Дробный анализ металлов и перспективы его применения в судебной химии

Одна из особенностей судебнохимического анализа заключается в том, что при необходимости исследования биологического материала на большую группу веществ различного характера обнаруживается, как правило, одновременно не более 1—2 веществ. Комбинированные отравления двумя или более веществами являются редкостью.

В связи с этим нет необходимости в строго систематическом ходе исследования, основанном на разделении и обязательном отделении одного вещества от другого. И действительно, исследование биологического материала на алкалоиды, барбитураты и другие органические вещества производится в пределах определенных групп, обусловленных способом изолирования, в любой последовательности, без отделения друг от друга, т. е. фактически является дробным.

В то же время исследование на тяжелые металлы и мышьяк до настоящего времени производится в основном по строго систематическому ходу анализа, при котором жидкость, полученная после разрушения биологического материала, подвергается ряду операций, имеющих целью разделить катионы металлов и мышьяка на различные подгруппы и отделить их друг от друга.

Операции разделения на группы и отделения катионов друг от друга трудоемки, требуют много времени и не всегда дают ожидаемый эффект. Из-за явлений соосаждения, пептизации, многочисленных операций фильтрования, промывания и растворения не только не всегда достигается полное разделение, но нередко результаты анализа получаются путанными, а небольшие количества катионов, как правило, теряются.

Сотрудниками Института судебной медицины и кафедры судебной химии Московского фармацевтического института подробно изучен сероводородный метод систематического качественного анализа биологического материала на металлы и мышьяк и показаны ошибки, возникающие при этом.

Так, при определении свинца в ходе анализа теряется до 42%, цинка — до 21% . Марганец обнаруживается по систематическому ходу анализа лишь в очень незначительном количестве, так как основная масса его — до 64%—теряется , соосаждаясь с железом. При определении ряда металлов в биологическом материале систематическим сероводородным методом наблюдается большой разброс в результатах определения: при исследовании на олово определяется от 33 до 76 % его, при определении сурьмы — от 44 до 89%, при определении хрома — от 30 до 70%.

Малые количества катионов металлов и мышьяка, особенно интересующие судебную химию, нередко вообще не удается обнаружить сероводородным методом. Примером этого могут служить ртуть, кадмий, хром и др. Так, менее 1 мг ртути сероводородным методом уже не обнаруживается даже при разрушении биологического материала хлором, при котором летучесть ртути наименьшая. При разрушении же серной и азотной кислотами граница обнаружения ртути лежит еще выше. Граница определения хрома колеблется от 1 до 3 мг. Соосаждаю- щееся с сульфидом кадмия железо настолько маскирует его окраску, что о присутствии 2 мг кадмия уже невозможно судить по этой реакции. Из-за значительного растворения сульфида меди в многосернистом аммонии невозможно полностью отделить медь от мышьяка, олова и сурьмы.

Необходимость во время исследования на металлы и мышьяк работать с дурно пахнущим сероводородом, сильно загрязняющим лабораторный воздух и являющимся ядом,— также одна из отрицательных сторон систематического сероводородного метода.

Уже около 100 лет продолжаются поиски возможности замены классического сероводородного метода.

В последние 25 лет интенсивно развивается новое направление в химическом анализе, имеющее целью найти метод качественного обнаружения, свободный от недостатков сероводородного метода и позволяющий определять каждый катион в присутствии других, т.е. дробным методом.

Над дробными методами много работают Н. А. Тананаев, И. М. Коренман, Ф. И. Тришин, В. Н. Подчайнова и др. Эти методы находят все больше сторонников. В 1950 г. появилось руководство по дробному анализу Н. А. Тананаева¹.

Дробный метод анализа позволяет избежать многих трудностей, возникающих при классическом сероводородном методе. Особенно привлекают его чувствительность, доказательность и быстрота.

Применение дробного анализа в судебной химии при исследовании трупного материала на металлические яды не только желательно, но в значительной степени облегчает исследование. Как уже указывалось, в трупном материале редко обнаруживается одновременно более одного вещества. Исключением при исследовании на соли тяжелых металлов и мышьяка являются немногие случаи, когда отравление происходит каким-либо сложным соединением, например швейнфуртской зеленью, которая, являясь медной солью мышьяковистой кислоты, содержит одновременно мышьяк и медь.

Присутствие в организме человека металлов как естественной составной части, казалось бы, усложняет разработку дробных методов. Однако среди множества металлов, входящих в состав тканей человека, только железо содержится в значительных количествах, с которыми необходимо считаться при обнаружении того или иного металла.

В области судебной химии разработаны дробные методы обнаружения и определения мышьяка (А. Н. Крылова), ртути (Н. А. Павловская, М. Д. Швайкова и А. А. Васильева), свинца, бария, серебра, сурьмы (А. Н. Крылова), кобальта (Л. Т. Икрамов).

Преимущества дробного метода наглядно видны из таблицы.

Сравнительные данные по обнаружению металлов и мышьяка дробным и систематическим сероводородным методом в биологическом материале

При обнаружении мышьяка дробным методом можно получить ответ уже через 1 час, не считая времени, требующегося для разрушения органических веществ. Обнаружение мышьяка сероводородным методом требует не менее 3 рабочих дней, т. е. 20 рабочих часов. Чувствительность же дробного метода при обнаружении мышьяка настолько велика, что при некотором изменении условий он позволяет обнаруживать даже мышьяк, содержащийся в естественном состоянии.

Обнаружение свинца дробным методом в осадке сульфатов, получающемся после разрушения органических веществ, требует всего 15—20 минут, а исследование этого осадка общепринятым в судебнохимической практике методом сплавления — не менее одного рабочего дня, т. е. не менее 6 часов. Исследование на свинец сероводородным методом после разрушения органических веществ хлором в момент выделения продолжается не менее 2 рабочих дней.

Дробным методом можно обнаружить 0,015 мг свинца в 100 г трупного материала, сплавлением осадка сульфатов после разрушения серной и азотной кислотами —0,5 мг, а после разрушения хлором в момент выделения — только 30 мг свинца. Таким образом, чувствительность дробного метода при обнаружении свинца в трупном материале в первом случае в 33, а во втором случае — в 2000 раз выше.

Обнаружение бария дробным методом также требует всего 20 минут вместо 6 часов при исследовании сплавлением по общепринятой методике. Этот метод позволяет обнаруживать 0,015 мг бария в 100 г исследуемого объекта.

Исследование на серебро дробным методом дает возможность получить ответ уже через 2—3 часа, в то время как при исследовании сероводородным методом ответ получают только через 2 дня. Дробным методом можно обнаружить 0,05 мг серебра в 100 г трупного материала.

В последнее время закончена работа над дробными методами определения сурьмы и кобальта.

На обнаружение сурьмы по систематическому ходу анализа необходимо затратить не менее 3 рабочих дней, т. е. 20 рабочих часов. Предлагаемый нами дробный метод обнаружения сурьмы дает возможность получить ответ в течение 10 минут. Если по систематическому ходу анализа можно обнаружить 1 мг сурьмы в 100 г объекта, то дробным методом возможно найти 0,1 мг ее.

Кобальт не входит в обязательный перечень ядов, подлежащих судебнохимическому анализу, поэтому разработка дробного метода, позволяющего производить исследование на кобальт независимо от общего хода анализа, очень полезна. При этом методе исследование заканчивается в течение 2—3 часов и можно обнаружить 0,1 мг кобальта в 100 г объекта.

Особенно наглядно видно преимущество дробного метода на примере ртути. Будучи очень летучим металлом, ртуть доставила немало затруднений судебным химикам. Вопросам обнаружения ее при исследовании трупного материала посвящено много работ. При исследовании сероводородным методом границей обнаружения является 1 мг ртути в 100 г трупного материала. В то же время ртуть нередко остается в небольших количествах в органах погибших от отравления ею. Кроме того, из-за летучести она теряется еще в процессе разрушения органического вещества. При разрушении серной и азотной кислотами потери могут достигать в общей сложности 98%.

Попытки повысить чувствительность метода обнаружения ртути шли в основном по пути дробного анализа. В начале 1900-х годов А. В. Степанов предложил частный метод исследования ртути в моче; фактически же этот метод является дробным. Далее А. Ф. Рубцов, а затем М. Д. Швайкова, А. А. Васильева и Н. А. Павловская подробно изучали вопрос о дробном обнаружении ртути в трупном материале. В настоящее время А. А. Васильевой разработана методика дробного обнаружения ртути, отличающаяся быстротой и высокой чувствительностью— она позволяет определять 0,01 мг ртути в 100 г трупного материала, т. е. чувствительность обнаружения ртути повысилась в 100 раз. Время исследования при этом сократилось втрое по сравнению с сероводородным методом.

Для каждого из вышеназванных ионов разработана также методика количественного определения, позволяющая производить анализ без предварительного отделения. При этом результаты определения получаются вполне удовлетворительные. Серебро, свинец, барий и мышьяк определяются в трупном материале в пределах от 74 до 100%, а ртуть по последнему методу — до 100%.

Возможность успешного проведения анализа в случае необходимости исследования объекта весом 10—25 г, а также быстрота ответа, особенно при частных заданиях, делает дробный анализ особенно ценным для судебнохимических целей.

Доказательность дробных методов, предложенных для судебнохимических исследований, также во многих случаях значительно выше, так как, кроме применения специфических реакций для выделения того или иного иона, при разработке дробных реакций широко используется комплексообразование и избирательное извлечение органическими растворителями, что дает возможность чрезвычайно быстро и эффективно устранять влияние посторонних ионов. А применение для последующих подтверждающих реакций наиболее специфических микрокристаллических реакций еще более повышает доказательность дробных методов.

В связи с сокращением количества операций при данном анализе по сравнению с систематическим сероводородным методом применение дробного метода позволит значительно экономить не только время, но и реактивы. Кроме того, он дает возможность изъять из употребления в лабораториях вредный для здоровья сероводород, сильно загрязняющий воздух.

Бесспорное преимущество дробного метода ясно видно уже на этих немногих примерах.

Дальнейшая работа над дробными методами в судебнохимическом анализе позволит окончательно оставить систематический сероводородный метод, что даст возможность не только повысить чувствительность и доказательность обнаружения катионов, но и значительно сократить срок анализа на металлы и мышьяк (возможно, до 3 рабочих дней, включая и время, необходимое для разрушения органических веществ). Последнее обстоятельство особенно важно, потому что судебнохими- ческие исследования недопустимо длительны: чтобы дать ответ при исследовании на металлы и мышьяк некоторые лаборатории затрачивают не менее 2 недель. Даж е при применении наиболее быстрого метода разрушения серной и азотной кислотами на полный анализ металлов затрачивается не менее 8—10 дней. Это не только не удовлетворяет требованиям следственных органов, но и не соответствует тем возможностям, которые предоставляет современный уровень развития аналитической химии.

Выводы

1. Применяемый в настоящее время в судебнохимической практике систематический сероводородный метод анализа катионов металлов и мышьяка устарел.
2. Разрабатываемый в настоящее время дробный метод анализа катионов металлов и мышьяка дает возможность сократить сроки судебнохимического анализа в 2—3 раза по сравнению с сероводородным методом, повысить чувствительность в некоторых случаях в 100 и даже в 2000 раз, повысить доказательность обнаружения металлов и мышьяка, а также значительно сократить расход реактивов и отказаться от применения сероводорода, загрязняющего воздух лабораторий.

¹ Тананаев Н. А. Дробный анализ. М., 1950.