Sírovodík - biológia
Molekulárny kompas na zarovnanie buniek
Čo robí listy na jeseň starnúcimi
Demokracia perličiek
Prostredie spoločnosti Ekembo: Ľudia tiež žili v otvorenej krajine
| Genetika | Poľnohospodárstvo, lesníctvo a chov zvierat
Pšeničná odroda vznikla krížením divých tráv
| Genetika | Poľnohospodárstvo, lesníctvo a chov zvierat
Jačmeň Pangenom: míľnik na ceste do sklárne
Pri zníženom príjme potravy, dlhšia životnosť
Metóda bez zvierat predpovedá toxicitu nanočastíc
Migrácia buniek: novoobjavená funkcia známeho proteínu
Sírovodík
bezfarebný plyn, ktorý vonia ako pokazené vajcia [1]
Sírovodík (Sírovodík, dihydrogénsulfid, nesmie sa zamieňať s sírovodíkovým aniónom HS - ktorý sa často nazýva aj „sírovodík“, pozri sulfidy) je páchnuci, vysoko toxický plyn. Je to zlúčenina síry a vodíka s chemickým vzorcom H2S. Aj pri extrémne nízkych koncentráciách spôsobuje sírovodík typický zápach zhnitých vajec, ktorý vzniká pri štiepení hnilobnými a sírnymi baktériami z aminokyselín obsahujúcich síru.
Sírovodík je horľavý, bezfarebný, málo rozpustný vo vode a trochu rozpustnejší v alkohole. Je to slabá kyselina, ktorej soľami sú sulfidy a sírovodíky.
Výskyt
V prírode sa sírovodík vyskytuje ako veľmi variabilná zložka (od stôp až po 80% obj.) V zemnom plyne a v rope ako sopečný plyn a je rozpustený v pramenitej vode. Vzniká tiež hnilobnými a rozkladnými procesmi rozpadom biomasy (napr. Mŕtve telá zvierat, mŕtvoly, rozklad odpadkov, tvorba kalu na dne eutrofných jazier atď.), Skládkami odpadu, vysokotlakovými odpadovými potrubiami alebo tráviacimi procesmi v čreve, ktoré zanecháva s flatusom. . Jednou z príčin nepríjemnej halitózy u ľudí je - spolu s ďalšími prchavými organickými zlúčeninami obsahujúcimi síru (metántiol, dimetylsulfid) - sírovodík. [6]
Extrakcia a prezentácia
Sírovodík sa dá vyrobiť v laboratórnom meradle nakvapkaním kyseliny chlorovodíkovej na sulfid železitý v Kippovom prístroji:
$ \ mathrm $ Sulfid železitý a kyselina chlorovodíková produkujú chlorid železitý a sírovodík.
Výsledný produkt je však kontaminovaný východiskovými látkami plynmi, ako je vodík, oxid uhličitý, dusík a kyslík. Pri použití prírodného sulfidu železa (napr. Pyrotitu) môže byť produkt tiež kontaminovaný plynmi, ako sú arzín, monofosfín, selenid vodíka, telurid vodíka a podobne. Čistý sírovodík sa môže získať zahrievaním koncentrovaného roztoku sírovodíka horečnatého alebo z prvkov alebo zo sulfidu sodného a kyseliny fosforečnej. [7]
V petrochemickom priemysle (rafinériách) sa pri hydrodesulfurizácii ropy vo veľkých množstvách vyrába sírovodík.
charakteristiky
Fyzikálne vlastnosti
- kritická teplota: 100,15 ° C [8]
- kritický tlak: 89,7 bar [8]
S 0 g, 1 bar: 205,77 J/(mol K)
V izbovej teplote sa v 1 litri vody rozpustí až 2 582 litrov plynného sírovodíka.
Sírovodík je o niečo ťažší ako vzduch, za normálnych podmienok je rozdiel v hustote asi 19%.
Chemické vlastnosti
S hodnotou pKa 6,9 je kyselina sírovodíková - podobne ako sírovodík - veľmi slabá kyselina. Vodný roztok reaguje s mnohými soľami ťažkých kovov za vzniku nerozpustných sulfidov, ktoré sa používajú v procese separácie katiónov. Zodpovedajúcim spôsobom je plyn detegovaný pomocou papiera octanu olovnatého, pretože reaguje s iónmi olova (II) za vzniku čierneho sulfidu olovnatého (PbS). Tiež reaguje s iónmi železa za vzniku čierneho sulfidu železa (FeS).
Vyššie uvedená reakčná reakcia je tiež reverzibilná. Za prírodných podmienok (pH 5-10) môže byť sírovodík viazaný vo vodnom roztoku s chloridom železitým za vzniku sulfidu železnatého.
To je bežná prax pri bioplyne, digestore a v kanalizácii. Veľká afinita železa k síre sa používa na čistenie bioplynu a digestora. Pokiaľ by sa oxid siričitý vyrobený po spaľovaní mal ďalej používať v plynových motoroch, spôsoboval by značné problémy s koróziou.
Keď je privádzaný vzduch, sírovodík horí modrým plameňom za vzniku SO2 a vody a okrem iného produkuje kyselinu sírovú (H2SO3). Po privádzaní vzduchu sa z vodného roztoku postupne oddeľuje síra.
S plynným oxidom siričitým za prítomnosti vodnej pary v proporciách vytvára síru a vodu (odsírenie spalín, redoxná reakcia); s plynným chlórom sa vytvára síra a plynný chlorovodík (kyselina chlorovodíková). Plynný sírovodík je tiež silným redukčným činidlom.
Bezpečnostné parametre
Sírovodík vytvára vysoko horľavé zmesi plyn-vzduch. Rozsah výbušnosti je medzi 4,3% objemových (60 g/m 3) ako dolná hranica výbušnosti (LEL) a 45,5% objemových (650 g/m 3) ako horná hranica výbušnosti (UEL). Maximálny výbuchový tlak je 5,9 bar. Šírka medznej medzery bola určená ako 0,83 mm. To vedie k zaradeniu do skupiny výbuchu IIB. Teplota vznietenia je 270 ° C. Látka preto spadá do teplotnej triedy T3. [9]
použitie
Veľká chémia
Sírovodík je hlavným zdrojom elementárnej síry (Clausov proces), ktorý sa zase mení na viac ako 95 percent na kyselinu sírovú.
Chemický rozbor
V klasickom procese separácie katiónov sa používa na vyzrážanie celej skupiny (skupina sírovodíka). Zavádzaním plynu H2S do slabo kyslých roztokov sa vyzrážajú tieto látky: As2S3, SnS2, Sb2S3, HgS, SnS, PbS, Bi2S3, CuS a po zriedení vodou tiež CdS. Tieto katióny sa potom musia ďalej separovať a identifikovať pomocou detekčných reakcií.
Kvôli svojej toxicite je v procese separácie katiónov sírovodík čoraz viac vynechávaný. Namiesto toho požadované sulfidové anióny in situ vyrába sa napríklad pomocou tioacetamidu v menších množstvách aj zahrievaním síry sviečkovým voskom.
H2S gang: Tento postup vychádza z klasickej separačnej chôdze. Chemicky podobné katióny sa vyzrážajú v skupinách pomocou špecifických činidiel. Zrazenina sa potom oddelí a analyzuje, použije sa supernatant (roztok) a vyzráža sa ďalšia skupina.
bezpečnostné inštrukcie
Zvláštne nebezpečenstvo pre ľudí
| T59 | Toxický účinok iných plynov, pár alebo iného dymu | |
| T59.6 | Sírovodík | |
| ICD-10 online (verzia WHO 2011) | ||
Sírovodík je extrémne jedovatý plyn, ktorý môže spôsobiť otravu sírovodíkom.
Sírovodík má tú vlastnosť, že tlmí receptory zápachu, takže cez zápach už nie je vnímané zvýšenie koncentrácie. Prahová hodnota pre omračovanie pachových receptorov je pri koncentrácii> 200 ppm H2S. [2] Plyn sa zároveň zhromažďuje na zemi kvôli svojej vysokej hustote.
Krátkodobý toxický účinok
Pri kontakte so sliznicami a tkanivovou tekutinou v očiach, nose, hrdle a pľúcach vytvára sírovodík alkalické sulfidy, ktoré sú mimoriadne dráždivé. Jedným z dôsledkov toho je zadržiavanie vody v pľúcach. Príznaky zvyčajne ustúpia do niekoľkých týždňov.
Skutočný toxický účinok je založený na deštrukcii červeného krvného farbiva hemoglobínu, a tým k ochrnutiu vnútrobunkového dýchania. Mechanizmus je dodnes nejasný, predpokladá sa, že enzýmy prenášajúce kyslík obsahujúce ťažké kovy sú všeobecne deaktivované. Menšia neoxidovaná časť sírovodíka môže spôsobiť poškodenie centrálneho a pravdepodobne aj periférneho nervového systému.
Na človeka sa vyskytujú tieto účinky: [10]
- od 20 ppm: poškodenie rohovky po dlhodobej expozícii
- ≈ 100 ppm: podráždenie slizníc očí a dýchacích ciest, slinenie, podráždenie hrdla
- > 200 ppm: bolesť hlavy, ťažkosti s dýchaním
- > 250 ppm: omračovanie čuchových receptorov
- > 300 ppm: nevoľnosť
- ≈ 500 ppm: slabosť, ospalosť, závraty
- > 500 ppm: kŕče, strata vedomia
Dlhodobé vystavenie nízkym dávkam môže viesť k únave, nechutenstvu, bolestiam hlavy, podráždenosti, zlej pamäti a slabej koncentrácii.
Príznaky otravy závislé od koncentrácie sa vyskytujú u ľudí:
Dlhodobý účinok
Štúdie na zvieratách ukazujú, že ošípané kŕmené potravinami obsahujúcimi sírovodík trpia hnačkami po niekoľkých dňoch a úbytok hmotnosti sa prejaví asi po 105 dňoch.
fyziológia
metabolizmus
Sírovodík sa v tele vytvára krátku dobu, keď sa nadbytok cysteínu štiepi pomocou cystationín-y-lyázy (EC 4.4.1.1), ktorá za normálnych okolností štiepi cystationín na cysteín, ale môže ďalej štiepiť aj cysteín:
Ďalšia reakcia rovnakého enzýmu sa zistila u potkanov, ktorá pochádza z cystínu, ale nehrá u ľudí žiadnu úlohu:
$ \ mathrmSCy \ longrightarrow pyruvát + NH_3 + CyS \ textSH \ xrightarrow Cys + H_2S> $
Plyn sa rýchlo kombinuje s tiolovými zvyškami z okolitých proteínov (z -Cys sa stáva -CySSH), a tým mení svoju biologickú aktivitu. Deaktivuje sa najmä enzým cytochróm c oxidáza. Väčšina sa však oxiduje na sulfát v mitochondriách cez tiosíran a siričitan, alebo sa spracováva na sulfit/síran alebo taurín cez cysteínsulfinát. [12]
Oxidácia na síran
Mitochondrie sa chránia pred H2S alebo HS - prostredníctvom oxidácie na síran, ktorá prebieha v troch krokoch:
Najskôr sa H2S oxiduje na tiosíran pomocou komplexu enzýmov. Prebiehajú podrobne tri jednotlivé reakcie, ktoré sú katalyzované enzýmami sulfidom: chinón oxidoreduktáza (EC 1.8.5.-), oxid sírový (EC 1.13.11.18) a rodanáza. [13]
$ \ mathrm + 2 \ GSH \ longrightarrow SO_3 ^ + H_2S + GSSG> $ $ \ mathrm + RSH \ longrightarrow SO_3 ^ + RSSH> $
Časť oxidácie tiosíranu na siričitan sa uskutočňuje pomocou glutatiónu a enzýmu tiosulfátreduktázy (EC 2.8.1.3), iná časť využíva tiosíransulfotransferázu. [12]
$ \ mathrm + H_2O \ longrightarrow SO_4 ^ + 2 \ e ^ - + 2 \ H ^ +> $
Nakoniec siričitan oxidáza oxiduje siričitan na síran. Identifikácia mitochondriálnej dioxidázy síry s potvrdenou degradačnou cestou ETHE1-Gén, ktorý v prípade zriedkavej mutácie vedie k dedičnému ochoreniu s poškodením zvýšenou koncentráciou H2S. [12]
funkcia
V ľudskom tele sírovodík pôsobí ako oxid dusnatý ako látka prenášajúca informácie (pozri tiež benzotransmiter) a má vazodilatačný účinok (vazodilatátor). Je tvorený z aminokyseliny L-cysteínu tak v endotelových bunkách krvných ciev, ako aj v bunkách hladkého svalstva. Ak je vaskulárny endotel stimulovaný prostredníctvom muskarínových acetylcholínových receptorov, H2S sa uvoľňuje. To vedie k aktivácii draslíkových kanálov aktivovaných napätím a vápnikom v bunkách hladkého svalstva cievnych svalov. To vedie k hyperpolarizácii buniek hladkého svalstva a nakoniec k rozšíreniu krvných ciev (vazodilatácia). [14]
žiadosť
Sírovodík by sa mohol potenciálne použiť ako liek na erektilnú dysfunkciu. Prirodzene sa tvorí v erektilnom tkanive penisu a hladkých svaloch penisovej artérie. Testy preukázali, že L-cysteín aj sírovodík (soľ) dodávané zvonka spôsobujú erekciu závislú od koncentrácie v erektilnom tkanive penisu (Corpora cavernosa penis). [15]
V nízkych koncentráciách sírovodík spomaľuje metabolické procesy u myší a znižuje ich telesnú teplotu. Tento stav podobný hibernácii je pre zvieratá plne reverzibilný a neškodný. [16] Stále prebiehajú vyšetrovania, či je možné tento efekt využiť v transplantačnej medicíne na zlepšenie kvality a doby prežitia orgánov určených na transplantáciu. [17] Okrem toho štúdie na ľuďoch skúmajú, či môže sírovodík zvýšiť pravdepodobnosť prežitia u urgentných pacientov. [18] Cieľom je spomaliť metabolizmus inhaláciou alebo injekčným podaním H2S, a tým znížiť potrebu kyslíka. V ideálnom prípade by toto opatrenie už bolo predklinické, napr. B. pohotovostnými službami. [19]
V štúdii z roku 2007 na univerzite v Alabame v Birminghame, publikovanej v časopise Zborník prác Národnej akadémie vied bol zverejnený, je pravdepodobne tiež zodpovedný sírovodík vo veľmi nízkych dávkach ako hlavný faktor zdravotných účinkov cesnaku. Autori uvádzajú, že cesnak znižuje riziko srdcových chorôb z vysokého krvného tlaku, zvýšeného tuku v krvi (cholesterolu) a ďalších faktorov. U skupín obyvateľstva, ktoré konzumujú veľa cesnaku, je preto menej problémov s vysokým krvným tlakom. [20]
| Vezmite prosím na vedomie rady týkajúce sa zdravotných tém! |
Analytika
Toxicita aj jej biologický význam kladú vysoké nároky na analýzu sírovodíka. Na rozdiel od vyššie uvedeného použitia H2S v procese anorganickej separácie sú tu uvedené inštrumentálne, kvantitatívne detekčné metódy pre H2S.
Analytika založená na prístrojoch
Optické stanovenie
Najčastejšie používanou chromogénnou reakciou na fotometrickú detekciu H2S a sulfidov je reakcia s N ', N-dimetyl-p-fenyléndiamínom za vzniku metylénovej modrej. Ako katalyzátor sa používajú soli železa. Reakčný produkt má absorpčné maximum pri 670 nanometroch a môže byť stanovený fotometricky. [21]
Elektroanalýza
Amperometria
Amperometrické snímače H2S sú široko používané. V ampérometrii sa na pracovnú elektródu aplikuje potenciál a meria sa výsledný prúd. Je to úmerné koncentrácii H2S. Sírovodík sa oxiduje na síran. Elektródy modifikované uhlíkovými nanorúrkami [22] dosiahli detekčný limit 0,3 µmol/l pri oxidačnom potenciáli 100 mV. Konštrukcia použitých elektród úzko súvisí s konštrukciou Clarkovej elektródy na stanovenie kyslíka. [23]
Potenciometria
Boli vyvinuté aj potenciometrické sondy na snímanie plynného H2S. Ako príklad možno spomenúť galvanické polčlánky na báze pevného elektrolytu, ktoré spolu s H2S dodávajú nameranú elektromotorickú silu. Pri použití zirkóniových trubíc stabilizovaných oxidom ytritým bolo možné spoľahlivo reprodukovať koncentrácie H2S vo vzduchu až do 0,2 ppm. [24] Pri použití hexakyanoferátu ako redoxného partnera bolo možné zistiť dokonca 30 ppb H2S. [25]
Plynová chromatografia
Plynová chromatografia je často prvou voľbou pre analýzu plynných látok. Po separácii je možné zlúčeniny síry, ako napríklad H2S, detegovať plameňovou fotometriou pri emisnej vlnovej dĺžke 397 nanometrov. [26] Metóda rýchlej detekcie stopových množstiev sírovodíka v uhoľnom plyne dosiahla detekčný limit 10 ppb. [27] [28]