Эколого-химические аспекты участия соединений восстановленной серы в формировании токсических свойств природной водной среды

• Автор: Диденчук, Ирина Владимировна
• Шифр специальности: 03.00.16
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2008
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 150 с. : ил.

ВВЕДЕНИЕ Глава 1.

1.2.
СОЕДИНЕНИЯ ВОССТАНОВЛЕННОЙ СЕРЫ КАК ПОТЕНЦИАЛЬНЫЕ ИСТОЧНИКИ ВОЗНИКНОВЕНИЯ ЭФФЕКТОВ ТОКСИЧНОСТИ ПРИРОДНОЙ ВОДНОЙ СРЕДЫ
Окислительновосстановительные и свободнорадикальные процессы с участием пероксида водорода и ионов переходных металлов

1.1.1. Редокспроцессы с участием Н

1.1.2. Редокспроцессы в природной водной среде с участием ионов меди

1.1.3. Роль пероксида водорода и свободных радикалов в процессах самоочищения природной водной среды
Эффекты токсичности природной водной среды, связанные с нарушением естественного круговорота пероксида водорода и свободных радикалов
1.2.1. Эффекты, возникающие при чрезмерной интенсификации свободнорадикальных процессов
1.2.2. Эффекты, связанные с разбалансировкой внутриводоемных окислительновосстановительных процессов

1.2.3. Роль сточных вод в формировании редокссостояния водных объектов

1.2.4. Синезеленые водоросли как продуценты веществвосстановителей
1.2.5. Донные отложения как источник восстановительных эквивалентов
Антропогенное влияние на круговорот серы в окружающей среде
1.3.1. Особенности круговорота серы в окружающей среде
1.3.2. Образование и свойства свободных радикалов сернистых соединений
1.3.3. Антропогенные источники поступления серы в объекты окружающей среды
1.3.4. Соединения восстановленной серы в природной
водной среде
1.4. Каталитические и биохимические процессы с участием
соединений восстановленной серы
1.4.1. Механизмы окисления соединений восстановленной серы
1.4.2. Сера в живых организмах
1.4.3. Роль глутатиона в регуляции внутриклеточных окислительновосстановительных процессов
Глава 2. МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ
2.1. Методы токсикологического контроля сточных вод и
индивидуальных соединений восстановленной серы
2.1.1. Методы биотестирования
2.1.1.1. Инфузории руг i i
2.1.1.1.1. Культивирование инфузорий
2.1.1.1.2. Проведение анализа
2.1.1.1.3. Оценка результатов
2.1.1.2. Светящиеся бактерии Вепекеа v
2.1.1.2.1. Методические особенности
2.1.1.2.2. Показатели токсичности
2.1.1.3. Ветвистоусые планктонные рачки
2.1.1.3.1. i
2.1.1.3.2. ii i
2.1.1.4. Микроводоросли
2.1.1.5. Статистическая обработка результатов биотестирования
2.1.2. Функциональная тестсистема перекисного
окисления липидов
2.2. Методы химического анализа при проведении
исследований
2.2.1. Определение I I
2.2.2. Определение соединений восстановленной серы
2.2.2.1. Определение летучих сернистых соединений
. Определение тиольных соединений
2.2.3. Реактивы
2.2.4. Оборудование Объекты исследования
2.3.1. Индивидуальные соединения восстановленной серы
2.3.2. Производственные и хозбытовые сточные воды
МЕХАНИЗМЫ ОКИСЛИТЕЛЬНОВОССТАНОВИТЕЛЬНЫХ ПРОЦЕССОВ С УЧАСТИЕМ СОЕДИНЕНИЙ ВОССТАНОВЛЕННОЙ СЕРЫ
Взаимодействие тиольных соединений с ионами меди
Механизмы каталитического окисления тиольных соединений молекулярным кислородом в присутствии ионов меди
3.2.1. Внутрисферный механизм окисления тиольных соединений
3.2.2. Обоснование невозможности протекания свободнорадикальных реакций при катализе окисления тиольных соединений ионами меди
3.2.3. Механизм четырехэлектронного восстановления молекулярного кислорода при внутрисферном окислении хелатирующих тиольных лигандов
3.2.4. Совместное окисление трудноокисляемых и легкоокисляемых соединений восстановленной серы
Механизм окисления соединений восстановленной серы пероксидом водорода
3.3.1. Взаимодействие неорганических соединений серы с Н
3.3.2. Взаимодействие Н2 с тиольными соединениями
3.3.3. Возможная роль соединений восстановленной серы в формировании редокссостояния природной водной среды
Глава 4. ТОКСИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА СОЕДИНЕНИЙ
ВОССТАНОВЛЕННОЙ СРЕРЫ
4.1. Токсические свойства сероводорода и метилсернистых соединений
4.2. Биотестирование органических соединений 6 восстановленной серы
Глава 5. ОЧИСТКА И ДЕТОКСИКАЦИЯ СТОЧНЫХ ВОД,
СОДЕРЖАЩИХ СОЕДИНЕНИЯ ВОССТАНОВЛЕННОЙ
5.1. Очистка конденсатов варочного цеха ЦБП от сернистых 8 соединений
5.2. Перспективы применения пероксида водорода для предотвращения возникновения эффектов редокстоксичности сточных вод
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
ВЫВОДЫ
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ


Особенно большим воздействиям оказались подвержены водные объекты суши как приемники сточных вод промышленных предприятий и населенных пунктов, поверхностного и фунтового стока с сельскохозяйственных и городских территорий, являющиеся естественным аккумулятором зафязняющих веществ, выбрасываемых в атмосферу с последующим их осаждением на земную поверхность. Ниже представлены факты, свидетельствующие о возможной роли соединений серы в возникновении неизвестных ранее эффектов редокстоксичности природной водной среды. Как указывалось во Введении, при рассмотрении окислительновосстаиовитсльных процессов в природной водной среде, в качестве окислителя естественного происхождения, наряду с молекулярным кислородом, необходимо рассматривать пероксид водорода. Как правило, реакции с участием О2Н2О2 протекают эффективно лишь в присутствии катализаторов окислительновосстановительных превращений ионов металлов переменой валентности. Пероксид водорода является неотъемлемым участником глобального круговорота кислорода, занимая в нем промежуточное положение. Схема 1. Молекула воды в качестве донора Н участвует в восстановлении С в результате сложного многостадийного фотохимического процесса при участии ионов марганца, входящих в состав активного центра фотосинтетической системы. Предполагается, что существенную роль в механизме фотосинтеза может играть пероксид водорода 4. В процессе окисления органических веществ молекулярный кислород выступает как 4х электронный окислитель, восстанавливаясь до воды. При осуществлении одноэлектронных стадий в среде появляются свободные радикалы Н и ОН, что является наиболее характерной особенностью высокотемпературных процессов горения. Основным препятствием осуществления свободнорадикальных процессов окисления в нормальных условиях является высокий потенциальный барьер одноэлектронного восстановления в сочетании с квантовохимическим запретом по спину и требованиями симметрии наличия у восстановителя электронодонорной лорбитали. Гораздо легче происходит одноэлектронное восстановление продукта 2х электронного восстановления пероксида водорода. Занимая промежуточное положение в естественном круговороте , пероксид водорода обладает как окислительными, так и восстановительными свойствами, благодаря чему в нормальных условиях может участвовать в образовании радикалов ОН и Н. Н 2Н
Схема 1. Схема 1. Наряду с одноэлектронными процессами для пероксида водорода характерны и реакции 2х электронные, без образования промежуточных свободных радикалов 5. Четырехэлектронное восстановление осуществляется, главным образом, в процессах клеточного дыхания под действием цитохром соксидазы. При этом значительная доля поглощаемого кислорода восстанавливается до воды через промежуточное образованиене Н2 6. Пероксид водорода имеет важное значение для метаболических процессов в живых организмах, играет основную роль в иммунной системе растений 7. Присутствие Н2 в клетках живых организмов было доказано Чансом с сотр. Можно утверждать, что пероксид водородя является неотъемлемым участником внутриклеточных окислительновосстановительных процессов в живых организмах, осуществляющих аэробный обмен веществ, для которых основным источником энергии служит . Редокспроцессы с участием Н2 играют важную роль как в окружающей среде, так и в процессах жизнедеятельности. ОН2 Э Н2 1. Л 1. Н, 1. Внутриклеточное содержание супероксидного радикала регулируется ферментом супероксидцисмутазой, содержащей в активном центре ионы меди или цинка реже ионы железа и марганца . Природным катализатором, регулирующим внутриклеточное содержание 2, является каталаза рекордсмен среди всех ферментов по своей исключительно высокой каталитической активности . Н2 Н2 2Н 1. Активный центр каталазы содержит жслезопорфириновый комплекс тем, входящий в состав многих окислительновосстановительных ферментов. В частности, гемсодержащие ферменты формируют микросомальную систему окисления под общим названием цитохром Р0, участвуют в окислении гидрофобных органических веществ путем включения атома О в СН связь алкильной группы . ЯСН3 ЫСНО Н 1. ИСНз Н2 КСН2ОН Н 1. Не менее распространенным в живой природе является другой гемсодержащий фермент пероксидаза, представляющая собой посути одну из 4х субъединиц каталазы. ПН2 Н2н В 2НгО 1. Помимо одноэлсктронного восстановления по реакции 1.