Автореферат и диссертация по медицине (14.00.07) на тему:Научное обоснование спектрофотометрических методов определения цианидов для токсикологических и гигиенических исследований

003462927

На правах рукописи

ДЕДКОВА Лариса Александровна

НАУЧНОЕ ОБОСНОВАНИЕ СПЕКТРОФОТОМЕТРИЧЕСКИХ МЕТОДОВ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ЦИАНИДОВ

ДЛЯ ТОКСИКОЛОГИЧЕСКИХ И ГИГИЕНИЧЕСКИХ ИССЛЕДОВАНИЙ

14.00.07-гигиена

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата биологических наук

Иркутск - 2009

003462927

Работа выполнена в Ангарском филиале - НИИ медицины труда и экологии человека ГУ Научный центр медицинской экологии ВСНЦ СО РАМН

Научный руководитель:

доктор биологических наук, профессор

Научный консультант:

кандидат медицинских наук

Дорогова Варвара Борисовна

Хамуев Геннадий Дмитриевич

Официальные оппоненты:

доктор биологических наук Дъякович Марина Пинхасовна

кандидат медицинских наук, доцент Жукова Елена Викторовна

Ведущая организация

ГОУДПО «Иркутский государственный институт усовершенствования врачей» Федерального агентства по здравоохранению и социальному развитию

Защита состоится «оЬОг> 2009 г. в час на заседании Дис-

сертационного совета Д.208.032.02 ГОУ ВПО «Иркутский государственный медицинский университет Федерального агентства по здравоохранению и социальному развитию» по адресу: 664003, г. Иркутск, ул. Красного Восстания, 3.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ГОУ ВПО «Иркутский государственный медицинский университет».

Автореферат разослан » 2009 г.

Ученый секретарь диссертационного совета, доктор медицинских наук, профессор

Лемешевская Е.П.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы исследования

Введение на золотоизвлекательных фабриках ионообменной технологии извлечения золота из руды обусловливают контакт работников с цианидами, так как основным технологическим реагентом при ионообменном процессе извлечения золота из руды является цианплав. Его раствор представляет собой слабую синильную кислоту, которая выделяется в воздух производственных помещений в виде цианистого водорода, являющегося основным неблагоприятным химическим фактором (ЛодешциковВ.В. с соавт., 1971; ЛутайА.В. ссоавт., 1974; Рукавишников B.C. с соавт., 1980). Концентрации цианистого водорода могут изменяться в значительных пределах в зависимости от времени года, состояния технологического оборудования, условия ведения технологического процесса, в ходе которого может меняться температура и щелочность цианистой пульпы, концентрация в ней цианидов (Рукавишников B.C. с соавт., 2000). В то же время остаются не изученными особенности формирования газовой фазы синильной кислоты в зависимости от ионного состава жидкой цианистой пульпы.

В условиях ведения технологического процесса ряд производственных операций осуществляется с использованием ручного труда, что приводит к контакту кожных покровов рабочих с цианистыми растворами пульпы. В то же время до сих пор не установлен предельно допустимый уровень загрязнения кожных покровов (ПДУзкп) цианистыми соединениями, хотя встречаются работы, указывающие на проникновение цианистых соединений в эксперименте через кожу, вплоть до летального исхода (Долгов Л.В. с соавт., 1961 Лазарев Н.В., 1977). Кроме того, отсутствует научно обоснованный, оперативный, применимый для исследований в натурных условиях метод определения цианидов в смывах с кожных покровов.

Попадая в организм теплокровных животных и человека, цианистые соединения, независимо от пути поступления, переходят в менее токсичную форму - тиоцианаты, которые выводятся наружу через почки с мочой (Кнапик 3. с соавт., 1981; Оксегендлер Г.И., 1989). Но существующие методы определения тиоцианатов в моче требуют усовершенствования, так как одни авторы предлагают большое разбавление пробы, что ведет к искажению результатов (Алексиев A.A., с соавт., 1986), другие - очень длительный по времени (3 часа) анализ (Geanjeloo А., 1980; Akira S., 1989).

Методы определения цианидов в смывах с кожных покровов и в моче, а также гигиенический норматив (ПДУЗК[|) могут применяться для санитарно-гигиенического контроля цианидов и в других отраслях народного хозяйства, где работники контактируют с цианистыми соединениями, например, в фармакологической промышленности, в сельском хозяйстве, при гальванических покрытиях (Швайкова М.Д., 1975; Лазарев Н.В., 1977).

Вышеизложенное обусловило актуальность проведения настоящего исследования.

Данная работа выполнялась по основному плану НИР АФ - НИИ МТ и ЭЧ ГУ НЦ МЭ ВСНЦ СО РАМН в рамках комплексной программы СО РАМН «Здоровье населения Сибири» (№ гос. per. 0192001461). Кроме того, в диссертационной работе использованы материалы исследований, выполненных на хоздоговорных началах с ОАО «ИРГИредмет».

Цель исследования

Научное обоснование современных подходов к санитарно-химическому контролю цианистых соединений на золотоизвлекательных фабриках.

Для достижения поставленной цели были определены следующие задачи:

1. Изучить особенности формирования газовой фазы синильной кислоты в технологии извлечения металла на золотоизвлекательных фабриках в зависимости от ионного состава жидкой цианистой пульпы.

2. Разработать спекгрофотометрический метод определения цианида калия в смывах с кожных покровов.

3. Усовершенствовать спектрофотометрический метод определения тио-цианатов в моче, как конечных метаболитов цианистых соединений.

4. Апробировать разработанные методы в токсикологических и в гигиенических исследованиях.

Научная новизна работы

Впервые установлена закономерность перехода цианида в воздух производственных помещений золотоизвлекательных фабрик (ЗИФ) в зависимости от наличия в цианистой пульпе анионов хлора, сульфатов и тиоцианатов, приводящих к увеличению перехода цианида в воздух рабочей зоны. Присутствие в цианистой пульпе катионов цинка и меди в высоких концентрациях, наоборот, уменьшает выход цианида в воздух производственных помещений ЗИФ.

Научно обоснован спектрофотометрический метод селективного определения цианида калия в смывах с кожных покровов, основанный на реакции Кенига с применением дибарбитурата глутаконового альдегида, для которого установлен молярный коэффициент светопоглощения и сформулированы оптимальные условия проведения реакции: максимум светопоглощения Хтах = 586 нм, концентрация раствора барбитуровой кислоты - 1 %.

Впервые установлены токсикологические параметры при загрязнении кожных покровов цианидом калия, характеризующиеся LD^', равному 34,6 мг/кг и ПДУзкп, равному 0,00006 мг/см2 (по CN").

Практическая значимость работы

Разработанный спектрофотометрический метод определения цианида калия в смывах с кожных покровов и предельно допустимый уровень загряз-4

нения кожных покровов (ПДУ,„„) цианистыми соединениями утвержден в виде Методических указаний Главным государственным санитарным врачом РФ Г.Г. Онищенко 20.06.2000 г. (МУК 4.1.977 - 00).

Разработанный метод спектрофотометрического определения цианида калия в смывах с кожных покровов внедрен в санитарно-гигиенической лаборатории ФГУЗ «Центр гигиены и эпидемиологии в Иркутской области» и в цехе гидрометаллургии ЗИФ ОАО «Бурятзолото» (акты внедрения от 06.09.2007 и 14.03.2008 гг.).

Результаты исследований по влиянию состава цианистой пульпы на переход цианида в воздух производственных помещений были реализованы при разработке проектов золотодобывающих предприятий, применяющих цианирование (месторождение Светлинское, Ачинское и ряд других) (акт внедрения от 09.02.2007 г.).

Основные положения, выносимые на защиту:

• На формирование газовой фазы синильной кислоты в воздухе производственных помещений золотоизвлекательных фабрик влияет присутствие в цианистой пульпе высоких концентраций анионов хлора, сульфатов, тиоциа-натов и катионов меди, цинка;

• Разработанные спектрофотометрические методы измерения массовых концентраций цианидов в смывах с кожных покровов и в моче, основанные на реакции Кенига, отвечают требованиям, предъявляемым нормативными документами к фотометрическому анализу, что делает возможным их использование в токсикологическом эксперименте и санитарно-гигиеническом контроле загрязнения кожных покровов работников цианистыми соединениями.

Апробация результатов исследований

Основные материалы диссертации представлены и обсуждены на региональной конференции «Проблемы медицинской экологии и здоровья человека в Сибири» (Иркутск, 1996); конференции молодых ученых НИИ МТ и ЭЧ (Ангарск, 1997); научно-практической конференции «Проблемы и методические аспекты оценки и прогнозирования здоровья населения» (Ангарск, 1997); научно-практической конференции «Региональные экологические проблемы и здоровье населения» (Ангарск, 1999); Международном конгрессе молодых ученых «Науки о человеке» (Томск, 2007). Материалы исследований докладывались и обсуждались на Ученых Советах НИИ МТ и ЭЧ (2008).

Публикации

По теме диссертационной работы опубликовано 11 статей, в том числе 2 статьи в журналах, рекомендованных ВАК России, и 1 сборник Методических указаний (МУК 4.1.977 - 00).

Личный вклад автора

Совместно с научным руководителем были определены цель и задачи, методология исследования. Самостоятельно разработаны методы, проведена апробация методов в токсикологических и натурных исследованиях.

Структура и объем диссертации

Диссертация состоит из введения, шести глав, выводов, списка использованной литературы, включающего 132 наименования (115 источников на русском и 17 - на иностранных языках), приложений. Работа изложена на 131 странице машинописного текста, содержит 10 рисунков и 29 таблиц.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Материалы и методы исследования

При выполнении данной работы были использованы современные химико-аналитические, токсиколого-гигиенические и математико-статистические методы исследования.

В химико-аналитических исследованиях для изучения влияния некоторых ионов, присутствующих в жидкой цианистой пульпе, на переход синильной кислоты в воздух рабочей зоны, а также для разработки спектрофотометриче-ских методов определения цианидов в смывах с кожных покров и в моче были использованы химические реактивы отечественного производства, которые соответствовали маркировке ЧДА и ХЧ.

В лабораторных условиях искусственно моделировали раствор цианплава (однокомпонентный раствор цианида натрия) и изучали влияние анионов хлора, сульфатов, тиоцианатов и катионов меди, цинка, железа на переход синильной кислоты в воздух производственных помещений. Переход синильной кислоты в газовую фазу осуществляли методом барботирования пузырьков воздуха через слой раствора. Определение цианида осуществляли согласно Методическим указаниям по измерению концентраций вредных веществ в воздухе рабочей зоны (вып. 21, 1986), по методике с использованием хлорамина и пиридин-барбитурового реактива (№ 3595 - 85). Всего было проанализировано 80 проб (работа выполнена при консультации к.т.н., зав. лаб. охраны окружающей среды ОАО «ИРГИредмет» В.Ф. Петрова).

Количественным критерием, характеризующим процесс фазового перехода синильной кислоты, являлся коэффициент распределения, рассчитанный по уравнению (1) (сборник методик по расчету выбросов в атмосферу загрязняющих веществ различными производствами, 1986):

Кф — — 1п(Сяс,у ^ясу) (1)>

где:К®сл, - коэффициент фазового распределения синильной кислоты;

Снсн ~~ текущая концентрация синильной кислоты в газовой фазе, мг/дм3; chcn ~~ исходная концентрация синильной кислоты в растворе, мг/дм3; Снсн ~~ текущая концентрация синильной кислоты в растворе, мг/дм3; V— общий расход барботируемого воздуха на 1 дм3 раствора, дм3. При добавлении в однокомпонентный раствор цианида натрия изучаемых ионов концентрацию синильной кислоты определяли в растворе расчетным путем с учетом константы ионизации синильной кислоты (рКа) (Лурье Ю.Ю., 1989) по уравнению (2) и констант устойчивости цианидных комплексов металлов (Кр) (Лурье Ю.Ю., 1989) по уравнению (3) (Инцеди Я., 1979): QP _ СсВОБ _ (2),

HCN ^QpH-pKa ^QpH-pKa

где: C¿oí - исходная концентрация свободного цианида в растворе, мг/дм3; C'N - концентрация цианид - иона в растворе, мг/дм3.

-¿О-

Ссы = - Z h '

о

где: C¿4 - общая концентрация цианида в растворе, мг/дм3; [Me]¡ - концентрация металла (/) в растворе, мг/дм3; - константа устойчивости комплексов (/') металлов (;) в растворе; у - число групп лиганда металла. При разработке методов количественного определения цианидов в смывах с кожных покровов и в моче готовили стандартные растворы из реактива цианида калия с содержанием основного вещества не менее 99 % в пересчете на сухое вещество (ТУ 8465 - 79) и реактива калия роданистого (ГОСТ 4139-75).

Способ смыва цианида калия с кожных покровов выбирали согласно Методическим указаниям «Оценка воздействия вредных химических соединений на кожные покровы и обоснованию предельно допустимых уровней загрязнений кожи» (1980). Нами был выбран способ «обмыва», так как другие 4 способа смыва исследуемого вещества предполагают его большую потерю.

Метод спекгрофотометрического определения цианида калия в смывах с кожных покровов разрабатывали согласно Методическим рекомендациям «Разработка методов определения вредных веществ на коже» (1985).

Измерение светопоглощения осуществляли на отечественном спектрофотометре СФ - 26.

В процессе разработки метода количественного определения цианидов в смывах с кожных покровов было выполнено 220 анализов, при определении цианидов в смывах с кожи белых крыс проанализировано 100 смывов, при определении содержания цианистых соединений в смывах с кожных покровов работников Нижнее-Куранахской золотоизвлекательной фабрики было проанализировано 200 проб. В процессе отработки метода определения тиоцианатов

в моче было выполнено 70 анализов, при определении тиоцианатов в моче белых крыс было проанализировано 120 проб.

Токсиколого-гигиенические исследования по оценке кожнош действия цианида калия проводились на 6 кроликах породы «Шиншилла», 22 морских свинках светлой масти массой 270-350 г и на 350 белых крысах обоего пола близких к линии «Вистар» с исходной массой 150 г. Исследования выполнены сотрудниками лаборатории токсикологии НИИ МТ и ЭЧ с участием автора в соответствии с Методическими указаниями «Оценка воздействия вредных химических факторов на кожные покровы и обоснование предельно допустимых уровней загрязнений кожи» (1980).

Для оценки состояния организма подопытных животных использовали следующие показатели:

- физиологические: масса тела и внешний вид животных. Реакцию со стороны глаз на внесение раствора цианида калия оценивали согласно Методическим указаниям за № 2196 - 80 (1980). Реакцию кожи на воздействие раствора цианида калия определяли визуально (покраснение) и измерением толщины кожной складки;

- биохимические: активность пероксидазы, содержание гемоглобина, количество эритроцитов, фагоцитарную активность лейкоцитов определяли в цельной крови. Гормоны щитовидной железы трийодтиронин (Т3) и тироксин (Т4) определяли радиоимунным методом в сыворотке крови;

- гистохимические: определение активности сукцинатдегидрогеназы, щелочной фосфотазы, содержание липидов и гликогена в клетках печени.

Сенсибилизирующее действие раствора цианида калия оценивали по результатам внутрикожного тестирования и реакциям in vitro: ППН - показатель повреждения нейтрофилов и PCAJI — реакция специфической агломерации лейкоцитов.

Внутренние органы подвергали морфологическому исследованию с окраской гистологических препаратов гематоксилин-эозином.

Натурные исследования проведены на Нижнее-Куранахской золотоиз-влекательной фабрике АО «Алданзолото», где используется ионообменная технология извлечения металла из руды.

Степень загрязнения кожных покровов (ладонь, спина) определялась у рабочих трех профессиональных групп, по роду своей деятельности контактирующих с цианистыми растворами пульпы. Данные исследования проводились по аналогии и в соответствии с Методическими рекомендациями «Гигиенический контроль за загрязнением кожных покровов работающих в контакте с фенолформальдегидными смолами» (1974). Смывы с кожных покровов проводили у одних и тех же лиц в динамике смен и рабочей недели, где размер смываемого участка составлял 25 см2.

Математико-статистическая обработка полученных результатов измерений в химических анализах проводилась с доверительной вероятностью 0,95 по общепринятым методикам (ГОСТ 12.1.016 - 79 «Воздух рабочей зоны. Требования к методикам измерения концентраций вредных веществ», ГОСТ Р ИСО 5735 - 2 - 2002 «Точность (правильность и прецизионность) методов и результатов измерений. Части 1-6). Статистическая обработка данных выполнялась с помощью пакета прикладных программ Excel пакета Office 2003 (в ОС «Windows ХР»).

Результаты экспериментальных исследований, полученные в токсикологическом эксперименте, были подвергнуты статистическому анализу с использованием метода Литчфилда и Уилкоксона, критерия (t) Стьюдента - Фишера.

Работа выполнена в соответствии с требованиями биомедицинской этики, утвержденными Хельсинской декларацией Всемирной медицинской ассоциации (2000).

РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИЙ И ИХ ОБСУЖДЕНИЕ

Для определения влияния изучаемых анионов и катионов, входящих в состав цианистой пульпы, на переход синильной кислоты в газовую фазу, искусственно моделировали различные режимы состояния технологических пульп с соблюдением условий, обеспечивающих изменение исследуемого параметра и постоянство остальных параметров. В расчетах использовали результаты трех самостоятельных измерений, отличающихся по абсолютной величине не более чем на 5 %.

За исходные показатели пульпы были приняты следующие значения:

- однокомпонентный раствор цианида натрия, с содержанием цианид-ионов 800 мг/дм3;

- показатель рН растворов при проведении эксперимента был равен 11,0 + 0,05;

- температура раствора соответствовала 17,5 ± 0,5 "С.

Исследуемые изменяемые параметры — это соответствующие растворы солей натрия (роданистый, сернокислый и хлористый) с концентрацией анионов 100,500,1000,2000 и 5000 мг/дм3 и растворы солей металлов - цинка, меди и железа, с концентрацией катионов 50,100 и 500 мг/дм3, реально существующие в технологическом процессе.

Полученные расчетные данные коэффициента фазового распределения синильной кислоты в присутствии хлоридов, сульфатов и тиоцианатов свидетельствуют о том, что, начиная с концентрации анионов 500 мг/дм3, коэффициент фазового распределения синильной кислоты начинает увеличиваться по сравнению с коэффициентом распределения однокомпонентного раствора цианида натрия, который равен 2,12 * 10 4 (табл. 1).

Самые высокие коэффициенты фазового распределения синильной кислоты наблюдаются при концентрации анионов в однокомпонентном растворе цианида натрия равной 5000 мг/дм3. Их действие подобно эффекту «высаливания», свойственного поликомпонентным растворам (табл. 1).

Таблица 1

Влияние анионов хлора, сульфатов и тиоцианатов на переход синильной кислоты в воздух рабочей зоны

Изучаемые анионы

Концентрация анионов, мг/дм3 ЭО 4~ С1

Коэффициент фазового распределения синильной кислоты Ф ^ (К -10 ), в присутствии изучаемых анионов

0 2,12 2,12 2,12

100 2,10 2,18 2,14

500 2,26 2,24 2,26

1000 2,31 2,29 2,34

2000 2,41 2,30 2.42

5000 2,47 2,54 2,38

При добавлении катионов меди и цинка в высоких концентрациях к одно-компонентному раствору цианида натрия наблюдалась тенденция к снижению степени перехода синильной кислоты в воздух производственных помещений. Катионы железа влияния на величину фазового распределения синильной кислоты практически не оказывали (табл. 2).

Таблица 2

Влияние катионов металлов на переход синильной кислоты в воздух рабочей зоны

Концентрация катионов металлов, мг/дм3 Изучаемые катионы

_ 2+ Си , 2+ 2п Ре3+

Коэффициент фазового распределения синильной кислоты Ф и (К *10 ) в присутствии катионов металлов

0 2,12 2,12 2,12

50 2,12 2,10 2,13

100 2,09 2,11 2,12

500 2,01 2,03 2,09

Для оценки соответствия требованиям к методикам измерения концентраций вредных веществ в смывах с кожных покровов нами были выбраны наиболее чувствительные и специфичные спектрофотометрические методы определения цианидов, основанные на реакции Кенига. При действии на пиридин хлористого циана пиридиновый цикл раскрывается с образованием глутаконового альдегида. В результате взаимодействия глутаконового альдегида с барбитуровой кислотой, вводимую в реакционную смесь, образуется окрашенный дибарбитурат глутаконового альдегида (полиметиновый краситель):

0NH—.СО

/ I

+ CNC1 + 2 CO СН, ■

Ч I 2

•NH-CO

N

пиридин барбитуровая

кислота

NH ■

I

СО

I

с =сн-сн=ен-сн=сн'

со-I

-СН

■ NH I

СО+ NH2CN +CI

NH -СО

СО — мн

Недостатком спектрофотометрических методов, основанных на реакции Кенига, является нестабильность окраски (Sarma А., 1985). Проанализировав общеизвестные методики определения цианида с применением хлорамина и пиридин-барбитурового реактива, мы пришли к выводу, что в основном исследователи используют 3 % раствор барбитуровой кислоты (Алексиев A.A. с соавт., 1986; МУ, 1992; Eeden Peter С.Н., 1985). Исследования, проведенные на устойчивость окраски полиметинового красителя во времени, показали, что максимальное светопоглощение наблюдается через 5 минут после добавления в раствор пиридин-барбитурового реактива, окраска устойчива 40 минут (рис. 1).

0,3

о 0,2 -

i

о о

0,1 -

60

Время, мин

Рис. 1. Устойчивость окраски полиметинового красителя во времени с использованием в реакции 3% раствора барбитуровой кислоты (концентрация цианид-ионов в растворе 0,3 мкг/см3).

Руководствуясь исследованиями А. Багша (1985), нами был испытан 1% раствор барбитуровой кислоты. Эксперименты показали, что наиболее оптимальным является использование 1 % раствора барбитуровой кислоты. Окраска раствора достигает максимального значения через 10 минут после добавления пиридин-барбитурового реактива и устойчива в течение 2-х часов (рис. 2).

Время, мин

Рис. 2. Устойчивость окраски полиметинового красителя во времени с использованием в реакции 1% раствора барбитуровой кислоты (концентрация цианид-ионов в растворе 0,3 мкг/см3).

На основании проведенных экспериментов нами предложен следующий состав пиридин-барбитурового реактива: 1 г барбитуровой кислоты растворяют в колбе на 100 см3 в небольшом количестве дистиллированной воды. Добавляют 15,0 см3 свежеперегнанного пиридина, 3,0 см3 концентрированной соляной кислоты и доводят объем до метки дистиллированной водой. Реактив можно хранить в холодильнике в темной посуде в течение недели.

В соответствии с методическими рекомендациями «Разработка методов определения вредных веществ на коже» (1985) достоверные результаты получают при анализе дозированного количества вредных веществ, нанесенных на кожу испытуемых. В случае невозможности проведения указанного эксперимента, в качестве образцов можно применить изолированную кожу человека или свиную кожу.

Учитывая физико-химические свойства цианида калия и безопасность растворителя и также проведения эксперимента для здоровья человека, в качестве смывающей жидкости была выбрана дистиллированная вода, объем которой составил 10,0 см3. Смыв производят с поверхности изолированной свиной кожи через одну минуту после нанесения раствора цианида калия. Изолированную свиную кожу обрабатывают с помощью ватного тампона массой 0,3 г. Смыв 12

осуществляют трижды. Если смыв получается мутным, его фильтруют. Погрешность операции фильтрования пробы смыва составляет 2 %.

Градуировочную характеристику, выражающую зависимость светопо-глощения от массы цианида калия, устанавливают по 5 сериям растворов для градуировки. Каждая серия состоит из 6 растворов. Растворы готовят в пробирках в соответствии с таблицей 3.

Таблица 3

Растворы для установления градуировочной характеристики при определении цианида калия в смывах с кожных покровов

N8 раствора ДЛЯ градуировки Стандартный раствор с содержанием цианид-ионов 1,0 мкг/см3, см3 Дистиллированная вода, см3 Содержание цианид-иона, мкг

1 0,0 3,0 0,0

2 0,1 2,9 0,1

3 0,2 2,8 0,2

4 0,4 2,6 0,4

5 0,8 2,2 0,8

6 1,0 2,0 1,0

На анализ берут 3,0 см3 смывной жидкости, добавляют 0,2 см31 % раствора хлорамина и 1,0 см3 пиридин-барбитурового реактива. Через 10 минут свегопо-глощение растворов замеряют на СФ - 26 в кюветах 1,0 см при длине волны 586 нм относительно холостой пробы (раствор для градуировки № 1). Содержание цианида калия в смывах определяют по градуировочному графику (рис. 3).

Концентрация цианид-иона в пробе, мкг

Рис. 3. Зависимость светопоглощения от содержания цианид-иона в анализируемом объеме пробы.

В заданном диапазоне концентраций от 0,1 до 1,0 мкг установлена линейная зависимость, что свидетельствует о соблюдении закона Ламберта - Бугера - Бера (Алексеевский В.Б. с соавт., 1988). Нами было установлено, что максимальная величина молярного коэффициента светопоглощения (Ех) дибарбитурата глутаконового альдегида приходится на длину волны 586 нм и равна 0,2 х 105 (рис. 4).

Длина волны, нм

Рис. 4. Спектральная характеристика окрашенного раствора цианида калия.

Метрологические характеристики в виде зависимости от значения массовой концентрации анализируемого компонента в пробе приведены в таблице 4.

Таблица 4

Значения оперативного контроля измерения концентраций цианида калия в смывах с кожных покровов

Диапазон определяемых концентраций цианида калия при смыве с площади 25 см2 (по СМ"), мг/см2 Наименование метрологической характеристики

Характеристика погрешности, мг/см2, (Р = 0,95) Норматив оперативного контроля погрешности, Д = К, мг/см2, (т = 3, Р = 0,90) Норматив оперативного контроля воспроизводимости, К = О, мг/см2

от 0,000013 до 0,00018 0,003 + 0.01С 0,002 + 0.012С 0,006 + 0,039С

Примечание: С - среднеарифметическое результатов параллельных определений, мг/см2.

Настоящая методика обеспечивает выполнение измерений, при доверительной вероятности Р = 0,95 с суммарной погрешностью 19,2 %.

Изучение воздействия цианистых соединений (на примере цианида калия) на кожные покровы и дальнейшего обоснования предельно допустимого уровня загрязнения кожи (ЦЦУЗКП) было начато с проведения острых опытов по определению параметров токсичности с целью уточнения величины ЬВ50 и дальнейшего использования полученных результатов для расчетов среднесмертельной величины цианида калия при поступлении через кожу

В острых опытах при внутрижелудочном введении белым крысам были испытаны дозы цианида калия от 20 до 1 мг/кг (по С1^~). Статистическая обработка результатов выполнена по методу Литчфилда и Уилкоксона. В результате установлена величина среднесмертельной дозы (1ЛЭ50) цианида калия и ее доверительные границы, которая равна 5,25 (4,86 5,67) мг/кг. Полученные данные свидетельствуют об узком диапазоне между минимально переносимыми и абсолютно смертельными дозами, что согласуется с данными литературы (Лазарев Н.В., 1977).

На основании полученных данных была рассчитана величина ЬБ^', которая составила 21,8 мг/кг (по С1Ч~). Для этого было использовано рекомендуемое уравнение (МУ, 1980):

^ Ц)™' крысы = 0,79 х \ё ЬО50 крысы в/ж + 0,77 (4).

Среднеэффективное время гибели животных (ТЦЦ) рассчитывают по уравнению (5): ТЩ,' = 1,19 х ^ Г!)",;' ~ 1>78, которое составило 3,5 минуты.

При исследовании резорбтивного действия цианида калия были испытаны растворы в дозах от 60 до 10 мг/кг. При нанесении на кожу белых крыс растворов цианида калия в дозах от 45 до 20 мг/кг отмечалась гибель животных. По результатам опыта была получена величина ЬВЦ' на уровне 36,4 мг/кг (по СЫ") или 91,0 мг/кг по КСИ. При этом среднеэффективное время (ТЦ"0') до появления выраженных явлений отравления составило 12,5 минут. Полученные параметры токсичности цианида калия характеризуют его, согласно ГОСТ 12.1.007-76, по величине ЬБ50 при внутрижелудочном введении и по величине ПЭ^' как вещество, относящееся к 1 классу опасности (менее 15 мг/кг).

Картина отравления (короткая стадия беспокойства и возбуждения, животные принимают боковое положение, появляются клонико-тонические судороги, лапки и нос имеют выраженную красную окраску) при накожном пути поступления и при внутрижелудочном введении раствора цианида калия была одинакова, только в первом случае она замедлена во времени.

Для установления ПДУзкп цианистыми соединениями нами было исследовано раздражающее действие растворов цианида калия на слизистые глаза кроликов, сенсибилизирующее (кожа морских свинок), местное, кожно-резорбтивное и хроническое действие растворов цианида калия на кожу белых крыс (табл. 5).

Токсикологическая оценка воздействия растворов цианида калия на кожные покровы экспериментальных животных

Изучаемое действие цианида калия Испытанные концентрации и дозы цианида калия Биологическое действие и его оценка

Раздражающее (на слизистые глаза кроликов) 0,04% и 0,5% водные растворы Общая реакция в 1-2 балла

Местное (на кожу белых крыс) 2,0; 1,5 и 1,0 мг/кг Слабо раздражающее действие. Общая реакция 1 балл.

Сенсибилизирующее (на кожу морских свинок) 0,5% водный раствор Слабо выраженная сенсибилизация (положительные кожные пробы и снижение фагоцитоза)

Кожно-резорбтивное (на кожу белых крыс) Погружение хвостов в 0,04% и 1,0% растворы цианида калия в 0,5% растворе щелочи На 8-10 сутки наблюдения самоампутация хвостов у трех животных. Гибели животных не отмечали.

Аппликации 0,04% и 0,5% водными растворами Видимых изменений со стороны кожи не обнаружено. Выявлены функциональные изменения (биохимические, гистохимические)

Хроническое (на кожу белых крыс) 2,0; 0,2 и 0,02 мг/кг Видимых изменений со стороны кожи не обнаружено. Выявлены функциональные изменения (биохимические, гистохимические)

В эксперименте по оценке кожно-резорбтивного действия растворов цианида калия аппликации вещества выполнены на освобожденную от шерсти кожу спины животных площадью 16 см2. Животным 1 группы наносили 0,04% водный раствор цианида калия. Животным 2 группы наносили 0,5% водный раствор цианида калия. Животным контрольной группы наносили дистиллированную воду. В течение эксперимента определяли содержание тиоцианатов в моче подопытных животных (табл. 6).

Таблица 6

Содержание тиоцианатов в моче белых крыс при накожном пути поступления цианида калия

Сроки наблюдения Содержание тиоцианатов в моче белых крыс (Сер ± Д), мкг/см3

Контрольная группа (л = 6) 1 группа (п = 6) 2 группа (л = 6)

5 сутки 0,12 ±0,01 0,43 ± 0,05 2,75 ± 0,31*

10 сутки 0,13 ±0,02 2,35 ± 0,30* 2,17 ±0,16*

20 сутки 0,10 ±0,01 2,18 ±0,22* 2,43 ± 0,26*

Примечание: * - различия статистически достоверны по сравнению с данными кон трольной группы, р < 0,01.

Установлено, что содержание тиоцианатов в моче подопытных животных в зависимости от периода наблюдения в 3,5-24,0 раза выше, чем у животных контрольной группы. При этом была отмечена прямая зависимость между дозой и длительностью поступления цианида калия в организм подопытных животных. Случаев гибели животных не отмечалось. Определение тиоцианатов в моче проводили усовершенствованным нами спектрофотометрическим методом, суммарная погрешность которого составляет 12%.

Таким образом, при количественном определении тиоцианатов в моче белых крыс был установлен факт проникновения цианида калия через кожу подопытных животных.

Для определения скорости поступления (и) 1% раствора цианида калия в организм подопытных животных проводили эксперименты с изолированной кожей крысы. Через 60 минут от начала эксперимента отбирали пробу и определяли в ней содержание цианида. В данных условиях эксперимента скорость поступления 1% раствора цианида калия равна 0,00007 ± 0,00001 мг/см2-мин.

Необходимость проведения исследований по изучению сенсибилизирующих свойств цианидов была обусловлена имеющимися литературными данными о кожных аллергических заболеваниях у рабочих, непосредственно контактирующих с цианистыми соединениями (Колпаков Ф.М. с соавт., 1978; Тареева Е.Ф. с соавт., 1976; ЯаШ1 Ь., 1980). Результаты исследований показали, что накожные аппликации 0,5% водным раствором цианида калия вызывают у части морских свинок развитие реакций, по показателям ППН и РСАЛ, характерных для состояния слабо выраженной сенсибилизации. Кроме того,, воздействие цианида калия в эксперименте способствует уменьшению количества активных фагоцитирующих нейтрофилов, незначительно уменьшая их поглотительную функцию.

Хроническое действие растворов цианида калия изучали на белых крысах в трех подопытных группах, а четвертая являлась контрольной. Животным первой группы наносили концентрацию цианида калия 0,02 мг/см2, второй -0,002 мг/см2, а третьей - 0,0002 мг/см2 на поверхность кожи размером 16 см2 в области спины. Контроль за остаточным количеством цианида калия на коже экспериментальных животных проводили периодически на первом, третьем и четвертом месяцах наблюдения.

Определение цианида калия в смывах с кожных покровов белых крыс проводили после четырехчасового контакта по 5 раз в неделю на протяжении 4-х месяцев. В таблице 7 представлены средние данные остаточного количества цианида калия на коже белых крыс за каждый месяц наблюдения.

Анализ полученных данных указывает на прямую зависимость между остаточным количеством цианида калия и величиной наносимой на кожу дозы.

Остаточное количество цианида калия на коже подопытных животных в хроническом эксперименте

Сроки наблюдения Концентрация цианида калия, нанесенная на кожу белых крыс, мг/см2

0,02 (л =10) 0,002 (л = 10) 0,0002 (л=10)

Остаточное количество цианида калия на коже животных (Сер ± А), мг/см1

1-й месяц 0,0070 ±0,0010 0,0005 ± 0,0004 0,00006 ±0,00001

3-й месяц 0,0088 ± 0,0001 0,0008 ± 0,0002 Не обн.

4-й месяц 0,0079 ± 0,0010 0,0010 ± 0,0008 Не обн.

Используя данные таблицы 7, был рассчитан коэффициент резорбции (Крез) растворов цианида калия через кожные покровы крыс. Коэффициент резорбции выражает отношение количества вещества, проникшего через кожу животного за определенный промежуток времени (в нашем случае 4 часа), к количеству вещества, первоначально нанесенного на кожу (Лойт А.О. с соавт., 1996).

Цианид калия, согласно классификации веществ по скорости испарения с поверхности кожи в зависимости от температуры кипения, относится к веществам 4 класса - это малая скорость испарения, температура кипения вещества более 260 °С. Для веществ 4 класса нет существенных различий между отношением LD^' при открытой и закрытой аппликации вещества крысам на кожу (Лойт А.О. с соавт., 1996).

Количество проникшего цианида калия рассчитывают по рекомендованному уравнению (МУ, 1980):

С = —77— 1000 (6),

М

где: С - количество вещества, проникшее в организм в мг/кг; А - количество вещества, нанесенного на кожу в мг; В — количество вещества в смыве в мг; М - масса тела в г.

Результаты расчетов количества проникшего в организм подопытных животных цианида калия и величины коэффициента резорбции представлены в таблице 8.

Анализируя полученную величину коэффициента резорбции, мы пришли к выводу, что за время экспозиции приблизительно 64 % от величины цианида калия, нанесенной на кожу белых крыс, поступает в организм животных.

Определение коэффициента резорбции (К )

№ п/п Доза, наносимая на кожу, мг/кг (л = 10) Количество цианида калия, проникшее через кожу, мг/кг Крез.

1 2,00 1,390 0,66

1,190 0,57

1,290 0,62

2 0,20 0,160 0,76

0,130 0,62

0,110 0,52

3 0,02 0,015 0,70

К ± Д ■ 0,64 ± 0,07 рез.

В условиях хронического эксперимента проводилось динамическое наблюдение за содержанием тиоцианатов в моче подопытных животных. Количество тиоцианатов в моче определяли на первом, третьем и четвертом месяцах наблюдения. В таблице 9 представлены средние данные по каждому месяцу наблюдения.

Таблица 9

Содержание тиоцианатов в моче белых крыс при хроническом действии цианида калия

Сроки наблюдения Концентрация цианида калия, нанесенная на кожу белых крыс, мг/см2

0,02 (л = 10) 0,002 (п = 10) 0,0002 (п = 10) Контрольная группа (л = 10)

Содержание тиоцианатов в моче белых крыс (Сер ± Д), мкг/см3

1-й месяц 0,26 ± 0,02 0,24 ± 0,03 0,19 ±0,01 0,13 ±0,02

3-й месяц 0,20 ± 0,02 0,14 ± 0,02 0,17 ±0,02 0,12 ±0,01

4-й месяц 1,69 ±0,16* 1,10±0,13 0,35 ± 0,04 0,18 ±0,02

Примечание: * - различия статистически достоверны по сравнению с данными контрольной группы, р < 0,05.

Установлено, что достоверное увеличение тиоцианатов в моче белых крыс в зависимости от дозы и времени экспозиции наблюдалось на четвертом месяце эксперимента в первой опытной группе животных.

Литературные данные указывают на отсутствие материальной кумуляции при воздействии цианистых соединений (Вигилев Н.С., 1954; Капустина М.П., 1959; Климкина Н.В. с соавт., 1967). На это же указывает быстрое обратное развитие признаков отравления, которое мы наблюдали в эксперименте по

оценке кожно-резорбтивного действия растворов цианида калия, в случае прекращения с ним контакта.

На возможность функциональной кумуляции указывают изменения некоторых биохимических (содержание гемоглобина в цельной крови, гормонов щитовидной железы Т3 и Т4 в сыворотке крови) и гистохимических показателей (активность щелочной фосфотазы, содержания липидов и гликогена в клетках печени), которые имели место при оценке кожно-резорбтивного и хронического действия растворов цианида калия.

Тщательно анализируя результаты экспериментальных исследований в качестве предельно допустимого уровня возможного загрязнения кожи (ПДУзкп) цианистыми соединениями нами была предложена величина цианида калия 0,00006 мг/см2 (по цианид-иону). При этом учитывался порог хронического воздействия 0,002 мг/см2. Коэффициент запаса 8.

Оценку степени загрязнения кожных покровов цианистыми соединениями проводили у работников основных профессиональных групп Нижне-Куранахской ЗИФ. В условиях ведения технологического процесса такие элементы ручного труда как отбор проб пульпы, регулировка вентилей и задвижек подачи технологических растворов, чистка и замена сеток грохотов и дренажных сеток пачуков, ремонт технологического оборудования, приводят к загрязнению кожи рабочих цианистыми соединениями, прежде всего кожи кистей рук.

Поведенный хронометраж производственной деятельности работников основных профессий показал, что суммарное время контакта с цианистыми растворами у аппаратчика сорбции составляет 18,4 ± 1,3 % за смену, у аппаратчика регенерации 17,8 ± 1,8 % за смену, у машиниста насосов и агитаторов 17,8 ± 1,2 % за смену, у ремонтника технологического оборудования 64,5 % за смену.

Данные о загрязнении ладонной поверхности кистей рук рабочих основных профессиональных групп представлены в таблице 10.

Таблица 10

Загрязнение цианистыми соединениями кожи кистей рук (ладонь) >> рабочих основных профессиональных групп Нижне-Куранахской ЗИФ <ПДУшп б'° х 10-*мг/см2)

Профессиональная группа Минимальное значение (Ст|„.-10-а), мг/см2 Максимальное значение (Ст«.-10 5), мг/см2 Среднее значение (Сср ± Д)-10"5, мг/см2

Аппаратчики сорбции и десорбции (л = 43) 3,3 4,9 4,1 ±0,6

Машинисты насосов и агитаторов (л = 40) 1,1 2,6 1,9 ±0,4

Ремонтные рабочие, слесари (л = 31) 3,6 6,5 5,1 ± 0,6

Данные, представленные в таблице 10, свидетельствуют о том, что загрязнение ладонной поверхности кистей рук наблюдалось у всех обследованных рабочих. Наиболее высокие концентрации цианистых соединений были обнаружены у ремонтных рабочих и слесарей. Их значения в ряде случаев (16 % от общего числа обследованных) незначительно превышали величину предельно допустимого уровня загрязнения кожных покровов (ПДУ зкп) цианистыми соединениями.

В смывах с закрытых участков тела (кожа спины) у всех обследованных рабочих цианистые соединения обнаружены не были. В то же время, в образцах ткани спецодежды рабочих, взятой на исследование со спины, были обнаружены концентрации цианистых соединений в пределах от 0,123 до 2,97 мг/дм2, что свидетельствует о надежных защитных свойствах используемой спецодежды.

Для изучения содержания цианистых соединений на кожных покровах щек были обследованы аппаратчики сорбции (6 человек), так как в воздухе отделения сорбции концентрации цианистого водорода превышают ПДКрз в 1,5-10 раз (Рукавишников B.C. с соавт., 1980). Установлено, что в смывах со щеки средняя концентрация цианистых соединений составила 0,000042 ± 0,00001 мг/см2, что объясняется постоянным присутствием цианистого водорода в воздухе отделений сорбции а также попаданием капель жидкой цианистой пульпы на кожу лица работников.

У этих же аппаратчиков сорбции были обследованы кожные покровы предплечья (закрытый участок тела). Это связано с тем, что аппаратчики сорбции выполняют такую ручную операцию как чистка и замена сеток грохотов и дренажных сеток пачуков. Установлено, что в смывах с предплечья средняя концентрация цианистых соединений составила 0,000037 ± 0,000008 мг/см2. В образцах ткани спецодежды взятой на исследование с рукавов были обнаружены цианистые соединения в концентрациях от 3,0 до 10,0 мг/дм2. Такая значительная разница в содержании цианистых соединений на различных участках спецодежды обусловлена тем, что, при выполнении ручных операций рукава намокают в цианистых растворах.

В конце смены после принятия рабочими душа цианистые соединения в смывах с кожных покровов обнаружены не были. Следовательно, в случае соблюдения гигиенических процедур аккумулирования цианистых соединений на кожных покровах можно избежать.

ВЫВОДЫ

1. На формирование газовой фазы синильной кислоты в технологии извлечения золота из руды влияет присутствие в цианистой пульпе высоких концентраций анионов хлора, сульфатов и тиоцианатов, которые приводят к увеличению перехода цианида в воздух рабочей зоны, катионов меди и цинка, которые снижают степень перехода цианида в воздух рабочей зоны.

2. Научно обоснованы спектрофотометрические методы определения .цианидов в смывах с кожных покровов и в моче, основанные на взаимодействии хлористого циана с пиридин-барбитуровым реактивом с образованием окрашенного дибарбитурата глутаконового альдегида. Диапазон измеряемых концентраций цианида калия при смыве с площади 25 см2 составляет от 0,000013 до 0,00018 мг/см2. Диапазон измеряемых концентраций тиоцианатов в моче составляет от 0,13 до 1,33 мг/дм3. Суммарная погрешность методов не превышает 19,2 %.

3. Результатом апробации разработанных методов в токсикологических исследованиях явилось установление таких параметров, как среднесмертель-ная доза цианида калия при поступлении через кожу (LD™'), равная 34,6 мг/кг, среднеэффективное время (ТЬ"'0'), равное 12,5 мин, скорость поступления цианида калия через кожу (U), равная 0,00007 ± 0,00001 мг/см2 мин, коэффициент резорбции (Крез) = 0,64 ± 0,07. Полученные токсикологические параметры позволили обосновать ПДУзкп цианистыми соединениями, величина которого равна 0,00006 мг/см2 (по CN").

4. При проведении санитарно-гигиенических исследований на ЗИФ с применением ионообменной технологии извлечения металла из руды обнаружено, что у всех работников при выполнении ручных операций имеет место загрязнение цианистыми соединениями кожи кистей рук. Наиболее интенсивно загрязняется кожа кистей рук у ремонтных рабочих и слесарей (0,000051 ± 0,000006 мг/см2). Однако средние величины цианистых соединений, полученные с ладоней обследованных работников, не превышают величину установленного гигиенического норматива.

5. Обнаруженные концентрации цианистых соединений при обследовании кожных покровов лица (0,000042 ± 0,00001 мг/см2) и предплечья (0,000037 ± 0,000008 мг/см2) аппаратчиков сорбции связано как с постоянным присутствием цианистого водорода в воздухе рабочей зоны отделения сорбции, так и в результате выполнения ручных операций.

СПИСОК ПУБЛИКАЦИЙ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ

1. Горбунова Л. А. Оценка загрязнения цианистыми соединениями кожных покровов у рабочих золотодобывающих фабрик / Л.А. Горбунова, И.В. Колычева // Химия и Здоровье: Тез. пленарн. докл. научн. сессии и регион, конф. «Проблемы медицинской экологии и здоровья человека в Сибири», 27-29 июня. - Иркутск, 1996.-С. 51.

2. Дорогова В.Б. Изучение поведения цианидов в процессе гидрометаллургической обработки золотосодержащих концентратов для уменьшения их выбросов в окружающую среду / В.Б. Дорогова, B.C. Рукавишников, Л.А. Горбунова // Химия и Здоровье: Тез. пленарн. докл. научн. сессии и регион, конф. «Проблемы медицинской экологии и здоровья человека в Сибири», 27—29 июня. — Иркутск, 1996.-С. 56-57.

3. К обоснованию ПДУ загрязнения кожи циэнидом кзлия / Г.Д. Х«мусБ, B.C. Рукавишников, В.В. Бенеманский, A.B. Лизарев, В.А. Хомутова, Л. А. Горбунова // Проблемы и методические аспекты оценки и прогнозирования здоровья населения: Тез. докл. Всеросс. научн.-практ. конф. - Ангарск, 1997. - С. 119-121.

4. Методика определения и гигиеническая оценка загрязнения кожных покровов цианистыми соединениями / Л.А. Горбунова, В.Б. Дорогова, B.C. Рукавишников, В.А. Хомутова // Медицина труда и промышленная экология. - 1997. -№ 12.-С. 39-42.

5. Хамуев Г.Д. К вопросу кинетики выведения цианида калия из организма / ГД. Хамуев, В.А. Хомутова, Л.А. Горбунова// Региональные экологические проблемы и здоровье населения: Матер, научн.-практ. конф. - Ангарск, 1999. - С. 139-140.

6. К токсикокинетике цианистых соединений / Л.А. Дедкова, В.Б. Дорогова, B.C. Рукавишников, Г.Д. Хамуев // Бюлл. ВСНЦ СО РАМН. - 2000. - № 3 (13). -С. 19-22.

7. Дорогова В.Б. Метод спектрофотометрическош измерения концентрации цианида калия в смывах с кожных покровов / В.Б. Дорогова, В.А. Хомутова, Л.А. Дедкова // Методические указания МУК 4.1.977 - 00. - М., 2000. - 11 с.

8. Дедкова Л. А. Пути совершенствования методов контроля цианистых соединений в золотодобывающей промышленности при гигиенических исследованиях / Л .А. Дедкова И Бюлл. ВСНЦ СО РАМН. - 2002. - № 2. - С. 31-32.

9. Дедкова Л.А. Спекгрофотометрический способ раздельного определения тиоцианатов и цианидов в сыворотке крови и роданидов в моче / Л.А. Дедкова // Бюлл. ВСНЦ СО РАМН. - 2007. - № 1 (40). - С. 91-92.

10. Рожанская A.B. Методика определения и гигиеническая оценка загрязнения кожных покровов цианистыми соединениями рабочих золотоизвлекательных фабрик /A.B. Рожанская, Л.А. Дедкова // «Науки о человеке» Восьмой международный конгресс молодых ученых: Сб. научных статей. - Томск, 2007. - С. 250-251.

П. Дедкова Л.А. Изучение поведение цианистого водорода при различных промышленных условиях в золотодобывающей промышленности / Л.А. Дедкова, В.Б. Дорогова, В.Ф. Петров // Медицина труда и промышленная экология. - 2008. - № 8. - С. 34-36.

Подписано в печать 19.02.2009. Бумага офсетная. Формат 60x84'/, Гарнитура Тайме. Усл. печ. л. 1,0 Тираж 100 экз. Заказ № 054-09.

РИО НЦ PBX ВСНЦ СО РАМН (Иркутск, ул. Борцов Революции, 1. Тел 29-03-37. E-mail: arleon@rol.ru)

Введение на золотоизвлекательных фабриках ионообменной технологии извлечения золота из руды обусловливает контакт работников с цианидами, так как основным технологическим реагентом при ионообменном процессе извлечения золота из руды является цианплав. Его раствор представляет собой слабую синильную кислоту, которая выделяется в воздух производственных помещений в виде цианистого водорода, являющегося ведущим неблагоприятным химическим фактором [35, 50, 54, 56, 57]. Его концентрации могут изменяться в значительных пределах в зависимости от времени года, эффективности работы общеобменной и локальной систем вентиляции, состояния технологического оборудования и условий ведения технологического процесса, в ходе которого может меняться температура и щелочность цианистой пульпы, концентрация в ней цианидов [88]. В то же время остаются не изученными особенности формирования газовой фазы синильной кислоты в зависимости от ионного состава жидкой цианистой пульпы.

В условиях ведения технологического процесса ряд производственных операций осуществляется с использованием ручного труда, что приводит к загрязнению кожных покровов и спецодежды работников с цианистыми растворами пульпы. В то же время до сих пор не установлен предельно допустимый уровень загрязнения кожных покровов (ПДУ31Ш) цианистыми соединениями, хотя встречаются работы, указывающие на проникновение цианистых соединений в эксперименте через кожу, вплоть до летального исхода [50]. Кроме того, отсутствует научно обоснованный, оперативный, применимый для исследований в натурных условиях метод определения цианидов в смывах с кожных покровов.

Попадая в организм теплокровных животных и человека цианистые соединения, независимо от пути поступления, переходят в менее токсичную форму - тиоцианаты, которые выводятся наружу с мочой [37, 69], но существующие методы определения тиоцианатов в моче требуют усовершенствования, так как одни авторы предлагают большое разбавление пробы, что ведет к искажению результатов [1], другие очень длительный по времени (3 часа) анализ [124, 127].

Методы определения цианидов в смывах с кожных покровов и в моче, а также гигиенический норматив (ПДУЗК11) могут применяться для санитарно — гигиенического контроля цианидов и в других отраслях народного хозяйства, где работники контактируют с цианистыми соединениями. Например, в фармацевтической промышленности, в сельском хозяйстве, при гальванических покрытиях радиодеталей, а также на предприятиях, где в технологических процессах образуются цианистые соединения — коксохимические заводы [50,105,113].

Вышеизложенное обусловило актуальность проведения настоящего исследования.

Целью исследования является научное обоснование современных подходов к санитарно — химическому контролю цианистых соединений, на золотоизвлекательных фабриках.

Для достижения поставленной цели были определены следующие задачи:

1. Изучить особенности формирования газовой фазы синильной кислоты в технологии извлечения металла на золотоизвлекательных фабриках в зависимости от ионного состава жидкой цианистой пульпы.

2. Разработать спектрофотометрический метод определения цианида калия в смывах с кожных покровов.

3. Усовершенствовать спектрофотометрический метод определения тио-цианатов в моче, как конечных метаболитов цианистых соединений.

4. Апробировать разработанные методы в токсикологических и в гигиенических исследованиях.

Научная новизна работы

Впервые установлена закономерность перехода цианида в воздух производственных помещений ЗИФ в зависимости от наличия в цианистой пульпе анионов хлора, сульфатов и тиоцианатов, приводящих к увеличению перехода цианида в воздух рабочей зоны. Присутствие в цианистой пульпе катионов цинка и меди, наоборот, уменьшает выход цианида в воздух производственных помещений золотоизвлекательных фабрик.

Научно обоснован спектрофотометрический метод селективного определения цианида калия в смывах с кожных покровов, основанный на реакции Кенига с применением дибарбитурата глутаконового альдегида, для которого установлен молярный коэффициент светопоглощения, и сформулированы оптимальные условия проведения реакции: максимум светопоглощения ^тах = 586 нм, концентрация раствора барбитуровой кислоты 1%.

Впервые установлены токсикологические параметры при загрязнении кожных покровов цианидом калия, характеризующиеся ЫЗ^', равному 34,6 мг/кг и ПДУзКп, равному 0,00006 мг/см2 (по СЫ"). Внедрение в практику.

Разработанный спектрофотометрический метод определения цианида калия в смывах с кожных покровов и предельно допустимый уровень загрязнения кожных покровов (ПДУЗКМ) утверждён в виде Методических указаний Главным государственным санитарным врачом РФ Г.Г. Онищенко 20.06.2000г (МУК 4.1.977 - 00) (приложение 1).

Разработанный метод спектрофотометрического определения цианида калия в смывах с кожных покровов внедрён в цехе гидрометаллургии золо-тоизвлекательной фабрики ОАО «Бурятзолото» рудник «Холбинский» и в санитарно — гигиенической лаборатории ФГУЗ «Центр гигиены и эпидемиологии в Иркутской области» (приложения).

Результаты исследований по влиянию состава цианистой пульпы на переход цианида в воздух производственных помещений были реализованы при разработке проектов золотодобывающих предприятий, применяющих цианирование (месторождение Светлинское, Ачинское и ряд других) (приложение).

Апробация работы.

Основные материалы диссертации представлены и обсуждены: на региональной конференции «Проблемы медицинской экологии и здоровья человека в Сибири», г. Иркутск, 1996г.; конференции молодых учёных НИИ МТ и ЭЧ, г. Ангарск, 1997г.; научно — практической конференции «Проблемы и методические аспекты оценки и прогнозирования здоровья населения», г. Ангарск, 1997г.; научно — практической конференции «Региональные экологические проблемы и здоровье населения», г. Ангарск, 1999г.; Международном конгрессе молодых учёных «Науки о человеке», г. Томск, 2007г., материалы исследований докладывались и обсуждались на Ученых Советах НИИ МТ и ЭЧ, 2008г.

Основные положения, выносимые на защиту:

На формирование газовой фазы синильной кислоты в воздухе производственных помещений золотоизвлекательных фабрик влияет присутствие в цианистой пульпе анионов хлора, сульфатов, тиоцианатов и катионов меди и цинка;

Разработанные спектрофотометрические методы измерения массовых концентраций цианидов в смывах с кожных покровов и в моче, основанные на реакции Кенига, отвечают требованиям, предъявляемым нормативными, документами к фотометрическому анализу, что делает возможным их использование в токсикологическом эксперименте и санитарно — гигиеническом контроле загрязнения кожных покровов работников цианистыми соединениями.

Публикации.

По теме диссертационной работы опубликовано 11 статей, в том числе 2 статьи в журналах, рекомендованных ВАК и 1 Методические указания (МУК 4.1.977 -00).

Исследования проводились на базе АФ - НИИ МТ и ЭЧ ГУ НЦ МЭ ВСНЦ СО РАМН, имеющего сертификат аккредитации регистрационный № СА 13.98 выданный 31 марта 2005г Главным государственным санитарным врачом РФ Г.Г. Онищенко, по основному плану НИР института в рамках комплексной программы СО РАМН «Здоровье населения Сибири» (№ гос. per. 01920014461). Кроме того, в диссертационной работе использованы материалы исследований, выполненные на хоздоговорных началах с ОАО «ИР-ГИредмет».

выводы

1. На формирование газовой фазы синильной кислоты в технологии извлечения золота из руды влияет присутствие в цианистой пульпе высоких концентраций анионов хлора, сульфатов и тиоцианатов, которые приводят к увеличению перехода цианида в воздух рабочей зоны, катионов меди и цинка, которые снижают степень перехода цианида в газовую фазу.

2. Научно обоснованы спектрофотометрические методы определения цианидов в смывах с кожных покровов и в моче, основанные на взаимодействии хлористого циана с пиридин — барбитуровым реактивом и далее образованием окрашенного дибарбитурата глутаконового альдегида. Диапазон измеряемых концентраций цианида калия при смыве с площади 25 см" составляет от 0,000013 до 0,00018 мг/см2. Диапазон измеряемых концентраций з тиоцианатов в моче составляет от 0,13 до 1,33 мг/дм . Суммарная погрешность методов не превышает 19,2%.

3. Результатом апробации разработанных методов в токсикологических исследованиях явилось установление таких параметров, как среднесмертель-ная доза цианида калия при поступлении через кожу (ОЬ"о), равная 34,6 мг/кг, среднеэффективное время (ТЬ^'), равное 12,5 мин, скорость поступлег) ния цианида калия через кожу (и), равная 0,00007 ± 0,00001 мг/см" мин, коэффициент резорбции (Крез) ~ 0,64 ± 0,07. Полученные токсикологические параметры позволили обосновать ПДУзкп цианистыми соединениями, величина которого равна 0,00006 мг/см2 (по С>Г).

4. При проведении санитарно - гигиенических исследований на ЗИФ с применением ионообменной технологии извлечения металла из руды обнаружено, что у всех работников при выполнении ручных операций имеет место загрязнение цианистыми соединениями кожи кистей рук. Наиболее интенсивно загрязняется кожа кистей рук у ремонтных рабочих и слесарей (0,000051 ± 0,000006 мг/см2). Однако средние величины цианистых соединений, полученные с ладоней обследованных работников, не превышают величину установленного гигиенического норматива.

5. Обнаруженные концентрации цианистых соединений при обследовании кожных покровов лица (0,000042 ± 0,00001 мг/см2) и предплечья (0,000037 ± 0,000008 мг/см2) аппаратчиков сорбции связаны как с постоянным присутствием цианистого водорода в воздухе рабочей зоны отделения сорбции, так и в результате выполнения ручных операций.

Глава 6. ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В золотодобывающей промышленности при современном ионообменном процессе извлечения золота из руды основным неблагоприятным химическим фактором, загрязняющим воздух производственных помещений, является цианистый водород. Его концентрации могут изменяться в зависимости от влияния различных факторов, одни связанны с производственным процессом и состоянием технологического оборудования, другие со временем года [35]. Кроме того, были обнаружены соединения характерные для включения перерабатываемых руд, которые могут оказывать влияние на количественное содержание цианистого водорода в воздухе производственных помещений золотоизвлекательных фабрик. В связи с этим были проведены лабораторно - экспериментальные исследования, в которых путём искусственного моделирования цианистых пульп была выявлена закономерность перехода синильной кислоты в воздушную среду производственных помещений в зависимости от содержания в ней некоторых ионов. Количественным критерием, характеризующим процесс фазового перехода синильной кислоты, являлся коэффициент фазового распределения.

Анализируя полученные величины коэффициента фазового распределения синильной кислоты (K*w), был сделан вывод, что присутствие в жидкой фазе цианистой пульпы анионов хлора, тиоцианатов, сульфатов увеличивает переход синильной кислоты в воздух рабочей зоны по сравнению с од-нокомпонентным раствором цианида натрия. Их действие подобно эффекту "высаливания" свойственного поликомпонентным растворам.

Присутствие высоких концентраций катионов меди и цинка, которые в жидкой цианистой пульпе образуют комплексные цианидные анионы, приводит к снижению степени перехода синильной кислоты, в виде цианистого водорода, в воздух производственных помещений.

Загрязнение воздуха рабочей зоны цианистым водородом в отделениях сорбции и регенерации связано с элементами ручного труда, которые присутствуют во время ведения технологического процесса. Применение ручного труда приводит к контакту кожных покровов и спецодежды рабочих с цианистыми растворами пульпы, что вызывает их загрязнение и приводит к различным кожным заболеваниям [41, 81, 103]. Через кожные покровы цианистые соединения могут попадать и в организм рабочих [50].

Для объективного контроля содержания цианистых соединений на кожных покровах работающих и изучения токсикологического действия цианида калия через кожные покровы на организм подопытных животных был разработан чувствительный, избирательный спектрофотометрический метод количественного химического анализа по определению цианида калия в ■ смывах с кожных покровов.

Разработанная методика спектрофотометрического метода определения цианида калия в смывах с кожных покровов основана на реакции Кенига. При действии на пиридин хлористого или бромистого циана пиридиновый цикл раскрывается с образованием глутаконового альдегида. В результате взаимодействия последнего с ароматическими аминами, а также барбитуровой кислотой, вводимыми в реакционную смесь, образуются дианилы, которые интенсивно окрашены в красный, оранжевый или жёлтый цвет [42].

Для проведения реакции галогенирования нами был выбран хлорамин (В или Т) [130]. В качестве связующего реагента нами была выбрана барбитуровая кислота, так как она гораздо быстрее реагирует с глутаконовым альдегидом, чем другие амины. Кроме того, выбранные реагенты имеют одно общее достоинство — это их малая токсичность.

Нами были проведены исследования по подбору концентрации барбитуровой кислоты, которая входит в состав пиридин - барбитурового реактива [116, 130]. В лабораторных экспериментах установлено, что наиболее оптимальным является использование 1% раствора барбитуровой кислоты.

В результате проведённых исследований нами предложен следующий состав пиридин — барбитурового реактива: 1г барбитуровой кислоты растворить в колбе на 100 см3 в небольшом количестве дистиллированной воды. Добавить 15,0 см свежеперегнанного пиридина, 3,0 см концентрированной соляной кислоты и довести объём пробы до метки дистиллированной водой. Реактив можно хранить в холодильнике в тёмной посуде в течение недели.

С целью установления оптимальных условий определения цианид -иона с хлорамином была изучена рН среды проведения реакции. Установлено, что скорость реакции галогенирования не зависит от рН среды, что согласуется с выводами некоторых авторов [129].

Для проведения смыва раствора цианида калия с кожных покровов был выбран способ «обмыва». В качестве смывающей жидкости была выбрана о дистиллированная вода [67], объём которой составил 10,0 см .

Градуировочную характеристику, выражающую зависимость светопо-глощения растворов от массы цианида калия, устанавливали по шести сериям растворов для градуировки. Для приготовления рабочего раствора с содеро жанием цианид - иона 1,0 мкг/см использовали стандартный образец водноо го раствора цианида калия с содержанием цианид - иона 100 мкг/см . Оптимальное время для развития окраски шкалы составляет 10 минут. Окраска шкалы устойчива в течение двух часов.

Нами было установлено, что максимальная величина коэффициента молярного светопоглощения дибарбитурата глутаконового альдегида приходится на длину волны (X) равной 586 нм, что не противоречит данным литературы [42].

В диапазоне концентраций от ОД до 1,0 мкг установлена линейная зависимость светопоглощения от содержания цианида калия в анализируемом объёме пробы. В данном диапазоне концентраций соблюдается закон Бугера - Ламберта — Бера. Молярный коэффициент светопоглощения данного поли-метинового красителя (Ея) равен 0,2-105 [4].

Экспериментально установленная нижняя граница определяемого содержания цианида калия в анализируемом объёме пробы равна 0,1 мкг [86]. Минимально определяемая концентрация цианида калия при смыве с площади 25 см2 составляет 0,000013 мг/см2.

При расчёте метрологических характеристик методики определения цианида калия в смывах с кожных покровов руководствовались МИ 2336 — 2002, МИ 2335 - 2003, а также ГОСТ Р ИСО 5735 - 2 - 2002 [75, 19, 99].

Настоящая методика обеспечивает выполнение измерений при доверительной вероятности Р = 0,95 с суммарной погрешностью 19,2% [77, 98].

Изучение токсикологического действия цианида калия на кожные покровы подопытных животных проводилась в соответствии с Методическими указаниями «Оценка воздействия вредных химических соединений на кожные покровы и обоснование предельно допустимых уровней загрязнения кожи» [67].

Токсикологическое действие цианистых соединений основано на способности тормозить усвоение клетками кислорода, при этом в первую очередь повреждаются клетки нервной системы. Цианид является мощным и специфичным ингибитором дыхательной цепи [5, 46, 69, 70, 73, 89, 111, 117].

В острых опытах по определению параметров токсичности цианида калия установлен узкий диапазон между минимально переносимыми и абсолютно смертельными дозами. Доверительные границы LD50 при внутрижелу-дочном введении определяются в пределах от 4,86 до 5,67 мг/кг (по CN"), то есть менее одного миллиграмма. Согласно ГОСТ 12.1 007 — 76 [16] цианиды относятся к веществам 1 класса опасности (менее 15 мг/кг).

Экспериментальным путем была установлена величина LD^', которая составляет 36,4 мг/кг (по CN") или 91,0 мг/кг (по KCN). При этом среднеэф-фективное время (TL™') до появления выраженных явлений отравления, составляет 12,5 минут. При накожном пути поступления и при внутрижелудоч-ном введении раствора цианида калия картина отравления (короткая стадия беспокойства и возбуждения, животные принимают боковое положение, кло-нико — тонические судороги, лапки и нос имели выраженную красную окраску) одинакова, только в первом случае она замедлена во времени.

Литературные данные указывают на отсутствие материальной кумуляции при воздействии цианистых соединений [13, 43, 45]. На это же указывает быстрое обратное развитие признаков отравления, которое мы наблюдали в эксперименте по оценке кожно — резорбтивного действия цианида калия, в случае прекращения с ним контакта.

На функциональную кумуляцию цианида калия указывают изменения некоторых показателей. При оценке кожно — резорбтивного действия цианида калия отмечено увеличение активности гормонов щитовидной железы Тз и Т4, в то время как в хроническом эксперименте отмечено уменьшение количества гормонов Т3 и Т4. В тканях печени подопытных животных в обоих случаях наблюдалось увеличение содержания липидов и гликогена в клетках печени. По сравнению с данными контрольной группы животных уровень содержания липидов и гликогена был в 2 - 3 раза выше. Указанное состояние может быть связано со снижением окислительных процессов в тканях печени за счёт блокирования цитохромоксидазы цианид — ионами и как следствие -уменьшенное вовлечение липидов и гликогена в обменные процессы.

Факт проникновения цианида калия через неповреждённые кожные покровы подопытных животных подтверждается увеличением тиоцианатов в моче. Для определения количественного содержания тиоцианатов в моче подопытных животных за основу был взят спектрофотометрический метод, разработанный болгарскими учёными, который мы усовершенствовали [1]. Из реакции были убраны ацетатный буфер, гамма - пиколин и раствор хлорного железа, что значительно упростило проведение анализа и уменьшило время его проведения. Кроме того, нами изменён объём взятой на анализ пробы мочи, что делает возможным использовать метод в эксперименте на животных. Градуировочную характеристику, выражающую зависимость све-топоглощения растворов от массы роданистого калия, устанавливали по шести сериям градуировочных растворов. Для приготовления рабочих растворов с содержанием тиоцианата от 4,0 до 40,0 мкг/см3 использовали стандартный образец водного раствора роданистого калия с содержанием тиоцианата 1 ООО мкг/см .

В заданном диапазоне концентраций установлена линейная зависимость светопоглощения растворов от содержания роданистого калия в анализируемом объёме пробы, закон Ламберта - Бугера - Бера выполняется (Ед = 6,1-10 ). Оптимальное время для развития окраски шкалы составляет 10 минут. Окраска шкалы устойчива в течение 45 минут. Диапазон измеряемых о концентраций тиоцианатов в моче от 0,13 до 1,33 мг/дм .

Настоящая методика обеспечивает выполнение измерений при доверительной вероятности Р = 0,95 с суммарной погрешностью 12% и может быть использована для определения тиоцианатов в моче у людей [77, 98].

На основании экспериментов по оценке сенсибилизирующего действия цианида калия был сделан вывод, что данное вещество обладает слабовыра-женным сенсибилизирующим действием (положительные внутрикожные пробы и снижение фагоцитоза).

Хронический эксперимент проводили на белых крысах в трёх подопытных группах, а четвёртая являлась контрольной группой. Определение цианида калия проводили после четырехчасового контакта, пять раз в неделю, в течение четырех месяцев. Рассчитывали среднюю концентрацию остаточного количества цианида калия на коже подопытных животных по каждому месяцу. Анализ полученных данных показал на прямую зависимость между остаточным количеством цианида калия и величиной наносимой на кожу дозы.

По мнению Сыровадко О.Н. и Грачёвой K.M. [91] полученная закономерность поступления цианида калия в организм подопытных животных от его содержания на коже даёт нам основание говорить о правомерности установления ПДУ загрязнений кожных покровов цианидом калия.

В условиях хронического эксперимента проводили наблюдение за содержанием тиоцианатов в моче белых крыс. У животных, которым наносили на кожу концентрацию цианида калия равную 0,02 мг/см~ отмечено достоверное увеличение тиоцианатов в моче только на четвёртом месяце наблюдения.

По результатам хронического эксперимента действующей дозой является 2,0 мг/кг (0,02 мг/см2), а в качестве пороговой 0,2 мг/кг (0,002 мг/см2).

В качестве предельно допустимого уровня возможного загрязнения кожы (ПДУзкп) цианистыми соединениями была предложена величина 0,00006 мг/см (по цианид — иону). Коэффициент запаса 8.

Гигиеническую оценку загрязнения кожных покровов у работников Нижне — Куранахской ЗИФ проводили в соответствии с Методическими рекомендациями «Гигиенический контроль за загрязнением кожных покровов работающих в контакте с фенолформальдегидными смолами» [28]. Были обследованы основные профессиональные группы - это аппаратчики сорбции, десорбции, машинисты насосов и агитаторов, ремонтные рабочие и слесари по роду своей деятельности контактирующие с цианистыми соединениями.

Результаты обследований показали, что интенсивно загрязняются кисти рук (ладонь), кожа лица и предплечье рабочих. Наиболее высокие концентрации цианистых соединений были обнаружены на ладонной поверхности кистей рук у ремонтных рабочих и слесарей. В ряде случаев (у 16% от общего числа обследованных) найденные концентрации цианистых соединений незначительно превышали величину установленного гигиенического норма-, тива. На кожу лица рабочих цианистые соединения адсорбируются из воздуха рабочей зоны, а так же попадают брызги жидкой цианистой пульпы во время выполнения операций, связанных с ручным трудом.

Обращает на себя внимание обнаруживаемые концентрации цианистых соединений на закрытых участках тела - предплечье. В образцах ткани спецодежды рабочих, взятой на исследование с рукавов, были обнаружены концентрации цианистых соединений в пределах от 3,0 до 10,0 мг/дм~. В данном случае рукава спецодежды непосредственно намокает в цианистых растворах при выполнении ручных операций.

В конце смены рабочие принимают душ. Цианистые соединения в смывах с кожных покровов, взятых после душа, не были обнаружены. Отсюда можно заключить, что в случае соблюдения гигиенических процедур, какого - либо аккумулирования цианистых соединений на кожных покровах можно избежать.

Медицинское обследование 72 работников Нижнее — Куранахской зо-лоизвлекательной фабрики показало, что у 47% были выявлены кожные и аллергические заболевания, течение которых усугубляется воздействием на кожные покровы, помимо цианидов, таких вредных химических соединений, как соли металлов, кислоты, щёлочи [35].