تحقیق در مورد فلزات سنگين
فلزات سنگين[1]
در كتب و مراجع گوناگون تعاريف و تفسيرهاي مختلفي از فلزات سنگين به عمل آمده است. علت اطلاق لفظ سنگين، وزن مخصوص بالاتر از 6 گرم بر سانتيمتر مكعب مي‌باشد، كه اين فلزات دارا هستند. اين فلزات داراي نقاط ذوب و جوش بسيار متفاوتي مي‌باشند.
به طوري كه در اين گروه جيوه Hg پائين‌ترين نقطه جوش يعني oc87/38- و موليبدن (Mo) بالاترين نقطه جوش يعني c 0 4612 را دارا مي‌باشد.
اكسيد فلزات سنگين در جدول تناوبي هرچه به طرف گازهاي نادر پيش برويم، در طبيعت پايدارتر است، و در سيستم بيولوژي با مولكول‌هاي آلي ايجاد كمپلكس‌هاي پايدار مي‌نمايد.
حضور برخي از اين عناصر از نظر تغذيه حائز اهميت مي‌باشد. در حالي كه در شرايط مشابه حضور برخي از آنها در بافت زنده مضر مي‌باشد. نياز پستانداران به روي و مس به مراتب بيشتر از يد و سلينيوم و غلظت آهن و روي در بافت‌هاي حيوان ضروري‌تر از منگنز و كبالت مي‌باشد.
برخي عناصر غير ضروري مانند برم (Br) و ربيديوم (Rb) و سيليكون در مقايسه با فلزات كمياب ضروري با غلظت بالا در بافت نرم و خون حضور دارند.
فلزات سنگين نظير آهن- روي و مس براي تعداد زيادي از آنزيم‌ها در حكم يك كانون فعال هستند. اين فلزات در غلظت‌هاي پائين در بدن يافت مي‌شود، ولي اثر فوق‌العاده‌اي در بدن دارند.
فلزات سنگين نظير نقره (Ag)، كادميوم (Cd)، قلع (Sn)، جيوه (Hg)، سرب (Pb)، و فلزاتي كه خاصيت الكترونگاتيويته زيادي دارند مانند مس، نيكل و كبالت، ميل تركيبي شديدي با گروه‌هاي آميني و سولفيدريل دارند.
آنزيم‌ها به وسيله اين فلزات متلاشي شده و قدرت آنزيمي خود را از دست مي‌دهند. به علاوه اين فلزات در عمل سوخت و ساز بدن وارد شده و عمل متابوليسم را مختل مي‌نمايند.
درجه سمي بودن فلزات سنگين را از ميزان الكترونگاتيويتة آنها مي‌توان طبقه بندي نمود، كه به اين ترتيب با پايداري كمپلكس‌هاي مشتق شده از اين فلزات هماهنگي مي‌كند. طبقه‌بندي اين فلزات به صورت زير مي‌باشد.
Hg- Cu- Sn- Pb- Ni- Co- Cd- Fe- Zn- Mn- Mg- Ca- Sr- Cr
1-نقش بهداشتي فلزات سنگين
در دهه گذشته تحقيقات زيادي بر روي اهميت فلزات سنگين در سيستمهاي بيولوژيكي انجام گرفته است. علت اين بررسي‌ها افزايش نگراني كساني بوده است، كه در مناطق صنعتي زندگي مي‌كنند، و در تماس دائمي و مستقيم با اين عناصر بوده‌اند، كه امكان اثر بيولوژيكي محيط بر روي اينها وجود داشته است. در حقيقت نقش عناصر جزيي و اثرات مفيد و مضر آنها بر روي سيستم بيولوژيكي انسان از اهميت خاصي برخوردار است. از 90 عنصر شيميايي كه در پوسته زمين يا اتمسفر وجود دارد، فقط 12 تاي آنها به ميزان زيادي در بدن انسان وجود دارند كه عبارتند از:
Cn- Fe- Mg- Cl- Na- S- K- P- N- H- C- O
از اين عناصر چهارتاي اول 96% وزن كل ارگان زنده را تشكيل مي‌دهد و بقيه 6/3% آن را شامل مي‌گردد، و حدود 70 عنصر باقيمانده 4/0 بقيه را شامل مي‌شوند، كه اينها عناصر جزئي مي‌باشند. چنين بنظر مي‌رسد، كه از اين 70 عنصر 14تاي آنها براي متابوليسم بدن انسان ضروري مي‌باشند.
جورج موريسون [2] عناصر جزئي را به سه دسته تقسيم مي‌كند.
الف) آنهايي كه براي جانوران عالي ضروري مي‌باشند.
ب) آن دسته از عناصر كه ضرورت آنها ممكن مي‌باشد.
ج) آن دسته از عناصر كه ضروري نمي‌باشند.
عناصر ضروري براي متابوليسم بدن انسان عبارتند از: كرم، كبالت، مس، فلوئور، آهن، يد، منگنز، موليبدن، نيكل.
2- شناسايي عوامل آلوده كننده آبها از نظر فلزات سنگين
بطور كلي آبها به چهارطريق ممكن است به فلزات سنگين آلوده شوند.
1- هوا
2- خاك
3- فاضلاب‌هاي صنعتي- خانگي
4- زباله (شيرابه زباله)
پس آبهاي صنعتي- مواد زائد حاصل از فعاليت‌هاي روزمره زندگي، (زباله) و تخليه انواع فضولات حيواني و انساني به داخل آبهاي سطحي و زيرزميني، سهم مهمي در ايجاد اين نوع آلودگيها را، در آب دارا هستند.
احتمال آلوده شدن آبها بخصوص آبهاي سطحي از طريق هوا، (هنگام بارندگي بويژه بارندگي‌هاي شديد بسيار بالاست). مقادير زيادي از انواع آلوده كننده‌ها، نظير مواد موجود در گرد و غبار و گازهاي ناشي از فعاليت‌هاي صنعتي در باران حل شده، و در نتيجه اين آلودگيها به آبهاي پذيرنده وارد مي‌گردد. (به علت PH اسيدي باران، برخي از عناصر مانند كادميوم در آب باران حل مي‌شود).
خاك يكي ديگر از منابع آلودگي آبها مي‌باشد. جنس خاك نقش موثري در آلودگيهاي آب مي‌تواند داشته باشد. به عنوان مثال آب پس از عبور از لايه زيرزميني، كه جنس آن سنگ گالن مي‌باشد؛ به علت وجود سرب در آن، در انتقال سرب پذيرنده نقش دارد؛ و به علت استفاده از آفت‌كش‌ها در كشاورزي و كاربرد كودهاي شيميايي، مقادير معتنابهي از فلزات سنگين مي‌توانند وارد آبها شوند. كيفيت آبها در اثر وجود مواد آلوده كننده بر هم خورده، و در اين ميان تاثير مواد آلوده كننده، مانند فلزات سنگين بيشتر مي‌باشد .
جدول 15- استانداردهاي فلزات سنگين در آب آشاميدني، بر اساس استاندارد سازمان بهداشت جهاني سال 1983، و ويژگيهاي آب آشاميدني موسسه استاندارد و تحقيقات صنعتي ايران سال 1364
| نام ماده | علامت | حداكثر مقدار قابل قبول mg/1 | حداكثر مجاز mg/1 | ملاحظات |
| ارسنيك برحسب | As | صفر | 5% | |
| كادميوم | Cd | 005/0 | 1% | |
| كروم 6 | Cr+6 | صفر | 5% | |
| سرب | Pb | 5% | 1/0 | |
| جيوه | Hg | 001/0 | 001/0 | |
| نقره | Ag | صفر | 5% | |
| مس | Cu | 5% | 1 | |
| روي | Zn | 5 | 15 | |
| آلومينيوم | Al | – | – | در مراجع رقمي |
| واناديوم | – | – | ذكر نشده است | |
| كبالت | Co | – | – |
3- فلزات سنگين (اثرات- منابع- كاربرد)
بحث در مورد هر يك از فلزات سنگين بسيار گسترده بوده، به طوري كه در اين مختصر نمي‌توان آنها را كاملاً شناسايي نمود.
مهمترين فلزات سنگين عبارتند از:
كروم- مس
سرب- كادميوم
روي – ارسنيك
نيكل- نقره
آلومينيوم- واناديوم- كبالت
1-3- كروم
اغلب صخره‌ها و خاك‌ها حاوي مقادير كمي كروم مي‌باشند.
سنگ معدن متعارف آن كروميت هست، كه از آن فلز سه ظرفيتي كروم بدست مي‌آيد. كروم 6 ظرفيتي بندرت به صورت طبيعي يافت مي‌شود. فقط شكل سه ظرفيتي آن پايدار است، و كروم 6 ظرفيتي به سرعت به وسيله مواد آلي احياء مي‌گردد. كروم در نتيجه سوختن سوخت‌هاي فسيلي چوب – كاغذ و نيز از ته نشست مواد، در صنايع و اكسيداسيون كروم معدني و غيره بوجود مي‌آيد.
اين عنصر ممكن است در پساب واحدهاي آبكاري، در پساب طرحهاي خنك كننده و يا در آب گردش كننده در تجهيزات سرد كننده‌اي كه كروم در آنها بكار رفته وجود داشته باشد.
اثر سرطان‌زايي كروم 6 ظرفيتي دليل خوبي براي محافظت آبهاي آشاميدني، از وارد كردن در آن است. كروم 6 ظرفيتي براي انسان سمي است، استنشاق آن سبب توليد غددي در ريه مي‌شود. كروم ممكن است در آب به دو صورت كروم 6 ظرفيتي و سه ظرفيتي باشد؛ اما فرم سه ظرفيتي ندرتاً در آب آشاميدني ديده مي‌شود. چون وجود كروم به ويژه به صورت كرومات در آب، براي بهداشت خطرناك است. وقتي آب براي مصرف عمومي است، مي‌بايستي عاري از كروم باشد. حداكثر غلظت مجاز كروم در آب آشاميدني 5% ميلي‌گرم در ليتر مي‌باشد.
مطالعات اخير نشان داده است، كه تحمل گلوسيدي در كودكاني كه آب آشاميدني آنها داراي مقادير كمي كروم مي‌باشد، دچار اختلال مي‌شوند.[3] بر اساس مطالعات فوق به نظر مي‌رسد، كه قابليت بدن از نظر تحمل مقادير زياد گلوكز، با غلظت كرم در آب آشاميدني همبستگي دارد.
2-3- كبالت
كبالت به سهولت از طريق روده جذب مي‌شود، و بيشتر در كبد و كليه متمركز مي‌گردد. تقريباً كبالت غذايي از راه ادرار و بقيه آن از طريق مدفوع دفع مي‌شود.
كبالت در مواد غذايي مثل جگر، قلوه، گوشت و ماهي همراه ويتامين B12 به مقدار زيادي وجود دارد. بايد توجه داشت كه با توجه به فراواني كبالت در طبيعت كمبودي از آن در انسان گزارش نشده است. كبالت موجود در آب در مقايسه با كبالت موجود در مواد غذايي بسيار ناچيز است، و مصرف آبهاي حاوي كبالت هيچگونه مشكلي در انسان ايجاد نمي‌كند.
زيادي كبالت در بدن به ويژه تركيبات كلرور كبالت در ايجاد مسموميت‌ها دخالت دارد، البته در شرايط فوق كلرور كبالت به عنوان يك ماده گواترزا عمل مي‌كند.
مسموميت كبالت در حيوانات كه در غذاهاي آنها مقادير زيادي كبالت وجود دارد- فراوان ديده شده است. كه علامت آن افزايش تعداد گلبولهاي قرمز خون، افزايش مقدار سلولهاي مغز استخوان مي‌باشد. البته همان طور كه اشاره شد كبالت موجود در آب كمتر دخالت دارد. مقدار آن در رژيم غذايي روزانه 150 پي‌پي‌ام مي‌باشد. براي حداكثر غلظت مجاز آن در آب آشاميدني در مراجعي كه در دسترس بود رقمي ذكر نگرديده.
3-3- كادميوم
كادميوم عمدتاً در معادن روي- سرب- مس به صورت سولفيد كادميوم به ميزان كمتر از يك درصد يافت مي‌شود. كاربرد اصلي كادميوم در لحيم‌كاري- آب فلزكاري- تهيه آلياژها- رنگ‌دانه‌هاي ثابت كننده، مواد پلاستيكي و باطري‌سازي است. كادميوم اثر سمي بسيار شديدي دارد، و اين دليل بعضي مسموميت‌هاي شيميايي را روشن مي‌سازد.
در دهه اخير تماس انسان و محيط با كادميوم به مقدار زيادي افزايش يافته، به طوري كه در بعضي مناطق سبب سرطان شده، مشكلاتي را براي محيط و سلامت انسان ايجاد نموده است. در تماس‌هاي ممتد با كادميوم مقدار آن در كليه به طور تصاعدي افزايش پيدا مي‌كند. بيماري عجيبي در سالهاي آخر دهه 1950 در ژاپن شايع شده بود، كه ژاپني‌ها آن را ايتاي
[1] – Heavy Metals
[2] – Gorge morrison
[3] – قدرت بدن از نظر مصرف گلوسيدها به نام تحمل گلوسيدي خوانده مي‌شود.