Токсичный тяжелый металл - Toxic heavy metal

«Отравление тяжелыми металлами» перенаправляется сюда. Для песни Стикса 1983 года см. Отравление тяжелым металлом.
ВодородГелий
ЛитийБериллийБорУглеродАзотКислородФторНеон
НатрийМагнийАлюминийКремнийФосфорСераХлорАргон
КалийКальцийСкандийТитанаВанадийХромМарганецУтюгКобальтНикельМедьЦинкГаллийГерманийМышьякСеленБромКриптон
РубидийСтронцийИттрийЦирконийНиобийМолибденТехнецийРутенийРодийПалладийСереброКадмийИндийБанкаСурьмаТеллурЙодКсенон
ЦезийБарийЛантанЦерийПразеодимНеодимПрометийСамарийЕвропийГадолинийТербийДиспрозийГольмийЭрбийТулийИттербийЛютецийГафнийТанталВольфрамРенийОсмийИридийПлатинаЗолотоМеркурий (элемент)ТаллийВестиВисмутПолонийАстатинРадон
ФранцийРадийАктинийТорийПротактинийУранНептунийПлутонийАмерицийКюрийБерклиумКалифорнийЭйнштейнийФермийМенделевийНобелийЛоуренсийРезерфордийДубнийСиборгийБориумКалийМейтнерийДармштадтиумРентгенийКопернициумNihoniumФлеровийМосковиумЛиверморийTennessineОганессон
Примеры токсичных тяжелых металлов
25-футовая (7,6 м) стена из угля летучая зола загрязнены токсичными тяжелыми металлами в результате выброс 5,4 млн кубометров угольной золы уноса суспензия в Река Эмори, Теннесси, а также близлежащие объекты суши и воды в декабре 2008 г.[1] Тестирование показало значительно повышенный уровень мышьяка, меди, барий, кадмий, хром, свинец, ртуть, никель и таллий в пробах шлама и речной воды.[2] Затраты на очистку могут превысить 1,2 миллиарда долларов.[3]

А токсичный тяжелый металл какая-то относительно плотная металл или же металлоид который известен своей потенциальной токсичностью,[4] особенно в экологическом контексте.[5][6] Термин имеет особое применение к кадмий, Меркурий и вести,[7] все они появляются в Всемирная организация здоровья Список 10 химических веществ, вызывающих наибольший интерес у общественности. Другие примеры включают марганец, хром, кобальт, никель, медь, цинк, серебро, сурьма и таллий.[нужна цитата ]

Тяжелые металлы естественным образом встречаются в земле. Они становятся концентрированными в результате деятельности человека и могут попадать в ткани растений, животных и человека при вдыхании, диете и ручном обращении. Затем они могут связываться с жизненно важными клеточными компонентами и вмешиваться в их работу. Токсическое действие мышьяка, ртути и свинца было известно древним, но методические исследования токсичности некоторых тяжелых металлов, по-видимому, датируются лишь 1868 годом. У людей отравление тяжелыми металлами обычно лечится введением хелатирующие агенты. Некоторые элементы, которые иначе считаются токсичными тяжелыми металлами, в небольших количествах необходимы для здоровья человека.[8]

Источники загрязнения

Тетраэтилсвинец является одним из наиболее значительных загрязнителей тяжелых металлов в последнее время.[9]

Тяжелые металлы естественным образом содержатся в земле и концентрируются в результате деятельности человека или, в некоторых случаях, геохимических процессов, таких как накопление в торфяных почвах, которые затем высвобождаются при осушении для сельскохозяйственных нужд.[10] Общие источники - горнодобывающие и промышленные отходы; выбросы транспортных средств; свинцово-кислотные батареи; удобрения; краски; обработанная древесина; старение инфраструктуры водоснабжения;[11] и микропластик плавающие в Мировом океане.[12] Мышьяк, кадмий и свинец могут присутствовать в детских игрушках в количествах, превышающих нормативные стандарты. Свинец можно использовать в игрушках как стабилизатор, усилитель цвета или антикоррозийный агент. Кадмий иногда используют в качестве стабилизатора или для увеличения массы и блеска игрушечных украшений. Считается, что мышьяк используется вместе с красящими красителями.[13] Регулярное употребление нелегально дистиллированный алкоголь может подвергнуться отравлению мышьяком или свинцом, источником которого является загрязненный мышьяком свинец, используемый для припаять перегонный аппарат. Крысиный яд используется в зерне и пюре магазины могут быть еще одним источником мышьяка.[14]

Свинец является наиболее распространенным загрязнителем тяжелых металлов.[15] В составе тетраэтилсвинец, (CH
3CH
2)
4Pb, он широко использовался в бензин в течение 1930–1970-х гг.[16] Уровни свинца в водной среде индустриальных обществ, по оценкам, в два-три раза выше, чем доиндустриальные уровни.[17] Хотя к 1996 году использование этилированного бензина в Северной Америке было в значительной степени прекращено, в почвах рядом с дорогами, построенными до этого времени, сохраняется высокая концентрация свинца. Свинец (от азид свинца (II) или же стифнат свинца используется в огнестрельном оружии) постепенно накапливается на полигонах огнестрельного оружия, загрязняя окружающую среду и подвергая сотрудников стрельбища риску отравление свинцом.[18]

Въездные маршруты

Тяжелые металлы попадают в ткани растений, животных и человека при вдыхании воздуха, диете и при ручном обращении. Выбросы автотранспортных средств являются основным источником переносимых по воздуху загрязнителей, включая мышьяк, кадмий, кобальт, никель, свинец, сурьму, ванадий, цинк, платину, палладий и родий.[19] Источники воды (подземные воды, озера, ручьи и реки) могут быть загрязнены выщелачиванием тяжелых металлов из промышленных и бытовых отходов; кислотный дождь может усугубить этот процесс, высвобождая тяжелые металлы, попавшие в почву.[20] Транспортировке через почву может способствовать наличие предпочтительных путей потока (макропор) и растворенных органических соединений.[21] Растения подвергаются воздействию тяжелых металлов из-за поглощения воды; животные едят эти растения; употребление растительной и животной пищи является крупнейшим источником тяжелых металлов в организме человека.[22] Поглощение при контакте с кожей, например, при контакте с почвой или металлическими игрушками и украшениями,[23] - еще один потенциальный источник загрязнения тяжелыми металлами.[24] Токсичные тяжелые металлы могут биоаккумулировать в организмах, так как их трудно метаболизировать.[25]

Вредные эффекты

Тяжелые металлы »могут связываться с жизненно важными клеточными компонентами, такими как структурные белки, ферменты, и нуклеиновые кислоты, и мешают их функционированию ".[26] Симптомы и эффекты могут варьироваться в зависимости от металла или соединения металла и применяемой дозы. В целом, длительное воздействие токсичных тяжелых металлов может иметь канцерогенное воздействие на центральную и периферическую нервную систему, а также на кровообращение. Для людей типичные презентации связаны с воздействием любого из «классических»[27] токсичные тяжелые металлы или хром (другой токсичный тяжелый металл) или мышьяк (металлоид) показаны в таблице.[28]

ЭлементОстрое воздействие
обычно день или меньше		Хроническое воздействие
часто месяцы или годы
КадмийПневмонит (воспаление легких)Рак легких
Остеомаляция (размягчение костей)
Протеинурия (избыток белка в моче; возможно поражение почек)
МеркурийДиарея
Высокая температура
Рвота		Стоматит (воспаление десен и рта)
Тошнота
Нефротический синдром (неспецифическое заболевание почек)
Неврастения (невротическое расстройство)
Parageusia (металлический привкус)
Розовая болезнь (боль и розовое изменение цвета рук и ног)
Тремор
ВестиЭнцефалопатия (дисфункция мозга)
Тошнота
Рвота		Анемия
Энцефалопатия
Падение стопы /падение запястья (паралич)
Нефропатия (заболевание почек)
ХромЖелудочно-кишечное кровотечение (кровотечение)
Гемолиз (разрушение красных кровяных телец)
Острая почечная недостаточность		Легочный фиброз (рубцевание легких)
Рак легких
МышьякТошнота
Рвота
Диарея
Энцефалопатия
Многоорганные эффекты
Аритмия
Болезненный невропатия		Сахарный диабет
Гипопигментация /Гиперкератоз
Рак

История

Токсическое действие мышьяка, ртути и свинца было известно древним, но методические исследования общей токсичности тяжелых металлов, по-видимому, датируются лишь 1868 годом. В том году Ванклин и Чепмен размышляли о неблагоприятном воздействии тяжелых металлов - мышьяка, свинец, медь, цинк, утюг и марганец " в питьевая вода. Они отметили «отсутствие расследования» и были сведены к «необходимости просить о сборе данных».[29] В 1884 году Блейк описал очевидную связь между токсичностью и атомным весом элемента.[30] В следующих разделах представлены исторические эскизы «классических» токсичных тяжелых металлов (мышьяк, ртуть и свинец) и некоторые более свежие примеры (хром и кадмий).

Арипимент, токсичный минерал мышьяка, используемый в дубильной промышленности для удаления волос с кожи.

Мышьяк

Мышьяк, в качестве Realgar (В качестве
4S
4) и орпимент (В качестве
2S
3), был известен еще в древности. Страбон (64–50 гг. До н.э. - около 24 г. н.э.?), Греческий географ и историк,[31] писали, что только рабы использовались в реальных шахтах и ​​рудниках, поскольку они неизбежно умирали от токсического воздействия паров, выделяемых из руд. Пиво, загрязненное мышьяком, отравило более 6000 человек в районе Манчестера в Англии в 1900 году и, как считается, убило по меньшей мере 70 человек.[32] Клэр Люс, Посол США в Италии с 1953 по 1956 год, страдал от отравление мышьяком. Его источник был связан с отслаиванием краски с содержанием мышьяка на потолке ее спальни. Она также могла есть пищу, загрязненную мышьяком в отслаивающейся краске потолка в столовой посольства.[33] Подземные воды загрязнены мышьяком, по данным на 2014 год, «все еще отравляет миллионы людей в Азии».[34]

Меркурий

Исаакиевский собор, в Санкт-Петербург, Россия. В золото -Меркурий амальгама привыкший позолота его купол вызвал многочисленные жертвы среди рабочих.
Смотрите также: Ртуть в рыбе

Первый император объединенного Китая, Цинь Ши Хуан, как сообщается, умер от проглатывания Меркурий таблетки, которые должны были дать ему вечную жизнь.[35] Фраза «сумасшедший как шляпник», вероятно, относится к отравление ртутью среди модистки (так называемый "болезнь безумного шляпника "), поскольку соединения на основе ртути когда-то использовались при производстве фетровых шляп в 18-19 веках.[36] Исторически сложилось так, что золотая амальгама (сплав с ртутью) широко использовалась в позолота, что привело к многочисленным жертвам среди рабочих. Подсчитано, что при строительстве Исаакиевский собор Только от золочения главного купола погибло 60 рабочих.[37] Вспышки метилртуть отравление произошло в нескольких местах Японии в 1950-х годах из-за промышленных сбросов ртути в реки и прибрежные воды. Самые известные случаи были в Минамата и Ниигата. Только в Минамате более 600 человек погибли из-за того, что стало известно как Болезнь Минамата. Более 21000 человек подали иски в правительство Японии, из которых почти 3000 были признаны больными. В 22 задокументированных случаях беременные женщины, употреблявшие зараженную рыбу, не имели легких симптомов или не имели никаких симптомов, но родили детей с серьезными нарушениями развития.[38] Поскольку Индустриальная революция, уровни ртути утроились во многих приповерхностных морская вода, особенно вокруг Исландия и Антарктида.[39]

Голландский мальчик белый свинец краска реклама, 1912 год.

Вести

Побочные эффекты вести были известны древним. Во II веке до нашей эры греческий ботаник Никандер описал колики и паралич наблюдается у людей, отравленных свинцом.[40] Диоскорид, грек врач который, как считается, жил в I веке нашей эры,[41] писал, что свинец «заставляет ум уступить дорогу». Свинец широко использовался в Римские акведуки примерно с 500 г. до н.э. до 300 г. н.э.[42] Юлий Цезарь инженер, Витрувий писал: «Вода из глиняных труб гораздо полезнее, чем из свинцовых. Похоже, что свинец делает ее вредной, потому что белый свинец вырабатывается им, и считается, что это вредно для человеческого организма ».[43] Вовремя Монгол период в Китае (1271−1368 гг. н.э.), загрязнение свинцом из-за выплавки серебра в Юньнань регион превысил уровни загрязнения от современной горнодобывающей деятельности почти в четыре раза.[44][n 1] В 17-18 веках люди в Девон страдали от состояния, называемого Девонская колика; было обнаружено, что это связано с поглощением свинцовый сидр. В 2013 г. Всемирная организация здоровья По оценкам, отравление свинцом привело к 143 000 смертей и «способствует [d] 600 000 новым случаям детей с умственными недостатками» каждый год.[46] В городе США Флинт, Мичиган, загрязнение свинцом питьевой воды выпуск с 2014 года. Источником загрязнения считается «коррозия свинца и железа. трубы, которые распределяют воду жителям города ».[47] В 2015 г. концентрация свинца в питьевой воде на северо-востоке Тасмания В Австралии, достигла уровня, более чем в 50 раз превышающего предписанные национальные нормы питьевой воды. Источником загрязнения является «сочетание ветхой инфраструктуры питьевой воды, включая соединенные свинцом трубопроводы, отслужившие свой срок поливинилхлоридные трубы и бытовую водопроводную систему».[48]

Хром

Хромат калия, а канцероген, используется при крашении тканей, а также как дубильный агент производить натуральная кожа.

Хром (III) соединения и хром металл не считается опасным для здоровья, в то время как токсичность и канцерогенные свойства хром (VI) были известны как минимум с конца 19 века.[49] В 1890 году Ньюман описал повышенный риск рака у рабочих в хромат красильная компания.[50] Хромат-индуцированный дерматит был зарегистрирован у рабочих самолетов во время Вторая Мировая Война.[51] В 1963 году вспышка дерматита, начиная с эритема к экссудативному экзема, произошедшее среди 60 рабочих автомобильного завода в Англии. Рабочие шлифовали грунтовочную краску на хроматной основе, которая была нанесена на кузова автомобилей.[52] В Австралии хром был выделен из Ньюкасл Орика завод взрывчатых веществ 8 августа 2011 года. До 20 рабочих на заводе подверглись воздействию, а также 70 близлежащих домов в Stockton. Город был уведомлен только через три дня после выпуска, и авария вызвала серьезную общественную полемику: Orica раскритиковали за преуменьшение масштабов и возможных рисков утечки, а правительство штата выступило с критикой за их медленную реакцию на инцидент.[53]

Кадмиевый стержень чистотой 99,999% и 1 см3 куб.

Кадмий

Кадмий экспозиция - это явление начала 20 века и позже. В Японии в 1910 г. Мицуи Горно-Металлургическая Компания начал сбрасывать кадмий в реку Дзиндзугава в качестве побочного продукта горных работ. Жители окрестностей впоследствии употребляли рис, выращенный в ирригационной воде, загрязненной кадмием. Они испытали размягчение костей и почечную недостаточность. Происхождение этих симптомов не было ясным; Возможности, возникшие в то время, включали «региональное или бактериальное заболевание или отравление свинцом».[54] В 1955 году кадмий был определен как вероятная причина, а в 1961 году его источник был напрямую связан с добычей полезных ископаемых в этом районе.[55] В феврале 2010 г. кадмий был обнаружен в Walmart эксклюзивный Майли Сайрус ювелирные украшения. Wal-Mart продолжал продавать украшения до мая, когда тайные испытания, организованные Ассошиэйтед Пресс подтвердили первоначальные результаты.[56] В июне 2010 года кадмий был обнаружен в краске для рекламных стаканов к фильму. Шрек навсегда, продан Рестораны Макдональдс, вызвав отзыв 12 миллионов очков.[57]

Исправление

Металлический анион ЭДТА. Pb вытесняет Ca в Na
2[CaEDTA] давать Na
2[PbEDTA], который выходит из тела в моча.[58]

У людей отравление тяжелыми металлами обычно лечится введением хелатирующие агенты.[59]Это химические соединения, такие как CaNa2 EDTA (этилендиаминтетраацетат динатрия кальция), которые преобразуют тяжелые металлы в химически инертные формы, которые могут выводиться без дальнейшего взаимодействия с организмом. Хелаты не лишены побочных эффектов, а также могут выводить из организма полезные металлы. По этой причине иногда одновременно назначают витаминные и минеральные добавки.[60]

Почвы, загрязненные тяжелыми металлами, можно очистить с помощью одной или нескольких из следующих технологий: изоляция; иммобилизация; снижение токсичности; физическое разделение; или извлечение. Изоляция включает использование крышек, мембран или подземных заграждений в попытке изолировать зараженную почву. Иммобилизация направлен на изменение свойств почвы таким образом, чтобы препятствовать подвижности тяжелых загрязнителей. Снижение токсичности пытается окислить или уменьшить токсичные ионы тяжелых металлов с помощью химических или биологические средства в менее токсичные или мобильные формы. Физическое разделение включает удаление загрязненной почвы и отделение металлических примесей механическими средствами. Добыча это процесс на месте или за его пределами, в котором используются химические вещества, высокотемпературное испарение или электролиз для извлечения загрязняющих веществ из почвы. Используемый процесс или процессы будут различаться в зависимости от загрязнителя и характеристик участка.[61]

Преимущества

Некоторые элементы, которые иначе считаются токсичными тяжелыми металлами, являются существенный в небольших количествах для здоровья человека. Эти элементы включают ванадий, марганец, железо, кобальт, медь, цинк, селен, стронций и молибден.[62] Дефицит этих основных металлов может повысить восприимчивость к отравлению тяжелыми металлами.[63]

Смотрите также

Примечания

  1. ^ До одной шестой пахотных земель Китая может быть затронуто загрязнением тяжелыми металлами.[45]

Цитаты

  1. ^ Деван 2008
  2. ^ Деван 2009
  3. ^ Поувей 2001
  4. ^ Пурре, Оливье; Херстхаус, Эндрю (2019). «Пора заменить термин« тяжелые металлы »на« потенциально токсичные элементы »в отчете об экологических исследованиях». Int. J. Environ. Res. Здравоохранение. 16 (22): 4446. Дои:10.3390 / ijerph16224446. ЧВК  6887782. PMID  31766104.
  5. ^ Чжан, Хунлин; Уокер, Тони Р .; Дэвис, Эмили; Ма, Гофэн (сентябрь 2019 г.). «Оценка экологического риска металлов в отложениях в портах малых судов в Новой Шотландии, Канада». Бюллетень загрязнения морской среды. 146: 466–475. Дои:10.1016 / j.marpolbul.2019.06.068. PMID  31426182.
  6. ^ Шривастава и Гоял 2010, стр. 2
  7. ^ Brathwaite & Rabone 1985, стр. 363
  8. ^ Пурре, Оливье (август 2018 г.). «О необходимости запрета термина« тяжелый металл »в научной литературе». Устойчивость. 10 (8): 2879. Дои:10.3390 / su10082879.
  9. ^ Райт 2002, стр. 288
  10. ^ Куреши, Шабнам; Ричардс, Брайан К .; Макбрайд, Мюррей Б.; Бавай, Филипп; Стинхейс, Таммо С. (2003). «Влияние температуры и микробной активности на выщелачивание микроэлементов из металлических торфов». Журнал качества окружающей среды. 32 (6): 2067–75. Дои:10.2134 / jeq2003.2067. PMID  14674528.
  11. ^ Харви, Хэндли и Тейлор 2015
  12. ^ Howell et al. 2012 г.; Cole et al. 2011, с. 2589–2590.
  13. ^ Финч, Хиллер и Леопольд, 2015 г., стр. 849–850.
  14. ^ Аггравал 2014, стр. 680
  15. ^ Ди Майо 2001, стр. 527
  16. ^ Ловей 1998, стр. 15
  17. ^ Перри и Вандеркляйн 1996, стр. 336
  18. ^ Houlton 2014, стр. 50
  19. ^ Баласубраманян, Хе и Ван 2009, стр. 476
  20. ^ Worsztynowicz & Mill 1995, стр. 361
  21. ^ Camobreco, Vincent J .; Ричардс, Брайан К .; Steenhuis, Tammo S .; Певерли, Джон Х .; Макбрайд, Мюррей Б. (ноябрь 1996 г.). «Движение тяжелых металлов через ненарушенные и гомогенизированные колонны почвы». Почвоведение. 161 (11): 740–750. Bibcode:1996 ПочваS.161..740C. Дои:10.1097/00010694-199611000-00003.
  22. ^ Радоевич и Башкин 1999, стр. 406
  23. ^ Guney, Mert; Загури, Джеральд Дж. (4 января 2014 г.). «Биодоступность As, Cd, Cu, Ni, Pb и Sb в игрушках и недорогих ювелирных изделиях». Экологические науки и технологии. 48 (2): 1238–1246. Bibcode:2014EnST ... 48.1238G. Дои:10.1021 / es4036122. PMID  24345102.открытый доступ
  24. ^ Qu et al. 2014, стр. 144
  25. ^ Пецзаросса, Горини и Петрузелли 2011, стр. 94
  26. ^ Ланидс, Софилд и Ю, 2000, стр. 269
  27. ^ Нейлен и Марвин 2008, стр. 10
  28. ^ Афаль и Винер 2014
  29. ^ Ванклин и Чепмен 1868, стр. 73–8.; Кэмерон 1871, стр. 484
  30. ^ Блейк 1884
  31. ^ Dueck 2000, стр. 1–3, 46, 53
  32. ^ Красильщик 2009
  33. ^ Whorton 2011, стр. 356
  34. ^ Нотман 2014
  35. ^ Чжао, Чжу и Суй 2006
  36. ^ Уолдрон 1983
  37. ^ Эмсели 2011, стр. 326
  38. ^ Дэвидсон, Майерс и Вайс, 2004 г., стр. 1025
  39. ^ New Scientist, август 2014 г., стр. 4
  40. ^ Пирс 2007; Нидлман 2004
  41. ^ Роджерс 2000, стр. 41 год
  42. ^ Гилберт и Вайс 2006
  43. ^ Приореский 1998, с. 279
  44. ^ Hillman et al. 2015, стр. 3353–3354.
  45. ^ Hillman et al. 2015, стр. 3349
  46. ^ Всемирная организация здравоохранения, 2013 г.
  47. ^ Торрис 2016
  48. ^ Харви, Хэндли и Тейлор 2015
  49. ^ Barceloux & Barceloux 1999 г.
  50. ^ Ньюман 1890
  51. ^ Haines & Nieboer 1988, стр. 504
  52. ^ Национальный исследовательский совет 1974 г., стр. 68
  53. ^ Тови 2011; Джонс 2011; О'Брайен и Астон
  54. ^ Валлеро и Летчер 2013, стр. 240
  55. ^ Валлеро и Летчер, 2013, стр. 239–241.
  56. ^ Причард 2010
  57. ^ Малвихилл и Причард, 2010 г.
  58. ^ Cs uros 1997, стр. 124
  59. ^ Бланн и Ахмед 2014, стр. 465
  60. ^ Американское онкологическое общество, 2008 г.; Национальный столичный центр отравления 2010
  61. ^ Evanko & Dzombak 1997, стр. 1, 14–40.
  62. ^ Банфальви 2011, стр. 12
  63. ^ Чоудхури 1987

Рекомендации