Сульфід водню - біологія

Молекулярний компас для вирівнювання клітин

Від чого листя старіє восени

Демократичність грифа-цесарки

Середовище Екембо: Люди також жили на відкритих ландшафтах

| Генетика | Сільське, лісове та тваринництво

Сорт пшениці був створений шляхом схрещування дикорослих трав

| Генетика | Сільське, лісове та тваринництво

Ячмінь Пангеном: Віха на шляху до склозаводу

Подовжене життя при зменшенні споживання їжі

Без тваринного методу передбачається токсичність наночастинок

Міграція клітин: нещодавно виявлена функція відомого білка

Сірководень

безбарвний газ, який пахне тухлими яйцями [1]

Сірководень (Сірководень, дігідрогенсульфід, не плутати з аніоном сірководню HS - який часто ще називають «сірководнем», див. Сульфіди) - це смердючий, високотоксичний газ. Це сполука сірки та водню з хімічною формулою H2S. Навіть у надзвичайно низьких концентраціях сірководень викликає типовий запах тухлих яєць, який виникає, коли білки сірковмісних амінокислот розщеплюються гнильними та сірчистими бактеріями.

Сірководень є займистим, безбарвним і мало розчинним у воді та дещо більш розчинним у спирті. Це слабка кислота, солями якої є сульфіди та сірководень.

Виникнення

У природі сірководень зустрічається як дуже мінливий компонент (від слідів до 80 об.%) У природному газі та в сирій нафті, як вулканічний газ і розчинений у джерельній воді. Це також виникає внаслідок процесів гниття та розкладання через розщеплення біомаси (наприклад, трупи тварин, трупи, розкладання підстилки листя, утворення шламу на дні евтрофних озер тощо), сміттєзвалищ, каналізаційних труб високого тиску або процесів травлення в кишечнику, який вона залишає разом з плоским . Однією з причин неприємного галітозу у людини є - крім інших летких органічних сполук, що містять сірку (метантіол, диметилсульфід) - сірководень. [6]

Вилучення та презентація

Сульфід водню можна отримати в лабораторних масштабах, капнувши соляну кислоту на сульфід заліза (II) в апараті Кіппа:

$ \ mathrm $ Сульфід заліза (II) та соляна кислота утворюють хлорид заліза (II) та сірководень.

Однак отриманий продукт забруднений вихідними речовинами такими газами, як водень, вуглекислий газ, азот та кисень. При використанні природного сульфіду заліза (наприклад, піротиту) продукт також може забруднюватися газами, такими як арсин, монофосфін, селенід водню, телурид водню тощо. Чистий сірководень можна отримати нагріванням концентрованого розчину сірководню магнію або з елементів, або з сульфіду натрію та фосфорної кислоти. [7]

У нафтохімічній промисловості (НПЗ) сірководень утворюється у великих кількостях під час гідродесульфурації нафти.

характеристики

Фізичні властивості

критична температура: 100,15 ° C [8]
критичний тиск: 89,7 бар [8]

S 0 г, 1 бар: 205,77 Дж/(моль К)

У 1 літрі води кімнатної температури розчиняється до 2,582 л сірководню.

Сірководень трохи важчий за повітря, за нормальних умов різниця в щільності становить близько 19%.

Хімічні властивості

При значенні рКа 6,9 сірководень кислота є - подібно до сірководню - дуже слабкою кислотою. Водний розчин реагує з багатьма солями важких металів, утворюючи нерозчинні сульфіди, які використовують у процесі поділу катіонів. Відповідно, газ виявляється за допомогою ацетатного паперу свинцю, оскільки він реагує з іонами свинцю (II), утворюючи чорний сульфід свинцю (PbS). Він також реагує з іонами заліза (II), утворюючи сульфід чорного заліза (FeS).

Вищевказана реакція відновлення також є оборотною. У природних умовах (рН 5-10) сірководень може бути зв'язаний у водному розчині з хлоридом заліза (II) з утворенням сульфіду заліза (II).

Це звичайна практика з біогазом, газом, що перебуває в камері, та в каналізаційних трубах. Велика спорідненість заліза до сірки використовується для очищення біогазу та газу, що перетравлюється. Якщо їх надалі використовувати в газових двигунах, діоксид сірки, що утворюється після згоряння, спричинить значні проблеми корозії.

При подачі повітря сірководень згоряє синім полум’ям, утворюючи SO2 і воду, утворюючи, серед іншого, сірчану кислоту (H2SO3). При подачі повітря сірка поступово відділяється від водного розчину.

З газоподібним діоксидом сірки він у присутності водяної пари пропорційно перетворюється на сірку та воду (десульфурація димових газів, окисно-відновна реакція), з газоподібним хлором - сірку та хлористий водень (соляна кислота). Сірководень - газ також є потужним відновником.

Параметри, що стосуються безпеки

Сірководень утворює легкозаймисті газоповітряні суміші. Діапазон вибуху становить від 4,3% за обсягом (60 г/м 3) як нижня межа вибуху (LEL) та 45,5% за обсягом (650 г/м 3) як верхня межа вибуху (UEL). Максимальний вибуховий тиск - 5,9 бар. Гранична ширина зазору була визначена 0,83 мм. Це призводить до віднесення до групи вибуху IIB. Температура займання 270 ° C. Отже, речовина потрапляє до температурного класу Т3. [9]

використання

Велика хімія

Сірководень є основним джерелом елементарної сірки (процес Клауса), яка в свою чергу перетворюється на більш ніж 95 відсотків у сірчану кислоту.

Хімічний аналіз

У класичному процесі поділу катіонів його використовують для осадження цілої групи (сірководневої групи). Вводячи газ H2S в слабокислі розчини, випадають осад: As2S3, SnS2, Sb2S3, HgS, SnS, PbS, Bi2S3, CuS, а при розведенні водою також CdS. Потім ці катіони слід далі відокремлювати та ідентифікувати за допомогою реакцій виявлення.

Через свою токсичність сірководню все частіше відмовляються в процесі поділу катіонів. Натомість потрібні сульфідні аніони на місці отримують, наприклад, за допомогою тіоацетаміду, в менших кількостях також шляхом нагрівання сірки за допомогою воску зі свічок.

Банда H2S: Ця процедура ґрунтується на класичній прогулянці. Хімічно подібні катіони осаджують у групах із використанням специфічних реагентів. Потім осад відокремлюють і аналізують, використовують супернатант (розчин) і осаджують наступну групу.

інструкції з техніки безпеки

Особлива небезпека для людей

Класифікація згідно МКБ-10

Т59	Токсична дія інших газів, парів або іншого диму
Т59.6	Сірководень
МКБ-10 онлайн (ВООЗ, версія 2011)

Сірководень - надзвичайно отруйний газ, який може спричинити отруєння сірководнем.

Сірководень має властивість глушити рецептори запаху, так що збільшення концентрації більше не сприймається за допомогою запаху. Порогове значення для оглушення рецепторів запаху становить концентрацію> 200 ppm H2S. [2] Одночасно газ збирається на землі завдяки своїй високій щільності.

Короткочасний токсичний ефект

При попаданні на слизові оболонки та тканинну рідину в очах, носі, горлі та легенях сірководень утворює сульфіди лугів, які надзвичайно дратують. Одним із наслідків цього є затримка води в легенях. Зазвичай симптоми проходять протягом декількох тижнів.

Фактичний токсичний ефект заснований на знищенні пігменту червоної крові гемоглобіну і, отже, паралічу внутрішньоклітинного дихання. Механізм до цих пір незрозумілий, передбачається, що загалом ферменти, що містять важкі метали, переносять кисень, інактивуються. Менша, неокислена частина сірководню може спричинити пошкодження центральної та, можливо, периферичної нервової системи.

Наступні наслідки виникають на людину: [10]

від 20 ppm: пошкодження рогівки після тривалого впливу
≈ 100 ppm: подразнення слизових оболонок очей і дихальних шляхів, слинотеча, подразнення горла
> 200 ppm: головний біль, утруднене дихання
> 250 ppm: оглушення нюхових рецепторів
> 300 ppm: нудота
≈ 500 ppm: слабкість, сонливість, запаморочення
> 500 ppm: судоми, втрата свідомості

Тривалий вплив низьких доз може призвести до втоми, втрати апетиту, головного болю, дратівливості, поганої пам’яті та поганої концентрації уваги.

Залежні від концентрації симптоми отруєння виникають у людей:

Довготривалий ефект

Дослідження на тваринах показують, що свині, яких годують кормами, що містять сірководень, страждають діареєю через кілька днів, а втрата ваги приблизно через 105 днів.

фізіологія

обмін речовин

Сірководень утворюється в організмі протягом короткого часу, коли надлишок цистеїну розщеплюється за допомогою цистатіонін-γ-ліази (ЄС 4.4.1.1), яка зазвичай розщеплює цистатіонін до цистеїну, але може також розщеплювати цистеїн далі:

Ще одна реакція того самого ферменту була виявлена у щурів, яка походить від цистину, але не відіграє жодної ролі у людини:

$ \ mathrmSCy \ longrightarrow піруват + NH_3 + CyS \ textSH \ xrightarrow Cys + H_2S> $

Газ швидко поєднується з залишками тіолу з оточуючих білків (-Cys стає -CySSH) і тим самим змінює їх біологічну активність. Зокрема, дезактивується фермент цитохром с оксидаза. Однак більшість окислюється до сульфату в мітохондріях через тіосульфат і сульфіт або переробляється до сульфіту/сульфату або таурину за допомогою цистеїну сульфінату. [12]

Окислення до сульфату

Мітохондрії захищаються від H2S або HS - шляхом окислення до сульфату, яке відбувається в три етапи:

Спочатку H2S окислюється до тіосульфату ферментним комплексом. Детально, відбуваються три окремі реакції, які каталізуються ферментами сульфіду: хінон оксидоредуктаза (EC 1.8.5.-), сірчиста діоксидаза (EC 1.13.11.18) та роданаза. [13]

$ \ mathrm + 2 \ GSH \ longrightarrow SO_3 ^ + H_2S + GSSG> $ $ \ mathrm + RSH \ longrightarrow SO_3 ^ + RSSH> $

Частина окислення тіосульфату до сульфіту відбувається за допомогою глутатіону та ферменту тіосульфатредуктази (EC 2.8.1.3), інша частина використовує тіосульфат сірчану трансферазу. [12]

$ \ mathrm + H_2O \ longrightarrow SO_4 ^ + 2 \ e ^ - + 2 \ H ^ +> $

Нарешті, сульфітоксидаза окислює сульфіт до сульфату. Ідентифікація мітохондріальної діоксидази сірки з підтвердженим шляхом деградації ETHE1-Ген, який у випадку рідкісної мутації призводить до спадкового захворювання із пошкодженням від підвищених концентрацій H2S. [12]

функція

В організмі людини сірководень діє як оксид азоту як речовина, що передає речовини (див. Також газотрансмітер) і має судинорозширювальну дію. Він виробляється з амінокислоти L-цистеїну як в ендотеліальних клітинах судин, так і в клітинах гладких м’язів. Якщо ендотелій судин стимулюється мускариновими рецепторами ацетилхоліну, вивільняється H2S. Це призводить до активації напружених та активованих кальцієм калієвих каналів у клітинах гладкої мускулатури судинних м’язів. Це призводить до гіперполяризації гладком'язових клітин і, зрештою, до розширення судин (розширення судин). [14]

застосування

Сірководень потенційно може бути використаний як засіб від еректильної дисфункції. Він природним чином утворюється в еректильній тканині статевого члена і гладкій мускулатурі пенісальної артерії. Тести показали, що як L-цистеїн, так і сірководень (сіль), що надходять зовні, спричиняють залежність від концентрації ерекції в еректильній тканині статевого члена (Corpora cavernosa penis). [15]

У низьких концентраціях сірководень уповільнює обмінні процеси у мишей та знижує температуру їх тіла. Цей стан, схожий на сплячку, є повністю оборотним і нешкідливим для тварин. [16] Тривають дослідження щодо того, чи можна використовувати цей ефект у трансплантаційній медицині для поліпшення якості та часу виживання органів, призначених для трансплантації. [17] Крім того, дослідження на людях досліджують, чи може сірководень покращити ймовірність виживання хворих з невідкладної допомоги. [18] Метою є уповільнення обміну речовин шляхом вдихання або введення H2S і, таким чином, зменшення потреби в кисні. В ідеалі цей захід вже був би доклінічним, напр. Б. екстреними службами. [19]

У дослідженні 2007 року в Університеті Алабами в Бірмінгемі, опублікованому в журналі Праці Національної академії наук було опубліковано, сірководень у дуже низьких дозах, мабуть, також відповідальний як головний фактор впливу на часник на здоров’я. Автори повідомляють, що часник знижує ризик серцевих захворювань через високий кров'яний тиск, підвищений вміст жиру в крові (холестерин) та інші фактори. У групах населення, які споживають багато часнику, проблем із високим кров'яним тиском менше. [20]

Зверніть увагу на поради з питань охорони здоров’я!

Аналітика

Як токсичність, так і його біологічне значення ставлять високі вимоги до аналізу сірководню. На відміну від вищезазначеного використання H2S у процесі неорганічного розділення, тут представлені інструментальні, кількісні методи виявлення H2S.

Інструментальна аналітика

Оптичне визначення

Найбільш часто використовуваною хромогенною реакцією для фотометричного виявлення H2S та сульфідів є реакція з N ', N-диметил-р-фенілендіаміном з утворенням метиленового синього. Як каталізатор використовують солі заліза (III). Продукт реакції має максимум поглинання при 670 нанометрів і може бути визначений фотометрично. [21]

Електроаналіз

Амперометрія

Амперометричні датчики H2S широко використовуються. В амперометрії на робочий електрод подається потенціал і вимірюється результуючий струм. Це пропорційно концентрації H2S. Сірководень окислюється до сульфату. Електроди, модифіковані вуглецевими нанотрубками [22], досягли межі виявлення 0,3 мкмоль/л при потенціалі окислення 100 мВ. Конструкція використовуваних електродів тісно пов'язана з конструкцією електрода Кларка для визначення кисню. [23]

Потенціометрія

Потенціометричні зонди також були розроблені для зондування газоподібного H2S. Як приклад можна назвати тверді гальванічні напівклітини на основі електроліту, які разом з H2S забезпечують вимірювану електрорушійну силу. Використовуючи стабілізовані оксидом ітрію цирконієві трубки в якості датчиків, можна виміряти концентрацію H2S у повітрі до 0,2 ppm із надійною відтворюваністю. [24] Використовуючи гексаціаноферрат як редокс-партнера, можна виявити навіть 30 ppb H2S. [25]

Газова хроматографія

Газова хроматографія часто є першим вибором для аналізу газоподібних речовин. Після поділу сполуки сірки, такі як H2S, можна виявити полум'яною фотометрією при довжині хвилі випромінювання 397 нанометрів. [26] Метод швидкого виявлення слідових кількостей сірководню у вугільному газі досяг межі виявлення 10 ppb. [27] [28]