д.С.Орлов, Л.К.Садовникова, И.Н.Лозановская - М.: Высш.школа. -2002 -304 с.
5. Протасов В. Ф. Экология, здоровье и охрана окружающей среды в России: Учебное и справочное пособие.-2-е изд.-М: Финансы и статистика, 2000.-672 с.
Л.В. Мосталыгина, С.Н. Елизарова, С.В. Старцева, С.В. Брагина
Курганский государственный университет
ИЗУЧЕНИЕ СОДЕРЖАНИЯ РЯДА ТЯЖЕЛЫХ МЕТАЛЛОВ В ЖЕЛУДОЧНОМ СОКЕ И В СИСТЕМЕ ЖЕЛУДОЧНЫЙ СОК-БЕНТОНИТОВАЯ ГЛИНА
Проблема состояния желудочно-кишечного тракта в связи с возрастающим уровнем антропогенной нагрузки в последнее время стоит особенно остро.
В работе впервые изучено влияние бентонитовой глины Зырянского месторождения на содержание тяжелых металлов - цинка, меди, свинца и кадмия в желудочном соке высокочувствительным и селективным методом инверсионной вольтамперометрии.
В ходе проведенного эксперимента при анализе желудочного сока было установлено наличие в нем следующих тяжелых металлов: меди, кадмия, свинца и цинка, причем эксперимент показал, что содержание меди в желудочном соке у всех исследованных людей максимально относительно других металлов, а содержание кадмия - наименьшее.
Исследованием установлено, что глина Зырянского месторождения является эффективным природным сорбентом. По данным эксперимента наблюдается закономерное уменьшение содержания тяжелых металлов под действием бентонитовой глины, причем в большей степени в базальной секреции.
Предположен механизм ионного обмена в рассматриваемой системе.
Ключевые слова: бентонитовая глина, желудочно-кишечный тракт, тяжелые металлы, инверсионная вольтамперо-метрия.
The problem of alimentary canal condition is especially urgent due to the ever increasing level of anthropogenic loading nowadays.
The paper investigates influence of bentonitic clay of Zyryanka deposit on the content of heavy metals (zinc, copper, lead, cadmium) in gastric juice by means of highly sensitive selective method of inversion voltamperometry.
Part of the experiment was the analysis of gastric juice that indicated several heavy metals contained in it: copper, cadmium,
lead and zinc. The experiment showed that the percentage of copper in the gastric juice is the highest and the percentage of cadmium is the lowest.
The investigation proved that the с lay o fZyryanka deposit is a most effective natural sorbent. The data obtained in the experiment illustrate regular percentage decrease of heavy metals under the influence of bentonitic clay mostly in basal secretion.
In the system under consideration mechanism of ion exchange is suggested.
Keywords: bentonitic clay alimentary canal, heavy metals, inversion voltamperometry.
Среди химических веществ, загрязняющих различные объекты внешней среды (воздух рабочей зоны, атмосферу, воду, почву, пищевые продукты) тяжелые металлы и их соединения образуют значительную группу токсикантов, во многом определяющую антропогенное воздействие на экологическую структуру окружающей среды и на самого человека. Учитывая все возрастающие объемы производства и применение тяжелых металлов, токсичность, способность накапливаться в организме человека, оказывать вредное влияние даже в сравнительно низких концентрациях или дозах, эти химические загрязнители должны быть отнесены к числу приоритетных.
Большинство металлов обладают высокой биологической активностью, из-за чего вопросы профилактики неблагоприятного воздействия их на здоровье людей требуют знания как степени токсичности и характера вызываемых нарушений в состоянии здоровья, так и гигиенических нормативов допустимого содержания металлов в объектах внешней среды, естественного и повышенного содержания в биологических субстратах организма человека.
Среди тяжелых металлов экологически опасными загрязнителями являются кадмий, цинк, медь, свинец, главным образом потому, что техногенное их накопление в окружающей среде идет высокими темпами. По этой причине нами для исследования были выбраны именно эти металлы. Методом инверсионной вольтам-перометрии (ИВ) изучено содержание кадмия, цинка, меди и свинца в желудочном соке и в системе желудочный сок - бентонитовая глина.
Техногенное воздействие тяжелых металлов на организм человека и на желудочно-кишечный тракт, в частности, постоянно возрастает. Желудочно-кишечный тракт является одним из основных путей поступления металлов в организм человека, поэтому поиск эффективных сорбентов, которые активно поглощают тяжелые металлы - это острая проблема в современном мире. В качестве сорбента в нашем исследовании выбрана бентонитовая глина Зырянского месторождения, следовательно изучение содержания ряда тяжелых металлов в желудочном соке и в системе желудочный сок - бентонитовая глина является, несомненно, актуальной проблемой.
Нами впервые изучено влияние бентонитовой глины Зырянского месторождения на содержание тяжелых металлов в желудочном соке.
Основные задачи исследования:
1. Определить содержание ряда тяжелых металлов в бентонитовой глине (вытяжке) и желудочном соке методом инверсионной вольтамперометрии.
2. Исследовать систему желудочный сок - бентонитовая глина и выявить закономерности по влиянию бентонитовой глины на содержание цинка, меди, свинца и кадмия.
Практическая значимость работы состоит в адаптации методики определения тяжелых металлов к выбранному объекту - желудочному соку и возможности исполь-
зования полученных результатов в дальнейших исследованиях in vivo.
МАТЕРИАЛЫ И МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ
Материалом для исследования являлся желудочный сок человека базальной и стимулированной секреций, предоставляемый Курганской областной больницей, а также бентонитовая глина Зырянского месторождения.
Для проведения эксперимента бентонитовую глину Зырянского месторождения предварительно высушивали при 105°-120° до воздушно - сухого состояния. Затем растирали пестиком и пропускали через сито с диаметром отверстий 1мм.
При анализе проб желудочного сока с высоким (более 10 мг/л) содержанием органического углерода проводили кислотную минерализацию в соответствии с ГОСТ Р51301.
Определение содержания тяжелых металлов проводилось на аналитическом вольтамперометрическом комплексе СТА (ИТММ 2.848.001 ПО), с одновременной компьютерной обработкой данных. В качестве индикаторного электрода использовали ртутно-пленочный, а в качестве электрода сравнения - хлоридсеребряный.
Из полученного минерализата (\/мин = 10,0 мл) для ИВ-измерения отбирали аликвоту соответствующего объема (\/ал). Объем аликвоты зависит от содержания элементов в пробе.
Для проведения вольтамперометрических измерений готовили основные растворы, содержащие по 100 мг/л Zn, Cd, Pb, Cu из государственных стандартных образцов состава раствора с аттестованными концентрациями элементов 1,0 мг/мл, раствор KCI концентрации 1 моль/л (для заполнения электрода сравнения), также раствор фонового электролита (при использовании ртут-но-пленочных электродов в сочетании с УФ-облучением).
В подготовленные кварцевые стаканчики с помощью дозатора или пипетки вносили 10 мл бидистиллирован-ной воды и 0,1 - 0,2 мл концентрированной муравьиной кислоты. Стаканчики с полученным раствором фонового электролита помещали в ячейку, опускали электроды, запускали команду "ФОН" и нажимали команду "ПУСК". Снимали 3-5 вольтамперограмм, проводили их обработку (удаление "выползающих кривых" "УСРЕДНЕНИЕ"). При наличии на полученной усредненной кривой пиков определяемых элементов высотой более 0,1 мкА содержимое стаканчиков выливали, отмывали стаканчики и электроды, чтобы в чистом фоне существовали пики определяемых элементов (или были менее 0,1 мкА).
После этого проводили анализ пробы на содержание Zn, Cd, Pb, Cu.
Одновременно рекомендуется проводить анализ двух параллельных и одной резервной пробы в трех стаканчиках. В проверенные на чистоту стаканчики с фоновым электролитом вносили мерной пипеткой или дозатором анализируемую пробу, подготовленную согласно настоящей методике. Запускали команду "ПРОБА" из колонки "ДЕЙСТВИЯ". В трассе устанавливали время подготовки раствора 300 с. Запускали команду "ПУСК". В результате выполнения серии измерений на экране появлялось по 3 - 5 вольтамперограмм в каждом из окон вывода, соответствующих ячейкам 1, 2, 3. Невоспроизводимые вольтамперограммы исключали, оставшиеся - усредняли. В трассе устанавливали время подготовки раствора 0 с. Запускали команду "ДОБАВКА" из колонки "ДЕЙСТВИЯ". Заполняли таблицу "Количество".
Вносили с помощью пипетки или дозатора добавку элементов с такими же параметрами в каждую ячейку и запускали измерение по добавке, нажав кнопку "ПУСК".
Полученные вольтамперограммы обрабатывали так же, как при измерении пробы. В результате получили по три значения концентраций определяемых металлов в исходной пробе (каждое значение для соответствующей параллельной пробы), которые смотрели в таблице "Содержание" и заносили в "Архив". После измерения концентрации электроды в каждой ячейке промывали биди-стиллированной водой.
РЕЗУЛЬТАТЫ И ИХ ОБСУЖЕДЕНИЕ
Анализ желудочного сока на содержание тяжелых металлов показал наличие меди, свинца, кадмия и цинка. Результаты исследования представлены ниже.
Ячейка - 1 Ячейка - 2 Ячейка - 3
НОМЕР ПРОБЫ 0 0 0
ПРОБА I U I U I и
[мкА] [B] [мкА] [В] [мкА] [В]
Zn 13,520 -0,848 7,122 -0,777 8,799 -0,815
Cd 0,184 - 0,517 0,193 - 0,485 0,194 0,504
Pb 7,146 -0,331 3,442 - 0,289 5,714 -0,324
Cu 0,462 -0,080 1,004 - 0,098 0,541 -0,107
ДОБАВКА АС АС Объем АС Объем АС Объем
Zn 10 0,02 10 0,02 10 0,02
Cd 10 0,02 10 0,02 10 0,02
Pb 10 0,02 10 0,02 10 0,02
Cu 10 0,02 10 0,02 10 0,02
КОНЦЕНТРАЦИЯ Zn 0,40253 0,42268 0,39654
мг/л Cd 0,11268 0,12033 0,12380
Pb 0,12839 0,11259 0,13109
Cu 0,51277 0,53115 0,66326
По приведенным выше данным были получены вольтамперограммы (рис. 1).
Рис. 1. Анодные инверсионные вольтамперограммы пробы желудочного сока, содержащей медь, цинк, кадмий и свинец
Нами были исследованы базальная и стимулированная секреции 12 человек. Эксперимент показал наибольшее содержание в желудочном соке ионов меди. Концентрация меди до внесения глины колеблется в пределах от 0,70 ±0,03 мг/л до 0,10±0,01 мг/л.
Наименьшее содержание в желудочном соке ионов кадмия. Концентрация кадмия до внесения глины меня-
лась от 0,10±0,01 мг/л до 0,01 ±0,01 мг/л. Максимальная концентрация свинца была равна 0,15±0,02 мг/л. Минимальна концентрация - 0,09±0,01 мг/л. Концентрация цинка изменялась в пределах от 0,81 ±0,02 мг/л до 0,13±0,01 мг/л.
После исследования желудочного сока на содержание ряда тяжелых металлов в пробу вносили бентонитовую глину Зырянского месторождения в количестве 0,02 г глины на 1 мл желудочного сока. Так как пища задерживается в желудке от трех до десяти часов для ее механической и химической обработки, время действия глины было выбрано средним, примерно 6 часов.
После действия глины были получены результаты, из которых видно, что глина поглощает кадмий, медь, свинец. Количество цинка в результате анализа увеличилось. По данным эксперимента наблюдалось закономерное уменьшение содержания тяжелых металлов при действии бентонитовой глины в большей степени в базаль-ной секреции.
Если изучить структуру бентонитовой глины и сравнить ионный радиус элементов, входящих в состав глины (табл.1), можно предположить механизм ионного обмена в системе желудочный сок - бентонитовая глина.
Таблица 1
Значение ионных радиусов элементов
Элемент А15+ Na+ К+ Са2+ Mr Si4+ Fe2+ Fe5+ Cir Zir+ crf Pb2+
Ионный радиус (г), нм 0,05 7 0,09 8 0,13 3 0,10 4 0,07 4 0,03 9 0,08 0 0,06 7 0,08 0 0,08 3 0,09 9 0,08 4
Возможный механизм ионного обмена: 2Я-Ыа+Сс12^Я2Сс1+Ыа
Лгш+-аГ-+ = О.ООЦнм)
=0.01(им)
Я-Ре+Си2 ^Я-Си+Ре2 =0("Л'>
Исходя из предложенного механизма, можно увидеть, что обменными катионами глины будут: Ыа+, Мд2+, Ре2+. Увеличение концентрации цинка, возможно, связано с выходом его из бентонитовой глины.
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
Изучение результатов антропогенного загрязнения окружающей среды в настоящее время приобрело исключительно важное значение, поскольку многие из накапливающихся в воздухе, воде и почвах химических ингредиентов чрезвычайно опасны для живых организмов.
Одними из приоритетных загрязняющих веществ являются такие как свинец, кадмий, медь и цинк. Поиск эффективных сорбентов, которые активно поглощают тяжелые металлы - это актуальная проблема в современном мире.
В ходе проведенного исследования была изучена возможность использования природного материала -бентонитовой глины Зырянского месторождения в качестве сорбента тяжелых металлов в желудочном соке.
В процессе проведенного эксперимента были получены следующие результаты:
• при анализе желудочного сока было установлено наличие в нем следующих тяжелых металлов: меди, кадмия, свинца и цинка, причем эксперимент показал, что содержание меди в желудочном соке у всех исследованных
Масса навески 0,00 г
Объем пробы 1,0 мл
Объем минерализата 10 мл
Объем аликвоты 5, 0мл
Добавка
Элемент Объем добавки Концентрация
АС, мл АС, мг/л
Zn 0,02 10
Cd 0,02 10
Pb 0,02 10
Cu 0,02 10
IIHlttllllH'll ни ДО F 4 til НГ »J "Л
людей максимально относительно других тяжелых металлов, наименьшее содержание в желудочном соке кадмия;
• в системе желудочный сок - бентонитовая глина глина Зырянского месторождения является природным сорбентом. По данным эксперимента наблюдается закономерное уменьшение содержания тяжелых металлов при действии бентонитовой глины в большей степени в базальной секреции.
Таким образом, внесение глины в желудочный сок можно рекомендовать как метод уменьшения содержания тяжелых металлов в биохимических лабораториях.
Список литературы
1. Галкин Е.Д. Влияние тяжелых металлов на здоровье человека // Экологический вестник России, 2005. - №1.-С.7-29.
2. Глины, их минералогия, свойства и практическое значение: Материалы совещания / Отв. ред. чл,- кор. АНСССР О.В. Чухров. - М.: Наука, 1970. - 386 с.
3. ГОСТ 28177-89. Бентонитовые глины. Методы анализа. - М.: Издательство стандартов, 1990. -36с.
4. Зайков АЛ. Загрязнение окружающей среды // Проблемы токсикологии и эпидемиологии: Тез. докл. Межд. конф. 11-19 мая 1993. -Москва - Пермь, 1993.
5. Козин В.3. Бентонитовые глины //Известия вузов. Горный журнал.-2003. - №4. - с.47-52
6. Николаев Л.А. Металлы в живых организмах - М.: Просвещение, 1986. - 127 с.
7. Соловьев В. А. Состояние среды обитания человека и ее влияние на здоровье населения. Гигиена населенных мест //Экологический вестник России. -2005. - №1. - С. 7-29.
8. Трахтенберг И.М. Тяжелые металлы во внешней среде. Современные гигиенические и токсикологические аспекты. - М: Наука и Техника, 1994. -285с.
Л.В. Мосталыгина, С.Н. Елизарова, Л.К. Карипова, Е. А Карпова
Курганский государственный университет
ИЗУЧЕНИЕ СОДЕРЖАНИЯ НЕКОТОРЫХ МАКРОКОМПОНЕНТОВ В СОСТАВЕ ЖЕЛУДОЧНОГО СОКА И В СИСТЕМЕ ЖЕЛУДОЧНЫЙ СОК - БЕНТОНИТОВАЯ ГЛИНА ИОНОМЕТРИЧЕСКИМ МЕТОДОМ
Такие элементы как калий, натрий, магний и хлор, присутствуя в желудочном соке, обуславливают функциональную активность кислото- и ферментопродуцирующих клеток желудка и оказывают влияние на метаболизм его секреторных клеток. Вследствие чего, очень важным является не только определение содержания этих ионов в биологических жидкостях, но и возможность регуляции их концентрации.
Поскольку в обменном комплексе бентонитовой глины Зырянского месторождения Курганской области присутствуют ионы ]Ч|а+ > К+ > Са2+ > Мд2*, она, обладая ионообменными свойствами, в определенной степени может изменить их содержание и в желудочном соке.
Было обследовано 100 человек больных гастритом и холециститом, а также 10 человек отнесенных к основной медицинской группе. Для определения содержания катионов в желудочном содержимом использовали метод прямой потен-циометрии.
В ходе исследования было установлено, что под действием глины концентрация ионов натрия, магния, кальция в желудочном соке у больных гастритом и холециститом с любым типом кислотности, для всех возрастных групп повышается, а калия и хлорид- ионов уменьшается.
Таким образом, можно предположить, что бентонитовая глина окажет влияние и на протекание ряда биохимических процессов в желудочно-кишечном тракте.
Ключевые слова: желудочный сок, бентонитовая глина,
ионометрический метод, натрий, калий, кальций, магний, хлор.
Presence of such elements as potassium, natrium, magnesium and chlorine in the gastric juice results in functional activity of cells producing acids and ferments and influences the metabolism of secretory cells. Consequently, it is of primary importance not only to indicate the percentage of these ions in biological liquids, but to find possible ways of regulating their concentration.
Due to the presence of ions Na, K, Ca, Mg in the bentonitic clay ofZyryanka deposit, this clay possesses certain ion-exchange qualities and can influence the percentage of some ions in the gastric juice.
100 people suffering from gastritis and cholecystitis and 10 people referring to the regular medical category were examined. Method of direct potentiometry и/as used to indicate the percentage of cations in the contents of the stomach.
The investigation showed that under the influence of clay percentage of Na-, Mg- and Ca- ions increases, and that of Ka-and Cl-ions decreases (that proved to be true for a 11 age groups of patients with gastritis and cholecystitis and with any level of acidity).
Thus it is possible to assume that bentonitic clay will influence certain biochemical processes in the alimentary canal.
Key words: gastric juice, bentonitic clay, ionometry method, natrium, potassium, calcium, magnesium, chlorine 4 pages, 2 tables.
Биологическая роль химических элементов в организме человека чрезвычайно разнообразна. Выявлено немало заболеваний, связанных с недостаточным или избыточным накоплением различных макрокомпонентов. Это обусловлено тем, что в организме человека поддерживается баланс оптимальных концентраций биогенных элементов. Нарушение этого баланса может приводить к различным заболеваниям, в том числе и желудочно-кишечного тракта.
Существует элементы, постоянно содержащиеся в организме человека, которые входят в состав ферментов, гормонов и витаминов. К ним относятся и такие ионы как калий, кальций, магний, натрий, хлор. Выбор этих компонентов для нашего исследования обусловлен тем, что присутствие их в желудочном соке оказывает влияние на метаболизм его секреторных клеток. Таким образом, очень важным является не только определение содержания этих ионов в биологических жидкостях, но и возможность регуляции их концентрации. Изучение взаимосвязи обмена ионов в желудочном соке в дальнейшем может способствовать созданию новых лекарственных препаратов и разработке оптимальных режимов их дозирования как с лечебной, так и с профилактической целью.
Имеющиеся немногочисленные данные о применении бентонитовой глины в медицине и фармакологии свидетельствуют об исключительной эффективности использования минерала монтмориллонита - основы бентонитовой глины для лечебных целей. Однако исследования, связанные с использованием бентонитовой глины Зырянского месторождения Курганской области, отсутствуют, хотя она не менее чем на 60 - 70% состоит из монтмориллонита, обладает высокой способностью к ионному обмену (в обменном комплексе глин преобладают ионы Са2+ nMg2+ ) и адсорбционными свойствами, может оказать влияние на электролитный состав желудочного сока, а, вероятно, и на биохимические процессы в желудочно-кишечном тракте.
Целью нашего исследования явилось изучение влияния бентонитовой глины на содержание в желудочном
соке ионов ]\[а+ , , Са2+ > Mg2+ и CI" у здоровых лиц,
а также у больных гастритом и холециститом.
В работе были поставлены следующие задачи:
1. Определить содержание ]\fa+ , , Са2+ > Mg2+
