ГБОУ ВПО «Оренбургская государственная медицинская академия Минздрава РФ»
Кафедра общей и коммунальной гигиены
Дисциплина: Санитарно-гигиеническая лабораторная диагностика
Курс – 3 Специальность:
060105.65
Медико-профилактическое дело
Семестр 5
Модуль 2. Санитарно-гигиеническая экспертиза и гигиеническая оценка факторов среды обитания человека.
Практическое занятие №9
Спектральные методы анализа. Общая характеристика спектральных методов анализа. Методы атомной спектрометрии. Основы флюориметричекого метода анализа. Методы флюоресценции и их классификация.
Методическое пособие для преподавателей
к проведению практического занятия
Авторы: асс , асс
Утверждено на заседании кафедры общей и коммунальной гигиены
«__» ____ 2013
Оренбург 2013
Практическое занятие №9.
1. Тема: Спектральные методы анализа. Общая характеристика спектральных методов анализа. Методы атомной спектрометрии. Основы флюориметричекого метода анализа. Методы флюоресценции и их классификация.
2. Цель: Формирование у студентов знаний о сущности электро-химических методов в санитарно-гигиенических исследованиях.
Обучающая: сформировать у студентов знания о значении электро-химических методов в санитарно-гигиенических исследованиях, а также знания об ионометрических методах.
Развивающая: способствовать развитию у студентов потребности и мотивы профессионального становления и развития, формировать знания об ионометрических методах.
Воспитывающая: воспитывать стремление к повышению своего общекультурного, интеллектуального и профессионального уровня, интерес к санитарно – гигиенической лабораторной диагностике как теоретической основе профессиональной деятельности, формировать ценностное отношение к профессии врача медико-профилактического дела и значимость владения гигиеническими знаниями для жизнедеятельности человека.
3. Вопросы для рассмотрения:
Спектральные методы анализа. Определение. Классификация. Молекулярная спектрометрия. Спектрометрия в видимой и Уф-области спектра. Спектрометрия в ИК-области спектра. Раман-спектрометрия. НПВО, МНПВО методы. Атомная спектрометрия. Определение, принцип метода. Основы флюориметрического метода анализа. Методы флюорисценции и их классификация.Основные понятия темы
Потенциометрия — метод определения различных физико-химических величин, основанный на измерении электродвижущих сил (ЭДС) обратимых гальванических элементов. Иначе говоря, зависимость равновесного потенциала электрода от активности концентраций определяемого иона, описываемая уравнением Нернста. Широко применяют потенциометрию в аналитической химии для определения концентрации веществ в растворах (потенциометрическое титрование), для измерения рН. Ионометрия имеет довольно ограниченную область применения и в основном в лабораторной практике. Объясняется это в первую очередь тем, что большинство ионоселективных электродов не обладают высокой избирательностью (селективностью). С другой стороны наиболее привлекательный метод - прямая потенциометрия не позволяет проводить анализ с высокой точностью, прочие же потенциометрические методы более сложны и трудоемки, а главное они не получили широкой известности среди аналитиков. И третья особенность, ограничивающая применение метода это довольно узкий диапазон определения, для большинства ионоселективных электродов составляющий 4-6 порядков концентрации.
Общая характеристика нитратов.
Азот — это один из самых важнейших химических элементов в жизни растений, т. к. он необходим для синтеза аминокислот, из которых образуются белки. Растение получает азот из почвы в виде минеральных азотных солей (нитратных и аммиачных). Впервые заговорили о нитратах в нашей стране в 70-х годах, когда в Узбекистане случилось несколько массовых желудочно-кишечных отравлений арбузами из-за их чрезмерной подкормки аммиачной селитрой (1). Корневые системы растений хорошо усваивают нитраты. В растениях азот подвергается сложным превращениям. Метаболизм азота в растениях — это сложный процесс, и нитраты занимают в нём промежуточное положение: HNO3 – HNO2 – (HNO)2 – NH2OH + NH3 |(нитрат) (нитрит) (гипонитрит) (гидроксиламин) (аммиак). Нитраты в растениях восстанавливаются до нитритов. В этом процессе участвуют различные металлы (молибден, железо, медь, марганец), и при этом происходит интенсивная трата углеводов, т. к. на восстановление требуется энергия, источником которой являются углеводы. Нитриты могут накапливаться в растениях и этим подавлять их рост. Но основная часть нитритов, подвергаясь дальнейшим превращениям, даёт аммиак (NH3).
Аммиак реагирует с некоторыми органическими кислотами, в результате чего образуются три аминокислоты: глутаминовая, аспаргиновая и аланин (процесс первичного амминирования). Производные аминокислот – амиды являются материалом для построения остальных 17 аминокислот в процессе переамминирования. Если по каким – либо причинам цепь этих превращений нарушается (например, в результате избытка азотных удобрений в почве), то нитраты не успевают полностью превратиться в аминокислоты. Часть их может пройти через паренхиму корня, подняться с восходящим током и отложиться в различных органах растения. Аминокислоты безвредны, они являются строительным материалом для белков, из которых построено всё живое на Земле. Нитраты же в больших количествах вредны.
Излишек азотных удобрений ведёт к снижению качества растительной продукции, ухудшению её вкусовых свойств, снижению выносливости растений к болезням и вредителям, что, в свою очередь, вынуждает земледельца увеличивать применение ядохимикатов. Особенно резко проявляется отрицательное действие удобрений и ядохимикатов при выращивании овощей в закрытом грунте. Это происходит потому, что в теплицах вредные вещества не могут беспрепятственно испаряться и уноситься потоками воздуха. После испарения они оседают на растения.
2. Влияние нитратов на организм человека.
В мировой науке о нитратах знали уже гораздо раньше. Сейчас общеизвестно, что нитраты обладают высокой токсичностью для человека :
1. Нитраты под воздействием фермента нитратредуктазы восстанавливаются до нитратов, которые взаимодействуют с гемоглобином крови и окисляют в нём двухвалентное железо в трехвалентное. В результате образуется вещество метгемоглобин, который уже не способен переносить кислород. Поэтому нарушается нормальное дыхание клеток и тканей организма (тканевая гипоксия), в результате чего накапливаются молочная кислота, холестерин, резко падает количество белка.
2. Установлено, что нитраты могут угнетать активность иммунной системы организма, снижать устойчивость организма к отрицательному воздействию факторов окружающей среды;
3. Особенно опасны нитраты для грудных детей, т. к. их ферментная основа несовершенна, а восстановление метгемоглобина в гемоглобин идёт медленно.
4 Нитраты способствуют развитию патогенной (вредной) кишечной микрофлоры, которая выделяет в организм человека ядовитые вещества — токсины, в результате чего идёт токсикация, т. е. отравление организма. Основными признаками нитратных отравлений у человека являются: синюшность ногтей, лица, губ и видимых слизистых оболочек; тошнота, рвота, боли в животе; понос, часто с кровью, увеличение печени, желтизна белков глаз; головные боли, повышенная усталость, сонливость, снижение работоспособности; одышка, усиленное сердцебиение, вплоть до потери сознания; при выраженном отравлении — смерть.
5. Нитраты снижают содержание витаминов в пище, которые входят в состав многих ферментов, стимулируют действие гормонов, а через них влияют на все виды обмена веществ.
6. У беременных женщин возникают выкидыши, у здоровых мужчин — снижение потенции.
7. При длительном поступлении нитратов в организм человека (пусть даже в незначительных дозах) уменьшается количество йода, что приводит к увеличению щитовидной железы.
8. Установлено, что нитраты сильно влияют на возникновение раковых опухолей в желудочно-кишечном тракте у человека.
9. Нитраты способны вызывать резкое расширение сосудов, в результате чего понижается кровяное давление.
10. Снижается работоспособность человека, возникает головокружение и даже потеря сознания, в крови увеличивается содержание молочной кислоты, холестерина, лейкоцитов, снижается количество белков, блокируется гемоглобин.
Выше уже было сказано о том, что нитраты при некоторых условиях могут восстанавливаться в нитриты. В кислой среде нитриты дают азотистую кислоту, а она, взаимодействуя с вторичными и третичными аминами, образует канцерогенные нитрозамины (1):
. Из растительных продуктов нитрозамины обнаруживаются в основном в солено-маринованных изделиях, а из напитков – в пиве, где суммарное содержание их может достигать 12 мкг/л.
В Российской Федерации допустимая среднесуточная доза нитратов — 312 мг, но в весенний период реально она может достигать 500 – 800 мг/сутки.
Пути попадания нитратов в организм человека:
1. Через продукты питания растительного и животного происхождения;
2. Через питьевую воду;
3. Через лекарственные препараты.
В питьевой воде из подземных вод содержится до 200 мг/л нитратов, гораздо меньше их в воде из артезианских колодцев. Нитраты попадают в подземные воды через различные химические удобрения (нитратные, аммонийные), с полей и от химических предприятий по производству этих удобрений. Наибольшее количество нитратов содержится в грунтовых водах (1). Само по себе присутствие нитратов в растениях — нормальное явление, т. к. они являются источниками азота в этих организмах, но излишнее увеличение их крайне нежелательно, т. к. они (как мы уже знаем) обладают высокой токсичностью для человека и домашних животных. Нитраты в основном скапливаются в корнях, корнеплодах, стеблях, черешках и крупных жилках листьев, значительно меньше их в плодах. Однако следует запомнить, что допустимое суточное потребление нитратов с пищей составляет 5 мг на 1 кг веса человека.
3.Предельно допустимые концентрации нитратов в продуктах растениеводства:
Продукт | Содержание, |
Kартофель | 250 |
Kапуста белокочанная ранняя | 900 |
Kапуста бело-кочанная поздняя | 500 |
Морковь ранняя | 400 |
Морковь поздняя | 250 |
Томаты | 150/300 |
Огурцы | 150/400 |
Свекла столовая | 1400 |
Лук репчатый | 80 |
Листовые овощи | 2000 |
Перец сладкий | 200 |
Kабачки | 400 |
Дыни | 90 |
Арбузы | 60 |
Виноград | 60 |
Яблоки, груши | 60 |
Нитратов также больше в зеленых плодах, чем в спелых. Больше всего нитратов содержится в салате (особенно в тепличном), в редьке, петрушке, редисе, столовой свёкле, капусте, моркови, укропе:
- в свекле и моркови больше нитратов в верхней части корнеплода, а в моркови также и в его сердцевине;- в капусте — в кочерыжке, в толстых
черешках и в верхних листьях.
Выяснено также, что у всех овощей и плодов больше всего нитратов содержится в их кожице.
По способности накапливать нитраты овощи, плоды и фрукты делятся на 3 группы:
- с высоким содержанием (до 5000 мг/кг сырой массы): салат, шпинат, свекла, укроп, листовая капуста, редис, зелёный лук, дыни, арбузы;
- со средним содержанием (300 – 600 мг): цветная капуста, кабачки, тыквы, репа, редька, белокочанная капуста, хрен, морковь, огурцы;
- с низким содержанием (10 – 80 мг): брюссельская капуста, горох, щавель, фасоль, картофель, томаты, репчатый лук, фрукты и ягоды.
4.Накопление нитратов в растениях зависит от комплекса причин:
- от биологических особенностей самих растений и их сортов. Выяснено, что больше всего нитратов содержится в редисе сорта “Красный великан” по сравнению с другими её сортами (“розовый с белым кончиком”, “жара” и др.).
- от возраста растений: в молодых органах их больше (кроме шпината и овса). Меньше накапливается нитратов в гибридных растениях. Нитратов больше в ранних овощах, чем в поздних.
- от режима минерального питания растений. Так, микроэлементы (особенно молибден) снижают содержание нитратов в редисе, редьке и цветной капусте; цинк и литий — в картофеле, огурцах и кукурузе. Уменьшается содержание нитратов в растениях и в результате замены минеральных удобрений на органические (навоз, торф и др.), которые постепенно разлагаются и усваиваются растениями. Органические удобрения положительно влияют на капусту, морковь, свеклу, петрушку, картофель, шпинат. Нерациональное, халатное использование химических удобрений, чрезмерные дозы их приводят к сильному накоплению нитратов, особенно в столовых корнеплодах. Содержание нитратов возрастает сильнее при использовании нитратных удобрений (KNO3, NaNO3, Ca(NO3)2), чем при употреблении аммонийных. За последние годы (по словам руководителя лаборатории пищевой токсикологии института питания ) произошло существенное снижение нитратов в продуктах отечественного растениеводства по причине меньшего использования химических удобрений в виду их дороговизны. Если в 1988 – 89 годах ПДК по нитратам превышал 15% у овощей, то теперь — не более 3%.
- от факторов окружающей среды (температуры, влажности воздуха, почвы, интенсивности и продолжительности светового освещения):
- чем длиннее световой день, тем меньше нитратов в растениях;
- при влажном и холодном лете количество нитратов увеличилось в 2,5 раза.
- при повышении температуры до 20 °С количество нитратов снизилось в столовой свекле в 3 раза. Нормальная освещённость растений снижает содержание нитратов, поэтому в тепличных растениях нитратов больше.
5. Способы уменьшения содержания нитратов в овощах и фруктах:
- Снижается количество нитратов при термической обработке овощей (мойке, варке, жарке, тушении и бланшировке). Так, при вымачивании — на 20 – 30%, а при варке — на 60-80% (2, 8):
- в капусте — на 58%;
- в столовой свекле — на 20%;
- в картофеле — на 40%.
При этом следует помнить, что при усиленной мойке и бланшировании (обваривании кипятком) овощей в воду уходят не только нитраты, но и ценные вещества: витамины, минеральные соли и др.
- Тщательное промывание овощей уменьшает содержание в них нитратов на 10 %, механическая очистка дает снижение ещё на 15 – 20 %.
- Чтобы снизить количество нитратов в старых клубнях картофеля, его клубни следует залить 1%-ным раствором поваренной соли.
- У кабачков и баклажанов необходимо срезать верхнюю часть, которая примыкает к плодоножке.
- Т. к. нитратов больше в кожуре овощей и плодов, то их (особенно огурцы и кабачки) надо очищать от кожуры, а у пряных трав надо выбрасывать их стебли и использовать только листья.
- У огурцов, свеклы, редьки надо срезать оба конца, т. к. здесь самая высокая концентрация нитратов.
- Хранить овощи и плоды надо в холодильнике, т. к. при температуре +2 °С невозможно превращение нитратов в более ядовитые вещества — нитриты.
- Чтобы уменьшить содержание нитритов в организме человека, надо в достаточном количестве использовать в пищу витамин С (аскорбиновую кислоту) и витамин Е, т. к. они снижают вредное воздействие нитратов и нитритов.
- Выяснено, что при консервировании на 20 – 25% уменьшается содержание нитратов в овощах, особенно при консервировании огурцов, капусты, т. к. нитраты уходят в рассол и маринад, которые надо выливать.
- Салаты следует готовить непосредственно перед их употреблением и съедать сразу.
- Перед употреблением вымачивать в холодной воде в течение 1-1,5ч, что снижает содержание нитратов на 20-30% (2, 9). Свеклу, кабачки, капусту, тыкву и другие овощи перед приготовлением необходимо нарезать мелкими кубиками и 2–3 раза залить теплой водой, выдерживая по 5–10 мин.
-Уменьшает содержание квашение, соление, маринование. А вот сушка, приготовление соков, пюре, наоборот, повышают.
- Зелень – петрушку, укроп, салат необходимо поставить, как букет, в воду на прямой солнечный свет. В таких условиях нитраты в листьях в течение 2–3 ч полностью перерабатываются и потом практические не обнаруживаются. После этого зелень можно без опасений употреблять в пищу.
Для определения нитратов существует множество специальных методик. Самый простой способ – это попробовать на вкус. Дело в том, что овощи с очень большим содержанием нитратов имеют, как правило, неестественный вкус. Их неприятно жевать и глотать, они не доставляют никакого удовольствия. Причем "на вкус" выявляется не отдельно нитратность или что-либо еще, а сумма качеств того, что мы жуем. Такая оценка, собственно, заложена природой. Ведь наш язык - чрезвычайно чувствительный орган, если не притуплять его восприимчивость неподходящей едой. Дегустаторы различают тончайшие вкусовые оттенки даже тогда, когда лабораторными исследованиями не удается уловить разницу.
Лабораторная работа
Определение нитратов ионометрическим методом
Цель работы: Ознакомиться с ионометрическим методом анализа. Применить метод для определения содержания нитратов в растительных образцах.
Задачи работы:
- ознакомиться с электрохимическими методами анализа;
- изучить литературу о нитратах и нитритах;
- овладеть методикой определения нитратов;
- определить содержание нитратов и сравнить его в сельскохозяйственной продукции.
Определение нитратов в растениях ионометрическим методом
1. Сущность метода состоит в извлечении нитратов из анализируемого материала раствором алюмокалиевых квасцов с последующим измерением их концентрации в полученной вытяжке с помощью ионоселективного электрода.
2. Экспериментальная часть
Измельченные с помощью терки пробы массой 10,0 г помещают колбу на 250 мл, наливают 50 мл 1% раствора алюмокалиевых квасцов и взбалтывают в течение 30 мин.
В полученной суспензии измеряют активность нитрат иона с помощью электрода ЭМ –NO3.
Предварительно проводят градуировку прибора в единицах рС NO3 по растворам сравнения с концентрацией С (NO3)= 0,0001 моль/дм3 или рС NO3=4 ,
С NO3= 0,01 моль/дм3 или рС NO3=2. Проверку прибора проверяют по раствору рС NO3=3
Полученные значения рС NO3 переводят в мг/кг NO3 по таблицам МУ № 000-89
Результаты записать в таблицу:
п/п | Наименование пробы | рС NO3 | Найденная концентрация мг/кг | Гигиенический норматив |
1 | ||||
2 |
Контрольные вопросы и задания
1. Каковы основные типы ионоселективных электродов? Как они устроены,
какие имеют характеристики?
2. Основные приемы ионометрического анализа. Метод градуировочного
графика. Метод концентрированного элемента. Метод добавок.
3. Основные признаки нитратных отравлений?
4. Пути попадания нитратов в организм?
5. Способы уменьшения нитратов в овощах?
Рекомендуемая литература:
1. ГОСТ 29270-95 рекомендует определять нитраты в овощах способом восстановления нитратов до нитритов на кадмиевой колонке; затем нитриты переводят в окрашенное азосоединение, которое и фотометрируют (11).
2. Ионометрический метод определении нитратов в растениеводческой продукции с помощью нитратного электрода.
МУ № 000-89.
3. , Руководство к лабораторным занятиям по общей гигиене / , , . – М.: Медицина. – 1980-239с.
4. Современные методы анализа и оборудование в санитарно-гигиенических исследованиях. Научно-практическое руководство. Под редакцией член-корр. РАМН, д. м.н., проф. и Д. М.Н., проф. Шестопалова.-М.: ФГУП «Интерсен»,1999,с. 496
Дополнительная
1. , Королик к лабораторным занятиям по гигиене и основам экологии человека. — М., 2006. — 512 с.
2. , , Зеленина пособие к лабораторно-практическим занятиям по общей гигиене. Часть 1 / Под ред. Проф. . – Оренбург, 2009 г.
3. , , Зеленина пособие к лабораторно-практическим занятиям по общей гигиене. Часть II Санитарно-химические методы исследования окружающей среды /Под ред. Проф. . – Оренбург, 2010 г.
4. , , Зеленина проб для гигиенических исследований. Учебное пособие. / Под редакцией проф. - Оренбург, 2013. - 109с.
Хронокарта занятия.№ п/п | Этапы и содержание занятия | Используемые методы (в т. ч., интерактивные) | Время |
1 1.1 1.2 1.3 | Организационный момент. Контроль посещаемости, дисциплина, успеваемость и т. д. Объявление темы, цели занятия. Краткая характеристика этапов и содержания работы студентов на занятии. | 5 5 5 | |
2 2.1 2.2 | Входной контроль знаний, умений и навыков студентов Обсуждение возникших у студентов при самоподготовке вопросов Тестовый входной контроль знаний | Объяснение Письменная работа | 5 10 |
3 3.1 3.2 | Отработка практических умений и навыков Разбор теоретического материала Самостоятельная практическая работа студентов | Фронтальный опрос Производственно-трудовые упражнения | 65 65 |
4 4.1 4.2 4.3 | Заключительная часть занятия: Обобщение, выводы по теме. Контроль качества формируемых компетенций (их элементов) студентов по теме занятия – проверка протокола практической работы Домашнее задание | Объяснение Проверка практической работы | 3 15 2 |
8. Форма организации занятия – практическое занятие.
9. Средства обучения:
- дидактические (таблицы, схемы, раздаточный материал - нормативные документы).
- материально - технические (мел, доска)
- лабораторная посуда, реактивы,- иономер и вспомогательное оборудование.
