Мышьяк - Arsenic

Мышьяк,₃₃В качестве

Мышьяк
Произношение	/ˈɑːrs(ə)пɪk/ (ARS- (ə) -ник ) как прилагательное: /ɑːrˈsɛпɪk/ (ар-SEN-ik )
Аллотропы	серый (чаще всего), желтый, черный
Внешность	металлический серый
Стандартный атомный вес Аr, std(В качестве)	74.921595(6)[1]
Мышьяк в периодическая таблица
Водород Гелий Литий Бериллий Бор Углерод Азот Кислород Фтор Неон Натрий Магний Алюминий Кремний Фосфор Сера Хлор Аргон Калий Кальций Скандий Титана Ванадий Хром Марганец Утюг Кобальт Никель Медь Цинк Галлий Германий Мышьяк Селен Бром Криптон Рубидий Стронций Иттрий Цирконий Ниобий Молибден Технеций Рутений Родий Палладий Серебро Кадмий Индий Банка Сурьма Теллур Йод Ксенон Цезий Барий Лантан Церий Празеодим Неодим Прометий Самарий Европий Гадолиний Тербий Диспрозий Гольмий Эрбий Тулий Иттербий Лютеций Гафний Тантал Вольфрам Рений Осмий Иридий Платина Золото Меркурий (элемент) Таллий Свинец Висмут Полоний Астатин Радон Франций Радий Актиний Торий Протактиний Уран Нептуний Плутоний Америций Кюрий Берклиум Калифорний Эйнштейний Фермий Менделевий Нобелий Лоуренсий Резерфордий Дубний Сиборгий Бориум Калий Мейтнерий Дармштадтиум Рентгений Копернициум Nihonium Флеровий Московиум Ливерморий Tennessine Оганессон п ↑ В качестве ↓ Sb германий ← мышьяк → селен
Атомный номер (Z)	33
Группа	группа 15 (пниктогены)
Период	период 4
Блокировать	p-блок
Категория элемента	Металлоид
Электронная конфигурация	[Ar ] 3d10 4 с2 4p3
Электронов на оболочку	2, 8, 18, 5
Физические свойства
Фаза вSTP	твердый
Точка сублимации	887 К (615 ° С, 1137 ° F)
Плотность (возлеr.t.)	5,727 г / см3
в жидком состоянии (приm.p.)	5,22 г / см3
Тройная точка	1090 К, 3628 кПа[2]
Критическая точка	1673 К,? МПа
Теплота плавления	серый: 24,44кДж / моль
Теплота испарения	34,76 кДж / моль (т)
Молярная теплоемкость	24,64 Дж / (моль · К)
Давление газа п (Па) 1 10 100 1 к 10 тыс. 100 тыс. вТ (K) 553 596 646 706 781 874
Атомные свойства
Состояния окисления	−3, −2, −1, 0,[3] +1,[4] +2, +3, +4, +5 (мягко кислый окись)
Электроотрицательность	Шкала Полинга: 2,18
Энергии ионизации	1-я: 947,0 кДж / моль 2-я: 1798 кДж / моль 3-я: 2735 кДж / моль (более )
Радиус атома	эмпирические: 119вечера
Ковалентный радиус	119 ± 16 часов
Радиус Ван-дер-Ваальса	185 вечера
Спектральные линии мышьяка
Другие свойства
Естественное явление	изначальный
Кристальная структура	​ромбоэдрический
Тепловое расширение	5,6 мкм / (м · К)[5] (вr.t.)
Теплопроводность	50,2 Вт / (м · К)
Удельное электрическое сопротивление	333 нОм · м (при 20 ° C)
Магнитный заказ	диамагнитный[6]
Магнитная восприимчивость	−5.5·10−6 см3/ моль[7]
Модуль для младших	8 ГПа
Объемный модуль	22 ГПа
Твердость по Моосу	3.5
Твердость по Бринеллю	1440 МПа
Количество CAS	7440-38-2
История
Открытие	Арабские алхимики (до 815 г.)
Главный изотопы мышьяка
Изотоп Изобилие Период полураспада (т1/2) Режим распада Продукт 73В качестве син 80,3 г ε 73Ge γ – 74В качестве син 17,8 г ε 74Ge β+ 74Ge γ – β− 74Se 75В качестве 100% стабильный
Категория: мышьяк Посмотреть разговаривать редактировать | Рекомендации

Мышьяк это химический элемент с символ  В качестве и атомный номер 33. Мышьяк содержится во многих минералах, обычно в сочетании с сера и металлы, но и как чистый элементаль кристалл. Мышьяк - это металлоид. Он имеет различные аллотропы, но только серая форма, имеющая металлический вид, важна для промышленности.

В основном мышьяк используется в сплавах вести (например, в автомобильные аккумуляторы и боеприпасы ). Мышьяк - распространенный n-тип присадка в полупроводник электронные устройства. Он также входит в состав III-V составной полупроводник арсенид галлия. Мышьяк и его соединения, особенно триоксид, используются в производстве пестициды, изделия из обработанной древесины, гербициды, и инсектициды. Эти применения сокращаются в связи с растущим признанием токсичности мышьяка и его соединений.^[8]

Несколько видов бактерий могут использовать соединения мышьяка в качестве респираторных метаболиты. Следовые количества мышьяка необходимы диетический элемент у крыс, хомяков, коз, кур и, предположительно, у других видов. Роль в метаболизме человека неизвестна.^[9][10][11] Тем не мение, отравление мышьяком возникает в многоклеточной жизни, если количество превышает необходимое. Загрязнение подземных вод мышьяком это проблема, которая затрагивает миллионы людей во всем мире.

В Соединенные Штаты ' Агентство по охране окружающей среды заявляет, что все формы мышьяка представляют серьезную опасность для здоровья человека.^[12] Соединенные Штаты' Агентство регистрации токсичных веществ и заболеваний поставил мышьяк на первое место в Приоритетном списке 2001 г. Опасно Вещества на Суперфонд места.^[13] Мышьяк относится к группе А канцероген.^[12]

Характеристики

Физические характеристики

Общая кристаллическая структура Sb, AsSb и серый как

Три самых распространенных мышьяка аллотропы представляют собой серый, желтый и черный мышьяк, причем серый является наиболее распространенным.^[14] Серый мышьяк (α-As, космическая группа р3m No. 166) имеет двухслойную структуру, состоящую из множества сцепленных, взъерошенных шестичленных колец. Из-за слабой связи между слоями серый мышьяк хрупкий и имеет относительно низкую Твердость по Моосу из 3.5. Ближайшие и следующие ближайшие соседи образуют искаженный октаэдрический комплекс, при этом три атома в одном двойном слое находятся немного ближе, чем три атома в следующем.^[15] Эта относительно плотная упаковка обеспечивает высокую плотность 5,73 г / см.³.^[16] Серый мышьяк - это полуметалл, но становится полупроводник с запрещенная зона 1,2–1,4 эВ в случае аморфизации.^[17] Серый мышьяк также является наиболее стабильной формой. Желтый мышьяк мягкий и воскообразный, чем-то похож на тетрафосфор (п
₄).^[18] У обоих по четыре атома, расположенных в виде четырехгранный структура, в которой каждый атом связан с каждым из трех других атомов одинарной связью. Этот нестабильный аллотроп, будучи молекулярным, является наиболее летучим, наименее плотным и наиболее токсичным. Твердый желтый мышьяк получают путем быстрого охлаждения паров мышьяка. В качестве
₄. На свету он быстро превращается в серый мышьяк. Желтая форма имеет плотность 1,97 г / см.³.^[16] Черный мышьяк по структуре похож на черный фосфор.^[16]Черный мышьяк также может образовываться при охлаждении пара до температуры около 100–220 ° C и при кристаллизации аморфного мышьяка в присутствии паров ртути.^[19] Стекловидный и хрупкий. Это также плохой проводник.^[20]

Изотопы

Мышьяк встречается в природе как моноизотопный элемент, состоящий из одной конюшни изотоп, ⁷⁵В качестве.^[21] По состоянию на 2003 год не менее 33 радиоизотопы также были синтезированы в диапазоне атомная масса от 60 до 92. Самым стабильным из них является ⁷³Как и в случае с период полураспада 80,30 дней. Все остальные изотопы имеют период полураспада менее одного дня, за исключением ⁷¹В качестве (т_1/2= 65,30 часов), ⁷²В качестве (т_1/2= 26,0 часов), ⁷⁴В качестве (т_1/2= 17,77 дней), ⁷⁶В качестве (т_1/2= 1,0942 дня), и ⁷⁷В качестве (т_1/2= 38,83 часа). Изотопы легче конюшни ⁷⁵Как склонны распадаться β⁺ разлагаться, а те, что тяжелее, имеют тенденцию распадаться β⁻ разлагаться, за некоторыми исключениями.

Не менее 10 ядерные изомеры были описаны, с атомной массой от 66 до 84. Наиболее стабильным изомером мышьяка является ^68мКак и с периодом полураспада 111 секунд.^[21]

Химия

Мышьяк имеет такую ​​же электроотрицательность и энергию ионизации, что и его более легкий родственный фосфор, и, соответственно, легко образует ковалентные молекулы с большинством неметаллов. Хотя мышьяк стабилен в сухом воздухе, под воздействием влажности он образует золотисто-бронзовый налет, который в конечном итоге становится черным поверхностным слоем.^[22] При нагревании на воздухе мышьяк окисляет к триоксид мышьяка; пары этой реакции имеют запах, напоминающий чеснок. Этот запах можно обнаружить при ударе арсенид минералы, такие как арсенопирит с молотком.^[2] Он горит в кислороде с образованием триоксида мышьяка и пятиокись мышьяка, которые имеют ту же структуру, что и более известные соединения фосфора, и фтор, чтобы дать пентафторид мышьяка.^[22] Мышьяк (и некоторые соединения мышьяка) возвышенный при нагревании при атмосферном давлении превращается непосредственно в газообразную форму без промежуточного жидкого состояния при 887 K (614 ° C).^[2] В тройная точка составляет 3,63 МПа и 1090 К (820 ° C).^[16][2] Мышьяк делает мышьяковая кислота с концентрированным азотная кислота, мышьяковистая кислота с разбавленной азотной кислотой и триоксид мышьяка с концентрированным серная кислота; однако он не реагирует с водой, щелочами или неокисляющими кислотами.^[23] Мышьяк реагирует с металлами с образованием арсениды, хотя это не ионные соединения, содержащие As³⁻ ион, поскольку образование такого аниона было бы сильно эндотермическим, и даже арсениды группы 1 обладают свойствами интерметаллид соединения.^[22] Нравиться германий, селен, и бром, который как мышьяк преуспеть в серии 3D переходов, мышьяк гораздо менее стабилен в групповой степени окисления +5, чем его вертикальные соседи фосфор и сурьма, и, следовательно, пятиокись мышьяка и мышьяковая кислота являются сильными окислителями.^[22]

Соединения

Соединения мышьяка в некоторых отношениях напоминают соединения мышьяка. фосфор который занимает то же группа (столбец) периодическая таблица. Самый распространенный состояния окисления для мышьяка: −3 в арсениды, которые представляют собой сплавоподобные интерметаллиды, +3 в арсениты, и +5 в арсенаты и большинство органических соединений мышьяка. Мышьяк также легко связывается с самим собой, как видно из квадрата As³⁻
₄ ионы в минерале скуттерудит.^[24] В +3 степень окисления, мышьяк обычно пирамидальный из-за влияния одинокая пара из электроны.^[14]

Неорганические соединения

Одним из простейших соединений мышьяка является тригидрид, высокотоксичный, легковоспламеняющийся, пирофорный арсин (Пепел₃). Это соединение обычно считается стабильным, поскольку при комнатной температуре оно медленно разлагается. При температуре 250–300 ° C происходит быстрое разложение до мышьяка и водорода.^[25] Несколько факторов, например влажность, наличие света и уверенности катализаторы (а именно алюминий ) ускоряют разложение.^[26] Он легко окисляется на воздухе с образованием триоксида мышьяка и воды, и аналогичные реакции происходят с сера и селен вместо кислород.^[25]

Мышьяк бесцветный, без запаха, кристаллический оксиды В качестве₂О₃ ("белый мышьяк ") и В качестве₂О₅ которые гигроскопичный и легко растворяется в воде с образованием кислых растворов. Мышьяковая (V) кислота слабая кислота, и соли называются арсенаты,^[27] самый распространенный загрязнение подземных вод мышьяком, и проблема, которая затрагивает многих людей. Синтетические арсенаты включают Зеленый Шееле (арсенат меди, кислый арсенат меди), арсенат кальция, и арсенат свинца. Эти три были использованы как сельскохозяйственный инсектициды и яды.

Этапы протонирования между арсенатом и мышьяковой кислотой аналогичны этапам между фосфат и фосфорная кислота. В отличие от фосфористая кислота, мышьяковистая кислота является действительно трехосновным, с формулой As (OH)₃.^[27]

Известно большое количество сернистых соединений мышьяка. Орпимент (В качестве₂S₃ ) и реальгар (В качестве₄S₄ ) довольно многочисленны и ранее использовались в качестве красящих пигментов. В As₄S₁₀, мышьяк имеет формальную степень окисления +2 в As₄S₄ который содержит связи As-As, так что общая ковалентность As по-прежнему равна 3.^[28] И орпимент, и реальгар, а также As₄S₃, имеют аналоги селена; аналогичный As₂Te₃ известен как минерал калгурлиит,^[29] и анион As₂Te⁻ известен как лиганд в кобальт комплексы.^[30]

Все тригалогениды мышьяка (III) хорошо известны, за исключением неизвестного астатида. Пентафторид мышьяка (AsF₅) является единственным важным пентагалогенидом, отражающим более низкую стабильность степени окисления +5; даже в этом случае это очень сильный фторирующий и окисляющий агент. (The пентахлорид стабилен только ниже -50 ° C, при этой температуре он разлагается до трихлорида с выделением газообразного хлора.^[16])

Сплавы

Мышьяк используется в качестве элемента группы 5 в Полупроводники III-V арсенид галлия, арсенид индия, и арсенид алюминия.^[31] Счетчик валентных электронов GaAs такой же, как у пары атомов Si, но ленточная структура полностью отличается, что приводит к отличным объемным свойствам.^[32] Другие сплавы мышьяка включают полупроводник II-V. арсенид кадмия.^[33]

Мышьякоорганические соединения

Триметиларсин

Известно большое разнообразие органических соединений мышьяка. Некоторые из них были разработаны как боевые отравляющие вещества во время Первой мировой войны, в том числе везиканты Такие как люизит и рвотные агенты, такие как адамсит.^[34][35][36] Какодиловая кислота, представляющий исторический и практический интерес, вытекает из метилирование триоксида мышьяка, реакция, не имеющая аналогов в химии фосфора. В самом деле, какодил был первым известным металлоорганическим соединением (хотя мышьяк не является настоящим металлом) и был назван от греческого κακωδἰα «вонять» своим неприятным запахом; это очень ядовито.^[37]

Возникновение и производство

Большой образец нативного мышьяка

Мышьяк составляет около 1,5промилле (0,00015%) от земной коры, и является 53-м по численности элементом. Типичные фоновые концентрации мышьяка не превышают 3 нг / м3.³ в атмосфере; 100 мг / кг в почве; и 10 мкг / л в пресной воде.

Минералы с формулой MAsS и MAs₂ (M = Fe, Ni, Co ) являются основными коммерческими источниками мышьяка вместе с Realgar (минерал сульфид мышьяка) и самородный (элементарный) мышьяк. Иллюстративный минерал арсенопирит (Fe В качествеS ), что структурно связано с железный пирит. Известны многие второстепенные минералы, содержащие As. Мышьяк также встречается в окружающей среде в различных органических формах.^[38]

Производство мышьяка в 2006 г.^[39]

В 2014 году Китай был крупнейшим производителем белого мышьяка с почти 70% мировой долей, за ним следовал Марокко, Россия, и Бельгия, согласно Британская геологическая служба и Геологическая служба США.^[40] Большинство предприятий по переработке мышьяка в США и Европе закрылись из-за экологических проблем. Мышьяк содержится в пыли плавильных заводов медь, золото, и вести в плавильных печах и извлекается в основном из пыли от рафинирования меди.^[41]

На жарка арсенопирит в воздухе, мышьяк возгоняется в виде оксида мышьяка (III), оставляя оксиды железа,^[38] при обжиге без воздуха образуется серый мышьяк. Дальнейшая очистка от серы и других халькогенов достигается за счет сублимация в вакууме, в атмосфере водорода или перегонкой из расплавленной свинцово-мышьяковой смеси.^[42]

Классифицировать	Страна	2014 В качестве2О3 Производство[40]
1	Китай	25000 т
2	Марокко	8 800 т
3	Россия	1,500 т
4	Бельгия	1000 т
5	Боливия	52 т
6	Япония	45 т
—	Мировой итог (округлено)	36 400 т

История

Реалгар

Алхимический символ для мышьяка

Слово мышьяк берет свое начало в Сирийский слово ܠܐ ܙܐܦܢܝܐ (аль) зарника,^{[43][нужен лучший источник ]} с арабского al-zarnīḵ الزرنيخ 'The орпимент ’На основе Персидский зар "золото" от слова زرنيخ зарних, что означает «желтый» (буквально «золотой») и, следовательно, «(желтый) orpiment». Он был принят в Греческий в качестве арсеникон (ἀρσενικόν), форма, которая народная этимология, являясь средней формой греческого слова арсеникос (ἀρσενικός), что означает «мужской», «мужественный». Греческое слово было принято на латыни как мышьяк, который по-французски стал мышьяк, от которого происходит английское слово «мышьяк».^{[43][нужен лучший источник ]} Сульфиды мышьяка (арипимент, Realgar ) и оксиды были известны и использовались с древних времен.^[44] Зосим (около 300 г. н.э.) описывает обжарку Sandarach (реальгар), чтобы получить облако мышьяка (триоксид мышьяка ), которую он затем уменьшает серому мышьяку.^[45] Поскольку симптомы отравление мышьяком не очень специфичны, он часто использовался для убийство до появления Марш тест, чувствительный химический тест на его присутствие. (Другой менее чувствительный, но более общий тест - это Тест Рейнша...) Из-за его использования правящим классом для убийства друг друга, а также его силы и осторожности, мышьяк был назван «ядом королей» и «королем ядов».^[46]

Лабиринт мышьяка, часть Боталлакская шахта, Корнуолл

Вовремя Бронзовый век, мышьяк часто входил в состав бронза, что сделало сплав более твердым (т.н. "мышьяковая бронза ").^[47][48]Выделение мышьяка было описано Джабир ибн Хайян до 815 г. н.э.^[49] Альбертус Магнус (Альберт Великий, 1193–1280) позже изолировал элемент от соединения в 1250 году, нагревая мыло вместе с трисульфид мышьяка.^[50] В 1649 г. Иоганн Шредер опубликовали два способа приготовления мышьяка.^[51] Кристаллы элементарного (самородного) мышьяка встречаются в природе, хотя и редко.

Дымящаяся жидкость кадета (нечистый какодил ), часто называемый первым синтетическим металлоорганическое соединение, был синтезирован в 1760 г. Луи Клод Кадет де Гассикур по реакции ацетат калия с триоксид мышьяка.^[52]

Сатирический мультфильм Оноре Домье химика, публично демонстрирующего мышьяк, 1841 г.

в Викторианская эпоха, «мышьяк» («белый мышьяк» или триоксид мышьяка) был смешан с уксус и мел и съедены женщинами, чтобы улучшить цвет лица их лиц, делая их кожу бледнее, показывая, что они не работали в поле.^[53] Мышьяк также втирали в лицо и руки женщин, чтобы «улучшить их цвет лица». Случайное использование мышьяка при фальсификации пищевых продуктов привело к Брэдфорд сладкое отравление в 1858 году, в результате чего погибло около 20 человек.^[54] В производстве обоев также стали использовать красители из мышьяка, которые, как считалось, увеличивают яркость пигмента.^[55]

С момента их открытия широко использовались два пигмента мышьяка: Пэрис Грин и Зеленый Шееле. После того, как токсичность мышьяка стала широко известной, эти химические вещества стали реже использоваться в качестве пигментов и чаще в качестве инсектицидов. В 1860-х годах широко использовался мышьяк, побочный продукт производства красителей. Это была твердая смесь триоксида мышьяка, анилина, извести и закиси железа, нерастворимая в воде и очень токсичная при вдыхании или проглатывании.^[56] Но позже он был заменен на другой краситель на основе мышьяка Paris Green.^[57] С более глубоким пониманием механизма токсикологии, начиная с 1890-х годов, использовались два других соединения.^[58] Арсенит извести и арсенат свинца широко использовались в качестве инсектицидов до открытия ДДТ в 1942 г.^[59][60][61]

Приложения

Сельскохозяйственная

Роксарсон является спорным соединение мышьяка используется в качестве исходного ингредиента для кур.

Токсичность мышьяка для насекомые, бактерии, и грибы привело к его использованию в качестве консерванта для древесины.^[62] В 1930-х годах процесс обработки древесины хромированный арсенат меди (также известный как CCA или Таналит ) был изобретен, и на протяжении десятилетий эта обработка была самым широким промышленным применением мышьяка. Повышенное признание токсичности мышьяка привело к запрету ХАК в потребительских товарах в 2004 г., инициированному Евросоюз и США.^[63][64] Однако CCA по-прежнему активно используется в других странах (например, на каучуковых плантациях Малайзии).^[8]

Мышьяк также использовался в различных сельскохозяйственных инсектицидах и ядах. Например, арсенат свинца был обычным инсектицидом на фруктовые деревья,^[65] но контакт с соединением иногда приводил к повреждение мозга среди работающих на опрыскивателях. Во второй половине 20 века метиларсенат натрия (MSMA) и динатрий метил арсенат (DSMA) - менее токсичные органические формы мышьяка - заменили арсенат свинца в сельском хозяйстве. В свою очередь, к 2013 году использование этих органических мышьяков было прекращено во всех видах сельскохозяйственной деятельности, кроме выращивания хлопка.^[66]

Биогеохимия мышьяка сложна и включает различные процессы адсорбции и десорбции. Токсичность мышьяка связана с его растворимостью и зависит от pH. Арсенит (AsO³⁻
₃) более растворим, чем арсенат (AsO³⁻
₄) и более токсичен; однако при более низком pH арсенат становится более подвижным и токсичным. Было обнаружено, что добавление оксидов серы, фосфора и железа к почвам с высоким содержанием арсенита значительно снижает фитотоксичность мышьяка.^[67]

Мышьяк используется в качестве кормовой добавки в домашняя птица и свиноводство, в частности, в США для увеличения веса, улучшения эффективность корма, и предотвратить болезнь.^[68][69] Примером является роксарсон, который использовался как бройлер около 70% производителей бройлеров в США.^[70] Alpharma, дочерняя компания Pfizer Inc., производящая роксарсон, добровольно приостановила продажу препарата в ответ на исследования, показавшие повышенные уровни неорганического мышьяка, канцерогена, у обработанных цыплят.^[71] Преемник Alpharma, Зоэтис, продолжает продавать нитарсон, в первую очередь для индеек.^[71]

Мышьяк намеренно добавлен в корм куры выращен для употребления в пищу. Органические соединения мышьяка менее токсичны, чем чистый мышьяк, и способствуют росту цыплят. В некоторых условиях мышьяк в гроши превращается в токсичную неорганическую форму.^[72]

Исследование, проведенное в 2006 г. Австралийский скаковая лошадь Phar Lap, определили, что смерть известного чемпиона в 1932 году была вызвана передозировкой мышьяка. Сиднейский ветеринар Перси Сайкс заявил: «В те дни мышьяк был довольно распространенным тонизирующим средством, обычно принимавшимся в виде раствора (раствор Фаулера) ... Это было настолько распространено, что я считаю, что 90 процентов лошадей имели мышьяк. в их системе ".^[73]

Медицинское использование

В течение 18, 19 и 20 веков ряд соединений мышьяка использовался в качестве лекарств, в том числе арсфенамин (к Пол Эрлих ) и триоксид мышьяка (к Томас Фаулер ).^[74] Арсфенамин, а также неосальварсан, был указан для сифилис, но был вытеснен современным антибиотики. Однако мышьяки, такие как меларсопрол все еще используются для лечения трипаносомоз, поскольку, несмотря на то, что эти препараты обладают сильной токсичностью, болезнь почти всегда заканчивается летальным исходом, если ее не лечить.^[75]

Триоксид мышьяка использовался различными способами за последние 500 лет, чаще всего для лечения рак, но также и в таких разнообразных лекарствах, как Решение Фаулера в псориаз.^[76] Соединенные штаты Управление по контролю за продуктами и лекарствами в 2000 году одобрил это соединение для лечения пациентов с острый промиелоцитарный лейкоз что устойчиво к полностью транс-ретиноевая кислота.^[77]

Недавно исследователи обнаружили опухоли, используя мышьяк-74 (излучатель позитронов). Этот изотоп дает более четкое ПЭТ сканирование изображения, чем предыдущий радиоактивный агент, йод -124, потому что организм имеет тенденцию доставлять йод к щитовидной железе, создавая сигнальный шум.^[78]Наночастицы мышьяка продемонстрировал способность убивать раковые клетки с меньшим цитотоксичность чем другие составы мышьяка.^[79]

В субтоксических дозах растворимые соединения мышьяка действуют как стимуляторы, и когда-то были популярны в малых дозах в качестве лекарства людьми в середине 18-19 веков.^[16]

Сплавы

Основное применение мышьяка - его легирование свинцом. Свинцовые компоненты в автомобильные аккумуляторы усилены присутствием очень небольшого процента мышьяка.^[8][80] Обезцинкование латуни (медно-цинковый сплав) значительно снижается при добавлении мышьяка.^[81] «Мышьяковая медь, раскисленная фосфором» с содержанием мышьяка 0,3% имеет повышенную коррозионную стойкость в определенных средах.^[82] Арсенид галлия это важный полупроводник материал, используемый в интегральные схемы. Схемы из GaAs намного быстрее (но и дороже), чем схемы, сделанные из кремний. В отличие от кремния GaAs имеет прямая запрещенная зона, и может использоваться в лазерные диоды и Светодиоды преобразовать электрические энергия прямо в свет.^[8]

Военный

После Первая Мировая Война, Соединенные Штаты создали запас в 20 000 тонн вооруженный люизит (ClCH = CHAsCl₂), органо-мышьяк пузырчатый (блистерный агент) и легкое раздражитель. Склад был нейтрализован отбеливателем и сброшен в Мексиканский залив в 1950-е гг.^[83] Вовремя война во Вьетнаме, США использовали Агент синий, смесь какодилат натрия и его кислотная форма, как одна из радужные гербициды лишить северовьетнамских солдат листвы и риса.^[84][85]

Другое использование

• Ацетоарсенит меди использовался в качестве зеленого пигмент известен под многими именами, в том числе Пэрис Грин и изумрудно-зеленый. Это вызвало многочисленные отравления мышьяком. Зеленый Шееле, арсенат меди, использовался в 19 веке как краситель в сладости.^[86]
• Мышьяк используется в бронзовый^[87] и пиротехника.
• До 2% произведенного мышьяка используется в свинцовых сплавах для свинцовый выстрел и пули.^[88]
• В альфа-латунь в небольших количествах добавляют мышьяк, чтобы устойчивый к децинкификации. Этот сорт латуни используется в сантехнической арматуре и других влажных средах.^[89]
• Мышьяк также используется для сохранения таксономических образцов.
• Мышьяк использовался как глушитель в керамике, создавая белые глазури.^[90]
• До недавнего времени мышьяк использовался в оптическом стекле. Современные производители стекла под давлением защитников окружающей среды перестали использовать как мышьяк, так и вести.^[91]

Биологическая роль

Бактерии

Некоторые виды бактерии получают свою энергию в отсутствие кислорода путем окисляющий различные виды топлива в то время как сокращение арсенат в арсенит. В окислительных условиях окружающей среды некоторые бактерии используют в качестве топлива арсенит, который они окисляют до арсената.^[92] В ферменты вовлеченные известны как арсенат редуктазы (Арр).^[93]

В 2008 году были обнаружены бактерии, использующие версию фотосинтез в отсутствие кислорода с арсенитами как доноры электронов, производя арсенаты (так же, как при обычном фотосинтезе вода используется в качестве донора электронов, производя молекулярный кислород). Исследователи предполагают, что на протяжении истории эти фотосинтезирующие организмы производили арсенаты, которые позволяли бактериям, восстанавливающим арсенат, процветать. Один напряжение PHS-1 был изолирован и относится к гаммапротеобактерии Ectothiorhodospira shaposhnikovii. Механизм неизвестен, но закодированный фермент Arr может действовать в обратном направлении по сравнению с известным ему. гомологи.^[94]

В 2011 году было высказано предположение, что штамм Halomonadaceae можно было бы выращивать в отсутствие фосфора, если бы этот элемент был заменен мышьяком,^[95] используя тот факт, что арсенат и фосфат анионы аналогичны структурно. Исследование было широко раскритиковано и впоследствии опровергнуто группами независимых исследователей.^[96][97]

Незаменимый микроэлемент у высших животных

Некоторые данные свидетельствуют о том, что мышьяк является важным микроэлементом для птиц (куры) и млекопитающих (крысы, хомяки и козы). Тем не менее биологическая функция не известно.^{[98][99][100]}

Наследственность

Мышьяк был связан с эпигенетические изменения наследственные изменения экспрессии генов, которые происходят без изменений в Последовательность ДНК. К ним относятся метилирование ДНК, модификация гистонов и РНК вмешательство. Токсичные уровни мышьяка вызывают значительное гиперметилирование ДНК генов-супрессоров опухолей p16 и p53, что увеличивает риск канцерогенез. Эти эпигенетические события были изучены in vitro используя человека почка клетки и in vivo используя крысу печень клетки и периферическая кровь лейкоциты в людях.^[101] Масс-спектрометрия с индуктивно связанной плазмой (ICP-MS) используется для определения точных уровней внутриклеточного мышьяка и других оснований мышьяка, участвующих в эпигенетической модификации ДНК.^[102] Исследования, изучающие мышьяк как эпигенетический фактор, могут быть использованы для разработки точных биомаркеров воздействия и восприимчивости.

Китайский тормозной папоротник (Pteris vittata ) гипераккумулирует мышьяк из почвы в листьях и имеет предполагаемое использование в фиторемедиация.^[103]

Биометилирование

Арсенобетаин

Неорганический мышьяк и его соединения, попадая в пищевая цепочка, прогрессивно метаболизируются в процессе метилирование.^[104][105] Например, форма Scopulariopsis brevicaulis производит триметиларсин если присутствует неорганический мышьяк.^[106] Органическое соединение арсенобетаин содержится в некоторых морских продуктах, таких как рыба и водоросли, а также в грибах в больших концентрациях. В среднем человек получает около 10–50 мкг / день. Значения около 1000 мкг не являются необычными после употребления рыбы или грибов, но есть небольшая опасность при употреблении в пищу рыбы, потому что это соединение мышьяка почти нетоксично.^[107]

Экологические проблемы

Контакт

Естественные источники воздействия на человека включают вулканический пепел, выветривание минералов и руд и минерализованные грунтовые воды. Мышьяк также содержится в пище, воде, почве и воздухе.^[108] Мышьяк усваивается всеми растениями, но больше он концентрируется в листовых овощах, рисе, яблочном и виноградном соке и морепродуктах.^[109] Дополнительный путь воздействия - вдыхание атмосферных газов и пыли.^[110]Вовремя Викторианская эпоха, мышьяк широко использовался в домашнем декоре, особенно в обоях.^[111]

Встречается в питьевой воде

Обширное загрязнение подземных вод мышьяком привело к широкому распространению отравление мышьяком в Бангладеш^[112] и соседние страны. По оценкам, около 57 миллионов человек в Бенгальском бассейне пьют. грунтовые воды с концентрацией мышьяка выше Всемирная организация здоровья стандарт 10 частей на миллиард (ч / млрд).^[113] Однако исследование заболеваемости раком на Тайване^[114] предположили, что значительное увеличение смертности от рака появляется только при уровнях выше 150 частей на миллиард. Мышьяк в грунтовых водах имеет естественное происхождение и выделяется из отложений в грунтовые воды в результате аноксические условия недр. Эти грунтовые воды использовались после местных и западных НПО и правительство Бангладеш провело масштабную мелкую трубу Что ж программа питьевой воды в конце двадцатого века. Эта программа была разработана для предотвращения питья загрязненных бактериями поверхностных вод, но не проверила содержание мышьяка в грунтовых водах. Многие другие страны и районы в Юго-Восточная Азия, Такие как Вьетнам и Камбоджа, имеют геологические среды, которые производят грунтовые воды с высоким содержанием мышьяка. Арсеникоз было сообщено в Накхонситхаммарат, Таиланд в 1987 г., а Река Чао Прайя вероятно, содержит высокие уровни растворенного мышьяка естественного происхождения, что не представляет проблемы для здоровья населения, поскольку большая часть населения использует воду в бутылках.^[115] В Пакистане более 60 миллионов человек подвергаются воздействию питьевой воды, загрязненной мышьяком, о чем свидетельствует недавний доклад Наука. Команда Подгорского исследовала более 1200 проб, и более 66% проб превышали минимальный уровень загрязнения ВОЗ.^[116]

В Соединенных Штатах мышьяк чаще всего встречается в грунтовых водах юго-запада.^[117] Части Новая Англия, Мичиган, Висконсин, Миннесота а также известно, что реки Дакота имеют значительные концентрации мышьяка в грунтовых водах.^[118] Повышенный уровень рака кожи был связан с воздействием мышьяка в Висконсине, даже на уровнях ниже 10 частей на миллиард стандарта питьевой воды.^[119] Согласно недавнему фильму, финансируемому США Суперфонд миллионы частных скважин содержат неизвестные уровни мышьяка, а в некоторых районах США более 20% скважин могут содержать уровни, превышающие установленные пределы.^[120]

Воздействие мышьяка на низком уровне в концентрациях 100 частей на миллиард (т.е.выше стандарта питьевой воды 10 частей на миллиард) ставит под угрозу первоначальный иммунный ответ на H1N1 или свиной грипп инфекция по мнению ученых, поддерживаемых NIEHS. Исследование, проведенное на лабораторных мышах, предполагает, что люди, подвергшиеся воздействию мышьяка в питьевой воде, могут подвергаться повышенному риску более серьезных заболеваний или смерти от вируса.^[121]

Некоторые канадцы пьют воду, содержащую неорганический мышьяк. Воды из частных колодцев наиболее подвержены риску содержания неорганического мышьяка. Предварительный анализ воды из скважины обычно не позволяет определить содержание мышьяка. Исследователи из Геологической службы Канады смоделировали относительные вариации в потенциальной опасности природного мышьяка для провинции Нью-Брансуик. Это исследование имеет важное значение для питьевой воды и проблем со здоровьем, связанных с неорганическим мышьяком.^[122]

Эпидемиологические данные из Чили показывает дозозависимую связь между хроническим воздействием мышьяка и различными формами рака, в частности, когда присутствуют другие факторы риска, такие как курение сигарет. Эти эффекты были продемонстрированы при загрязнении менее 50 частей на миллиард.^[123] Мышьяк сам по себе входит в состав табачный дым.^[124]

Анализ многочисленных эпидемиологических исследований воздействия неорганического мышьяка позволяет предположить небольшое, но измеримое увеличение риска рака мочевого пузыря на 10 частей на миллиард.^[125] По словам Питера Равенскрофта с географического факультета Кембриджского университета,^[126] примерно 80 миллионов человек во всем мире потребляют с питьевой водой от 10 до 50 частей на миллиард мышьяка. Если бы все они потребляли с питьевой водой ровно 10 частей на миллиард мышьяка, то приведенный ранее анализ нескольких эпидемиологических исследований предсказал бы еще 2000 случаев рака мочевого пузыря. Это представляет собой явную недооценку общего воздействия, поскольку оно не включает рак легких или кожи и явно недооценивает воздействие. Те, кто подвергается воздействию мышьяка с уровнями выше действующего стандарта ВОЗ, должны взвесить затраты и выгоды от лечения мышьяком.

Ранние (1973) оценки процессов удаления растворенного мышьяка из питьевой воды показали эффективность соосаждения с оксидами железа или алюминия. В частности, было обнаружено, что железо в качестве коагулянта удаляет мышьяк с эффективностью, превышающей 90%.^[127][128] Несколько систем адсорбционных сред были одобрены для использования в местах обслуживания в исследовании, финансируемом Агентство по охране окружающей среды США (Агентство по охране окружающей среды США) и Национальный фонд науки (NSF). Группа европейских и индийских ученых и инженеров построила шесть заводов по переработке мышьяка в Западная Бенгалия основан на методе восстановления на месте (технология SAR). В этой технологии не используются химические вещества, и мышьяк остается в нерастворимой форме (состояние +5) в подземной зоне за счет подпитки аэрированной воды в водоносный горизонт и развития зоны окисления, которая поддерживает микроорганизмы, окисляющие мышьяк. Этот процесс не приводит к образованию потока отходов или осадка и является относительно дешевым.^[129]

Еще один эффективный и недорогой способ избежать загрязнения мышьяком - это прокладывать колодцы на глубину 500 футов или глубже, чтобы достичь более чистой воды. Недавнее исследование 2011 года, финансируемое Программой исследований Суперфонда Национального института экологических наук США, показывает, что глубокие отложения могут удалить мышьяк и вывести его из обращения. В этом процессе называется адсорбция, мышьяк прилипает к поверхности частиц глубоких отложений и естественным образом удаляется из грунтовых вод.^[130]

Магнитное разделение мышьяка в очень слабом магнитном поле градиенты с большой площадью поверхности и монодисперсный магнетит (Fe₃О₄) нанокристаллы были продемонстрированы в очистке воды в местах потребления. Использование высокой удельной поверхности Fe₃О₄ нанокристаллов резко сократилась масса отходов, связанных с удалением мышьяка из воды.^[131]

Эпидемиологические исследования показали наличие корреляции между хроническим потреблением питьевой воды, загрязненной мышьяком, и частотой всех основных причин смертности.^[132] В литературе указывается, что воздействие мышьяка является причиной патогенеза диабета.^[133]

Недавно было показано, что фильтры на основе соломы снижают содержание мышьяка в воде до 3 мкг / л. Это может найти применение в областях, где питьевая вода добывается из-под земли. водоносные горизонты.^[134]

Сан-Педро-де-Атакама

На протяжении нескольких веков люди Сан-Педро-де-Атакама в Чили пили воду, загрязненную мышьяком, и некоторые данные свидетельствуют о том, что у них выработался определенный иммунитет.^{[135][136][137]}

Карты опасностей для загрязненных подземных вод

Около одной трети населения мира пьет воду из подземных источников. Из них около 10 процентов, примерно 300 миллионов человек, получают воду из ресурсов подземных вод, загрязненных вредными для здоровья уровнями мышьяка или фторида.^[138] Эти микроэлементы происходят в основном из минералов и ионов земли.^[139][140]

Редокс-превращение мышьяка в природных водах

Мышьяк уникален среди следов металлоиды и оксианион-образующие следы металлов (например, As, Se, Sb, Mo, V, Cr, U, Re). Он чувствителен к мобилизации при значениях pH, типичных для природных вод (pH 6,5–8,5), как в окислительных, так и в восстановительных условиях. Мышьяк может присутствовать в окружающей среде в нескольких степенях окисления (−3, 0, +3 и +5), но в природных водах он чаще всего встречается в неорганических формах в виде оксианионов трехвалентного арсенита [As (III)] или пятивалентного арсената [As (V)]. Органические формы мышьяка образуются в результате биологической активности, в основном в поверхностных водах, но редко имеют количественное значение. Однако органические соединения мышьяка могут образовываться там, где на воду в значительной степени влияет промышленное загрязнение.^[141]

Мышьяк можно солюбилизировать различными способами. Когда pH высокий, мышьяк может высвобождаться из участков связывания на поверхности, которые теряют свой положительный заряд. Когда уровень воды падает и сульфид минералы подвергаются воздействию воздуха, мышьяк, заключенный в сульфидных минералах, может попадать в воду. Когда в воде присутствует органический углерод, бактерии питаются путем прямого восстановления As (V) до As (III) или путем восстановления элемента в месте связывания, высвобождая неорганический мышьяк.^[142]

На превращения мышьяка в водной среде влияют pH, восстановительно-окислительный потенциал, концентрация органических веществ, а также концентрации и формы других элементов, особенно железа и марганца. Основными факторами являются pH и окислительно-восстановительный потенциал. Как правило, основными формами мышьяка в кислородных условиях являются H₃AsO₄, H₂AsO₄⁻, HAsO₄²⁻, и AsO₄³⁻ при pH 2, 2–7, 7–11 и 11 соответственно. В восстановительных условиях H₃AsO₄ преобладает при pH 2–9.

Окисление и восстановление влияют на миграцию мышьяка в подземных средах. Арсенит является наиболее стабильной растворимой формой мышьяка в восстановительной среде, а арсенат, который менее подвижен, чем арсенит, доминирует в окислительных средах при нейтральном pH. Следовательно, мышьяк может быть более подвижным в восстановительных условиях. Восстановительная среда также богата органическими веществами, которые могут повысить растворимость соединений мышьяка. В результате адсорбция мышьяка уменьшается, а растворенный мышьяк накапливается в грунтовых водах. Вот почему содержание мышьяка в восстановительной среде выше, чем в окислительной.^[143]

Присутствие серы - еще один фактор, влияющий на превращение мышьяка в природной воде. Мышьяк может осадок при образовании сульфидов металлов. Таким образом, мышьяк удаляется из воды, и его подвижность уменьшается. Когда присутствует кислород, бактерии окисляют восстановленную серу для выработки энергии, потенциально выделяя связанный мышьяк.

Окислительно-восстановительные реакции с участием Fe также являются важными факторами в судьбе мышьяка в водных системах. Восстановление оксигидроксидов железа играет ключевую роль в выделении мышьяка в воду. Таким образом, мышьяк может быть обогащен водой с повышенными концентрациями Fe.^[144] В окислительных условиях мышьяк может мобилизоваться из пирит или оксиды железа, особенно при повышенном pH. В восстановительных условиях мышьяк может быть мобилизован путем восстановительной десорбции или растворения, когда он связан с оксидами железа. Восстановительная десорбция происходит при двух обстоятельствах. Во-первых, арсенат восстанавливается до арсенита, который менее сильно адсорбируется на оксидах железа. Другой результат - изменение заряда на поверхности минерала, которое приводит к десорбции связанного мышьяка.^[145]

Некоторые виды бактерий катализируют окислительно-восстановительные превращения мышьяка. Диссимиляционные арсенат-респираторные прокариоты (DARP) ускоряют восстановление As (V) до As (III). DARP использует As (V) в качестве акцептора электронов анаэробного дыхания и получает энергию для выживания. В этом процессе могут окисляться другие органические и неорганические вещества. Хемоавтотрофный окислители арсенита (CAO) и гетеротрофный окислители арсенита (HAO) превращают As (III) в As (V). CAO сочетают окисление As (III) с восстановлением кислорода или нитрата. Они используют полученную энергию, чтобы исправить производство органического углерода из CO.₂. HAO не может получать энергию от окисления As (III). Этот процесс может быть мышьяком. детоксикация механизм бактерий.^[146]

Равновесные термодинамические расчеты предсказывают, что концентрации As (V) должны быть больше, чем концентрации As (III) во всех условиях, кроме сильно восстанавливающих, т.е. когда SO₄²⁻ сокращение происходит. Однако абиотические окислительно-восстановительные реакции мышьяка протекают медленно. Окисление As (III) растворенным O₂ это особенно медленная реакция. Например, Джонсон и Пилсон (1975) дали период полураспада для оксигенации As (III) в морской воде от нескольких месяцев до года.^[147] В других исследованиях соотношения As (V) / As (III) были стабильными в течение нескольких дней или недель во время отбора проб воды, когда не принимались особые меры для предотвращения окисления, что снова указывает на относительно низкие скорости окисления. Черри обнаружил в результате экспериментальных исследований, что соотношения As (V) / As (III) были стабильными в бескислородных растворах до 3 недель, но постепенные изменения происходили в течение более длительных периодов времени.^[148] Было замечено, что образцы стерильной воды менее подвержены изменениям в составе, чем нестерильные образцы.^[149] Оремланд обнаружил, что восстановление As (V) до As (III) в озере Моно быстро катализируется бактериями с константами скорости в диапазоне от 0,02 до 0,3 дня.⁻¹.^[150]

Консервация древесины в США

По состоянию на 2002 год предприятия промышленности США потребляли 19 600 метрических тонн мышьяка. Девяносто процентов из них было использовано для обработки древесины хромированный арсенат меди (CCA). В 2007 году 50% из 5280 метрических тонн потребления по-прежнему использовалось для этой цели.^[41][151] В Соединенных Штатах добровольный отказ от мышьяка в производстве потребительских товаров, а также товаров для жилищного строительства и строительства общего назначения начался 31 декабря 2003 года, и в настоящее время используются альтернативные химические вещества, такие как Щелочная медь четвертичная, бораты, азол меди, ципроконазол, и пропиконазол.^[152]

Хотя это приложение больше не выпускается, оно также является одним из самых важных для широкой публики. Подавляющее большинство пожилых обработанный давлением древесина была обработана CCA. Пиломатериалы CCA по-прежнему широко используются во многих странах и активно использовались во второй половине 20-го века в качестве строительных и наружных материалов. строительный материал. Хотя использование пиломатериалов CCA было запрещено во многих областях после того, как исследования показали, что мышьяк может вымываться из древесины в окружающую среду. почва (например, из-за оборудования детских площадок), опасность также представляет сжигание старой древесины CCA. Прямое или косвенное попадание в организм древесной золы от сожженных пиломатериалов из CCA привело к гибели животных и серьезным отравлениям у людей; смертельная доза для человека составляет примерно 20 граммов золы.^[153] Пиломатериалы из лома CCA со строительных площадок и сносов могут быть непреднамеренно использованы при коммерческих и бытовых пожарах. Протоколы по безопасной утилизации пиломатериалов CCA не согласованы во всем мире. Широко распространен свалка утилизация такой древесины вызывает определенные опасения,^[154] но другие исследования не показали загрязнения грунтовых вод мышьяком.^[155][156]

Составление карты промышленных выбросов в США

Одним из инструментов, который отображает местонахождение (и другую информацию) выбросов мышьяка в Соединенных Штатах, является TOXMAP.^[157] TOXMAP - это географическая информационная система (ГИС), разработанная Отделом специализированных информационных служб Национальная медицинская библиотека США (NLM) финансируется Федеральным правительством США. TOXMAP с размеченными картами Соединенных Штатов позволяет пользователям визуально исследовать данные из Агентство по охране окружающей среды США (EPA) Инвентаризация выбросов токсичных веществ и Программы фундаментальных исследований Суперфонда. Информация TOXMAP о химических веществах и состоянии окружающей среды взята из сети токсикологических данных NLM (TOXNET),^[158] PubMed, и из других авторитетных источников.

Биоремедиация

Физические, химические и биологические методы использовались для восстановления воды, загрязненной мышьяком.^[159] Биоремедиация считается рентабельной и экологически чистой.^[160] Биологическая очистка грунтовых вод, загрязненных мышьяком, направлена ​​на превращение арсенита, токсичной для человека формы мышьяка, в арсенат. Арсенат (степень окисления +5) является доминирующей формой мышьяка в поверхностных водах, в то время как арсенит (степень окисления +3) является доминирующей формой в гипоксической или бескислородной среде. Арсенит более растворим и подвижен, чем арсенат. Многие виды бактерий могут преобразовывать арсенит в арсенат в бескислородных условиях, используя арсенит в качестве донора электронов.^[161] Это полезный метод восстановления грунтовых вод. Другой стратегией биоремедиации является использование растений, которые накапливают мышьяк в своих тканях через фиторемедиация но необходимо рассмотреть вопрос об утилизации зараженного растительного материала.

Биоремедиация требует тщательной оценки и проектирования в соответствии с существующими условиями. Некоторые сайты могут потребовать добавления акцептора электронов, в то время как другие требуют добавления микробов (биоаугментация ). Независимо от используемого метода, только постоянный мониторинг может предотвратить загрязнение в будущем.

Токсичность и меры предосторожности

Мышьяк

Опасности
Пиктограммы GHS
Сигнальное слово GHS	Опасность
Положения об опасности GHS	H301, H331, H350, H410[162]

Мышьяк и многие его соединения являются особенно сильнодействующими ядами.

Классификация

Элементарный мышьяк и соединения сульфата и триоксида мышьяка классифицируются как "токсичный "и" опасно для окружающей среды "в Евросоюз под директива 67/548 / EEC. Международное агентство по изучению рака (IARC) распознает мышьяк и неорганические соединения мышьяка как канцерогены 1 группы, а ЕС перечисляет триоксид мышьяка, пятиокись мышьяка, и арсенат соли категории 1 канцерогены.

Известно, что мышьяк вызывает арсеникоз когда он присутствует в питьевой воде, «наиболее распространенным видом является арсенат [HAsO²⁻
₄; As (V)] и арсенит [H₃AsO₃; Как (III)] ".

Законные ограничения, еда и напитки

В США с 2006 года максимальная концентрация в питьевой воде, разрешенная Агентство по охране окружающей среды (EPA) составляет 10 частей на миллиард^[163] и FDA установило тот же стандарт в 2005 году для бутилированной воды.^[164] Департамент охраны окружающей среды Нью-Джерси установил лимит питьевой воды в размере 5 частей на миллиард в 2006 году.^[165] В IDLH (непосредственно опасно для жизни и здоровья) значение для металлического мышьяка и неорганических соединений мышьяка составляет 5 мг / м3.³ (5 частей на миллиард). В Управление по охране труда установил допустимый предел воздействия (PEL) до средневзвешенного по времени (TWA) 0,01 мг / м³ (0,01 ppb), а Национальный институт охраны труда и здоровья (NIOSH) установил рекомендуемый предел воздействия (REL) до 15-минутного постоянного воздействия 0,002 мг / м³ (0,002 частей на миллиард).^[166] PEL для органических соединений мышьяка составляет TWA 0,5 мг / м3.³.^[167] (0,5 частей на миллиард).

В 2008 году, основываясь на текущих испытаниях широкого спектра американских продуктов питания на предмет токсичных химикатов,^[168] Соединенные штаты. Управление по контролю за продуктами и лекарствами установил «уровень беспокойства» для неорганического мышьяка в яблочном и грушевом соках на уровне 23 частей на миллиард, исходя из неканцерогенных эффектов, и начал блокировать импорт продуктов, превышающих этот уровень; он также требовал отзыва несоответствующей отечественной продукции.^[164] В 2011 г. Доктор Оз Телевизионное шоу транслировало программу, посвященную испытаниям, проведенным независимой лабораторией, нанятой продюсерами. Хотя методология оспаривалась (она не делала различий между органическим и неорганическим мышьяком), тесты показали уровни мышьяка до 36 частей на миллиард.^[169] В ответ FDA проверило худший бренд из Доктор Унция показать и нашел гораздо более низкие уровни. Текущие испытания показали, что 95% образцов яблочного сока не соответствовали допустимому уровню. Позднее тестирование Потребительские отчеты показал уровень неорганического мышьяка чуть выше 10 частей на миллиард, и организация призвала родителей сократить потребление.^[170] В июле 2013 года с учетом потребления детьми, хронического воздействия и канцерогенного эффекта FDA установило «уровень действия» для яблочного сока в 10 частей на миллиард, что соответствует стандарту для питьевой воды.^[164]

Обеспокоенность по поводу содержания мышьяка в рисе в Бангладеш возникла в 2002 году, но в то время только в Австралии был законный предел для пищевых продуктов (один миллиграмм на килограмм).^[171][172] Была выражена обеспокоенность по поводу того, что в 2005 году люди, которые ели рис из США, превышали стандарты ВОЗ по личному потреблению мышьяка.^[173] В 2011 году Китайская Народная Республика установила пищевой стандарт на мышьяк в размере 150 частей на миллиард.^[174]

В США в 2012 г. тестирование, проведенное отдельными группами исследователей в Исследовательском центре гигиены окружающей среды и профилактики заболеваний у детей в г. Дартмутский колледж (в начале года, уделяя особое внимание уровню мочеиспускания у детей)^[175] и Потребительские отчеты (в ноябре)^[176][177] обнаружили уровни мышьяка в рисе, что привело к призыву FDA установить ограничения.^[178] FDA опубликовало некоторые результаты тестирования в сентябре 2012 г.^[179][180] и по состоянию на июль 2013 года все еще собирает данные в поддержку нового потенциального регулирования. Он не рекомендовал никаких изменений в поведении потребителей.^[181]

Consumer Reports рекомендуется:

1. Что EPA и FDA исключают из производства продуктов питания удобрения, содержащие мышьяк, лекарства и пестициды;
2. Чтобы FDA установило законный предел для пищевых продуктов;
3. Эта промышленность изменила производственную практику для снижения уровней мышьяка, особенно в пищевых продуктах для детей; и
4. Потребители проверяют запасы воды в доме, придерживаются разнообразной диеты и готовят рис с избытком воды, а затем сливают его (снижая содержание неорганического мышьяка примерно на треть вместе с небольшим снижением содержания витаминов).^[177]
5. Сторонники общественного здравоохранения, основанные на фактических данных, также рекомендуют, учитывая отсутствие регулирования или маркировки мышьяка в США, детям не следует есть не более 1,5 порций риса в неделю и не употреблять рисовое молоко как часть своего ежедневного рациона до 5 лет. .^[182] Они также предлагают рекомендации для взрослых и младенцев о том, как ограничить воздействие мышьяка из риса, питьевой воды и фруктового сока.^[182]

2014 год Всемирная организация здоровья была запланирована консультативная конференция для рассмотрения пределов 200–300 частей на миллиард для риса.^[177]

Пределы профессионального воздействия

Экотоксичность

Мышьяк биоаккумулятивный у многих организмов, в частности морских видов, но, по-видимому, он не оказывает значительного биоусиления в пищевых сетях. В загрязненных районах на рост растений может влиять поглощение корнями арсената, который является аналогом фосфата и поэтому легко переносится в тканях и клетках растений. На загрязненных территориях поглощение более токсичного иона арсенита (особенно в восстановительных условиях) вероятно в плохо дренированных почвах.

Токсичность для животных

Биологический механизм

Токсичность мышьяка обусловлена ​​сродством оксидов мышьяка (III) к тиолы. Тиолы в форме цистеин остатки и кофакторы Такие как липоевая кислота и кофермент А, расположены на активных сайтах многих важных ферменты.^[8]

Мышьяк разрушает АТФ производство через несколько механизмов. На уровне цикл лимонной кислоты, мышьяк подавляет липоевая кислота, который является кофактором для пируватдегидрогеназа. Арсенат, конкурируя с фосфатом, разъединяет окислительного фосфорилирования, тем самым подавляя связанное с энергией сокращение НАД +, митохондриальное дыхание и синтез АТФ. Также увеличивается производство перекиси водорода, которая, как предполагается, может образовывать активные формы кислорода и окислительный стресс. Эти метаболические помехи приводят к смерти от мультисистемной органная недостаточность. Предполагается, что органная недостаточность связана с некротический смерть клетки, а не апоптоз, так как запасы энергии были слишком истощены для возникновения апоптоза.^[186]

Риски воздействия и устранение

Профессиональное облучение и отравление мышьяком может возникнуть у людей, работающих в отраслях, связанных с использованием неорганического мышьяка и его соединений, таких как консервирование древесины, производство стекла, сплавов цветных металлов и производство электронных полупроводников. Неорганический мышьяк также содержится в выбросах коксовых печей, связанных с металлургической промышленностью.^[187]

Преобразование между As (III) и As (V) является важным фактором загрязнения окружающей среды мышьяком. Согласно Кроалу, Гралнику, Маласарну и Ньюману, «[] понимание [] того, что стимулирует окисление As (III) и / или ограничивает восстановление As (V), имеет отношение к биоремедиация загрязненных участков (Croal). Изучение хемолитоавтотрофных окислителей As (III) и гетеротрофных восстановителей As (V) может помочь понять процессы окисления и / или восстановления мышьяка.^[188]

Уход

Возможно лечение хронического отравления мышьяком. Британский антилюизит (димеркапрол ) назначают в дозах от 5 мг / кг до 300 мг каждые 4 часа в первый день, затем каждые 6 часов во второй день и, наконец, каждые 8 ​​часов в течение 8 дополнительных дней.^[189] Однако США Агентство регистрации токсичных веществ и заболеваний (ATSDR) заявляет, что долгосрочные последствия воздействия мышьяка невозможно предсказать.^[110] Кровь, моча, волосы и ногти могут быть проверены на мышьяк; однако эти тесты не могут предсказать возможные последствия для здоровья от воздействия.^[110] Длительное воздействие и последующее выделение с мочой связывают с раком мочевого пузыря и почек, а также с раком печени, простаты, кожи, легких и полости носа.^[190]

Смотрите также

Рекомендации

Библиография

• Эмсли, Джон (2011). «Мышьяк». Строительные блоки природы: руководство по элементам от А до Я. Оксфорд, Англия, Великобритания: Издательство Оксфордского университета. С. 47–55. ISBN  978-0-19-960563-7.
• Гринвуд, Норман Н.; Эрншоу, Алан (1997). Химия элементов (2-е изд.). Баттерворт-Хайнеманн. ISBN  978-0-08-037941-8.
• Ривертс, Джон (2015). Элементы загрязнения окружающей среды. Абингдон и Нью-Йорк, Рутледж. ISBN  978-0-41-585920-2.

дальнейшее чтение

• Джеймс Дж. Уортон (2011). Мышьяк век. Издательство Оксфордского университета. ISBN  978-0-19-960599-6.

внешняя ссылка

• Страница CTD по мышьяку и Страница CTD по мышьякам от База данных сравнительной токсикогеномики
• Отравление мышьяком: общие аспекты и хелатирующие агенты, к Гейр Бьёрклунд, Массимилиано Пеана и другие. Архивы токсикологии (2020) 94: 1879–1897.
• Небольшая доза токсикологии
• Мышьяк в грунтовых водах Книга о мышьяке в подземных водах IAH Нидерландское отделение и Нидерландское гидрологическое общество
• Фокус загрязнения: мышьяк посредством EPA.
• Критерии гигиены окружающей среды для мышьяка и соединений мышьяка, 2001 г. посредством ВОЗ.
• Капай, Саймон; Петерсон, Ганс; Либер, Карстен; Бхаттачарья, Просун (2006). «Влияние хронического отравления мышьяком на здоровье человека - обзор». Журнал экологической науки и здоровья, часть A. 41 (10): 2399–2428. Дои:10.1080/10934520600873571. PMID  17018421. S2CID  4659770.
• Национальный институт охраны труда и здоровья - страница Arsenic
• Мышьяк в Периодическая таблица видео (Ноттингемский университет)