Дробное определение марганца в трупном материале

Судебнохимическое исследование органов трупа на марганец проводят частным методом, предложенным М.М. Мустафаевым, или по систематическому ходу анализа.

Частное определение проводят после сухого озоления органов окислением Mn²+ до Mn⁷⁺. Недостатком этого метода является постоянно открываемое естественное содержание марганца, необходимость вести исследование в отдельной навеске, что удлиняет анализ.

Исследование сероводородным методом требует до 3 рабочих дней. При этом теряют до 64% марганца, соосаждующегося с гидроокисью железа. Чувствительность метода мала — 0, 9 мг марганца в 100 г органа при озолении серной и азотной кислотой (М.М. Мустафаев). По нашим данным, чувствительность сероводородного метода еще ниже: нередко в процессе разделения катионов до 10 мг марганца в 100 г органов уже не обнаруживается.

Нашей целью была разработка надежного и быстрого дробного метода определения марганца в органах трупа после разрушения их серной и азотной кислотой для включения его в общую схему дробного анализа.

Экспериментальное исследование

В основу была положена широко известная специфичная и чувствительная реакция окисления Mn²⁺—>Mn⁷⁺.

В качестве окислителей использовали перйодат натрия и персульфат аммония в присутствии нитрата серебра, обладающие высокой окислительной способностью; они не загрязнены примесью марганца, при реакции не дают осадков. Чувствительность обеих реакций, по литературным данным, составляет 0,0001 мг марганца в 1 мл.

Это позволило ограничиться небольшим объемом исследуемого минерализата, составляющим 1/200 часть его, исключить обнаружение естественно содержащегося в органах марганца и устранить влияние посторонних ионов (особенно постоянно присутствующих хлоридов), избегая операции упаривания минерализата.

В литературе даны, методы определения марганца, основанные на окислении Mn²+ —> Mn⁷⁺. Однако нет единого мнения о зависимости чувствительности от количества окислителя, кислотности раствора, продолжительности нагревания и т. д. и влиянии посторонних ионов.

Изучение условий проведения реакции Mn²⁺—>Mn⁷⁺ на водных растворах. Определяли оптимальные условия окисления Mn²⁺ с учетом особенностей судебнохимического анализа органов трупа, разрушенных серной и азотной кислотой, проверяли влияние посторонних ионов, имеющих токсикологическое значение, на чувствительность реакции, построили градуировочный график определения марганца по MnO^-4.

Чувствительность реакции при окислении как перйодатом, так и персульфатом зависит от количества окислителя, кислотности раствора, времени нагревания и способа проведения реакции. 0,02 г перйодата (по рекомендации М.М. Мустафаева), а также 0,5—0,1 г персульфата окисляют марганец в дозе 0,0005—0,1 мг/мл. Как меньшие (0,0001 — 0,0005 мг/мл), так и большие (>0, 1 мг/мл) количества марганца этими количествами реагентов не окисляются до Mn⁷⁺, а поэтому могут быть потеряны при использовании таких количеств окислителя.

Из посторонних ионов (As³⁺, Sb³⁺, Sn²⁺, Bi³⁺, Hg²⁴⁺, Cd²⁺, Fe³⁺, Zn²⁺, Cu²⁺, Cr³⁺), имеющих судебнохимическое значение, реакции мешают железо, сильно окрашенные ионы (хром и медь) и хлориды.

Увеличение количества окислителей позволяет повысить чувствительность реакции в присутствии посторонних ионов.

Оптимальное количество перйодата для окисления Mn²⁺->Mn⁷⁺ при концентрации от 0,0001 до 1 мг/мл — 0,2 г, оптимальное количество персульфата — 0,5 г.

Оптимальным количеством серебра в окисляемом объеме раствора марганца являются 2 капли 10% раствора нитрата его.

В табл. 1 приведены результаты опытов по определению чувствительности реакции окисления Mn²⁺->Mn⁷⁺ в зависимости от количества окислителя в присутствии посторонних ионов.

Мешающее влияние железа легко устраняется добавлением фосфорной кислоты или насыщенного раствора фосфатов щелочных металлов.

Фосфатионы следует добавлять только непосредственно перед окислением, так как добавление его за 20-30 мин. и более до начала реакции ведет к образованию прочного комплекса фосфатиона с марганцем и снижению чувствительности реакции Mn²⁺->Mn⁷⁺.

Таблица 1

Влияние количества окислителя и посторонних ионов на чувствительность реакции окисления Mn²⁺->Mn⁷⁺Мп в водных растворах

В случае одновременного присутствия хрома он должен быть предварительно отделен, так как, окисляясь персульфатом и перйодатом, хром дает желтую окраску (Cr₂О^2-7), мешающую даже при содержании 1 мг Cr³⁺ в окисляемом объеме.

В основу методики положено указание Bode о том, что марганец осаждается количественно диэтилдитиокарбаматом натрия при pH 6, 0—9, 0 и экстрагируется хлороформом. Хром в этих условиях не осаждается диэтилдитиокарбаматом натрия и не экстрагируется хлороформом.

Методика отделения хрома. При окраске минерализата в сине-зеленый цвет и отсутствии меди исследуемая часть раствора нейтрализуется едким натром до pH 8,0 и жидкость экстрагируется 1% раствором диэтилдитиокарбамата натрия в хлороформе. При этом хром остается в растворе, а марганец переходит в хлороформный слой и реэкстрагируется 10% раствором азотной кислоты. С реэкстрактом проводят реакции окисления перйодатом или персульфатом.

Оптимальная кислотность при окислении марганца для малых количеств его (<0,01 мг/мл) лежит в узких пределах — от 0,1 до 1 г-экв/л H₂S0₄, несмотря на утверждения В.В. Авилова и М.К. Иванцовой об устойчивости системы MnO₄^- — Mn²⁺ в широком интервале концентрации серной кислоты (от 0,1 до 8 г-экв/л).

Оптимальное время нагревания при окислении Mn²⁺ ->Mn⁷⁺ перйодатом 20 мин. Окраска MnO₄^- при этом устойчива и сохраняется продолжительное время. По данным К.Н. Ершовой, окраска MnO₄^- при окислении перйодатом сохраняется до 1 месяца.

Ввиду того что длительное нагревание окисляемого раствора для разложения избытка персульфата ведет к понижению чувствительности реакции Mn²⁺—>Mn⁷⁺, мы изменили порядок добавления персульфата к исследуемому раствору.

Окраска MnO₄^- при окислении персульфатом, особенно небольших количеств марганца (<0,005 мг/мл), неустойчива. Поэтому колориметрирование окисленного раствора следует производить сразу после окисления и охлаждения.

График калибровочной кривой определения марганца по MnO₄ — для кюветы 10 мм (концентрация марганца 0—30 мкг1мл).

В результате была выработана методика определения марганца в органах трупа человека при разрушении серной и азотной: кислотой. Определение марганца после окисления до MnO₄^- проводили путем измерения оптической плотности раствора в кювете с толщиной поглощаемого слоя 10 ММ на фотоэлектроколориметре ФЭКН-57 при 465 ммк.

Градуировочный график для определения марганца был построен на точных растворах КMnO₄. Раствором сравнения служила дистиллированная вода. Растворы MnO₄^- подчиняются закону Бера при концентрации марганца от 0, 0001 до 0,03 мг/мл (см. рисунок).

Методика определения

1. Окисление NaJO₄. 1 мл исследуемого раствора, содержащий ~20% H₂SO₄ ¹ и определенное количество Mn²⁺², помещают в градуированную пробирку. Добавляют 1 мл 40% раствора Н₃РO₄ или насыщенного раствора NaH₂PO₄, 0,2 г NaJO₄, воды до 5 мл и нагревают в кипящей водяной бане в течение 20 мин. В зависимости от интенсивности появившейся окраски MnO₄^- раствор после охлаждения доводят водой до 5 мл или более и измеряют оптическую плотность в кювете с толщиной поглощаемого слоя 10 мм. Содержание марганца находят по градуировочному графику.

2. Окисление (NH₄)₂S₂0₈+AgNO₃. 1 мл исследуемого на марганец раствора, содержащего ~20% H₂SO₄, помещают в градуированную пробирку. Добавляют 1 мл Н₃РO₄ или насыщенного раствора NaH₂PO₄, 2 капли 10% раствора AgNO₃, воды до 5 мл и раствор нагревают 5 мин. в кипящей водяной бане. К горячему раствору добавляют 0, 5 г (NH₄)₂S₂O₈ и нагревают в кипящей водяной бане до прекращения выделения пузырьков газа (2—3 мин.), т. е. до разложения избытка персульфата. С окрашенным раствором поступают, как описано в пункте 1. Для сравнения в обоих методах проводят слепой опыт с реактивами в тех же условиях.

Изложенную выше методику определения марганца проверили на водных растворах. Для этого готовили 20% раствор серной кислоты, содержащий в 200 мл определенное количество Mn²⁺. Один миллилитр исследуемого раствора анализировали, как описано выше.

Результаты, представленные в табл. 2, указывают на достаточную точность разработанного метода при определении 0, 2—20 мг марганца в исследуемом объеме ³.

Определение марганца в трупном материале. К 100 г тщательно измельченной средней пробы печени, почек и матки трупов людей добавляли определенное количество Mn²⁺, пробу перемешивали. На следующий день органические вещества разрушали, для чего материал заливали 75 мл смеси H₂SO₄ + HNO₃ + H₂O в соотношении 1:1:1 и разрушали, как описано в методических письмах главного судебномедицинского эксперта Министерства здравоохранения СССР об обнаружении мышьяка, свинца и цинка (1956). После удаления окислов азота формалином охлажденную жидкость разбавляли водой до 200 мл. По 1 мл минерализата исследовали перйодатным и персульфатным методами.

Таблица 2

Определение марганца в водных растворах

Обозначения здесь и в табл. 3, 4; х — среднее арифметическое; σ — среднее квадратическое отклонение.

Таблица 3

Определение марганца в печени человека

¹ При учете среднего содержания марганца, определенного в печени в качестве естественного, его количество составляет 0,51 на, или 102%.

Таблица 4

Определение марганца в почках человека

¹ При учете среднего содержания марганца, определенного в почках в качестве естественного, среднее количество определяемого марганца составляет 0,45 мг, или 90%.

Результаты определения марганца в печени и почках (табл. 3 и 4) ⁴ указывают на то, что, будучи добавленным к органам трупа человека в количестве 1 —10 мг на 100 г органа, он определяется как в печени, так и в почках с той же точностью, как и на водных растворах. При определении 0, 5 мг марганца в 100 г органа точность резко падает. Персульфатным методом он определяется с потерей до 20%, при определении перйодатным методом результаты резко завышаются (до 48%) за счет естественного содержания марганца. В одновременно поставленных контрольных опытах естественно содержащийся марганец определялся только перйодатным методом. В 100 г средней пробы печени определено 0, 17 мг марганца, в 100 г почек — 0, 16 мг. Персульфатным методом в тех же пробах естественно содержащийся марганец не определяется (получен отрицательный результат). Данные опытов подтвердили большую надежность определения малых количеств (<1 мг) марганца в органах перйодатным методом, чем персульфатным. Вместе с тем персульфатный метод имеет преимущество для судебнохимического анализа, заключающееся в том, что естественно содержащийся марганец, как правило, им не определяется.

В связи с возможностью обнаружения в органах трупа естественно содержащегося марганца перйодатным методом мы определяли естественное содержание его в органах, которые чаще являются объектами судебнохимического исследования (печень, почки, матка).

Исследовали органы от 20 трупов мужчин и женщин в возрасте от 18 до 80 лет, погибших не от отравления. Содержание марганца в указанных органах колебалось примерно в пределах, указанных в литературе. Однако в некоторых случаях верхний предел был выше. Перйодатным методом в 100 г печени определяли от 0, 13 до 0, 4 мг марганца, в 100 г) почек — от 0, 06 до 0, 28 мг, в 100 г матки — от 0. 04 до 0, 16 мг. Какой-либо зависимости содержания марганца от возраста и пола не отмечено.

Параллельное окисление марганца одновременно двумя методами дает возможность, как правило, исключать естественно содержащийся марганец визуально, не прибегая к количественному определению, а использование для качественно-количественного определения всего 2 мл из 200 мл минерализата, соответствующих 1 г навески органов, позволяет включить метод в общую схему дробного анализа.

Разработанный метод обладает не только высокой чувствительностью и точностью, но и быстротой (на определение марганца в минерализате органов одновременно двумя методами затрачивается 30—40 мин.).)

Выводы

1. Разработан дробный метод исследования органов трупа на марганец, обладающий высокой чувствительностью (достаточно 1/100 части минерализата, соответствующей 1 г навески органов). Параллельное окисление перйодатом и персульфатом позволяет исключить естественное содержание марганца.
2. Метод надежен, специфичен и точен. Количества марганца от 1 до 10 мг в 100 г органов определяются в пределах 97—104% (средняя относительная ошибка 4—2%) при окислении перйодатом и 98—99% (средняя относительная ошибка 1—3%) при окислении персульфатом.
3. Перйодатным методом в 100 г печени определяется от 0,13 до 0, 4 мг естественно содержащегося марганца, в 100 г почек — от 1, 06 до 0, 28 мг, в 100 г матки — от 0, 04 до 0, 16 мг.
4. На определение марганца в минерализате затрачивается 30—40 мин.

¹ Приблизительная концентрация кислоты в минерализате после разрушения. 100 г органов H₂S0₄+HNO₃ и разбавления минерализата до 200 мл.

² После разрушения марганец находится всегда в двухвалентном состоянии.

³ Метод дает возможность определять до 200 мг марганца в исследуемом объеме с той же точностью.

⁴ В каждой серии ставили контрольный опыт с незатравленными органами. Результаты опытов по определению марганца, добавленного к матке, такие же, как с печенью и почками.