Some particular problems of chemistry and hygiene

Full Text

Начиная с 1950 г. в различных городах СССР были созданы научные центры по исследованию микроэлементов, изучению их биологической роли и содержания в объектах внешней среды, тканях, органах, жидких средах живого организма, в норме и патологии, выяснению их роли в этиологии и патогенезе различных заболеваний, в профилактике и лечении болезней.

Татарстан является эндемичным по зобу регионом. Общеизвестно, что эндемический зоб возникает в связи с недостатком йода в природе. Почва служит «поставщиком» йода для растений, животных и человека, поэтому ее роль в йодном круговороте в природе можно считать ведущей. Следовательно, организация успешной борьбы с эндемическим зобом немыслима без комплексных исследований биогеохимической ситуации в эндемичных очагах и в целом по республике, в особенности без учета содержания в почвах различных форм йода [13].

Мы изучали количественное содержание валовых и подвижных форм йода в пахотных слоях и по генетическим горизонтам основных типов почв Татарстана, а также в некоторых водоисточниках и пищевых продуктах эндемичных по зобу районов республики. Установлено, что уровень йода в почвах, пищевых продуктах и питьевых водах Предкамья и юго-восточного Закамья характерен для эндемичных мест и соответствует пониженному содержанию элемента во внешней среде, то есть эндемия зоба в республике протекает в условиях относительной йодной недостаточности. Исследования показали, что уровень подвижного йода в почвах основных агропочвенных районов республики приблизительно одинаков, хотя содержание валового йода в черноземах юго-восточного Закамья примерно в 2 раза больше, чем в почвах Предкамья. На основании полученных данных нами составлены картосхемы содержания валового и подвижного йода с выделением ряда групп почв с различной обеспеченностью этим элементом. Установлена несбалансированность других микроэлементов (марганца, кобальта, меди, цинка, бора, молибдена, брома, железа, стронция) в почвах республики [13, 16]. В разных агропочвенных районах содержание указанных микроэлементов различно.

Натурными исследованиями выявлено возможное значение стронция в комплексе с рядом других микроэлементов (йода, марганца, железа, меди, молибдена) в развитии эндемии зоба в условиях Татарстана. Между содержанием стронция в питьевой воде, рационах питания и заболеваемостью населения эндемическим зобом корреляции не наблюдается.

В очагах сильной зобной эндемии вода и пищевые рационы характеризуются относительно пониженным содержанием молибдена, меди, железа и повышенным — марганца. На фоне J примерно одинакового содержания йода в воде и пищевых продуктах интенсивность зобной эндемии выражена сильнее при более высоких значениях соотношений в воде Mn/Mo, Mn/Cu, Mn/Fe, Fe/Mo, Sr/Mo, Cu/Mo. Такие микроэлементы, как молибден, медь, железо, население сильно эндемичных очагов получает с пищей и водой меньше суточной потребности, а марганца — больше. Это свидетельствует о существенной роли в профилактике эндемического зоба комплекса изученных микроэлементов, их сбалансированности. Во внутренних органах людей (щитовидная железа, почки, селезенка, печень), проживающих в эндемичных по зобу местностях, наблюдается повышенной содержание марганца и пониженное — молибдена.

Нашими исследованиями установлена обратная корреляция между распространенностью кариеса зубов у населения республики и содержанием в питьевой воде стронция, молибдена, железа. При очень низкой концентрации фтора (<0,5 мг/л) во всех исследованных водах меньшей распространенности кариеса зубов сопутствуют более высокие соотношения Sr/F, Sr/Fe, Sr/Mn и пониженное Ca/Sr. Высказано предположение, что вода, содержащая 1,0 мг/л и больше стронция в сочетании с молибденом и железом, может способствовать предупреждению развития кариеса зубов [14].

Разработан метод спектрографического определения стронция в природных водах. Метод апробирован в Московском научно-исследовательском институте гигиены им. Ф. Ф. Эрисмана, лабораториях других научных учреждений и утвержден лабораторным советом Министерства здравоохранения РСФСР.

На кафедре разработаны физико-химические методы определения микроколичеств йодидов, бромидов и роданидов в биологических объектах. Изучены условия полярографического определения содержания йодидов и бромидов при совместном присутствии по волнам восстановления йодатов и броматов на ртутном капельном электроде. Предложен новый вариант кинетического выявления йодидов и роданидов с чувствительностью 4×10⁻⁸ M. Разработан метод обнаружения йодидов на основе йодат-арсенитной реакции с точностью ±10%. Рекомендован новый фотометрический метод оценки микроколичеств бромидов с чувствительностью 10⁻⁷ М для анализа природных вод и пищевых продуктов [17].

Нашими исследованиями подкреплено теоретическое представление о необходимости учета многофакторного воздействия на организм не отдельно взятого элемента, а комплекса микроэлементов с учетом их количественной сбалансированности в объектах внешней среды. Такие комплексные исследования позволили успешнее решать задачу по ликвидации эндемического зоба как массового заболевания.

Другим научным направлением в работе кафедры являются фундаментальные исследования в области разработки теории и практики получения композиционных покрытий (КЭП), кальными свойствами: износо- и коррозионной твердостью и другими функциональными параметрами.

Нами установлена взаимосвязь между поверхностными свойствами частиц дисперсной фазы (ДФ) и металла матрицы с условиями электролиза при формировании КЭП [4]. Показаны вероятность прогнозирования включений дисперсных частиц в матрицу за счет адсорбции компонентов электролита на поверхности соосаждаемых веществ [11], а также возможность управления объемным распределением частиц второй фазы в КЭП составами электролитов-суспензий (ЭС) и режимами периодического тока [8, 9, 12].

На основе экспериментальных данных и теоретических заключений разработаны пути совершенствования технологии нанесения КЭП за счет изменения поверхностных свойств дисперсных частиц и условий электрокристаллизации металла матрицы путем подбора состава электролитов и параметров периодического тока [7]. Для этого разработаны и внедрены промышленный вариант источника периодического тока [10], установка виброгидравлического перемешивания и метод оценки степени суспендирования [6], трилонатный электролит свинцевания [3]. С целью модификации свойств КЭП предложены новые составы химико-термической обработки [5].

Обзор материалов, в том числе и своих, по теории и практике получения КЭП позволил в качестве обобщения и примера комплексного подхода к проблеме предложить схему модели формирования КЭП, отображающую особенности и пути решения детальных вопросов этого сложного процесса.

Помимо основных разработок по защите и упрочению композиционными покрытиями деталей химической аппаратуры были проведены работы и по улучшению функциональных свойств ряда медицинских инструментов. В частности, разработаны полуматовые КЭП взамен блестящих хромовых для защиты наконечников зубоврачебных инструментов [2]. Композиционные электрохимические покрытия осаждали из электролита блестящего никелирования состава (кг/м): NiSO₄×7H₂O — 300, NiCl₂×6H₂O — 40, H₃BO₃ — 35, 1,4-бутиндиол — 0,4, сахарин — 0,8, pH 4,9—5,2; t=50—55°С; ik=0,5 кА/м². В качестве частиц второй фазы использованы диоксид циркония и оксид хрома с размерами от 1 до 5 мкм, концентрация — 50 мг/м³. Осаждение проводилось на стальные и латунные образцы, имитировавшие материал изделий, а также на, непокрытые наконечники. Подготовка поверхности перед нанесением покрытий была общепринятой. Микроструктуру покрытий изучали металлографическим микроскопом МИМ-8 М (× 500), микротвердость — твердомером ПМТ-3 при нагрузке 500 мН; частоту поверхности оценивали профилометром модели 201 завода «Калибр». Коррозионные испытания выполняли в климатической камере типа 3001 (ГДР).

При принятой концентрации ДФ в электролите содержание их в КЭП составило от 5 до 6 масс. %. В сравнении с «чистыми» никелевыми покрытиями твердость композиций Ni—ZrO₂ и Ni—Cr₂O₃ в 1,5—2 раза выше (5,5—6,2 ГПа). Металлографические исследования подтвердили высокую равномерность распределения частиц в металлической матрице. Класс чистоты поверхности КЭП меньше исходной на одну единицу. Коррозионные испытания наконечников с блестящими хромовыми и композиционными покрытиями в течение 10 суток при 25°С и 100%-ной влажности показали высокую устойчивость всех покрытий.

Композиционные полуматовые покрытия имеют хороший товарный вид и рекомендованы для замены блестящих двухслойных хромовых покрытий, что позволяет значительно сократить стоимость и время их нанесения, а также избежать световых бликов при работе. Дополнительная химико-термическая обработка КЭП улучшает их функциональные свойства [1].

Покрытия с включениями грубодисперсных частиц до 200 мкм применяются для получения абразивных инструментов, упрочнения зубных боров, повышения удерживающих свойств иглодержателей, щипцов и другого медицинского инструментария аналогичного назначения. Подобные покрытия наносят в два этапа: на первом — в ячейке с пористым дном частицы прикрепляются к основе в густой суспензии при ik=1—3 кА/м² в течение 30—100 минут, на втором — они заращиваются в «чистых» электролитах никелирования (ik=2 кА/м², $\tau$=2 ч) или хромирования (ik=30 кА/м², $\tau$= 4 ч). Износ и удерживающую способность КЭП типа Ni—алмаз—Ni, Ni—B₄C—Ni, Ni—Al₂O₃—Ni определяли протяжкой проволоки или трением в паре сплавом ЖС-6 КП под нагрузкой 0,14 МПа. Испытания протяжкой проволоки композиций, нанесенных на медицинские иглодержатели, показали, что износостойкость покрытий увеличивается в 1,5—3 раза. Твердость составляет ≈ 50—60 единиц HRC. Медицинские инструменты с композиционными покрытиями прошли 20-кратную стерилизацию в 6% растворе H₂O₂ с предварительной «мойкой» в 10% растворе MgSO₄ и в смеси 0,5% H₂O₂ с добавкой 5 кг/м³ ПАВ. Покрытия выдержали испытания в соответствии с ОСТом [15].

About the authors

I. A. Abdullin

Kazan Medical University

Author for correspondence.
Email: info@eco-vector.com

Department of Bio-inorganic Chemistry

Russian Federation, Kazan

I. B. Sitdikov

Kazan Medical University

Email: info@eco-vector.com

Department of Bio-inorganic Chemistry

Russian Federation, Kazan

I. A. Ryazanov

Kazan Medical University

Email: info@eco-vector.com

Department of Bio-inorganic Chemistry

Russian Federation, Kazan

References

Supplementary files