تحقیق مقاله فلزات سنگین

فلزات سنگین [ 1]

در کتب و مراجع گوناگون تعاریف و تفسیرهای مختلفی از فلزات سنگین به عمل آمده است. علت اطلاق لفظ سنگین، وزن مخصوص بالاتر از 6 گرم بر سانتیمتر مکعب می‌باشد، که این فلزات دارا هستند. این فلزات دارای نقاط ذوب و جوش بسیار متفاوتی می‌باشند.

به طوری که در این گروه جیوه Hg پائین‌ترین نقطه جوش یعنی oc87/38- و مولیبدن (Mo) بالاترین نقطه جوش یعنی c 0 4612 را دارا می‌باشد.

اکسید فلزات سنگین در جدول تناوبی هرچه به طرف گازهای نادر پیش برویم، در طبیعت پایدارتر است، و در سیستم بیولوژی با مولکول‌های آلی ایجاد کمپلکس‌های پایدار می‌نماید.

حضور برخی از این عناصر از نظر تغذیه حائز اهمیت می‌باشد. در حالی که در شرایط مشابه حضور برخی از آنها در بافت زنده مضر می‌باشد. نیاز پستانداران به روی و مس به مراتب بیشتر از ید و سلینیوم و غلظت آهن و روی در بافت‌های حیوان ضروری‌تر از منگنز و کبالت می‌باشد.

برخی عناصر غیر ضروری مانند برم (Br) و ربیدیوم (Rb) و سیلیکون در مقایسه با فلزات کمیاب ضروری با غلظت بالا در بافت نرم و خون حضور دارند.

فلزات سنگین نظیر آهن- روی و مس برای تعداد زیادی از آنزیم‌ها در حکم یک کانون فعال هستند. این فلزات در غلظت‌های پائین در بدن یافت می‌شود، ولی اثر فوق‌العاده‌ای در بدن دارند.

فلزات سنگین نظیر نقره (Ag)، کادمیوم (Cd)، قلع (Sn)، جیوه (Hg)، سرب (Pb)، و فلزاتی که خاصیت الکترونگاتیویته زیادی دارند مانند مس، نیکل و کبالت، میل ترکیبی شدیدی با گروه‌های آمینی و سولفیدریل دارند.

آنزیم‌ها به وسیله این فلزات متلاشی شده و قدرت آنزیمی خود را از دست می‌دهند. به علاوه این فلزات در عمل سوخت و ساز بدن وارد شده و عمل متابولیسم را مختل می‌نمایند.

درجه سمی بودن فلزات سنگین را از میزان الکترونگاتیویته آنها می‌توان طبقه بندی نمود، که به این ترتیب با پایداری کمپلکس‌های مشتق شده از این فلزات هماهنگی می‌کند. طبقه‌بندی این فلزات به صورت زیر می‌باشد.

Hg- Cu- Sn- Pb- Ni- Co- Cd- Fe- Zn- Mn- Mg- Ca- Sr- Cr

1-نقش بهداشتی فلزات سنگین

در دهه گذشته تحقیقات زیادی بر روی اهمیت فلزات سنگین در سیستمهای بیولوژیکی انجام گرفته است. علت این بررسی‌ها افزایش نگرانی کسانی بوده است، که در مناطق صنعتی زندگی می‌کنند، و در تماس دائمی و مستقیم با این عناصر بوده‌اند، که امکان اثر بیولوژیکی محیط بر روی اینها وجود داشته است. در حقیقت نقش عناصر جزیی و اثرات مفید و مضر آنها بر روی سیستم بیولوژیکی انسان از اهمیت خاصی برخوردار است. از 90 عنصر شیمیایی که در پوسته زمین یا اتمسفر وجود دارد، فقط 12 تای آنها به میزان زیادی در بدن انسان وجود دارند که عبارتند از:

Cn- Fe- Mg- Cl- Na- S- K- P- N- H- C- O

از این عناصر چهارتای اول 96% وزن کل ارگان زنده را تشکیل می‌دهد و بقیه 6/3% آن را شامل می‌گردد، و حدود 70 عنصر باقیمانده 4/0 بقیه را شامل می‌شوند، که اینها عناصر جزئی می‌باشند. چنین بنظر می‌رسد، که از این 70 عنصر 14تای آنها برای متابولیسم بدن انسان ضروری می‌باشند.

جورج موریسون [2] عناصر جزئی را به سه دسته تقسیم می‌کند.

الف) آنهایی که برای جانوران عالی ضروری می‌باشند.

ب) آن دسته از عناصر که ضرورت آنها ممکن می‌باشد.

ج) آن دسته از عناصر که ضروری نمی‌باشند.

عناصر ضروری برای متابولیسم بدن انسان عبارتند از: کرم، کبالت، مس، فلوئور، آهن، ید، منگنز، مولیبدن، نیکل.

2-  شناسایی عوامل آلوده کننده آبها از نظر فلزات سنگین

بطور کلی آبها به چهارطریق ممکن است به فلزات سنگین آلوده شوند.

1- هوا

2- خاک

3- فاضلاب‌های صنعتی- خانگی

4- زباله (شیرابه زباله)

پس آبهای صنعتی- مواد زائد حاصل از فعالیت‌های روزمره زندگی، (زباله) و تخلیه انواع فضولات حیوانی و انسانی به داخل آبهای سطحی و زیرزمینی، سهم مهمی در ایجاد این نوع آلودگی‌ها را، در آب دارا هستند.

احتمال آلوده شدن آبها بخصوص آبهای سطحی از طریق هوا، (هنگام بارندگی بویژه بارندگی‌های شدید بسیار بالاست). مقادیر زیادی از انواع آلوده کننده‌ها، نظیر مواد موجود در گرد و غبار و گازهای ناشی از فعالیت‌های صنعتی در باران حل شده، و در نتیجه این آلودگیها به آبهای پذیرنده وارد می‌گردد. (به علت PH اسیدی باران، برخی از عناصر مانند کادمیوم در آب باران حل می‌شود).

خاک یکی دیگر از منابع آلودگی آبها می‌باشد. جنس خاک نقش موثری در آلودگیهای آب می‌تواند داشته باشد. به عنوان مثال آب پس از عبور از لایه زیرزمینی، که جنس آن سنگ گالن می‌باشد؛ به علت وجود سرب در آن، در انتقال سرب پذیرنده نقش دارد؛ و به علت استفاده از آفت‌کش‌ها در کشاورزی و کاربرد کودهای شیمیایی، مقادیر معتنابهی از فلزات سنگین می‌توانند وارد آبها شوند. کیفیت آبها در اثر وجود مواد آلوده کننده بر هم خورده، و در این میان تاثیر مواد آلوده کننده، مانند فلزات سنگین بیشتر می‌باشد .

- فلزات سنگین (اثرات- منابع- کاربرد)

بحث در مورد هر یک از فلزات سنگین بسیار گسترده بوده، به طوری که در این مختصر نمی‌توان آنها را کاملاً شناسایی نمود.

مهمترین فلزات سنگین عبارتند از:

کروم- مس

سرب- کادمیوم

روی - ارسنیک

نیکل- نقره

آلومینیوم- وانادیوم- کبالت

1-3- کروم

اغلب صخره‌ها و خاک‌ها حاوی مقادیر کمی کروم می‌باشند.

سنگ معدن متعارف آن کرومیت هست، که از آن فلز سه ظرفیتی کروم بدست می‌آید. کروم 6 ظرفیتی بندرت به صورت طبیعی یافت می‌شود. فقط شکل سه ظرفیتی آن پایدار است، و کروم 6 ظرفیتی به سرعت به وسیله مواد آلی احیاء می‌گردد. کروم در نتیجه سوختن سوخت‌های فسیلی چوب - کاغذ و نیز از ته‌ نشست مواد، در صنایع و اکسیداسیون کروم معدنی و غیره بوجود می‌آید.

این عنصر ممکن است در پساب واحدهای آبکاری، در پساب طرحهای خنک کننده و یا در آب گردش کننده در تجهیزات سرد کننده‌ای که کروم در آنها بکار رفته وجود داشته باشد.

اثر سرطان‌زایی کروم 6 ظرفیتی دلیل خوبی برای محافظت آب‌های آشامیدنی، از وارد کردن در آن است. کروم 6 ظرفیتی برای انسان سمی است، استنشاق آن سبب تولید غددی در ریه می‌شود. کروم ممکن است در آب به دو صورت کروم 6 ظرفیتی و سه ظرفیتی باشد؛ اما فرم سه ظرفیتی ندرتاً در آب آشامیدنی دیده می‌شود. چون وجود کروم به ویژه به صورت کرومات در آب، برای بهداشت خطرناک است. وقتی آب برای مصرف عمومی است، می‌بایستی عاری از کروم باشد. حداکثر غلظت مجاز کروم در آب آشامیدنی 5% میلی‌گرم در لیتر می‌باشد.

مطالعات اخیر نشان داده است، که تحمل گلوسیدی در کودکانی که آب آشامیدنی آنها دارای مقادیر کمی کروم می‌باشد، دچار اختلال می‌شوند.[1] بر اساس مطالعات فوق به نظر می‌رسد، که قابلیت بدن از نظر تحمل مقادیر زیاد گلوکز، با غلظت کرم در آب آشامیدنی همبستگی دارد.

2-3- کبالت

کبالت به سهولت از طریق روده جذب می‌شود، و بیشتر در کبد و کلیه متمرکز می‌گردد. تقریباً  کبالت غذایی از راه ادرار و بقیه آن از طریق مدفوع دفع می‌شود.

کبالت در مواد غذایی مثل جگر، قلوه، گوشت و ماهی همراه ویتامین B12 به مقدار  زیادی وجود دارد. باید توجه داشت که با توجه به فراوانی کبالت در طبیعت کمبودی از آن در انسان گزارش نشده است. کبالت موجود در آب در مقایسه با کبالت موجود در مواد غذایی بسیار ناچیز است، و مصرف آبهای حاوی کبالت هیچگونه مشکلی در انسان ایجاد نمی‌کند.

زیادی کبالت در بدن به ویژه ترکیبات کلرور کبالت در ایجاد مسمومیت‌ها دخالت دارد، البته در شرایط فوق کلرور کبالت به عنوان یک ماده گواترزا عمل می‌کند.

مسمومیت کبالت در حیوانات که در غذاهای آنها مقادیر زیادی کبالت وجود دارد- فراوان دیده شده است. که علامت آن افزایش تعداد گلبولهای قرمز خون، افزایش مقدار سلولهای مغز استخوان می‌باشد. البته همان طور که اشاره شد کبالت موجود در آب کمتر دخالت دارد. مقدار آن در رژیم غذایی روزانه 150 پی‌پی‌ام می‌باشد. برای حداکثر غلظت مجاز آن در آب آشامیدنی در مراجعی که در دسترس بود رقمی ذکر نگردیده.

3-3- کادمیوم

کادمیوم عمدتاً در معادن روی- سرب- مس به صورت سولفید کادمیوم به میزان کمتر از یک درصد یافت می‌شود. کاربرد اصلی کادمیوم در لحیم‌کاری- آب فلزکاری- تهیه آلیاژها- رنگ‌دانه‌های ثابت کننده، مواد پلاستیکی و باطری‌سازی است. کادمیوم اثر سمی بسیار شدیدی دارد، و این دلیل بعضی مسمومیت‌های شیمیایی را روشن می‌سازد.

در دهه اخیر تماس انسان و محیط با کادمیوم به مقدار زیادی افزایش یافته، به طوری که در بعضی مناطق سبب سرطان شده، مشکلاتی را برای محیط و سلامت انسان ایجاد نموده است. در تماس‌های ممتد با کادمیوم مقدار آن در کلیه به طور تصاعدی افزایش پیدا می‌کند. بیماری عجیبی در سالهای آخر دهه 1950 در ژاپن شایع شده بود، که ژاپنی‌ها آن را ایتای ایتای[2]می‌نامیدند. در این بیماری استخوان بقدری شکننده می‌شود، که حتی سرفه بیمار آن را می‌شکند، و بسیار دردآور است. حداکثر غلظت مجاز کادمیوم بر حسب میلی‌گرم در لیتر در آب آشامیدنی 005/0 میلی‌گرم در لیتر می‌باشد.

(جداول در فایل اصلی موجود است