stringtranslate.com

Нитрат

Нитрат представляет собой многоатомный ион с химической формулой NO.−
3. Соли , содержащие этот ион , называются нитратами . Нитраты являются распространенными компонентами удобрений и взрывчатых веществ. [1] Почти все неорганические нитраты растворимы в воде . Примером нерастворимого нитрата является оксинитрат висмута .

Состав

Нитрат-ион с показанными парциальными зарядами

Ион представляет собой сопряженное основание азотной кислоты , состоящее из одного центрального атома азота , окруженного тремя одинаково связанными атомами кислорода в тригональном плоском расположении. Нитрат-ион несет формальный заряд -1. Этот заряд возникает в результате комбинации формального заряда, в котором каждый из трех атомов кислорода несет заряд - 2 ⁄ 3 , тогда как азот несет заряд +1, и все это в сумме образует формальный заряд многоатомного нитрат-иона. Такое расположение обычно используется в качестве примера резонанса . Как и изоэлектронный карбонат- ион, нитрат-ион может быть представлен резонансными структурами:

Канонические резонансные структуры нитрат-иона

Пищевая нитрат

Богатым источником неорганических нитратов в рационе человека являются листовые зеленые продукты, такие как шпинат и руккола . НЕТ−
3(неорганический нитрат) является жизнеспособным активным компонентом свекольного сока и других овощей. Питьевая вода также является диетическим источником. [2]

Диетические добавки нитратов дают положительные результаты при тестировании производительности в упражнениях на выносливость. [3]

Прием больших доз нитратов в форме чистого нитрата натрия или свекольного сока молодыми здоровыми людьми быстро увеличивает концентрацию нитратов в плазме в 2–3 раза, и эта повышенная концентрация нитратов может сохраняться в течение как минимум 2 недель. Увеличение содержания нитратов в плазме стимулирует выработку оксида азота NO. Оксид азота является важной физиологической сигнальной молекулой, которая используется, среди прочего, в регуляции мышечного кровотока и митохондриального дыхания. [4]

Колбасные изделия

Потребление нитритов в первую очередь определяется количеством съеденного обработанного мяса и концентрацией нитратов в этом мясе. Хотя нитриты представляют собой соединения азота, которые в основном используются при консервировании мяса, также используются нитраты. Нитраты приводят к образованию нитрозаминов . [5] Выработку канцерогенных нитрозаминов можно подавить за счет использования антиоксидантов витамина С и альфа-токофероловой формы витамина Е во время лечения. [6]

Многие мясоперерабатывающие предприятия заявляют, что их мясо (например, бекон) «необработанное» — это маркетинговое заявление, не имеющее фактической основы: не существует такого понятия, как «необработанный» бекон (поскольку это, по сути, сырая нарезанная свиная грудинка). [7] [ нужен лучший источник ] «Необработанное» мясо на самом деле обрабатывается нитритами практически без каких-либо различий в процессе — единственная разница заключается в требованиях маркировки Министерства сельского хозяйства США о нитритах растительного происхождения (например, из сельдерея) и «синтетических». ' нитрат натрия. (Аналогией можно назвать очищенную «морскую соль» и хлорид натрия — оба являются одним и тем же химическим веществом, с единственной существенной разницей в происхождении.)

Антигипертензивные диеты, такие как диета DASH , обычно содержат высокие уровни нитратов, которые сначала восстанавливаются до нитритов в слюне, как это обнаружено при тестировании слюны , прежде чем образовывать оксид азота . [2]

Возникновение и производство

Нитратные соли встречаются в природе на Земле в засушливых средах в виде крупных отложений, особенно нитратина , основного источника нитрата натрия .

Нитраты производятся рядом видов нитрифицирующих бактерий в природной среде с использованием аммиака или мочевины в качестве источника азота и источника свободной энергии. Нитратные соединения для пороха исторически производились в отсутствие минеральных источников нитратов посредством различных процессов ферментации с использованием мочи и навоза.

Удары молний в земной атмосфере, богатой азотом и кислородом, образуют смесь оксидов азота, которые образуют ионы азота и ионы нитрата, которые вымываются из атмосферы дождями или скрытыми отложениями .

Нитраты производятся в промышленности из азотной кислоты . [1]

Использование

сельское хозяйство

Нитраты используются в качестве удобрений в сельском хозяйстве из-за их высокой растворимости и биоразлагаемости. Основными нитратными удобрениями являются соли аммония , натрия , калия , кальция и магния . Для этой цели ежегодно производится несколько миллиардов килограммов. [1]

Огнестрельное оружие

Нитраты используются в качестве окислителей, особенно во взрывчатых веществах, где при быстром окислении соединений углерода выделяются большие объемы газов (см., например, порох ).

Промышленный

Нитрат натрия используется для удаления пузырьков воздуха из расплавленного стекла и некоторых видов керамики. Смеси расплавленной соли используются для упрочнения некоторых металлов. [1]

Кино

Нитрат также использовался в качестве пленочного материала через нитроцеллюлозу . Из-за ее высокой горючести в 1950 году студии перешли на ацетатную защитную пленку.

Лекарство

В медицинской сфере нитраты, такие как тринитрат глицерина , динитрат изосорбида и мононитрат изосорбида , используются для профилактики и лечения острого коронарного синдрома , инфаркта миокарда , острого отека легких . [8] Этот класс препаратов также известен как нитровазодилататоры .

Обнаружение

Почти все методы обнаружения нитратов основаны на их преобразовании в нитрит с последующим проведением тестов, специфичных для нитритов. Восстановление нитрата до нитрита осуществляется медно-кадмиевым материалом. Пробу вводят с помощью проточно-инжекционного анализатора, а полученные в результате нитритсодержащие стоки затем объединяют с реагентом для колориметрического или электрохимического обнаружения. Самым популярным из этих анализов является тест Грисса , при котором нитрит преобразуется в глубоко окрашенный азокраситель , подходящий для УФ-спектроскопического анализа. В этом методе используется реакционная способность азотистой кислоты , получаемой в результате подкисления нитрита. Азотистая кислота избирательно реагирует с ароматическими аминами с образованием солей диазония, которые, в свою очередь, соединяются со вторым реагентом с образованием азокрасителя. Предел обнаружения составляет от 0,02 до 2 мкм. [9] Такие методы были хорошо адаптированы к биологическим образцам. [10]

Безопасность

Острая токсичность нитратов невелика. Существуют «существенные разногласия» относительно долгосрочных рисков воздействия нитратов. Две области, которые могут вызывать беспокойство, заключаются в том, что (i) нитрат может быть предшественником нитрита в нижних отделах желудочно-кишечного тракта , а нитрит является предшественником нитрозаминов, которые участвуют в канцерогенезе, и (ii) нитрат участвует в метгемоглобинемии , заболевании. гемоглобина в эритроцитах. [11] [12]

Метгемоглобинемия

Нитраты не влияют на младенцев и беременных женщин. [13] [14] Синдром голубого ребенка вызван рядом других факторов, таких как расстройство желудка, например, диарейная инфекция, непереносимость белка, токсичность тяжелых металлов и т. д., при этом нитраты играют незначительную роль. [15]

Стандарты питьевой воды

В соответствии с Законом о безопасной питьевой воде Агентство по охране окружающей среды США установило максимальный уровень загрязнения 10 мг/л или 10 частей на миллион нитратов в питьевой воде. [16]

Приемлемая суточная доза (ADI) нитрат-ионов была установлена ​​Объединенным комитетом экспертов ФАО/ВОЗ по пищевым добавкам (JEFCA) в диапазоне 0–3,7 мг (кг массы тела) −1 день −1 . [17]

Водная токсичность

Нитраты поверхности моря из Атласа Мирового океана

В пресноводных или устьевых системах, расположенных вблизи суши, нитраты могут достигать смертельных для рыб концентраций. Хотя нитрат гораздо менее токсичен, чем аммиак, [18] уровни нитрата более 30 частей на миллион могут подавлять рост, ослаблять иммунную систему и вызывать стресс у некоторых водных видов. [19] Токсичность нитратов остается предметом дискуссий. [20]

В большинстве случаев избыточных концентраций нитратов в водных системах основными источниками являются сбросы сточных вод, а также поверхностные стоки с сельскохозяйственных или ландшафтных территорий, получивших избыточное количество нитратных удобрений. В результате эвтрофикация и цветение водорослей приводят к аноксии и мертвым зонам . Как следствие, поскольку нитраты являются компонентом общего количества растворенных твердых веществ , они широко используются в качестве индикатора качества воды .

Корма для домашних животных

Симптомы отравления нитратами у домашних животных включают учащенное сердцебиение и дыхание; в запущенных случаях кровь и ткани могут стать синими или коричневыми. Корм можно проверить на нитраты; обработка состоит из дополнения или замены существующих запасов материалом с низким содержанием нитратов. Безопасные уровни нитратов для различных видов скота следующие: [21]

Приведенные выше значения указаны для сухого (без влаги) материала.

Соли и ковалентные производные

Образование нитратов с элементами таблицы Менделеева:

Смотрите также

Рекомендации

  1. ^ abcd Лауэ В., Тиманн М., Шайблер Э., Виганд К.В. (2006). «Нитраты и нитриты». Энциклопедия промышленной химии Ульмана . Вайнхайм: Wiley-VCH. дои : 10.1002/14356007.a17_265. ISBN 978-3527306732.
  2. ^ аб Хорд Н.Г., Тан Ю., Брайан Н.С. (июль 2009 г.). «Пищевые источники нитратов и нитритов: физиологический контекст потенциальной пользы для здоровья». Американский журнал клинического питания . 90 (1): 1–10. дои : 10.3945/ajcn.2008.27131 . ПМИД  19439460.
  3. ^ МакМахон Н.Ф., Леверитт, доктор медицины, Пейви Т.Г. (апрель 2017 г.). «Влияние пищевых добавок нитратов на выносливость у здоровых взрослых: систематический обзор и метаанализ» (PDF) . Спортивная медицина (Окленд, Новая Зеландия) . 47 (4): 735–756. дои : 10.1007/s40279-016-0617-7. PMID  27600147. S2CID  207494150.
  4. ^ Моэн, Рональд Дж (2013). Еда, питание и спортивные результаты III . Нью-Йорк: Тейлор и Фрэнсис. п. 63. ИСБН 978-0-415-62792-4.
  5. ^ Бингхэм С.А., Хьюз Р., Кросс А.Дж. (ноябрь 2002 г.). «Влияние белого и красного мяса на эндогенное N-нитрозирование в толстой кишке человека и дополнительные доказательства реакции на дозу». Журнал питания . 132 (11 Доп.): 3522S–3525S. дои : 10.1093/jn/132.11.3522S . ПМИД  12421881.
  6. ^ Партасарати Д.К., Брайан Н.С. (ноябрь 2012 г.). «Нитрит натрия: «лекарство» от недостаточности оксида азота». Мясная наука . 92 (3): 274–9. doi :10.1016/j.meatsci.2012.03.001. ПМИД  22464105.
  7. ^ «Есть ли разница между вылеченным и невылеченным беконом?». 9 декабря 2022 г.
  8. ^ Соман, Биджи; Виджаярагаван, Говиндан. «Роль органических нитратов в оптимальном лечении стенокардии». www.escardio.org . Проверено 30 октября 2023 г.
  9. ^ Муркрофт, М.; Дэвис, Дж.; Комптон, Р.Г. (2001). «Обнаружение и определение нитратов и нитритов: обзор». Таланта . 54 (5): 785–803. doi : 10.1016/S0039-9140(01)00323-X. ПМИД  18968301.
  10. ^ Эллис, Грэм; Адатия, Ян; Язданпана, Мехрдад; Макела, Синикка К. (1998). «Анализ нитритов и нитратов: перспектива клинической биохимии». Клиническая биохимия . 31 (4): 195–220. дои : 10.1016/S0009-9120(98)00015-0. ПМИД  9646943.
  11. ^ Паулсон, Дэвид С.; Аддискотт, Том М.; Бенджамин, Найджел; Кассман, Кен Г.; Де Кок, Тео М.; Ван Гринсвен, Ганс; л'Ирондель, Жан-Луи; Эйвери, Алекс А.; Ван Кессель, Крис (2008). «Когда нитраты становятся опасными для человека?». Журнал качества окружающей среды . 37 (2): 291–5. дои : 10.2134/jeq2007.0177. PMID  18268290. S2CID  14097832.
  12. ^ «Отравление нитратами и нитритами: Введение». Ветеринарное руководство компании Merck . Проверено 27 декабря 2008 г.
  13. ^ Аддискотт, ТМ; Бенджамин, Н. (2006). «Нитраты и здоровье человека». Использование и управление почвами . 20 (2): 98–104. doi :10.1111/j.1475-2743.2004.tb00344.x. S2CID  96297102.
  14. ^ А. А. Эйвери: Младенческая метгемоглобинемия - пересмотр роли нитратов питьевой воды, перспективы здоровья окружающей среды , том 107, номер 7, июль 1999 г.
  15. ^ Манассарам Д.М., Бэкер Л.К., Мессинг Р., Флеминг Л.Е., Люк Б., Монтейлх С.П. (октябрь 2010 г.). «Нитраты в питьевой воде и уровни метгемоглобина во время беременности: продольное исследование». Состояние окружающей среды . 9 (1): 60. дои : 10.1186/1476-069x-9-60 . ПМЦ 2967503 . ПМИД  20946657. 
  16. ^ «4. Каковы правила EPA по содержанию нитратов в питьевой воде?». Грунтовые и питьевые воды . Проверено 13 ноября 2018 г.
  17. ^ Багери, Х.; Хаджян, А.; Резаи, М.; Ширзадмехр, А. (2017). «Композит из наночастиц металла меди-многостенных углеродных нанотрубок-восстановленного оксида графена как новая и высокопроизводительная платформа электрохимического сенсора для одновременного определения нитрита и нитрата». Журнал опасных материалов . 324 (Часть Б): 762–772. дои : 10.1016/j.jhazmat.2016.11.055. ПМИД  27894754.
  18. ^ Романо Н., Цзэн С. (сентябрь 2007 г.). «Острая токсичность нитрата натрия, нитрата калия и хлорида калия и их влияние на состав гемолимфы и структуру жабр ранней молоди синих крабов-пловцов (Portunus pelagicus Linnaeus, 1758) (Decapoda, Brachyura, Portunidae)». Экологическая токсикология и химия . 26 (9): 1955–62. дои :10.1897/07-144р.1. PMID  17705664. S2CID  19854591.
  19. ^ Шарп, Ширли. «Нитраты в аквариуме». О сайте.com . Архивировано из оригинала 24 июля 2011 года . Проверено 30 октября 2013 г.
  20. ^ Романо Н., Цзэн С. (декабрь 2007 г.). «Влияние калия на нитрат-опосредованные изменения осморегуляции у морских крабов». Водная токсикология . 85 (3): 202–8. doi :10.1016/j.aquatox.2007.09.004. ПМИД  17942166.
  21. ^ «Риск нитратов в кормовых культурах - часто задаваемые вопросы» . Сельское хозяйство и развитие сельских районов . Правительство Альберты . Проверено 30 октября 2013 г.

Внешние ссылки

Викискладе есть медиафайлы по теме нитрат-иона .