Методы определения содержания тяжелых металлов в различных пищевых продуктах

МИНОБРНАУКИ РОССИИ

Федеральное государственное  бюджетное образовательное учреждение

высшего профессионального  образования

«Тверской государственный  технический университет»

(ТвГТУ)

Кафедра Биотехнологии и  химии

 

Курсовая работа

по теме: «Методы определения содержания тяжелых металлов в различных пищевых продуктах»

 

 

Выполнил: студент 3курса 

дневного отделения 

факультета ХТФ

группы СМ – 1101

Баурина А.А.

Принял: доцент

кафедры БТ и  Х

Ожимкова Е. В.

Тверь 2013

СОДЕРЖАНИЕ

ОПРЕДЕЛЕНИЯ           4

ОБОЗНАЧЕНИЯ И СОКРАЩЕНИЯ       6

ВВЕДЕНИЕ           7

1. Теоретические аспекты загрязнения пищевых продуктов   9
1. Источники загрязнения пищевых продуктов тяжёлыми металлами 9
2. Загрязнение химическими элементами продовольственного сырья    13

1.2.1 Ртуть                  14

1.2.2 Свинец                  15

1.2.3 Кадмий                  17

1.2.4 Алюминий                 18

1.2.5 Мышьяк                  19

1.2.6 Медь                  20

1.2.7 Цинк                  21

1.2.8 Олово                  22

1.2.9 Железо                  24

2. Классификация и методы определения тяжелых металлов в пищевых              продуктах                  26
1. Понятие и методы качественного и количественного анализа         26
2. Качественный анализ                26
3. Количественный анализ               29
3. Классификация и характеристика методов исследования пищевых  продуктов                  33
1. Физические и физико-химические методы            33
2. Химические и биохимические методы             37
3. Микробиологические методы              38
4. Физиологические методы               38
5. Технологические методы               39
4. Методы определения тяжёлых металлов в пищевых продуктах         40

4.1 Методы определения мышьяка              40

4.2 Методы определения кадмия              41

4.3 Методы определения свинца               45

4.4 Методы определения ртути               45

4.5 Методы определения цинка               48

4.6 Методы определения железа               49

ЗАКЛЮЧЕНИЕ                 52

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ                54

 

 

ОПРЕДЕЛЕНИЯ

В данной курсовой работе применяются  следующие термины с соответствующими определениями:

Антагония – это противостояние, непримиримое отвержение.

Возгон – это оксиды легко возгоняемых металлов, образующиеся при высоких температурах в некоторых металлургических процессах. 

Гальванизация – это метод покрытия одного металла каким-либо другим путем электролиза.

Гипотония – это пониженный тонус сосудов или мышц.

Инактивация – это частичная или полная потеря биологически активным веществом или агентом своей активности.

Инсектициды – это химические препараты для уничтожения вредных насекомых.

Интоксикация – это отравление организма образовавшимися в нём самом или поступившими извне токсическими веществами.

Кофактор – это  вещества, необходимые для каталитического действия того или иного фермента.

Озоление – это химическая операция, состоящая в разрушении органического субстрата (обычно посредством сжигания).

Пестициды – это химические средства, используемые для борьбы с вредителями и болезнями растений, сорняками, вредителями зерна и зернопродуктов, древесины, изделий из хлопка, шерсти, кожи, с эктопаразитами домашних животных, а также с переносчиками опасных заболеваний человека и животных.

Сидеоз – это заболевание человека, вызываемое осаждением в лёгких пыли, содержащей железо.

Тяжелые металлы – это группа химических элементов со свойствами металлов(в том числе и полуметаллы) и значительным атомным весом либо плотностью.

Фунгициды – это химические вещества для борьбы с грибковыми болезнями растений, а так же для протравливания семян с целью освобождения их от спор паразитных грибов.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ОБОЗНАЧЕНИЯ И СОКРАЩЕНИЯ

 

В данной курсовой работе применяются  следующие обозначения и сокращения:

АПДК – ООО ПКФ "Агропромдоркомплект-Урал"

ВОЗ – всемирная организация здравоохранения

МИБК – метил изобутил кетон

ДСД – допустимая суточная доза

ПДК – предельно-допустимые концентрации

ТЭЦ – тепловая электростанция

ФАО – продовольственная и сельскохозяйственная организация

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ВВЕДЕНИЕ

 

За последнее время  большое значение приобрела проблема, связанная с загрязнением пищевых  продуктов тяжёлыми металлами и  другими химическими веществами. В атмосферу идет огромный выброс токсичных веществ со всевозможных производств: фабрик, заводов и т.д. Попадая в атмосферу и воду, тем самым они загрязняют и  почву, а с ней и растения. Растения, в свою очередь, это основа всех пищевых  продуктов.

Тяжелые металлы также  попадают в мясо, молоко, так как  животные, употребляя растения, употребляют  тем самым и токсичные элементы, то есть тяжелые металлы, которые  накапливаются в растениях. Завершающим  звеном в этой цепочке, является человек, который потребляет большое разнообразие пищевых продуктов.

Тяжелые металлы способны накапливаться и трудно выводиться из организма. Они пагубно влияют на организм человека и здоровья в  целом.

Поэтому важной задачей является разработка методов определения  токсичных веществ в пищевых  продуктах.

При этом весьма важным вопросом является также определение среднего и предельно допустимого содержания концентраций металлов в пищевых  продуктах.

Целью курсовой работы является:

• рассмотрение методов определения содержания тяжёлых металлов в различных пищевых продуктах
• отрицательное влияние тяжелых металлов на организм человека и животных
• отрицательное влияние тяжелых металлов на окружающие среду и растения
• болезни, возникающие от переизбытка тяжелых металлов в организме человека
• поведение тяжелых металлов в воздухе, в воде, в почве

 

 

1. Теоретические аспекты загрязнения пищевых продуктов

1.1 Источники загрязнения пищевых продуктов тяжёлыми металлами

 

Термин "тяжелые металлы" связан с высокой относительной  атомной массой. Эта характеристика обычно сравниваются с представлением о высокой токсичности. Одним из признаков, которые позволяют относить металлы к тяжелым, является их плотность.

Согласно сведениям, представленным в "Справочнике по элементарной химии" под ред. А.Т.Пилипенко (1977), к тяжелым  металлам относятся элементы, плотность  которых более 5 г/см3. Таким образом, к тяжелым металлам относят более 40 химических элементов с относительной  плотностью более 6. Число же опасных  загрязнителей, если учитывать токсичность, стойкость и способность накапливаться  во внешней среде, а также масштабы распространения указанных металлов, значительно меньше.

Прежде всего, представляют интерес те металлы, которые наиболее широко и в значительных объемах  используются в производственной деятельности и в результате накопления во внешней  среде представляют серьезную опасность  с точки зрения их биологической  активности и токсических свойств. К ним относят: свинец, ртуть, кадмий, цинк, висмут, кобальт, никель, медь, олово, сурьму, ванадий, марганец, хром, молибден и мышьяк.

В атмосферном воздухе  тяжелые металлы присутствуют в  форме органических и неорганических соединений в виде пыли и аэрозолей, а также в газообразной элементной форме (ртуть). При этом аэрозоли свинца, кадмия, меди и цинка состоят преимущественно  их субмикронных частиц диаметром 0,5–1 мкм, а аэрозоли никеля и кобальта – из крупнодисперсных частиц (более 1 мкм), которые образуются в основном при сжигании дизельного топлива. В водных средах металлы присутствуют в трех формах: взвешенные частицы, коллоидные частицы и растворенные соединения. Последние представлены свободными ионами и растворимыми комплексными соединениями с органическими (гуминовые и фульвокислоты) и неорганическими (галогениды, сульфаты, фосфаты, карбонаты) лигандами. Большое влияние на содержание этих элементов в воде оказывает гидролиз, во многом определяющий форму нахождения элемента в водных средах. Значительная часть тяжелых металлов переносится поверхностными водами во взвешенном состоянии.

В почвах тяжелые металлы  содержатся в водорастворимой, ионообменной и непрочно адсорбированной формах. Водорастворимые формы, как правило, представлены хлоридами, нитратами, сульфатами и органическим комплексными соединениями. Кроме того, ионы тяжелых металлов могут быть связаны с минералами как часть кристаллической решетки.

В таблице 1 приведены биогеохимические свойства тяжёлых металлов.

Таблица 1. Биогеохимические свойства тяжёлых металлов

Свойство	Сd	Co	Cu	Hg	Ni	Pb	Zn
Биохимическая активность	В	В	В	В	В	В	В
Токсичность	В	У	У	В	У	В	У
Канцерогенность	–	В	–	–	В	–	–
Обогащение аэрозолей	В	Н	В	В	Н	В	В
Минеральная форма распространения	В	В	Н	В	Н	В	Н
Органическая форма распространения	В	В	В	В	В	В	В
Подвижность	В	Н	У	В	Н	В	У
Тенденция к биоконцентрированию	В	В	У	В	В	В	У
Эффективность накопления	В	У	В	В	У	В	В
Комплексообразующая способность	У	Н	В	У	Н	Н	В
Склонность к гидролизу	У	Н	В	У	У	У	В
Растворимость соединений	В	Н	В	В	Н	В	В
Время жизни	В	В	В	Н	В	Н	В

 

где В – высокая, У – умеренная, Н – низкая.

Добыча и переработка  не являются самым мощным источником загрязнения среды металлами. Валовые  выбросы от этих предприятий значительно  меньше выбросов от предприятий теплоэнергетики. Не металлургическое производство, а  именно процесс сжигания угля является главным источником поступления  в биосферу многих металлов. В угле и нефти присутствуют все металлы. Значительно больше, чем в почве, токсичных химических элементов, включая  тяжелые металлы, в золе электростанций, промышленных и бытовых топок. Выбросы  в атмосферу при сжигании топлива  имеют особое значение. Например, количество ртути, кадмия, кобальта, мышьяка в  них в 3–8 раз превышает количество добываемых металлов. Известны данные о том, что только один котлоагрегат современной ТЭЦ, работающий на угле, за год выбрасывает в атмосферу в среднем 1–1,5 т паров ртути. Тяжелые металлы содержатся и в минеральных удобрениях [1, c. 56–58].

Наряду со сжиганием минерального топлива важнейшим путем техногенного рассеяния металлов является их выброс в атмосферу при высокотемпературных  технологических процессах (металлургия, обжиг цементного сырья и др.), а также транспортировка, обогащение и сортировка руды.

Техногенное поступление  тяжелых металлов в окружающую среду  происходит в виде газов и аэрозолей (возгона металлов и пылевидных частиц) и в составе сточных вод. Металлы  сравнительно быстро накапливаются  в почве и крайне медленно из нее выводятся: период полураспада цинка – до 500 лет, кадмия – до 1100 лет, меди – до 1500 лет, свинца – до нескольких тысяч лет.

Существенный источник загрязнения  почвы металлами – применение удобрений из шламов, полученных из промышленных и канализационных очистных сооружений.

В выбросах металлургических производств тяжелые металлы  находятся, в основном, в нерастворимой форме. По мере удаления от источника загрязнения наиболее крупные частицы оседают, доля растворимых соединений металлов увеличивается, и устанавливаются соотношения между растворимой и нерастворимыми формами. Аэрозольные загрязнения, поступающие в атмосферу, удаляются из нее путем естественных процессов самоочищения. Важную роль при этом играют атмосферные осадки. В итоге выбросы промышленных предприятий в атмосферу, сбросы сточных вод создают предпосылки для поступления тяжелых металлов в почву, подземные воды и открытые водоемы, в растения, донные отложения и животных.

Максимальной способностью концентрировать тяжелые металлы  обладают донные отложения, планктон, бентос и рыбы.

 

1.2 Загрязнение химическими элементами продовольственного сырья