Дослідження шкідливих речовин у тютюновому димі

ВСТУП

Сьогодні смертність населення України визначається передусім неінфекційними захворюваннями, тісно повязаними з широким розповсюдженням факторів ризику, які характерні для поведінки людини. Серед них тютюнокуріння - основна причина передчасної смерті, якій можна запобігти. Тютюн - фактор ризику більш ніж 25 хвороб.

Існують цифри та факти щодо куріння:

·за оцінками Всесвітньої організаації охорони здоровя (ВООЗ) близько третини дорослого населення світу (серед яких 200 мільйонів - жінки) курять;

·кожного року в світі тютюн викликає 3,5 мільйонів смертей, або 1000 - щодня;

·за прогнозами, глобальна тютюнова «епідемія» забере життя 250 мільйонів сучасних дітей та підлітків;

·за даним ВООЗ Україна займає 17 місце серед країн, які споживають цигарки.

При тютюнопалінні відбувається суха дистиляція і неповне згоряння висушених тютюнових листків в незалежності від того, використовуються вони в натуральному вигляді (скручена в трубочку), в цигарці чи в сигарі. При повільному згорянні виділяється дим, що є неоднорідною (гетерогенною) сумішшю, що складається в середньому з 60 % різних газів і 40 % мікроскопічних дьогтевих крапель (аерозолі). В газовій фракції тютюнового диму міститься, крім азоту (59 %), кисню (13,4 %), ще й оксид вуглецю (IV) (13,6 %), оксид вуглецю (II) (4 %), водяна пара (1,2 %), ціаністий водень (0,1 %), оксиди Нітрогену, акролеїн та інші речовини.

В Україні з 16 грудня 2012 року заборонено куріння в усіх громадських місцях - згідно з ухваленим у травні законом «Про внесення змін до деяких законів щодо вдосконалення окремих положень про обмеження місць куріння тютюнових виробів».

В різних країнах діють різні обмеження тютюнопаління і штрафи <#"justify">Саме тому темою нашої роботи є дослідження вмісту шкідливих компонентів у тютюновому димі.

Обєктом дослідження є хімічний склад продуктів згорання тютюнових виробів.

Предметом дослідження є визначення вмісту ціанідної кислоти в тютюновому димі.

Мета дослідження полягала у визначенні способів виробництва тютюнових виробів та їх різновидів. Зясуванні складу тютюнового диму, визначенні кількісного вмісту такого компоненту тютюнового диму, як ціанідна кислота.

Виходячи з мети дослідження нами були поставлені такі завдання:

.проаналізувати сучасний стан проблеми тютюнопаління у світі;

.охарактеризувати найбільш небезпечні компоненти, які присутні в тютюновому димі;

.розглянути можливості якісного та кількісного визначення ціанідної кислоти в тютюновому димі, як небезпечного компонента;

.здійснити практичне визначення вмісту ціанідної кислоти у тютюновому димі.

Методи нашого дослідження:

·пошук та опрацювання наукової літератури з теми;

·використання інтернет - ресурсів для отримання більш докладної інформації з потрібної теми.

РОЗДІЛ 1. ЗАГАЛЬНИЙ ОПИС. ХІМІЧНИЙ СКЛАД РОСЛИН РОДУ NICOTINA ТА ПРОДУКТІВ ЇХНЬОГО ГОРІННЯ

1.1Виробництво тютюнових виробів

1.1.1 Загальні відомості про рослини роду Тютюн

Тютюн ( лат. <#"justify">Експерти вважають, що тютюн почали вирощувати в Америці близько 6000 р. до н.е., а почали його палити і жувати близько 1000 р. до нашої ери.

Корінь <#"justify">1.1.2Види та сорти тютюну та їх переробка

Існує близько 60 видів і більше 1000 різновидів рослини роду «тютюн», але культивується всього два - Nicotiana tabacum (використовується у виробництві сигарет, сигар і трубкового тютюну) і Nicotiana Rustica (для кальянних табаків і сигаретних табаків невисокої якості, типу махорки).

У світі розрізняють кілька основних сортів тютюну, з яких готуються різноманітні суміші. Найпоширеніший сорт тютюну - Вірджинія, він становить близько 2/3 світового виробництва тютюну. Це "світлий" тютюн парової обробки, він є основою для більшості сигаретного і люлькового тютюну. Також до «світлих» тютюнів, але які натурально висушують, відноситься сорт Берлі, він, як і Вірджинія був вперше вирощений в США, а зараз вже поширений у всьому світі. Берлі цінується любителями трубок за те, що добре абсорбує різні аромати і ніколи не гірчить. Докладніша інформація про сорти тютюну наведена у додатку А.

Від способу нарізання того чи іншого сорту тютюну залежить не тільки його зовнішній вигляд та форма, а й запах та смак. Розрізнюють декілька основних типів нарізання, що відрізняються між собою як за сортом тютюну, який нарізається, так і за технологією процесу. Докладнішу інформацію про типи нарізання тютюну приведено у додатку Б.

Різновид тютюнової продукції

Всі види тютюнової продукції, які вживаються у різних країнах світу можна класифікувати за способом використання:

·курильні тютюнові вироби, призначені для куріння - сигарети, сигари, цигарки, тютюн для кальяну, тютюн курильний тонконарізаний, тютюн люльковий, біді, кретек;

·некурильні тютюнові вироби, призначені для смоктання, жування або нюхання - тютюн смоктальний (снюс), тютюн жувальний, тютюн нюхальний, насвай. (Див. Додаток В) [6]

1.2 Статистичні факти тютюнопаління

Тютюнопаління - вдихання диму <#"justify">Від хвороб, розвиток яких є наслідком тютюнопаління, щорічно помирає 5,4 млн осіб. Тобто 1 з 10 смертей у світі спричинена саме вживанням тютюнових виробів.

За статистикою у країнах Європи, Азії, Північної та Південної Америки, Австралії споживання сигарет на душу населення перевищує допустимі норми. Докладніша інформація наведена у додатку Г.

Тютюнова статистика України

vВ Україні щоденно курить 45 % дорослих чоловіків і 9 % дорослих жінок; серед молоді курить 45 % юнаків і 35 % дівчат;

v68 % курців заявили, що зацікавлені у відмові від куріння, а серед тих, хто будь-коли курив щодня, 26 % вже є колишніми курцями;

vПонад 90 % населення України підтримує заборону куріння на всіх робочих місцях;

vПідтримка повної заборони реклами тютюну серед населення становить 70 %;

vВсього в країні нараховується близько 9 мільйонів активних курців, що складають третину всього працездатного населення країни;

vУкраїна <#"justify">Поширеність щоденного куріння за останні 5 років в Україні суттєво зменшилась. Так, у 2005 році щоденно палили 62 % чоловіків (від 15 років і старше), а в 2010 вже 45 %. Кількість жінок-курців скоротилася майже вдвічі - з 17 % до 9 %.

Дослідження показує: якщо молодь віком 12-17 років віку палить, то ймовірність вживання ними героїну у 12 разів, а кокаїну у 51 раз вища, ніж у тих, хто не палить.

Якщо молодь 12-17-літнього віку випалює більше пачки цигарок, то ймовірність вживання ними героїну вища у 51 раз, а кокаїну у 106 разів.

Дослідниками було виявлено також такий цікавий факт: молодь, яка ніколи не палила, майже ніколи не вживає героїн або кокаїн.

1.3 Хімічний склад диму і дія його на організм

У світі ніде немає правил, які вимагають, щоб тютюнові компанії зменшували або контролювали концентрацію канцерогенів у тютюновому димі.

Тютюнові вироби містять близько 4000 хімічних сполук, а тютюновий дим - близько 5000 хімічних сполук, з яких приблизно 60 викликають рак. Основним для тютюнових виробів елементом, через який їх вживають, є нікотин. Непрямим свідченням цього є кількаразові спроби випуску сигарет без нікотину, які повсюдно потерпіли фіаско на ринку. Цигарковий дим є неоднорідною (гетерогенною) сумішшю, яка складається в середньому з 60% різних газів і 40% мікроскопічних дьогтьових крапель (аерозолів).

Нижче ми більш детально спробуємо охарактеризувати основні хімічні складові цигарок та тютюнового диму.

Смола - це все те, що міститься в тютюновому димі, за винятком газів, нікотину й води. Представляє собою гетерогенну систему. Кожна часточка смоли складається з багатьох органічних і неорганічних речовин. Дим потрапляє в рот у вигляді концентрованого аерозолю. При охолодженні він конденсується й утворює смолу, що осідає в дихальних шляхах. До складу смоли входять поліциклічні ароматичні вуглеводні, у тому числі нітрозоаміни, ароматичні аміни, ізопреноїди, пірен, бензапірен, хризен, антрацен, флюорантен та ін. Крім того смола містить прості і складні феноли, крезоли, нафтоли та ін. [24]

Речовини, які містяться в смолі, викликають рак і інші захворювання легенів, такі як параліч очисного процесу в легенях і ушкодження альвеолярних мішечків, також знижують ефективність імунної системи.

Вміст речовин, які знаходяться у тютюновому димі можна представити у вигляді таблиці (значення у таблиці наведено з розрахунку вмісту речовини у мкг на 1 цигарку).

Таблиця 1.1. Основні компоненти тютюнового диму

Летучі речовиниВміст, мкг/на 1 цигаркуСпецифічні компонентиВміст, мкг/на 1 цигаркуОксид вуглецю13Нікотин1,8Діоксид вуглецю50Фенол86,4Амоній80О-крезол20,4Ціаністий водень240М- і р- крезол49,5Ізопрен582N- етилфенол18,2Ацетальдегід770Карбазол1,0Акролеїн84Індол14,0Гідрозін0,03Бензонтрацен0,044Нітрометан0,5Бензпірен0,025Нітробензол1,1Флюорен0,42Ацетон578ДДД (інсектецид)1,75Бензол67ДДТ (інсектецид)0,77

Складові тютюнового диму можна розділити на такі групи:

·органічні речовини,

·неорганічні речовини,

·вільні радикали.

До органічних речовин, які присутні в тютюновому димі, можна віднести такі як:

Нікотин - природний компонент тютюнових рослин. Нікотин проникає в кров, накопичується в життєво важливих органах, призводячи до порушення їх функціонування. У великих кількостях він досить токсичний. Нікотин є природним захистом тютюнової рослини від поїдання комахами. Він володіє в три рази більшою токсичністю, ніж миш'як. Отруєння нікотином характеризується: головним болем, запамороченням, нудотою, блювотою. При тяжких випадках судоми та втрата свідомості. Хронічне отруєння - никотинізм, характеризується ослабленням пам'яті, зниженням працездатності. У невикуреній сигареті міститься порядку 10 мг нікотину, але через дим курець одержує з однієї сигарети порядку 0,533мг нікотину.

Акролеїн (у перекладі із грецького «гостре масло»), як і чадний газ, є продуктом неповного згоряння. Акролеїн має різкий запах, подразнює слизові оболонки і є сильним лакриматором, тобто викликає сльозливість. Крім того, як і ціанідна кислота, акролеїн відноситься до речовин загальтоксичної дії; також підвищує ризик розвитку онкологічних захворювань. Акролеїн, як і інші альдегіди, викликає ураження нервової системи. Акролеїн і формальдегід відносяться до групи речовин, що провокують розвиток астми.

Нітрозаміни -це група канцерогенів, що утворюються з алкалоїдів тютюну. Вони є этіологічним фактором злоякісних пухлин легенів, стравоходу, підшлункової залози, ротової порожнини в людей, що палять. При взаємодії з нітрозамінами молекули ДНК змінюють свою структуру, що служить початком для розвитку злоякісних новоутворень.

Неорганічними складовими тютюнового диму є такі речовини як:

Чадний газ (СО)- це газ без кольору й запаху, присутній у високій концентрації (100-150мг/л) в сигаретному димі. Його здатність сполучатися з гемоглобіном в 200 разів вище, ніж у кисню. У зв'язку із цим підвищений рівень оксиду вуглецю в легенях і крові в курця зменшує здатність крові переносити кисень, що позначається на функціонуванні всього організму. Мозок і м'язи (включаючи серцевий) не можуть діяти на повну силу без достатнього надходження кисню. Серце й легені повинні працювати з більшим навантаженням для того, щоб компенсувати зниження надходження кисню в організм. Чадний газ також ушкоджує стінки артерій і збільшує ризик звуження коронарних судин, що може привести до серцевих нападів.

Оксиди Нітрогену (NO, NO2) містяться в тютюновому димі в досить високих концентраціях. Вони можуть викликати ушкодження легенів, що призводять до емфіземи. Діоксид Нітрогену (NO2) знижує опорність організму до распіраторних захворювань, що може привести до розвитку, наприклад, бронхіту. При отруєнні оксидами азоту в крові утворяться нітрати й нітрити. Вони, діючи безпосередньо на артерії, викликають розширення судин і зниження артеріального тиску. Потрапляючи в кров, нітрити утворюють із гемоглобіном стійку сполуку - метгемоглобін, перешкоджаючи переносу гемоглобіном кисню й надходженню кисню в органи тіла, що приводить до кисневої недостатності. Таким чином, діоксид азоту (NO2) впливає в основному на дихальні шляхи й легені, а також викликає зміни складу крові, зокрема, зменшує вміст у крові гемоглобіну. Вплив на організм людини діоксиду азоту викликає кисневе голодування тканин, особливо в дітей. Він також підсилює дію канцерогенних речовин, сприяючи виникненню злоякісних новоутворень. Діоксид азоту впливає на імунну систему, підвищуючи чутливість організму, особливо дитячого, до патогенних мікроорганізмів і вірусів. Оксид Нітрогену (NO) грає більш складну роль в організмі, оскільки утворюється ендогенно й бере участь в утворенні просвіту судин і дихальних шляхів. Оксиди азоту не випадково присутні в тютюновому димі, тому що їхнє надходження в дихальні шляхи підсилює абсорбцію нікотину. В останні роки також виявлена роль оксиду азоту у формуванні нікотинової залежності. Він вивільняється в нервовій тканині під впливом нікотину, що надійшов. Це приводить до зменшення вивільнення нейромедіаторів головного мозку й полегшенню стресу. З іншого боку, затримується зворотне захоплення дофаміну, і його підвищені концентрації створюють сприятливий ефект для нікотину.

Ціаністий водень або синильна кислота робить пряме ураження природного очисного механізму легенів через вплив на війки бронхіального дерева. Ушкодження цієї системи може привести до нагромадження токсичних речовин у легенях, збільшуючи ймовірність розвитку хвороб. Вплив ціанистої кислоти не обмежується війками дихальних шляхів. Вона відноситься до речовин так званої загальтоксичної дії. Механізм її впливу на організм людини проявляється в порушенні внутрішньоклітинного й тканинного дихання внаслідок придушення активності залізовмісних ферментів у тканинах, що беруть участь у передачі кисню від гемоглобіну крові до клітин тканин. Таким чином, тканини не одержують достатньої кількості кисню.

Сполуки важких металів є в тютюновому димі, включаючи такіяк Нікель, Кадмій, Арсен, Хром і Плюмбум. Відомо, що сполуки Арсену і Хрому викликають розвиток раку в людей. Також є дані, що дозволяють припустити, що сполуки Нікелю й Кадмію - канцерогени. Кадмій накопичується в нирках. Він має токсичну дію на нирки й сприяє зниженню мінеральної щільності кісткової тканини. У результаті цього кадмій впливає на хід вагітності, підвищуючи ризик недостатньої маси тіла плоду й передчасних пологів. Нікель відноситься до групи речовин, що провокують розвиток астми, а також сприяє розвитку раку. Вдихання часток нікелю приводить до розвитку бронхіоліту, тобто запалення найдрібніших бронхів.

Вільні радикали разом з іншими високоактивними речовинами становлять групу оксидантів, які беруть участь у реалізації так званого оксидативного стресу ( нездатність клітини <#"justify">Висновки до розділу 1

За статистикою у країнах Європи, Азії, Північної та Південної Америки, Австралії споживання сигарет на душу населення перевищує допустимі норми.

Загалом, дим цигарок містить в собі понад 4000 хімічних речовин. Відомо, що 43 з них викликають онкологічні захворювання. Серед них: ціаніди, бензол, метиловий спирт, ацетилен. У цигарковому димі також містяться оксиди Нітрогену і Карбону - отруйні гази. Головним елементом цього диму є нікотин - речовина, яка викликає у людини сильну наркотичну залежність.

Шкідливі речовини, що містяться в тютюновому димі і впливають на організм, обєднані в 4 групи:

vканцерогенні речовини (ароматичні вуглеводні, бензпірен, феноли, нітрозамін, гідразин, вінілхлорид, толуідин, неорганічні сполуки мишяку та кадмію, радіоактивні полоній, олово та вісмут-210);

vподразнюючі речовини (ненасичений альдегід пропеналь, оксид карбону);

vотруйні гази (сірководень, оксид вуглецю, ціаністий водень);

vотруйні алкалоїди (нікотин, норнікотин, нікотирин, нікотеїн, нікотимін та інші).

РОЗДІЛ 2. ЦІАНІДНА КИСЛОТА ТА ЇЇ СПОЛУКИ

Серед складових, які присутні в тютюновому димі, для нашого дослідження ми обрали ціанідну кислоту. Ця речовина не на стільки відома, як нікотин у тютюновому димі, але також достатньо токсична та отруйна.

.1 Фізико-хімічні властивості ціанідної кислоти

тютюн синильний ціанідний дим

Синильна кислота синтезована вперше в 1782 році шведським хіміком Карлом Шеєле. Вважається, що через 4 роки Шеєле став жертвою свого відкриття, оскільки раптово помер у лабораторії під час проведення дослідів.

Синильна кислота (ціанідна) - кислота із хімічною формулою HCN. Безбарвна, прозора, дуже летка рідина <#"justify">·температура кипіння + 26,0 °С,

·температура замерзання -10,50 °С,

·питома вага - 0,7,

·густина пари в повітрі - 0,94М,

·леткість при 20,50 °С 873 г/м.

Раніше ціанідній кислоті приписували або нітрильну , або ізонітрильну форму. Дослідження ціанідної кислоти фізичними методами показали, що рівновага зміщена виключно в напрямку нітрильної форми:

Вміст ізонітрильної форми в ціанідній кислоті був доведений хроматографічним методом, припускають, що вміст її становить близько 0,5-1,0%. Можливо, що висока токсичність ціанідної кислоти обумовлена присутністю ізонітрильної форми.

Електронна структура ціанідної кислоти

Ціанідна кислота гідролізує за достатньо високої температури, процес проходить швидко лише при температурі близько 1200оС

При взаємодії з лугами <#"53" src="doc_zip6.jpg" />

Із сірковмісними <#"44" src="doc_zip8.jpg" />

При високих температурах ціанідна кислота взаємодіє з вуглеводнями, утворюючи нітрили

Галогени взаємодіють з ціанідною кислотою з утворенням галогенціанідів

Взаємодія з хлором <#"justify">·У хімічному виробництві є сировиною для одержання акрилонітрилу, метилметакрилату, адіпонітрілу та інших сполук. Синильна кислота і велика кількість її сполук використовуються при добуванні благородних металів з руд, при гальванопластичному позолоченні і срібленні, у виробництві ароматичних речовин, хімічних волокон, пластмас, каучуку, органічного скла, стимуляторів росту рослин, гербіцидів.

·У медицині в малих дозах (!) використовується як сильний седативний засіб(надає загальну заспокійливу дію на ЦНС).

·Як отруйну речовину Під час Першої світової війни ціанідна кислота вперше була рекомендована як ОР у формі венсеніта (в суміші з трихлористим миш'яком, чотирьоххлористим оловом і хлороформом) і була застосована проти німців французьким командуванням на річці Соммі 1 липня 1916. Всього за роки першої світової війни французька армія застосувала близько 4 тис тонн ціанідної кислоти. Незважаючи на велику кількість витраченого венсеніта, його застосування в Першу світову війну не можна визнати вдалим через недосконалість засобів застосування.

Ціанідна кислота привертає увагу військових хіміків, тому що може викликати дуже швидкий розвиток клініки ураження і загибель протягом декількох хвилин на полі бою. Підтвердженням вищесказаного є події в Бхопале (Індія), коли після вибуху заводу, що виробляє ОР, в тому числі ціаніди, загинули тисячі людей.

Синильна кислота була основною складовою частиною препарату «Циклон Б», який застосовувався нацистами під час Другої світової війни для вбивства людей в таборах. У деяких штатах США вона використовувалася в газових камерах в якості отруйної речовини при виконанні вироків смертної кари, в останній раз це було зроблено в Арізоні у 1999 році. Смерть, як правило, настає протягом 5-15 хвилин.

У мирний час ціанідна кислота та її солі широко використовуються в промисловості (для добування золота і срібла з руд, позолочення і сріблення металів, фарбування та протравлення тканин, виробництва пластмас). У сільському господарстві солі синильної кислоти широко використовуються для боротьби зі шкідниками сільськогосподарської продукції в якості фумігантів. Тому не можна виключати випадки ураження людей синильною кислотою в промисловості і сільському господарстві при порушеннях техніки безпеки та аварійних ситуаціях.

2.4 Контроль вмісту ціанідної кислоти у газових сумішах

Для запобігання аварійних викидів і неконтрольованого вмісту синильної кислоти в атмосфері використовують газоаналізатори ціанідної кислоти.

У хімічній промисловості, де синильна кислота застосовується як складова при виробництві різного роду стимуляторів росту рослин, гербіцидів, пластмас та інших видах хімічного виробництва необхідний суворий контроль над використанням і поводженням з цією речовиною.

Сигналізатори ціанідної кислоти мають функцію безперервного контролю над її вмістом в навколишньому середовищі (робочій зоні, викидах, атмосфері). [4]

Засоби виміру, які застосовуються в різних галузях промисловості, наукових дослідженнях для аналізу складу газів, називаються газоаналізаторами. На основі безупинного автоматичного контролю складу газів здійснюється автоматизоване управління хіміко-технологічними процесами, пов'язаними з одержанням і використанням газів у металургії, коксохімічному виробництві, нафтопереробці, газовій промисловості. При спалюванні органічних палив на теплових електричних станціях автоматичні газоаналізатори використовуються для контролю за процесом горіння і визначення необхідного надлишку повітря.

Для виміру концентрації одного з компонентів газової суміші використовується та чи інша фізико-хімічна властивість цього газу, що відрізняється від властивостей інших газів. Чим різкіше ця відмінність і чим вона специфічніше, тим вище чутливість методу і простіше здійснюється підготовка проби газу. Розмаїтість використовуваних у газоаналізаторах методів виміру обумовлена просторістю аналізованих компонентів газових сумішей і широким діапазоном зміни їх концентрацій. [8]

Переважна більшість промислових автоматичних газоаналізаторів призначено для виміру концентрації одного компонента в суміші газів. У цьому випадку суміш газів розглядається як бінарна, у якій обумовлений компонент впливає на вимірювану фізико-хімічну властивість суміші, а інші компоненти, незалежно від їх складу і концентрації, не впливають і вважаються другим компонентом суміші.

Існуюча класифікація газоаналізаторів ґрунтується на фізико-хімічних властивостях, покладених в основу виміру концентрації обумовлених компонентів суміші, і включає наступні основні групи приладів: механічні, теплові, магнітні, оптичні, хроматографічні, електричні і мас-спектрометричні. [14]

Крім поділу газоаналізаторів за принципом дії, їх також можна розділити за іншими критеріями:

·У залежності від виконуваних завдань розрізняють газоаналізатори для контролю викидів та технологічних процесів, газоаналізатори горіння (моніторинг викидів азоту, сірки, вуглеводнів, оксидів вуглецю), газоаналізатори для аналізу і очищення води, газоаналізатори для визначення параметрів робочої зони (фіксують наявність небезпечних парів і газів в робочій зоні, в шахтах, приміщеннях, колекторах, колодязях);

·За конструктивним виконанням розрізняють стаціонарні і переносні газоаналізатори;

·За функціональними можливостями розрізняють газоаналізатори, індикатори та сигналізатори;

·За кількістю каналів вимірювання виділяють багатоканальні і одноканальні. [9]

Висновки до розділу 2

Синильна кислота синтезована вперше в 1782 році шведським хіміком Карлом Шеєле.

Під час Першої світової війни ціанідна кислота вперше була рекомендована як ОР у формі венсеніта.У мирний час ціанідна кислота та її солі широко використовуються в промисловості , у сільському господарстві.

Ціанідна кислота має або нітрильну , або ізонітрильну форму. Рівновага зміщена виключно в напрямку нітрильної форми. А висока токсичність ціанідної кислоти обумовлена присутністю ізонітрильної форми

Ціанідна кислота гідролізує за достатньо високої температури.

Ціанідна кислота взаємодіє з лугами <#"justify">·У хімічному виробництві

·У медицині в малих дозах (!)

·Як отруйну речовину

Для запобігання аварійних викидів і неконтрольованого вмісту синильної кислоти в атмосфері використовують газоаналізатори ціанідної кислоти.

Існуюча класифікація газоаналізаторів ґрунтується на фізико-хімічних властивостях, покладених в основу виміру концентрації обумовлених компонентів суміші, і включає наступні основні групи приладів: механічні, теплові, магнітні, оптичні, хроматографічні, електричні і мас-спектрометричні.

РОЗДІЛ 3. ПРАКТИЧНЕ ВИЗНАЧЕННЯЦІАНІДНОЇ КИСЛОТИ У СКЛАДІ ТЮТЮНОВОГО ДИМУ

3.1 Хімічні методи якісного визначення ціанідної кислоти

Якісне визначення ціанідної кислоти можна проводити різними хімічними методами. Які засновані як на її здатності утворювати комплексні сполуки з солями металів, так і на реакціях, при яких утворюються кольорові сполуки.

Найбільш поширеними є:

·Бензидинова реація - найбільш частіше використовується для якісного визначення ціанідної кислоти. В основі реакції лежить взаємодія НСN, ацетата купруму і бензидину з утворенням ціаніду купруму(І) та комплексу окисненого бензидину синього кольору.

На основі цієї реакції готують індикаторний папір. Інтенсивність синього забарвлення паперу залежить від концентрації ціанідної кислоти у повітрі. Подібним же чином можна приготувати індикаторну трубку з силікагелем.

·Утворення гваякової сині - реакція основана на окиснені компонентів своякової смоли до своякової сині сіллю купруму(ІІ) в присутності ціанід-аніонів та води. Чутливість реакції становить 0,001мг HCN в 1дм3 повітря. Така реакція не є специфічною(таке ж забарвлення визивають окисники), а також аміак, формальдегід і сірчаний газ заважають виявленню.

·Фенолфталінова реакція - основана на окиснені фенолфталіна до фенолфталеїна при взаємодії з ціанідною кислотою і сульфатом купруму у воді. Фенолфталеїн у лужному середовищі дає характерне фіолетово-червоне забарвлення:

Мінімальна концентрація для виявлення становить 0,01мг/дм3. Така реакція не є специфічною (таке ж забарвлення проявляється в присутності інших окисників), а також аміак і сірчаний газ заважають виявленню.

·Проба з метилоранжем і хлоридом меркурію - основана на зміні кольору метилоранжа від помаранчевого до рожевого під дією соляної кислоти, утвореною при взаємодії ціанідної кислоти з хлоридом меркурію:

+ 2HCN ? Hg(CN)2 + 2HCl

Мінімальна концентрація для виявлення становить 0,01-0,03мг HCN в 1дм3 повітря. Реакція не специфічна, гази кислотного характеру дають таку ж реакцію.

·Пікратна реакція - при взаємодії пірата натрія з ціанідною кислотою в слабко лужному розчині, колір розчину змінюється із жовтого до червоно-коричневого. Зміна забарвлення повязана з утворенням ізопурпуру натрію

Мінімальна концентрація для виявлення становить 0,12мг/дм3. Реакція специфічна, але для виявлення заважають диціан та ацетон.

·Утворення берлінської лазурі - при нагріванні розчину ціаніда калія з декількома краплями розчину сульфату феруму(ІІ) ціанід перетворюється в гексаціаноферат калію (фероціанід калію):

KCN + FeSO4 ? K2SO4 + Fe(CN)2(CN)2 + 4KCN ? K4[Fe(CN)6]

При додаванні до розчину з фероціанідом розбавленого розчину хлориду феруму(ІІІ) утворюється синій осад берлінської лазурі (гексаціаноферат феруму (ІІІ)) (феро-фероціаніду):

K4[Fe(CN)6] + 4FeCl3 ? Fe4[Fe(CN)6]3 + 12KCl

Ця проба являється одною з найбільш специфічних для виявлення ціанідної кислоти. При малому вмісті ціанідів в пробі осад берлінської лазурі не утворюється, але розчин забарвлюється в синій або синьо-зелений колір. Мінімальна концентрація для виявлення ціанідної кислоти становить близько 0,001мг в 1дм3 повітря.

·Методи, основані на реакціях глутаконового альдегіду - ціанід при дії хлораміна Т чи іншого розчинного у воді хлораміна можна перетворити у хлорціан, який розриває піридинове кільце з утворенням глутаконового альдегіда. Глутаконовий альдегід з речовинами, які мають подвижний атом гідрогену, дає забарвлені сполуки. Мінімальна концентрація для виявлення ціанідної кислоти становить 0,0001 - 0,0003 мг/дм3.

3.2 Загальна характеристика та опис методу дослідження ціанідів

Грунтуючись на наведених методиках, ми провели декілька досліджень. Спроби з утворенням берлінської лазурі, пікратна та бензидинова реації не дозволяли визначити ціанідну кислоту ні в тютюновому димі, ні в розчині. Тому ми дійшли висновку, що основною причиною невдалих дослідів, є те, що тютюновий дим, як багатокомпонентна система, має у своєму складі альдегіди. Вони взаємодіють з синильною кислотою та ціанідами, що призводить до суттєвого зниження концентрації ціанідної кислоти, яку ми намагались визначити в тютюновому димі.

Оскільки наведені вище методики визначення синильної кислоти виявились непридатними для нашого дослідження, ми вирішили оптимізувати ту з них, яка, на нашу думку, була найбільш придатною. За фундамент дослідження ми взяли методику бензидинової реації визначення ціанідної кислоти. В наведеній методиці потрібно було приготувати індикаторний папір. Інтенсивність синього забарвлення індикаторного паперу залежить від концентрації ціанідної кислоти у повітрі. Детальний опис методики, яку ми взяли за основу, наведений у додатку Д.

Спираючись на дану методику, ми вирішили перевірити можливість застосування такого способу проведення досліду, який ґрунтується на безпосередньому звязуванні ціанід-йонів з йонами купруму(2+) одразу після переведення їх у розчин з цигаркового диму. Для цього ацетат купруму (Cu(CH3COO)2?H2O) розчинили у воді, приготувавши розчин з приблизною концентрацією 1,5 г/дм3. Важливим було також і те, щоб розчин купрум ацетату був достатньої концентрації для кількісного звязування ціанідів у сполуку купрум(І) ціанід.

З пропусканням тютюнового диму через розчин купрум(ІІ) ацетату одразу почав утворюватись осад, згідно рівнянь таких реакцій:

+ + 2HCN ? Cu(CN)2?+ 2H+

Cu(CN)2? 2CuCN? + (CN)2

Утворений ціан ((CN)2) (див. Додаток Е) реагуючи з водою в розчині знову утворює ціанідну і ціанатну кислоти, які в свою чергу реагують з Cu2+:

(CN)2 + H2O ?HCN + HCNO+ + 2HCN ? Cu(CN)2?+ 2H++ + 2HCNO? Cu(CNO)2?+ 2H+

Після прокурювання через поглинальний розчин диму цигарок, розчин з осадом закорковується і відставляється для дозрівання на декілька годин. Отриманий осад фільтрується та промивається достатньою кількістю промивної рідини до повного видалення йонів Купруму(2+), адсорбованих на поверхні прихованокристалічного осаду. Повноту видалення йонів Купруму(2+) контролюють відсутністю аналітичного ефекту у фільтраті з K4[Fe(CN)6] - йони Cu2+ утворюють цегляно-червоний осад Cu[Fe(CN)6] . Таке промивання потрібно для того, щоб отримані результати не були завищеними. Причиною завищених результатів можуть слугувати всі наявні в осаді, чи абсорбовані на його поверхні, йони або сполуки купруму, крім ціанідів купруму. Тому з осаду вимивається весь «зайвий» купрум.

Після промивання, осад висушується, фільтрувальний папір з осадом спочатку озолюється на пальнику, а потім прожарюється у печі за температури 650°-700°С:

? + О2 CuО + CО2 + N2

Після прожарювання осаду за такої температури протягом 1-1,5 годин можна бути впевненими в тому, що всі органічні речовини та інші сполуки тютюнового диму відсутні, так як і часточки фільтрувального паперу.

Після цього осад розчиняється у H2SO4 з додаванням декількох крапель HNO3:

CuО + 2H+ Cu2+ + H2O

Отриманий розчин переносимо у мірну колбу обємом 25см3 і доводимо дистильованою водою до мітки. З одержаного розчину відбираються аліквоти обємом 2 см3 і титруються розчином ЕДТА в присутності аміачного буферу з індикатором мурексидом за встановленою методикою прямого титрування купруму з мурексидом. (див. Додаток Ж)

Після титрування батареї розчинів з 6 мікроколб, ми проаналізували отримані результати. За нашими розрахунками в кожній цигарці міститься близько 0,2623 - 0,3660 ? 10-3 г ціанідної кислоти. Розрахунки наведено у додатку З.

Висновки до розділу 3

Якісне визначення ціанідної кислоти можна проводити різними хімічними методами. Які засновані як на її здатності утворювати комплексні сполуки з солями металів, так і на реакціях, при яких утворюються кольорові сполуки.

Найбільш поширеними є:

·Бензидинова реація

·Утворення гвоякової сині

·Пікратна реакція

·Утворення берлінської лазурі

Спроби з утворенням берлінської лазурі, пікратна та бензидинова реація не дозволяли визначити ціанідну кислоту ні в тютюновому димі, ні в розчині.

Можливою причиною невдалих спроб визначення синильної кислоти в тютюновому димі, є те, що тютюновий дим, як багатокомпонентна система, має у своєму складі альдегіди та інші компоненти, які взаємодіють з синильною кислотою та ціанідами, що призводить до суттєвого зниження їх концентрації і відсутності або спотворенні аналітичних ефектів.

Спираючись на методику, ми обрали спосіб проведення досліду, оснований на безпосередньому звязуванні ціанідів з йонами купруму одразу після переведення їх у розчин з цигаркового диму.

Створена методика визначення ціанідної кислоти в тютюновому димі не може вважатись точною, оскільки не проведено було досліди щодо селективності та стехіометрії реакції осадження CuCN, а також можливість перебігу побічних реакцій за участю Cu2+.

Перевагою створенної методики є можливість переведення ціанідної кислоти у важкорозчинну сполуку, що запобігає витраті ціанідної кислоти на побічні реакції.

Результати одержані з використанням нашої методики вказують на присутність в тютюновому димі ціанідної кислоти в середньому 0,2623 - 0,3660 ? 10-3 г на 1 цигарку. Це достатньо добре узгоджується з теоретично передбаченими результатами 0,2400 ? 10-3 г на 1 цигарку.

Дана методика передбачає подальше дослідження з метою удосконалення та підвищення точності й ефективності. Можливі втрати при проведенні досліду можна пояснити так: установка, яка використовувалась для прокурювання цигарок, не достатньо ефективна. Під час проведення досліду було установка декілька разів зламувалась, що перешкоджало кількісному переведенню ціанідної кислоти в розчин.

ВИСНОВКИ

Тютюнопаління - основна причина передчасної смерті. В різних країнах діють різні обмеження тютюнопаління. Від хвороб, розвиток яких є наслідком тютюнопаління, щорічно помирає 5,4 млн осіб. Тобто 1 з 10 смертей у світі спричинена саме вживанням тютюнових виробів.

Основним для тютюнових виробів елементом, через який їх вживають, є нікотин. Непрямим свідченням цього є кількаразові спроби випуску сигарет без нікотину, які повсюдно потерпіли фіаско на ринку.

Тютюновий дим є неоднорідною (гетерогенною) сумішшю, яка складається в середньому з 60% різних газів і 40% мікроскопічних дьогтьових крапель (аерозолів). При тютюнопалінні відбувається суха дистиляція і неповне згоряння висушених тютюнових листків.

Складові тютюнового диму можна поділити на такі групи: органічні речовини (нікотин, акролеїн, нітроза міни та ін.); неорганічні речовини(чадний газ, оксиди Нітрогену, ціанідна кислота, сполуки важких металів); вільні радикали. Тютюновий дим містить у своєму складі канцерогени, які мають різну хімічну природу. Вони складаються з 44 окремих речовин, 12 груп або сумішей хімічних речовин. Речовини, які містяться в тютюновому димі, викликають рак, захворювання легенів та інші хвороби.

Серед складових, які присутні в тютюновому димі, для нашого дослідження ми обрали ціанідну кислоту. Синильна кислота синтезована вперше в 1782 році шведським хіміком Карлом Шеєле. Під час Першої світової війни ціанідна кислота вперше була рекомендована як ОР.У мирний час ціанідна кислота та її солі широко використовуються в промисловості , у сільському господарстві. Ціанідна кислота має або нітрильну , або ізонітрильну форму. Ціанідна кислота взаємодіє з лугами <#"justify">Тютюновий дим - багатокомпонентна система, має у своєму складі альдегіди та інші компоненти, які взаємодіють з синильною кислотою та ціанідами, що призводить до суттєвого зниження їх концентрації і відсутності або спотворенні аналітичних ефектів.

Створена методика визначення ціанідної кислоти в тютюновому димі не може вважатись точною, оскільки не проведено було досліди щодо селективності та стехіометрії реакції осадження CuCN, а також можливість перебігу побічних реакцій за участю Cu2+. Але результати одержані з використанням нашої методики вказують на присутність в тютюновому димі ціанідної кислоти у такому обсязі, що достатньо добре узгоджується з теоретично передбаченими результатами.

Перевагою створенної методики є можливість переведення ціанідної кислоти у важкорозчинну сполуку, що запобігає витраті ціанідної кислоти на побічні реакції.

Список використаної літератури

1.Андреева Т.И. Табак и здоровье/ Андреева Т.И., Красовский К.С. - К., 2004. - 224с.

.Байєр Б. Історія людства / Байєр Б., Бірштайн У. та ін. - К.: Промінь, - 2002. - с.56-68.

.Бобков С.С. Синильна кислота / Бобков С.С., Смірнов С.К. - М.: Химия. - 1970. - 172с.

4.Бражников В. В. Дифференциальные детекторы для газовой хроматографии <http://www.xumuk.ru/encyklopedia/869.html> - М.: 1974 .- с.172.

.Гапоненко В. Основні фонди тютюнової промисловості УРСР та їх використання - К.: 1970, ч. 9. - 251с.

.Генкова Л. Л. Почему это опасно / Л. Л. Генкова, Н. Б. Славков; пер. з болг. Ф. М. Калинко. - М.:Просвещение, 1989. - с.2-9.

.Енциклопедія українознавства <http://uk.wikipedia.org/wiki/%D0%95%D0%BD%D1%86%D0%B8%D0%BA%D0%BB%D0%BE%D0%BF%D0%B5%D0%B4%D1%96%D1%8F_%D1%83%D0%BA%D1%80%D0%B0%D1%97%D0%BD%D0%BE%D0%B7%D0%BD%D0%B0%D0%B2%D1%81%D1%82%D0%B2%D0%B0>: в 10 т. [під ред. В. Кубійович <http://uk.wikipedia.org/wiki/%D0%9A%D1%83%D0%B1%D1%96%D0%B9%D0%BE%D0%B2%D0%B8%D1%87_%D0%92%D0%BE%D0%BB%D0%BE%D0%B4%D0%B8%D0%BC%D0%B8%D1%80_%D0%9C%D0%B8%D1%85%D0%B0%D0%B9%D0%BB%D0%BE%D0%B2%D0%B8%D1%87>. ] - Париж; Нью-Йорк:Молоде життя <http://uk.wikipedia.org/wiki/%D0%9C%D0%BE%D0%BB%D0%BE%D0%B4%D0%B5_%D0%B6%D0%B8%D1%82%D1%82%D1%8F>-1954-1989. Т. ІІІ - с.36-48.

.Иванова Галина Михайловна. Теплотехнические измерения и приборы : учеб. для студентов вузов, обучающихся по направлению подгот."Теплоэнергетика" Г. М. Иванова, Н. Д. Кузнецов, В. С.Чистяков. - 2-е изд., перераб. и доп. - Москва : Изд-во МЭИ, 2005 (Красноармейск (Моск.обл.) : Типография-Н). - 458с.

.Камразе Александр Наумович. Контрольно-измерительные приборы и автоматика : [Учеб. для сред. ПТУ] / А. Н. Камразе, М. Я. Фитерман. - 2-е изд., перераб. и доп. - Л. : Химия : Ленингр. отд-ние, 1988. - с.12-18.

.Карапетьянц Михаил Христофорович. Общая и неорганическая химия : [Учеб. для вузов] / М. Х. Карапетьянц, С. И. Дракин. - 3-е изд., - М. : Химия, 1994. - 588с.

.Краткая химическая энциклопедия [под ред. И.Л. Кнунянц ]: в 5 т. - М.:1967. -Т. 4. - 639с.

.Кулаков, Михаил Васильевич. Технологические измерения и приборы для химических производств: учебник для студентов вузов, обучающихся по специальности "Автоматизация и комплексная механизация химико - технологических процессов" / М. В. Кулаков. - Изд. 4-е, перепеч. с третьего изд. 1983 г. - Москва : АльянС, 2008. - 423с.

.Мала гірнича енциклопедія <http://uk.wikipedia.org/wiki/%D0%9C%D0%B0%D0%BB%D0%B0_%D0%B3%D1%96%D1%80%D0%BD%D0%B8%D1%87%D0%B0_%D0%B5%D0%BD%D1%86%D0%B8%D0%BA%D0%BB%D0%BE%D0%BF%D0%B5%D0%B4%D1%96%D1%8F>: 3 т. [ За ред. В. С. Білецького <http://uk.wikipedia.org/wiki/%D0%91%D1%96%D0%BB%D0%B5%D1%86%D1%8C%D0%BA%D0%B8%D0%B9_%D0%92%D0%BE%D0%BB%D0%BE%D0%B4%D0%B8%D0%BC%D0%B8%D1%80_%D0%A1%D1%82%D0%B5%D1%84%D0%B0%D0%BD%D0%BE%D0%B2%D0%B8%D1%87>] - Донецьк: Донбас, 2004.- Т. І. - 478c.

.Павленко В. А. Газоанализаторы / В. А. Павленко /жур. Аналитическая химия, - М., 1965 - с.12-23.

.Пархотик И. И. Как сохранить здоровье.- К.: Наукова думка, 1981.- с.45-49.

.Подчайнова В.Н. Медь / Подчянова В.Н., Сімонова Л.Н. - М: Наука - 1990. - 279с. - (Аналитическая химия елементов).

.Пришибил Р. Аналитическое применение этилендиамин-тетрауксусной кислоты и родственных соединений - М: Мир - 1975 - 524с.

.Производственная и пожарная автоматика: [Учеб. Для вузов МВД СССР] / Высш. инж. Пожар. - техн. шк. МВД СССР. - М.: ВИПТШ, 1985 - Ч. 1: Производственная автоматика для предупреждения пожаров и взрывов / А.А. Навацкий; Под общ. ред. Н. Ф. Шатрова. - М. : ВИПТШ, 1985. -195 с.

.Сігал А. Тютюни України / А. Сігал, - К., 2002. -246 с.

.Сорты табака [Електронний ресурс] / Игорь Константинов // Сайт о табаке и курении <http://www.tabacum.ru/>, 2006 - Режим доступу : www.tabacum.ru

.Справочник химика: 3 т. [под ред. Никольский Б.П. и др.] - Л.: Химия, 1971. - Т. 2. - 1968 - Ленинград ; Москва : Госхимиздат, 1951-1952. - 3 т.).

.Типи нарізання тютюну [Електронний ресурс] / Роман Старчинский / Сайт о табаке и курении <http://www.tabacum.ru/>, 2007 - Режим доступу : Tabakerka.dk <http://www.tabakerka.dk/>

.Топольский Н. Г. Основы автоматизированных систем пожаро- взрывоопасности объектов. - М.: МИПБ МВД России, 1997. - 164 с.

.Тютюновий дим [Електронний ресурс] / За матеріалами електронної енцеклопедії - вікіпедія - Режим доступу : <http://uk.wikipedia.org>

.Федоров Л. А. Ни дня без химии : (Календарь-справ. по хим. безопасности) / Центр экол. политики России, Союз «За хим. Безопасность». - М., 1999. - 95с.

.Шварценбах Г. Комплексонометрическое титрование / Шварценбах Г., Флашка Г. - М: Химия - 1970 - 360с.

.Brotherton Т. К., Lynn JW, The synthesis and chemistry of cyanogen, "Chemical reviews", 1959. - р. 841