Исследовательская работа Исследование содержания ионов железа в зимних сортах яблок и их значение для здоровья человека

ХХVI Ставропольская краевая открытая научная конференция школьников

Секция: химия

Название работы: Исследование содержания ионов железа в зимних сортах яблок и их значение для здоровья человека

Автор работы: Кузнецова Анастасия Васильевна

Место выполнения работы: с. Ореховка, Петровского района Ставропольского края

МКОУ СОШ №13, 9 класс.

Научный рук.: Калашникова Светлана Ивановна,

учитель химии - биологии МКОУ СОШ №13

Ставрополь, 2015

Содержание

Введение……………………………………………………………………………………………….3-4

1. Аналитический обзор

1.1Значение железа на организм человека ………………………………………………………….4-5

1.2 Влияние недостатка железа на человека……………………………………………………......5

1.3 Нормы потребления железа в яблоках………………………………………………………… 5-6

1.4 Бумажная хроматография - как доступный способ разделения и обнаружения веществ в минимальных количествах…………………………………………………………………………..7-8

2. Экспериментальная часть

2.1Эксперимент №1 «Определение содержания ионов железа (III) в яблоках разных

сортов методом бумажной хроматографии»………………………………………………………. 8-9

2.2Эксперимент№2 «Повышение содержания железа с помощью гвоздей

(народное средство)»………………………………………………………………………………… 9

2.3Эксперимент№3 « Качественное определение ионов железа в яблоках»…………………… 9-10

3. Анализ результатов исследования……………………………………………………………….. 10

Заключение……………………………………………………………………………………………. 10

Библиографический список ………………………………………………………………………… 11

Приложение 1…………………………………………………………………....................................12-14

Приложение 2………………………………………………………………………………………… 14-15

Приложение 3…………………………………………………………………………………………..16

Введение.

Обоснование выбора темы проекта и ее актуальность:

Яблоки - самые доступные фрукты для миллионов людей, они широко распространены, недорого стоят в любое время года и хорошо хранятся. В сочных плодах присутствует практически вся группа витаминов: В, А, С, Е, Н, К, РР. Яблоки богаты макро- и микроэлементами: Fe, K, P, Na, Mg, I. [10]. Яблоко - один из самых популярных диетических продуктов. Благодаря набору полезных веществ оно способствует усилению процессов обмена веществ в организме. Кроме того, это не просто пищевой продукт, наполненный клетчаткой, это ценный витаминно-минеральный комплекс, который к тому же имеет много пищевых волокон. (Детская энциклопедия,1987)

В прошлом году я исследовала «Содержание аскорбиновой кислоты в зимних сортах яблок», узнала для себя много нового и полезного. Но на этом я не закончила свою работы с яблоками. Я читала и слышала такое выражение «ешьте яблоки, там много железа». Я решила проверить это на практике. Изучить содержание железа в яблоках зимних сортов и его влияние на организм человека, нормы потребления железа. На этот раз мы поменяли методику йодометрическое титрование на бумажную хроматографию. Свою работу я назвала «Исследование содержания ионов железа в зимних сортах яблок и их значение для здоровья человека». Я считаю, что в нашей стране плохое качество общественного здоровья, смертность превышает рождаемость. Мой проект является ступенькой к возрождение системы массового санитарно- гигиенического просвещения и обучения граждан, пропаганды здорового образа жизни. (Я познаю мир: Детская энциклопедия жизни,1997) Цель: определение содержания ионов железа в яблоках разных сортов районированных в Петровском районе Ставропольского края.
Гипотеза: мы предполагаем что, присутствие ионов железа в яблоках, можно обнаружить методом бумажной хроматорафии.

Задачи:

• проанализировать информационные источники для выяснения сути хроматографии, качественных реакций на железо и значения железа для организма человека;

• опытным путем выявить наличие ионов железа в яблоках разных сортов. Провести эксперимент по увеличению содержания железа в яблоках народным способом;

• сделать выводы о содержании ионов железа в яблоках разных сортов и о достоверности народного способа - увеличения количества железа;

• составить рекомендации для людей, поддерживающих здоровый образ жизни.

Методы исследования:

• анализ учебного материала по данной теме;

• обобщение и систематизация теоретического материала;

• химический эксперимент методом бумажной хроматографии по методике О. Ольгина.

Объект исследования: яблоня культурная шести сортов: Джонатан, Голден Делишес, Ренет Симиренко, Флорина, Богатырь, Память Лаврика.

Все указанные сорта относятся к 1 разряду качества и имеют схожие сроки созревания (середина сентября - конец ноября)

Предмет исследования: содержание ионов железа, входящих в состав яблок этих сортов. Исследование проводилось на базе МКОУ СОШ № 13(ноябрь -февраль) 2014 - 2015 года.

Научная новизна: заключается в анализе содержания ионов железа в яблоках разных сортов, распространенных в Петровском районе Ставропольского края.

Теоретическая значимость - проведены исследования и сформулированы выводы о содержании ионов железа в различных зимних сортах яблок районированных в нашем районе.

Практическая значимость заключается в том, что полученные результаты исследований могут быть использованы жителями Петровского района для приобретения сортов яблок в пищу.

Глава I. Аналитический обзор

1.1 Значение железа для организма человека

Железо - микроэлемент, главная роль которого - обеспечение организма кислородом, участие в окилительно-восстановительных реакциях.

Теоретическое изучение вопроса показывает, что несмотря на малое содержание железа в организме человека (2-5 г), по своей значимости оно является уникальным микроэлементом. Входя в состав крови, железо участвует в переносе кислорода от легких ко всем тканям, органам и системам нашего организма. А без кислорода человек не может прожить и нескольких минут. Это связано с тем, что жизнедеятельность всех живых клеток невозможна без постоянного получения энергии, выработку которой обеспечивают протекающие в них сложные биохимические реакции, идущие с участием кислорода. Непосредственную доставку кислорода к каждой клетке осуществляет входящее в состав крови специальное белковое соединение гемоглобин. ( М.Фриматл, 1991)

Впервые он был обнаружен в 1839 году немецким исследователем Р. Хюнефельдом в составе красных кровяных телец - эритроцитов. Гемоглобин состоит из двух частей: крупной белковой молекулы - глобина и встроенной в нее небелковой структуры - гема, в сердцевине которого и находится ион железа. Это железо легко вступает в связь с кислородом и именно соединение кислорода с железом окрашивает кровь в красный цвет. Кислород - это окислитель. Ион железа молекулу кислорода переносит к месту окисления. Атом железа гема способен присоединять и отдавать молекулу кислорода. При этом валентность железа не меняется, т. е. он остается двухвалентным. За это свойство английский физиолог, один из основателей науки о дыхании Дж. Баркрофт, назвал гемоглобин "самым удивительным веществом в мире". Кроме того, гемоглобин выполняет и другую очень важную функцию - выведение с места окисления углекислого газа. И если кислород вводится в клетку гемом, то углекислоту оттуда "выносит" глобин. ( Морозов А.А., 2005)

1.Влияние недостатка железа на человека.
Дефицит жeлеза проявляется анемией, головокружением и головными болями, слабостью, повышенной утомляемостью, снижением памяти и концентрации внимания, ломкостью ногтей, склонностью к простудным заболеваниям. Анемия - это уменьшение в крови количества гемоглобина и красных кровяных телец - эритроцитов. Чаще всего диагностируется железодефицитная анемия - состояние, при котором в организме не хватает одного из основных компонентов гемоглобина, уникального микроэлемента - железа (Fe). Причиной дефицита является несбалансированное питание, кровопотери, гормональные нарушения, хронический гастрит с пониженной кислотообразующей функцией, дисбактериоз.( А.С.Егоров, 2004)

1.3 Нормы потребления железа в яблоках.
Яблоки - одни из самых богатых фруктов, в их состав входит много микроэлементов, витаминов, железа. Они очень полезны, особенно при пониженном гемоглобине, простуде вирусных заболеваний.

Суточная потребность для мужчин - 10 мг/сут, для женщин - 18 мг/сут, в период беременности и лактации - 33-38 мг/сут.

В организме взрослого человека содержится около 3-5 г железа; почти две трети этого количества входит в состав гемоглобина. Считается, что оптимальная интенсивность поступления железа составляет 10-20 мг/сутки. Дефицит железа может развиться, если поступление этого элемента в организм будет менее 1 мг/сутки. Порог токсичности железа для человека составляет 200 мг/сутки.

( Ольгин О.,2009)

1.4 Бумажная хроматография - как доступный способ разделения и обнаружения веществ в минимальных количествах.

Бумажная хроматография - простейший по технике выполнения хроматографический метод; требуемые для разделения способом БХ материалы относятся к числу самых дешевых. Незначительная эффективность разделения и довольно плохая воспроизводимость результатов препятствуют широкому практическому применению БХ. (Морозов А.А., 2005)

Бумажная хроматография имеет большое значение для качественного анализа, ее использование в количественном анализе весьма ограничено, в связи с тем, что в большинстве случаев необходимо полностью разделять компоненты, а количественное разделение методом бумажной хроматографии дает недостаточно точные и плохо воспроизводимые результаты. ( Ольгин О.,2009)

Глава 2. Экспериментальная часть 2.Материалы и методы для исследования. Исследование проводилось на базе нашей школы МКОУ СОШ №13 с 01.11. 2014 по 11.02.2015.

2.1 Эксперимент №1 «Определение содержания ионов железа (III) в яблоках разных сортов методом бумажной хроматографии».

До начало исследования, мы выявили наиболее часто употребляемых сорта яблок. По результатам исследования, мы взяли яблоки 6 сортов: №1-Джонатан, образец №2-Голден Делишес, №3-Ренет Симиренко, №4-Флорина, №5-Богатырь, №6 -Память Лаврика. Используя методику из книги О. Ольгина «Хроматография на дому. Занимательные опыты по химии», мы провели исследование по определению содержания ионов железа (III). [5,9] В состав сока яблок входят ионы железа (II), эти ионы не устойчивы и на воздухе окисляются до ионов железа (III). Ионы железа (III) имеют более темную окраску, считается, что яблоки темнеют на воздухе из-за этого процесса.

Ход работы.

1. Мы на бумажном диске (из фильтровальной бумаги) диаметром 9 см определили центр, с помощью пинцета прокололи в центре отверстие. Диски пронумеровали.

2. На лабораторных весах отвесили по 30г каждого образца. Измельчили образцы в ступке и выжали сок. В центр каждого диска, с помощью пипетки, нанесли по капле сока исследуемых образцов.

3. Высушили образцы, с помощью пипетки, в центр диска нанесли еще по капле исследуемых образцов (в течение 3-х часов, через каждые 15 минут, так чтобы диаметр был не больше 0,5 мм.).

4. После того как образцы высохли, поместили их на чашки Петри, в которые налили по 5 мл этилового спирта. В центр каждого диска вставили свернутую трубочкой фильтровальную бумагу.

5. Для сравнения результатов опыта, мы приготовили эталон. Для этого на бумажный диск, с помощью пипетки, нанесли 1 каплю 1% раствора хлорида железа (III), так чтобы диаметр был не больше 0,5 мм. Через час образцы, с результатами опытов, опрыскали 10%-ным раствором гексациано-II-феррата калия. Fe³⁺+K⁺+[Fe(CN)₆]^4-→KFe[Fe(СN)₆]

Это качественная реакция на ионы железа (III). В случае присутствия этих ионов должно появиться синее окрашивание - образование берлинской лазури.

6.Мы рассмотрели образцы и сравнили их с эталоном. Результаты занесли в таблицу. ( Приложение 1)

2.2 Эксперимент№2 «Повышение содержания железа с помощью гвоздей (народное средство)». Мы решили проверить народное средство количественного увеличения железа в яблоках. В два яблока образца № 6 Память Лаврика мы воткнули двадцать гвоздей. Гвозди, под действием кислот которые есть в яблоках, окислились, а яблоко «напиталось» ионами железа. Через два дня по той же методике мы провели определение содержания железа в образце №6. ( Приложение 2)

2.3 Эксперимент№3 « Качественное определение ионов железа в яблоках».

№

опыта

Название

опыта

Цель

проведения

опыта

Порядок

проведения опыта

Наблюдения

Ионные

уравнения

реакций

Выводы

1.

Действие раствора щелочи на очищенные пробы.

Связывание ионов железа в нерастворимые гидроксиды.

Во все пробы добавляется 0,5 мл раствора щелочи NaОН.

Во всех пробирках с пробами наблюдается появление неокрашенного осадка. В яблочных пробах осадок слегка буреет.

Fe²⁺+OH^-→Fe(OH)₂↓

Fe³⁺+OH^-→Fe(OH)₃↓

В яблочных пробах осадок является нерастворимым соединением железа.

2.

Реакция с гексацианоферратом (III) калия K₃[Fe(CN)₆] (красной кровяной солью).

Обнаружение ионов Fe²⁺

Поместить в пробирки по 2мл исследуемых проб, добавляем 1-2 капли раствора соляной кислоты. Универсальным индикатором проверяем рН раствора. Добавить несколько капель раствора гексацианоферрата (III) калия K₃[Fe(CN)₆] (красной кровяной соли).

В пробе зеленых яблок cинее окрашивание проявляется на короткое время и подавляется зеленой окраской.

Fe²⁺+K⁺+[Fe(CN)₆]^3-

→KFe[Fe(СN)₆]

В зеленых яблоках

присутствуют ионы Fe²⁺

3.

Реакция с гексацианоферратом (II) калия K₄[Fe(CN)₆] (желтой кровяной солью).

Обнаружение ионов Fe³⁺

Поместить в пробирки по 2мл исследуемых проб, добавляем 1-2 капли раствора соляной кислоты. Универсальным индикатором проверяем рН раствора. Добавить несколько капель раствора гексацианоферрата (II) калия K₄[Fe(CN)₆] (желтой кровяной соли).

В пробе яблок cинее окрашивание проявляется на короткое время и подавляется зеленой окраской.

Fe³⁺+K⁺+[Fe(CN)₆]^4-

→KFe[Fe(СN)₆]

В яблоках присутствуют ионы Fe³⁺

4.

Реакция с роданитом калия КSCN.

Обнаружение ионов Fe³⁺

Поместить в пробирки по 2мл исследуемых проб, добавляем 1-2 капли раствора роданита калия KSCN.

В пробе красных яблок желтоватое окрашивание приобретает красный оттенок.

Fe³⁺ + 6SCN^- → [Fe(СN)₆]

В красных яблоках

присутствуют ионы Fe³⁺

Ход работы.

1. Подготовка растительной пробы для исследования.

- Тонким ножом из нержавеющей стали вырезать пробу 30 г в виде ломтика от кожуры до сердцевины с семечками, мелко измельчается.

- Полученная масса переносится в фарфоровую ступку и тщательно растирается пестиком.

- Полученная масса с помощью стеклянной палочки и стеклянной воронки переносится в мерную колбу и объём пробы доводится дистиллированной водой до метки 100 мл.

- Часть пробы фильтруется в отдельную колбу.

2. Приготовление растворов реактивов:

-роданида калия. 5,0 г КSCN растворяют в 45 мл дистиллированной воды (10%-ный раствор).

- гексацианоферрата(III) калия. 2,0 г K₃[Fe(CN)₆] растворяют в 38 мл дистиллированной воды (5%-ный раствор).

- гексацианоферрата(II) калия. 2,0 г K₄[Fe(CN)₆] растворяют в 38 мл дистиллированной воды (5%-ный раствор).

- гидроксида натрия. 5,0 г NaOH растворяют в 45 мл дистиллированной воды (10%-ный раствор).

3. Анализ экспериментальной части.

3.1 Анализ эксперимент №1 «Определение содержания ионов железа (III) в яблоках разных сортов методом бумажной хроматографии».

Вывод: после обработки образцов раствором гексациано-II-ферратом калия на одной хроматограмме №3 бледное пятно в центре и сбоку проявилось синие окрашенное пятно. Хроматограммы образцов № 1,2 пятна однородного цвета нет расслоений . В образце № 4, расслоение на два цвета в центре яркое по периферии бледнее. В образцах № 5,6 в центре яркое пятно по бокам на разном расстоянии ещё несколько более светлых пятен. В результате нашего исследования, присутствие ионов железа мы обнаружили только в образце №3 Ренет Симиренко. В прошлогоднем нашем исследовании в январе месяце этот сорт оказался самым богатым по содержанию аскорбиновой кислоты. Изучая литературные источники мы выяснили, что существует взаимодействие этих веществ, витамин делает доступными и легко усваиваемыми соединения железа. Поэтому методом бумажной хроматографии нам удалось его обнаружить. В образцах № 4,5,6 присутствует больше одного компонента (вещества), растворитель смог их разделить и разнести. Определить и назвать эти компоненты учитывая наши возможности мы не смогли и это не являлось целью нашего проекта. Мы можем только предположить, что в яблоках сортов Флорина, Богатырь, Память Лаврика присутствуют какие - то дополнительные ферменты.

3.2 Анализ эксперимент №2 «Повышение содержания железа с помощью гвоздей (народное средство)».

Вывод: после обработки образца раствором гексациано-II-ферратом калия проявилось синие окрашивание. Хроматограмма показала увеличение содержания железа в образце №3 (яблоко с гвоздями). В места соприкосновения мякоти яблока с гвоздями мы наблюдали появление ярко коричневой окраски.

3. Анализ эксперимент№3 « Качественное определение ионов железа в яблоках».

Цвет растворов во всех пробирках с яблочными пробами имеет зеленоватый или желтоватый цвет.

Окраска растворов и сока яблок характерна для растворов железа Fe²⁺ и Fe³⁺ .

Качественное определение ионов железа в яблоках.

Действие качественных реактивов гексацианоферрата (III) калия K₃[Fe(CN)₆] (красной кровяной соли) и гексацианоферрата (II) калия K₄[Fe(CN)₆] (желтой кровяной соли) на срезы яблок характерной окраски не показывает.

При испытании концентрированных фруктовых растворов окраска наблюдалась незначительно и была неустойчивой.

Любая качественная реакция имеет так называемый предел обнаружения - минимальную концентрацию вещества, которая может быть обнаружена с помощью данного реагента. На основании чего можно говорить о весьма малом содержании микроэлемента железа.

Заключение.

Выполненная работа позволяет сделать обоснованные выводы о том, что среди шести сортов яблок больше всего железа содержится в сорте Ренет Симиренко, в остальных сорта: Джонатан, Голден Делишес, Флорина, Богатырь, Память Лаврика ионы железа практически отсутствуют. На яблоках сорта Память Лаврика мы проверили народный способ «увеличения содержания железа». За два дня в яблоках, утыканных железными гвоздями, количество его возросло. Выдвинутая нами гипотеза частично подтвердилась, метод бумажной хроматографии - действительно простой, доступный и наглядный метод, но для количественного определения ионов Fe3+ в представленном варианте неприменим. То, что было продемонстрировано - это качественная оценка. В пищу можно использовать любые сорта яблок. Незначительное количество солей железа, содержащееся в яблоках, лучше усваиваются организмом, поскольку они находятся в благоприятном соотношении с витаминами. Содержание железа в яблоках повышается с помощью обычных гвоздей, но употреблять эти яблоки мы вам не рекомендуем. Лучше ввести в рацион более концентрированные яблочные продукты: джемы, мармелад, сок, сыр, повидло, пастилу или продукты животного происхождения.

Выводы:

• Без железа не может функционировать организм человека: в нём содержится около 3 г железа, из них примерно 2 г в крови, железо входит в состав гемоглобина. Недостаточное содержание железа приводит к головной боли, быстрой утомляемости и другим заболеваниям. Можно твердо сказать, что по своей значимости, по масштабам получения и использования железо в настоящее время является главным металлом.

• Содержание железа в яблоках зимних сортов незначительно;

• Употребление яблок недостаточно для поддерживания содержание железа в организме человека в норме. В работе приводятся рекомендации, соблюдение которых, приведет к лучшему усвоению железа ; (Приложение 3)

• необходимо расширить просветительскую работу школьников и их родителей о правильном питании в зимний период.

Библиографический список

1. Березкин В.Г., Бочков А.С. Количественная тонкослойная хроматография. М.: Наука, 1980, 183

2. Бумажная хроматография - xumuk.ru/encyklopedia/648.html;

3. А.С.Егоров, Н.М. Иванченко, К.П. Шацкая. Химия внутри нас. Ростов-на-Дону, издательство «Феникс», 2004г., с.80-82;

4. Железо в продуктах питания и в организме человека azbukadiet.ru/2012/08/13/zhelezo-v-produktax-pitaniya.html;

5. Коллоидная химия - samorazvitie.net/book/620-kolloidnaya-ximiya-metodicheskie-ukazaniya- pismenko-vt/8-laboratornaya-rabota-6-xromatografiya;

6. Энциклопедический словарь юного химика /сост. В.А.Крицман, В.В. Станцо/, М.: Педагогика, 1990г.,с. 81-83.;

7. Лабораторная диагностика. Методика определения содержания железа в яблоках разных сортов. - bioximia.narod.ru/index/0-43;

8. Микеш О.Г. Лабораторное руководство по хроматографическим и смежным методам. В 2 т. Под ред. О. Микеш М.: Мир, 1982, т. 1-2, 783 с.;

9. Морозов А.А. Хроматография в неорганическом анализе. М.: Высш. шк., 2005, 233 с.;

10. Нифантьев Э.Е. Внеклассная работа по химии с использованием хроматографии.; Москва «Просвещение» 1982;

11. О.Ольгин. Опыты без взрывов. М.: Химия. 1986. С. 76-80;

12. Ольгин О. Хроматография на дому. Занимательные опыты по химии, М.: «Детская литература», 2009, 235 с. ;

13. Содержание железа в яблоках- ndb.nal.usda.gov/ndb/foods/show/2 1;

14. Твоя диета - your-diet.ru/?p=1111;

15. М.Фриматл. Химия в действии. М.: Издательство «Мир», 1991г., том 2, с. 147-148;

16. Штемплер Г.И. Химия на досуге Москва «Просвещение» 1996;

17. Я познаю мир: Детская энциклопедия Москва АСТ 1997.