Мышьяк
| Мышьяк | ||||
|---|---|---|---|---|
| → Германий | → Селен | ||||
| ||||
| Внешний вид простого вещества | ||||
 Элементарный мышьяк | ||||
| Свойства атомов | ||||
| Имя, символ, номер | Мышьяк/Arsenicum (АС), 33 | |||
| Группа, период, блок | 15 (лоп. 5), 4, элемент р | |||
| атомная масса (молярная масса) | 74,92160 (2) [1] аэм (г/моль) | |||
| Электронная конфигурация | [Ar] 3д 10 4с 2 4п 3 1с 2 2с 2 2п 6 3с 4с 2 3 3п 6 10 2 4п 3д | |||
| Радиус атома | 139 вечера | |||
| химические свойства | ||||
| Ковалентный радиус | 120 вечера | |||
| ионный радиус | +5 е: 46, -3 е: 222:00 | |||
| Электроотрицательность | 2,18 [2] (шкала Полинга) | |||
| Электродный потенциал | 0 | |||
| Стадии окисления | -3, +3, +5 | |||
| Энергия ионизации (первый электрон) | 946,2 (9,81) кДж/моль (эВ) | |||
| Термодинамические свойства простого вещества | ||||
| Плотность (в па) | 5,73 (серый мышьяк) грамма на кубический сантиметр. | |||
| Точка кипения | Трансцендентальный. 886 К | |||
| тройная точка | 1090 К (817 °С), 3700 кПа | |||
| Повторение теплота плавления | (серый) 24,44 кДж/моль | |||
| Повторение теплота испарения | 32,4 кДж/моль | |||
| Молярная теплоемкость | 25,05 [3] Дж/(К моль) | |||
| Молярный объем | 13,1 см/моль | |||
| Кристаллическая решетка простого вещества | ||||
| Сетчатая структура | треугольник | |||
| Параметры сети | а = 0,4123 нм, α = 54,17 градуса | |||
| Температура Дебая | 285 К | |||
| Другие характеристики | ||||
| теплопроводность | (300 К) 50,2 Вт/(м К) | |||
| Количество CAS | 7440-38-2 | |||
| 33 | Мышьяк |
Как 74,9216 | |
| 3д 10 4с 2 4п 3 | |
Мышьяк (химический символ — Ас, от лат. Arsenicum ) — химический элемент 15 группы (по старой классификации — основной подгруппы пятой группы, ВА), четвертого периода периодической системы Менделеева химических элементов ДИ с атомарным номер 33.
Простое вещество мышьяк представляет собой хрупкую металлическую полусталь зеленоватого цвета (в серой аллотропной модификации). Он токсичен и канцерогенен.
содержание
- 1 История
- 2 Этимология
- 3 Пребывание на природе
- 3.1 Депозиты
- 4 изотопа
- 5 химических свойств
- 6 уловов
- 7 приложений
- 8 биологическая роль и физиологическое действие
- 8.1 Токсичность
- 8.2 Токсикология
- 8,3 в традиционной медицине
- 8,4 по судебной медицине
- 8.5 Жизнь на основе мышьяка
- 9 Загрязнение мышьяком
- 10 См. также
- 11 нот
- 12 литература
- 13 ссылок
История
Мышьяк – один из древнейших элементов, используемых человечеством. Сульфиды мышьяка As 2 S 3 и As 4 S 4 , так называемый аурипигмент («мышьяк») и реальгар были знакомы римлянам и грекам. Эти вещества токсичны.
Мышьяк – один из элементов, встречающихся в природе в свободной форме. Его можно относительно легко отделить от соединений. Поэтому история не знает, кто первым получил элементарный мышьяк в свободном состоянии. Многие приписывают роль первооткрывателя алхимику Альберту Великому. В трудах Парацельса также описывается получение мышьяка в результате реакции мышьяка с яичной скорлупой. Многие историки науки полагают, что металлический мышьяк был получен гораздо раньше, но его считают разновидностью самородной ртути. Это можно объяснить тем, что сульфид мышьяка был очень похож на минерал ртути. Избавиться от него было так же легко, как избавиться от ртути. В Европе и Азии мышьяк известен как элемент еще со средних веков. Китайцы получали его из руды. В отличие от европейцев, они могли диагностировать смерть от отравления мышьяком. Но этот метод анализа не дошел до настоящего времени. Европейцы научились гораздо позже и впервые определять наступление смерти при отравлении мышьяком Джеймсом Маршем. Эта реакция используется до сих пор.
Мышьяк иногда встречается в оловянной руде. В средневековой китайской литературе люди, которые пили воду или вино из оловянных сосудов, описывались как умирающие из-за присутствия в них мышьяка. Сравнительно долгое время люди путали мышьяк и его оксид, принимая их за одно и то же вещество. Это недоразумение разрешили Георг Брандт и Антуан Лоран Лавуазье, которые доказали, что это разные вещества и что мышьяк является самостоятельным химическим элементом. Оксид мышьяка уже давно используется для уничтожения грызунов. Отсюда и происхождение русского названия элемента. Оно происходит от слов «крыса» и «яд». [ неуказанный источник 1817 дней ]
Морфонофонемика
Название мышьяк в русском языке происходит от слова «мышь», в связи с применением его соединений для уничтожения крыс и мышей [4]. Греческое название ἀρσενικόν происходит от персидского зарних (зарник) – «под желтым цветом». Народная этимология восходит к другим грекам. ἀρσενικός – мужской [5] .
Латинское название arsenicum является прямым заимствованием от греческого ἀρσενικόν . В 1789 г. А. Лавуазье включил мышьяк в список химических элементов под названием мышьяк [6].
Быть на природе
Мышьяк – редкий элемент. Содержание земной коры составляет 1,7⋅10-4% по массе. 0,003 мг/л в морской воде [7]. Этот элемент иногда встречается в природе в самородном виде, минерал в виде блестящих серых металлических чешуек или плотных масс мелких зерен.
Известно около 200 минералов, содержащих мышьяк. В небольших концентрациях он часто связан со свинцовыми, медными и серебряными рудами. Очень распространены два природных минерала мышьяка в виде сульфидов (бинарные соединения с серой AsS прозрачного оранжево-красного цвета): лимонно-желтый реальгар и цветной As 2 S 3 . Промышленно важный минерал для производства мышьяка — арсенопирит (мышьякпирит) FeAsS или FeS 2 FeAs 2 (46 % As), мышьяковистый пирит — лолингит (FeAs 2 ) (72,8 % As), скородит FeAsO 4 (27-36 %). . Как). Большая часть мышьяка случайно извлекается при переработке золота, содержащего мышьяк, свинцово-цинковый, медный колчедан и другие минералы.
депозиты
Основным промышленным минералом мышьяка является арсенопирит FeAsS. Крупные месторождения меди-мышьяка имеются в Грузии, Средней Азии и Казахстане, в США, Швеции, Норвегии и Японии, мышьяк-кобальта — в Канаде, мышьяк-олова — в Боливии и Англии. Кроме того, золото-мышьяковые месторождения известны в Соединённых Штатах Америки и Франции. Россия располагает многочисленными месторождениями мышьяка в Якутии, на Урале, в Сибири, Забайкалье и на Чукотке [8].
изотопы
Известно 33 изотопа и не менее 10 возбужденных состояний ядерных изомеров. Из этих изотопов только 75 изотопов As стабильны, и природный мышьяк состоит только из этого изотопа. Самый длинный радиоактивный изотоп 73 As имеет период полураспада 80,3 дня.
химические свойства
При сильном нагревании мышьяк горит и образует оксид мышьяка (III), мало растворимый в воде, но вступающий с ней в реакцию с образованием гидроксида мышьяка (III) или мышьяковой кислоты. Сильные окислители, такие как хлор, превращают элемент в мышьяковую кислоту, соли которой очень похожи на соответствующие фосфаты. При прокаливании этой кислоты получают оксид мышьяка (V). При восстановлении соединений мышьяка образуется газ арсин [9].
получать
Открытие способа получения металлического мышьяка (серого мышьяка) приписывают средневековому алхимику Альберту Великому, жившему в 13 веке. Однако гораздо раньше греческим и арабским алхимикам удалось получить свободный мышьяк путем нагревания «белого мышьяка» (триоксида мышьяка) с различными органическими веществами.
Существует множество способов получения мышьяка: сублимация природного мышьяка, термическое разложение мышьяковистого пирита, восстановление мышьяковистого ангидрида и др.
В настоящее время для получения металлического мышьяка арсенопирит часто нагревают в муфельных печах без доступа воздуха. При этом выделяется мышьяк, пары его конденсируются и превращаются в твердый мышьяк в железных трубах, идущих от печей, и в специальных керамических приемниках. Затем остаток нагревают в печах с доступом воздуха и затем окисляют мышьяк до As 2 O 3 . Металлический мышьяк получают в сравнительно небольших количествах и основную часть содержащих мышьяк руд перерабатывают в белый мышьяк, то есть в триоксид мышьяка — мышьяковый ангидрид As 2 O 3 .
Основным методом производства является обжиг сульфидной руды с последующим восстановлением оксида углем (углеродом) [10]:
- 2 АС 2 С 3 + 9 О 2 → ТК 6 С О 2 ↑ + 2 АС 2 О 3
- АС 2 О 3 + 3 С → Т о С 2 АС + 3 С О ↑
 | Этот раздел не заполнен. Это поможет вам исправить и завершить проект. |
Программа
Мышьяком применяют для легирования свинцовых сплавов, из которых делают пули, поскольку при отливке башенным способом капли мышьяково-свинцового сплава принимают идеально сферическую форму, а кроме того, приобретают прочность и твердость свинца. Значительное увеличение [ уточнение ].
Мышьяк высокой чистоты (99,9999%) используется для синтеза ряда полезных и важных полупроводниковых материалов — арсенидов (например, арсенида галлия) и других полупроводниковых материалов с кристаллической решеткой, например сплава цинка.
Соединения сульфида мышьяка — аурипигмент и реальгар — применяются в живописи как красители и в кожевенной промышленности как средства для удаления волос с кожи.
В технологиях пожаротушения Реальгар применяют для получения греческого огня или индийского (бенгальского) огня, который возникает, когда смесь Реальгара с серой и селитрой образует яркий белый ожог (при горении пламени).
Некоторые элементоорганические соединения мышьяка являются боевыми отравляющими веществами, например люизит.
В начале 20 века для лечения сифилиса использовались некоторые производные какодила, например, сальварсан, со временем эти препараты были вытеснены из медицинского применения для лечения сифилиса другими, менее токсичными и более эффективными препаратами. Не содержит мышьяк
. Некоторые соединения мышьяка используются в очень низких дозах в качестве препаратов для борьбы с анемией и рядом других заболеваний из-за их клинически значимого стимулирующего действия на ряд систем организма, в частности, на красный костный мозг и центральную нервную систему. появление аналогичных и более совершенных препаратов, растворимые соединения мышьяка стали использовать с середины-конца 80-х годов ХХ века .Они практически исчезли из медицинской практики. Среди минеральных соединений мышьяка мышьяковистый ангидрид может быть использован в медицине для приготовления таблеток и в стоматологии в виде пасты как некротическое средство. Этот препарат в просторечии назывался «мышьяком» и использовался в стоматологии при местном некрозе зубного нерва (см. Пульпит). В настоящее время (2015 г.) препараты мышьяка в стоматологии применяются редко из-за их токсичности. В настоящее время разработаны и применяются другие методы безболезненного некроза зубного нерва под местной анестезией.
Биологическая роль и физиологическое действие
 | Эту статью необходимо полностью переписать. На странице обсуждения могут быть пояснения. |
токсичность
токсикология
Мышьяк [11] и многие его соединения токсичны и канцерогенны. Канцерогены относятся к 1 группе неорганических соединений мышьяка по данным IARC, арсенобетаин и другие органические соединения, не метаболизирующиеся в организме человека, — к 3 группе. [12] Смертельная доза мышьяка для человека составляет 170-50 мг (1,4 мг/сут). кг массы тела) есть [ источник 1781 день не указан] При остром отравлении мышьяком наблюдаются рвота, боли в животе, диарея, угнетение центральной нервной системы. Сходство симптомов отравления мышьяком с симптомами холеры в течение длительного времени приводило к использованию соединений мышьяка (часто триоксида мышьяка, так называемого «белого мышьяка») в качестве смертоносного замаскированного яда. Во Франции порошок триоксида мышьяка получил общее название «порошок преемственности» (фр. poudre de преемственность) из-за своей высокой эффективности. Предполагается, что Наполеон был отравлен соединениями мышьяка на острове Святой Елены. В 1832 году появилась надежная качественная реакция на мышьяк — проба Марша, значительно повысившая эффективность диагностики отравлений.
Помощь и противоядие при отравлении мышьяком: употребление водных растворов тиосульфата натрия Na 2 S 2 O 3 , промывание желудка, употребление молока и сыра. Специфический антидот – унитиол. ПДК мышьяка в воздухе составляет 0,5 мг/м³.
Работайте с мышьяком в закрытых ящиках и в защитной одежде. Соединения мышьяка использовались в качестве отравляющих веществ во время Первой мировой войны из-за их высокой токсичности.
Искусственная среда В 2016 году широкую огласку получила катастрофа на юге Индии – из-за чрезмерного забора грунтовых вод мышьяк начал попадать в питьевую воду. Это вызвало токсическое и раковое поражение десятков тысяч людей.
Считалось, что длительное употребление небольших доз мышьяка делало организм невосприимчивым. Этот факт доказан как для людей, так и для животных. Известны случаи, когда регулярные потребители мышьяка сразу принимали дозу, во много раз превышающую смертельную, и оставались здоровыми. Эксперименты на животных показали оригинальность этой привычки. Было обнаружено, что животное, привыкшее к мышьяку, быстро умрет, если в кровь или подкожно ввести гораздо меньшую дозу. Однако такое «пристрастие» весьма ограничено, по отношению к т.н. «Острая токсичность», не защищает от новообразований. Однако в настоящее время исследуется эффект микродоз мышьяксодержащих препаратов в качестве противоракового средства.
Как органические, так и неорганические соединения мышьяка токсичны для живых организмов в высоких концентрациях. Однако в низких дозах некоторые соединения мышьяка усиливают обмен веществ, укрепляют кости, положительно влияют на кроветворную функцию и иммунную систему, повышают всасывание азота и фосфора из пищи. У растений наиболее существенным действием мышьяка является снижение обмена веществ, что вызывает снижение урожая, однако мышьяк также стимулирует азотфиксацию. [13] [14]
Указывалось, что для растущего организма человека и животных микродозы мышьяка способствуют росту костей в длину и толщину, а в ряде случаев рост костей наблюдался и под влиянием микродоз мышьяка в конце периода. рост. 15].
Считается жизненно важным. Некоторые авторы относят мышьяк к микроэлементам и к микроэлементам — эссенциальным микроэлементам в особенно малых концентрациях (таким как селен, ванадий, хром и никель). Необходимая суточная доза для человека составляет 10-15 мкг. [13]
В традиционной медицине
Используемый в западных странах мышьяк был известен главным образом как сильнодействующий яд, тогда как в традиционной китайской медицине он использовался для лечения сифилиса и псориаза в течение почти двух тысяч лет [источник неизвестен, 1957 дней ].
Мышьяк канцерогенен в малых дозах, его применение в качестве «кровоукрепляющего» препарата (так называемый «белый мышьяк», например, «мышьяковые голубые таблетки» и т. д.) продолжалось до середины 1950-х годов, и его доля к развитию онкологических заболеваний [ источник не указан 1284 дня ].
Соединение мышьяка сальварсан (также известное как препарат 606 и арсфенамин) исторически является первым эффективным, но относительно безвредным лекарством от сифилиса, разработанным химиком Паулем Эрлихом [16]. Сальварсан до сегодняшнего дня не использовался, и его заменили гораздо более эффективные и безопасные устройства.
В судебной медицине
Метод обнаружения мышьяка в организме человека, трупах и пищевых продуктах при подозрении на отравление был разработан в начале XIX века. Английский химик Джеймс Марш [17].
Жизнь, основанная на мышьяке
Известно, что экстремофильные бактерии выдерживают высокие концентрации арсената в окружающей среде. Было высказано предположение, что в случае штамма GFAJ-1 мышьяк заменяет фосфор в биохимических реакциях, в частности, он входит в состав ДНК [18] [19] [20], но эта гипотеза не подтвердилась [21].
Загрязнение мышьяком
На территории Российской Федерации, в городе Скопин Рязанской области, в результате многолетней работы местного металлургического завода СМК «Металлург» было захоронено около полутора тысяч тонн пылеотходов с повышенным содержанием мышьяка. . На месте захоронения компании. [22] Мышьяк является характерным сопутствующим элементом многих месторождений золота, что приводит к дополнительным экологическим проблемам в золотодобывающих странах, таких как Румыния [23] [24] .
Краткое описание мышьяка
Токсичность мышьяка — это глобальная проблема здравоохранения, от которой страдают миллионы людей. Загрязнение мышьяком происходит из естественных геологических источников, которые просачиваются в водоносные горизонты, загрязняют питьевую воду, а также могут возникать в результате горнодобывающей промышленности и других промышленных процессов. Мышьяк присутствует в качестве загрязнителя во многих традиционных лекарствах. В настоящее время триоксид мышьяка используется для лечения острого промиелоцитарного лейкоза. Абсорбция происходит преимущественно при приеме внутрь из тонкого кишечника, хотя минимальная абсорбция происходит при контакте с кожей и при вдыхании. Мышьяк проявляет свою токсичность, инактивируя 200 ферментов, особенно тех, которые участвуют в клеточных энергетических путях, а также в синтезе и восстановлении ДНК. Острое отравление мышьяком первоначально сопровождается тошнотой, рвотой, болями в животе и тяжелой диареей. Сообщалось о энцефалопатии и периферической нейропатии. Хроническая токсичность мышьяка приводит к мультисистемному заболеванию. Мышьяк является канцерогеном для человека, поражающим многие органы. Не существует научно обоснованной схемы лечения хронического отравления мышьяком, но антиоксиданты рекомендуются, хотя их польза не доказана. Внимание руководства сосредоточено на сокращении потребления мышьяка из питьевой воды, и все большее внимание уделяется использованию альтернативных источников воды.
Статистика с сайта Altmetric.com
Посмотреть более подробную информацию
Запрос на разрешения
Если вы хотите повторно использовать часть или всю эту статью, воспользуйтесь ссылкой ниже, которая направит вас на службу прав на ссылки Центра очистки авторских прав. Вы можете получить быстрые цены и мгновенное разрешение на повторное использование контента различными способами.
Запрос на разрешения
Мышьяк – один из самых токсичных металлов, получаемых из природной среды. Основной причиной токсичности мышьяка для человека является загрязнение питьевой воды из природных геологических источников, а не из горнодобывающих, плавильных или сельскохозяйственных источников (пестициды или удобрения). 1 Во многих промышленно развитых и менее промышленно развитых странах питьевая вода загрязнена мышьяком. 2, 3 Эта проблема вызывает обеспокоенность в Соединенных Штатах — например, содержание мышьяка в питьевой воде из государственных и частных источников в округе Миллард колеблется от 14 частей на миллиард (частей на миллиард) до 166 частей на миллиард. 4 Агентство по охране окружающей среды снизило допустимый уровень мышьяка в питьевой воде в США с 50 частей на миллиард до 10 частей на миллиард в 2001 году. Длительное употребление воды, загрязненной мышьяком, может привести к проявлениям токсичности практически во всех системах организма, как будет показано ниже. Самую серьезную озабоченность вызывает способность мышьяка действовать как канцероген.
Двумя наиболее пострадавшими регионами в мире являются Бангладеш и Западная Бенгалия в Индии. В 42 округах на юге Бангладеш и в 9 прилегающих округах в Западной Бенгалии 79,9 миллиона и 42,7 миллиона человек соответственно подвергаются воздействию мышьяка в грунтовых водах, концентрация которого превышает максимально допустимый предел Всемирной организации здравоохранения в 50 мкг/л. В обеих этих областях источник мышьяка имеет геологическое происхождение, загрязняя водоносные горизонты, которые снабжают водой более миллиона трубчатых колодцев. 6-8 В Западной Бенгалии концентрация мышьяка в некоторых трубчатых колодцах достигает 3400 мкг/л. 9
Механизм накопления мышьяка на равнине дельты Бенгалии, по-видимому, произошел в конце четвертичной (голоценовой) эпохи, когда мышьяксодержащие аллювиальные отложения переносились Гангом, Брахмапутрой, Мегхной и другими более мелкими реками, протекающими через равнину дельты Бенгалии. до Бенгальского залива. На равнине дельты Бенгалии мышьяк адсорбируется в виде оксианионов мышьяка на оксигидроксидах железа, алюминия и марганца, а затем мобилизуется в аллювиальных водоносных горизонтах, где под действием восстановительной среды оксигидроксиды растворяются в результате биогеохимических процессов и мышьяк попадает в грунтовые воды.
На протяжении веков мышьяк использовался для самых разных целей. Мышьяк был одним из компонентов косметики и больше, чем сейчас, использовался в сельском хозяйстве для защиты посевов от вредителей. Мышьяк, как и стоарсенит меди, был пигментом красок, самой известной из которых была «Парижская зеленая». До того, как электричество стало использоваться для освещения, водород выделялся при сжигании угля и газа для освещения, а также мышьяк в парижской зелени, который использовался в обоях для образования арсина, ядовитого газа. Гриб Scopulariopsis breviculis, обнаруженный на мокрых обоях, также метаболизировал мышьяк в Париже до зеленого арсина.
В промышленности мышьяк используется для производства красителей, фунгицидов, инсектицидов, пестицидов, гербицидов, консервантов для древесины, сиккативов для хлопка. Поскольку мышьяк является важным микроэлементом для некоторых животных, его добавляют в корма для животных. Кристаллы арсенида галлия или алюминия-галлия являются компонентами полупроводников, светодиодов, лазеров и всех типов транзисторов.
Мышьяк — популярное орудие убийства. Фрэнк Капра, что мышьяк по многим соединениям похож на белый сахар, и эта кажущаяся безвредность подкрепляется его безвкусностью и отсутствием запаха, а в фильме «Мышьяк и старые кружева» две старушки используют мышьяк в старом вине, чтобы убить своих женихов-мужчин. опубликовано.
Историческое терапевтическое использование мышьяка
Мышьяк стал использоваться в качестве лечебного средства после того, как греческие врачи, такие как Гиппократ и Гален, популяризировали его использование. Соединения мышьяка доступны в форме раствора, таблеток, пасты и инъекционных форм. Раствор Фаулера, 1%-ный препарат триоксида мышьяка, широко использовался в 19 веке. Совсем недавно, в 1958 году, Британская фармакопея под редакцией Мартиндейла перечислила следующие показания к применению раствора Фаулера: лейкемия, кожные заболевания (псориаз, герпетиформный дерматит и экзема), стоматит и воспаление десен у младенцев и Винсента. Раствор Фаулера также прописывали как тонизирующее средство. Хроническое отравление мышьяком, вызванное длительным применением раствора Фаулера, вызвало гемангиосаркому, 10 ангиосаркому печени, 11, 12 и рак носоглотки. 13 Мышьяк был основным средством лечения сифилиса до Второй мировой войны.
Современные терапевтические применения мышьяка
Триоксид мышьяка (As 2 O 3 ) в настоящее время широко используется для индукции ремиссии у пациентов с острым промиелоцитарным лейкозом, поскольку он является индуктором апоптоза (запрограммированной гибели клеток). 14-18. Мышьяк индуцирует апоптоз, высвобождая индуцирующий апоптоз фактор (AIF) из митохондриального межмембранного пространства, откуда он перемещается в ядро клетки.19 AIF затем индуцирует апоптоз, что приводит к изменениям в ядерной биохимии, конденсации хроматина, фрагментации ДНК и гибели клеток. AIF был выделен и клонирован и представляет собой флавопротеин с молекулярной массой 57 000. 20
Мышьяк остается важным компонентом многих продуктов незападной традиционной медицины. Некоторые традиционные китайские лекарства содержат реальгар (сульфид мышьяка) и доступны в виде пилюль, таблеток и других препаратов. Их применяют при псориазе, сифилисе, астме, ревматизме, геморрое, кашле и зуде, а также назначают как общеукрепляющее, болеутоляющее, противовоспалительное средство и для лечения некоторых злокачественных опухолей. 21-23 мая в Индии растительные лекарства, содержащие мышьяк, следует использовать при некоторых гомеопатических лекарствах и при злокачественных новообразованиях крови. 25 мышьяковистого масла назначают в фитотерапии при геморрое. 26
Однако мышьяк часто является загрязнителем, а не желательным элементом, иногда вместе с ртутью и свинцом. 22, 27, 28 Департамент здравоохранения Калифорнии проверил 251 продукт в розничных магазинах трав и обнаружил мышьяк в 36 продуктах (14%) в концентрациях от 20,4 до 114 000 частей на миллион (ppm), в среднем 145,53 ppm. Медиана 180,5 ppm Исследование, проведенное в Сингапуре за пятилетний период, выявило 17 пациентов с поражениями кожи, связанными с хроническим отравлением мышьяком, причем у 14 пациентов (82%) токсичность мышьяка была вызвана запатентованными китайскими лекарствами, тогда как остальные трое использовали колодезную воду. загрязнены мышьяком. 21
Химия и токсичность
Мышьяк встречается в двух степенях окисления: трехвалентной форме арсенита (As 2 O 3 ; As III) и пятивалентной форме арсената (As 2 O 5 ; As V). As III в 60 раз токсичнее As V. Органический мышьяк нетоксичен, а неорганический мышьяк токсичен.
Токсичность мышьяка инактивирует до 200 ферментов, особенно тех, которые участвуют в клеточных энергетических путях, репликации и восстановлении ДНК, заменяя фосфаты в богатых энергией соединениях, таких как АТФ.
Несвязанный мышьяк также проявляет свою токсичность, производя активные формы кислорода во время окислительно-восстановительного цикла и процессов метаболической активации, которые вызывают перекисное окисление липидов и повреждение ДНК. 29 As III, в частности, связывает тиоловые или сульфгидрильные группы в тканевых белках печени, легких, почек, селезенки, слизистой оболочки желудочно-кишечного тракта и богатых кератином тканей (кожи, волос и ногтей).
Многие другие токсические эффекты мышьяка в настоящее время определяются и подробно описаны Abernathy et al., 1999.
Воздействие мышьяка
Воздействие мышьяка происходит при вдыхании, всасывании через кожу и, прежде всего, при проглатывании, например, загрязненной питьевой воды. Мышьяк в продуктах питания существует в виде относительно нетоксичных органических соединений (арсенобентина и арсенохолина). Морепродукты, рыба и водоросли являются богатейшими органическими источниками. 31 Эти органические соединения повышают уровень мышьяка в крови, но быстро выводятся с мочой в неизмененном виде. 32, 33 Поступление мышьяка из твердой пищи выше, чем из жидкостей, включая питьевую воду. 34, 35 Органические и неорганические соединения мышьяка могут попадать в пищевую цепь растений из сельскохозяйственных культур или из почвы, орошаемой водой, загрязненной мышьяком. 36
Привлечение
Основным местом всасывания в тонкой кишке является электрогенный процесс с участием протонного (H+) градиента. Хотя оптимальный pH для абсорбции мышьяка составляет 5,0,38, в тонком кишечнике pH составляет примерно 7,0 из-за секреции бикарбоната поджелудочной железой. 39
обмен веществ
Абсорбированный мышьяк подвергается биометилированию в печени с образованием монометиларсоновой кислоты и диметилмышьяковой кислоты, которые менее токсичны, но не полностью безвредны. 40, 41 Около 50% введенной дозы может выводиться с мочой в течение трех-пяти дней. Диметилмышьяковая кислота является преобладающим метаболитом мочи (60-70%) по сравнению с монометилмышьяковой кислотой. 42 Небольшое количество неорганического мышьяка также выводится из организма в неизмененном виде. После острого отравления исследования электротермической атомно-абсорбционной спектроскопии показывают, что наибольшая концентрация мышьяка наблюдается в почках и печени. 43
При хроническом приеме мышьяка мышьяк накапливается в печени, почках, сердце и легких, а меньшие количества — в мышцах, нервной системе, пищеварительной системе и селезенке. Хотя большая часть мышьяка выводится из этих мест, его остаточные количества остаются в богатых кератином тканях, ногтях, волосах и коже. Примерно через две недели употребления мышьяк откладывается в волосах и ногтях.
Клинические особенности
Острое отравление
Большинство случаев острого отравления мышьяком происходит в результате случайного приема инсектицидов или пестицидов и реже в результате попыток самоубийства. Небольшие дозы (<5 мг) вызывают рвоту и диарею, но проходят в течение 12 часов, и нет необходимости в лечении. 44 Смертельная доза мышьяка при остром отравлении колеблется от 100 до 300 мг. 45 В базе данных Информационной системы оценки рисков указано, что «острая смертельная доза неорганического мышьяка для человека оценивается примерно в 0,6 мг/кг/день». 46 23-летних мужчин, съевших 8 граммов мышьяка, прожили 8 дней. 47 Студент, проглотивший 30 граммов мышьяка, обратился за помощью через 15 часов и выжил 48 часов, но умер, несмотря на промывание желудка и лечение британским анти-Люизитом (противоядием от мышьяка) и гемодиализом. 48 В зависимости от количества потребляемого, смерть обычно наступает в течение периода от 24 часов до 4 дней.
Первоначально клинические симптомы всегда связаны с пищеварительной системой и включают тошноту, рвоту, коликообразные боли в животе и обильный водянистый понос. Боль в животе может быть сильной и напоминать острый живот. 50 Возникает чрезмерное слюнотечение, которое может быть жалобой при отсутствии других желудочно-кишечных симптомов. Другие клинические признаки включают острый психоз, диффузную кожную сыпь, токсическую кардиомиопатию 47, 52 и судороги. 50
Преобладающим признаком является диарея, обусловленная повышенной проницаемостью кровеносных сосудов. Объёмный водянистый стул описывается как «хлороидная диарея». При холере испражнения описываются как «рисовая вода», но при остром отравлении мышьяком из-за присутствия крови в пищеварительном тракте используется термин диарея «кровавая рисовая вода». Причиной смерти стала массивная потеря жидкости из-за выделений из желудочно-кишечного тракта, что привело к тяжелому обезвоживанию, уменьшению объема циркулирующей крови и последующему циркуляторному коллапсу. При патологоанатомическом исследовании были выявлены эзофагит, гастрит и стеатоз печени. 47
Гематологические нарушения включают гемоглобинурию, внутрисосудистое свертывание крови, депрессию костного мозга, тяжелую панцитопению, нормоцитарную нормохромную анемию и базофильную пунктуацию. 52-54 Почечная недостаточность была зарегистрирована у четырех из восьми моряков, подвергшихся воздействию арсина. 53 Дыхательная недостаточность и отек легких являются частыми признаками острого отравления. 54
Наиболее частым неврологическим проявлением является периферическая невропатия, которая может длиться до двух лет. 47, 55, 56 Периферическая нейропатия может привести к тяжелой и быстро нарастающей слабости, подобной синдрому Гийена-Барре, требующей искусственной вентиляции легких. 52 Энцефалопатия является частым проявлением, и если причина энцефалопатии неясна, следует учитывать возможность токсичности мышьяка. Энцефалопатия возникла после внутривенного введения арфенаминов. 57 Считается, что в основе энцефалопатии лежит кровоизлияние. 58
Сообщалось о метаболических изменениях при остром отравлении мышьяком. Ацидоз возник у 47 пациентов, а гипогликемия и гипокальциемия — у коровы. 59 При остром отравлении лучшим индикатором недавнего употребления (1-2 дня) является концентрация мышьяка в моче.
Хроническое отравление
Длительная токсичность мышьяка приводит к мультисистемному заболеванию, наиболее серьезным исходом которого является злокачественное новообразование. Клинические особенности токсичности мышьяка различаются у разных людей, групп населения и географических регионов. Неясно, какие факторы определяют возникновение конкретного клинического проявления или на какую систему организма оно нацелено. Таким образом, у людей, подвергшихся хроническому отравлению мышьяком, наблюдается широкий спектр клинических особенностей. Начало заболевания незаметное, с неспецифическими симптомами в виде болей в животе, диареи и боли в горле.
Кожа
При длительном воздействии происходят некоторые изменения кожи. Кожные изменения являются частым признаком, и первоначальный клинический диагноз часто основывается на гиперпигментации, ладошках и солнечном кератозе. Кератоз может проявляться как однородное утолщение или как отдельные узелки. 9,61 Подчеркивается, что пальмарный и солнечный кератоз являются значимыми диагностическими критериями. Гиперпигментация проявляется в виде рассеянных темно-коричневых пятен или, реже, дискретного диффузного потемнения кожи или имеет характерный вид «дождевых капель». Рак кожи, связанный с мышьяком, болезнь Боуэна, встречается редко у жителей Азии и может быть обусловлен высоким содержанием меланина в коже и повышенным воздействием ультрафиолета. Мышьяк может вызвать базальноклеточную карциному в немеланиновой коже. . Латентный период после воздействия может достигать 60 лет и был зарегистрирован у пациентов, получавших раствор Фаулера, у рабочих, занимающихся окунанием овец, у рабочих виноградников, использующих пестициды, содержащие мышьяк, и от употребления загрязненного вина. Это заметные поперечные белые линии на ногтях рук и ног, называемые линиями Мэя. 64
Крупные популяционные исследования в Западной Бенгалии в Индии показывают, что существует взаимосвязь между концентрацией мышьяка в воде из трубчатых колодцев, дозой на массу тела, а также гиперпигментацией и кератозом, при этом люди с плохим питанием более восприимчивы. Однако исследование Смита и др. сообщает, что поражения кожи, вызванные мышьяком, встречаются у жителей Атакамено на севере Чили, несмотря на хороший статус питания. 62 Эти люди из деревни Чиу-Чиу были выходцами из района, «известного» выращиванием моркови и других овощей. Содержание мышьяка в потребляемой пище не измерялось, чтобы определить, может ли мышьяк в пищевой цепи «свести на нет» питательную пользу потребляемой пищи.
пищеварительная система
Хотя диарея является основным и ранним симптомом острого отравления мышьяком, при хроническом отравлении диарея возникает повторяющимися приступами и может сопровождаться рвотой. Если присутствуют и другие проявления, такие как изменения кожи и нейропатия, следует подозревать прием мышьяка. 65 У 248 пациентов с признаками хронической токсичности мышьяка из Западной Бенгалии, Индия, которые употребляли питьевую воду, загрязненную мышьяком, в течение 1–15 лет, гепатомегалия возникла у 76,6%, а из 69 пациентов с биопсией — у 63 (91,3%). . Цирротический портальный фиброз 66 В другом исследовании мышьяк был этиологическим агентом у 5 из 42 пациентов с неполным циррозом перегородки, неактивной формой макронодулярного цирроза, характеризующейся узкими, неполными перегородками, очерчивающими плохо очерченные узелки, а частота кровотечений из варикозно-расширенных вен была необычно высокой. обдуманный. 67
Сердечно-сосудистая система
Сообщалось о повышенном риске сердечно-сосудистых заболеваний у рабочих металлургических предприятий из-за воздействия мышьяка. 68-70. В исследовании, проведенном в округе Миллард, США, на основе матрицы кумулятивного воздействия мышьяка, наблюдалось значительное увеличение смертности среди мужчин и женщин от гипертонии.4 В Бангладеш Рахман и др. в 1999 году сообщили о повышении заболеваемости гипертонией у мужчин и женщин. крупное исследование с участием 1481 человека, подвергшегося воздействию мышьяка в колодезной воде. 71 Были обследованы семьдесят четыре тайваньских пациента с ишемической болезнью сердца в «селах, гиперэндемичных по арсениазу», и была предложена связь между ишемической болезнью сердца и длительным воздействием мышьяка. 72, 73
Мышьяк вызывает прямое повреждение миокарда, 74 сердечные аритмии, 75 и кардиомиопатию. 74 Болезнь «черной ноги» — уникальное заболевание периферических сосудов, вызванное длительным воздействием высокого содержания мышьяка в артезианской воде, вызывающее уникальную гангрену ног на ограниченной территории на юго-западном побережье Тайваня. В Чили также зарегистрировано 73 заболевания периферических сосудов. 76
нервная система
Нервная система является основной мишенью токсического воздействия ряда металлов, особенно тяжелых металлов, таких как ртуть, свинец и мышьяк. Неврологические эффекты многочисленны и разнообразны. Наиболее распространенной находкой является периферическая нейропатия, похожая на синдром Гийена-Барре, с аналогичными электромиографическими данными. 77 Первоначально нейропатия бывает сенсорной и сопровождается перчаточной и чулочной анестезией.
Последствия отравления также включают изменения в поведении, спутанность сознания и потерю памяти. 78 Когнитивные нарушения были зарегистрированы у двух рабочих в период от 14 до 18 месяцев воздействия, а психические функции вернулись в норму после удаления из источника мышьяка. 79 Увеличение заболеваемости цереброваскулярными заболеваниями, особенно инфарктом головного мозга, наблюдалось в крупном исследовании с участием 8102 мужчин и женщин, подвергавшихся длительному воздействию мышьяка из колодезной воды. 80
Мочеполовая система
Исследование округа Миллард также сообщило о повышении смертности от нефрита и рака простаты. 4 Го и др. в 1997 году проанализировали данные онкологического реестра (1987-1980 годы) об опухолях мочевого пузыря и почек на Тайване и сообщили, что высокие уровни мышьяка в питьевой воде из колодцев были связаны с переходно-клеточной карциномой мочевого пузыря, почек, мочеточника и мочевого пузыря. Все связано. Рак уретры у мужчин и женщин и аденокарцинома мочевого пузыря у мужчин. 81 Авторы предполагают, что канцерогенез мышьяка может быть специфичным для типа клеток. Напротив, исследование в Финляндии показало связь с риском рака мочевого пузыря, но не рака почек, несмотря на очень низкие концентрации мышьяка в пробуренных скважинах. 82
Необходимы дополнительные данные, чтобы установить сильную причинно-следственную связь между потреблением мышьяка и неблагоприятными исходами во время беременности, а также неонатальной заболеваемостью и смертностью. У беременных женщин Андского региона, которые пили воду с концентрацией мышьяка около 200 мкг/л, содержание мышьяка в пуповинной крови (9 мкг/л) было почти таким же высоким, как и в материнской крови (11 мкг/л). В той же группе плацентарный мышьяк составлял 34 мкг/л по сравнению с 7 мкг/л у женщин, не подвергавшихся воздействию мышьяка. 83
Результаты исследований Кончи и его коллег в Андах в Аргентине придают этой проблеме еще одно измерение. 84 Плоды, младенцы и дети, вскармливаемые грудным молоком, подвергаются воздействию мышьяка на организм матери.
Дыхательная система и мышьяк
Исследования, проведенные в Западной Бенгалии, Индия, привлекли внимание к рестриктивным и обструктивным заболеваниям легких. 61 Респираторные заболевания чаще встречались у пациентов с поражениями кожи, характерными для хронической токсичности мышьяка. 85 Аналогичные данные о связи между кожными проявлениями и заболеваниями легких были получены у чилийских детей. 76 Возможность повышенного отложения мышьяка в легких, хотя причина неизвестна, была подтверждена аутопсийными исследованиями у ограниченного числа пациентов. 86, 87 Увеличение заболеваемости бронхитом отмечено в исследовании пациентов с «черной ножкой», проведенном на Тайване. 73
Эндокринная и гематологическая системы
Воздействие высоких концентраций мышьяка связано с повышенным риском развития диабета. 73, 88 Нейтропения возникает при хронической интоксикации мышьяком. 65
злокачественное заболевание
Связь между мышьяком и злокачественными новообразованиями вызывает растущую обеспокоенность, поскольку миллионы людей являются потенциальными жертвами. В Бангладеш и Индии мышьяк связан с раком кожи, легких, печени, почек и мочевого пузыря. 89 Имеются данные из других стран о том, что воздействие мышьяка вызывает злокачественные новообразования кожи, 63 легких, 69, 90 печени, 73 почек, 4, 90 и мочевого пузыря. 81 Данные из Тайваня также документируют злокачественные новообразования мочевого пузыря, почек, кожи, легких, полости носа, костей, печени, гортани, толстой кишки и желудка, а также лимфому. 73
Механизмы, хотя и не полностью выяснены, вероятно, включают неблагоприятное воздействие на репарацию ДНК, метилирование ДНК, а также повышенное образование свободных радикалов и активацию протоонкогена c-myc. Мышьяк может действовать как канцероген, опухолевый промотор или опухолевый промотор при определенных условиях.
Высокие уровни мышьяка у животных тератогенны. 91 Структурные хромосомные аберрации были изучены в группе людей, которые потребляли мышьяк из колодезной воды в Финляндии, и связь была сильнее у нынешних пользователей, чем у 10 человек, которые прекратили употребление загрязненной колодезной воды за 2–4 месяца до отбора проб. 92
диагноз
Анализ образцов крови, мочи и волос используется для количественной оценки и мониторинга воздействия. Уровни от 0,1 до 0,5 мг/кг в образце волос указывают на хроническое отравление, а от 1,0 до 3,0 мг/кг — на острое отравление.
Дефицит мышьяка
Дефицит у животных проявляется в повышенной смертности, снижении плодовитости, повышении частоты спонтанных абортов, низкой массе тела при рождении у потомства и повреждении эритроцитов.
Экономические издержки загрязнения
Экономическое значение токсичности мышьяка включает в себя медицинские расходы, снижение доходов, а также снижение производительности и качества продукции из-за загрязнения почвы и воды. Нынешние проблемы со здоровьем, экономикой и питанием будут усугубляться, когда станет лучше известна информация о загрязнении пищевой цепи мышьяком, а сельскохозяйственная продукция и домашний скот будут заражены. Эти проблемы вызывают особую озабоченность в Бангладеш, где 97 процентов сельского населения используют грунтовые воды для питья, приготовления пищи и орошения.
Профилактика, управление и будущие направления
Человеческая трагедия отравления мышьяком еще более серьезна в развивающихся странах, где она затрагивает жизни миллионов людей в таких странах, как Бангладеш.
При решении растущей проблемы загрязнения мышьяком и заболеваний здоровья необходимо прояснить многие вопросы. Информация необходима для определения того, существует ли порог канцерогенного воздействия, а также для определения дозы и продолжительности воздействия. 30 Необходимы исследования, чтобы соотнести проявления токсичности с возможными генетическими полиморфизмами, возрастом, полом, статусом питания и защитной ролью витаминов, минералов и антиоксидантов. Существуют значительные различия в клинических характеристиках среди людей в одной семье, что обычно наблюдается в Бангладеш. Это может быть связано с тем, что «медленные» или «быстрые» метилаторы мышьяка аналогичны пациентам с воспалительными заболеваниями кишечника, которые являются «медленными» или «быстрыми» ацетиляторами и, следовательно, по-разному реагируют на терапию салицилатами. 93
Обеспечение безопасной питьевой водой является приоритетом. Существуют различные методы различной сложности удаления мышьяка из питьевой воды. Методология, особенно в развивающихся странах, которая крайне необходима, должна быть экономически эффективной, устойчивой для населения и экономически эффективной. Среди доступных методов удаления мышьяка из воды можно назвать осаждение или процессы ионного обмена. Фильтрация мышьяка из трубчатых колодцев привела к появлению широкого спектра фильтров различной сложности и стоимости, а с их использованием связаны вопросы доступности, эффективности и обслуживания. Важно отметить, что процесс и стоимость утилизации выделенного мышьяка после фильтрации требуют тщательного рассмотрения. Сообщалось о многообещающих исследованиях с использованием обработанных железом природных материалов, таких как активированный железом уголь, обработанные железом гелевые шарики и песок, покрытый оксидом железа, и среди них песок, покрытый оксидом железа, был наиболее эффективной комбинацией. 95 Технология Стивенса по удалению мышьяка недорога и включает в себя смешивание небольшого пакета порошка, содержащего сульфат железа и гипохлорит кальция, в большом ведре воды, которая затем фильтруется через несколько сантиметров песка. 96
Одним из привлекательных и недорогих широко доступных вариантов является сбор дождевой воды и удержание поверхностных вод. В Бангладеш объем воды, впадающей в Бенгальский залив, уступает только объему воды в бассейне Амазонки. В Бангладеш выпадает от 1500 до 2000 мм осадков ежегодно, а в восточных регионах страны выпадает 3500 мм осадков. Вариант использования этого природного богатства Бангладеш, судя по имеющимся опубликованным данным, не привлек достаточного внимания. Однако самое дешевое решение зависит от доброй воли сообщества, которое будет поощрять использование соседнего колодца (общего колодца), который не загрязнен. Более 90% жителей Бангладеш живут в пределах 200 метров от чистого и безопасного источника колодезной воды. 96
В настоящее время не существует методов лечения хронической токсичности мышьяка с доказанной эффективностью. Поддерживаемые варианты лечения — витаминные и минеральные добавки и антиоксидантная терапия. Чтобы получить одобрение и более широкое применение, преимущества этих методов лечения должны быть научно обоснованы.
На клеточном уровне, учитывая апоптотический механизм действия мышьяка, его эффекты, особенно антиоксидантные, теоретически ценны. Однако преимущества этих соединений на клеточном уровне необходимо подтвердить на людях с хронической интоксикацией мышьяком. В настоящее время при хронических отравлениях лечение ограничивается поддерживающими мерами.
Вопросы (Верно (Т)/Неверно (F); ответы в конце ссылок)
Вопрос 1. Основным источником мышьяка, загрязняющего питьевую воду, являются промышленные источники, такие как горнодобывающая промышленность.
В2. При хроническом отравлении мышьяком диагностические пигментные изменения возникают только на ладонях, а не на подошвах ног.
Вопрос 3. Проявления хронической токсичности мышьяка в центральной нервной системе включают инфаркт мозга, изменения в поведении, спутанность сознания и потерю памяти.
Вопрос 4. Что касается проявлений со стороны сердечно-сосудистой системы, то мышьяк может вызывать прямое поражение миокарда, сердечную аритмию, кардиомиопатию и всегда заболевания периферических сосудов.
Вопрос 5. Мышьяк индуцирует апоптоз, высвобождая индуцирующий апоптоз фактор из межмембранного пространства митохондрий.
Вопрос 6. Лечение, используемое в настоящее время при хронической токсичности мышьяка, включает прием витаминов и минералов, а также антиоксидантную терапию, польза которой объективно подтверждена.
Реакция на мышьяк
Вопрос 1. Ф, К2. Ф, Q3. Т, Q4. Ф, Q5. Т, Q6. Ф.
Промышленные ресурсы
Сельскохозяйственные пестициды и гербициды.
Красители, фунгициды, инсектициды, консерванты для древесины и сиккативы для хлопка.
Производство полупроводников, светодиодов, лазерных компонентов и СВЧ-схем.
Острое отравление мышьяком
Клинические особенности проявляются практически во всех системах организма.
Его характерными признаками являются тошнота, рвота, коликообразные боли в животе, обильный водянистый понос и повышенное слюнотечение.
Другими признаками являются острый психоз, диффузная кожная сыпь, токсическая кардиомиопатия и судороги.
Возникают гематологические нарушения, часто встречаются почечная недостаточность, дыхательная недостаточность и отек легких.
Неврологические проявления включают периферическую невропатию или энцефалопатию.
Концентрация мышьяка в моче является лучшим индикатором недавнего отравления (1-2 дня).
Хроническая токсичность мышьяка
Клинические особенности проявляются практически во всех системах организма.
Поглощенный мышьяк накапливается в печени, почках, сердце и легких, а меньшие количества — в мышцах, нервной системе, пищеварительной системе, селезенке и легких.
Мышьяк откладывается в тканях, богатых кератином: ногтях, волосах и коже.
На ногтях рук и ног образуются майские линии.
Самым тяжелым последствием является злокачественное изменение практически всех органов тела.
Часто наблюдаются изменения кожи, такие как гиперпигментация, ладонные и солнечные кератозы.
Повышается риск сердечно-сосудистых заболеваний, заболеваний периферических сосудов, заболеваний органов дыхания, сахарного диабета и нейтропении.
Эффективное лечение хронической токсичности мышьяка еще не доказано.
Ключевые ссылки
Мышьяковое месторождение
Мышьяк встречается в природе в качестве микроэлемента во многих горных породах и отложениях. Поступление мышьяка из этих геологических источников в грунтовые воды зависит от химической формы мышьяка, геохимических условий в водоносном горизонте и происходящих биогеохимических процессов. Мышьяк также может попадать в грунтовые воды в результате деятельности человека, такой как добыча полезных ископаемых и его различное использование в промышленности, в качестве корма для животных, в качестве консерванта древесины и пестицида. В системах питьевого водоснабжения мышьяк представляет собой проблему, поскольку он токсичен в низких концентрациях и является известным канцерогеном. В 2001 году USEPA снизило ПДК мышьяка в системах общественного водоснабжения с 50 мкг/л до 10 мкг/л.
Опасные источники подземных вод и мышьяк
Геологическая служба США играет активную роль в защите здоровья человека от потенциальных проблем, связанных с природными ресурсами нашей страны. Одним из важнейших аспектов оценки качества воды являются ресурсы подземных вод. Как в Соединенных Штатах, так и во всем мире Геологическая служба США помогает измерять и контролировать источники питьевой воды на предмет таких загрязнителей, как мышьяк. Например, опасно высокие уровни мышьяка были обнаружены в колодцах с питьевой водой более чем в 25 штатах США, что потенциально подвергает воздействию питьевой воды, богатой мышьяком, 2,1 миллиона человек. Вероятно, самый тяжелый случай отравления мышьяком произошел в Бангладеш, где более 100 миллионов человек 2 были отравлены мышьяком, содержащимся в подземных водах.
В ходе национального исследования качества подземных вод Геологическая служба США обнаружила, что мышьяк был обнаружен почти в половине скважин, отобранных в частях водоносного горизонта, используемого для подачи питьевой воды, в концентрации 1 мкг/л или выше. Следы были более распространены, а концентрации в целомЭто было больше на западе, чем на востоке. Около 7% отобранных скважин содержали мышьяк в концентрации, превышающей ПДК 10 мкг/л, что указывает на потенциальный риск для здоровья. Наибольшее беспокойство вызывало юго-запад, где концентрации мышьяка превысили ПДК примерно в 16 процентах скважин с питьевой водой, в которых были взяты пробы. Другие основные водоносные горизонты, вызывающие обеспокоенность по содержанию мышьяка, включают систему ледниковых водоносных горизонтов (север США), водоносные горизонты Пьемонт, Блу-Ридж, долины и хребта (север США), а также водоносный горизонт впадины Миссисипи-Техас. Это прибрежная зона вверх по течению от реки Миссисипи. Миссисипи. Аллювиальный аллювий долины реки (юго-восток США).
В водоносных горизонтах юго-запада концентрации мышьяка в колодцах с питьевой водой превышали ПДК более чем в два раза чаще, чем в колодцах с питьевой водой по всей стране. Его происхождение – вулканические и гранитные породы, по которым движутся подземные воды. [Это может быть фотография на стр. 18] Факторы, способствующие увеличению концентрации мышьяка в этих водоносных горизонтах, включают: длительное время пребывания в подземных водах, тип горных пород, высокий уровень pH, сухой климат и методы орошения.
По оценкам USEPA в 2001 году, ежегодные затраты на снижение концентрации мышьяка ниже ПДК в 0,86 тонны
от 32 на домохозяйство для потребителей крупных общественных систем водоснабжения (более 10 000 человек) до 165 до o
327 на семью для очень маленьких систем (25-500 человек). Понимание факторов, которые влияют на концентрацию мышьяка и других загрязнителей из геологических источников в подземных водах, может помочь поставщикам воды определить приоритетность областей для разработки новых подземных вод и снизить затраты на очистку.
Исследования, связанные с Геологической службой США
Уникальная гидрогеологическая природа этой опасности для здоровья делает исследования Геологической службы США необходимыми, чтобы понять этот риск и помочь чиновникам водоснабжения и здравоохранения реализовать стратегии по снижению этого риска. Геологическая служба США исследует наличие и влияние мышьяка в питьевой воде, отслеживает глобальное распределение мышьяка в грунтовых водах и оценивает влияние мышьяка на химический состав отложений местных рек.
- Качество подземных вод – текущие условия и изменения с течением времени
- Прогноз качества подземных вод на неконтролируемых территориях
Дополнительные ресурсы
- Требования к питьевой воде по содержанию мышьяка (Агентство по охране окружающей среды США)
- В малых дозах: мышьяк (Дартмутский университет)
- Мышьяк (Реестр токсичных веществ и болезней)
- Карта концентрации мышьяка в подземных водах США (DATA.GOV)
Исследование редких металлов
Микроэлементы – это просто элементы, которые существуют в небольших количествах в окружающей среде. К микроэлементам относятся металлы, такие как свинец и железо. металлы, такие как мышьяк; и радионуклиды (радиоактивные элементы), такие как радий и радон. Редкие элементы в ручьях, реках и подземных водах нашей страны имеют естественные и искусственные источники. Выветривание горных пород, эрозия почвы и растворение растворимых солей в воде являются примерами природных источников микроэлементов. Многие виды человеческой деятельности также вносят микроэлементы в окружающую среду: добыча полезных ископаемых, городские стоки, промышленные выбросы и ядерные реакции — это лишь некоторые из многих антропогенных источников. Микроэлементы имеют тенденцию концентрироваться в отложениях, но могут частично растворяться в воде и представлять опасность для здоровья человека и водных организмов.
► Узнайте о микроэлементах в подземных водах основных водоносных горизонтов США, нашем невидимом и жизненно важном ресурсе.
Металлы
Многие люди могут не осознавать, что большинство элементов являются металлическими. Металлы блестящие, хорошо проводят ток, податливы и податливы. Большинство из них подвергаются коррозии под воздействием морской воды или воздуха, теряя электроны во время реакции. Нам знакомы многие металлы, такие как золото, серебро, свинец, цинк, хром, кадмий и ртуть. Менее очевидно, что другие элементы, например бериллий, натрий и литий, также являются металлами. Хотя искусственные металлические предметы окружают нас каждый день, металлы представляют собой лишь небольшую часть элементов, обнаруженных в земной коре.
Не существует согласованного определения «тяжелых металлов», но тяжелыми металлами обычно считаются металлы с высокой плотностью. Золото, серебро, олово, медь, цинк и железо являются известными примерами тяжелых металлов. Некоторые тяжелые металлы, такие как железо и цинк, являются важными питательными веществами при низких концентрациях, но токсичными при высоких концентрациях. Другие несущественные тяжелые металлы, такие как кадмий, ртуть и свинец, токсичны даже в относительно низких концентрациях.
«Металлоид» имеет промежуточные свойства между металлами и неметаллами. С точки зрения качества воды, мышьяк, пожалуй, является металлоидом, вызывающим наибольшую озабоченность. Другие металлоиды включают бор, кремний и углерод, а некоторые другие микроэлементы иногда классифицируются как металлоиды.
Металлы в воде, используемой для питья, и в отложениях могут быть опасны для здоровья человека и водных организмов. Были установлены различные критерии концентрации, указывающие концентрацию, выше которой металл представляет опасность для здоровья.
Радионуклиды
Радионуклиды (радиоактивные элементы) также являются редкими элементами. Радионуклиды в нашей окружающей среде производятся минералами в земной коре, космическими лучами, поражающими атомы в земной атмосфере, и деятельностью человека. Радионуклиды в природе встречаются во многих горных породах и минералах и поэтому часто присутствуют в грунтовых водах. Наиболее распространенными радиоактивными пробами в подземных водах являются уран, радий и радон.
Узнайте больше о радионуклидах и качестве воды.
Другие редкие элементы
Некоторые микроэлементы, такие как селен, не являются ни металлами, ни радионуклидами. Селен в природе встречается в осадочных породах, сланцах, месторождениях угля и фосфатов, а также в почвах. Использование оросительной воды, содержащей растворенный кислород, может вызвать выброс селена из отложений в грунтовые воды, особенно в засушливых регионах. Эти процессы были зафиксированы в неглубоких водоносных горизонтах бассейна Денвера в Колорадо и в некоторых частях Запада, где селен присутствует в горных породах и отложениях. Селен из грунтовых вод может попадать в ручьи, где он может биоаккумулироваться в водной пищевой цепи. Хроническое воздействие может вызвать репродуктивные нарушения у рыб и водных беспозвоночных.
Микроэлементы и питьевая вода
Концентрации микроэлементов, скорее всего, будут проблематичными в подземных водах, чем в поверхностных водах, если только на территории не ведется добыча полезных ископаемых. Это связано с тем, что когда грунтовые воды проходят через породы и отложения, составляющие водоносный горизонт, некоторые минералы из этих пород и отложений высвобождаются в воду. Грунтовые воды, находящиеся в водоносном горизонте в течение длительного времени, имеют больше времени для взаимодействия с материалами водоносного горизонта, чем грунтовые воды, которые недавно пополнились. Кроме того, геохимические условия, такие как pH и окислительно-восстановительный потенциал, изменяются по мере того, как грунтовые воды медленно перемещаются по пути потока от пополнения к разгрузке — эти геохимические условия могут влиять на выброс металлов в подземные воды.
Возраст подземных вод – лишь один из факторов, способных повлиять на концентрацию микроэлементов. Другие факторы включают климат, геологию и деятельность человека. Климат4 играет определенную роль, поскольку в районах с низким уровнем осадков и высокой скоростью испарения имеется меньше воды для разбавления продуктов выветривания горных пород. Геология играет важную роль, поскольку металлы, доступные для выщелачивания в грунтовые воды, зависят от типов минералов, обнаруженных в горных породах и отложениях. Наконец, человеческая деятельность, такая как орошение и перекачивание насосов, может влиять на концентрацию микроэлементов в грунтовых водах, часто за счет изменения геохимических условий, таких как pH и окислительно-восстановительные условия, в водоносном горизонте.
Металлы, концентрации которых в неочищенных грунтовых водах некоторых водоносных горизонтов превышают стандарты для питьевой воды, широко известны, включая марганец и металлический мышьяк. Другие металлы, такие как железо, могут не присутствовать в количествах, опасных для здоровья, но они могут быть вредными, делая воду неприятной для питья или окрашивая оборудование. Уровень металлов можно снизить путем обработки. Вода из колодца общественного водоснабжения должна регулярно проверяться оператором скважины, чтобы гарантировать, что вода, подаваемая потребителям, соответствует федеральным и государственным стандартам качества воды по многим, но не всем, металлам. Регулярное тестирование воды из домашних (частных) колодцев не требуется, и ответственность за тестирование, поддержание и очистку воды из собственной скважины лежит на домовладельце или владельце частной скважины. Лучший способ узнать качество домашней колодезной воды — протестировать ее.
В районах, затронутых горнодобывающей деятельностью, кислые стоки растворяют тяжелые металлы, такие как медь, свинец и ртуть, в грунтовых или поверхностных водах. Кислые и содержащие металлы дренажи из заброшенных угольных шахт могут оказать существенное воздействие на водные ресурсы. Проблемы, которые могут быть связаны с дренажем шахт, включают загрязненную питьевую воду, нарушение роста и размножения водных растений и животных, а также воздействие кислотной коррозии на части инфраструктуры, такие как мосты.
Коррозионная вода может способствовать повышению концентрации металлов в питьевой воде, но в этом случае металлы поступают из системы водоснабжения, например, из водопроводных труб. Употребление агрессивной воды само по себе не опасно, но если сантехнические материалы содержат свинец или медь, коррозионная вода может привести к попаданию этих металлов в систему водоснабжения. Как поверхностные, так и грунтовые воды могут быть коррозийными. Многие факторы способствуют коррозии, в том числе повышенная концентрация хлоридов и других растворенных твердых веществ, pH за пределами нейтрального диапазона, высокие концентрации взвешенных твердых веществ и низкая щелочность.
Металлы в озерных отложениях – тенденции восстановления загрязнителей
Металлы имеют тенденцию прилипать к осадку. Они могут переноситься взвешенными отложениями в ручьях и реках в озера и водохранилища, где осадки и металлы оседают на дно. История загрязнения бассейна металлами зафиксирована в отложениях озера, и путем сбора и анализа кернов этих отложений можно реконструировать историю загрязнения бассейна.
Тенденции содержания металлов, зафиксированные в кернах отложений, отражают законы, правила и изменения в демографии и промышленной практике в Соединенных Штатах. Например, керны отложений ясно показывают пик использования этилированного бензина в конце 1960-х и начале 1970-х годов. Исследование тенденций содержания металлов в 35 водохранилищах и озерах в Соединенных Штатах показало тенденцию к снижению содержания свинца и хрома в большинстве озер и тенденцию к увеличению в небольшом количестве озер или вообще без них. Керны отложений также могут фиксировать тенденции содержания металлов, связанных с местными источниками, такими как шахты и металлургические заводы. В городских районах речные источники (городские стоки и ручьи) несут гораздо больший поток металлов, чем атмосферные источники.