气体毒物及挥发性毒物-课件

气体毒物及挥发性毒物四川大学华西基础医学与法医学院各 论 部 分（第五章第十二章）第五章第十二章）内容 对毒物进行分类介绍。掌握 1.中毒特点以及取材和检验的要求。2.毒物的理化共性和特性以及与分离 检测方法之间的关系。3.常用分离和检测方法的基本原理及 实用意义。4.各类毒物的代表。第五章 气体毒物及挥发性毒物 主要内容概念和种类取材及保存分离原理及方法常用检测手段乙醇和甲醇氢氰酸及氰化物一氧化碳 挥发性毒物(volatile poison)概念 指常温常压下蒸气压较高，易变成气态分子从检材 体系中挥发逸出的有毒化合物。特点 分子量小、化学结构简单、常温常压下一般为液 体，能随水蒸气蒸馏。种类 小分子醇类(甲醇、乙醇）、醛类（甲醛、水合氯 醛）、醚类（乙醚）、卤代烃（四氯化碳、氯仿）和苯（苯胺、硝基苯、苯酚）的衍生物等。氰化物因能形成挥发性较大的氢氰酸而归入此类。有毒气体（toxic gas)概念 指常温常压下以气体状态存在的有 毒化合物。特点 分子小、结构简单、中毒途径单一 （吸入性）。种类 主要包括一些小分子的有机化合物 和一些无机酸碱的分解产物。有毒气体分类 水煤气 CO+H2 燃料 天然气 小分子烷烃和少量硫化氢为主 液化石油气 小分子烷烃和烯烃 沼气 甲烷和硫化氢 NH3 纤维、化肥等原料来源 工业原料 SO2 硫酸、硫酸钠合成 和废气 H2S 纤维燃料制革废气 NO2 硝酸生产火箭燃料 芥子气 Cl2CH2CH2-S 军事毒气 路易氏气 ClCH=CHAsCl2 挥发性毒物和气体毒物的取材及保存 检材 常用血.某些情况下也可用玻璃体、胃内容 物、肺等为检材。保存 气体或可变成气体 a.尽量不留空间 b.密闭 c.冷藏 送检 及时挥发性毒物和气体毒物的分离单纯挥发性物质的气液平衡 气态分子 气相 两相界面 液态分子 液相 挥发性物质的分子可以由液态逸散成气态，也可由气态凝聚成液态。在恒温、密闭的容器中，经过一段时间后，气态和液态之间可以达到一个动态平衡。决定平衡时气态分子多少的因素在一定条件下,气液平衡时，单纯物质气态分子的多少是固定的,由其饱和饱和蒸气压的大小决定。(顶空法中由气相中浓度得到液相浓度的基础)同一温度下，饱和蒸气压越高的物质,越易挥发成气体。如：30时，水的饱和蒸气压为4.24KPa，甲醇为21.6KPa。（液相浓度相等的情况下，平衡时蒸汽压越高的，气相中的浓度越高。）物质的饱和蒸气压可随温度升高而增大。水的沸点为100，甲醇沸点为64.5。（可通过加热增加毒物在气相中的浓度。）检材（稀溶液）的气液平衡检材可看成是以水为溶剂含有多种挥发性组分和难挥发性组分的稀溶液。在一定温度下，平衡时溶液的总蒸气压是溶剂水与各挥发性组分蒸气分压的总和。P=Pw+P1+P2+根据Roult定律，溶剂水和挥发性组分蒸气分压的大小分别与其摩尔分数成正比。Pw=XwPw P1=X1P1 P2=X2P2 X摩尔分数 P饱和蒸气压对某一挥发性成分来讲，液相摩尔分数越大，其蒸气压越高；在液相摩尔分数相同的情况下，饱和蒸气压越大的成分，其蒸气压越高。气相浓度与液相浓度间的关系 气液平衡时，气相中水及挥发性组分的摩尔分数，等于各自的蒸气压与总蒸气压的比值。Yw=Pw/P=Xw Pw/P Yi=Pi/P=Xi Pi/PPi 挥发性组分饱和蒸气压 Pw水饱和蒸气压Y气相摩尔分数 X 液相摩尔分数由上两式换算可得气相浓度（摩尔比）与液相浓度的关系为：Yi/Yw=Pi/Pw Xi/Xw Xi/Xw 相对挥发度(relative volatitile)当Pi Pw 时，1，气相浓度液相浓度。当Pi Pw 时，1，气相浓度 液相浓度。气体毒物和挥发性毒物的分离方式常用分离方法蒸馏法 *直接蒸馏法 *水蒸气蒸馏法 扩散法 *Conway氏碟 *Widmark瓶驱气法和抽气法顶空法蒸馏法（Distillation mothod)通过加热提高挥发性组分的蒸气压，使检材溶液沸腾，挥发性组分变成蒸气从溶液中逸出，同时将蒸气不断地引出加热装置，使之冷却加以收集后供检测用。收集的蒸气液体称“馏液”。蒸馏法分为直接蒸馏法和水蒸气蒸馏法。适用：适用面广。直接蒸馏装置 水蒸气蒸馏(steam distillation)装置两种蒸馏法比较 直接蒸馏法优点 简便缺点 温度较高，受热不 均匀。馏液中高沸点组分 浓度降低。适用 沸点低、稳定 的组分。水蒸气蒸馏法 优点 检材受热均匀。提高馏液中高沸 点组分的浓度，缩短蒸馏时间。缺点 操作较麻烦。适用 高沸点、不稳 定的组分。蒸馏注意事项蒸馏酸性或碱性毒物时，蒸馏前可先适当调节检材的酸碱性，以提高毒物的挥发性。收集挥发性较大的酸性或碱性毒物时，可适当用酸性或碱性溶液进行收集，以减少毒物的挥发损失，如氢氰酸。蒸馏时应防止检材爆沸或蒸干。扩散法(diffusion method)方法：将检材置于一密闭容器中，以一种溶 剂或化学试剂作为吸收剂，吸收气 液平衡时气相中的挥发性组分，然后 对吸收液中的挥发性毒物或消耗剩余 的试剂进行检测。不可逆反应 竭尽法（全部分离）吸收剂 溶剂吸收 平衡法（部分分离）扩散装置驱气法(aspiration method)抽气法(drive method)将一种不影响检测的气体（如氮气、空气），通过加压（驱气法）或减压（抽气法）的方式通过检材，同时将检材中的挥发性组分带出，并加以收集。如果不断地通入气体，可使检材中的挥发性组分全部得以分离。属于竭尽法。分离和检测可以同时进行。分离出的挥发性组分可通过出口处的试纸直接检测，也可以用溶剂或试剂吸收后再行检测。驱气法和抽气法装置顶空分析(head space analysis)方法 将检材置于一密闭系统中，保持恒温一段时 间，当气液两相达到平衡时，直接抽取一 定体积的气 相用于分 析。此时，气相中挥发性组分的浓度与液 相中的含量有一定的关系。顶空分析与气相色谱法 联用时称顶空气相色谱法（head space gas chromatography).特点 简便，定量比较麻烦（需加内标）。适用 属于平衡法，适用于蒸气压较高的毒物。挥发性毒物的检测 检材目的不明确预试筛查定性分析定量分析馏液预试（嗅、观、试、测、验）GC筛查（馏液或顶空、保留值）化学反应、GC、GC-MS化学比色法、GC蒸馏液的预试嗅 特殊气味，如苯胺、来苏儿、硝基苯观 色（苯胺加热变红）澄清度（苯酚）分层（氯仿）试 酸碱性（苯胺、苯酚）测 紫外光谱（苯的衍生物）验 类别反应 溴水反应 沉淀（苯酚、苯胺）黄酸盐反应 紫红（醇类）希夫氏试剂反应 红（醛类）乙醇alcohol（酒精alcohol)甲醇 methanol性质 无色、透明液体 易挥发，乙醇bp.78.4，甲醇bp.64.5 。能与水、丙酮、乙醚、氯仿等混溶。来源 A.常用溶剂 B.含酒精饮料 啤酒36 葡萄酒1030 白酒3565 C.血液腐败时可产生 乙醇，同时产生正 丙醇（201）。D.工业酒精中甲醇含 量较高乙醇和甲醇的毒性乙醇 主要为中枢抑制，中毒和致死剂量个体差异较大 （与酶的多少，饮酒习惯等有关）。甲醇 主要为视神经损害，大剂量可致呼吸衰竭死亡。检测目的职业违规 酒后驾车（酒后20，醉酒80）酗酒 醉酒致死？诱发疾病？犯罪 借酒投毒 灌醉后实施（与其它毒物的关系 有无协同作用？是否增加毒性？）假酒 甲醇意外检材和检测方法 检材 常用血，现场可用呼气，腐败尸体 可用玻璃体或脑脊液。密闭冷藏。取材应及时。检测 一般目的比较明确，通常需定量。方法 化学反应（基本不用），重铬酸钾 硫酸比色法，GC法（常用）。饮酒者血醇浓度变化1 1号试验志愿者号试验志愿者2 2小时内饮白酒小时内饮白酒药时曲线药时曲线饮酒者血醇浓度变化Vitali反应（黄酸盐反应）原理 ROH+CS2+KOH ROC=SK（黄酸盐）S 钼酸铵 MoO32(ROCSSK)紫红色络合物 适用 醇的类别反应。灵敏度较低，可用于馏液中醇 类化合物的预试。Lieben氏反应（碘仿反应）原理 I2+KOH KIO CH3CH2OH +KIO CH3CHO CH3C-+KIO CHI3 O 碘仿（黄色）适用 丙酮、乙醛可干扰。区别乙醇和其它醇。乙醇中甲醇的检识 原理 甲醇氧化剂 CuO 甲醛 反应 a.变色酸反应（紫色）b.Schiff氏试剂反应（品红）c.苯肼铁氰化钾反应（红色）适用 大量乙醇中检识甲醇。重铬酸钾硫酸比色法 原理 3C2H5OH+2Cr2O72-+16H+(橙色）=3CH3COOH+Cr3+11H2O （绿色600nm）3C2H5OH 2K2Cr2O7 适用 测定馏液或扩散吸收液中乙醇的含量。其它还原性物质也可使重铬酸钾还原，使测定值偏高，不能区别乙醇和甲醇，也不能区别乙醇及其代谢物乙醛。重铬酸钾硫酸颜色反应GC法检测乙醇和甲醇 样品 直接顶空进样(稀释血、尿）蒸馏液 血稀释沉淀蛋白（三氯乙酸）后的上清液 检测 常采用内标法（异丙醇或叔丁醇，硫酸铵饱和液）色谱 聚乙二醇类固定液（10PEG400），FID,柱温 80100，进样口180，检测器180。特点 灵敏度高、分离能力强 可同时进行定性和定量 可分别测定乙醇及其代谢物 可鉴别乙醇和甲醇或其它具可能干扰的的挥发物 质。美国美国Varian 3800GC 美国美国Dani HSS86.50Headspace血中乙醇及内标的色谱图血液中乙醇和内标异丙醇的色谱图血液中乙醇和内标异丙醇的色谱图 a.异丙醇异丙醇(tR=4.206min)b.乙乙 醇醇(tR=4.340min)多种挥发性物质的分离a.甲甲 醛醛(tR=2.036min)b.乙醛乙醛(tR=2.339min)c.甲甲 醇醇(tR=3.487min)d.异丙醇异丙醇(tR=3.859min)e.乙醇乙醇(tR=3.972min)f.正丙醇正丙醇(tR=6.314min)一氧化碳(carbon monoxide,co)性状 无色、无臭、无刺激的气体，分子量28.1，比重略 轻于空气，易燃烧。来源 a.煤气（CO+H2，占630）b.城市天然气中有些也含有少量一氧化碳 b.有机物不完全燃烧中毒原因 a.意外（热水器、汽车、烤火、着火、煤气泄漏、爆破等）b.自杀 c.他杀 d.假象（如死后焚尸）一氧化碳中毒机理 通常体内血红蛋白(hemoglobin,Hb)与氧(O2)结合形成氧合血红蛋白（oxy hemoglobin,HbO2),给机体组织供。当有一氧化碳(CO)存在时，一氧化碳则可与血红蛋白结合,生成碳氧血红蛋白(carboxhemoglobin,HbCO)，使血红蛋白失去携氧功能而造成中毒。HbO2+CO HbCO+O2 HbCO O2 HbO2 CO K平衡 210 血红蛋白与一氧化碳结合的能力比与氧结合的能 力大200多倍。中毒程度指标碳氧血红蛋白饱和度 碳氧血红蛋白占血红蛋白总量的百分比称之为碳氧血红蛋白饱和度.碳氧血红蛋白量 HbCO(%)=100%血红蛋白总量 碳氧血红蛋白饱和度是判断一氧化碳中毒严重程度的重要指标，饱和度越高，机体缺氧越严重。正常情况20 死亡60饱和度与中毒表现检材及检验要求检材 最好是新鲜心血，炭化尸体可取骨髓。保存 尽量少留空间 密闭冷藏 不能用甲醛固定检验要求 及时 定量一氧化碳中毒检测方法 分类机理检测HbCO检测CO利用HbCO和HbO2性质上的差异，直接检测HbCO。将HbCO中的CO释放出来，检测CO。化学法UVvis氯化钯法GC化学法检识一氧化碳中毒血原理 HbCO性质比HbO2稳定，在 外界因素作用下，与 HbO2相 比，能较长时间地保持其鲜 红色。饱和度大 于20时结 果比较明显。饱和度越大，红色保持得越久。方法 a.加热法 b.氢氧化钠法 适用 简便、快速，无需特殊仪 器。适合现场或基层快速 做出初步判断。分光光度法三种血红蛋白的吸收光谱三种血红蛋白的吸收光谱吸收光谱 Hb、HbCO和HbO2分别在420nm左右和500600nm处有两个吸收带，利用三者光谱上得差异可检测HbCO的饱和度。检测方法 还原光谱法 直接测定法 双波长吸光度比值法 双波长等吸收度比值法还原光谱法光谱叠加原理 蛋白 吸收峰（nm）Hb 555 HbO2 540 576 HbCO 538 568 中毒血中主要有HbCO、HbO2和Hb，所测光谱为三种蛋白的叠加光谱，如果先用还原剂将血中的HbO2还原成Hb，所测的就是Hb 和HbCO的叠加光谱。叠加光谱的形状因饱和度不同而不同。还原光谱法不同饱和度血的还原光谱 先用饱和度为0%的血通CO制备饱和度为100的血，再按一定比例混合，制成不同饱和度的血，并分别测定吸收光谱。饱和度越低的血，越接近Hb 的吸收光谱；饱和度越高的，越接近HbCO的光谱。检血用连二亚硫酸钠还原后半定量。饱和度直接测定法 饱和度 419nm(HbCO)吸收度 通O2（HbO2)0%A0稀释检血 通CO(HbCO)100%A100 X%Ax Ax A0按下式计算饱和度:HbCO(%)=100%A100Ao 特点：操作简便，但稀释倍数高，准确度下降。双波长吸光度比值法测饱和度（1）原理血样还原后，测得的吸光度为Hb和HbCO吸光度的加和值，分别测定538nm 和555nm处的吸收度，并计算二者的比值。HbCOmax=538nm Hbmax=555nm 饱和度，则A538,A555,A538/A555。A538/A555值与饱和度之间有近似的直线关系，通过测定空白血、100饱和血和检血的吸光度比值,可换算出HbCO的饱和度。双波长吸光度比值法测饱和度（2）方法 空白 还原剂 0血 A0（538/555)稀释血 100%血 A100（538/555)稀释检血还原剂 x血 AX（538/555x）计算 AX（538/555x）A0（538/555)HbCO(）X100%A100（538/555)A0（538/555)双波长等吸收度法测饱和度（1）原理 检血经还原后，血中主要为Hb和HbCO。在500 600nm吸收带，选择两个合适的波长（如530nm和580nm），分别测定吸光度值。在这两 个波长处，Hb的吸收相等，HbCO 的吸收差值较大。利用差示法可消除Hb的吸收，使吸收差值Ax 仅与HbCO 的含量成正比。然后再测定同一血样饱和度为100时的吸光度差值A100，即可从二者的比值求得血中HbCO的饱和度。A1=AHb1+AHbCO1 (1)A2=AHb2+AHbCO2 (2)(1)（2）A1A2=(AHb1+AHbCO1)(AHb2+AHbCO2)得：A=AHbCO1 AHbCO2 Ax 双波长等吸收度法测饱和度（2）方法稀释检血还原剂 测Ax(530-584)通CO 测A100(530-584)计算 Ax HbCO(%)=X100 A100双波长等吸收度差示法测定碳氧血红蛋白饱和度依据吸收度的加和性，通过测定两个波长吸收度的差值，可扣除干扰物（Hb）的吸收，得到HbCO的吸收度差值，此差值与 HbCO的量成正比。A530=AHbCO(530)+AHb(530)A584=AHbCO(584)+AHb(584)A530-A584=AHbCO(530)+AHb(530)-AHbCO(584)-AHb(584)Ax=AHbCO(530)-AHbCO(584)A100=A100(530)-A100(584)HbCO(%)=Ax/A100 100%双波长等吸收度差示法测饱和度（3）说明此法操作简便、快速。检血不需准确稀释。等吸收波长测定后，只要仪器和条件不变，不必每次都测。Hb的等吸收波长很多，应选HbCO吸收差值较大的两个波长。氯化钯法检测一氧化碳(1)原理 在密闭容器中,钯离子可定量吸收并氧化血中释放出来的CO,同时,钯离子被还原成金属钯,在吸收液表面形成一层金属膜,即钯镜.PdCl2+CO+H2O=Pd+2HCl+CO2 根据所加入和消耗的钯离子的量,可计算出CO的量.氯化钯法检测一氧化碳(2)装置 检血+稀硫酸 氯化钯溶液氯化钯法检测一氧化碳(3)说明吸收1mol的CO,需消耗1mol的氯化钯.消耗的氯化钯量可通过测定吸收前后278nm处氯化钯溶液的吸收度差值计算得到.A1=EC1L A2=EC2L A=EL C C=A/EL 按1个HbCO与4个CO结合进行换算(1mgCO相当576gHbCO),根据人平均血红蛋白可估算出HbCO饱和度.顶空气相色谱法检测一氧化碳检材 血、空气分离 加释放剂（25乳酸）顶空法 色谱柱 吸附柱 分子筛检测器 热导检测器（TCD）CO 氢火焰离子检测器(FID）H CO CH4 优点 对腐败检材效果较好