Хром

Хром широко распространен в земной коре, он составляет 0,04 % твердой породы. Содержание хрома в различных горных породах и почвах сильно варьирует, однако как жизненно необходимый микроэлемент он содержится в количествах, достаточных для растений, животных и людей. В промышленности хром применяется сравнительно недавно. Он используется при изготовлении сталей, сплавов, металлических покрытий. Существует множество важных областей его применения, в том числе как материал при производстве оборудования для пищевых предприятий и посуды. Именно это привело к увеличению потребления хрома с пищевыми продуктами. Доказано, что хром является необходимым элементом для животных и человека. Ученые- медики изучают роль хрома в метаболизме и последствия как избытка, так и недостатка в организме этого металла.

Физические свойства. Хром Сг, порядковый номер - 24, атомная масса - 52. Это слаболетучий тяжелый металл с плотностью - 7,2 г/см3 и температурой плавления около 1 890 °С. Температура плавления зависит от кристаллической структуры.

Хром представляет собой голубовато-серебристый очень твердый и хрупкий металл, он весьма стоек по отношению ко многим коррозионным агентам.

Соединения. Из девяти возможных степеней окисления хрома три имеют практическое значение: 2*. 3 6*. Наиболее стабильными и важными являются соединения хрома (III). Хром образует ряд трехвалентных соединений, таких, как оксид хрома СггОз, хлорид СгС1з, сульфат Сгз(304)з. Ацетат, цитрат и хлорид Cr (III) имеют промышленное значение.

Cr (III) также образует большое количество стабильных комплексов. Интерес представляет широко используемая в препаративной химии для осаждения тяжелых металлов так называемая соль Рейнеке, NH4[Cr(SCN)4’(NH3)2]*H20.

Практически все соединения хрома в высшей степени окисления находятся в оксоформе и являются потенциальными окислителями.

Соединения Cr (VI) включают хромат- (004)2 и дихромат- (Сг207>2 ионы. Важнейшими соединениями этого типа являются хроматы свинца, цинка, кальция и бария, а также хроматы и дихроматы натрия и калия.

Малостабильный ион Сг (II) легко окисляется до Cr (III). Известно несколько других форм хрома, таких, как Cr (IV) и Сг (V), однако они не имеют биологического значения.

Распространение. Несмотря на то что хром присутствует в большинстве горных пород и руд, промышленной рудой является только хромит РеОСггОз. Это смешанная руда, содержащая свыше 55 % оксида хрома. При восстановлении руды углеродом образуется феррохром - сплав железа и хрома. Чистый хром получают из этого сплава при электролизе или конверсии в дихромат натрия путем обработки горячей щелочью в присутствии кислорода и последующем восстановлении алюминием.

Применение. Хром в основном применяется в металлургической промышленности для получения нержавеющих сталей и покрытия металлических изделий с целью коррозионной защиты.

Феррохром и хром используются в промышленности в качестве легирующих добавок. Хром также используется для получения красок и в полиграфической промышленности. Дубление соединениями хрома является традиционным способом приготовления кожаных изделий. Хроматы добавляют в качестве антикоррозионных агентов в воду, и, вероятно, их присутствие в оборотной воде на производственных объектах приводит к значительному выделению промышленных хроматов в атмосферу.

Наиболее токсичен шестивалентный хром Сг6+, который поступает в организм из загрязненной среды. В России среднее содержание хрома в почве - 20 мг/кг, в черноземах - 300 мг/кг. Концентрация хрома в природных водах редко превышает 0,003 мг/л, в России составляет 0,001-0,012 мг/л, в отдельных случаях достигает 0,112 мг/л. Более высокий уровень хрома Сг6+ иногда обнаруживается в производственных стоках.

Метаболизм и токсическое действие. Абсорбция хрома желудочно-кишечным трактом зависит от химической формы элемента. Трехвалентный хром абсорбируется мало, примерно 1 % от поглощенного количества, хроматы же абсорбируются легче (2 %).

Органические соединения хрома, такие, как фактор глюкозной толерантности (GTF), легче абсорбируются в желудочно-кишечном тракте. Исследования, в которых изучали выделения хрома с мочой в зависимости от его ежедневного потребления, показали, что в организме абсорбируется около 10 % содержащегося в пище хрома.

Абсорбированный хром быстро выводится из крови. Основная часть хрома накапливается в различных органах, особенно в печени, где найдены трехвалентные соединения хрома. Концентрация хрома во всех тканях падает со временем, за исключением легких, где его содержание выше среднего из-за загрязненности окружающей, среды.

Выделение абсорбированного хрома происходит главным образом с мочой. Больше всего хрома накапливается в волосах, от 0,2 до 2 мг/кг.

Хром является необходимым элементом для организма человека и животных. Его основная роль заключается в поддержании нормального уровня содержания глюкозы в организме. Недостаток металла в рационе приводит к нарушению глюкозного и липидного обмена и может привести к диабету и атеросклерозу.

Хром присутствует в биологических объектах преимущественно в трехвалентной форме Сг3*. Многие исследователи относят Сг3* к биомикроэлементам. Он является кофактором инсулина и необходим для оптимального использования глюкозы, а также для роста и генетически обусловленной продолжительности жизни. Наиболее токсичен шестивалентный хром (Сг ), который поступает в организм из загрязненной среды.

Выделенная из дрожжей фракция, содержащая хром, была названа фактором глюкозной толерантности. Точная структура этой фракции неизвестна, однако предполагают, что это комплексное соединение трехвалентного хрома, никотиновой кислоты и различных аминокислот.

Аналогичный эффект наблюдается при отсутствии инсулина. Возможно, хром в факторе глюкозной толерантности взаимодействует с гормональным инсулином, облегчая его связывание с рецепторами клеточной мембраны. Участие хрома в углеводном и других обменных процессах обнаружили недавно. До сих пор еще не установлена суточная потребность человека в хроме.

Известны острые и хронические заболевания, вызванные воздействием на организм хрома и его соединений. Рабочие кожевенных заводов страдают хронической язвой, возникающей под действием соединений хрома (VI). У людей, работающих с хромом и его соединениями, встречается аллергическая экзема и другие формы дерматита, а также рак верхних дыхательных путей и легких.

Нет доказательств, что хром, обычно попадающий в пищу либо из исходного сырья, либо из нержаЕШющей посуды при ее приготовлении, отрицательно влияет на здоровье человека. Однако введение больших количеств дихромата калия приводит к смертельным отравлениям. Меньшие количества вызывают повреждения почек и печени.

Данные о токсичности хрома разноречивы, вследствие того что имеют значение валентность хрома, тип соединения, в которое он входит, возраст животных и ряд других факторов. Доказана небольшая токсичность Сг3*.

Интерес представляет описанный в США случай, когда семья осталась здоровой, употребляя в течение нескольких лет воду, содержавшую 1 мг/л (0,03-0,05 мг/кг массы тела) Сг6*.

Хром е пищевых продуктах. Хром в небольших количествах находится в большинстве пищевых продуктов и напитков (от следовых концентраций до 0,5 мг/кг). Среднее суточное потребление хрома с пищей приблизительно составляет 50-80 мкг. Было обнаружено, что его содержание в продуктах питания, производимых в США, колеблется от 0,175 до 0,470 мг/кг.

По нормативам ФАО/ВОЗ, Европейским стандартам качества питьевой воды, стандартам России, США и ряда других стран, ПДК Сг6* в воде установлена 0,05 мг/л, а Сг3+ по стандарту России - 0,5 мг/л. Некоторые авторы исходя из вероятности того, что Сг6+ является канцерогеном, предлагают снизить ПДК до 0,01 мг/л.

В США для постоянного орошения сельскохозяйственных культур на всех типах почв установлена ПДК хрома 5 мг/л, а для кратковременного орошения устойчивых к действию хрома культур - 20 мг/л.

В России принята ПДК хрома в продуктах питания 0,5 мг/кг, в продуктах питания детей — 0,1 мг/кг, в напитках - 0,05 мг/кг. В России временными гигиеническими нормативами рекомендуется ПДК хрома в молочных продуктах, фруктах, соках и напитках 0,1 мг/кг, в мясопродуктах, хлебопродуктах, овощах - 0,2 мг/кг, в рыбопродуктах - 0,3 мг/кг.

В нашей стране среднее содержание хрома в почве 20 мг/кг, в черноземах - 300 мг/кг. Концентрация хрома к природных водах редко превышает 0,003 мг/л. Более высокий уровень хрома Сг6* иногда обнаруживается в производственных сгоках.

По данным ФАО/ВОЗ, чаш,е всего в растениях содержится хрома 20-50 мкг/кг. Были обнаружены в продуктах и растениях следующие количества хрома: во фруктах - 0-200 мкг/кг, в овощах - 0-360 мкг/кг, в злаках - 10-520 мкг/кг, в молоке - 10 мкг/кг, в мясопродуктах - 20-560 мкг/кг, в морепродуктах - 10-440 мкг/кг

Причиной повышенного содержания хрома (особенно Сг6*) в растительных продуктах могут быть залегание хромсодержащих минералов, загрязненные хромом сточные воды и их осадки (они содержат до 8000 мг в 1 кг сухой массы), материалы пищевого оборудования и консервных банок. Использование посуды из нержавеющей стали приводит к возрастанию концентрации хрома в пище (в одном исследовании до 3500 мкг/кг). Однако, случаи токсического действия хрома, мигрировавшего из нержавеющей стали в тару, не зарегистрированы.

Концентрация хрома в различных видах пищевых продуктов следующая, мг/кг: в морских продуктах 0-0,44; злаках 0-0,52; фруктах 0-0,2; овощах 0-0,36; мясе -0,02 - 0,56. В молоке содержится 0,01 и масле 0,17 мг/кг хрома.

При рафинации пищевых продуктов могут быть большие потери хрома. Так, сахар-сырец содержит 0,3 мг/кг хрома, а рафинированный - только 0,02 мг/кг, аналогично нешлифованный рис - 0,16, а шлифованный - 0,04 мг/кг. Различие содержания хрома в непросеянной пшенице и белой муке менее существенно - 0,05 и 0,03 мг/кг соответственно.

Использование посуды из нержавеющей стали иногда приводит к возрастанию уровня хрома в пищевых продуктах до 3,5 мг/кг. Курение способствует увеличению ежедневного поглощения металла. В среднем на сигарету приходится 1,4 мкг хрома.

Количество хрома, поступающего с питьевой водой, зависит от источника воды, способа ее обработки, а также системы водопровода. Было определено, что в речной воде содержится от 1 до 10 мкг/л хрома. В городе содержание хрома в воде в отдельных случаях может быть до 80 мкг/л. Средний уровень содержания хрома в городских водах США приблизительно 2,3 мкг/л. Это существенно ниже установленного в США в 1962 г. допустимого предела содержания хрома, равного 50 мкг/л.

Потенциальным источником повышения концентрации хрома (как и других тяжелых металлов) в пищевых продуктах является загрязнение сточными водами. В отстое было обнаружено свыше 8 г/кг хрома. Использование таких веществ для сельскохозяйственных целей может привести к потреблению хрома растениями и животными выше среднего содержания.

 
Посмотреть оригинал
< Пред   СОДЕРЖАНИЕ   ОРИГИНАЛ     След >