ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ БЮДЖЕТНОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО ОБРАЗОВАНИЯ «МОРДОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ПЕДАГОГИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ ИМЕНИ М. Е. ЕВСЕВЬЕВА» Факультет естественно-технологический Кафедра химии, технологии и методик обучения Направление подготовки 44.03.05 Педагогическое образование профиль Биология.Химия РЕФЕРАТ Миграция нитратов в природной среде, образование нитрозаминов Выполнил :В.В. Витькина студентка 2 курса группы ЕДХ-120 Проверил: Ю.Ф. Капустина канд.пед.наук, доцент Оценка руководителя________________________ Саранск 2022 Содержание Введение…………………………………………………………………….3 1.Проблема распостранения нитратов в природе………………………..4 2. Миграция нитратов в природе………………………………………….7 3.1Нитрозамины ………………………………………………………….9 3.2 Образование нитрозаминов ................................................................. 10 Заключение……………………………………………………………......13 Список использованной литературы ........................................................ 14 2 Введение Нитраты – соли азотной кислоты. Известны для большинства металлов. В настоящее время нитраты широко используются во многих отраслях промышленности, а так же в сельском хозяйстве и медицине. Разнообразие свойств и достаточно широкое использование нитратов определяют актуальность реферата. Нитраты существовали на земле задолго до появления человека, без них, невозможна сама жизнь. Они (нитраты) являются источником азота, имеющего большое значение в жизни растений. Зачастую, их используют для нормального снабжения растений азотом, которое повышает интенсивность фотосинтеза, увеличивает ассимиляционную поверхность листьев и срок их жизни Цель: 1. Изучить свойства и значение нитратов. 2. На основе анализа литературы узнать основные пути миграции нитратов. 3. Изучить свойства и образование нитрозаминов. 3 1. Проблема распространения нитратов в природе Нитраты широко распространены в окружающей среде, главным образом в почве и воде. Они являются элементом питания растений, а также естественным компонентом пищевых продуктов растительного происхождения. Высокая концентрация нитратов в почве абсолютно не токсична для растений, наоборот, она способствует усиленному росту растений, более активному протеканию процесса фотосинтеза, и в конечном итоге - более высокому урожаю. Основным источником азота для растений являются соли азотной кислоты (нитраты) и соли аммония. В естественных условиях питание азотом происходит путём потребления растениями аниона NO3- и катиона NH4+, находящихся в почвенном растворе и в обменно-поглощенном почвенными коллоидами состоянии. Поступившие в растения минеральные формы азота проходят сложный цикл превращения, в конечном итоге включаясь в состав органических азотистых соединений — аминокислот, амидов и, наконец, белка. Синтез органических азотистых соединений происходит через аммиак, образованием его завершается и их распад. Нитратный азот не может непосредственно использоваться растениями для синтеза аминокислот. Нитраты в растениях изначально подвергаются ступенчатому — через нитрит, гипонитрит и гидроксиламин — ферментативному восстановлению до аммиака: Восстановление нитратов происходит с участием ферментов, содержащих микроэлементы — молибден, медь, железо и марганец,— и требует затрат энергии, аккумулируемой в растениях при фотосинтезе и окислении углеводов. Восстановление нитратов в растениях осуществляется по мере использования образующегося аммиака на синтез органических азотистых соединений. Они являются естественными продуктами обмена 4 азотистых веществ любого живого организма – растительного и животного, поэтому продуктов, не содержащих нитраты, в природе не бывает. Даже в организме человека в сутки образуется и используется в обменных процессах 100 мг и более нитратов. Из них, ежедневно попадающих в организм взрослого человека, 70% поступает с овощами, 20% – с водой и 6% – с мясом и консервированными продуктами. Условия азотного питания оказывают большое влияние на рост и развитие растений. При достаточном снабжении растений азотом в них усиливается синтез органических азотистых веществ. Растения образуют мощные листья и стебли с интенсивно-зеленой окраской, хорошо растут и кустятся; улучшается формирование и развитие органов плодоношения. В результате - резко повышаются урожай и содержание в нём белка. Однако при одностороннем избытке азота задерживается созревание растений, они образуют большую вегетативную массу, но мало зерна или клубней и корнеплодов; у зерновых и льна избыток азота может вызывать полегание. При недостатке азота - рост растений резко замедляется, листья бывают мелкие, бледно-зеленой окраски, что связано с нарушением синтеза хлорофилла, преждевременно желтеют, стебли становятся тонкими и слабо ветвятся. Ухудшаются также формирование и развитие репродуктивных органов и налив зерна, сильно снижаются урожай и содержание белка в нём. Избыточное количество нитратов вызывает не нормальный ход функционирования природных экосистем и живых организмов, происходит снижение биологической ценности продукции и возрастает негативное воздействие на человека и животных. Образование и накопление нитратов в почве и в воде становится экологическим фактором, определяющим не только режим питания растений, обмен веществ и продуктивность, но и качество урожая, воды и воздуха. Содержание нитратов в избыточных количествах ухудшает биологическое качество растительной продукции, создает потенциальную опасность для здоровья человека и животных. Ярким примером может послужить их 5 действие на развитие вредной микрофлоры кишечника, что приводит к попаданию в организм человека токсинов, т.е. ядовитых веществ, интоксикации и отравлению организма. Нитраты заметно снижают концентрацию витаминов, которые, в свою очередь, способствуют сопротивляемости организма неблагоприятным воздействиям внешней среды, в результате чего замедляется обмен веществ в организме. 6 2. Миграция нитратов в природе Основные пищевые цепи миграции нитратов: промышленные производства — атмосферный воздух — водоемы — питьевая вода — человек; азотные минеральные удобрения — почва — газообразные окислы азота — атмосферный воздух — водоемы — питьевая вода — человек; азотистые минеральные удобрения — почва — грунтовые воды — водоемы — питьевая вода — человек; азотистые минеральные удобрения — почва — растения — растительные пищевые продукты — человек. В настоящее время в атмосферу выбрасываются значительные количества связанного азота. Основными антропогенными источниками такого выброса являются стационарные установки и автотранспорт, сжигающие топливо. Ежегодно в атмосферу городов поступает с продуктами сгорания более 50 млн т окислов азота и с выбросами химической промышленности – 25 млн т. Накопление нитратов (нитритов) в окружающей среде превратилось в серьезную проблему, особенно когда возросло применение азотсодержащих минеральных удобрений. Производство и потребление минеральных удобрений увеличивается во всем мире. Нитраты в основном поступают в почву в виде высококачественных удобрений. Это аммиачная селитра, которая содержит 34-34,5 % азота и признана универсальным азотным удобрением, нитрат аммония (используется для выращивания хлопка., льна, конопли, овощей). Ценными удобрениями являются и другие производные азотной кислоты. Калиевая селитра, например, содержит одновременно два необходимых для растений вещества – калий и азот, она входит в состав сложных удобрений, улучшая их физико-химические свойства. Азот, включенный в состав растительных и животных организмов, рано или поздно возвращается в почву, где он минерализуется до нитритов. 7 Нитраты как важная составная часть круговорота азота в природе присутствуют фактически во всех средах окружающего мира: в атмосферном воздухе, водоемах, почве и растениях. Нитриты – производные азотной и азотистой кислот. Они устойчивы при обычных условиях и хорошо кристаллизуются; под воздействием высоких температур нитраты щелочных и щелочноземельных металлов разлагаются. Установлено, что независимо от источников поступления нитраты как хорошо растворимые в воде соединения включаются в общий цикл нитратного азота, дальнейшие видоизменения которого зависят от конкретных условий. Так, например, представляет интерес использованный растениями азот. Наибольшая часть его подвергается денитрофикации почвенными микробами и в виде газов аммиака, окислов азота или газообразного азота улетучивается в атмосферу. Другая часть азота усваивается значительная, почвенными часть не микроорганизмами. закрепленного Оставшаяся, почвой азота наиболее выносится из плодородного слоя и безвозвратно теряется, загрязняя малые реки, пруды и другие поверхностные водоемы. азотсодержащих минеральных сопровождаются побочными Таким удобрений, образом, особенно неблагоприятными применение их внесение, последствиями, проявляющимися в виде непроизводительных потерь азота, который накапливается как загрязнитель в окружающей среде. Выбросы производства минеральных удобрений способствуют повышению содержания нитратов в пищевых растительных продуктах и питьевой воде. Главная опасность злоупотребления минеральными удобрениями связана прежде всего с накоплением в них помимо нитратов и нитритов нитрозосоединений – сильных канцерогенов, обладающих токсическими свойствами. Установлено, что с увеличением доз минеральных удобрений повышается суммарное количество нитрозосоединений в зерновых и овощах. 8 3.1 Нитрозамины Нитрозамины – органические нитрозогруппу – N=O, соединения, непосредственно связанную содержащие с атомом азота вторичного амина. Общая формула: RR'N—N=O Нитрозированием называется, замещение атома водорода в органическом соединении на нитрозогруппу – N=O RR'N—N=O Важность нитрозаминов как объекта токсикологии стала очевидной в 1950-е годы, когда было показано, что диметилнитрозамин, промышленный растворитель, способен вызывать повреждение печени у машинистов. В 1960-е годы были зарегистрированы множественные случаи отравления овец, связанные с образованием в их пище, обогащенной рыбой (содержащей высокое количество аминов), нитрозаминов. Вскоре было показано, что нитрозамины являются мощными канцерогенами для животных. Было изучено около 300 нитрозаминов, из которых 90% проявляли канцерогенные свойства. Все протестированные виды, включая лабораторных животных и обезьян, оказались восприимчивыми к нитрозаминам. Все это явилось предпосылкой для их тщательного изучения. 9 3.2 Образование нитрозаминов. Нитрозамины в промышленности непосредственно не используются, однако широко представлены в напитках (соки, пиво, шотландское виски), продуктах питания (овощах и фруктах, копчёных изделиях, паштетах и др. продукции), косметике, сигаретах, выделяются из автомобильных покрышек и некоторых других резиновых изделий, содержатся в выхлопных газах автомобилей. Они образуются в готовых изделиях и продуктах питания при их хранении и использовании. Фактором образования служит наличие вторичных (и третичных) аминов, нитрат – и нитрит-ионов, специфических ферментов и химических веществ-катализаторов процесса нитрозирования. Нитрозамины формируются и эндогенно, из аминов и нитритов (или нитратов, которые восстанавливаются в организме до нитритов), содержащихся в пище. Донором нитрогруппы является ангидрид азотистой кислоты. Поэтому скорость прямой реакции пропорциональна квадрату концентрации азотистой кислоты. Скорость реакции также зависит от концентрации вторичных аминов. Скорость реакции увеличивается в кислых условиях (после превращения нитрита в азотистую кислоту), но амины активны и в депротонированной форме, которая преобладает при высоких рН. В результате для многих аминов оптимальным является рН 2-4, близкий к рН желудка. В определенных условиях нитрозамины способны образовываться прямо в желудке человека из неканцерогенных предшественников — нитратов и нитритов. Нитриты в кислой среде желудка соединяются с вторичными и третичными аминами (продуктами неполного расщепления белков), в результате чего образуется группа нитрозаминов. Нитриты мы получаем с пищей, но не много, однако в условиях пониженной кислотности желудочного сока под воздействием нитрифицирующих бактерий из 10 нитратов (а их мы съедаем достаточно с растительной пищей) образуются нитриты. В продуктах питания нитриты и нитраты появляются при избыточном применении азотных удобрений, использовании различных пищевых добавок (E250 – нитрит натрия, E252 – нитрат калия – консерванты, фиксаторы окраски) Образованию нитрозаминов способствуют оксиды азота, образующиеся в атмосфере. В процессе окисления из азота образуется оксид азота NO, который затем превращается в диоксид азота, как показано ниже. Далее происходит гидратация до азотной и азотистой кислот. Это явление достаточно легко протекает на влажной поверхности (включая поверхность слизистых). Образование нитрозаминов в процессах, например, пивоварения, производства табака, а также в районах добычи газа, происходит согласно следующей реакции: N2 + O2 → 2NO → 2NO2 → HNO2 + HNO3 В сигаретном дыме примерно 25-45% всего количества содержащихся в нём нитрозоаминов переходит туда из табака, а остальная их часть образуется посредством пиросинтеза во время курения. Наиболее важным единичным фактором, влияющим на количество выделяемых с сигаретным дымом нитрозаминов при курении, является уровень содержания нитрата в табаке, поэтому дым от курения высушенного на открытом воздухе табака значительно богаче нитрозаминами. Употребление сигарет, изготовленных из табачных смесей, в состав которых входят стебли и жилки листа(т.е. части, содержащие наибольшее количество нитрата), может значительно повысить уровень нитрозаминов в сигаретном дыме. Дым среднестатистической сигареты содержит N-нитрозаминов – 0,00034-0,0027 мг. Кроме того, никотин, оседающий на стенах, коврах и занавесках помещений, в которых курят, под действием азотистой кислоты (небольшое количество диоксида азота при взаимодействии 11 с водой частично превращается в азотистую кислоту) может претерпевать превращения в нитрозамины. По оценкам специалистов, один квадратный метр поверхности прокуренного помещения может содержать несколько сотен нанограммов нитрозаминов, которые могут попадать в организм через легкие или кожу. В канцерогенные N-нитрозамины могут превращаться выделяющиеся из шин вторичные амины и продукты термического распада ускорителей вулканизации класса сульфенамидов при их взаимодействии с высокотоксичными оксидами азота. Из каждой шины автомобиля при его эксплуатации, в результате износа в течение года, в окружающую среду выбрасывается в среднем 1,14 кг шинной пыли и мелкодисперсного аэрозоля, содержащего нитрозамины (в каждом килограмме шинной пыли и мелкодиспесного аэрозоля количество летучих N-нитрозаминов достигает 70 мкг). 12 Заключение В природе нет абсолютно чистых продуктов питания. Нитраты в окружающей среде были и будут. Все дело в том, сколько накапливается их в продуктах. Нам необходим такой уровень нитратов, который не представляет опасности для здоровья человека. В результате проведенной работы мы сделали следующие выводы: 1. Накопление нитратов в растениях зависит от комплекса многих причин. Так же в любой почве есть микроорганизмы (нитрофикаторы), которые вызывают процесс образования нитратов. Однако у различных растений есть и свои индивидуальные особенности по накоплению нитратов. 2. Нитраты способствуют развитию вредной кишечной микрофлоры, которая выделяет в организм человека ядовитые вещества токсины, в результате чего происходит отравление организма. Наиболее подвержены отравлению нитратами дети и люди пожилого возраста. Использование минерального удобрения увеличивает шанс повышения содержания нитратов в капусте. Но, если следовать инструкции предназначенной для удобрения и не превышать норму, то и нитраты будут в пределах нормы. К тому же повысится урожайность. 13 Список использованной литературы 1. Андрющенко В.К. Нитраты в овощах и пути их снижения. Кишинев.1983.- 230 с. 2. Антипина В.Д., Фалунина З.П., Моисеев Ю.В., Рощина Н.Я. «Нитратная проблема» и пути ее решения. М.:НПО «Хранение».1990. - 98 с. 3. Горелов А.А. Экология. Учебник / А.А. Горелов. - М.: Academia, 2006. - 400 с. 4. Соколов О., Семёнов В., Агаев В., Нитраты в окружающей среде. Пущино, 1990г., с.216-238. 5. Соколов О.А. Нитраты под строгий контроль. – М.: Наука и жизнь. 2008г., №3. 6. Иванова Т. Н. Элективный курс «Химия и экология»/ Химия в школе,7, 2010, с. 28. 7. Пичугина Г. В. Обобщение знаний о превращении соединений азота в почве и в растениях /Химия в школе, 7, 1997,с. 31. 14
