Водороден сулфид - Биология

Молекулярен компас за подравняване на клетките

Какво кара листата да стареят през есента

Демокрацията на лешоядите токачки

Околната среда на Ekembo: Хората също живееха в открити пейзажи

| Генетика | Земеделие, горско стопанство и животновъдство

Сортът пшеница е създаден чрез кръстосване на диви треви

| Генетика | Земеделие, горско стопанство и животновъдство

Ечемик Pangenom: Важен етап по пътя към стъкларския завод

С намален прием на храна, по-дълъг живот

Методът без животни прогнозира токсичността на наночастиците

Клетъчна миграция: новооткрита функция на известен протеин

Водороден сулфид

безцветен газ, който мирише на развалени яйца [1]

Водороден сулфид (Водороден сулфид, дихидроген сулфид, който не трябва да се бърка с водороден сулфиден анион HS - който често се нарича още "сероводород", виж сулфиди) е неприятно миришещ, силно токсичен газ. Това е съединение на сяра и водород с химическа формула H2S. Дори в изключително ниски концентрации, сероводородът причинява типичната миризма на изгнили яйца, която възниква, когато протеините от съдържащите сяра аминокиселини се разграждат от гнилостни и сярни бактерии.

Сероводородът е запалим, безцветен и не много разтворим във вода, малко по-разтворим в алкохол. Това е слаба киселина, чиито соли са сулфиди и сероводород.

Поява

В природата сероводородът се среща като много променлив компонент (от следи до 80 об.%) В природния газ и в суровия нефт, като вулканичен газ и разтворен в изворна вода. Също така възниква от процесите на гниене и разлагане чрез разграждане на биомасата (например трупове на животни, трупове, разлагане на листни отпадъци, образуване на утайки на дъното на еутрофни езера и др.), Сметища, канализационни тръби с високо налягане или храносмилателни процеси в червата, които оставя с плоския . Една от причините за неприятната халитоза при хората е - в допълнение към други летливи органични съединения, съдържащи сяра (метанетиол, диметилсулфид) - сероводород. [6]

Извличане и представяне

Водороден сулфид може да се получи в лабораторен мащаб чрез капване на солна киселина върху железен (II) сулфид в апарата на Kipp:

$ \ mathrm $ Железен (II) сулфид и солна киселина произвеждат железен (II) хлорид и сероводород.

Полученият продукт обаче е замърсен от изходните материали с газове като водород, въглероден диоксид, азот и кислород. Ако се използва естествен железен сулфид (напр. Пиротин), продуктът може също да бъде замърсен с газове като арсин, монофосфин, водороден селенид, водороден телурид и други подобни. Чист сероводород може да се получи чрез нагряване на концентриран разтвор на магнезиев сероводород или от елементите, или от натриев сулфид и фосфорна киселина. [7]

В нефтохимическата промишленост (рафинерии) се получава сероводород в големи количества по време на хидродесулфурирането на петрола.

характеристики

Физически свойства

критична температура: 100,15 ° C [8]
критично налягане: 89,7 бара [8]

S 0 g, 1 бара: 205,77 J/(mol K)

До 2 582 литра водороден сероводород се разтварят в 1 литър вода при стайна температура.

Сероводородът е малко по-тежък от въздуха, при нормални условия разликата в плътността е около 19%.

Химични свойства

Със стойност на рКа 6,9, сероводородната киселина - подобно на сероводород - е много слаба киселина. Водният разтвор реагира с много соли на тежки метали, образувайки неразтворими сулфиди, който се използва в процеса на разделяне на катиона. Съответно газът се открива с оловна ацетатна хартия, тъй като реагира с оловни (II) йони, образувайки черен оловен сулфид (PbS). Също така реагира с железни (II) йони, образувайки черен железен сулфид (FeS).

Горната реакция на възстановяване също е обратима. При естествени условия (pH 5-10), сероводородът може да бъде свързан във воден разтвор с железен (II) хлорид, за да образува железен (II) сулфид.

Това е обичайна практика с биогаз, дигестер и в канализацията. Големият афинитет на желязото към сярата се използва за пречистване на биогаз и газове за смилане. Ако те трябваше да се използват по-нататък в газови двигатели, серен диоксид, произведен след изгаряне, би причинил значителни проблеми с корозията.

Когато се подава въздух, сероводородът изгаря със син пламък, за да образува SO2 и вода, като наред с другото се получава сярна киселина (H2SO3). Когато се подава въздух, сярата постепенно се отделя от водния разтвор.

С газ серен диоксид, в присъствието на водна пара, той пропорционално образува сяра и вода (десулфуризация на димните газове, окислително-редукционна реакция); с хлорен газ се образуват сяра и хлороводороден газ (солна киселина). Сероводородният газ също е мощен редуциращ агент.

Параметри, свързани с безопасността

Сероводородът образува силно запалими газово-въздушни смеси. Обхватът на експлозия е между 4,3 обемни% (60 g/m 3) като долна граница на експлозия (LEL) и 45,5% обемни (650 g/m 3) като горна граница на експлозия (UEL). Максималното налягане при експлозия е 5,9 бара. Определена е широчината на граничната междина 0,83 mm. Това води до присвояване на взривна група IIB. Температурата на запалване е 270 ° C. Следователно веществото попада в температурен клас Т3. [9]

използване

Голяма химия

Водородният сулфид е основният източник на елементарна сяра (процес на Клаус), който от своя страна се превръща в повече от 95 процента в сярна киселина.

Химичен анализ

В класическия процес на разделяне на катиони се използва за утаяване на цяла група (сероводородна група). Чрез въвеждане на H2S газ в слабо киселинни разтвори се утаяват: As2S3, SnS2, Sb2S3, HgS, SnS, PbS, Bi2S3, CuS и, когато се разрежда с вода, също CdS. След това тези катиони трябва да бъдат допълнително разделени и идентифицирани с помощта на реакции на откриване.

Поради своята токсичност, сероводородът все повече се отказва от процеса на разделяне на катиона. Вместо това, необходимите сулфидни аниони на място произведени, например с помощта на тиоацетамид, в по-малки количества също чрез нагряване на сяра с восък от свещи.

Банда H2S: Тази процедура се основава на класическата раздяла. Химически подобни катиони се утаяват в групи, използвайки специфични реактиви. След това утайката се отделя и анализира, използва се супернатантата (разтворът) и се утаява следващата група.

инструкции за безопасност

Особена опасност за хората

Класификация съгласно ICD-10

Т59	Токсичен ефект на други газове, пари или друг дим
Т59.6	Водороден сулфид
ICD-10 онлайн (версия на СЗО 2011)

Сероводородът е изключително отровен газ, който може да причини отравяне със сероводород.

Сероводородът има свойството да заглушава рецепторите на миризми, така че повишаването на концентрацията вече не се възприема чрез миризмата. Праговата стойност за зашеметяване на рецепторите на миризми е при концентрация> 200 ppm H2S. [2] В същото време газът се събира на земята поради високата си плътност.

Краткосрочен токсичен ефект

Когато влезе в контакт с лигавиците и тъканната течност в очите, носа, гърлото и белите дробове, сероводородът образува алкални сулфиди, които са изключително дразнещи. Едно от последствията от това е задържането на вода в белите дробове. Симптомите обикновено изчезват в рамките на няколко седмици.

Действителният токсичен ефект се основава на унищожаването на червения кръвен пигмент хемоглобин и по този начин парализа на вътреклетъчното дишане. Механизмът все още не е ясен и до днес, предполага се, че обикновено съдържащите тежки метали ензими, предаващи кислород, се инактивират. По-малката, неокислена част на сероводорода може да причини увреждане на централната, а вероятно и на периферната нервна система.

Следните ефекти се проявяват върху хората: [10]

от 20 ppm: увреждане на роговицата след продължително излагане
≈ 100 ppm: дразнене на лигавиците на очите и дихателните пътища, слюноотделяне, дразнене на гърлото
> 200 ppm: главоболие, затруднено дишане
> 250 ppm: зашеметяване на обонятелните рецептори
> 300 ppm: гадене
≈ 500 ppm: слабост, сънливост, замаяност
> 500 ppm: конвулсии, загуба на съзнание

Дългосрочното излагане на ниски дози може да доведе до умора, загуба на апетит, главоболие, раздразнителност, лоша памет и лоша концентрация.

В зависимост от концентрацията при хората се появяват симптоми на отравяне:

Дългосрочен ефект

Проучванията върху животни показват, че прасетата, хранени с храни, съдържащи сероводород, страдат от диария след няколко дни и показват загуба на тегло след около 105 дни.

физиология

метаболизъм

Водородният сулфид се образува в тялото за кратко време, когато излишъкът от цистеин се разгражда с помощта на цистатионин γ-лиаза (EC 4.4.1.1), който обикновено разгражда цистатионин до цистеин, но може и да разгради цистеин допълнително:

Друга реакция на същия ензим е открита при плъхове, която произхожда от цистин, но не играе никаква роля при хората:

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

Газът бързо се комбинира с тиолови остатъци от околните протеини (-Cys става -CySSH) и по този начин променя биологичната им активност. По-специално, деактивира се ензимът цитохром с оксидаза. По-голямата част обаче се окислява до сулфат в митохондриите чрез тиосулфат и сулфит или се преработва до сулфит/сулфат или таурин чрез цистеин сулфинат. [12]

Окисление до сулфат

Митохондриите се предпазват от H2S или HS - чрез окисляването му до сулфат, което протича в три стъпки:

Първо, H2S се окислява до тиосулфат от ензимен комплекс. По-подробно протичат три отделни реакции, които се катализират от ензимите сулфид: хинон оксидоредуктаза (EC 1.8.5.-), сярна диоксидаза (EC 1.13.11.18) и роданаза. [13]

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

Част от окисляването на тиосулфат до сулфит се осъществява с помощта на глутатион и ензима тиосулфат редуктаза (EC 2.8.1.3), друга част използва тиосулфатна сярна трансфераза. [12]

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

И накрая, сулфит оксидазата окислява сулфита до сулфат. Идентифицирането на митохондриалната сярна диоксидаза с потвърдения път на разграждане ETHE1-Ген, който в случай на рядка мутация води до наследствено заболяване с увреждане от повишени концентрации на H2S. [12]

функция

В човешкото тяло сероводородът действа подобно на азотен оксид като пратено вещество (вж. Също газотрансмитер) и има вазодилататорен ефект. Той се произвежда от аминокиселината L-цистеин както в ендотелните клетки на кръвоносните съдове, така и в гладкомускулните клетки. Ако съдовият ендотел се стимулира чрез мускаринови ацетилхолинови рецептори, се освобождава H2S. Това води до активиране на активирани от напрежението и калций активирани калиеви канали в гладкомускулните клетки на съдовите мускули. Това води до хиперполяризация на гладкомускулните клетки и в крайна сметка до разширяване на кръвоносните съдове (вазодилатация). [14]

приложение

Сероводородът може потенциално да се използва като средство за лечение на еректилна дисфункция. Естествено се образува в еректилната тъкан на пениса и гладката мускулатура на пенисната артерия. Тестовете показват, че както L-цистеин, така и водороден сулфид (сол), доставяни отвън, предизвикват концентрационно зависима ерекция в еректилната тъкан на пениса (Corpora cavernosa penis). [15]

При ниски концентрации сероводородът забавя метаболитните процеси при мишките и понижава телесната им температура. Това състояние, подобно на хибернация, е напълно обратимо и безвредно за животните. [16] Продължават разследванията дали този ефект може да се използва в трансплантационната медицина за подобряване на качеството и времето за оцеляване на органите, които са предназначени за трансплантация. [17] В допълнение, проучвания при хора изследват дали сероводородът може да подобри вероятността за оцеляване на спешни пациенти. [18] Целта е да се забави метаболизма чрез вдишване или инжектиране на H2S и по този начин да се намали нуждата от кислород. В идеалния случай тази мярка вече би била предклинична, напр. Б. от службите за спешна помощ. [19]

В проучване от 2007 г. в Университета на Алабама в Бирмингам, публикувано в списанието Известия на Националната академия на науките беше публикуван, сероводородът в много ниски дози вероятно е отговорен и като основен фактор за здравните ефекти на чесъна. Авторите съобщават, че чесънът намалява риска от сърдечни заболявания от високо кръвно налягане, повишени кръвни мазнини (холестерол) и други фактори. Поради това при групи от населението, които консумират много чесън, има по-малко проблеми с високото кръвно налягане. [20]

Моля, обърнете внимание на съветите по здравни теми!

Анализ

Както токсичността, така и нейната биологична значимост поставят високи изисквания към анализа на сероводорода. За разлика от гореспоменатото използване на H2S в процеса на неорганично разделяне, тук са представени инструментални, количествени методи за откриване на H2S.

Инструментална аналитика

Оптично определяне

Най-често използваната хромогенна реакция за фотометрично откриване на H2S и сулфиди е реакцията с N ', N-диметил-р-фенилендиамин за образуване на метиленово синьо. Железни (III) соли се използват като катализатор. Реакционният продукт има максимум на абсорбция при 670 нанометра и може да бъде определен фотометрично. [21]

Електроанализ

Амперометрия

Амперометричните H2S сензори са широко използвани. При амперометрията към работещ електрод се прилага потенциал и се измерва полученият ток. Това е пропорционално на концентрацията на H2S. Сероводородът се окислява до сулфат. Електродите, модифицирани с въглеродни нанотръби [22], постигнаха граница на откриване от 0,3 µmol/l при окислителен потенциал от 100 mV. Дизайнът на използваните електроди е тясно свързан с този на електрода на Кларк за определяне на кислород. [23]

Потенциометрия

Разработени са и потенциометрични сонди за улавяне на газообразен H2S. Като пример могат да бъдат посочени твърди електролитни, галванични полуклетки, които заедно с H2S доставят електромоторна сила, която се измерва. Със стабилизирани с итриев оксид циркониеви тръби като сензори, концентрациите на H2S във въздуха до 0,2 ppm могат да бъдат измерени с надеждна възпроизводимост. [24] Използвайки хексацианоферат като редокс партньор, дори 30 ppb H2S могат да бъдат открити. [25]

Газова хроматография

Газовата хроматография често е първият избор за анализ на газообразни вещества. След разделяне сярните съединения като H2S могат да бъдат открити чрез пламъчна фотометрия при дължина на вълната на излъчване 397 нанометра. [26] Метод за бързо откриване на следи от сероводород в газ от въглища постигна граница на откриване от 10 ppb. [27] [28]