Lakhasly

قتل الغزلان: دراسة حالة توضح استخدام الكيمياء التحليلية في حل المشاكل السمية تخدم أدوات الكيمياء التحليلية الحديثة مجموعة واسعة من المهام في التحقيقات البيئية والزراعية. في هذه الميزة، نصف دراسة حالة تم فيها استخدام التحليل الكمي لتحديد العامل الذي تسبب في نفوق عدد من الغزلان ذات الذيل الأبيض في منطقة الحياة البرية في حديقة ولاية كنتاكي. نبدأ بوصف المشكلة ثم نوضح كيف تم استخدام الخطوات الموضحة في الشكل 1-1 لحل المشكلة التحليلية. المشكلة بدأت الحادثة عندما عثر أحد حراس الحديقة على غزال أبيض الذيل ميتًا بالقرب من بركة في متنزه Land Between the Lakes State Park في جنوب وسط كنتاكي. وبسبب حالة التحلل المتقدمة، لم يكن من الممكن جمع عينات جديدة من أنسجة الأعضاء. وبعد بضعة أيام من التحقيق، عثر الحارس على غزالين ميتين آخرين في نفس الموقع تقريبًا. جاء الكيميائي إلى موقع القتل، وحمل الغزال على شاحنة لنقله إلى مختبره، وأجرى هو والحارس فحصًا دقيقًا للمنطقة المحيطة. ربما يمكن العثور على بعض الأدلة للمساعدة في تحديد سبب الوفيات. وقد شمل البحث حوالي فدانين حول البركة. أو زرنيخ الصوديوم، والمركب الأخير هو ملح ثنائي الصوديوم لحمض الميثان أرسينات، CH3، AsO(OH)؛ وهو قابل للذوبان في الماء للغاية وبالتالي يستخدم كمكون نشط في العديد من مبيدات الأعشاب. ويرجع النشاط المبيد للأعشاب لميثان أرسينات ثنائي الصوديوم إلى تفاعله مع مجموعات السلفايدريل (S-H) في حمض السيستين الأميني. وعندما يتفاعل السيستين في إنزيمات النبات مع المركبات الزرنيخية، يتم تثبيط وظيفة الإنزيم ويموت النبات في النهاية. ولذلك جمع الباحثون عينات من العشب الميت المتغير اللون حتى يتمكنوا من اختبارها مع عينات من أعضاء الغزلان. وكانوا يأملون في تحليل العينات لتأكيد وجود الزرنيخ، وإذا كان موجودًا، لتحديد تركيزه في العينات. اختيار الطريقة توجد طريقة شائعة لتحديد كمية الزرنيخ في العينات البيولوجية في منشور جمعية الكيميائيين التحليليين الرسميين (AOAC). تتضمن هذه الطريقة تقطير الزرنيخ على هيئة زرنيخ، والذي يتم تحديده بعد ذلك من خلال القياسات اللونية. الحصول على عينات تمثيلية ساعدت هذه الخطوة في تقليل حجم قطع الأنسجة وتجانس العينة المعملية الناتجة. الأساليب الرسمية للتحليل، ص 626. واشنطن العاصمة، 1990، تعريف العينات المكررة تم وضع ثلاث عينات من الأنسجة المتجانسة من كل غزال، كل عينة تزن 10 جرام، في أوعية خزفية. تم تسخين كل وعاء بحذر فوق لهب مكشوف حتى توقف دخان العينة. تُعرف هذه العملية بالترميد الجاف. تمت معالجة عينات العشب المتغير اللون بطريقة مماثلة لإعدادها للحل. تم إذابة المادة الصلبة الجافة في كل من بوتقات العينة في حمض الهيدروكلوريك المخفف، والذي قام بتحويل As, O إلى H, إزالة التداخلات يمكن فصل الزرنيخ عن المواد الأخرى التي قد تتداخل مع التحليل عن طريق تحويله إلى الزرنيخ، AsH، وهو غاز سام عديم اللون يتصاعد عند معالجة محلول H, AsO بالزنك. تم دمج المحلول الناتج عن عينات الغزلان والعشب مع Sn² وتم إضافة كمية صغيرة من أيون اليوديد لتحفيز اختزال H, ‏HASO + SnCl2 + 2HCl → HASO، + SnCl4 + H₂O‏ تم بعد ذلك تحويل H, AsO إلى AsH، عن طريق إضافة معدن الزنك على النحو التالي: ‏HASO, +3Zn + 6HCl→ AsH, g) + 3ZnCl2 + 3H₂O‏ تم إجراء التفاعل بالكامل في قوارير مزودة بسدادة وأنبوب توصيل بحيث يمكن جمع غاز الزرنيخ في محلول الماص كما هو موضح في الشكل 1-أ. يضمن الترتيب ترك التداخلات في قارورة التفاعل وجمع الزرنيخ فقط في الماص في حاويات شفافة خاصة تسمى الكوفيتات. عندما تتدفق فقاعات الزرنيخ إلى المحلول الموجود في الكوفيت، الفصل ‏AsH، + 6 Ag+ + 3‏ الفصل الكربون والهيدروجين مثلمولد الزرنيخ. بالإضافة إلى القوارير التي تحتوي على عينات الغزلان والأعشاب، تم إعداد عدة قوارير تحتوي على تركيزات معروفة من الزرنيخ بالإضافة إلى قارورة تحتوي فقط على الكواشف ولا تحتوي على الزرنيخ. تسمى هذه العينة بالعينة الفارغة. تم استخدام كميات الزرنيخ التي تم جمعها من هذه القوارير كمعايير للمقارنة مع العينات غير المعروفة من الغزلان والأعشاب. قياس كمية المحلل امتص الضوء عند طول موجي 535 نانومتر. ويمكن استخدام مدى امتصاص الضوء لقياس تركيز الأنواع الممتصة باستخدام جهاز يسمى مقياس الطيف الضوئي. وتتم مناقشة خصائص هذه الأجهزة واستخدامها في إجراء قياسات كمية للتركيز بالتفصيل في الفصل 22. تظهر الأوعية التي تحتوي على المركب الملون الممتص للزرنيخ في الشكل 1-ب. وكما ترى، فإن شدة لون المحاليل تتناسب طرديًا مع كمية الزرنيخ في العينات. يقوم المحلل بإدخال الأوعية في مطياف ضوئي (انظر الشكل 22-1) ويقرأ رقمًا (الامتصاص) يمثل شدة لون كل محلول. حساب التركيز تم رسم الامتصاصات للمحاليل التي تحتوي على تركيزات معروفة من الزرنيخ لإنتاج منحنى معايرة للامتصاص مقابل التركيز كما هو موضح في الشكل 1-ب ب. -4- النقطة المقابلة المرسومة على الرسم البياني. يتم تمثيل شدة لون كل محلول بالرقم المرسوم على المحور الرأسي لمنحنى المعايرة. يتوافق تركيز الزرنيخ بالأجزاء في المليون في كل محلول قياسي مع خطوط الشبكة الرأسية لمنحنى المعايرة كما هو موضح. ثم يتم استخدام المنحنى لتحديد تركيز المحاليل غير المعروفة من خلال إيجاد امتصاصات المجهول على محور الامتصاص للرسم وقراءة التركيزات المقابلة على محور التركيز. تُظهر الخطوط المؤدية من الكوفيتات إلى منحنى المعايرة كيف تم ذلك للعينات من كلى الغزلان.

قتل الغزلان: دراسة حالة توضح استخدام الكيمياء التحليلية في حل المشاكل السمية

الحين العلى واجه

تخدم أدوات الكيمياء التحليلية الحديثة مجموعة واسعة من المهام في التحقيقات البيئية والزراعية. في هذه الميزة، نصف دراسة حالة تم فيها استخدام التحليل الكمي لتحديد العامل الذي تسبب في نفوق عدد من الغزلان ذات الذيل الأبيض في منطقة الحياة البرية في حديقة ولاية كنتاكي. نبدأ بوصف المشكلة ثم نوضح كيف تم استخدام الخطوات الموضحة في الشكل 1-1 لحل المشكلة التحليلية.

المشكلة

بدأت الحادثة عندما عثر أحد حراس الحديقة على غزال أبيض الذيل ميتًا بالقرب من بركة في متنزه Land Between the Lakes State Park في جنوب وسط كنتاكي. استعان حارس الحديقة بمساعدة كيميائي من مختبر التشخيص البيطري بالولاية للمساعدة في العثور على سبب وفاة الغزال حتى يمكن منع المزيد من عمليات قتل الغزلان قام الحارس والكيميائي بفحص الموقع الذي عُثر فيه على جثة الغزال المتحللة بشكل سيئ. وبسبب حالة التحلل المتقدمة، لم يكن من الممكن جمع عينات جديدة من أنسجة الأعضاء. وبعد بضعة أيام من التحقيق، عثر الحارس على غزالين ميتين آخرين في نفس الموقع تقريبًا. جاء الكيميائي إلى موقع القتل، وحمل الغزال على شاحنة لنقله إلى مختبره، وأجرى هو والحارس فحصًا دقيقًا للمنطقة المحيطة. ربما يمكن العثور على بعض الأدلة للمساعدة في تحديد سبب الوفيات.

وقد شمل البحث حوالي فدانين حول البركة. ولاحظ المحققون أن العشب حول أعمدة خطوط الكهرباء القريبة كان ذابلًا ومتغير اللون. وتكهنوا بأن مبيدًا للأعشاب قد استخدم على العشب. ومن المكونات الشائعة في مبيدات الأعشاب الزرنيخ في أي من الأشكال المتنوعة مثل ثلاثي أكسيد الزرنيخ، أو زرنيخ الصوديوم، أو ميثان أرسينات أحادي الصوديوم، أو ميثان أرسينات ثنائي الصوديوم. والمركب الأخير هو ملح ثنائي الصوديوم لحمض الميثان أرسينات، CH3،AsO(OH)؛ وهو قابل للذوبان في الماء للغاية وبالتالي يستخدم كمكون نشط في العديد من مبيدات الأعشاب. ويرجع النشاط المبيد للأعشاب لميثان أرسينات ثنائي الصوديوم إلى تفاعله مع مجموعات السلفايدريل (S-H) في حمض السيستين الأميني. وعندما يتفاعل السيستين في إنزيمات النبات مع المركبات الزرنيخية، يتم تثبيط وظيفة الإنزيم ويموت النبات في النهاية. ومن المؤسف أن تأثيرات كيميائية مماثلة تحدث في الحيوانات أيضًا. ولذلك جمع الباحثون عينات من العشب الميت المتغير اللون حتى يتمكنوا من اختبارها مع عينات من أعضاء الغزلان. وكانوا يأملون في تحليل العينات لتأكيد وجود الزرنيخ، وإذا كان موجودًا، لتحديد تركيزه في العينات.

اختيار الطريقة

توجد طريقة شائعة لتحديد كمية الزرنيخ في العينات البيولوجية في منشور جمعية الكيميائيين التحليليين الرسميين (AOAC). تتضمن هذه الطريقة تقطير الزرنيخ على هيئة زرنيخ، والذي يتم تحديده بعد ذلك من خلال القياسات اللونية.

الحصول على عينات تمثيلية

عند العودة إلى المختبر، تم تشريح الغزلان وإزالة الكلى للتحليل. تم اختيار الكلى لأن المادة المسببة للمرض المشتبه بها (الزرنيخ) يتم التخلص منها بسرعة من جسم الحيوان من خلال المسالك البولية حيث يميل الزرنيخ إلى التركيز.

تحضير عينة مختبرية

تم تقطيع كل كلية إلى قطع وخلطها في خلاط عالي السرعة. ساعدت هذه الخطوة في تقليل حجم قطع الأنسجة وتجانس العينة المعملية الناتجة.

الأساليب الرسمية للتحليل، الطبعة الخامسة عشر، ص 626. واشنطن العاصمة، 1990،7

تعريف العينات المكررة

تم وضع ثلاث عينات من الأنسجة المتجانسة من كل غزال، كل عينة تزن 10 جرام، في أوعية خزفية. تم تسخين كل وعاء بحذر فوق لهب مكشوف حتى توقف دخان العينة. تم تبريد الوعاء بعد ذلك، ووضعه في فرن في درجة حرارة الغرفة، ثم تم تسخينه إلى 555 درجة مئوية في الفرن حيث بقي لمدة ساعتين. تُعرف هذه العملية بالترميد الجاف. يعمل الترميد الجاف على تحرير المحلل من المواد العضوية وتحويل أي زرنيخ موجود إلى الزرنيخ والأوساخ. تمت معالجة عينات العشب المتغير اللون بطريقة مماثلة لإعدادها للحل.

إذابة العينات

تم إذابة المادة الصلبة الجافة في كل من بوتقات العينة في حمض الهيدروكلوريك المخفف، والذي قام بتحويل As,O إلى H,AsO4 القابل للذوبان.

إزالة التداخلات

يمكن فصل الزرنيخ عن المواد الأخرى التي قد تتداخل مع التحليل عن طريق تحويله إلى الزرنيخ، AsH، وهو غاز سام عديم اللون يتصاعد عند معالجة محلول H,AsO بالزنك. تم دمج المحلول الناتج عن عينات الغزلان والعشب مع Sn² وتم إضافة كمية صغيرة من أيون اليوديد لتحفيز اختزال H,AsO إلى HASO وفقًا للتفاعل التالي:

‏HASO + SnCl2 + 2HCl → HASO، + SnCl4 + H₂O‏

تم بعد ذلك تحويل H,AsO إلى AsH، عن طريق إضافة معدن الزنك على النحو التالي:

‏HASO, +3Zn + 6HCl→ AsH,(g) + 3ZnCl2 + 3H₂O‏

تم إجراء التفاعل بالكامل في قوارير مزودة بسدادة وأنبوب توصيل بحيث يمكن جمع غاز الزرنيخ في محلول الماص كما هو موضح في الشكل 1-أ. يضمن الترتيب ترك التداخلات في قارورة التفاعل وجمع الزرنيخ فقط في الماص في حاويات شفافة خاصة تسمى الكوفيتات.

عندما تتدفق فقاعات الزرنيخ إلى المحلول الموجود في الكوفيت، فإنه يتفاعل مع ثنائي إيثيل ثيوكاربامات الفضة لتكوين مركب معقد ملون وفقًا للمعادلة التالية.

الفصل

‏AsH، + 6 Ag+ + 3‏

الفصل

س

الكربون والهيدروجين

مثلمولد الزرنيخ.

بالإضافة إلى القوارير التي تحتوي على عينات الغزلان والأعشاب، تم إعداد عدة قوارير تحتوي على تركيزات معروفة من الزرنيخ بالإضافة إلى قارورة تحتوي فقط على الكواشف ولا تحتوي على الزرنيخ. تسمى هذه العينة بالعينة الفارغة. تم استخدام كميات الزرنيخ التي تم جمعها من هذه القوارير كمعايير للمقارنة مع العينات غير المعروفة من الغزلان والأعشاب.

قياس كمية المحلل

إن المركب الملون للغاية من الزرنيخ، والذي تشكل عندما اندمج الزرنيخ في محلول البيريدين من ثنائي إيثيل ثيوكاربامات، امتص الضوء عند طول موجي 535 نانومتر. ويمكن استخدام مدى امتصاص الضوء لقياس تركيز الأنواع الممتصة باستخدام جهاز يسمى مقياس الطيف الضوئي. وتتم مناقشة خصائص هذه الأجهزة واستخدامها في إجراء قياسات كمية للتركيز بالتفصيل في الفصل 22.

تظهر الأوعية التي تحتوي على المركب الملون الممتص للزرنيخ في الشكل 1-ب. وكما ترى، فإن شدة لون المحاليل تتناسب طرديًا مع كمية الزرنيخ في العينات. يقوم المحلل بإدخال الأوعية في مطياف ضوئي (انظر الشكل 22-1) ويقرأ رقمًا (الامتصاص) يمثل شدة لون كل محلول.

حساب التركيز

تم رسم الامتصاصات للمحاليل التي تحتوي على تركيزات معروفة من الزرنيخ لإنتاج منحنى معايرة للامتصاص مقابل التركيز كما هو موضح في الشكل 1-ب ب. توضح الخطوط الرأسية بين الشكل 1-ب ب والشكل 1-ب ب المراسلات بين كل محلول و

-4- النقطة المقابلة المرسومة على الرسم البياني. يتم تمثيل شدة لون كل محلول بالرقم المرسوم على المحور الرأسي لمنحنى المعايرة. يتوافق تركيز الزرنيخ بالأجزاء في المليون في كل محلول قياسي مع خطوط الشبكة الرأسية لمنحنى المعايرة كما هو موضح. ثم يتم استخدام المنحنى لتحديد تركيز المحاليل غير المعروفة من خلال إيجاد امتصاصات المجهول على محور الامتصاص للرسم وقراءة التركيزات المقابلة على محور التركيز. تُظهر الخطوط المؤدية من الكوفيتات إلى منحنى المعايرة كيف تم ذلك للعينات من كلى الغزلان. تم العثور على تركيزات الزرنيخ في الغزلان على التركيز

المحور هو 16 جزء في المليون و22 جزء في المليون على التوالي. الزرنيخ في أنسجة الكلى للحيوانات سام عند مستويات أعلى من حوالي 10

المعايير

عينات

0 جزء في المليون (فارغ)

0.8

5 جزء في المليون

10 جزء في المليون

15 جزء في المليون

20 جزء في المليون

25 جزء في المليون

غزال 1

غزال 2

0.6

0.4

الامتصاص

5

0.2

9

10

15

التركيز، جزء في المليون

الشكل 1-8

20

25 الفصل الأول المقدمة

وقد أظهرت الاختبارات أن عينات العشب تحتوي على حوالي 600 جزء في المليون من الزرنيخ. وهذا المستوى المرتفع للغاية من الزرنيخ يشير إلى أن العشب قد تم رشه بمبيد أعشاب يحتوي على الزرنيخ. وخلص المحققون إلى أن الغزلان ربما ماتت نتيجة لتناول العشب المسموم.

موثوقية البيانات

تم تحليل البيانات من هذه التجارب باستخدام الأساليب الإحصائية الموضحة في الفصل 4 والفصل 5. بالنسبة لكل من محاليل الزرنيخ القياسية وعينات الغزلان، تم حساب متوسط ​​قياسات الامتصاص الثلاثة. يعد متوسط ​​الامتصاص للتكرارات مقياسًا أكثر موثوقية لتركيز الزرنيخ من قياس واحد. تم استخدام تحليل المربعات الصغرى للبيانات القياسية (انظر الملحق 6) للعثور على أفضل خط مستقيم بين النقاط (انظر الشكل 1-Bb) وحساب تركيزات العينات غير المعروفة جنبًا إلى جنب مع عدم اليقين وحدود الثقة الخاصة بها.

وفي هذا التحليل، ساعد تكوين المنتج شديد اللون الناتج عن التفاعل في تأكيد وجود الزرنيخ المحتمل وتوفير تقدير موثوق لتركيزه في الغزلان وفي العشب. واستنادًا إلى نتائجهم، أوصى الباحثون بتعليق استخدام مبيدات الأعشاب المحتوية على الزرنيخ في منطقة الحياة البرية لحماية الغزلان والحيوانات الأخرى التي قد تأكل النباتات في المنطقة.

توضح دراسة الحالة هذه كيفية استخدام التحليل الكيميائي في التعرف على وتحديد كميات المواد الكيميائية الخطرة في البيئة. تُستخدم العديد من طرق وأدوات الكيمياء التحليلية بشكل روتيني لتوفير معلومات حيوية في الدراسات البيئية والسمية من هذا النوع.