Неактивна зіркаНеактивна зіркаНеактивна зіркаНеактивна зіркаНеактивна зірка
 

МІНІСТЕРСТВО ОСВІТИ І НАУКИ УКРАЇНИ
ХХIV Всеукраїнський Турнір Юних Хіміків
(2016/2017 навчальний рік)

 

Завдання: «Аналіз повітря, що видихає людина»

(У повітрі, що видихають хворі на діабет, інколи відчувається запах ацетону.
Які ще леткі речовини можуть видихатися людиною?
У діагностиці яких захворювань може бути корисним аналіз повітря, що видихає людина?
Запропонуйте методики визначення таких речовин.

 

ЗМІСТ

Вступ

  1. Хімічний склад повітря, що видихає людина
  2. Леткі речовини. Характеристика найпоширеніших речовин з леткими властивостями
  3. Характеристика захворювань, які викликають неприємний запах із рота.
  4. Методи усунення неприємного запаху
  5. Аналіз повітря, яке видихає людина, як корисне джерело для діагностики цих захворювань
  6. Методики визначення летких речовин

Вступ

Повітря має надзвичайно велике значення, адже, в першу чергу, воно постачає необхідний кисень для життя усього живого на планеті, забезпечує життєві процеси. Воно має важливе гігієнічне значення, та є одним із найважливіших чинників кліматоутворення. Під дією повітря відбуваються геологічні процеси на поверхні Землі. У ньому відбуваються процеси самоочищення від шкідливих хімічних речовин, газів та пари, завислих твердих речовин, хвороботворних мікроорганізмів.

Людина може прожити без їжі 40 днів, без води — 5 днів, а без повітря – 2-3 хвилини. Коли ми з’являємося на світ, перше, що ми робимо, — це вдих. Ідучи з життя, ми припиняємо дихати. Тобто наше життя повністю залежить від повітря, навіть якщо ми його не можемо бачити і відчувати.

Повітря – одне із джерел споживання для рослин, адже вони засвоюються вуглець, який використовують у внутрішніх процесах. Вплив вітру на росили може бути прямим (механічний і формотворчий) і непрямим (видування ґрунту, оголення коренів, засипання піском чи снігом тощо).

Різноманітні шкідливі викиди із фабрик та заводів, теплоелектростанцій та промислових кар’єрів, вирубування дерев, паління, вихлопні гази з автомобілів та просте спалювання опалого листя – все це є чинниками, що забруднюють повітря. Щоб зменшити їх вплив, потрібно менше використовувати автомобільний транспорт, надаючи перевагу велосипеду чи прогулянці пішки, позбутися шкідливої звички — паління, насаджувати рослини, не смітити.

Хімічний склад повітря, що видихає людина

Повітря є природною сумішшю газів, що складає атмосферу – повітряну оболонку нашої планети. Життя всього живого на Землі залежить від складу газів у повітрі. Постійні компоненти повітря: азот (N2) – 78,08% , кисень (О2) – 20,95 %, аргон – 0,93%, а також змінні складові, адже їхня кількість залежить від умов довкілля, серед них найбільша кількість вуглекислого газу, або діоксид вуглецю (СО2) – 0,03% і водяної пари (0,1%). Можуть бути присутні різні домішки, наприклад метан (СН4), водень (Н2), аміак (NH3), озон (O3), сірководень (H2S), діоксид сірки (SO2) та інші гази, що можуть потрапити внаслідок вивітрювання гірських порід, виверження вулканів, роботи різних хімічних заводів та фабрик, або частинки ґрунтів, тверді солі, мікроорганізми. Внаслідок активної людської діяльності в атмосферу поступає велика кількість речовин антропогенного походження, що забруднюють повітря і являють загрозу для здоров’я людей, рослин і тварин, ведуть до зміни клімату Землі.

Ми вдихаємо близько 21% кисню (О2), адже він необхідний для здійснення окиснювальних процесів в нашому організмі. Зниження вмісту кисню до 13-15% в повітрі призводить до фізіологічних порушень, а до 7-8% - до смерті.

Азот (N2) – є основною складовою повітря. Ми вдихаємо і видихаємо приблизно одну й ту саму кількість – 78,9–79,2%. Азот розріджує кисень, без нього життя неможливе, так як і при збільшенні його вмісту до 93%.

Також ми вдихаємо вуглекислий газ (CO2), але найцікавішим є те, що до нашого організму потрапляє 0,03%, а виходить 4%. Це пояснюється там, що вуглекислий газ виділяють органи і тканини людського організму, внаслідок біологічних реакцій.

Вміст інших газів не змінюється, адже вони ніяк не взаємодіють з людським організмом, тобто не засвоюються і не виділяються. Лише при деяких захворюваннях людина може видихувати різні леткі речовини, про що буде йти мова далі. Також повітря, що ми видихаємо змінює й фізичні характеристики. Це температура, яка наближається до температури людського тіла, і вологість, що має більш високий рівень, коли ми видихаємо.

Леткі речовини. Характеристика найпоширеніших речовин з леткими властивостями.

Леткі речовини – рідкі та газоподібні речовини, що мають здатність швидко випаровуватись. Летючі речовини небезпечні через їхню здатність проникати в нижні шари атмосфери і утворювати озон, який завдає шкоду здоров’ю людей і тварин, пошкоджує рослини, сприяє глобальному потеплінню. Деякі леткі речовини (наприклад, метил-бромід) можуть руйнувати стратосферний озон, утворюючи «озонові діри», які захищають землю від ультрафіолетової радіації.

Найпоширенішими леткими речовинами є:

  • Бензен (бензол, С6Н6) – безбарвна неполярна речовина з характерним запахом. Перший представник гомологічного ряду ароматичних вуглеводнів. Виробляється дегідрогенізацією нафтової сировини. Має цінні властивості як розчинник, не розчинається у воді, проте утворює з нею азеотропну суміш. Входить до складу бензину, проте, зважаючи на високу токсичність його вміст є обмеженим (до 5%). Є сировиною для промислового органічного синтезу, використовують для виробництва циклогексану, кумолу та етилбензену. На повітрі горить кіптявим полум’ям, а суміш пари бензену з повітрям є вибуховою. Є важливою сировиною для хімічної промисловості, адже велика кількість йде на одержання нітробензену, який за реакцією М. М. Зініна відновлюють в анілін. Значні кількості бензену також використовують для синтезу фенолу, який йде на виробництво фенолформальдегідних смол.
  • Аміак (амоніак, NH3) – неорганічна сполука, безбарвний газ із різким задушливим запахом і їдким смаком. Він легший за повітря у два рази і добре розчинений у воді. Одержують каталітичним синтезом з азоту і водню під тиском. Аміак є одним із найважливіших продуктів сучасної хімічної промисловості. Використовують для одержання азотних добрив, вибухових речовин і азотної кислоти під тиском. Рідкий аміак використовують в холодильних установках. Водний розчин, або нашатирний спирт, застосовують в медицині. Також аміак використовують для виробництва багатьох інших хімічних продуктів.
  • Сірководень (H2S) – безбарвний, дуже отруйний, горючий газ. Має неприємний запах, що нагадує тухлі яйця. Має властивість пригнічувати нюх. Завжди утворюється при гнитті залишків рослинних і тваринних організмів і розкладі інших органічних речовин, тому і поширюється від вигрібних ям і стічних вод. Також утворюється в результаті вулканічної активності й входить до складу природного газу. Людський організм також може виробляти невелику кількість сірководню. У великих кількостях не накопичується у природі, адже легко окислюється кисневим повітря і розкладається. Природні сірководневі води використовують для лікування. В наш час він визнаний як потенційний захисник від серцево-судинних захворювань. Але суміш сірководня і повітря – вибухонебезпечна. У кисні горить синім полум’ям.
  • Діоксид вуглецю (оксид карбону (IV), вуглекислий газ, СО2) – безбарвний газ, має кислуватий смак і запах. Є кінцевим продуктом окиснення вуглецю. Вуглекислий газ не горить, не підтримує горіння і дихання. Неотруйний, є природною складовою атмосфери, але при вмісті більше ніж 3-4% подразнює дихальні шляхи, викликає запаморочення, головний біль, шум у вухах, непритомний стан, а при 10% - смерть. Має парникові властивості, тобто утримує тепло на Землі. Широко застосовується у хімічній промисловості при виробництві соди, цукру, газованих напоїв. Спресований твердий вуглекислий газ («сухий лід») застосовують для охолодження м’яса, риби та інших продуктів, що мають властивість швидко псуватися.
  • Метан (СН4) – природний безбарвний газ без запаху і смаку. Зустрічається в осадовому чохлі земної кори у вигляді вільних скупчень (покладів), в розчиненому (в нафті, пластових, поверхневих водах), розсіяному, сорбованому (породами і органічною речовиною) і твердому(газогідратному) стані. Майже у два рази легший за повітря і малорозчинний у воді. Є основним компонентом природних горючих, попутних нафтових, болотяних і рудникових газів. Присутній у газах грязьових вулканів, зустрічається у вулканічних газах і в газах магматичних і метаморфічних порід. Велика кількість метану використовується як зручне і дешеве паливо. Сажа, яка утворюється після неповного спалювання, йде на виготовлення друкарської фарби і як наповнювач каучуку. Також служить вихідною речовиною для одержання ацетилену, метилового спирту і багатьох інших хімічних продуктів.

Характеристика захворювань, які викликають неприємний запах із рота. Методи усунення неприємного запаху.

Всі намагаються бути охайними і гарно виглядати, але інколи виникають такі проблеми, як неприємний запах із рота. З галітозом (неприємним запахом із рота) зустрічається майже кожна людина. І це не є простою проблемою естетики і самовідчуття, адже найчастіше він виникає через якісь неполадки в нашому організмі. Цей запах з’являється, коли в повітрі, що видихає людина, перевищена концентрація летких речовин. Наприклад, запах ацетону чи сірководню. Такі речовини є продуктом життєдіяльності анаеробних бактерій, що живуть у порожнині рота. Виникає це через неправильний догляд за порожниною рота, недостатнє виділення слини, стоматологічні захворювання. Але найчастіше неприємний запах з рота є ознакою захворювань шлунково-кишкового тракту. Наприклад, запах сірководню («тухлого яйця») – пов'язаний з гастритом, коли їжа через недостатню кількість шлункового соку починає гнити і бродити, а не перетравлюватись., через що виділяються токсичні гази. Гіркий запах і жовтий наліт свідчать про проблеми жовчного міхура і печінки. Запахи сечі, калу, ацетону в роті з’являються через захворювання кишечника, ендокринної системи і нирок. Запах ацетону може з’являтися при цукровому діабеті, захворювання нирок і печінки.

Також причинами неприємного запаху можуть бути і захворювання зубів, порожнини рота, шкідливі звички (паління, вживання алкоголю), неправильне харчування.

Нижче наведено декілька прикладів захворювань, які викликають цей запах.

  • Захворювання ротової порожнини: пульпіт, періодонтит, пародонтоз, гінгівіт, стоматити, кісти зубів, запалення ясен, карієс, ксеростомія (синдром «сухості рота»), наявність зубних протезів.
  • Захворювання шлунково-кишкового тракту: порушення обміну речовин, що може бути викликано неправильним харчуванням та голодуванням, дисфункції печінки і жовчного міхура. Відомий всім цукровий діабет може викликати запах ацетону, що з’являється через скупчення глюкози в крові. Гастрит викликає запах сірководню.
  • ЛОР-захворювання: синусит, риніт, тонзиліт, поліпи носа, ангіна, фарингіт, гайморит.
  • Гормональні хвороби. Наприклад, у жінок неприємний запах може з’явитися на тлі початку менструального циклу, що пов’язують з підвищенням рівня естрогенів, які сприяють посиленому злущуванню епітелію, в тому числі й на слизовій оболонці рота.
  • Захворювання видільної системи: нефроз або дистрофія нирок, що викликають запах ацетону. З’являється через порушення білкового обміну в організмі.
  • Ендокринні захворювання: при тиреотоксикозі збільшується кількість гормонів щитовидної залози, що стимулюють розпад білків і жирів, внаслідок чого з’являється багато кетонових тіл і виникає неприємний запах із рота.
  • Порушення нервової системи: стреси, нервове напруження.
  • Окремо слід винести запах ацетону у дітей, адже він з’являється частіше, ніж у дорослих, і може бути причиною появи ацетонемічного синдрому. Причинами цього синдрому є різні інфекції, переїдання, неправильне харчування, стрес, перевтома, порушення роботи внутрішніх органів, ендокринні розлади.

Якщо проблема неприємного запаху із рота наявна , в першу чергу, вам потрібно подбати про правильну гігієну ротової порожнини. Дуже часто причиною є гниття залишків їжі між зубами, а щоб такого не було слід чистити зуби мінімум два рази на день. Звертатися до стоматолога потрібно раз у півроку, навіть якщо немає потреби. Також щоб позбутися неприємного запаху із рота правильно харчуватися, їсти більше фруктів і овочів, пити достатню кількість води, не зловживати алкоголем. Якщо запах з рота все одно продовжує вас турбувати зверніться до професійних лікарів. Вони допоможуть вам встановити причину і призначать лікування. Вчасне лікування – головний крок до здорового та активного життя.

Аналіз повітря, яке видихає людина, як корисне джерело для діагностики цих захворювань

На сьогодні відомо більше ніж 800 газів, що є продуктам фізіологічних і біохімічних процесів в організмі. Їх концентрація виявляє рівень гомеостазу, а також наявність різних патологічних захворювань. Аналіз повітря, яке видихає людина, використовується для виявлення цих захворювань, передбачення реакції організму на конкретний вид лікування, моніторингу ефективності проведення лікувальної терапії. Такий аналіз є безпечним для персоналу, є відносно дешевим і займає небагато часу.

За допомогою спеціального приладу – галіметра – оцінюються інтенсивність неприємного запаху чи наскільки успішно просувається лікування. Дихальний тест є основним методом визначення наявності бактерій Хелікобактер Пілорі в організмі людини. При цьому аналізується склад повітря, яке видихає людина. Для проведення тесту використовують пластикову трубку, в яку пацієнт дихає протягом кількох хвилин, а поті вводять розчин карбіду. Порівнюючи повітря те, яке було до контакту з карбамідом і після, роблять відповідні висновки. Такий аналіз є повністю безпечним і проводиться під час первинної діагностики і контролю якості проведення противохеликобактеріозної терапії.

Для діагностики рака кишечника з використанням хромато-масс-спектометра можливе використання аналізу повітря, що видихає людина. Також за допомогою аналізу повітря проводять діагностику мальабсорбції.

Методи визначення летких органічних речовин

Видихуване повітря – складний аналітичний обєкт, що включає в себе органічні і неорганічні речовини, вміст яких постійно змінюється.

Для виявлення і розпізнавання летких органічних речовин існують чутливі і точні прилади. Але таких сполук дуже багато та на їх склад впливають уражені органи, пухлини, стать і вік пацієнта, звички, спосіб життя, різноманітні захворювання.

Всі відомі методи можна поділити на:

  1. Хімічні: використовують донорно-акцепторні реакції з переносом протона (кислотно-основні), електрона (окиснювально-відновлювальні), електронної пари (комплексоутворення), а також процеси осадження – розчинення і екстракції.
  2. Фізико-хімічні: електро-хімічні, спектроскопічні (оптичні), люмінесцентні, кінетичні, термометричні.
  3. Фізичні: спектроскопічні, ядерно-фізичні, радіохімічні.

Найбільш ефективними серед фізико-хімічних методів будуть хроматографічні, що основані на сорбційних процесах, і електрохімічні. Сучасні методи контрою діабету грунтуються на регулярному вимірі рівня глюкози, інсуліну і ліпідів в крові, що проводиться з дискомфортом і болем.

Альтернативним методом виміру біохімічних параметрів крові може стати аналіз повітря, що видихає людина, а саме наявність в ньому летких органічних сполук. Розроблена методика непрямого виміру з використанням хромато-масс-спектрометра концентрації глюкози, інсуліну та ліпідів по наявності в видихуваному повітрі пацієнта двох наборів органічних речовин: ацетон, метилнітрат, етанол, етилбензол і 2-пентилнітрат, пропан, метанол, ацетон. Концентрації речовин, визначених непрямим методом, добре узгоджується з результатами біохімічних реакцій.

Ключовими характеристиками методів аналізу повітря, яке видихає людина, є:

  • Чутливість – найменша концентрація, яку можна виявити.
  • Селективність – можливість виявляти присутність молекул в їх суміші.
  • Відтворюваність – випадкові помилки виміру параметрів.

Серед сучасних методів лише декілька можуть виявити газоподібні речовини, а саме хроматографія, мас-спектрометрія, мас-спектрометрія з газохроматографічним поділом та ІК-спектроскопія.

Якщо ви помітили помилку, то виділіть фрагмент тексту та натисніть Ctrl+Enter