镉:“伪劣药品”案里的惊人发现

镉,相信很多学过化学的人只闻其名,不知其就里。镉,是一种有光泽银白色的重金属元素。污染环境的重金属排名中,镉居第二位(前三名依次为汞、镉、铅)。遍地开花的开矿、加工等行为,使得原本以化合物形式存在的镉,通过废水排入沟渠河流,再通过灌溉污染农作物,水稻是典型的“受害作物”。2013年,“10%大米镉超标”的新闻,让“镉”初次进入大众视野;2015年“广州超过4成大米镉超标”的报道,更让公众群情激愤。

被镉污染的空气和食物对人体危害严重,且在人体内代谢较慢,日本因镉中毒曾出现“痛痛病”。鉴于此,欧盟将镉列为高危害有毒物质和可致癌物质并予以规管。

其实,危害性极大的镉,在地壳中的含量非常非常少,只有千万分之二。它常常混在锌矿里,不易被人们发现。再者镉的沸点比较低,更容易挥发,冶炼过程中,锌矿里的镉很早就挥发而去。由于这些原因,直到1817年,镉才被人们所发现。

1

那年秋天,德国汉诺弗州药商视察专员斯特罗迈厄到希尔德斯海姆市去视察。他的另外两个身份分别是,汉诺弗州药物管理总监和哥廷根大学的化学教授。

很快,他在药店里看到那些标着“氧化锌”的药瓶里,装的是碳酸锌。尽管碳酸锌和氧化锌都是白色粉末,但斯特罗迈厄还是一眼就看出问题所在。进一步了解,这一带的药商都是用碳酸锌代替氧化锌,配制一种治疗湿疹、癣等皮肤病的消毒药。

白色的碳酸锌

“这种做法是违反《德国药典》规定,是违法的。你们不知道吗?”他生气地问药店老板。

“我们的药品都是从化学制药厂买进的,货运来就是这样。我们分不清什么是氧化锌,什么是碳酸锌,但我们知道那个制药厂是经过国家检验的。”药店老板叫屈。

“碳酸锌稍加煅烧便成为氧化锌,这个过程非常简便。为什么制药厂要冒犯法的风险,用碳酸锌代替氧化锌呢?”斯特罗迈厄决定去生产碳酸锌的药厂。

“专使大人,请听我解释。我厂的研发人员加热碳酸锌制取氧化锌时,遇到一个解不开的难题,就是碳酸锌一加热就变成了黄色,继续加热又呈现橘红色。我们担心生成的带色氧化锌没有市场,就用碳酸锌来冒充了。”药物部负责人约斯特这样解释,“希望专使大人给我们提出改革方案。以后我们再也不会自作主张了。”

“我想想。”药物总监兼化学教授斯特罗迈厄对此产生了兴趣。因为他深知,正常的碳酸锌加热后会生成白色的氧化锌和二氧化碳,而不会出现变色现象;现在它总是出现变色现象,这其中必有缘故。(注一)

于是,斯特罗迈厄向约斯特要了一些碳酸锌样品,带回哥廷根大学进行分析研究。他先将碳酸锌溶解于硫酸中,然后在生成的溶液里通入硫化氢气体,最终得到一种黄褐色的硫化物。

砒霜,类似碳酸锌

“这应该是一种新的金属!”斯特罗迈厄只是这么想。毕竟数量太少,只有3克,无法深入研究。他把这件事记到笔记本上,等后续再研究。

第二年,斯特罗迈厄巡视到德国东部的马格德堡市时,又发现一个现象,即一家制药厂把一种类似雄黄(注二)的黄色沉淀物(碳酸锌溶解于酸后,再通入硫化氢所得,即斯特罗迈厄所做的实验)作为药引子。根据已有经验,斯特罗迈厄怀疑药引子里面含有砷(注三)。砷在中国叫砒,是砒霜的主要成分,《水浒传》中,潘金莲即用砒霜毒死了丈夫武大郎。

潘金莲用砒霜毒杀武大郎

“如果药引子里真有砷化物,那这家工厂就是违法经营。这可不能小视。”从人们的健康安全角度出发,斯特罗迈厄把这批氧化锌全部充公,了案。

协助斯特罗迈厄撰写视察报告的医学顾问罗洛夫博士,把这一情况写成文章公开发表在医学杂志上。纸媒时代,这件事给制药厂的信誉打击可想而知。

2

“这怎么可能?我可一直是奉公守法的。”工厂厂长海尔曼看到厂里效益日益下降,心急如焚。他让研究员对厂里的氧化锌仔细分析研究,最后得出结论:里面根本不含砷!

海尔曼找罗洛夫博士当面对质,请他重新对氧化锌进行鉴定。结果,罗洛夫博士对斯特罗迈厄的结论也产生了怀疑。罗洛夫博士将氧化锌和形似雄黄的沉淀物寄给在希尔德斯海姆市的斯特罗迈厄,请斯特罗迈厄确认该厂生产的氧化锌里面含有砷。

“看来我有些草率了。”其实,斯特罗迈厄一直在怀疑自己的判断,只是忙于其它工作,没进行研究。收到罗洛夫博士寄来的氧化锌所含的杂质后,他反复进行试验,终于确定此杂质与去年从希尔德斯海姆带回的碳酸锌中的杂质是同一种物质。由于这些带有杂质的锌均来自一种名叫Calamine(异极矿)的锌矿石,他将新的金属命名为“Cadmium”,元素符号为“Cd”,中文译作镉。

镉标识图

斯特罗迈厄公开发表声明,为海尔曼的工厂恢复名誉:工厂里生产的氧化锌不含砷,海尔曼不是出售伪劣药品的奸商。

在这起“伪劣药品”案中,斯特罗迈厄等人认真科学地面对事实,反复进行分析、鉴定和研究,澄清了事实真相。从此,人们不但对斯特罗迈厄推崇有加,也更加相信科学的力量。

值得一提的是,斯特罗迈厄发现的镉,在相当长一段时间内人们没有进行深入研究。直到20世纪30年代,日本富山县炼锌厂排放的含镉废水污染了周围的耕地和水源,这才引起人们的高度重视,并有一大批科学家对镉进行全面研究。

3

其实,在日常生活中,镉元素以两副“面孔”出现在人们的视野中。一副像邪恶的“魔鬼”,藏身于铅锌矿,有色金属冶炼、电镀工厂中,归属于Ⅰ类人类致癌物。

一副则像微笑的“天使”。比如,镉作为组件能配成很多合金,镉(含量98.65%)镍合金是飞机发动机的轴承材料。又如,镉的化合物广泛用于制造(黄色)颜料、塑料稳定剂、(电视映像管)荧光粉、杀虫剂、杀菌剂、油漆等。 再如,镉可用于充电电池,镍镉、银镉、锂镉电池具有体积小、容量大等优点 。

相信在科技日益发达的明天,通过科学家的努力,镉的危害将有可能被减到最小,而它的益处也将扩到最大。

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注一:碳酸锌生成氧化锌的化学式是ZnCO3=ZnO+CO2↑,这个方法也是制备氧化锌的直接方法。

注二:雄黄,又称作石黄、黄金石、鸡冠石,四硫化四砷的俗称,通常为橘黄色粒状固体或橙黄色粉末。常与雌黄(即三硫化二砷)、辉锑矿、辰砂等共生。雄黄加热到一定温度,在空气中可以被氧化为剧毒成分砒霜(即三氧化二砷)。西方人很早就知道雄黄,并进行深入研究。

注三:砷,俗称砒,是一种类金属元素。砷元素广泛存在于自然界,比如雌黄、雄黄。目前,人类已发现数百种砷矿物。砷与其化合物被运用在农药、除草剂、杀虫剂等当中。其化合物三氧化二砷被称为砒霜,是种毒性很强的物质。