Определение таллия в костях экстракционно-фотометрическим методом

В судебно-химической практике при доказательстве отравлений «металлическими» ядами, как правило, определяют их содержание в паренхиматозных органах. Если прошло значительное время после захоронения трупа, для установления отравления используют не только остатки мягких тканей, но и другие части трупа, в частности костную ткань. Судебно-химические лаборатории нашей страны не располагают методикой исследования костной ткани для установления факта отравления «металлическими» ядами.

Отравления соединениями таллия не всегда диагностируются вследствие неспецифичности их клинических проявлений и нехарактерной патологоанатомической картины. Многие авторы (Thomas и соавт., 1963; Moureau и соавт., 1964, и др.) обращают внимание на то, что симптомы отравления соединениями таллия неспецифичны и напоминают признаки отравления мышьяком или пищевую токсикоинфекцию — ботулизм. Machata и Tomas и соавт. (1963) показали, что при отсутствии мягких частей трупа установление отравления таллием возможно путем анализа костных останков.

Billeck и Machata (1964) опытами на животных доказали, что при однократном введении таллия перорально он в первые же сутки откладывается не только в мягких, но и в костной ткани. При пероральном введении кроликам ‘/a LD50 сульфата таллия он отложился в печени и костях в примерно одинаковых количествах, а содержание его в почках оказалось в 9 раз большим, чем в печени или костях. Через 29 дней его уровень в почках и печени падает и становится равным содержанию в костях. Через 57 дней содержание таллия в костях в 50 раз выше, чем в печени, и в 3 раза выше, чем в почках. Авторы приходят к выводу, что исследование костей при отравлениях таллием (при отсутствии мягких тканей трупа) позволяет решать вопрос об отравлении достаточно надежно.

Определение таллия в костях человека в норме и при отравлениях описано Geilmann и соавт. (1960), Kisser (1963), Weinig и Schmidt (1966), Goenechea и Sellier (1967) Многие авторы отмечают, что подготовка костной ткани является основным этапом анализа, часто определяющим его результаты. Machata (1963), изучив возможности различных методов анализа костной ткани, установил, что обычно используемый в судебно-химической практике спектральный метод анализа не позволяет определять естественно содержащееся в организме человека количество таллия; при анализе биологического материала, в том числе костей, необходимо предварительное концентрирование таллия путем озоления органических веществ; в процессе сухого озоления при 450°С из 20 мкг добавленного таллия теряется 12,5 мкг, т. е. 63%; граница определения таллия на кварцевом спектрографе при анализе костной ткани после сухого озоления составляет 0,6—0,7 мг в 100 г. Такова же она и при прочих методах: пламенной фотометрии, рентгенофлюорометрии, флюорометрии по-комплексу с красителем — родамином В. Другие авторы (Kisser, 1963; Duvivier и соавт., 1964) также отмечают высокую летучесть соединений таллия: в процессе определения его в моче 50—60% количества таллия улетучивается во время прокаливания остатка при 350°С.

Наиболее надежным и в достаточной мере чувствительным методом определения таллия в костях большинство авторов считает сочетание влажного озоления кислотами с экстракционным выделением таллия из минерализата и последующим определением каким-либо физико-химическим методом.

Для минерализации костей чаще рекомендуют нагревание их с серной, азотной кислотами и пергидролем (Kisser, 1963; Tomas и соавт., 1963), серной, азотной и хлорной кислотами (Weinig и Schmidt, 1966; Geilmann и соавт., 1960)

Выделение таллия из минерализата производят экстракцией диэтиловым эфиром в виде бромида, а также экстракцией в виде комплекса с диэтилдитиокарбаминатом или дитизоном с последующим разрушением комплекса нагреванием в присутствии концентрированной серной кислоты или реэкстракцией таллия азотной кислотой в водную фазу. В водном растворе таллий чаще определяют полярографическим или спектральным методом. Kisser (1963) описывает экстракционно-флюорометрическое определение таллия в костях, основанное на образовании комплекса таллия с родамином В. Tomas и соавт. (1963) на примере 3 случаев заведомого отравления таллием показали, что таллий можно определить количественно в костях полярографическим и спектральным методами после минерализации костной ткани серной и азотной кислотами в присутствии пергидроля и выделения таллия экстракцией дитизоном. Количество таллия в костной ткани в 2 из этих случаев, когда пострадавшие прожили около одного месяца, колебалась от 0,08 до 2,7 мг в 100 г; в случае, когда пострадавший умер через 4 ч после поступления яда, в костях обнаружены только следы таллия.

В 1971 г. мы описали метод определения таллия в органах человека для целей судебно-химического анализа, основанный на принципе дробного метода с использованием комплексов таллия с бриллиантовым зеленым и дитизоном. В разработанных нами условиях определяемый минимум составляет 2-10 ^-3 мг в навеске 2,5 г. Граница определения — 5-10^-2 мг в 100 г органа. При добавлении к 100 г органа 0,1—10,0 мг таллия определяется 94—96 %.

Мы применили разработанный нами ранее метод определения таллия по комплексу с бриллиантовым зеленым и по дитизонату таллия для определения таллия в костях, так как оба метода доступны для всех лабораторий страны, обладают высокой чувствительностью и достаточной точностью.

Целью нашей работы было выбрать оптимальные условия минерализации костей и изучить условия определения таллия указанными реакциями в минерализатах костной ткани.

Экспериментальная часть

Минерализация костей. Для разрушения органических веществ в костной ткани применили метод влажного озоления кислотами. С этой целью использовали серную, азотную и хлорную кислоты, так как все соли таллия с этими кислотами растворимы, а при таком сочетании кислот на разрушение органических веществ уходит минимум времени.

Предварительными опытами установили, что температура надосадочной жидкости в минерализате 135°С, а в осадке около дна колбы 210°С.

Несмотря на сравнительно низкую температуру при минерализации костей, длительное нагревание их (более 2 ч) приводит к потерям небольших количеств таллия.

Выбирая величину навески кости, исходили из рекомендаций Machata (1963), обратившего внимание на неравномерное распределение таллия в костях. Чтобы избежать ошибки при определении таллия, он рекомендует брать навески кости весом от 2 до 5 г. В то же время длительность нагревания при минерализации зависит от величины навески.

Как показали опыты, на минерализацию 5 г кости затрачивается до 2 ч, а при наличии большого количества костного жира — до 3—3,5 ч. Затрата времени на минерализацию 2 г кости — 45—60 мин, при высоком содержании жира — до 90 мин. Потери таллия при минерализации 2 г кости незначительны.

Методика. К 2 г костной ткани в стакане емкостью 100 мл добавляли по 8 мл воды, концентрированной азотной и серной кислот и 42% хлорной кислоты и нагревали до растворения кости, после чего содержимое стакана переносили в колбу Кьельда ля емкостью 150 мл и производили разрушение органических веществ при периодическом добавлении разбавленной (1:1) азотной кислоты. По окончании разрушения в случае присутствия окислов азота их удаляли формалином при нагревании, добавляли в остывшую жидкость равный объем воды и переносили ее на фильтр вместе с осадком. Промывали осадок 5 мл 4 и. серной кислоты и 10 мл воды. Фильтрат и промывные воды объединяли и в полученном минерализате определяли таллий.

Определение таллия. При разрушении костной ткани кислотами в минерализат переходит большое количество солей кальция и неизвестное количество железа и двухвалентных элементов, содержащихся в костях в естественном состоянии. К тому же при анализе костей трудно взять среднюю пробу. В результате мы не располагаем точными данными о количественном составе элементов в полученном минерализате. Это не дает возможности непосредственно использовать разработанный нами ранее (1971) метод дробного определения таллия, рассчитанный на знание количества посторонних элементов в анализируемом объекте.

В связи с этим мы производили предварительное выделение таллия из минера-лизата, затем переводили таллий в водную фазу и параллельно определяли таллий с бриллиантовым зеленым и по дитизонату таллия.

Для выделения таллия из минерализата использовали экстракцию его хлороформом в виде дитизоната. Это дает возможность отделить таллий от кальция, железа, меди, кадмия, цинка и др.

Из руководств Е. Сендела (1964) и Г. Иванчева (1961) известно, что при экстракции дитизоната калия хлороформом из водных растворов при pH 14 в присутствии цианида вместе с таллием могут экстрагироваться свинец, висмут, индий и олово (II). При исследовании костей свинец практически полностью осаждается в виде сульфата, олово в присутствии избытка дитизона окисляется до олова (IV), которое не реагирует с дитизоном; индий при рН>11 плохо экстрагируется дитизоном. Таким образом, вместе с таллием из щелочной среды экстрагируются только висмут и небольшие количества индия.

По нашим наблюдениям, а также по некоторым данным литературы (Г. Реми, 1972), таллий вступает во взаимодействие с цианид-ионом и при комплексировании двухвалентных элементов частично теряется. Поэтому при выделении таллия из минерализата мы не вводили цианидов, а при проведении определения таллия в реэкстракте по дитизонату комплексирование попавших в экстракт двухвалентных элементов производили дробно, проверяя по ходу экстракции степень экстракции дитизоната таллия по изменению окраски при введении цианидов и промывая экстракт дробным введением цианидов.

Операция переведения таллия из дитизоната в водную фазу разложением серной кислотой при нагревании длительна и, как показали опыты, ведет к потерям таллия. Поэтому мы переводили таллий из дитизоната в водную фазу путем реэкстракции его серной кислотой.

Опыты показали, что до 20 мкг таллия полностью переходит из дитизоната в 5 мл 4 н. серной кислоты при встряхивании в течение 2 мин. До 200 мкг таллия переходит из дитизоната в водную фазу при двухкратной обработке (по 10 мл) 4 н. серной кислотой. В процессе выделения таллия в виде дитизоната и переведения его в водную фазу реэкстракцией потери таллия не превышает 10%.

В ходе эксперимента были уточнены отдельные детали методики определения таллия с бриллиантовым зеленым. Установлено, что количественное окисление 200 мкг таллия достигается за 60 мин, для чего требуется 0,2. (1975) показали, что оптимальная концентрация серной кислоты при экстракции таллия с бриллиантовым зеленым составляет 6 н. — 8 н. В этих условиях полностью подавляется влияние ртути, кадмия и железа, что соответствует нашим данным (1971).

Методики определения таллия с учетом внесенных поправок были проверены на водных растворах.

Методика определения таллия с бриллиантовым зеленым. К 5 мл 5 н. раствора H2SO4, содержащего определенное количество таллия¹, добавляли 0,2 мл концентрированной серной кислоты (уд. вес 1,84), 3 мл 5 н. раствора НС1 и 0,2 мл 5% раствора нитрита натрия. Через 60 мин добавляли 1 мл насыщенного раствора мочевины, а через 10 мин — 0,2 мл 0,1% раствора бриллиантового зеленого, 5 мл толуола и 1 г безводного сульфата натрия. Энергично встряхивали жидкость в течение 30 с. Экстракцию повторяли без добавления бриллиантового зеленого до тех пор, пока слой толуола не переставал окрашиваться в голубой цвет. Объединенные экстракты промывали 5 н. H2SO4, измеряли объем и светопоглощение (оптическую плотность) экстракта по отношению к толуолу при 640 нм в кювете с толщиной поглощающего слоя 10 мм.

Методика определения таллия с дитизоном. К 5 мл исследуемого раствора добавляли по 2 мл 20% раствора лимонной кислоты, 10% раствора сульфата гидроксиламина и 1 мл 5% раствора цианида натрия, а затем 20% раствор едкого натра

до pH 9—10 по универсальной индикаторной бумаге и 2 мл избытка его. Добавляли 5 мл хлороформа и несколько капель 0,01% раствора дитизона в хлороформе и энергично встряхивали в течение 30 с. Экстракцию повторяли до тех пор, пока слой хлороформа не переставал изменять зеленую окраску дитизона на красную. Объединенные экстракты промывали смесью 1% раствора едкого натра и 0,5 мл 5% раствора цианида натрия. Измеряли объем экстракта и светопоглощение по отношению к хлороформу при 505 нм в кювете с толщиной поглощающего слоя 10 мм.

Результаты опытов на водных растворах представлены в табл. 1.

Таблица 1

Определение таллия в водных растворах (п = 6 для каждой концентрации таллия)

Опыты на водных растворах показали достаточную точность определения даже малых количеств таллия.

Определение таллия параллельно двумя методами в реэкстракте дитизоната таллия повышает доказательность метода, так как в реакцию с бриллиантовым зеленым висмут в разработанных условиях не вступает. Единственной помехой может быть только индий. Для идентификации таллия от индия использовали микрокристаллические реакции, которые производили в азотнокислом реэкстракте дитизоната таллия после измерения его плотности. Были использованы реакции образования тройной азотистокислой соли таллия, меди и свинца; двойной соли цезия и таллия в солянокислой среде и реакция образования хромата таллия. В связи с тем что реакции образования тройной азотистокислой соли таллия, меди и свинца мешают большие количества калия и аммония, использование их гидроокисей для нейтрализации и промывания экстрактов дитизонатов недопустимо.

Таблица 2

Определение таллия в костях (п = 6 для каждой концентрации таллия)

Методика исследования костей. 2 г кости минерализовали описанным выше способом. Минерализат делили на 2 равные части. К половине его добавляли по 2 мл лимонной кислоты и сернокислого гидроксиламина, а затем —20% раствор едкого натра до pH 9—10 по универсальной индикаторной бумаге и 5 мл избытка его. Производили экстракцию хлороформом при добавлении 0,01% раствора дитизона небольшими порциями, встряхивали в течение 30 с до тех пор, пока слой хлороформа не приобретал устойчивую зеленую окраску. Объединенные экстракты слегка промывали 15 мл 1% раствора едкого натра и реэкстрагировали 2 раза по 2 мин с 10 мл 4 н. H2SO4. Реэкстракты объединяли, промывали небольшим количеством хлороформа, делили на 2 равные части и определяли содержание в них таллия — с бриллиантовым зеленым и дитизоном. Оставшийся после измерения плотности экстракт дитизоната таллия реэкстрагировали в течение 2 мин встряхиванием с 2 мл 2 н. азотной кислоты. Полученный реэкстракт наносили по 5—6 капель (в зависимости от интенсивности окраски экстракта дитизоната таллия) на 3 предметных стекла и производили микрокристаллические реакции по методу, приведенному в руководстве по микрокристаллоскопии И.М. Коренмана (1955).

Описанную методику проверяли при определении содержания таллия в костной ткани ребер трупов лиц, погибших вследствие травмы (путем добавления стандартного раствора сульфата таллия к навеске костной ткани 2 г). Результаты опытов представлены в табл. 2.

Опыты показали, что при добавлении от 5 до 100 мкг таллия к 2 г кости таллий определяется обоими методами с достаточной точностью. В пересчете на навеску 100 г граница определения таллия — 0,25 мг. Количество определяемого таллия при этом — 94—84%, ошибка при определении таллия с использованием бриллиантового зеленого и дитизона соответственно составляет 15 и 30%. При содержании 5 мг таллия в 100 г кости определяется 88—86% его количества с ошибкой, составляющей при применении бриллиантового зеленого и дитизона соответственно 12 и 8%.

При исследовании экспертного материала—костей трупа человека с давностью захоронения около 5 лет—было определено следующее содержание таллия в 100 г кости: в ребре — 4 мг, в позвонке — 3,5 мг, в подвздошной кости — 7,4 мг.

Вывод

Разработан простой и доступный метод определения таллия в костях для целей судебно-химического анализа. Метод основан на минерализации костей кислотами и экстракционном определении таллия с бриллиантовым зеленым и дитизоном. Граница определения — 0,25 мг таллия в 100 г кости. При добавлении 0,25 мг таллия в 100 г кости определяется 94—84% его количества с ошибкой 15 и 30% при использовании бриллиантового зеленого и дитизона соответственно; при добавлении 5 мг таллия определяется 88—86% его количества с ошибкой 12 и 8% соответственно.

¹ Стандартный раствор таллия готовили растворением сульфата таллия в 5 н. H₂S0₄ (концентрация 1 мг таллия в 1 мл), из которого по мере надобности готовили более разбавленные растворы.