Hidrogén-szulfid - biológia
Molekuláris iránytű a sejtek igazításához
Mi teszi a levelek öregedését ősszel
A keselyű gyöngytyúk demokráciája
Ekembo környezete: Az emberek nyílt tájakon is éltek
| Genetika | Mezőgazdaság, erdészet és állattenyésztés
A búzafajtát vad füvek keresztezésével hozták létre
| Genetika | Mezőgazdaság, erdészet és állattenyésztés
Árpa Pangenom: Mérföldkő az üveggyár felé vezető úton
Csökkentett táplálékfogyasztással, hosszabb élettartammal
Az állatmentes módszer megjósolja a nanorészecskék toxicitását
Sejtvándorlás: egy ismert fehérje újonnan felfedezett funkciója
Hidrogén-szulfid
rothadt tojás szagú, színtelen gáz [1]
Hidrogén-szulfid (A hidrogén-szulfid, a dihidrogén-szulfid, nem szabad összetéveszteni a HS hidrogén-szulfid-anionnal - amelyet gyakran "hidrogén-szulfidnak" is neveznek, lásd szulfidok) bűzös, erősen mérgező gáz. Ez egy kén- és hidrogénvegyület, amelynek kémiai képlete H2S. Rendkívül alacsony koncentrációban is a hidrogén-szulfid a rothadt tojások jellegzetes szagát okozza, amely akkor keletkezik, amikor a kéntartalmú aminosavak fehérjéit rothasztó és kénes baktériumok bontják le.
A kénhidrogén gyúlékony, színtelen, vízben kevéssé oldódik, alkoholban némileg jobban oldódik. Ez egy gyenge sav, amelynek sói szulfidok és hidrogén-szulfidok.
Esemény
A természetben a hidrogén-szulfid nagyon változó komponensként (a nyomoktól egészen 80 térfogat% -ig) fordul elő a földgázban és a nyersolajban, vulkanikus gázként és forrásvízben oldva. A biomassza lebontásával (pl. Állati tetemek, holttestek, levélalom bomlása, iszapképződés az eutrofikus tavak fenekén stb.), Szeméttelepekből, nagynyomású szennyvízcsövekből vagy emésztési folyamatokból származik a bélben is, amelyeket a lapáttal hagy el . Az emberben tapasztalható kellemetlen halitózis egyik oka - a ként tartalmazó egyéb illékony szerves vegyületek mellett (metántiol, dimetil-szulfid) - a hidrogén-szulfid. [6]
Kivonás és bemutatás
A hidrogén-szulfidot laboratóriumi méretekben úgy állíthatják elő, hogy sósavat csepegtetnek a vas (II) -szulfidra a Kipp készülékben:
$ \ mathrm $ Vas (II) szulfid és sósav vas (II) kloridot és hidrogén-szulfidot termel.
A kapott terméket azonban a kiindulási anyagok olyan gázokkal szennyezik, mint hidrogén, szén-dioxid, nitrogén és oxigén. Természetes vas-szulfid (például pirrhotit) alkalmazása esetén a termék olyan gázokkal is szennyeződhet, mint arzin, monofoszfin, hidrogén-szelenid, hidrogén-tellurid és hasonlók. A tiszta hidrogén-szulfidot magnézium-hidrogén-szulfid tömény oldatának melegítésével vagy az elemekből, vagy nátrium-szulfidból és foszforsavból nyerhetjük. [7]
A petrolkémiai iparban (finomítók) a kőolaj hidrogénezésénél nagy mennyiségben keletkezik hidrogén-szulfid.
jellemzők
Fizikai tulajdonságok
- kritikus hőmérséklet: 100,15 ° C [8]
- kritikus nyomás: 89,7 bar [8]
S 0 g, 1 bar: 205,77 J/(mol K)
Legfeljebb 2,582 liter hidrogén-szulfid gáz oldódik fel 1 liter vízben szobahőmérsékleten.
A kénhidrogén valamivel nehezebb, mint a levegő, normál körülmények között a sűrűség különbsége körülbelül 19%.
Kémiai tulajdonságok
A 6,9-es pKa-érték mellett a hidrogén-szulfid-sav - hasonló a hidrogén-szulfithoz - nagyon gyenge sav. A vizes oldat számos nehézfém-sóval reagálva oldhatatlan szulfidokat képez, amelyeket a kationelválasztási folyamatban használnak. Ennek megfelelően a gázt ólom-acetát papírral detektálják, mivel az ólom (II) ionokkal reagálva fekete ólom-szulfidot (PbS) képez. A vas (II) ionokkal is reagálva fekete vas-szulfidot (FeS) képez.
A fenti helyreállítási reakció szintén visszafordítható. Természetes körülmények között (pH 5-10) a hidrogén-szulfid vizes oldatban vas (II) -kloriddal megköthető vas (II) -szulfid képződéséhez.
Ez általános gyakorlat a biogázzal, az emésztőgázzal és a csatornákkal. A vas kénhez való nagy affinitását a biogáz és az emésztőgáz tisztítására használják. Ha tovább használnák őket gázmotorokban, az égés után keletkező kén-dioxid jelentős korróziós problémákat okozna.
Levegőellátáskor a hidrogén-szulfid kék lánggal ég, SO2-t és vizet képezve, többek között kénsavat (H2SO3) termelve. Levegőellátáskor a kén fokozatosan elválik a vizes oldatból.
Kén-dioxid gázzal, vízgőz jelenlétében arányosan képződik kén és víz (füstgáz kéntelenítése, redoxireakció), klórgázzal kén és hidrogén-klorid gáz (sósav) keletkezik. A hidrogén-szulfid gáz szintén erőteljes redukálószer.
A biztonsággal kapcsolatos paraméterek
A hidrogén-szulfid könnyen gyúlékony gáz-levegő keverékeket képez. A robbanási tartomány 4,3 térfogat% (60 g/m 3), mint alsó robbanási határ (LEL), és 45,5 térfogat% (650 g/m 3), mint felső robbanási határ (UEL). A maximális robbanási nyomás 5,9 bar. A határrés szélességét 0,83 mm-nek határoztuk meg. Ennek eredményeként hozzárendelést kapunk a IIB robbanási csoporthoz. A gyulladási hőmérséklet 270 ° C. Az anyag ezért a T3 hőmérsékleti osztályba tartozik. [9]
használat
Nagy kémia
A hidrogén-szulfid az elemi kén fő forrása (Claus-eljárás), amelyet viszont több mint 95 százalékban kénsavvá alakítanak.
Kémiai elemzés
A klasszikus kationelválasztási eljárás során egy teljes csoport (hidrogén-szulfid-csoport) kicsapására használják. A H2S-gáz gyengén savas oldatokba juttatásával a következő csapadék válik ki: As2S3, SnS2, Sb2S3, HgS, SnS, PbS, Bi2S3, CuS, és vízzel hígítva CdS is. Ezeket a kationokat tovább kell szétválasztani és azonosítani a detektálási reakciók segítségével.
Mérgező hatása miatt a kén-szulfidtól egyre inkább eltekintenek a kationelválasztási folyamat során. Ehelyett a szükséges szulfid anionokat in situ előállított, például tioacetamid segítségével, kisebb mennyiségben a kén gyertya viaszos melegítésével is.
H2S banda: Ez az eljárás a klasszikus elválasztási sétára épül. Kémiailag hasonló kationokat csoportosítva csapnak le specifikus reagensek alkalmazásával. Ezután a csapadékot elválasztjuk és elemezzük, a felülúszót (oldatot) használjuk, és a következő csoportot kicsapjuk.
biztonsági utasítások
Különleges veszély az emberekre
| T59 | Egyéb gázok, gőzök vagy más füst mérgező hatása | |
| T59.6 | Hidrogén-szulfid | |
| ICD-10 online (WHO 2011. évi verzió) | ||
A hidrogén-szulfid egy rendkívül mérgező gáz, amely kén-hidrogén-mérgezést okozhat.
A kénhidrogénnek megvan az a tulajdonsága, hogy elnémítja a szagreceptorokat, így a koncentráció növekedését a szag már nem érzékeli. A szagreceptorok kábításának küszöbértéke 200 ppm H2S koncentrációnál nagyobb. [2] Ugyanakkor a gáz nagy sűrűsége miatt összegyűlik a földön.
Rövid távú mérgező hatás
Amikor a szem, az orr, a torok és a tüdő nyálkahártyájával és szöveti folyadékkal érintkezik, a kén-hidrogén alkáli-szulfidokat képez, amelyek rendkívül irritáló hatásúak. Ennek egyik következménye a víz visszatartása a tüdőben. A tünetek általában néhány héten belül elmúlnak.
A tényleges toxikus hatás a vörösvér pigment hemoglobin elpusztításán és így az intracelluláris légzés megbénulásán alapul. A mechanizmus a mai napig nem világos, feltételezzük, hogy általában a nehézfémeket tartalmazó, oxigént szállító enzimek inaktiválódnak. A hidrogén-szulfid kisebb, nem oxidált része károsíthatja a központi és esetleg a perifériás idegrendszert.
Az embereken a következő hatások jelentkeznek: [10]
- 20 ppm-től: szaruhártya-károsodás hosszan tartó expozícióval
- ≈ 100 ppm: a szem és a légutak nyálkahártyájának irritációja, nyálképződés, torokirritáció
- > 200 ppm: fejfájás, légzési nehézség
- > 250 ppm: a szagló receptorok kábítása
- > 300 ppm: hányinger
- ≈ 500 ppm: gyengeség, álmosság, szédülés
- > 500 ppm: görcsök, eszméletvesztés
Alacsony dózisok hosszú távú kitettsége fáradtsághoz, étvágytalansághoz, fejfájáshoz, ingerlékenységhez, rossz memóriához és rossz koncentrációhoz vezethet.
A koncentrációtól függően az embereknél a mérgezés tünetei jelentkeznek:
Hosszú távú hatás
Állatkísérletek azt mutatják, hogy a hidrogén-szulfidot tartalmazó ételekkel etetett sertések néhány nap múlva hasmenést szenvednek, és körülbelül 105 nap múlva fogyást mutatnak.
fiziológia
anyagcsere
Hidrogén-szulfid rövid időre képződik a szervezetben, amikor a cisztein feleslegét cisztationin-γ-liáz (EC 4.4.1.1) útján lebontják, amely általában cisztationiné ciszteinné bontja, de a ciszteint tovább bontja:
Patkányokban ugyanazon enzim másik reakcióját találták, amely cisztinből származik, de emberben nem játszik szerepet:
$ \ mathrmSCy \ longrightarrow piruvát + NH_3 + CyS \ textSH \ xrightarrow Cys + H_2S> $
A gáz gyorsan összekapcsolódik a környező fehérjékből származó tiol-maradékokkal (-Cysből -CySSH lesz), és ezáltal megváltoztatja azok biológiai aktivitását. Különösen a citokróm c-oxidáz enzimet dezaktiválják. A többség azonban tioszulfáton és szulfiton keresztül a mitokondriumokban szulfáttá oxidálódik, vagy cisztein-szulfináton keresztül szulfittá/szulfáttá vagy taurinná alakul. [12]
Oxidálás szulfáttá
A mitokondriumok megvédik magukat a H2S vagy a HS ellen - szulfáttá történő oxidációja révén, amely három lépésben zajlik:
Először is, a H2S enzimkomplex által tioszulfáttá oxidálódik. Részletesen három egyedi reakció megy végbe, amelyeket a szulfid enzimek katalizálnak: kinon-oxidoreduktáz (EC 1.8.5.-), kén-dioxidáz (EC 1.13.11.18) és rodanáz. [13]
$ \ mathrm + 2 \ GSH \ longrightarrow SO_3 ^ + H_2S + GSSG> $ $ \ mathrm + RSH \ longrightarrow SO_3 ^ + RSSH> $
A tioszulfát szulfittá történő oxidációjának egy része glutation és a tioszulfát-reduktáz enzim (EC 2.8.1.3) segítségével történik, másik része tioszulfát-kén-transzferázt használ. [12]
$ \ mathrm + H_2O \ longrightarrow SO_4 ^ + 2 \ e ^ - + 2 \ H ^ +> $
Végül a szulfit-oxidáz a szulfitot szulfáttá oxidálja. A mitokondriális kén-dioxidáz azonosítása a megerősített lebomlási útvonallal ETHE1-Egy olyan gén, amely ritka mutáció esetén örökletes betegséghez vezet, a H2S megnövekedett koncentrációjának károsodásával. [12]
funkció
Az emberi testben a hidrogén-szulfid a nitrogén-oxidhoz hasonlóan hírvivő anyagként működik (lásd még a gázközvetítőt), és értágító hatású. Az L-cisztein aminosavból képződik mind az erek endotélsejtjeiben, mind a simaizomsejtekben. Ha a vaszkuláris endotheliumot muszkarin-acetilkolin-receptorokon keresztül stimulálják, H2S szabadul fel. Ez a feszültség által aktivált és a kalciummal aktivált káliumcsatornák aktiválódásához vezet az érizmok simaizomsejtjeiben. Ez a simaizomsejtek hiperpolarizációjához és végső soron az erek tágulásához (értágulat) vezet. [14]
Alkalmazás
A hidrogén-szulfid potenciálisan felhasználható a merevedési zavarok orvoslására. Természetesen a pénisz erekciós szövetében és a péniszartér simaizmaiban képződik. A vizsgálatok kimutatták, hogy mind az L-cisztein, mind a kénhidrogén (só) külsőleg a koncentrációtól függő erekciót okoz a pénisz (Corpora cavernosa penis) erekciós szövetében. [15]
Alacsony koncentrációban a hidrogén-szulfid lelassítja az anyagcsere folyamatait egerekben és csökkenti testhőmérsékletüket. Ez a hibernációszerű állapot teljesen visszafordítható és ártalmatlan az állatok számára. [16] Folyamatban vannak a vizsgálatok, hogy ez a hatás alkalmazható-e a transzplantációs orvostudományban az átültetésre szánt szervek minőségének és túlélési idejének javítására. [17] Emellett humán vizsgálatok azt vizsgálják, hogy a hidrogén-szulfid javíthatja-e a sürgősségi betegek túlélésének valószínűségét. [18] A cél az anyagcsere lelassítása H2S belélegzésével vagy injektálásával, és ezáltal az oxigénigény csökkentése. Ideális esetben ez az intézkedés már preklinikai lenne, pl. B. a sürgősségi szolgálatok. [19]
A folyóiratban megjelent 2007-ben a birminghami Alabamai Egyetemen végzett tanulmányban A Nemzeti Tudományos Akadémia közleményei megjelent, valószínűleg a nagyon alacsony dózisú hidrogén-szulfid is felelős a fokhagyma egészségügyi hatásainak fő tényezőjeként. A szerzők szerint a fokhagyma csökkenti a szívbetegségek kockázatát a magas vérnyomás, a megnövekedett vérzsír (koleszterin) és egyéb tényezők miatt. A sok fokhagymát fogyasztó népességcsoportokban ezért kevesebb probléma van a magas vérnyomással. [20]
| Kérjük, vegye figyelembe az egészségügyi témákkal kapcsolatos tanácsokat! |
Analitika
A toxicitás és biológiai relevanciája egyaránt magas követelményeket támaszt a kén-hidrogén elemzésével szemben. A H2S fent említett szervetlen elválasztási eljárásban való alkalmazásával ellentétben itt a H2S instrumentális, kvantitatív detektálási módszereit mutatjuk be.
Eszközalapú elemzés
Optikai meghatározás
A H2S és a szulfidok fotometriai kimutatásához a leggyakrabban alkalmazott kromogén reakció az N ', N-dimetil-p-fenilén-diamin és metilénkék képződése. Vas (III) sókat használnak katalizátorként. A reakciótermék abszorpciós maximuma 670 nanométer, fotometrikusan meghatározható. [21]
Elektroanalízis
Amperometria
Az amperometrikus H2S érzékelőket széles körben használják. Az amperometriában egy potenciált alkalmaznak egy működő elektródra, és megmérik az így kapott áramot. Ez arányos a H2S koncentrációjával. A hidrogén-szulfidot szulfáttá oxidálják. A szén nanocsövekkel módosított elektródák [22] 100 mV oxidációs potenciálnál 0,3 µmol/l kimutatási határt értek el. Az alkalmazott elektródák kialakítása szorosan összefügg a Clark elektródéval az oxigén meghatározásához. [23]
Potenciometria
Potenciometrikus szondákat is fejlesztettek a gáznemű H2S érzékelésére. Példaként megemlíthetjük a szilárd elektrolit alapú, galván félcellákat, amelyek a H2S-sel együtt egy mért elektromotoros erőt juttatnak el. Az ittrium-oxiddal stabilizált cirkóniumcsövekkel, mint érzékelőkkel, a H2S koncentrációja levegőben akár 0,2 ppm-ig is megbízható reprodukálhatósággal mérhető. [24] A hexacianoferrátot redox partnerként használva akár 30 ppb H2S is kimutatható volt. [25]
Gáz kromatográfia
A gázkromatográfia gyakran az első választás a gáznemű anyagok elemzéséhez. Az elválasztás után a kénvegyületeket, például a H2S-t lángfotometriával lehet kimutatni 397 nanométeres emissziós hullámhosszon. [26] A széngáz nyomainak gyors kimutatására szolgáló módszerrel a széngáz 10 ppb kimutatási határt ért el. [27] [28]