Εργαστήριο τσέπης για την ανίχνευση υδραργύρου

Ο υδράργυρος θεωρείται σήμερα ότι είναι ιδιαίτερα τοξικός για τον άνθρωπο και τα ζώα. Ο βαθμός στον οποίο έχει διεισδύσει στο περιβάλλον και στα οικοσυστήματα που μας περιβάλλουν είναι ανησυχητικός σε τέτοιον βαθμό ώστε πριν από λίγο καιρό υπογράφηκε από 140 χώρες η Σύμβαση της Μιναμάτα, μια συμφωνία κατά της ρύπανσης του περιβάλλοντος με υδράργυρο (in.gr, 20 Ιανουαρίου 2013). Η σύμβαση πήρε το όνομά της από την ιαπωνική πόλη Μιναμάτα, όπου πολλοί άνθρωποι αρρώστησαν και πέθαναν λόγω βαριάς δηλητηρίασης από υδράργυρο.

Καθώς ο σύγχρονος τρόπος ζωής και η τεχνολογία πίσω από αυτόν απειλούν την ποιότητα ζωής και την υγεία μας, οι επιστήμονες βρίσκονται σε μια διαρκή προσπάθεια ανίχνευσης και ποσοτικής μέτρησης ανεπιθύμητων συστατικών στις τροφές, στις συσκευασίες των τροφίμων, στο νερό, ακόμη και στον αέρα που αναπνέουμε. Πολλοί από εμάς είμαστε εξοικειωμένοι με εικόνες από αστυνομικές σειρές, όπου ένα μικροσκοπικό μπουκαλάκι με υγρό εισάγεται σε ένα πολύπλοκο μηχάνημα και στην οθόνη εμφανίζεται αμέσως το αποτέλεσμα της ανάλυσης. Αν και η εικόνα αυτή απέχει πολύ από την πραγματικότητα, είναι γεγονός ότι σήμερα οι ακριβείς αναλύσεις γίνονται με τη χρήση τέτοιων μηχανημάτων. Η διαθεσιμότητα όμως ενός φορητού μίνι εξοπλισμού είναι μια ενδιάμεση λύση ανάμεσα στην απλή καθημερινότητα και σε ένα υπερσύγχρονο εργαστήριο. Η ιδέα δεν είναι εντελώς καινούργια. Αστυνομικοί που ασχολούνται με τη δίωξη των ναρκωτικών χρησιμοποιούν ειδικά διαλύματα, που χρωματίζονται ανάλογα με το είδος της ναρκωτικής ουσίας που έρχεται σε επαφή με αυτά. Η μέθοδος, την οποία ανέπτυξε προσφάτως μια ομάδα γάλλων και ρώσων χημικών για την ανίχνευση του υδραργύρου, πηγαίνει ένα βήμα παραπέρα: όχι μόνο είναι ευαίσθητη αποκλειστικά και μόνο στον υδράργυρο, αλλά ταυτόχρονα προσδιορίζει τα επίπεδα συγκέντρωσής του στο υπό ανάλυση δείγμα. Απαντά δηλαδή όχι μόνο στο ερώτημα «τι» αλλά και στο «πόσο». Γιατί όμως είναι τόσο επικίνδυνος ο υδράργυρος;

Ο υδράργυρος είναι το μοναδικό μεταλλικό χημικό στοιχείο που απαντάται σε υγρή μορφή υπό κανονικές συνθήκες. Για να στερεοποιηθεί στη συνηθισμένη πίεση της μιας ατμόσφαιρας, χρειάζεται να ψυχθεί στους -39^οC! Πήρε το όνομά του από τις ελληνικές λέξεις «υδρο-» και «άργυρος», γιατί μοιάζει με υγρό ασήμι. Είναι ευρέως γνωστός από τη χρήση του στα θερμόμετρα, τα οποία όμως, λόγω της τοξικότητας του μετάλλου, εξαφανίζονται σιγά-σιγά από την αγορά. Ο υδράργυρος μπορεί να εισέλθει στον ανθρώπινο οργανισμό βασικά με τρεις τρόπους: α) με τη μορφή ατμών υδραργύρου, που σχηματίζονται από το χημικό στοιχείο στην ελεύθερη μορφή του (όπως στα θερμόμετρα), β) με τη μορφή αλάτων του υδραργύρου, όπου ο υδράργυρος είναι ενωμένος με ανόργανα συστατικά και σχηματίζει ευδιάλυτες στο νερό ενώσεις, και γ) με τη μορφή οργανομεταλλικών ενώσεων, όπου ο υδράργυρος ενώνεται με το στοιχείο του άνθρακα (ο άνθρακας απαρτίζει τις οργανικές ενώσεις). Από τη στιγμή που ο υδράργυρος θα εισέλθει στον οργανισμό, μπορεί να καταστείλει μια ειδική ομάδα ενζύμων, που ρόλος τους είναι η συντήρηση των αντιοξειδωτικών ασπίδων του οργανισμού μας. Επειδή τα ένζυμα αυτά δρουν κυρίως στον εγκέφαλο, η ζημιά που προκαλείται από την απουσία τους είναι εξαιρετικά σοβαρή, ακόμη και θανατηφόρα.

Οι ατμοί του υδραργύρου εισέρχονται απευθείας στη γήινη ατμόσφαιρα από την ηφαιστειακή δράση και από την ανθρώπινη δραστηριότητα, όπως είναι π.χ. η καύση λιθάνθρακα στους ηλεκτροπαραγωγικούς σταθμούς και η μη ελεγχόμενη ανακύκλωση λαμπτήρων φθορισμού. Εισέρχονται, μέσω του αναπνευστικού συστήματος, στο κυκλοφορικό σύστημα και, εν τέλει, σε όλο το σώμα. Γι’ αυτόν τον λόγο είναι ακατάλληλη η απομάκρυνση σταγόνων υδραργύρου από σπασμένα θερμόμετρα με τη χρήση ηλεκτρικής σκούπας. Τα άλατα του υδραργύρου καταλήγουν στο περιβάλλον βασικά μόνο από ανθρωπογενείς πηγές, όπως είναι η εξόρυξη χρυσού, καθώς και οι βιομηχανίες παραγωγής τσιμέντου, καυστικής σόδας και μπαταριών. Τα ανόργανα άλατα του υδραργύρου, που είναι διαλυτά στο νερό, απορροφώνται από το γαστρεντερικό σύστημα. Τέλος, ο οργανομεταλλικός υδράργυρος είναι δυνατόν να προέρχεται είτε απευθείας από ανθρώπινες δραστηριότητες, όπως τα βιομηχανικά απόβλητα, είτε από προϊόντα μικροβιακής δράσης στα υδάτινα οικοσυστήματα, όπου το χημικό στοιχείο του υδραργύρου είναι παρόν με άλλες μορφές. Με αυτή την οργανομεταλλική μορφή, ο υδράργυρος μπορεί να φθάσει στον εγκέφαλο, όπου και προκαλεί νευρολογικά προβλήματα, τα οποία συνιστούν την ασθένεια της Μιναμάτα.

Η καταστροφή της Μιναμάτα στα τέλη της δεκαετίας του 1950 είναι μια ακραία περίπτωση ανεξέλεγκτης απόρριψης βιομηχανικών αποβλήτων σε περιοχή όπου το ψάρεμα ήταν η κύρια δραστηριότητα των κατοίκων. Το εργοστάσιο της εταιρείας Chisso παρήγε εκείνη την εποχή μεγάλες ποσότητες μιας χημικής ένωσης, της ακεταλδεΰδης. Στην αντίδραση παρασκευής χρησιμοποιούνταν ως καταλύτης ο θειικός υδράργυρος και ένα μέρος από αυτόν μετατρεπόταν, τελικά, σε μεθυλυδραργυρικές ενώσεις. Με τη μορφή αυτή ο υδράργυρος κατέληγε, μαζί με άλλα απόβλητα, στον Κόλπο Μιναμάτα και συσσωρεύθηκε σταδιακά στα ψάρια τα οποία καταναλώνονταν από τους κατοίκους της περιοχής. Η βαριά δηλητηρίαση εκδηλώθηκε με συμπτώματα όπως μούδιασμα, προβλήματα ακοής και όρασης, μυϊκή ατονία. Σημειώθηκαν 1.784 θάνατοι και πολλοί άνθρωποι ζουν ως σήμερα με μόνιμες βλάβες στην υγεία τους.

Εκτοτε οι χημικοί ανέπτυξαν υπερευαίσθητες τεχνικές ταυτοποίησης και μέτρησης ουσιών, που θεωρούνται επικίνδυνες για την ανθρώπινη υγεία, τόσο στο νερό όσο και στον αέρα. Τα δείγματα που συλλέγονται αποστέλλονται στα εργαστήρια για αναλύσεις. Οι σημερινές ανάγκες του ανθρώπου όμως εξελίσσονται και απαιτούν, πρώτα απ’ όλα, ένα πράγμα: ταχύτητα. Με στόχο την ανάπτυξη ενός γρήγορου τεστ, γάλλοι και ρώσοι χημικοί συνέθεσαν ένα είδος οργανικών μορίων, τα οποία έχουν την ικανότητα να αλλάζουν χρώμα όταν συνδέονται χημικά με τον υδράργυρο των ανόργανων αλάτων. Αυτή τη συμπεριφορά μάλιστα δεν την εκδηλώνουν με άλλα μέταλλα, που συνυπάρχουν ως ανόργανα άλατα στο νερό (χαλκός, κάδμιο, μόλυβδος κ.ά.). Δεν είναι τόσο σπάνιο οργανικά μόρια να διαθέτουν τέτοιες επιλεκτικές ιδιότητες, αλλά συνήθως είναι αδιάλυτα στο νερό κι έτσι είναι δύσκολο να αξιοποιηθούν. Για να γίνει πραγματικά εφαρμόσιμο το τεστ λοιπόν οι χημικοί συνέθεσαν αυτό το οργανικό μόριο, προσθέτοντας ένα ιδιαίτερο δομικό χαρακτηριστικό, το οποίο του επιτρέπει να διαλύεται στο νερό. Τέλος, εμπότισαν ένα ειδικό στρώμα πολυμερούς με τη συνθετική αυτή ουσία και κατασκεύασαν έτσι ένα εργαστήριο τσέπης! Το μόνο που χρειάζεται είναι η εμβύθιση του υλικού του τεστ στο δείγμα νερού. Αν υπάρχει υδράργυρος στο δείγμα, θα αλληλεπιδράσει χημικά με το οργανικό μόριο που περιέχεται στο πολυμερές και το αποτέλεσμα θα είναι εμφάνιση χρώματος. Το χρώμα που προκύπτει, σε χρόνο που δεν ξεπερνά τα 3 λεπτά, ποικίλλει, ανάλογα με την ποσότητα υδραργύρου που υπάρχει στο δείγμα που αναλύεται. Η αξία τέτοιων τεστ, όπου το αποτέλεσμα είναι ορατό διά γυμνού οφθαλμού, έγκειται στην ευκολία χρήσης τους. Με τις κατάλληλες οδηγίες η χρήση τους είναι δυνατή από τον καθένα μας. Στο όχι και τόσο μακρινό μέλλον ίσως να μπορούμε να ελέγχουμε εμείς οι ίδιοι το νερό που πίνουμε αξιοποιώντας τη σύγχρονη τεχνολογία, πραγματικά, προς όφελός μας.