Стронцій барій. Як отримують металевий стронцій

Стронцій (Sr) – хімічний елемент, лужноземельний метал 2-ї групи періодичної таблиці. Використовується в червоних сигнальних вогнях та люмінофорах, становить основну загрозу здоров'ю при радіоактивному зараженні.

Історія відкриття

Мінерал зі свинцевої копальні поблизу села Стронтіан у Шотландії. Спочатку він був розпізнаний як різновид карбонату барію, але Адер Кроуфорд і Вільям Крюйкшенк у 1789 році припустили, що це інша речовина. Хімік Томас Чарльз Хоуп назвав новий мінерал стронтитом на ім'я села, а відповідний оксид стронцію SrO – стронцією. Метал був виділений в 1808 р. сером Хемфрі Деві, який піддав електроліз суміш вологого гідроксиду або хлориду з оксидом ртуті, використовуючи ртутний катод, а потім з отриманої амальгами випарував ртуть. Новий елемент він назвав, скориставшись коренем слова "стронція".

Знаходження у природі

Відносна поширеність стронцію, тридцять восьмого елемента таблиці Менделєєва, в космосі оцінюється як 18,9 атомів на кожні 10 6 атомів кремнію. Він становить близько 0,04 % маси земної кори. Середня концентрація елемента у морській воді дорівнює 8 мг/л.

Хімічний елемент стронцій широко зустрічається в природі, і, за оцінками фахівців, є 15 найбільш поширеною речовиною на Землі, досягаючи концентрації 360 частин на мільйон. З огляду на його екстремальну реактивність існує тільки у формі сполук. Його головними мінералами є целестин (сульфат SrSO 4) та стронціаніт (карбонат SrCO 3). З них у достатніх для рентабельного видобутку кількостях зустрічається целестит, понад 2/3 світової пропозиції якого надходить із Китаю, а Іспанія та Мексика поставляють більшу частину залишку. Однак вигідніше добувати стронціаніт, тому що стронцій найчастіше використовується в карбонатній формі, але відомих його родовищ відносно мало.

Властивості

Стронцій є м'яким металом, подібним до свинцю, який у місці розрізу блищить як срібло. На повітрі він швидко вступає в реакцію з киснем і присутньою в атмосфері вологою, набуваючи жовтого відтінку. Тому зберігати його потрібно в ізоляції повітряних мас. Найчастіше його зберігають у гасі. У вільному стані у природі не зустрічається. Супроводжуючи кальцію, стронцій входить до складу лише 2 основних руд: целестину (SrSO 4) та стронціаніту (SrCO 3).

У ряді хімічних елементів магній-кальцій-стронцій (лужноземельних металів) Sr знаходиться у групі 2 (колишньої 2А) періодичної таблиці між Ca та Ba. Крім того, він розташований у 5-му періоді між рубідієм та ітрієм. Оскільки атомний радіус стронцію аналогічний радіусу кальцію, він легко замінює останній у мінералах. Але він м'якший і реактивніший у воді. При контакті з нею утворює гідроксид та газоподібний водень. Відомі 3 алотропа стронцію з точками переходу 235°C і 540°C.

Лужноземельний метал зазвичай не реагує з азотом нижче 380°З при кімнатній температурі утворює тільки оксид. Однак у вигляді порошку стронцій мимоволі запалюється з утворенням оксиду та нітриду.

Хімічні та фізичні властивості

Характеристика хімічного елемента стронцію за планом:

• Назва, символ, атомний номер: стронцій, Sr, 38.
• Група, період, блок: 2, 5, с.
• Атомна маса: 87,62 г/моль.
• Електронна конфігурація: 5s 2 .
• Розподіл електронів за оболонками: 2, 8, 18, 8, 2.
• Щільність: 2,64 г/см3.
• Температури плавлення та кипіння: 777 °C, 1382 °C.
• Ступінь окиснення: 2.

Ізотопи

Природний стронцій є сумішшю 4-х стабільних ізотопів: 88 Sr (82,6%), 86 Sr (9,9%), 87 Sr (7,0%) і 84 Sr (0,56%). З них лише 87 Sr є радіогенним - він утворюється при розпаді радіоактивного ізотопу рубідії 87 Rb з періодом напіврозпаду 4,88×10 10 років. Вважається, що 87 Sr продукувався під час «первинного нуклеосинтезу» (ранньої стадії Великого вибуху) поряд з ізотопами 84 Sr, 86 Sr та 88 Sr. Залежно від розташування, співвідношення 87 Sr та 86 Sr можуть відрізнятися більш ніж у 5 разів. Це використовується у датуванні геологічних проб та у визначенні походження скелетів та глиняних артефактів.

В результаті ядерних реакцій було отримано близько 16 синтетичних радіоактивних ізотопів стронцію, з яких найбільш довговічним є 90 Sr (період напіврозпаду 28,9 року). Цей ізотоп, що утворюється під час ядерного вибуху, вважається найбільш небезпечним продуктом розпаду. Через його хімічну подібність із кальцієм він засвоюється в кістках і зубах, де продовжує виштовхувати електрони, викликаючи радіаційне ураження, ушкоджуючи кістковий мозок, порушуючи процес утворення нових клітин крові та викликаючи рак.

Однак у контрольованих медиками умовах стронцій використовується для лікування деяких поверхневих злоякісних новоутворень та раку кісткової тканини. Він також застосовується у формі фториду стронцію в і в радіоізотопних термоелектричних генераторах, в яких тепло його радіоактивного розпаду перетворюється на електрику, що служать довгоживучими, легкими джерелами енергії в навігаційних буях, віддалених метеостанціях та космічних апаратах.

89 Sr використовується для лікування раку, оскільки атакує кісткові тканини, виробляє бета-опромінення і через кілька місяців розпадається (період напіврозпаду 51 день).

Хімічний елемент стронцій не є необхідним для найвищих форм життя, його солі зазвичай нетоксичні. Те, що робить 90 Sr небезпечним, використовується для збільшення щільності кісток та їх зростання.

З'єднання

Властивості хімічного елемента стронцію дуже схожі на сполуках Sr має винятковий стан окислення +2 у вигляді іона Sr 2+ . Метал є активним відновником і легко реагує з галогенами, киснем та сіркою з отриманням галогенідів, окису та сульфіду.

Сполуки стронцію мають досить обмежену комерційну цінність, оскільки відповідні сполуки кальцію і барію, як правило, виконують те саме, але дешевші. Однак деякі з них знайшли застосування у промисловості. Поки що не придумали, за допомогою яких речовин досягти малинового кольору у феєрверках та сигнальних вогнях. В даний час з метою отримання цього кольору використовуються лише солі стронцію, такі як нітрат Sr(NO 3) 2 та хлорат Sr(ClO 3) 2 . Близько 5-10% всього виробництва цього хімічного елемента споживає піротехніка. Гідроксид стронцію Sr(OH) 2 іноді використовується для вилучення цукру з меляси, тому що він утворює розчинний сахарид, з якого цукор може бути легко регенерований під дією двоокису вуглецю. Моносульфід SrS застосовується як депілятор та інгредієнт у люмінофорах електролюмінесцентних пристроїв та фарб, що світяться.

Феріти стронцію утворюють сімейство сполук із загальною формулою SrFe х O у, одержуваних у результаті високотемпературної (1000-1300 °C) реакції SrCO 3 і Fe 2 O 3 . З них виготовляють керамічні магніти, які знаходять широке застосування в динаміках, двигунах автомобільних склоочисників та дитячих іграшках.

Виробництво

Більша частина мінералізованого целестину SrSO 4 перетворюється на карбонат двома способами: або целестин безпосередньо вилуговується розчином карбонату натрію, або нагрівається з вугіллям, утворюючи сульфід. На другій стадії виходить речовина темного кольору, що містить, в основному, сульфід стронцію. Ця «чорна зола» розчиняється у воді та фільтрується. Карбонат стронцію осідає з розчину сульфіду шляхом введення діоксиду вуглецю. Сульфат відновлюється до сульфіду шляхом карботермічного відновлення SrSO 4 + 2C → SrS + 2CO 2 . Елемент може бути отриманий методом катодного електрохімічного контакту, в якому охолоджений залізний стрижень, що діє як катод, стосується поверхні суміші хлоридів калію та стронцію, і піднімається, коли стронцій твердне на ньому. Реакції на електродах можуть бути наступні: Sr 2+ + 2e - → Sr (катод); 2Cl - → Cl 2 + 2e - (анод).

Металевий Sr можна також відновити з його оксиду алюмінієм. Він ковкий і пластичний, добрий провідник електрики, але використовується відносно мало. Одне з його застосування - легуючий агент для алюмінію або магнію при литті блоків циліндрів. Стронцій покращує оброблюваність та стійкість до повзучості металу. Альтернативним способом отримання стронцію є відновлення оксиду з алюмінієм у вакуумі при температурі перегонки.

Комерційне застосування

Хімічний елемент стронцій широко використовується у склі електронно-променевих трубок кольорових телевізорів для запобігання проникненню рентгенівського випромінювання. Також він може входити до складу аерозольних фарб. Це, очевидно, одна із найімовірніших джерел впливу стронцію населення. Крім того, елемент використовується для виробництва феритових магнітів та очищення цинку.

Солі стронцію застосовують у піротехніці, оскільки при згорянні забарвлюють полум'я в червоне світло. А сплав солей стронцію з магнієм застосовується у складі запальних та сигнальних сумішей.

Титанат має надзвичайно високий показник заломлення та оптичної дисперсії, що робить його корисним в оптиці. Він може використовуватися як заміна діамантів, але рідко використовується з цією метою через крайню м'якість і вразливість до подряпин.

Алюмінат стронцію є яскравим люмінофором із тривалою стійкістю фосфоресценції. Оксид іноді застосовується для покращення якості керамічних глазурів. Ізотоп 90 Sr є одним із кращих довгоживучих високоенергетичних бета-випромінювачів. Він використовується як джерело живлення для радіоізотопних термоелектричних генераторів (РІТЕГ), що перетворюють на електрику тепло, що виділяється при розпаді радіоактивних елементів. Ці пристрої застосовуються в космічних апаратах, віддалених метеостанціях, навігаційних буях і т. д. - там, де потрібне легке та довгоживуче ядерно-електричне джерело енергії.

Медичне використання стронцію: лікування препаратами

Ізотоп 89 Sr є активним інгредієнтом радіоактивного препарату Metastron, що застосовується для лікування болів у кістках, спричинених метастатичним раком передміхурової залози. Хімічний елемент стронцій діє як кальцій, переважно включається в кістку в місцях з підвищеним остеогенезом. Ця локалізація фокусує радіаційний вплив на ракову поразку.

Радіоізотоп 90 Sr також використовується у терапії раку. Його бета-випромінювання та тривалий ідеально підходять для поверхневої променевої терапії.

Експериментальний препарат, отриманий шляхом поєднання стронцію з ранеліновою кислотою, сприяє зростанню кістки, збільшенню щільності кісткової тканини та зменшенню переломів. Stronium ranelate зареєстрований у Європі як засіб лікування остеопорозу.

Хлорид стронцію іноді використовується у зубних пастах для чутливих зубів. Його зміст сягає 10%.

Запобіжні заходи

У чистого стронцію висока хімічна активність, а подрібненому стані метал спонтанно спалахує. Тому цей хімічний елемент вважається пожежонебезпечним.

Вплив на організм людини

Людське тіло поглинає стронцій так само, як і кальцій. Ці два елементи хімічно настільки схожі, що стійкі форми Sr не становлять значної загрози здоров'ю. На відміну від цього, радіоактивний ізотоп 90 Sr може призвести до різних кісткових порушень та захворювань, у тому числі раку кісткової тканини. Для вимірювання випромінювання поглиненого 90 Sr використовується стронцієва одиниця.

СТРОНЦІЙ (Strontium), Sr (а. strontium; н. Strontium; ф. strontium; і. estroncio), - хімічний елемент II групи періодичної системи Менделєєва, атомний номер 38, атомна маса 87,62, відноситься до лужноземельних металів.

Властивості стронцію

Природний стронцій складається із 4 стабільних ізотопів; 84 Sr (0,56%), 86 Sr (9,84%), 87 Sr (7,0%) та 88 Sr (82,6%); відомо понад 20 штучних радіоактивних ізотопів стронцію з масовими числами від 77 до 99, з яких найбільш важливе значення має 90 Sr (ТЅ 29 років), що утворюється при розподілі урану. Стронцій відкрито 1790 шотландським ученим А. Крофордом як оксиду.

У вільному стані стронцій – м'який золотисто-жовтий метал. При t нижче 248°С для нього характерні гранецентровані кубічні грати (а-Sr з періодом а=0,60848 нм), в інтервалі 248-577°С - гексагональна (b-Sr з періодами а=0,432 нм, з=0,706 нм ); при вищій температурі перетворюється на об'ємноцентровану кубічну модифікацію (g-Sr з періодом а=0,485 нм). Щільність а-Sr 2540 кг/м 3; t плавлення 768 ° С, t кипіння 1381 ° С; молярна теплоємність 26,75 Дж/(моль.К); питомий електричний опір 20,0.10-4 (Ом.м), температурний коефіцієнт лінійного розширення 20,6.10-6К-1. Стронцій парамагнітний, атомна магнітна сприйнятливість за кімнатної температури 91,2.10 -6 . Пластичний, м'який, легко ріжеться ножем.

Стронцій за хімічними властивостями подібний до Ca і Ba. У сполуках має ступінь окиснення +2. Швидко окислюється на повітрі, при кімнатній температурі взаємодіє з водою, при підвищеній - з воднем, азотом, фосфором, сіркою та галогенами.

Середній вміст стронцію у земній корі 3,4.10 -2 % (за масою). Магматичні середні гірські породи містять дещо більше стронцію (8,0.10 -2 %), ніж (4,5.10 -2 %), (4,4.10 -2 %), (3.10 -2 %) та (1.10 -3 %) гірські породи. Відомо близько 30 мінералів стронцію, найважливішими з яких є целестин SrSO 4 і стронціаніт SrCO 3; Крім цього практично завжди присутній в мінералах кальцію, калію і барію, входячи у вигляді ізоморфної домішки в їхній кристалічній решітці. Оскільки з 4 природних ізотопів стронцію один (87 Sr) постійно накопичується в результаті Я-розпаду 87 Rb, ізотопний склад стронцію (ставлення 87 Sr/86 Sr) використовується в геохімічних дослідженнях для встановлення генетичних взаємин між різними комплексами порід, а також для визначення їх радіометричного віку (за умови одночасного визначення змісту рубідії у досліджуваних об'єктах). Радіоактивний 90 Sr служить забруднення довкілля (до припинення атмосферних ядерних випробувань був одним із головних факторів радіоактивного забруднення).

Застосування та використання

Основна сировина для отримання стронцію - целестинові та стронціанітові руди. Металевий стронцій одержують алюмотермічним відновленням оксиду стронцію у вакуумі. Застосовують при виготовленні алюмінієвих сплавів та деяких сталей, електровакуумних приладів та деяких оптичних стекол. Солі стронцію, що забарвлюють полум'я в інтенсивний червоний колір, використовуються в піротехніці. 90 Sr застосовують у медицині як джерело іонізуючого випромінювання.

Стронцій- Елемент головної підгрупи другої групи, п'ятого періоду періодичної системи хімічних елементів Д. І. Менделєєва, з атомним номером 38. Позначається символом Sr (лат. Strontium). Проста речовина стронцій (CAS-номер: 7440-24-6) - м'який, ковкий та пластичний лужноземельний метал сріблясто-білого кольору. Має високу хімічну активність, на повітрі швидко реагує з вологою і киснем, покриваючись жовтою оксидною плівкою.

Історія та походження назви

Новий елемент виявили в мінералі стронціаніті, знайденому в 1764 році в свинцевому руднику поблизу шотландського села Строншіан, що згодом дала назву новому елементу. Присутність у цьому мінералі оксиду нового металу була встановлена ​​майже через 30 років Вільямом Крюйкшенком та Адером Кроуфордом. Виділено у чистому вигляді сером Хемфрі Деві у 1808 році.

Присутність у природі

Стронцій міститься у морській воді (0,1 мг/л), у ґрунтах (0,035 мас%).

У природі стронцій зустрічається як суміші 4 стабільних ізотопів 84 Sr (0,56 %), 86 Sr (9,86 %), 87 Sr (7,02 %), 88 Sr (82,56 %).

Отримання Стронцію

Три способи отримання металевого стронцію:

- Термічне розкладання деяких з'єднань
- Електроліз
- Відновлення оксиду або хлориду

Основним промисловим способом одержання металевого стронцію є термічне відновлення його оксиду алюмінієм. Далі отриманий стронцій очищається сублімацією.

Електролітичне отримання стронцію електролізом розплаву суміші SrCl 2 і NaCl не набуло широкого поширення через малий вихід по струму та забруднення стронцію домішками.

При термічному розкладанні гідриду або нітриду стронцію утворюється дрібнодисперсний стронцій, схильний до легкого займання.

Фізичні властивості

Стронцій - м'який сріблясто-білий метал, має ковкість і пластичність, легко ріжеться ножем.

Поліморфен - відомі три його модифікації. До 215 про З стійка кубічна гранецентрована модифікація (α-Sr), між 215 і 605 про З - гексагональна (β-Sr), вище 605 про З - кубічна об'ємно-центрована модифікація (γ-Sr).

Температура плавлення - 768 про З, Температура кипіння - 1390 про.

Хімічні властивості

Стронцій у своїх сполуках завжди виявляє валентність +2. За властивостями стронцій близький до кальцію та барію, займаючи проміжне положення між ними.

В електрохімічному ряду напруг стронцій знаходиться серед найбільш активних металів (його нормальний електродний потенціал дорівнює -2,89 В. Енергійно реагує з водою, утворюючи гідроксид:

Sr + 2H 2 O = Sr(OH) 2 + H 2

Взаємодіє з кислотами, витісняє важкі метали зі своїх солей. З концентрованими кислотами (H 2 SO 4 HNO 3) реагує слабо.

Металевий стронцій швидко окислюється на повітрі, утворюючи жовту плівку, в якій крім оксиду SrO завжди присутні пероксид SrO 2 і нітрид Sr 3 N 2 . При нагріванні на повітрі спалахує, порошкоподібний стронцій на повітрі схильний до самозаймання.

Енергійно реагує з неметалами - сіркою, фосфором, галогенами. Взаємодіє з воднем (понад 200 про З), азотом (вище 400 про З). Практично не реагує із лугами.

При високих температурах реагує з CO 2 утворюючи карбід:

5Sr + 2CO 2 = SrC 2 + 4SrO

Легкорозчинні солі стронцію з аніонами Cl-, I-, NO 3-. Солі з аніонами F-, SO 4 2-, CO 3 2-, PO 4 3- малорозчинні.

Застосування

Основні галузі застосування стронцію та його хімічних сполук – це радіоелектронна промисловість, піротехніка, металургія, харчова промисловість.

Металургія

Стронцій застосовується для легування міді та деяких її сплавів, для введення в свинцеві акумуляторні сплави, для знесірювання чавуну, міді і сталей.

Металотермія

Стронцій чистотою 99,99-99,999% застосовується для відновлення урану.

Магнітні матеріали

Магнітотверді ферити стронцію - широковживані матеріали для виробництва постійних магнітів.

Піротехніка

У піротехніці застосовуються карбонат, нітрат, перхлорат стронцію для фарбування полум'я в цегляно-червоний колір. Сплав магній-стронцій має найсильніші пірофорні властивості і знаходить застосування в піротехніці для запальних та сигнальних складів.

Ізотопи

Радіоактивний 90 Sr (період напіврозпаду 28,9 років) застосовується у виробництві радіоізотопних джерел струму у вигляді титанату стронцію (щільність 4,8 г/см³, а енерговиділення близько 0,54 Вт/см³).

Атомноводнева енергетика

Уранат стронцію відіграє важливу роль при отриманні водню (стронцій-уранатний цикл, Лос-Аламос, США) термохімічним способом (атомно-воднева енергетика), і зокрема розробляються способи безпосереднього поділу ядер урану у складі уранату стронцію для отримання тепла при розкладанні води на водень та кисень.

Високотемпературна надпровідність

Оксид стронцію застосовується як компонент надпровідних керамік.

Хімічні джерела струму

Фторид стронцію використовується як компонент твердотільних фторіонних акумуляторних батарей з величезною енергоємністю та енергощільністю.

Сплави стронцію з оловом та свинцем застосовуються для відливання струмовідводів акумуляторних батарей. Сплави стронцій-кадмій для анодів гальванічних елементів.

Біологічна роль

Вплив на організм людини

Не слід плутати дію на організм людини природної (нерадіоактивної, малотоксичної і більше того, що широко використовується для лікування остеопорозу) та радіоактивних ізотопів стронцію. Ізотоп стронцію 90 Sr є радіоактивним з періодом напіврозпаду 28.9 років. 90 Sr зазнає β-розпаду, переходячи в радіоактивний 90 Y (період напіврозпаду 64 год.) Повний розпад стронцію-90, що потрапив у навколишнє середовище, відбудеться лише через кілька сотень років. 90 Sr утворюється при ядерних вибухах та викидах з АЕС. За хімічними реакціями радіоактивні та нерадіоактивні ізотопи стронцію практично не відрізняються. Стронцій природний - складова частина мікроорганізмів, рослин та тварин. Незалежно від шляху та ритму надходження в організм розчинні сполуки стронцію накопичуються у скелеті. У м'яких тканинах затримується менше 1%. Шлях надходження впливає величину відкладення стронцію в скелеті. На поведінку стронцію в організмі впливає вигляд, стать, вік, а також вагітність та інші фактори. Наприклад, у скелеті чоловіків відкладення вищі, ніж у скелеті жінок. Стронцій є аналогом кальцію. Стронцій з великою швидкістю накопичується в організмі дітей до чотирирічного віку, коли відбувається активне формування кісткової тканини. Обмін стронцію змінюється при деяких захворюваннях органів травлення та серцево-судинної системи. Шляхи влучення:

1. вода (гранично допустима концентрація стронцію у воді в РФ - 8 мг/л, а в США - 4 мг/л)
2. їжа (томати, буряк, кріп, петрушка, редька, редис, цибуля, капуста, ячмінь, жито, пшениця)
3. інтратрахеальне надходження
4. через шкіру (нашкірне)
5. інгаляційне (через повітря)
6. із рослин або через тварин стронцій-90 може безпосередньо перейти в організм людини.
7. люди робота яких пов'язана зі стронцієм (у медицині радіоактивний стронцій використовують як аплікатори при лікуванні шкірних і очних хвороб. Основні галузі застосування природного стронцію - це радіоелектронна промисловість, піротехніка, металургія, металотермія, харчова промисловість, пр-во магнітних матеріалів, радіоактивного - ін. -в атомних електричних батарей, атомно-воднева енергетика, радіоізотопні термоелектричні генератори та ін.)

Вплив нерадіоактивного стронцію проявляється вкрай рідко тількипри дії інших факторів (дефіцит кальцію та вітаміну Д, неповноцінне харчування, порушення співвідношення мікроелементів таких як барій, молібден, селен та ін.). Тоді він може викликати у дітей «стронцієвий рахіт» та «урівську хворобу» — ураження та деформація суглобів, затримка росту та інші порушення. Навпаки, радіоактивний стронцій практично завжди негативно впливає на організм людини:

1. відкладається в скелеті (костях), вражає кісткову тканину та кістковий мозок, що призводить до розвитку променевої хвороби, пухлин кровотворної тканини та кісток.
2. викликає лейкемію та злоякісні пухлини (рак) кісток, а також ураження печінки та мозку

Ізотопи

Стронцій-90

Ізотоп стронцію 90 Sr є радіоактивним з періодом напіврозпаду 28,79 років. 90 Sr зазнає β-розпаду, переходячи в радіоактивний ітрій 90 Y (період напіврозпаду 64 години). 90 Sr утворюється при ядерних вибухах та викидах з АЕС.

Стронцій є аналогом кальцію і здатний міцно відкладатися у кістках. Тривалий радіаційний вплив 90 Sr та 90 Y вражає кісткову тканину та кістковий мозок, що призводить до розвитку променевої хвороби, пухлин кровотворної тканини та кісток.

Надіслати свою гарну роботу до бази знань просто. Використовуйте форму нижче

Студенти, аспіранти, молоді вчені, які використовують базу знань у своєму навчанні та роботі, будуть вам дуже вдячні.

Розміщено на http:// www. allbest. ru/

Вступ

5. Підходи до відбору проб

Пропозиції

Вступ

Дуже небезпечним видом на біосферу є радіоактивне випромінювання. Цей вид забруднення навколишнього середовища виник лише на початку XX ст., з моменту відкриття явища радіоактивності та спроб використання радіоактивних елементів у науці та техніці. Відомі типи радіоактивних перетворень супроводжуються різними випромінюваннями. Це а-промені, що складаються з ядер гелію, в-промені, що являють собою потік швидких електронів, і у-промені, що мають високу проникаючу здатність. Уламки поділу ядер урану, плутонію, цезію, барію, стронцію, йоду та інших радіоактивних елементів мають сильну біологічну дію.

Сукупність властивостей стронцію-90 наводить його поряд з цезієм-137 і радіоактивними ізотопами йоду в розряд найнебезпечніших і найстрашніших радіоактивних забруднювачів. Стабільні ізотопи стронцію самі по собі малонебезпечні, але радіоактивні ізотопи стронцію є великою небезпекою для всього живого. Радіоактивний ізотоп стронцію-90 по праву вважається одним з найстрашніших і найнебезпечніших антропогенних радіаційних забруднювачів. Пов'язано це, перш за все з тим, що він має дуже короткий період напіврозпаду - 29 років, що зумовлює дуже високий рівень його активності та потужне радіаційне випромінювання, а з іншого боку його здатністю ефективно метаболізуватися та включатись у життєдіяльність організму. Стронцій є майже повним хімічним аналогом кальцію, тому проникаючи в організм, він відкладається у всіх тканинах, що містять кальцій і рідинах - в кістках і зубах, забезпечуючи ефективне радіаційне ураження тканин організму зсередини.

1. Загальна характеристика стронцію

Стромнцій – елемент головної підгрупи другої групи, п'ятого періоду періодичної системи хімічних елементів Д. І. Менделєєва, з атомним номером 38. Позначається символом Sr (лат. Strontium). Проста речовина стронцій - м'який, ковкий та пластичний лужноземельний метал сріблясто-білого кольору. Має високу хімічну активність, на повітрі швидко реагує з вологою і киснем, покриваючись жовтою оксидною плівкою. Свою назву стронцій отримав від мінералу стронціаніту, знайденого у 1787 р. у свинцевій копальні біля Стронціана (Шотландія). У 1790 р. англійським хіміком Адером Кроуфордом (Crawford Ader) (1748-1795) було показано, що стронціаніт містить нову, ще невідому "землю". Цю особливість стронціаніту встановив також німецький хімік Мартін Генріх Клапрот (Klaproth Martin Heinrich) (1743-1817). Англійський хімік Т. Хоп (Hope T.) у 1791 р. довів, що у стронціаніті міститься новий елемент. Він чітко розмежував сполуки барію, стронцію та кальцію, використовуючи, крім інших методів, характерне забарвлення полум'я: жовто-зелене для барію, яскраво-червоне для стронцію та оранжево-червоне для кальцію.

Незалежно від західних вчених, петербурзький академік Тобіаш (Товій Єгорович) Ловіц (1757-1804) у 1792 р., досліджуючи мінерал барит, дійшов висновку, що в ньому, крім оксиду барію, як домішка знаходиться і "стронціанова земля". Він зумів витягти з важкого шпату понад 100 р. нової " землі " і дослідив її властивості. У вільному вигляді стронцій першим виділив англійський хімік і фізик Гемфрі Деві в 1808 р. Металевий стронцій був отриманий при електроліз його зволоженого гідроксиду. Стронцій, що виділявся на катоді, з'єднувався з ртуттю, утворюючи амальгаму. Розклавши амальгаму нагріванням, Деві виділив чистий метал.

Стронцій - м'який сріблясто-білий метал, має ковкість і пластичність, легко ріжеться ножем. Поліморфен - відомі три його модифікації. До 215 про З стійка кубічна гранецентрована модифікація (б-Sr), між 215 і 605 про З - гексагональна (в-Sr), вище 605 про З - кубічна об'ємно-центрована модифікація (г-Sr). Температура плавлення - 768 про З, Температура кипіння - 1390 про З.

Стронцій у своїх сполуках завжди виявляє валентність +2. За властивостями стронцій близький до кальцію та барію, займаючи проміжне положення між ними. В електрохімічному ряді напруг стронцій знаходиться серед найбільш активних металів (його нормальний електродний потенціал дорівнює?2,89 В. Енергійно реагує з водою, утворюючи гідроксид:

Sr + 2H2O = Sr(OH)2 + H2^

Взаємодіє з кислотами, витісняє важкі метали зі своїх солей. З концентрованими кислотами (H 2 SO 4 HNO 3) реагує слабо.

Металевий стронцій швидко окислюється на повітрі, утворюючи жовту плівку, в якій крім оксиду SrO завжди присутні пероксид SrO 2 і нітрид Sr 3 N 2 . При нагріванні на повітрі спалахує, порошкоподібний стронцій на повітрі схильний до самозаймання.

Енергійно реагує з неметалами - сіркою, фосфором, галогенами. Взаємодіє з воднем (понад 200 про З), азотом (вище 400 про З). Практично не реагує із лугами.

При високих температурах реагує з CO2, утворюючи карбід:

5Sr + 2CO 2 = SrC 2 + 4SrO

Легкорозчинні солі стронцію з аніонами Cl?, I?, NO 3?. Солі з аніонами F?, SO42?, CO32?, PO43? малорозчинні (Напівектів, 1978).

стронцій радіоактивне зараження

2. Основні джерела надходження стронцію в природні середовища та живі організми

Стронцій - складова частина мікроорганізмів, рослин та тварин. У морських радіолярій скелет складається з сульфату стронцію – целестину. Морські водорості містять 26-140 мг стронцію на 100 г сухої речовини, наземні рослини – близько 2,6, морські тварини – 2-50, наземні тварини – близько 1,4, бактерії – 0,27-30. Накопичення стронцію різними організмами залежить не тільки від їх виду, особливостей, а й від співвідношення вмісту стронцію та інших елементів, головним чином кальцію та фосфору, у навколишньому середовищі.

Тварини отримують стронцій із водою та їжею. Деякі речовини, наприклад полісахариди водоростей, перешкоджають засвоєнню стронцію. Стронцій накопичується в кістковій тканині, в золі якої міститься близько 0,02% стронцію (в інших тканинах – близько 0,0005%).

Внаслідок ядерних випробувань та аварій на АЕС у навколишнє середовище надійшла велика кількість радіоактивного стронцію-90, період напіврозпаду якого становить 29,12 роки. До тих пір, поки не було заборонено випробування атомної та водневої зброї у трьох середовищах, кількість постраждалих від радіоактивного стронцію зростала з року в рік.

Протягом року після завершення атмосферних ядерних вибухів внаслідок самоочищення атмосфери більшість радіоактивних продуктів, у тому числі стронцію-90, випала з атмосфери на поверхню землі. Забруднення природного середовища за рахунок виведення з стратосфери радіоактивних продуктів ядерних вибухів, що проводилися на полігонах планети в 1954-1980, зараз відіграє другорядну роль, внесок цього процесу в забруднення атмосферного повітря 90Sr на два порядки менше, ніж від вітрового підйому пилу ядерних випробуваннях та внаслідок радіаційних аварій.

Стронцій-90, поряд із цезієм-137, є основними забруднюючими радіонуклідами на території Росії. На радіаційну обстановку істотно впливає наявність забруднених зон, що з'явилися внаслідок аварій на Чорнобильській АЕС у 1986 та на ПО "Маяк" у Челябінській області у 1957 ("Киштимська аварія"), а також на околицях деяких підприємств ядерно-паливного циклу.

Наразі час середньої концентрації 90Sr у повітрі за межами територій, забруднених внаслідок Чорнобильської та Киштимської аварій, вийшли на рівні, що спостерігалися до аварії на Чорнобильській АЕС. У гідрологічних системах, пов'язаних із зонами, забрудненими при цих аваріях, суттєво позначається змив стронцію-90 з поверхні ґрунту.

Потрапляючи у ґрунт, стронцій разом із розчинними сполуками кальцію надходить у рослини. Більше інших накопичують 90Sr бобові рослини, корене- і бульбоплоди, менше - злаки, у тому числі зернові, та льон. У насінні та плодах накопичується значно менше 90Sr, ніж в інших органах (наприклад, у листі та стеблах пшениці 90Sr у 10 разів більше, ніж у зерні).

З рослин стронцій-90 може безпосередньо чи через тварин перейти до організму людини. У чоловіків стронцій-90 накопичується більшою мірою, ніж у жінок. У перші місяці життя дитини відкладення стронцію-90 на порядок вище, ніж у дорослої людини, вона надходить в організм з молоком і накопичується в кістковій тканині, що швидко росте.

За рівнем фізичної поширеності в земній корі стронцій займає 23-е місце - його масова частка становить 0,014% (у літосфері - 0,045%). Мольна частка металу у земній корі 0,0029%. Стронцій міститься в морській воді (8 мг / л). 56%) (Орлов, 2002).

3. Гігієнічні параметри використання стронцію

Стронцій погано абсорбується в кишечнику, і основна частина металу, що потрапляє в організм, із нього виділяється. Стронцій, що залишився в організмі, заміщає кальцій і в невеликих кількостях накопичується в кістках. При значному накопиченні стронцію виникає ймовірність придушення процесу кальцинування кісток, що ростуть, і зупинки росту. Нерадіоактивний стронцій становить небезпеку здоров'ю людей, і його кількість у продуктах підлягає відповідно до вимог ФАО/ВООЗ контролю (Каплін, 2006).

Радіонукліди, потрапляючи у біосферу, викликають численні екологічні наслідки. В результаті поверхневого стоку радіонукліди можуть накопичуватися в пониженнях, улоговинах та інших акумулятивних елементах рельєфу. Нукліди надходять у рослини і енергійно мігрують харчовими ланцюгами. Ґрунтові мікроорганізми акумулюють радіоактивні елементи, що добре виявляється методом радіоавтографії. У цьому принципі розробляються методи ідентифікації мікробних популяцій для діагностики геохімічних провінцій із високим вмістом радіонуклідів.

Вивчення поведінки радіонуклідів представляє особливе значення у зв'язку з їх потраплянням у ланцюг "грунт - рослина - тварина - людина". Видові відмінності у вмісті нуклідів у рослинах зумовлені характером розподілу кореневих систем.

За масштабами надходження радіонуклідів у фітомасу рослинні угруповання розташовуються в наступний ряд: ковиловий степ > мятликово-овсянієвий луг > різнотравно-злаковий луг. Максимальне накопичення радіонуклідів спостерігається у рослин сімейства злакових, потім слідує різнотрав'я, найменше нуклідів накопичують бобові.

Стронцій-90 легко адсорбується ґрунтом завдяки катіонному обміну або закріплюється органічною речовиною ґрунтів з утворенням нерозчинних сполук. Зрошення та інтенсивна обробка ґрунтів можуть прискорити процес його вимивання вниз за профілем. Можливий і винос стронцію-90 поверхневими водами з подальшою акумуляцією в депресіях (зниженнях) рельєфу.

Як правило, у сільськогосподарських культурах максимальне накопичення стронцію-90 спостерігається в корінні, менше - у листі та незначні кількості - у плодах та зернах. По трофічних ланцюгах стронцій-90 легко передається тваринам і людині, має властивість накопичуватися в кістках і завдає великої шкоди здоров'ю.

Гранично допустимі концентрації (ГДК) стронцію-90 у повітрі робочих приміщень 0,185 (Бк/л), у воді відкритих водойм 18,5 (Бк/л). Допустимі рівні 90Sr у харчових продуктах відповідно до вимог СанПіН 2.3.2.1078-01 складають у зерні, сирах, рибі, крупах, борошні, цукрі, солі 100-140 (Бк/кг), м'ясі, овочах, фруктах, вершковому маслі, , макаронних виробах - 50-80 (Бк/кг), олії 50-80 (Бк/л), молоці - 25, питній воді - 8 (Бк/л) (Орлов, 2002).

4. Токсикологічна характеристика стронцію

Солі та сполуки стронцію відносяться до малотоксичних речовин, проте при надлишку стронцію уражаються кісткова тканина, печінка та мозок. Будучи близьким до кальцію за хімічними властивостями, стронцій різко відрізняється від нього за своєю біологічною дією. Надлишковий вміст цього елемента у ґрунтах, водах та продуктах харчування викликає "рівівську хворобу" у людини та тварин (за назвою річки Урів у Східному Забайкаллі) - ураження та деформацію суглобів, затримку росту та інші порушення.

Особливо небезпечні радіоактивні ізотопи стронцію. Радіоактивний стронцій зосереджується в скелеті і, таким чином, піддає організм тривалому радіоактивному впливу. Біологічна дія 90Sr пов'язана з характером його розподілу в організмі та залежить від дози b-опромінення, створюваного ним та його дочірнім радіоізотопом 90Y. При тривалому надходженні 90Sr в організм навіть у відносно невеликих кількостях, внаслідок безперервного опромінення кісткової тканини, можуть розвиватися лейкемія та рак кісток. Повний розпад стронцію-90, що потрапив у довкілля, відбудеться лише через кілька сотень років.

Про токсичність Sr для рослин є небагато відомостей, і рослини за толерантністю до цього елемента сильно різняться. За даними Шаклетта та ін, токсичний рівень Sr для рослин становить 30 мг/кг золи (Каплін, 2006; Кабата-Пендіас, 1989).

5. Підходи до відбору проб

Відбір проби є першою та досить простою, але водночас і відповідальною стадією проведення аналізу. До відбору проб пред'являються кілька вимог:

1. Відбір проби повинен бути асептичним і проводитись за допомогою стерильного пробовідбірника в стерильну ємність, яка повинна герметично закриватися для транспортування зразка до лабораторії.

2. Зразок може бути репрезентативним, тобто. мати достатній обсяг, величина якого визначається вимогами до змісту конкретного мікроорганізму, і проводитися в місці, що забезпечує адекватність зразка усьому обсягу об'єкта, що аналізується.

3. Відібрана проба має бути оброблена негайно, у разі неможливості негайної обробки - зберігатись у холодильнику.

Для отримання відтворюваних результатів експеримент вимагає пильної уваги до всіх деталей. Одним із джерел помилок при визначенні Sr є гетерогенність зразка та непредставність поверхні. Якщо подрібнення твердої проби (порошки руд, гірських порід, продукти збагачення, сировинні суміші, солі тощо) досягає 100 меш і менше, то такі проби можна вважати цілком гомогеними через велику проникаючу здатність жорсткого випромінювання. Для зменшення ефектів поглинання та збудження, що викривляють калібрувальні графіки, аналізовану пробу розбавляють прозорою для рентгенівських променів речовиною (полістирол, борна кислота, крохмаль, гідроксид алюмінію, вода і т.д.). Ступінь розведення визначається експериментально. Порошкоподібну пробу з рівномірно розподіленим розчинником та внутрішнім стандартом брикетують або розчиняють. Товщина брикету (таблетки) має бути досить великою (близько 1-2 мм), щоб інтенсивність випромінювання зразка не залежала від величини навішування. Виготовлені брикети (таблетки) придатні для багаторазових вимірювань. Досліджувана речовина може бути поміщена у вигляді порошку безпосередньо у кювети приладу. Порошок зразка може бути поміщений у тримач з плексигласу і запресований під полімерною плівкою або нанесений на клейку плівку (Орлов, 2002; Напівектів, 1978).

6. Аналітичні методи визначення стронцію у зразках

При визначенні Sr у природних та промислових об'єктах найбільше застосування знайшли спектральні методи – емісійний спектрографічний та полум'янофотометричний. Останнім часом широко використовується атомно-абсорбційний метод. Фотометричний метод, що вимагає попереднього відділення стронцію з інших елементів, використовується порівняно рідко. З тієї ж причини, а також у зв'язку з тривалістю аналізу в даний час майже не використовуються гравіметричні і титриметричні методи.

1. Гравіметричні методи

Гравіметричні методи застосовують для визначення стронцію в більшості випадків після його відділення від інших лужноземельних елементів.

2. Титриметричні методи

Титриметричне визначення стронцію може бути вироблено після його відокремлення від усіх або більшості елементів, що заважають. Найбільшого поширення знайшов комплексонометричний метод.

3. Спектрофотометричні методи визначення

Дані методи можна поділити на прямі та непрямі. Прямі методи ґрунтуються на реакціях утворення забарвлених сполук при дії реактивів на іони стронцію. У непрямих методах стронцій осаджується у вигляді важкорозчинної сполуки з забарвленим реактивом, що є надлишком, осад відокремлюють і за кількістю незв'язаного реактиву визначають концентрацію стронцію в пробі.

Приклади прямих методів визначення:

Визначення стронцію нітроортаніловим (нітрохромазо) або ортаніловим С. Заважають визначенню барій, свинець (2), даючи з реагентом кольорову реакцію; цирконій, титан, талій та деякі інші елементи призводять до різкого заниження результатів. Чутливість? 0,05 мкг/мл.

Визначення стронцію з диметилсульфаназо IIIі диметилсульфаназо

Елементи III-VI їхніх груп мають бути видалені. Кількість амонійних солей та лужних металів має бути не більше 10 мг. Сульфати та фосфати заважають, якщо їх більше 0,03 ммоля. Визначенню заважають багато металів, у тому числі Са та Mg, якщо їх вміст у пробі? 0,3 мкмоля, а Cu (II) ? 0,25 мкмоля. Також багато інших обмежень.

Визначення стронцію з карбоксинітразою

Реакція стронцію з карбоксинітразою є однією з найбільш чутливих. З допомогою цієї реакції визначають 0,08-0,6 мкг/мл.

Непрямі методи визначення стронцію

Зважаючи на свою малу селективність непрямі методи не знаходять застосування в даний час, тому будуть лише згадані: 8-Оксихіноліновий метод; метод із використанням пікролонової кислоти; визначення стронцію за допомогою хромату.

4. Електрохімічні методи

Полярографічний метод

Визначення стронцію заважають іони барію (але це можна усунути підбором відповідного фону яким є (C2H5) 4NBr в абсолютному етанолі). У присутності приблизно рівних концентрацій Mg та Ca визначення Sr неможливе. Слід попередньо відокремлювати Ba, Ca, Na, K якщо їх концентрації значно перевищують концентрацію Sr.

Диференціальний полярографічний метод

Дає можливість визначати малі кількості стронцію у присутності великих кількостей Na і К. Чутливість – 0,0001 моль Sr/моль солі.

Інверсійна полярографія

Дозволяє визначити стронцій у дуже малих концентраціях (10-5 - 10-9 М), якщо його спочатку сконцентрувати в краплі ртуті шляхом електролізу, а потім піддати її анодного розчинення. Використовується осцилографічна техніка. Середня помилка складає 3-5%.

Кондуктометричний метод

Визначення ведеться після попереднього відділення групи елементів Li, K, Na, Ca і Ba, що входять до розчинних солей будівельних матеріалів.

5. Спектральні методи

Спектрографічний (іскровий та дуговий) метод

Найбільш інтенсивні лінії Sr лежать у видимій області спектра: 4607,33; 4077,71 і 4215,52 А, причому 2 останні знаходяться в області ціанових смуг. Тому при використанні аналізу дуги з вугільними електродами ці лінії менш придатні. Лінія 4607,33 А відрізняється сильним самопоглинанням, тому рекомендується використовувати її щодо лише малих концентрацій Sr (нижче 0,1%). При високих його змістах використовуються лінії Sr 4811,88 і 4832,08?, а також 3464,46 А. В ультрафіолетовій області спектра використовуються значно слабші лінії 3464,46 і 3380,71 А, остання з них розташована в області спектра, що володіє фоном. Для стабілізації температури горіння дуги, усунення впливу Са, Mg, Na та досягнення вищої точності визначення Sr використовують буферні суміші. Для усунення смуг ціану визначення Sr проводять в аргоні або переводять проби у фтористі сполуки. Чутливість визначення Sr в дузі становить 5*10-5 - 1*10-4%, відносна помилка визначення ±4-15%. ). Чутливість визначення Sr в іскрі становить (1-5) *10-4%. Помилка визначення ±4-6%. З метою підвищення точності та абсолютної чутливості аналізу, а також усунення впливу сторонніх елементів, що заважають ліній, запропоновано використовувати інтерферометр, схрещений зі спектографом.

Емісійна фотометрія полум'я

Завдяки своїй простоті та надійності полум'янофотометричний метод визначення стронцію знаходить широке застосування, особливо при аналізі гірських порід та мінералів, природних та стічних вод, біологічних та інших матеріалів. Він придатний визначення як малих, і великих змістів елемента з досить високої точністю (1-2 отн.%) і чутливістю, причому у більшості випадків визначення стронцію може бути виконано без відокремлення від інших елементів. Найбільш висока чутливість досягається при використанні апаратури з автоматичним записом спектра та високотемпературних вогнищ. Найвища чутливість досягається при використанні ВЧ-плазми 0,00002 мкг Sr/мл.

При імпульсному методі випаровування абсолютна межа виявлення Sr становить 1*10-13-2*10-12 г (полум'я суміші ацетилен-закис азоту). При досить великих кількостях проби (~10 мг) відносна межа визначеного вмісту стронцію знижується до 1*10-7%, у той час як при введенні розчину проби в полум'я за допомогою розпилювача він дорівнює 3*10-5%.

Атомно-абсорбційна спектрофотометрія

Визначення Sr здійснюється шляхом вимірювання поглинання світла його атомами. Найчастіше використовуються лінія стронцію 460,7 нм, з меншою чутливістю стронцій може бути визначений лініями 242,8; 256,9; 293,2; 689,3 нм. При використанні високотемпературних вогнищ стронцій можна визначати також по іонній лінії 407,8 (іонно-абсорбційна спектроскопія). Розрізняють два види перешкод у даному методі аналізу. Перший вид перешкод пов'язаний з утворенням важких сполук і проявляється в полум'ї суміші ацетилену з повітрям. Найчастіше відзначається вплив катіонів Al, Ti, Zr, та інших аніонів PO4 і SiO3. *10-4-4*10-12 р.

6. Активаційний метод

Найбільшого поширення знайшов метод визначення активності 87mSr. У більшості випадків визначення проводиться за виміром активності після радіохімічного виділення Sr, яке проводиться з використанням методів осадження, екстракції та іонного обміну.

Застосування г-спектрометра з високою роздільною здатністю дозволяє підвищити точність методу і скоротити кількість операцій з відділення, оскільки можливе визначення Srв присутності ряду сторонніх елементів. Чутливість виявлення стронцію близько 6*10-5 г/р.

7. Мас-спектрометричний метод

Мас-спектроскопія використовується для визначення ізотопного складу стронцію, знання якого необхідне при обчисленні геологічного віку зразків за рубідієво-стронцієвим методом і при визначенні мікрокількостей стронцію в різних об'єктах методом ізотопного розведення. Гранична абсолютна чутливість визначення Sr мас-спектральним методом вакуумної іскри становить 9*10-11.

8. Рентгенофлуоресцентний метод

Рентгенофлуоресцентний метод визначення стронцію останнім часом знаходить зростаюче застосування. Перевагою його є можливість проводити аналіз без руйнування зразка та швидкість виконання (аналіз триває 2-5 хв.). У методі виключається вплив основи, його відтворюваність ± 2-5%. Чутливість методу (1-1СГ4 - 1-10~3% Sr) достатня для більшості цілей.

Метод РФА заснований на зборі та подальшому аналізі спектра, отриманого шляхом впливу на досліджуваний матеріал рентгенівським випромінюванням. При опроміненні атом перетворюється на збуджений стан, що супроводжується іонізацією певного рівня. У збудженому стані атом перебуває вкрай малий час, близько однієї 10-7 с, після чого повертається в спокійне положення (основний стан). При цьому електрони із зовнішніх оболонок або заповнюють вакантні місця, що утворилися, а надлишок енергії випускається у вигляді фотона, або енергія передається іншому електрону із зовнішніх оболонок (оже-електрон). При цьому кожен атом випускає фотоелектрон з енергією певного значення. Далі відповідно за енергією та кількістю квантів судять про будову речовини (Орлов, 2002; Напівектів, 1978).

7. Вибір типу індикатора. Популяційні характеристики, що використовуються для оцінки стану популяції під дією стронцію

Біоіндикація (bioindication) - це виявлення та визначення екологічно значимих природних та антропогенних навантажень на основі реакцій на них живих організмів безпосередньо в їхньому середовищі. Живі об'єкти (або системи) – це клітини, організми, популяції, спільноти. З їхньою допомогою може проводитися оцінка як абіотичних факторів (температура, вологість, кислотність, солоність, вміст поллютантів тощо), так і біотичних (благополуччя організмів, їх популяцій та угруповань).

Існує кілька різних форм біоіндикації. Якщо дві однакові реакції викликаються різними антропогенними чинниками, це буде неспецифічна біоіндикація. Якщо ті чи інші зміни можна пов'язати з впливом будь-якого одного фактора, то біоіндикація такого типу називається специфічною.

Застосування біологічних методів для оцінки середовища передбачає виділення видів тварин або рослин, що чуйно реагують на той чи інший тип впливу. Організми чи спільноти організмів, життєві функції яких так тісно корелюють з певними факторами середовища, що можуть застосовуватися для їхньої оцінки, називаються біоіндикаторами.

Типи біоіндикаторів:

1. Чутливий. Швидко реагує значним відхиленням показників норми. Наприклад, відхилення у поведінці тварин, у фізіологічних реакціях клітин можуть бути виявлені практично відразу після початку дії порушуючого фактора.

2. Акумулятивний. Накопичує впливи без порушень. Наприклад, ліс на початкових етапах його забруднення або витоптування буде колишнім за своїми основними характеристиками (видовим складом, різноманітністю, розмаїттям та ін.). Лише після якогось часу почнуть зникати рідкісні види, відбудеться зміна переважних форм, зміниться загальна чисельність організмів тощо. Таким чином, лісова спільнота як біоіндикатор не одразу виявить порушення середовища.

Ідеальний біологічний індикатор повинен задовольняти низку вимог:

бути характерним для даних умов, мати високу чисельність у даному екотопі;

Мешкати в цьому місці протягом кількох років, що дає можливість простежити динаміку забруднення;

Перебувати в умовах, зручних для відбору проб;

Характеризуватися позитивною кореляцією між концентрацією забруднюючих речовин в організмі-індикаторі та об'єкті дослідження;

Мати високу толерантність по відношенню до широкого спектру токсичних речовин;

Реакція у відповідь біоіндикатора на певний фізичний або хімічний вплив повинна бути чітко виражена, тобто, специфічна, легко реєструватися візуально або за допомогою приладів;

Біоіндикатор повинен використовуватись у природних умовах його існування;

Біоіндикатор повинен мати короткий період онтогенезу, щоб мати можливість відстежувати вплив фактора на наступні покоління.

З метою біоіндикації радіоактивного забруднення ґрунтів найбільш зручні малорухливі ґрунтові жителі з тривалим періодом розвитку (дощові черв'яки, багатоніжки, личинки жуків).

Велике значення в індикації навіть порівняно невисоких рівнів забруднення ґрунтів радіонуклідами має дослідження змін характерних морфологічних ознак у видів ґрунтових членистоногих. Подібні порушення частіше зумовлені генними мутаціями, спричиненими радіоактивним опроміненням. У незабруднених частинах ареалу цих видів такі ознаки змінюються незначно. До найбільш помітних відхилень у забруднених умовах відносяться зміни у розподілі щетинок на тілі ногохсход, безсяжкових, двосхід, щетинохвосток, багатоніжок.

Хорошим індикатором забруднень водойм радіонуклідами є молюски озерно-ставкові та рачки-дафнії, які можуть бути рекомендовані як тест-об'єкти цього виду забруднень. Реакція молюсків на підвищений вміст радіонуклідів у водоймі виразилася у зміні забарвлення тіла та раковини, морфометричних показників, пригніченні генеративного та пластичного обмінів, порушенні реакції ембріонів на кліматичні умови сезону. У дафній у забруднених водоймах спостерігалися загибель частини особин у популяції, збільшення плодючості та розмірів тіла.

У водних екосистемах надійним біоіндикатором радіаційної обстановки є водні рослини. Зокрема, елодея канадська або водяна чума, що добре розвивається в прісних та солонуватих водах, інтенсивно накопичує радіонукліди 90Sr, 137Cs, які не виявляються при стандартному радіаційному контролі вод. Цей вид можна широко використовувати у відстійниках для очищення стічних вод радіонуклідів.

У наземних екосистемах до хороших індикаторів, що накопичують радіонукліди, зокрема 90Sr, відносяться сфагнові мохи, хвоя сосни та ялини, кропива дводомна, мати-й-мачуха, полин звичайний, конюшина рожева, конюшина повзуча, тимофіївка лугова, жорстколиста, конвалія травнева, гравілат річковий, їжака збірна, пирій гребінчастий та ін. У міру накопичення радіонуклідів цими рослинами вміст марганцю в їхній золі знижується в 3-10 разів (Туровцев, 2004).

8. Токсикологічні методи оцінки впливу присутньої дози стронцію на компоненти біоти

Біотестування - це один із прийомів дослідження в біологічному моніторингу, який використовується для визначення ступеня шкідливої ​​дії хімічних речовин, потенційно небезпечних для живих організмів у контрольованих експериментальних лабораторних або польових умовах шляхом реєстрації змін біологічно значущих показників (тест-функцій) досліджуваних тест-об'єктів. подальшою оцінкою їх стану відповідно до обраного критерію токсичності.

Мета біотестування – виявлення на гідробіонтах ступеня та характеру токсичності води, забрудненої біологічно небезпечними речовинами та оцінка можливої ​​небезпеки цієї води для водних та інших організмів.

Як об'єкти для біотестування застосовуються різноманітні тест-організми - піддослідні біологічні об'єкти, що піддаються впливу певних доз або концентрацій отрут, що викликають у них той чи інший токсичний ефект, який реєструється та оцінюється в експерименті. Це можуть бути бактерії, водорості, безхребетні та хребетні тварини.

Для гарантованого виявлення присутності токсичного агента невідомого хімічного складу повинен використовуватися набір об'єктів, що становлять різні групи спільноти, стан яких оцінюється за параметрами, що належать до різних рівнів інтегральності.

Під біотестом розуміється оцінка (випробування) в строго певних умовах дії речовини або комплексу речовин на живі організми шляхом реєстрації змін того чи іншого біологічного (або фізіолого-біохімічного) показника об'єкта, що досліджується, порівняно з контролем. Головна вимога до біотестів – чутливість та швидкість відповіді, чітка реакція на зовнішні впливи. Розрізняють гострі та хронічні біотести. Перші розраховані отримання експрес-інформації про токсичності досліджуваного речовини для даного тест-організму, другі - виявлення довгострокового ефекту дії токсикантів, зокрема малих і ультрамалих концентрацій (Туровцев, 2004).

Власний досвід

Тема: Визначення екологічного статусу території утримання стронцію

Мета: виявлення несприятливих ділянок досліджуваного регіону та диференціювання оцінки їх забруднення стронцієм

Методика: Спосіб здійснюється шляхом біотестування та включає відбір проб біоіндикаторів, висушування їх до постійної ваги, виділення усередненої проби, визначення у ній вмісту загального стронцію, порівняння отриманих значень із встановленими даними, по виходу за межі яких визначають екологічний статус території, при цьому як біоіндикаторів використовують укоси дикорослих рослин лугово-степової рослинності або монокультур однорічних і багаторічних сільськогосподарських рослин, відбір проб проводять під час фенофази цвітіння шляхом повного викошування рослинності з 1 м 2 останніх у кількості, що дорівнює території великого регіону 1 проба на 1000-5 для локального агроценозу в кількості 1 проба на 100 га, при цьому виділення стронцію з усередненої проби проводять концентрованою азотною кислотою з наступним визначенням його в екстракті методом атомної адсорбції, а порівняння отриманих значень ведуть з фоновим вмістом стронцію в повітряно-сухій масі середніх укосів. . Для порівняння одержуваних даних використовують значення фонового вмісту стронцію у повітряно-сухій масі середніх укосів дикоростучої рослинності в межах від 20 до 500 мг/кг.

Для біотестування Варгашинського району Курганської області площею 10000 га відбираємо 10 зразків середніх укосів дикорослих видів лугово-степової рослинності. Для цього рівномірно територією району під час фенофази цвітіння рослинності вибираємо 10 місць відбору. На рослинність накладаємо рамку розміром 1Ч1 м та фіксуємо майданчик залежно від густоти травостою, але таким чином, щоб об'єм рослинної маси з кожного майданчика був не менше 1 кг. Наземну частину трав'яного покриву в межах рамки повністю зрізаємо ножем або іншим придатним для цього інструментом. Висота зрізу рослин не менше 3 см від поверхні ґрунту. Зразки рослин висушуємо до повітряно-сухого стану в сушильній шафі протягом 3 годин при температурі 105°С, потім охолоджуємо в ексикаторі та зважуємо. Повторюємо висушування протягом 1 год і подальше зважування до тих пір, поки не досягаємо постійної ваги (різниця у вазі при двох послідовних зважування повинна бути не більше 0,1% від вихідної ваги проби). Висушену пробу попередньо подрібнюємо та методом квартування відбираємо середню пробу масою не менше 200 г. Виділення стронцію проводимо наступним чином. Відбираємо від висушеної квартованої проби навішування 1 г і подрібнюємо в лабораторному млині IKA All basic з частотою обертів 25000 за хвилину до розміру частинок 0,001-0,1 мм. Від подрібненої маси на аналітичних терезах беремо навішення 100 мг, яку поміщаємо в поліетиленову конічну пробірку об'ємом 50 мл (типу Rustech) і заливаємо концентрованою азотною кислотою об'ємом 1 мл. У такому вигляді зразок, що аналізується, витримуємо не менше 1 години. Потім об'єм дистильованою водою доводимо до 50 мл; осад фільтруємо, а екстракт аналізуємо на вміст валового стронцію методом атомної адсорбції на атомному спектрофотометрі "ААС Квант Z.ЕТА". За наявності 10 аналізованих проб результати вимірів усереднюємо.

За результатами дослідження можна сказати, що основними джерелами надходження стронцію (переважно його окислу) є промислові стічні води різних виробництв, у сільськогосподарському виробництві - фосфорні та фосфоровмісні добрива та меліоранти. Природним джерелом є процес вивітрювання порід та мінералів.

Поширення, поведінка і концентрування токсиканту в природних середовищах залежить від рельєфу (ухилу місцевості в галузі промислової зони, податливості субстрату деградації та ін), кліматичних умов (температурного режиму повітря і ґрунту, кількості опадів, що випадають на одиницю площі, швидкості вітру), фізико- хімічного, біологічного та поживного стану ґрунтів (наявність та співвідношення мікроорганізмів та грибів, окислювально-відновлювальні та кислотно-лужні умови, наявність елементів мінерального харчування та ін.), а також шляхів надходження (з постійними та тимчасовими водними потоками, з опадами з атмосфери, випаровуванням мінералізованих ґрунтових вод) та інших факторів.

Будучи елементом активного біопоглинання та накопичення, а також аналогом кальцію, стронцій легко надходить у харчові ланцюги з ґрунту в рослини та тваринні організми, акумулюючись у певних органах та тканинах. У рослинах - у механічних тканинах вегетативних органів, у тварин - у кістковій тканині, нирках та печінці. Але залежно від біологічних особливостей організму та властивостей середовища елемент накопичується у різних кількостях і виводиться з різною швидкістю.

Стронцій пригнічує розвиток мікроорганізмів, відносячи більшість із них у зону резистентності, порушує зростання та життєдіяльність грибів, безхребетних та ракоподібних. Радіонуклід стронцію викликає мутації на генетичному рівні, що згодом проявляється у морфологічних змінах.

Токсикант має високу міграційну здатність, особливо в рідкому середовищі (водойми, ґрунтовий розчин, провідні тканини рослині, жовч і кровоносна система і людини та тварин). Але в певних ґрунтово-екологічних умовах відбувається його осадження та акумуляція.

Стронцій інгібує надходження кальцію та частково фосфору в живі організми. При цьому порушується структура мембран та опорно-рухової системи, складу крові, мозкової рідини та ін.

Досліджуючи аналітичні методи визначення токсиканту у зразках можна зробити висновок про те, що багато методів здатні конкурувати з рентгенофлуорисцентним аналізом, і навіть перевершують його за чутливістю, але водночас мають деякі недоліки. Наприклад: необхідність попереднього відділення, осадження обумовленого елемента, що заважає вплив сторонніх елементів, суттєвий вплив матричного складу, накладання спектральних ліній, тривалі пробопідготовки та погана відтворюваність результатів, висока вартість апаратури та її експлуатації.

Також біологічні методи тестування є групою високочутливих методів аналізу та вигідно відрізняються своєю простотою, порівняльною невибагливістю до лабораторних умов, дешевизною та універсальністю.

Пропозиції

У регіонах радіоактивного забруднення заходи захисту населення мають бути спрямовані:

На зниження вмісту радіонуклідів у рослинних та тваринних продуктах харчування за допомогою агромеліоративних та зооветеринарних заходів. У тварин, які отримували сорбенти стронцію (сульфат барію, бентоніт та на їх основі модифіковані препарати), при аварії на ЧАЕС за допомогою зазначених заходів вдавалося досягти 3-5 кратного зниження депонування радіонуклідів у кістковій тканині тварин;

на технологічну переробку забрудненої сировини;

На кулінарну обробку харчових продуктів, заміну забруднених харчових продуктів чистими.

При роботі з радіоактивним стронцієм необхідно дотримуватись санітарних правил і норм радіоактивної безпеки із застосуванням спеціальних заходів захисту відповідно до класу робіт.

У профілактиці наслідків опромінення велику увагу слід приділяти підвищенню резистентності організму постраждалих (раціональне харчування, здоровий спосіб життя, спорт та ін.).

Вивчення та регулювання надходження та накопичення стронцію в елементах екосистем є комплексом складних трудомістких та енергетично витратних заходів лабораторних та польових досліджень. Тому найкращим способом запобігання надходженню токсиканту в ландшафти та організми є моніторинг у галузі екологічно небезпечних об'єктів – джерел забруднення.

Список використаної літератури

1. Ісідоров В.А., Введення в хімічну екотоксикологію: Навчальний посібник. – СПб.: Хіміздат, 1999. – 144 с.: іл.

2. Каплін В. Г., Основи екотоксикології: Навчальний посібник. - М.: Колос, 2006. - 232 с.: іл.

3. Кабата-Пендіас А., Пендіас X. Мікроелементи в ґрунтах та рослинах: Пер. з англ. - М: Мир, 1989. - 439 с.: іл.

4. Орлов Д.С., Екологія та охорона біосфери при хімічному забрудненні: Навчальний посібник для хім., хім.-технол. та біол. спец. вузів/Д.С. Орлов, Л.К. Садовнікова, І.М. Лозановська. - М.: Вищ. шк., - 2002. - 334 с.: іл.

5. Напівектів Н.С., Міщенко В.Т., Аналітична хімія стронцію: Навчальний посібник. - М: Наука, 1978. - 223 c.

6. В.Д. Туровцев В.Д., Краснов В.С., Біоіндикація: Навчальний посібник. - Твер: Твер. держ. ун-т, 2004. – 260 с.

Розміщено на Allbest.ru

Подібні документи

Історія відкриття стронцію. Знаходження у природі. Одержання стронцію алюмінотермічним методом та його зберігання. Фізичні властивості. Механічні властивості. Атомні властивості. Хімічні властивості. Технологічні характеристики. Області застосування.

реферат, доданий 30.09.2008


Цезій – один із рідкісних хімічних елементів. Світовий обсяг видобутку цезію та його вміст у мікроорганізмах. Природний цезій як мононуклідний елемент. Стронцій - складова частина мікроорганізмів, рослин та тварин. Зміст стронцію в морепродуктах.

реферат, доданий 20.12.2010


Вивчення комплексів водорозчинних полімерів із різними класами сполук. Властивості розчинів катіонних полімерів, особливості амфотерних поліелектролітів. Проведення віскозиметричного дослідження комплексоутворення ЕЕАКК/АК з іоном стронцію.

курсова робота , доданий 24.07.2010


Поширення кисню в природі, його характеристика як хімічного елемента та простої речовини. Фізичні властивості кисню, історія його відкриття, способи збирання та одержання в лабораторних умовах. Застосування та роль організмі людини.

презентація , додано 17.04.2011


Поведінка рудних елементів у процесі диференціації магматичного розплаву. Методи визначення рубідія, стронцію та ніобію, їх застосування. Рентгенофлуоресцентні визначення рідкісних елементів, основи аналізу. Матричні ефекти, метод стандарту-фону.

курсова робота , доданий 01.06.2009


Історія відкриття хлору як хімічного елемента, його поширення у природі. Електропровідність рідкого хлору Застосування хлору: у виробництві пластикатів, синтетичного каучуку як отруйної речовини, для знезараження води, металургії.

презентація , доданий 23.05.2012


Особливості сірки як хімічного елемента таблиці Менделєєва, її поширеність у природі. Історія відкриття цього елемента, характеристика основних властивостей. Специфіка промислового отримання та способів видобутку сірки. Найважливіші сполуки сірки.

презентація , доданий 25.12.2011


Історія відкриття хлору. Поширення у природі: як сполук у складі мінералів, в людини і тварин. Основні параметри ізотопу елемента. Фізичні та хімічні властивості. Застосування хлору у промисловості. Техніка безпеки.

презентація , доданий 21.12.2010


Характеристика брому як хімічний елемент. Історія відкриття, знаходження у природі. Фізичні та хімічні властивості цієї речовини, її взаємодія з металами. Отримання брому та його застосування в медицині. Біологічна роль їх у організмі.

презентація , додано 16.02.2014


Фазові рівноваги, режими синтезу та властивості стронцію, барійвмісних твердих розчинів складу (Sr1-xBax) 4М2O9 (М-Nb, Ta) зі структурою перовскіту. Характеристика вихідних речовин та їх підготовка. Методи розрахунку електронної структури твердих тел.

Стронцій- Метал лужного земельного характеру. Є речовиною сріблясто-білого кольору (див. фото), дуже м'яка і пластична, легко розрізається навіть звичайним ножем. Має високу активність, горить у присутності повітря, вступає у хімічні взаємодії з водою. У природних умовах у чистому вигляді не виявлено. В основному його знаходять у складі копалин мінералів, зазвичай у комплексі з кальцієм.

Вперше він був знайдений у Шотландії наприкінці 18 століття у селищі з назвою Строншіан, яке і дало назву знайденому мінералу – стронціаніту. Але лише через 30 років після знахідки англійський вчений Х. Деві зміг виділити його у чистому вигляді.

З'єднання елемента використовують у металургійному виробництві, медицині, харчовій промисловості. Дуже цікавою є його властивість при горінні виділяти вогні червоного відтінку, що взяли на озброєння піротехніки на початку 20 століття.

Дія стронцію та його біологічна роль

Дія макроелемента багато хто пов'язує з високою токсичністю та радіоактивністю. Але така думка досить хибна, т.к. природний елемент практично не має цих якостей і навіть присутній у тканинах біологічних організмів, виконуючи важливу біологічну роль та деякі функції як супутник кальцію. Завдяки властивостям речовини його використовують у медичних цілях.

Основне скупчення стронцію в організмі людини посідає кісткові тканини. Це відбувається завдяки тому, що елемент схожий на кальцій по хімічній дії, а той у свою чергу є основним компонентом «будівництва» скелета. А ось у м'язах міститься всього 1% від усієї маси елемента в організмі.

Також стронцій присутній у відкладеннях жовчних та сечових каменів, знову ж таки у присутності кальцію.

До речі, про шкідливість стронцію – руйнівну для здоров'я дію надають лише радіоактивні ізотопи,які за своїми хімічними властивостями мало відрізняються від природного елемента. Можливо, через це й виникла ця плутанина.

Добова норма

Добова норма макроелемента становить приблизно 1 мг. Ця кількість досить легко поповнюється з їжею та питною водою. Усього в організмі розподілено приблизно 320 мг стронцію.

Але варто враховувати, що наш організм здатний засвоювати лише 10% елемента, що надходить, а отримуємо ми до 5 мг на добу.

Нестача стронцію

Недолік макроелемента лише теоретично може викликати деякі патології, але це показано лише у дослідах на тваринах. Поки що вчені не виявили негативного впливу дефіциту стронцію на організм людини.

На даний момент виявлено лише деякі залежності засвоєння цього макроелемента під впливом інших речовин, що знаходяться в організмі. Наприклад, цьому процесу сприяють деякі амінокислоти, прийом вітамінів D та лактози. А неприємну дію мають препарати, на основі сульфатів барію або натрію, а також продукти з великим вмістом харчових грубих волокон.

Існує ще одна неприємна особливість – у разі виникнення дефіциту кальцію організм починає накопичувати радіоактивний стронцій навіть із повітря (часто забрудненого промисловими підприємствами).

Чим небезпечний стронцій для людини і в чому полягає її шкода?

Стронцій, все-таки здатний надавати шкідливий радіоактивний вплив. Сам елемент собою мало шкоди, досі встановлена ​​критична доза. А ось його ізотопи можуть спричинити хвороби та різноманітні порушення. Як і натуральний стронцій, він накопичується в самому скелеті, але його дія викликає ураження кісткового мозку та руйнування самої структури кісток. Він може вражати клітини головного мозку та печінки, і таким чином викликати виникнення новоутворень та пухлин.

Але один із найстрашніших наслідків впливу ізотопу – це променева хвороба.У нашій країні досі відчуваються наслідки катастрофи в Чорнобилі і накопичені запаси радіоактивного стронцію дають про себе знати у ґрунті, воді та самій атмосфері. Також отримати велику дозу можна працюючи на підприємствах, які використовують елемент – там найвищий рівень захворювань саркомою кісток і лейкемією.

Але й природний стронцій здатний викликати неприємні наслідки. Через досить рідкісний збіг обставин на кшталт неповноцінного раціону, нестачі кальцію, вітаміну D та дисбалансу в організмі елементів, на кшталт селену та молібдену, набувають розвитку специфічні захворювання – стронцієвий рахіт та рівська хвороба. Остання отримала ім'я від місцевості, де на них ще в 19 столітті страждали місцеві жителі. Вони ставали інвалідами через викривлення структури скелета, кісток та суглобів. Причому страждали переважно ті люди, які з дитинства росли в цих місцях. Лише у 20 столітті з'ясували, що води місцевої річки містили підвищену кількість елемента. А в період зростання саме кістково-суглобова система зазнає найбільшого впливу.

Попадання оксиду стронцію на слизові оболонки рота чи очей, здатні викликати опіки та глибокі ушкодження. А вдихання його з повітрям може сприяти розвитку патологічних хвороб у легенях – фіброз, бронхіт, а також серцева недостатність.

Як лікування зазвичай застосовують препарати на основі кальцію, магнію, сульфатів натрію або барію. Також можливе використання комплексоутворювачів, які пов'язують та виводять радіоактивні токсини з клітин.

Потрапляючи у ґрунт, токсичний ізотоп стронцію здатний таким чином накопичуватися у волокнах рослин, а потім і в організмах тварин. Таким чином, людський організм повільно, але правильно накопичує токсини, вживаючи отруєні продукти. Небагато врятувати становище може термічна обробка продуктів, що сприяє досить значному зниженню вмісту шкідливого токсину в них.

Цей радіонуклеїд дуже складно виводиться з організму, адже майже півроку йому може знадобитися, щоб позбутися хоча б половини накопиченого запасу.

У яких продуктах харчування міститься?

Показання для лікування препаратами на основі цього елемента

Показання до призначення макроелемента, незважаючи на його можливу токсичність все ж таки є. І навіть радіоактивний ізотоп застосовується з медичною метою. Його випромінювання у дозволених дозах може надавати лікувальну дію на ерозії, пухлини на шкірі та слизових оболонках. При більш глибоких вогнищах цей спосіб вже використовується.

Також його сполуки є препаратами для лікування епілепсії, нефритів та виправлення деформації в дитячому віці ортопедами. Певною мірою може бути протиглистовим засобом.