Обнаружение метилового спирта. Токсико-химическая характеристика

Обнаружение метилового спирта. Токсико-химическая характеристика.

План 

1. Токсико-химическая характеристика

2. Токсикологическое значение

3. Метаболизм.

4. Обнаружение метилового спирта

5. Количественное определение метилового спирта

 

1. Токсико-химическая характеристика

Метиловый спирт (метанол) — бесцветная, прозрачная жидкость (т. кип. 64,5°С, плотность 0,79), смешивающаяся во всех соотношениях с водой и многими органическими растворителями. Хороший растворитель жиров, липидов, масел и других органических веществ. По запаху и вкусу напоминает этиловый спирт. Метиловый спирт ядовит, он горит бледно-голубым некоптящим пламенем, с хлоридом кальция дает соединение СаС1₂ ·4СН₃ОН, а с оксидом бария образует кристаллы ВаО·2СН₃ОН. Известны случаи отравления метиловым спиртом, ошибочно принятым вместо этилового.

В природе метиловый спирт в свободном состоянии почти не встречается. Распространены его производные — эфирные масла, сложные эфиры и др. Раньше метиловый спирт получали путем сухой перегонки дерева. Поэтому и до сих пор неочищенный метиловый спирт, полученный сухой перегонкой дерева, называют древесным спиртом. В настоящее время используется несколько промышленных синтетических способов получения метилового спирта.

Метиловый спирт широко используется в промышленности как растворитель лаков, красок, как исходное вещество для получения хлористого метила, диметилсульфата, формальдегида и ряда других химических соединений. Он применяется для денатурации этилового спирта, входит в состав антифриза. В настоящее время применение метанола ограничено и установлены строгие меры по его хранению и перевозке.

 

2. Токсикологическое значение

Метанол относится к числу  нервно-сосудистых ядов.

Метиловый спирт может поступать в организм через пищевой канал, а также с вдыхаемым воздухом, содержащим пары этого спирта. В незначительных количествах метиловый спирт может проникать в организм и через кожу. Токсичность метилового спирта зависит от обстоятельств отравления и индивидуальной восприимчивости. Под влиянием метилового спирта происходит поражение сетчатки глаза и зрительного нерва, а иногда наступает неизлечимая слепота. Появление слепоты ряд авторов объясняют не действием метилового спирта, а действием его метаболитов (формальдегида и муравьиной кислоты). Метиловый спирт нарушает окислительные процессы и кислотно-щелочное равновесие в клетках и тканях. В результате этого наступает ацидоз. Отравление метиловым спиртом в ряде случаев заканчивается смертью. Опасность появления слепоты возникает уже после приема 4—15 мл метилового спирта. Смертельная доза принятого внутрь метилового спирта составляет 30—100 мл. Смерть наступает в результате остановки дыхания, отека головного мозга и легких, коллапса или уремии. Местное действие метилового спирта на слизистые оболочки проявляется сильнее, а наркотическое действие — слабее, чем у этилового спирта.

Одновременное поступление  метилового и этилового спиртов в организм уменьшает токсичность метилового спирта. Это объясняется тем, что этиловый спирт уменьшает скорость окисления метилового спирта почти на 50 %, а следовательно, и уменьшает его токсичность.

 

3. Метаболизм.

Метиловый спирт, поступивший в организм, распределяется между органами и тканями. Наибольшее количество его накапливается в печени, а затем в почках. Меньшие количества этого спирта накапливаются в мышцах, жире и головном мозгу. Метаболитом метилового спирта является формальдегид, который окисляется до муравьиной кислоты. Часть этой кислоты разлагается на оксид углерода (IV) и воду. Некоторое количество метилового спирта, не подвергшегося метаболизму, выделяется с выдыхаемым воздухом. Он может выделяться с мочой в виде глюкуронида. Однако с мочой могут выделяться и небольшие количества неизмененного метилового спирта. Метиловый спирт окисляется в организме медленнее, чем этиловый спирт.

Превращение метилового спирта в организме человека в основном происходит по следующей схеме:

При заключении об отравлении метиловым спиртом следует иметь в виду, что в организме (в норме) может содержаться 0,01—0,3 мг % метилового спирта и около 0,4 мг % муравьиной кислоты.

 

4. Обнаружение метилового спирта

Объектами для  анализа на метиловый спирт являются рвотные массы, промывные воды желудка, моча кровь, печень и почки. Учитывая летучесть метилового спирта при изолировании его из биологического материала путем перегонки с водяным паром, приемник для дистиллята необходимо охлаждать холодной водой или льдом. Полученный дистиллят в большинстве случаев содержит незначительные количества метилового спирта. Поэтому этот дистиллят подвергают двух- или трехкратной перегонке с дефлегматором. Только после дефлегмации в дистилляте определяют наличие метилового спирта.

Для обнаружения метилового спирта применяют ограниченное число реакций на этот спирт. Большинство из них проводят после переведения его в формальдегид. Наличие метилового спирта можно доказать реакцией с салициловой кислотой.

 

Реакция образования метилового эфира салициловой кислоты.

В пробирку вносят 1 мл дистиллята или другого исследуемого раствора, прибавляют 0,03—0,05 г салициловой кислоты и 2 мл концентрированной серной кислоты, а затем смесь осторожно нагревают на пламени горелки. При наличии метилового спирта в исследуемом растворе ощущается характерный запах метилового эфира салициловой кислоты:

При помощи этой реакции можно обнаружить еще 0,3 мг метилового спирта в пробе.

Эта реакция не специфична, так как при указанных выше условиях этиловый спирт с салициловой кислотой образует этиловый эфир, запах которого напоминает запах метилового эфира салициловой кислоты.

 

Окисление метилового спирта.

Большинство реакций обнаружения метилового спирта основано на окислении его до формальдегида и определении последнего при помощи реакций окрашивания.

Прежде чем приступить к окислению метилового спирта до формальдегида, необходимо проверить наличие этого альдегида в исследуемом растворе.

Для окисления метилового спирта в формальдегид применяют перманганат калия или другие окислители:

5СН₃ОН + 2КMnО₄ + 3H₂SO ₄ → 5НСНО + 2MnSO₄ + K₂SO₄ + 8Н₂О.

При взаимодействии ионов марганца с избытком перманганата калия может образоваться оксид марганца (IV):

3Mn²⁺ + 2MnO₄ ^- + 2Н₂О → 5MnO₂ + 4Н⁺.

Для связывания избытка перманганата калия и оксида марганца (IV) прибавляют сульфит натрия или другие восстановители (гидросульфит натрия, щавелевую кислоту и др.).

Описано несколько вариантов реакции окисления метилового спирта. Выбор этих вариантов зависит от содержания метилового спирта в пробе и от объема исследуемого раствора.

1. К 2 мл исследуемого раствора или дистиллята прибавляют 1 мл раствора перманганата калия, содержащего фосфорную кислоту (смесь 100 мл 3%-го раствора перманганата калия и 15 мл 87%-го раствора фосфорной кислоты). Жидкость нагревают при 50⁰С на водяной бане в течение 10 мин, затем для удаления избытка окислителя прибавляют 1 мл 5%-го раствора щавелевой кислоты в разбавленной (1:1) серной кислоте.

2. В микропробирку  вносят каплю исследуемого раствора, прибавляют каплю 5%-го раствора фосфорной кислоты и каплю 5%-го раствора перманганата калия. Жидкость тщательно перемешивают в течение 1 мин, прибавляют небольшое количество твердого гидросульфита натрия, а затем содержимое пробирки взбалтывают до обесцвечивания. Если в пробирке появится нерастворимый бурый осадок оксида марганца (IV), то еще прибавляют каплю раствора фосфорной кислоты и немного гидросульфита натрия.

Обнаружение метилового спирта после его окисления. После окисления метилового спирта до формальдегида последний определяют при помощи реакций с хромотроповой кислотой, фуксинсернистой кислотой и с резорцином. Из этих реакций специфической на метиловый спирт (после его окисления) является реакция с хромотроповой кислотой. Не дают этой реакции этиловый, пропиловый, бутиловый, амиловый и изоамиловый спирты. Некоторые вещества, содержащие спиртовые группы, при выполнении указанной реакции могут давать желтую или коричневую окраску.

 

Реакции обнаружения формальдегида:

1. Реакция с хромотроповой кислотой.

Хромотроповая кислота (1,8-диоксинафталин-3,6-дисульфокислота) с формальдегидом в присутствии серной кислоты дает фиолетовую окраску. При взаимодействии формальдегида с хромотроповой кислотой концентрированная серная кислота одновременно является водоотнимающим средством и окислителем. Вначале серная кислота вызывает конденсацию формальдегида с хромотроповой кислотой, а затем окисляет образовавшийся продукт конденсации:

Для успешного  протекания указанной выше реакции требуется серная кислота, концентрация которой должна быть не ниже 72 %.

Выполнение реакции. В пробирку вносят 3—5 капель исследуемого раствора или дистиллята, 4 мл 12 н. раствора серной кислоты и несколько кристалликов хромотроповой кислоты, а затем пробирку нагревают в течение 10 мин на водяной бане до 60 °С. При наличии формальдегида в пробе появляется фиолетовая окраска.

Предел обнаружения: 1 мкг формальдегида в пробе.

 

2. Реакция с фуксинсернистой кислотой.

Фуксинсернистая кислота (реактив Шиффа) с формальдегидом дает синюю или сине-фиолетовую окраску.

Для приготовления  фуксинсернистой кислоты берут раствор парафуксина (I), имеющий красную окраску, прибавляют водный раствор оксида серы (IV) или пропускают газообразный SO₂. При этом образуется фуксинсернистая кислота (II), не имеющая окраски. Эта кислота с альдегидами образует хиноидный краситель (III) розового цвета:

Выполнение реакции. В пробирку вносят 1 мл исследуемого раствора и 2—3 капли концентрированной серной кислоты. Содержимое пробирки взбалтывают и охлаждают проточной водой, затем прибавляют 1 мл раствора фуксинсернистой кислоты. Появление сине-фиолетовой или красно-фиолетовой окраски указывает на наличие формальдегида.

Раствор иногда окрашивается не сразу, а через 10—15 мин. Окраска может появляться не только под влиянием формальдегида, но и под влиянием окислителей (хлор, оксиды азота, кислород воздуха и др.). Поэтому появление окраски через 30 мин после прибавления реактивов не должно рассматриваться как положительный результат реакции на формальдегид.

 

3. Реакция с резорцином. Формальдегид взаимодействует с резорцином с образованием окрашенного соединения:

Выполнение реакции. В пробирку вносят 1 мл исследуемого раствора и 1 мл 1 %-го раствора резорцина в 10 %-м растворе гидроксида натрия. Смесь нагревают в течение 3—5 мин на водяной бане. Появление розовой или малиновой окраски указывает на наличие формальдегида.

 

Метод микродиффузии.

Этот метод  основан на окислении метилового спирта до формальдегида. При взаимодействии формальдегида с хромотроповой кислотой появляется фиолетовая окраска.

В наружную камеру прибора для микродиффузии вносят 1 мл крови или мочи либо 1 г гомогената ткани. Затем в наружную камеру вносят 1 мл насыщенного раствора карбоната калия. Во внутреннюю камеру прибора вносят 3 мл 10%-го раствора серной кислоты. Прибор закрывают крышкой и оставляют на 3 ч. При исследовании гомогената ткани время диффузии увеличивается до пяти часов.

К 1 мл раствора, взятого из внутренней камеры, прибавляют ] каплю 5%-го раствора перманганата калия и оставляют на 10 мин, а затем прибавляют 1—2 капли насыщенного раствора гидросульфита или сульфита натрия. После исчезновения окраски перманганата калия к жидкости прибавляют 0,2 мл 0,5 %-го раствора хромотроповой кислоты в концентрированной серной кислоте. Жидкость в пробирке охлаждают в ледяной воде, а затем прибавляют 4 мл концентрированной серной кислоты и нагревают пробирку на кипящей водяной бане в течение 15 мин.

Появление красной  или фиолетовой окраски жидкости указывает на наличие метилового спирта в исследуемой пробе. Эту пробу выполняют тогда, когда в исследуемом объекте отсутствует формальдегид.

 

Предварительная проба на метиловый и этиловый спирты в моче и крови.

 К 1 мл мочи прибавляют 1 мл 10 %-го раствора дихромата калия в 50%-м растворе серной кислоты. Появление зеленой окраски указывает на наличие метилового и этилового спиртов в моче. При наличии 150 мг % этих спиртов в моче окраска появляется в течение 10 с, а при количествах, превышающих 75 мг %,— в течение 45 с.

 Поскольку такую реакцию дают некоторые другие спирты и соединения, способные окисляться дихроматом калия, то положительные результаты этой реакции необходимо подтвердить другими предварительными пробами, которые описаны ниже.

 

Количественное  определение

Навеску биологического материала  в количестве 200-300 г измельчают, подкисляют виннокаменной кислотой и подвергают дистилляции с водяным паром. Дистиллят собирают в количестве 250-300 мл. полноту отгонки метилового спирта устанавливают качественной реакцией. Для освобождения от летучих кислот дистиллят подщелачивают 10% раствором карбоната натрия и подвергают двукратному дефлегмированию. При этом отгоняют в первый раз 100 мл, во второй – 14 мл жидкости. Последний дефлегмат служит для количественного определения метилового спирта колориметрическим методом, основанном на окислении метилового спирта до формальдегида и последующем определении его по реакции с фуксиносернистой кислотой. Летучие продукты гниения снижают чувствительность реакции.