Кіріспе

Заттар санаты. Улы ауыр металл – қоршаған ортада, әсіресе, уыттылығымен белгілі, салыстырмалы түрде тығыз металл немесе металлоид. Бұл термин Әлемдік денсаулық сақтау ұйымының халықты ең көп алаңдататын 10 химиялық заттың тізіміне енген кадмий, сынап және қорғасынға қатысты қолданылады. Басқа мысалдарға марганец, хром, кобальт, никель, мыс, мырыш, күміс, антимон және таллий жатады. Ауыр металдар жер бетінде табиғи түрде кездеседі. Олар адамның қызметінен туындаған іс-әрекеттердің нәтижесінде шоғырланады және тыныс алу, тамақтану және қолмен ұстау арқылы өсімдіктер мен жануарлар (адамдар да оның ішінде) тіндеріне өте алады. Содан кейін, олар маңызды жасуша компоненттерінің жұмысына бөгет жасайды және олармен араласып, оның бұзылуына себеп болады. Арсеннің, сынаптың және қорғасынның уытты әсері ежелгі заманнан белгілі болған, бірақ кейбір ауыр металдардың уыттылығын жүйелі зерттеулер 1868 жылдан бастап жүргізілген. Адамдарда ауыр металлмен улануды көбінесе хелаттаушы заттармен емдейді. Кейбір элементтер, басқаша айтқанда, улы ауыр металлдар, адам денсаулығы үшін шағын мөлшерде қажетті болып табылады.

Ластану көздері

Ауыр металдар жер бетінде табиғи түрде кездеседі және адам қызметінің нәтижесінде немесе кейбір жағдайларда геохимиялық процестердің салдарынан шоғырланады, мысалы, құрамында шөптесін топырақтарында жиналып, олар ауыл шаруашылығы үшін кептірілген кезде босатылады. Көбінесе кездесетін көздер: тау-кен және өнеркәсіптік қалдықтар; көлік құралдарының шығарындылары; мотор майы; кемелер мен ауыр техникаға қолданылатын отын; құрылыс жұмыстары; тыңайтқыштар; пестицидтер; бояулар; бояғыштар мен пигменттер; жөндеу жұмыстары; құрылыс және бұзу қалдықтарын заңсыз төгу; ашық үстіңгі дөңгелекті контейнерлер; дәнекерлеу, қызылдырау және жұптау; шыны өңдеу; бетон жұмыстары; жол жұмыстары; қайта өңделген материалдарды пайдалану; жеке қолмен жасалған металл жобалары; құрбандық қағаздарды жағу; ауылдық жерлерде ашық отта қалдықтарды жағу; ластанған желдету жүйелері; қоршаған ортамен немесе қаптамасымен ластанған тағамдар; қару-жарақ; қорғасын-қышқыл аккумуляторлары; электрондық қалдықтарды қайта өңдеу орындары; химиялық өңделген ағаштар; ескірген сумен жабдықтау инфрақұрылымы; және әлемдік мұхиттарда қалқып жүретін микропластиктер. Арсен, кадмий және қорғасын балалар ойыншықтарында қалыпты деңгейден асып түсетін мөлшерде болуы мүмкін. Қорғасын ойыншықтарда тұрақтандырғыш, түс күшейткіш немесе коррозияға қарсы зат ретінде қолданылуы мүмкін. Кадмий кейде тұрақтандырғыш ретінде немесе ойыншық зергерлік бұйымдардың массасы мен жылтырлығын арттыру үшін қолданылады. Арсен бояғыштарды бояу үшін қолданылатындығы айтылады. Заңсыз дистилленген алкогольді тұрақты ішетіндер арсен немесе қорғасынмен улануға ұшырауы мүмкін, оның себебі дистилляциялық аппаратураны дәнекерлеу үшін қолданылатын арсенмен ластанған қорғасын. Астық пен жем сақтау орындарында қолданылатын тышқан уы да арсеннің көзі болуы мүмкін. Қорғасын – ең көп таралған ауыр металл ластағыш. Тетраэтилқорғасынның құрамында болғандықтан, ол 1930-1970 жылдар аралығында бензинде кеңінен қолданылды. Өнеркәсіптік дамыған елдердегі су ортасындағы қорғасын деңгейі өнеркәсіптік емес кезеңге қарағанда екі-үш есе жоғары деп есептеледі. Солтүстік Америкада 1996 жылға қарай қорғасынды бензиннің қолданылуы тоқтатылса да, осы мерзімге дейін салынған жолдардың жанындағы топырақтарда қорғасынның жоғары концентрациясы сақталады. Оқ-дәрілерде қолданылатын қорғасын((II) азиді немесе қорғасын стифнаты) қорғасын оқу полигондарында бірте-бірте жиналып, жергілікті ортаны ластайды және полигон қызметкерлерін қорғасынмен улану қаупіне ұшыратады.

Кіру жолдары

Ауыр металдар ауа арқылы тыныс алу, тамақтану және қолмен ұстау арқылы өсімдік, жануар және адам тіндеріне өтеді. Автокөліктердің шығарындылары – арсеник, кадмий, кобальт, никель, қорғасын, антимон, ванадий, мырыш, платина, палладий және родий сияқты ауадағы ластаушы заттардың маңызды көзі. Су көздері (жер асты сулары, көлдер, өзендер мен ағындар) өнеркәсіптік және тұтыну қалдықтарынан сіңіп шығатын ауыр металдармен ластануы мүмкін; қышқыл жаңбыр топырақтағы ауыр металдарды босату арқылы бұл процесті күшейтеді. Топырақ арқылы тасымалдау артықшылықты ағын жолдары (макрокезеңдер) және еріген органикалық қосылыстардың болуымен жеңілдетіледі. Өсімдіктер суды сіңіру арқылы ауыр металдарға ұшырайды; жануарлар осы өсімдіктерді жейді; өсімдік және жануар текті тағамдар адамдарда ауыр металдардың ең ірі көзі болып табылады. Тері арқылы сіңіру, мысалы, топырақпен, металлдан жасалған ойыншықтармен немесе әшекейлермен тікелей жанасу ауыр металдармен ластанудың тағы бір мүмкін көзі. Улы ауыр металдар организмдерде биожинақталуға қабілетті, себебі оларды метаболизмдеу қиын.

Тарих

Арсеннің, сынап пен қорғасынның уытты әсері ежелгі заманнан белгілі болған, бірақ ауыр металдардың жалпы уыттылығын жүйелі зерттеулер 1868 жылдан бастап қана жүргізілді. Сол жылы Уанклин мен Чэпмен ауыз суындағы "арсен, қорғасын, мыс, мырыш, темір және марганец" сияқты ауыр металдардың зиянды әсері туралы пікір білдірді. Олар "зерттеудің жетіспеушілігін" атап өтіп, "мәліметтерді жинауға шақыру қажеттігіне" келді. 1884 жылы Блейк уыттылық пен элементтің атомдық салмағы арасындағы байланысты анықтады. Келесі бөлімдерде "классикалық" уытты ауыр металдар (арсен, сынап және қорғасын) және кейбір соңғы мысалдар (хром және кадмий) туралы тарихи шолулар ұсынылған.

Арсен

Арсен, реальгар және орпимент түрінде ежелгі заманнан белгілі болған. Грек географияшысы және тарихшысы Страбон (б.з.д. 64–50, шамамен б.з. 24 ж.) реальгар мен орпимент кен орындарында тек құлдар жұмыс істегенін жазды, себебі олар кендерден шығатын уытты газдардан сөзсіз қаза табар еді. 1900 жылы Англияның Манчестер аймағында арсенмен ластанған сыра 6000-нан астам адамды улады, ал кем дегенде 70 адамның қаза болғаны есептеледі. 1953-1956 жылдары Италиядағы АҚШ елшісі Клэр Люс арсенмен уланудан зардап шекті. Уланудың көзі оның жатын бөлмесі төбесіндегі арсен қосылған бояудың қабыршақтануынан табылды. Ол елшілік мәжілісіндегі төбедегі қабыршақтанған бояуға араласқан тамақ жеген болуы мүмкін. 2014 жылғы мәліметтерге сәйкес, арсенмен ластанған жер асты сулары "әлі де Азиядағы миллиондаған адамды уландырып келеді".

Жиде

Бірлескен Қытайдың алғашқы императоры Цинь Ши Хуан мәңгілік өмірге ие болу үшін сынап таблеткаларын ішкен деген хабар бар. "Шапақшыдай ақылданған" деген тіркес, 18-19 ғасырларда шапақшылар арасында сынаптан улануға байланысты болуы мүмкін ("шапақшының ақылсыздығы" деп аталады), себебі сынап қосылыстары бір кезде 18 және 19 ғасырларда қалың шапақтар жасауда қолданылған. Тарихи деректер бойынша, алтынды әмілгем (сынап қоспасы) алтын жалдау үшін кеңінен қолданылып, жұмысшылар арасында көптеген жазаға әкелді. Тек қана Исаак соборының құрылысы кезінде бас күмбезді алтынмен қаптау барысында 60 жұмысшының қаза болғаны есептеледі. 1950 жылдары Жапонияның бірнеше аймағында өзендер мен жағалау суларына өнеркәсіптік сынап төгілуі салдарынан метилкөкөмірлік уланудың ошақтары пайда болды. Ең белгілі жағдайлар Минамата және Ниигата қалаларында тіркелді. Минамата қаласында ғана 600-дан астам адам Минамата ауруы деп белгіленген аурудан қайтыс болды. 21 000-нан астам адам жапон үкіметіне шағым түсірді, олардың шамамен 3000-ы аурумен ауырғанын растады. 22 құжатталған жағдайда, ластанған балық жеген жүкті әйелдерде жеңіл немесе ешқандай симптомдар байқалмады, бірақ олар дамуында ауыр кемшіліктері бар балаларды дүниеге әкелді. Өнеркәсіптік революциядан бері сынаптың деңгейі көптеген жер бетіндегі теңіз суларында, әсіресе Исландия және Антарктида аймақтарында үш есеге артты.

Қорғасын

Қорғасынның зиянды әсері ежелгі заманнан белгілі болған. Б.з.б. 2 ғасырда грек ботанигі Никандер қорғасынға уланған адамдарда байқалатын ішек ауруы мен сал қалуын сипаттады. Б.з.б. 1 ғасырда өмір сүрген деп есептелетін грек дәрігері Диоскорид қорғасын "ақыл-ойдаңды жоғалтады" деп жазған. Қорғасын Рим су құбырларында шамамен б.з.б. 500 жылдан б.з. 300 жылға дейін кеңінен қолданылған. Юлий Цезарьдің инженері Витрувий былай деп хабарлады: "суды қорғасын құбырларына қарағанда тостаған құбырлардан алу әлдеқайда пайдалы. Себебі, қорғасын суды зиянды етеді, өйткені одан ақ қорғасын пайда болады, ал ол адам ағзасына зиянды екені айтылады." Қытайдағы моңғол дәуірінде (1271–1368 ж.б.), Юньнань аймағында күміс балқытудан туындаған қорғасын ластануы қазіргі тау-кен жұмыстарының ластану деңгейінен шамамен төрт есе асып кеткен. 17-18 ғасырларда Девон халқы "Девон ішек ауруы" деп аталатын дертке шалдыққан, бұл қорғасынмен ластанған сидр ішуден туындағаны анықталды. 2013 жылы Дүниежүзілік денсаулық сақтау ұйымының бағалауынша, қорғасыннан улану 143 000 адамның өліміне себеп болды және "жыл сайын 600 000 баланың зиякерлік мүмкіндіктері шектеледі". АҚШ-тың Мичиган штатындағы Флинт қаласында 2014 жылдан бері ауыз судың қорғасынмен ластануы мәселесі тұр. Бұл ластанудың себебі "қала тұрғындарына су жеткізетін қорғасын және темір құбырлардың тозуы" деп есептеледі. 2015 жылы Австралияның Тасмания штатының солтүстік-шығысындағы ауыз судың қорғасын концентрациясы ұлттық ауыз су нормасынан 50 есе жоғары деңгейге жетті. Ластанудың себебі "тозығы жеткен сумен жабдықтау инфрақұрылымының, соның ішінде қорғасынмен біріктірілген құбырлардың, өмірлік циклын аяқтаған поливинилхлорид құбырлардың және үй шаруашылықтарының су құбырларының жиынтығы" деп анықталды.

Хром

Хромның (III) қосылыстары мен хром металлы денсаулыққа қауіпті деп есептелмейді, ал хромның (VI) уыттылығы және қатерлі ісік тудыру қасиеттері кем дегенде 19 ғасырдың соңынан бері белгілі. 1890 жылы Ньюман хромат бояу компаниясындағы жұмысшылардың қатерлі ісікке шалу қаупінің жоғары екенін сипаттады. Хроматтан туындаған дерматит Екінші дүниежүзілік соғыс кезінде ұшақ құрастырушы жұмысшыларында тіркелген. 1963 жылы Англияда 60 автомобиль зауытының жұмысшыларында қызылшадан бастап экземаға дейін дерматит пайда болды. Бұл жұмысшылар автомобильдердің корпусына жағылған хромат негізіндегі грунт бояуын ылғалды тегістеумен айналысқан. Австралияда 2011 жылдың 8 тамызында Ньюкасл Орика жарылғыш зауытынан хром шығарылды. Зауыттағы 20 жұмыскер, сондай-ақ Стоктон қаласының жанындағы 70 үйге әсер етті. Қалаға оқиғадан үш күн кейін ғана хабарланды, ал апат үлкен қоғамдық пікірталас тудырды. Орика шығарылған газдың ауқымын және оның салдары мен қауіптерін азайтып көрсеткені үшін сынға ұшырады, ал мемлекеттік билік оқиғаға кешіккен жауабы үшін айыпталды.

Кадмий

Кадмийге ұшырау – 20 ғасырдың басынан бастап қазірге дейінгі құбылыс. 1910 жылы Жапонияда Mitsui Mining & Smelting Company компаниясы кен өндіру қызметінің қосалқы өнімі ретінде кадмийді Жинзу өзеніне төгуді бастады. Айналасындағы тұрғындар кейіннен кадмиймен ластанған суарған сумен өсірілген күрішті тұтынды. Олардың сүйектері жұмсарып, бүйрек жеткіліксіздігіне ұшырады. Бұл симптомдардың себебі белгісіз болды; сол кезде қарастырылған мүмкіндіктердің ішінде «аймақтық немесе бактериялық ауру, немесе қорғасынмен улану» болды. 1955 жылы кадмий ықтимал себеп ретінде анықталды, ал 1961 жылы оның көзі тікелей аймақтағы кен өндіру жұмыстарымен байланысты екені анықталды. 2010 жылдың ақпан айында Walmart эксклюзивті Miley Cyrus әшекейлерінен кадмий табылды. Wal Mart компаниясы Associated Press ұйымдастырған құпия сынақтар алғашқы нәтижелерді растаған мамыр айына дейін әшекейлерді сатуын жалғастырды. 2010 жылдың маусым айында McDonald's мейрамханаларында сатылған «Шрек мәңгілікке дейін» фильмінің жарнамалық ішімдік стакандарының бояуында кадмий анықталды, бұл 12 миллион стаканды қайтарып алуға әкеп соқты.

Оңалту

Адамдарда ауыр металлмен улану әдетте хелаттаушы заттармен емделеді. Бұл (кальций динатрий этилендиаминтетраацетаты) сияқты химиялық қосылыстар, олар ауыр металдарды денемен одан әрі өзара әрекеттеспей шығарылатын химиялық белсенді емес түрлерге айналдырады. Хелаттардың жанама әсерлері бар, сонымен қатар олар организмнен пайдалы металдарды да шығарып тастауы мүмкін. Осы себепті, кейде витаминдер мен минералдардың қосымшаларын бірге қолдану қажет болады. Ауыр металдармен ластанған топырақтарды келесі технологиялардың бірі немесе бірнешеуі арқылы қалпына келтіруге болады: оқшаулау; бекіту; уыттылығын азайту; физикалық бөлу; немесе экстракция. Оқшаулау – ластанған топырақты карантинге алу үшін қақпақтар, мембраналар немесе жер астындағы тосқауларды пайдалануды қамтиды. Бекіту мақсаты – ауыр ластаушылардың жылжуын шектеу үшін топырақтың қасиеттерін өзгерту. Уыттылығын азайту – химиялық немесе биологиялық әдістермен улы ауыр металл иондарын тотықтыру немесе тотықсыздау арқылы оларды аз улы немесе жылдамдығы төмен формаға келтіруге бағытталған. Физикалық бөлу – ластанған топырақты алып тастау және металл ластаушыларды механикалық тәсілдермен бөлу. Экстракция – топырақтан ластаушы заттарды алу үшін химиялық заттарды, жоғары температурада буландыруды немесе электролизді қолданатын жергілікті немесе жерден тыс процесс. Қолданылатын процесс немесе процестер ластаушы заттар мен учаскенің ерекшеліктеріне байланысты өзгеруі мүмкін.

Артықшылықтары

Кейбір элементтер, әдетте улы ауыр металдар деп есептелсе де, адам денсаулығы үшін шағын мөлшерде қажетті. Оларға ванадий, марганец, темір, кобальт, мыс, мырыш, селен, стронций және молибден жатады. Бұл қажетті металдардың жетіспеуі ауыр металдармен улануға осалдықты арттыруы мүмкін.