CC BY
37
К ВОПРОСУ о токсичности ЧЕТЫРЕХХЛОРИСТОГО ТИТАНА
Кандидат медицинских наук Е. А. Мельникова
Из кафедры гигиены труда I Московского ордена Ленина медицинского института имени И. М. Сеченова
Четыреххлористый титан используется в промышленности в качестве исходного или промежуточного вещества для получения как чистого металлического титана, так и различных его соединений, применяемых в качестве красителей и протрав. Титан применяется в металлургии в виде сплавов с железом, носящих название ферротитан и ферро-карботитан. Ферротитан придает сплавам однородность, увеличивает сопротивление стиранию и удару и применяется для производства инструментальной, тигельной, автомобильной и другой качественной стали (В. С. Сырокомский). Порошок чистого металлического титана используется для получения сплавов в порошковой металлургии.
Основным методом получения металлического титана является нагревание под давлением четыреххлористого титана с металлическим натрием или калием до температуры красного каления. При этом выделяется свободный металлический титан. Четыреххлористый титан, используемый в реакции, получают хлорированием рутила (ТЮ2). Транспортировка четыреххлористого титана из одного реактора в другой осуществляется по трубам. Благодаря большой химической активности, четыреххлористый титан вызывает быстрое разрушение труб, особенно в местах их стыков и вентилей, что приводит к нарушению герметичности трубопроводов и создает условия прорыва пара четыреххлористого титана в рабочие помещения.
Четыреххлористый титан — прозрачная бесцветная жидкость (упругость пара при 20° равна 10,05 мм ртутного столба), чрезвычайно быстро гидролизующаяся во влажном воздухе с образованием высокодисперсного дыма — смеси аэрозоля гидратов титана и паров хлористого водорода.
При внесении TiCl4 в воду происходит бурная реакция гидролиза, которая может быть схематически изображена цепью реакций:
TiCU • 5Н2 - СЬ(ОН) • 4Н20 +HCl - TiCl2(OH)2 • 3H20 + + НС1 - TiCl(OH)s • 2Н20 +HCl - Ti(OH)4 • Н20 + НС1
При высокой температуре весь процесс протекает быстро, на холоду же могут образовываться промежуточные продукты. До конца гидролиз идет при избытке воды, причем образуется коллоидная ортотитановая кислота (Ti(0H)4H20). Из всех промежуточных соединений гидролиза четыреххлористого титана наибольшей устойчивостью к воде обладает TiCl(ОН)з • 2Н20 — белая масса, способная долго сохранять свой атом хлора (Г. П. Лучинский).
Относительно токсических свойств четыреххлористого титана нет определенных данных. При использовании TiCl4 в качестве дымообразующего вещества его относят к нейтральным дымам, т. е. таким, которые не обладают удушающими, ядовитыми или раздражающими свойствами (Ф. И. Ванин). Токсичность тумана, образующегося из четыреххлористого титана, считается незначительной и соответствующей сравнительно малому содержанию в нем хлористого водорода (F. Fleury, F. Zernik).
Учитывая растущее применение четыреххлористого титана в промышленности и возможность поступления его в воздух производственных помещений, получение более определенных данных о токсичности этого продукта является необходимым для обоснования допустимого содержания его в воздухе производств. Поскольку предполагалось, что токсическое действие четыреххлористого титана определяется его спо-
собностью гидролизоваться до хлористого водорода, наше исследование-носило сравнительный характер. Сравнивалась токсичность хлористого водорода in statu nascendi и аэрозоля, образующегося из четыреххло-ристого титана при его гидролизе.
Опыты ставились на мышах; 2-часовая затравка животных проводилась в камере емкостью 100 л. Хлористый водород получался из: поваренной соли при воздействии на нее концентрированной сернсй кислоты и подогревании и вводился в момент образования в камеру через отверстие в стенке. Количество вводимого газа дозировалось количеством вступающей в реакцию серной кислоты и временем реакции (Б. В. Некрасов). Испарения четыреххлористого титана в камере достигали внесением небольшого количества жидкости на поверхность чашки Петри, подвешенной внутри камеры под вращающимся вентилятором.
Концентрации хлористого водорода и титана определяли в начале отравления и через час после его начала. Хлористый водород определяли нефелометрическим методом, титан — колориметрическим методом, предложенным научным сотрудником Московского областного научно-исследовательского гигиенического института М. В. Нифонтовой.
Принцип метода основывается на реакции титана в сернокислой среде с перекисью-водорода. Образующееся, при этом соединение (H2[Ti02(S04)]2) придает раствору окрашивание от светло-желтого до оранжевого цвета. Отбор пробы проводился протягиванием воздуха через три последовательно соединенных поглотителя Петри, наполненных 10 мл 5% раствора серной кислоты каждый Стандартный раствор титана! ■олучался следующим образом: навеску порошка чистого металлического титана в 0,01 г растворяли в 10 мл концентрированной серной кислоты; осторожно перемешивая раствор стеклянной палочкой, добавляли 5 мл воды. [Растворение обычно-сопровождается усиленным выделением пузырьков водорода. Если выделение водорода идет медленно, необходимо раствор подогреть на электрической плитке (газ взрывается)]. Образующийся прозрачный раствор переносился в мерную колбу и разводился до 100 мл. Образующийся раствор содержит 0,1 мг титана в 1 мл.
Предварительно в эксикаторах была проверена гидролитическая способность чистого и технического четыреххлористого титана. Содержание хлористого водорода в пробах, отобранных в газовые пипетки, оказалось одинаковым в обоих случаях. В дальнейшем проводилось-исследование токсичности чистого четыреххлористого титана.
Следует отметить, что при внесении в камеру одних и тех же количеств четыреххлористого титана не всегда было возможно получить одинаковые концентрации как титана, так и хлористого водорода. Последнее следует объяснить разной степенью влажности воздуха в камере в различные дни исследования. При наличии животных в камере влажность воздуха в ней повышается, а концентрация титана и хлористого водорода сравнительно быстро падала. Приблизительно через 20 минут можно было отметить выпадение аэрозоля в осадок (образование геля) и к началу второго часа концентрация веществ в воздухе падала в 8—15 раз. Снижение концентрации хлористого водорода наблюдалось как при введении чистого газа, так и в случаях образования его при гидролизе четыреххлористого титана и являлось, вероятно, результатом растворения части хлористого водорода во влаге, конденсирующейся на стенках камеры.
По данным Мэкла и соавторов, хлористый водород в концентрации 6,4 мг при 30-минутной экспозиции вызывает быструю смерть, а в концентрации 5 мг/л при полуторачасовой экспозиции смерть наступает в течение 2—6 дней после затравки (цит. по Н. В. Лазареву). Мы брали в опыт максимально такое количество четыреххлористого титана, которое при полном гидролизе создавало подобную концентрацию хлористого водорода: 0,4 мл TiCl4, что образовывало в камере емкостью в 100 л 6 мг/л хлористого водорода. Концентрации чистого хлористого водорода получались эмпирически и примерно соответствовали количеству хлористого водорода, образующемуся при гидролизе четыреххло-
ристого титана. Всего исследовано 6 различных концентраций четыреххлористого титана и соответственно этому 6 концентраций хлористого водорода.
Наши предварительные исследования позволяют сделать вывод о различной степени токсичности хлористого водорода и четыреххлористого титана.
Как видно из таблицы, смертность животных при отравлении четыреххлори-стым титаном оказалась выше, чем при соответствующих концентрациях чистого хлористого водорода.
При вскрытии животных, погибших в результате интоксикации, в обоих случаях можно было констатировать явления отека легких. Макроскопически легкие выглядели пастозными, были розово- или красновато-синюшного цвета, на их поверхности иногда отмечались точечные кровоизлияния. Из среза легких при надавливании вытекала пенистая прозрачная жидкость. По краю легких отмечалась эмфизема.
О большей токсичности четыреххлористого титана можно судить и по' второй серии наших опытов, в которой определялась способность изучаемых веществ вызывать отек легких. Для суждения о развитии отека легких мы воспользовались вычислением легочного коэффициента:
вес легких (в г)
К
вес тела (в г)
п. U
У 10 контрольных животных, не подвергавшихся отравлению, это отношение колебалось между 0,018 и 0,023, причем коэффициент 0,023 наблюдался лишь у 3 мышей. При одинаковых концентрациях хлористого водорода (0,18 м/гл)
Выжило в течение 10 дне{ | | —, ю -ч- ю
Число смертных случаев после затравки ю ю ч- | — | —•
во время затравки 1 1 1 1 1 1 1
Время возникновения первого случая смерти (в часах) (М -Ч* -Ч- | | | -Ч" — (N (N I' 1 1 (М
Число животных в опыте ю lo lo lo ю ю ю
Первые признаки отравления Сильное раздражение конъюнктивы (вплоть до некроза)и слизистой носа, беспокойство, небольшая задержка дыхания при высоких концентрациях HCl
Концентрация HCl (в мг/л) 3-0,18 1-0,12 0,54-0,06 0,11-0,036 0,24-0,03 0,06—0,012 0,06-0,03
Выжило в течение 10 дней | — im со со m
Число смертных случаев после затравки 1 1---1
во время затравки ю -ч" <м — — |
(xbiahhw я) hidawo bebxiro ojoh -dau шшэ1гяиоц Hwadg со со СО Ю 1П 1 — СО 1
Число животных в опыте ю in ю ю о л
Первые признаки отравления Незначительное раздражение конъюнктивы 11 верхних дыхательных путей, одышка инспира-торного характера. При больших концентрациях смерть в первые минуты с явлениями судорог
Концентрация (в мг/л) HCl 6,0-0,08 0,24-0,24 0,18-0,01 0,08-0,01 0,07-0,005 0,06-0,012
р 0,84—0,04 0,3—0,03 0,24-0,02 0,2-0,018 0,15-0,01 0,09-0,006
(и-к я) joo-iam -andeuoH ояхээьи1го>1 0,4 0,2 0,15 0,1 0,07 0,05
в течение часа отравления (животные убиты сразу после отравления) отек легких развился лишь при действии четыреххлористого титана. В этом случае у 4 из 10 мышей легочный коэффициент был выше 0,023, достигая в 2 случаях 0,027. При отравлении чистым хлористым водородом легочный коэффициент выше 0,023 не наблюдался как при концентрации газа, равной 0,18 мг/л, так и при более высокой концентрации, равной 0,056 мг/л.
Что же определяет большую степень токсического действия четыреххлористого титана? Нам кажется, что в данном случае основное значение имеет физико-химическое состояние действующих веществ. Вероятно, в обоих случаях действующим началом является хлористый водород, так как образующаяся в результате гидролиза ортотитановая кислота (Ti (ОН)4 • Н20) является слабой кислотой, тогда как хлористый водород, растворяясь во влаге слизистой дыхательного тракта, образует сильную соляную кислоту. Можно думать, что физико-химическое состояние образующегося из четыреххлористого титана аэрозоля может создать особые условия воздействия на организм хлористого водорода и обеспечить большую степень его вредного действия. Следует учесть возможность адсорбции частичками гидратов образующегося газа и внесения частичек с током воздуха в более глубокие отделы легких, куда чистый хлористый водород вследствие чрезвычайно большой растворимости полностью не проникает, так как в основном растворяется во влаге верхних дыхательных путей (носоглотка, трахея). Проникшие в альвеолы легких частички гидратов титана будут подвергаться дальнейшему гидролизу вплоть до ортотитановой кислоты уже на ткани легкого, что создаст возможность дополнительного воздействия хлористого водорода на глубокие ткани легкого.
Выводы
1. Токсическое действие четыреххлористого титана определяется способностью его образовывать хлористый водород, который в силу создающихся особых физико-химических условий способен оказывать воздействие на глубокие ткани легкого.
2. Исследования токсичности четыреххлористого титана позволили установить большую степень токсичности аэрозоля, образующегося в результате гидролиза продукта, чем чистого хлористого водорода, что дает основание рекомендовать в качестве предельно допустимой концентрации хлористого водорода, образующегося "при гидролизе продукта, более низкую концентрацию, чем предельно допустимая для чистого хлористого водорода.
3. Для научного обоснования допустимого содержания четыреххлористого водорода в воздухе производственных помещений необходимо проведение дополнительных исследований.
ЛИТЕРАТУРА
Ванин Ф. И. Боевые дымы. М.—Л., 1935.—Вейцер Ю. И., Л учинский Г. П. Химия и физика маскирующих дымов. М.—Л., 1947.—Л учинский Г. П. Че-тыреххлористый титан. М.—Л., 1939.—Он же. Химия титана. М.—Л.. 1941.—Сыро-комский В. С. В кн.: Титан и его соединения. Л., 1926, в. 1, стр. 76—109.—F1U-ry F., Zern i k F. Schädliche Gase, Berlin, 1931.
Поступила 17/X 1956 r.
ON THE QUESTION OF TOXICITY OF TITANIUM TETRACHLORIDE
E. A. Melnikova, candidate of medical sciences
The author has made a comparative study of the toxicity of hydrogen chloride which acts at the moment of forrration an<i that of the aerosol product of hydrolysis-of titanium tetrachloride. Experimental poisoning was performed on mice for a period of two hours in a chamber with a volume of 100 1. The author has studied the concen-
trations which killed the animals in 2—6 days (0.4 ml TiCU) and the smaller doses. There were considerable disturbances of respiration. The irritative action of pure hydrogen chloride was more pronounced, however, it caused lesser mortality and the disturbances of the respiration were insignificant. During the poisoning with titanium tetrachloride the signs of edema of the lungs were more pronounced. The higher toxicity of titanium tetrachloride depends on the physicochemical state of the aerosol product of hydrolysis (the highly dispersed phase favours its penetrations to the deepest parts of the lungs).
* Tfr TV
К ТОКСИКОЛОГИИ ДИМЕТИЛФОРМАМИДА
К. П. Лобанова
Из Института гигиены труда и профессиональных заболеваний АМН СССР
Диметилформамид, применяемый в качестве растворителя поли-акрилнитрила, является ценным продуктом при изготовлении синтетического волокна нитрона, производство которого в СССР имеет широкие перспективы развития.
Литературные сведения о токсичности диметилформамида весьма ограничены. Нам известна лишь одна работа Массмана (Massmann), опубликованная в 1956 г после завершения настоящей работы. Автор приводит материалы экспериментальных исследований, свидетельствующие о том, что диметилформамид способен проникать через неповрежденную кожу животных и отличается слабым раздражающим действием. Диметилформамид выделяется из организма с мочой в неизмененном виде. Пары диметилформамида в концентрациях 0,2—0,6 и 1,2 мг/л при длительных затравках у крыс не вызывали признаков интоксикации. У погибших животных были обнаружены значительные изменения в паренхиматозных органах, выражающиеся в жировой дегенерации печени и почек с широко распространенными очагами некроза.
Диметилформамид [(СНз)гМСОН]— в обычных условиях бесцветная жидкость со специфическим запахом, удельным весом 0,96, упругостью пара — 3,7 мм ртутного столба и температурой кипения 153°, хорошо растворяется в воде, спирте, простых и сложных эфирах. Его летучесть в 48 раз ниже летучести этилового эфира.
В опытах с ингаляционным воздействием, проведенных на 115 белых мышах, диметилформамид испытывался в концентрациях от 2 до 23 мг/л при 2-часовой экспозиции. Животные, перенесшие отравление, находились под наблюдением в течение последующих 14 дней.
Динамическая затравка животных производилась в камере емкостью 107 л. Воздух, насыщенный парами диметилформамида, непрерывно подавался в камеры со скоростью, обеспечивающей концентрации паров диметилформамида в камере от 2 до 14 мг/л. Высокие концентрации (17—23 мг/л) создавались при подогревании испытуемой жидкости. Равномерное распределение паров диметилформамида обеспечивалось работой электросмесителя. Фактические концентрации диметилформамида определялись химическим анализом, разработанным сотрудниками Института гигиены труда и профессиональных заболеваний АМН СССР М. Д. Бабиной и Г. С. Павловской.
Смертность белых мышей, подвергавшихся 2-часовому воздействию паров диметилформамида при различных концентрациях
концентрация в воздухе в мг/л) Количество мышей Гибель животных по суткам Всего погибло
1 2 3 4 6 6 7 8 9 10 11
23 20 10 5 5 20
17 20 — 3 4 4 3 2 16
14 10 — 2 1 1 2 6
12 10 — 1 1 2 2 6
9,4 15 — — 1 2 — — 2 — 2 — — 7
6 20 1 — 1 2
2 20 0
