1

Facultatea de Zootehnie Specializarea: Controlul i expertiza produselor alimentare Lucrare practic nr.3

Analiza toxicologic a poluanilor elementari

I. Analiza toxicologic a unor metale grele

1. Plumbul

Cel mai important minereu ce conine acest metal i aproape singurul exploatat cu acest scop, este galena (PbS). Sunt cunoscute i altele, mai importante fiind anglesita (PbSO4) i cerusita (PbCO3)

Plumbul este ductil, maleabil, uor de deformat la temperatur obinuit, fiind ntrebuinat n diferite aliaje pentru lagre de maini, litere de tipar i lipit, la fabricarea acumulatorilor i sub form de combinaii, ca pigmeni n vopsitorie.

Sursele de contaminare cu plumb a produselor alimentare sunt multiple: din mediul poluat (aer, ap, sol), mai ales n fostele zone industrializate sau unde se practic

extraciile miniere. Topitoriile de plumb, combustia crbunilor, fabricile de cauciuc i linoleum, reprezint tot attea surse de plumb care pot contamina mediul ambiant. insecticidele ce conin plumb, ca arseniatul de plumb, utilizat, mai ales n trecut, n pomicultur

i viticultur; vopselurile (miniul de plumb folosit pentru vopsirea suprafeelor metalice);

poate fi considerat o surs important i poluarea prin gazele de eapament emise de motoarele care folosesc carburani cu cifr octanic ridicat (conin un amestec de tetraetil, trietilmetil, dietilmetil, etiltrimetil i tetrametil de plumb). Astfel de carburani sunt interzii pentru autovehicule n SUA nc din 1996, ns aditivarea benzinei folosite pentru vehiculele off-road sau pentru avioane nc se practic n multe state. utilajele, recipientele i conductele confecionate, n trecut, din plumb sau acoperite cu staniu

plumbifer; aliajele bogate n plumb (pn la 70 80% plumb) i care se foloseau, mai ales n trecut, la lipirea ustensilelor de buctrie, a vaselor de tabl i a falului longitudinal al cutiilor de conserve (ntre timp, sudura cu aliaj de plumb a fost nlocuit cu sudura electric); foiele de staniol folosite la ambalarea alimentelor pot conine acest metal n cantiti cuprinse ntre 1-10%; vasele ceramice obinute artizanal prin topirea la temperaturi nalte a unui amestec de bioxid de siliciu (nisip) cu oxizi de plumb (litarg); plumbul poate fi prezent i dup introducerea frauduloas a unor sruri, cu scopul obinerii unui

colorit plcut: ceruza (carbonat bazic de plumb) se folosete pentru albirea i creterea densitii finei, cromatul de plumb (de culoare galben) pentru colorarea untului, litarga (oxidul de plumb) pentru mbuntirea gustului unor buturi, miniu (tetraoxidul de plumb) pentru boiaua de ardei, etc.

Procesul de coroziune este responsabil, n cea mai mare msur, de trecerea plumbului n produsele alimentare. Soluiile de clorur de sodiu sau de acizi alimentari (acetic, lactic, citric, malic etc.) accelereaz procesul de solubilizare a plumbului n produsele alimentare care se mbogesc n acest metal ntr-un timp foarte scurt, concentraia putnd ajunge foarte uor la 5-10 ppm. Ca urmare, se solicit ca materialul de cositorire folosit pentru protecia ambalajelor, rezervoarelor sau utiliajelor din

2

industria alimentar s nu depeasc 0,5 sau maximum 1%, iar staniul folosit la cositorirea tablei destinate confecionrii cutiilor de conserve s aib un coninut de plumb mai mic de 0,4%.

Aciunea toxic a plumbului are la baz mecanisme fiziopatologice de blocare a unor funcii enzimatice i a radicalilor SH, cu supresarea metabolismului hemoglobinei. Avnd i efect de scurtare a vieii hematiei, plumbul produce i anemie, compensat n oarecare msur de hematiile tinere i reticulocite. Mai au loc tulburri ale funciei nervilor periferici i tulburri de dezvoltare osoas. Prezena plumbului scade activitatea miozin ATP-azei din fibra muscular i, ca urmare ATP nu se scindeaz, fiind afectat sursa de energie pentru fosforilarea glucozei, proces necesar activitii miofibrilelor. n intoxicaiile cu plumb este afectat i funcia miocardului.

Din ap i alimente plumbul se absoarbe n proporie de 3-10%, iar prin pulmon 40-50%. Ponderea plumbului absorbit prin alimente este diferit la aduli vs. copii; dac pentru aduli,

proporia de plumb absorbit la nivel digestiv este de 3-10%, la copii se menioneaz valori mult mai mari de 25-50%. Srurile de plumb odat ajunse n stomac sunt n parte solubilizate de ctre sucul gastric; din cauza aborbiei digestive relativ reduse la indivizii adui, sunt foarte rare cazurile de intoxicaie acut sau subacut. La nivel digestiv, o mare parte a plumbului se transform n sulfur de plumb, insolubil i de culoare neagr. Plumbul ptrunde lent n organism, distribuindu-se n oase (40-90%), ficat (22%), rinichi (11%) etc.

Plumbul ns, se caracterizeaz prin efect cumulativ i, ca urmare, un aport de 2-3 mg sau chiar 1 mg/zi pentru adult poate provoca tulburri generale. La nceput tulburrile sunt necaracteristice (indispoziie, astenie, slbire, dureri articulare i musculare, diferite tulburri digestive). Dac aportul de plumb se menine, tulburrile se accentueaz, putnd provoca o intoxicaie cronic. Plumbul acioneaz asupra sistemului nervos i asupra sngelui, producnd paralizie, cderea dinilor, ulcer gastric i uneori chiar necroza oaselor. Simptomele toxice sunt evidente cnd n snge se atinge nivelul de aproximativ 0,08 mg Pb%, fa de valoarea normal de 0,03 mg Pb%.

La om, doza letal este apreciat la aprox. 0,6 g acetat de plumb i 20-50 g ceruz (carbonat bazic de plumb). Doza de 0,15 g acetat de plumb este considerat toxic, producnd vrsturi, colici violente, diaree cu fecale negre (datorit formrii sulfurii de plumb) i chiar colaps. Aceste doze nu se ating prin alimente de origine animal provenite de la animale intoxicate, dar se pot datora alimentelor contaminate extern cu plumb.

Carnea rezultat din sacrificrile de necesitate poate fi dat n consum numai dezosat i dac nu prezint modificri organoleptice iar coninutul n plumb nu depete 0,1 mg/kg. Capul i organele se confisc i se vor prelucra tehnic, dar numai dac se amestec cu altele confiscate fr plumb. Conform actelor normative in vigoare (Regulamentul EC 1881/2006, Ord. ANSVSA 121/2007), in cazul laptelui i produselor lactate este normat doar plumbul, i doar pentru laptele de vac. Fa de vechile normative (Ordinul M.S. 975/1998), limita plumbului din lapte este cu mult mai mic. Astfel, de la o concentraie maxim admis de 0,1 mg/kg, noul pachet legislativ fixeaz pentru plumb un prag de 0,02 mg/kg. Actele normative in vigoare nu fixeaz o limit maxim admis pentru plumb in derivatele lactate, ns se pot lua drept referin anumite valori ale pachetelor legislative anterioare: 0,03 mg/kg n brnzeturi proapete i 0,05 mg/kg n brnzeturi topite. Mruntaiele de bovine, oaie, porc i pasre pot avea un coninut n plumb de pn n 0,1 mg/kg, muchiul file de pete de pn n 0,3 mg/kg iar vinurile, cerealele, legumele i leguminoasele de pn n 0,2 mg/kg.

3

2. Mercurul

Mercurul este un metal de culoare alb-argintie, greu, foarte strlucitor, toxic, susceptibil s atace metalele preioase, fiind singurul metal lichid la temperatura ambiant. Se obine prin prjirea sulfurii naturale de mercur (cinabrul - HgS ), fiind utilizat n metalurgia aurului sau argintului, la fabricarea clorului, sodei caustice, srurilor de mercur, lmpilor electrice cu vapori de mercur, diverselor instrumente de fizic sau medicin etc.

Alturi de plumb i cadmiu, mercurul este unul din poluanii majori ai mediului nconjurtor. Datorit volatilitii sale ridicate, acest metal este prezent n atmosfer, n special n arealele vulcanice. Compuii si anorganici au dobndit importan datorit utilizrilor masive n agricultur, ca fungicide organomercurice. Nutreurile tratate cu fungicide organomercuriale (de ex: Germidan, Ceresan, Granodin, Micodin, Mercuran etc.) acumuleaz mercurul, n special, n frunze. O parte din seminele tratate cu fungicide organo-mercurice, care nu corespunde pentru germinare, poate fi lsat spre consum animalelor, fr o analiz de laborator prealabil, prezentnd astfel o cauz suplimentar pentru contaminarea cu acest metal.

n medicina veterinar se utilizeaz mai frecvent sublimatul coroziv ca antiseptic (sublimat - corp solid obinut prin sublimarea unei substane i prin readucerea vaporilor ei n stare solid. Sublimat coroziv = clorur de mercur care se prezint sub form de pulbere alb, solubil n ap, utilizat ca dezinfectant extern) i biiodura de mercur ca vezictoare (vezictor-vezictoare - substane sau medicamente care determin apariia de vezicule pe piele, provocnd o congestie local).

Mercurul se folosete drept catalizator n multe industrii. Poluarea industrial cu mercur, realizat de fabricile de pesticide, faian, industria electronic, industria pielriei i mai ales intreprinderile prelucrtoare de minereuri nefieroase, constituie sursa pentru intoxicaia cronic numit hidrargirism. Dintre animale, cele mai sensibile la toxic sunt rumegtoarele i apoi psrile, cabalinele i suinele. Apele reziduale rezultate din diferite procese de fabricaie s-au dovedit a avea un coninut important de mercur organic, n spe metil mercur.

Microorganismele sunt capabile s transforme orice compus cu mercur n metil-mercur, foarte stabil, care se acumuleaz, mai ales, n petii marini. Fenomenul de metilare biologic se poate ntlni i n cazul altor metale, precum plumb, cadmiu, arsen,etc. Degradarea biologic a compuilor organici cu mercur (metil i etil) se face lent, favoriznd acumularea n organismele vii.

Intoxicaiile cu mercur la om s-au datorat, n principal, ingerrii de pete contaminat cu metil-mercur. Pericolul unui astfel de consum de alimente contaminate crete considerabil pentru fetus, deoarece organomercuricele trec placenta i determin apariia de boli congenitale. Periculozitatea metil-mercurului vine din faptul c se absoarbe masiv (95%), are timpul de njumttire de 70 de zile, trece placenta, se elimin prin lapte i, ca i vaporii de mercur, determin modificri ireversibile.

Metil-mercurul odat format, este asimilat de fitoplancton, apoi se cumuleaz n zooplancton i n verigile urmtoare ale lanului alimentar marin, concentrndu-se continuu n molute, crustacee, peti, peti carnivori, n special tonidele i rechinii. Dac pentru petii mici i fitofagi concentraia nu depete 0,40 ppm, la petii rpitori i de dimensiuni mari se ating valori mult mai mari. O atenie deosebit s-a acordat tonului. Tonul din Atlantic, n proporie de 86% are valori cuprinse ntre 0,30 0,60 ppm, iar 60% din tonul pescuit n Mediteran are un coninut ntre 0,80 1,20 ppm, ceea ce demonstreaz o poluare mai mare a Mediteranei dect a Atlanticului, i faptul c n Mediteran se pescuiete ton care depete deseori limitele maxime admise de mercur pentru consum.

Mecanismul toxicitii mercurului pentru om este acelai ca i pentru animale i se explic prin formarea unor legturi puternice ntre atomul de Hg i moleculele de peptide, precum i prin inhibarea funciei enzimelor, datorit formrii unor grupri chelatice cu gruprile SH; n experienele pe animalele de laborator s-au evideniat tulburri n sinteza proteinelor, precum i alterri ale

4

diviziunii celulare i clivajului cromozomilor, ceea ce reflect potenialul mutagen al acestui element.

Alimentele de origine animal provenite de la animale intoxicate cu compui mercurici conin acest reziduu sub form de complex albuminat din care se cedeaz cu uurin metalul la nivelul tubului digestiv. Mercurul anorganic determin glomerulonefrit, proteinurie, hematurie, oligurie, cetonurie, depleia transportului de oxigen datorit nlocuirii fierului din hemoglobin cu mercur. La doze mici, mercurul induce hipotiroidism, iar la doze mari hipertiroidism . Metil-mercurul din alimente este aproape complet absorbit i distribuit n circulaia sangvin; un consum mediu de 0,48 g metilmercur/kg la om nu a dat nici un efect nedorit detectabil. Dac ns ingestia crete la 3-7 g/kg, efectele se manifest la nivelul SNC-ului prin creterea cu aproximativ 5% a incidenei paresteziilor. Compuii anorganici i arilderivaii mercurului (radical care deriv de la o hidrocarbur aromatic prin ndeprtarea unui atom de hidrogen din molecul) nu depesc bariera de alimentare cu snge a creierului, motiv pentru care leziunile lor sunt reversibile, spre deosebire de cele ale metil-mercurului care sunt ireversibile.

n funcie de consumul mediu de carne de pete i de doza zilnic admisibil, concentraia maxima de Hg a fost fixat la 1 ppm.

3. Zincul

Zincul se gsete combinat n natur sub form de blend (ZnS), calamin (Zn2SiO4 x H2O) etc. Este cunoscut ca un metal cenuiu, maleabil i ductil ntre 100 - 150 0C, la temperaturi mai mari de 200 0C devenind casant.

Dintre sursele de poluare pot fi enumerate industriile n care zincul este folosit ca materie prim (metalurgic, a coloranilor etc.), aliajele de lipit, tabla zincat, utilizarea n agricultur a unor pesticide cu Zn. Alimentele pstrate n vase din tabl zincat, n special derivatele lactate acide, brnzeturile n saramur, buturile carbogazoase, buturile alcoolice naturale fermentate, se pot mbogi permanent cu zinc. Unele produse alimentare precum murturile, oetul, sucurile i siroputile din fructe, marmeladele, dulceurile, vinul i berea pstrate sau prelucrate n vase din tabl zincat pot mobiliza zincul, datorit proprietii sale generale de a fi puin rezistent la aciunea coroziv a acizilor (inclusiv acidul carbonic), a substanelor alcaline i a clorurii de sodiu.

n medicina veterinar oxidul de zinc se folosete drept premix purceilor dup nrcare, fiind cunoscut faptul c paracheratoza la aceast specie, dar i la altele, poate aprea consecutiv carenei n zinc.

Zincul este considerat un element esenial n cantiti mici, la mamifere avnd rol n proliferarea celulelor; de asemenea, intervine n funcionarea aparatului reproductor prin stimularea gametogenezei, secreiei glandelor sexuale anexe, a sintezei hormonilor gonadotropi i sexuali. Are rol n intensificarea i formarea condroblastelor i osteoblastelor , i n sinteza hormonilor pancreatici; intr n structura insulinei i glucagonului, este component esenial n numeroase sisteme enzimatice. Prin intermediul acestor enzime, zincul particip la eliminarea rapid a dioxidului de carbon din hematii, la procese de oxidoreducere celular, la metabolismul acizilor nucleici, proteinelor, lipidelor, glucidelor, vitaminei A.

Calea de ptrundere este cea digestiv, i mai rar cea respiratorie. Mecanismul intim de aciune este puin cunoscut; pe cale digestiv srurile de zinc sunt iritante al mucoasei gastrointestinale. n intoxicaia cronic mpiedic utilizarea ferului i cuprului, determinnd anemie. La om nu s-au descris intoxicaii cronice, acest fapt fiind explicat de marje de siguran mare ntre raiile fiziologice i dozele toxice, prin coeficientul relativ redus de abosrbie digestiv i gustul particular astringent, neplcut al alimentelor contaminate, ceea ce face ca acestea s fie de obicei respinse.

5

Dei majoritatea efectelor toxice sunt atribuite capacitii metalelor grele de a interfera n procesele biochimice i inhiba unele sisteme enzimatice, n ultima vreme se discut din ce n ce mai mult i despre posibilitatea unui risc genetic. Investigaiile efectuate relev capacitatea unor metale de a induce anomalii cromozomiale, precum i atipii morfologice ale mitozei. Pentru plumb i mercur, este cunoscut capacitatea de a bloca formarea fusului de diviziune prin afinitatea fa de gruprile amino- i sulfhidril. Afinitatea fa de aceste grupri descrete n felul urmtor: Hg, Cu, Ni, Pb, Zn, astfel nct i celelalte metale incluse pot cauza rupturi cromozomiale sau pot interfera procesele de separare.

Aportul alimentar normal de zinc pentru un adult este de 10-20 mg/zi. n anumite condiii ns, ingestia depete aceste cantiti, deoarece, n afar de coninutul lor natural n zinc, alimentele se pot ncrca cu cantiti suplimentare din numeroase surse.

Zincul poate determina efecte nedorite, n funcie de durata expunerii i concentraiile din substratul alimentar; astfel, pot apare tulburri digestive (diaree, vrsturi etc.) i, n cazuri grave, tulburri complexe de metabolism. Caracteristic, la un aport de 1 mg/kg poate apare febra de zinc. Dozele mortale pentru om au fost estimate la 5-10 g sulfat de zinc, 3-12 g clorur de zinc i cca 10 g oxid de zinc.

n actualul pachet legislativ nu mai sunt prevzute limite maxime admise pentru zinc n alimente. Se pot folosi ns vechile referine care cuprindeau limite ntre 5 50 ppm zinc n produsele alimentare.

4. Determinarea reziduurilor de metale grele (Pb, Hg, Zn) prin metoda spectrofotometriei de absorbie atomic

Principiul metodei are la baz determinarea concentraiei unui element chimic din proba supus cercetrii prin msurarea absorbiei radiaiei electromagnetice cu o anumit lungime de und, la trecerea acesteia prin mediul ce conine, sub form de vapori uniform distribuii, atomii liberi ai elementului care se investigheaz. Nivelul de absorbie al radiaiilor electromagnetice este direct proporional cu concentraia atomilor in mediul de distribuie.

Prin mineralizarea probei, elementele de constituie sunt scoase din combinaiile lor organice i aduse in stare de dizolvare, n soluie. n metoda spectrofotometriei de absorbie atomic proba de analizat trebuie adus n soluie pentru a putea fi introdus n flacr (pentru determinarea zincului), n cuptorul de atomizare (pentru determinarea plumbului) sau transformat prin procedee chimice n faz de atomi (spectrofotometria de absorbie atomic fr flacr aplicat mercurului).

Radiaia electromagnetic care traverseaz mediul de distribuie al atomilor metalici este furnizat de o surs special care elibereaz numai radiaia cu lungime de und specific elementului care se cerceteaz (catodul lmpii este confecionat din acel element). Absorbia acestei radiaii se va realiza numai de ctre atomii elementului chimic corespunztor din soluia ce se analizeaz, fiecare element avnd capacitatea de a absorbi doar radiaia monocromatic cu lungime de und specific lui. Absorbia este proporional cu concentraia atomilor in mediu, deci cu concentraia elementului in proba de analizat. Pentru o evaluare cantitativ corect, este necesar folosirea unui standard de referin, i anume o soluie care conine doar elementul dorit, la o concentraie cunoscut.

Substanele chimice, aparatura i materialele ce pot fi utilizate sunt reprezentate de: acid azotic, concentraia 65%, cu densitatea de aproximativ 1,400 mg/ml.

ap de inalt puritate (distilat sau deionizat). soluii standard ale metalelor ce se cerceteaz (Pb,Hg,Zn). spectrofotometru de absorbie atomic (de exemplu, Shimadzu 6300, cu autosempler ASC

6100 Shimadzu i cuptor de grafit GFA - EX7i, flacr i generator de hidruri HVG-1). lmpi specifice elementelor de determinat.

6

balan analitic pentru cantrirea cu precizie a 0,0001g. baie de nisip termoreglabil. sticlrie uzual de laborator (baloane cotate, pipete, ciclindri gradaietc.).

Modul de lucru presupune parcurgerea urmtoarelor etape:

1. Prelucrarea probei i mineralizarea: nainte de fi supuse analizelor vizate, probele lichide vor fi agitate prin rsturnri succesive,

aduse la temperatura camerei i lsate un timp limitat n repaus pentru a se permite eliminarea bulelor de aer nglobate. Probele solide se mrunesc ct mai fin.

Se vor cntri 10g prob (lichid, solid) ntr-un balon Kheldhal cu gt lung, avndu-se n vedere prevenirea oricrui tip de impurificare.

Pentru sporirea sensibilitii metodei, probele pot fi mineralizate pe cale umed cu acid azotic (HNO3) concentraie 65% i perhidrol (H2O2) concentraie 30%, pe o baie de nisip prevzut cu ni, pan la obinerea unui lichid incolor. Soluia obinut se transfer cantitativ ntr-un balon cotat confecionat din plastic, cu capaciti de 10 ml.

2. Determinarea propriu-zis a metalelor grele:

n funcie de elementul determinat, atomizarea probei poate fi fcut prin tehnica cu flacr (Zn), atomizorul electrotermic (Pb) i prin sistemul cu vapori de mercur (Hg).

Atomizarea in flacr pentru determinarea zincului: obinerea strii de atomi sub form de vapori, este realizat prin pulverizarea soluiei ce conine metalul analizat in flacr aer/ acetilen (aer /C2H2), la o temperatur de 2300 0C. Acest procedeu poate prezenta o serie de limitri, motiv pentru care determinarea plumbului se face atomizarea n cuptor de grafit.

Atomizarea electrotermic (Pb): prezint multiple avantaje fa de metoda precedent; proba de analizat odat introdus n cuptor este total consumat, atomii n faz gazoas se produc n cateva secunde iar absorbana se menine constant nu doar pe durata aspirrii probei in flacr.

Sistemul cu vapori de mercur: se bazeaz pe proprietatea mercurului de a se reduce de la Hg2+, Hg22+, la stare de Hg0 n soluii apoase la temperatura camerei, cu clorura stanoas sau borohidrura de sodiu. Prin antrenare cu aer, vaporii de mercur sunt preluai ntr-o cuv cu perei de cuar, absorbia atomic realizndu-se la lungimea de und caracteristic.

Indiferent de etapa de pretratare a probei, spectrofotometria de absorbie atomic este o metod de analiz ce impune o etap de calibrare, respectiv de definire i caracterizare a funciei de transfer (corelaia dintre semnalul msurat i concentraia elementului din proba de analizat). Pentru aceasta se folosesc metode directe bazate pe curba de etalonare. Aadar, sunt aspirate pe rnd concentraii standard de soluii pentru metalul ce urmeaz a fi analizat. Se msoar i se nregistreaz absorbia pentru fiecare element, stabilindu-se astfel curbele standar). Se procedeaz, de asemenea, la aspirarea soluiei probei i nregistrarea absorbiei, fiind calculat concentraia. Din aceeai soluie a probei sunt determinate n continuare celelalte elemente n aceleai condiii, folosindu-se soluiile standard i lmpile catodice specifice. Dispozitivul de lucru este echipat cu un sistem automat de imprimare a curbei standard i calcul al rezultatelor, coninutul w de metal n prob fiind stabilit prin urmtoarea formul:

7

w= (a / b) V / m

unde, w- concentraia de metal din prob; a- concentraia din soluiile de prob; b- concentraia medie din soluiile martor; V- volumul de soluie de prob; m- masa de prob.