XV Международный конкурс научно-исследовательских и творческих работ учащихся

Старт в науке

Обнаружение и определение калия в фармацевтических препаратах и продуктах питания

• Авторы
• Руководители
• Файлы работы
• Наградные документы

Войнова Е.В. 1

---

1МАОУ "Лицей №38"

Венкова С.И. 1

---

1МАОУ "Лицей №38

Работа в формате PDF

2.2 MB

Автор работы награжден дипломом победителя II степени

Диплом школьникаСвидетельство руководителя

Введение

Цели работы:

Разработать методику количественного определения содержания ионов калия в растворах;

Определить количество ионов калия в мкг/100 г в некоторых продуктах питания;

Провести качественные реакции на обнаружение ионов калия в растворах.

Актуальность моей работы заключается в том, чтокалий — важнейший биогенный элемент, особенно в растительном мире. При недостатке калия в почве растения развиваются очень плохо, уменьшается урожай, поэтому около 90 % добываемых солей калия используют в качестве удобрений.

Как кальций незаменим для наших костей, зубов и ногтей, то есть для всех твердых тканей, так калий необходим всем нашим мягким тканям: сосудам, капиллярам, мышцам и, особенно, сердечной мышце, а также клеткам мозга, печени, почек, нервов, желез внутренней секреции и других органов. Также он входит в состав внутриклеточных жидкостей. В природе калий встречается только в соединениях с другими элементами, например, в морской воде, а также во многих минералах. На содержание и уровень калия в организме оказывают непосредственное влияние три основных слагаемых - потребление вместе с продуктами питания, содержащими данный микроэлемент, усвоение и распределение, выделение.

Минеральные вещества – это имеющие неорганическую природу вещества, которые необходимы для обеспечения работоспособности организма. Почти все биохимические процессы зависят от баланса микроэлементов: обмен веществ, синтезирование ферментов, гормонов и витаминов, регуляция жизнедеятельности клетки и кислородного обмена, формирование костной, мышечной, нервной и половой систем, а также поддерживание баланса кислот и щелочей и многое другое. Дефицит или передозировка каких-либо элементов приводит к серьезным нарушениям жизнедеятельности организма.

В зависимости от того, как много минеральных веществ содержится в организме, их разделяют в основном на две группы: макро- и микроэлементы. Макроэлементы нужны организму в более больших количествах, чем микроэлементы, потому что их массовое содержание в живой ткани превышает показатель 1 мг на 100 г живой ткани. Человеку следует употреблять 200 мг различных элементов в день (суточная норма), таких как кальций, магний, натрий, калий, сера, хлор и фосфор. Элементы, массовое содержание которых не превышает 1 мг на 100 г живой ткани, являются микроэлементами. В эту группу входят железо, цинк, медь, йод, марганец, селен, молибден, хром, фтор и другие вещества. Их следует употреблять в меньших количествах для поддержания баланса макро- и микроэлементов в организме.

Калий, о котором мы будем говорить в нашей научной работе, является одним из важнейших макроэлементов для нормальной жизнедеятельности организма. Калий – незаменимый элемент цитоплазмы клеток, вместе с натрием он регулирует водный баланс, участвует в передаче нервных импульсов, а также выполняет другие не менее важные функции. Как видите, биологическая роль калия велика, поэтому надо следить за его содержанием в организме. Изменение количества калия может быть вызвано двумя процессами: поступлением калия вместе с пищей и его распределением, либо выделение (засчет почек, потных желез, кишечника). Если не следить за рационом, то может возникнуть дефицит или избыток калия в организме, что впоследствии приведет к серьезным нарушениям работы органов. В настоящее время люди, живущие в больших городах и мегаполисах, все чаще обращаются к диетологам, потому что чувствуют проблемы со здоровьем. Чаще всего причиной этому является недостаток употребления макро- и микроэлементов. В моей работе я буду рассматривать один из самых важных макроэлементов, калий, который необходим для полноценной работы организма. Буду определять содержание калия в продуктах и лекарствах, которые люди могут принимать для поддержания поступления калия в организм. Таким образом, целью нашей работы является определение содержания калия в продуктах и фармацевтических средствах. В ходе работы моими задачами будут являться: на практике рассмотреть различные способы определения калия, выявить, в каких из предложенных продуктов и медикаментов содержится наибольшее количество калия.

Теоретическая часть

Характеристика элемента

Калий (лат. Kalium), К (читается как «калий») – химический элемент четвертого периода главной подгруппы (подгруппа IA) c атомным номером 19. Его атомная масса равна 39,0983.

Человек использовал калий ещё с древних времен. Так, в XI веке, люди делали поташ (K₂CO₃) и использовали его как моющее средство. Впервые же калий был открыт в 1807 г. английским химиком Г. Дэви электролизом едкого кали (KOH). Дэви назвал его «потасий» (лат. potassium); это название до сих пор употребляется в различных языках. В 1809 г.  немецкий физик Л.В. Гилберт предложил название «калий» (лат. kalium, от араб. аль-кали — поташ). Это название вошло в немецкий язык, оттуда в большинство языков Северной и Восточной Европы (в том числе в русский), что впоследствии помогло при выборе символа для этого элемента — K.

Калий – щелочной металл. Электронная конфигурация внешнего энергетического слоя 4s¹, поэтому калий всегда проявляет степень окисления +1 (валентность 1).

Атомный радиус калия 235 пм, радиус иона K⁺ 133 пм. Электроотрицательность калия по Полингу 0,82, что говорит о ярко выраженных металлических свойствах.

Распространение в природе

Калия – распространенный элемент (входит в первую десятку наиболее распространенных в земной коре элементов): его содержание в литосфере 2, 41% по массе. Встречается исключительно в виде соединений. В морской воде содержится около 0, 04% калия. В магматических процессах калий накапливается в кислых магмах, из которых кристаллизируются граниты и другие породы (его среднее содержание около 3,34%). Калий входит в состав полевых шпатов и слюд. При выветривании горных пород частично переходит в воды, оттуда его быстро захватывают организмы и поглощают глины, поэтому воды рек бедны калием. В основном почвы также небогаты калием, поэтому культурные растения нуждаются в калийных удобрениях.

Физические свойства

Калий — серебристый металл с характерным блеском на свежеобразованной поверхности. Очень лёгок (плотность вещества равна 0,8629 г/см³) и легкоплавок (температура плавления 63,51ºС), а испаряться начинает уже при высоком нагревании (761ºС). Относительно хорошо растворяется в ртути, образуя амальгамы. Будучи внесённым в пламя горелки, калий (а также его соединения) окрашивает пламя в розово-фиолетовый цвет.

Химические свойства

Элементарный калий, как и другие щелочные металлы, проявляет типичные металлические свойства и очень химически активен, является сильным восстановителем. На воздухе свежий срез быстро тускнеет из-за образования плёнок соединений: оксида и карбоната. Поскольку калий при длительном контакте с атмосферой способен полностью разрушиться, а с водой реагирует со взрывом, то его необходимо хранить под слоем бензина, керосина или силикона, чтобы исключить контакт воздуха и воды с его поверхностью.

С Na, Tl, Sn, Pb, Be калий образует интерметаллиды (химические соединения двух или нескольких металлов).

Взаимодействие с простыми веществами

Калий при комнатной температуре реагирует с кислородом, галогенами; практически не реагирует с азотом (в отличие от лития и натрия).

При умеренном нагревании (200—350 °C) реагирует с водородом с образованием гидрида:

2K + H₂ = 2KH{\displaystyle {\mathsf {2K+H_{2}\longrightarrow 2KH}}}

Реагирует с халькогенами (при нагревании до 100—200 °C, E = S, Se, Te):

2K + E = K₂E{\displaystyle {\mathsf {2K+E\longrightarrow K_{2}E}}}2

В реакции с фосфором в инертной атмосфере образуется фосфид калия зелёного цвета (при нагревании до 200 °C):

3K + P = K₃P

{\displaystyle {\mathsf {3K+P\longrightarrow K_{3}P}}}Взаимодействие со сложными веществами

Калий при комнатной температуре (+20 °C) активно реагирует с водой, кислотами, растворяется в жидком аммиаке с образованием тёмно-синего раствора аммиаката калия.

2K + H₂O → 2KOH + H₂↑ {\displaystyle {\mathsf {2K+2H_{2}O\longrightarrow 2KOH+H_{2}\uparrow }}}3

2K + 2HCl→ 2KCl + H₂↑

K + 6NH₃→ [K(NH₃)₆]

{\displaystyle {\mathsf {2K+2HCl\longrightarrow 2KCl+H_{2}\uparrow }}}Калий восстанавливает разбавленные серную и азотную кислоты:

8K + 6H₂SO₄→ 4K₂SO₄ + SO₂↑ + S↓+ H₂O{\displaystyle {\mathsf {8K+6H_{2}SO_{4}\longrightarrow 4K_{2}SO_{4}+SO_{2}\uparrow +S\downarrow +6H_{2}O}}}8K

21K + 26HNO₃→ 21KNO₃ + NO↑ + N₂O↑ + N₂↑+ 13H₂O{\displaystyle {\mathsf {21K+26HNO_{3}\longrightarrow 21KNO_{3}+NO\uparrow +N_{2}O\uparrow +N_{2}\uparrow +13H_{2}O}}}21

При сплавлении металлического калия со щелочами он восстанавливает водород гидроксогруппы:

2K + 2KOH → 2K₂O + H₂↑ (450 ºС){\displaystyle {\mathsf {2K+2KOH\longrightarrow 2K_{2}O+H_{2}\uparrow (450^{\circ }C)}}}2

Калий реагирует с газообразным аммиаком с образованием амида (при умеренном нагревании от +65 до +105 ºС):

2K + 2NH₃ → 2KNH₂ + H₂↑{\displaystyle {\mathsf {2K+2NH_{3}\longrightarrow 2KNH_{2}+H_{2}}}}2

Изотопы калия

Изотопы калия — разновидности химического элемента калия с разным количеством нейронов в атомном ядре. Известны изотопы калия с массовыми числами от 33 до 59 (количество протонов 19, нейтронов от 14 до 40).

Природный калий представляет собой смесь трех изотопов. Двух стабильных:

³⁹K (изотопная распространённость 93,258 %);

⁴¹K (изотопная распространённость 6,730 %);

И одного нестабильного, но с большим периодом распада:

⁴⁰K (изотопная распространённость 0,012 %), период полураспада 1,25⋅10⁹ лет.

Получение калия

Калий, как и другие щелочные металлы, получают электролизом расплавленных хлоридов или щелочей. Так как хлориды имеют более высокую температуру плавления (600—650 ºС), то чаще проводят электролиз расплавленных щелочей с добавкой к ним соды или поташа (до 12 %). При электролизе расплавленных хлоридов на катоде выделяется расплавленный калий, а на аноде — хлор:

Катод: K⁺ + e^- → K{\displaystyle {\mathsf {K^{+}+e^{-}\rightarrow K}}}Ка

Анод: 2Cl^- - 2e^- → Cl₂{\displaystyle {\mathsf {2Cl^{-}\rightarrow Cl_{2}}}}

При электролизе гидроксида калия на катоде также выделяется расплавленный калий, а на аноде — кислород:

Катод: K⁺ + e^- → K{\displaystyle {\mathsf {K^{+}+e^{-}\rightarrow K}}}Ка{\displaystyle {\mathsf {4OH^{-}\rightarrow 2H_{2}O+O_{2}}}}ки

Анод: OH^- - 4e^- → 2H₂O + O₂

Вода из расплава быстро испаряется. Чтобы калий не взаимодействовал с хлором или кислородом, катод изготовляют из меди и над ним помещают медный цилиндр. Образовавшийся калий в расплавленном виде собирается в нем. Анод изготовляют также в виде цилиндра из никеля (при электролизе щелочей) либо из графита (при электролизе хлоридов).

Важное промышленное значение имеют и методы термохимического восстановления:

Na + KOH → NaOH + K (при 380º - 450º C, N₂)

Также получение калия возможно с помощью восстановления из расплава хлорида калия карбидом кальция, алюминием или кремнием.

Применение калия

1. Металлический калий — материал для электродов в химических источниках тока. Сплав калия с натрием находит применение в качестве теплоносителя в ядерных реакторах.

2. В гораздо больших масштабах, чем металлический калий, находят применение его соединения. Калий — важный компонент минерального питания растений, он необходим им в значительных количествах для нормального развития, поэтому широкое применение находят калийные удобрения: хлорид калия КСl, нитрат калия, или калийная селитра, KNO₃, поташ K₂CO₃ и другие соли калия. Поташ используют также при производстве специальных оптических стекол как поглотитель сероводорода при очистке газов, как обезвоживающий агент и при дублении кож.

3. В качестве лекарственного средства находит применение иодид калия KI. Иодид калия используют также в фотографии и в качестве микроудобрения. Раствор перманганата калия КMnO₄ («марганцовку») используют как антисептическое средство.

4. По содержанию в горных породах радиоактивного ⁴⁰К определяют их возраст.

5. В пищевой промышленности калий применяется при создании пищевой добавки Е501.

Биологическая роль калия в организме

В организме человека и животных калий присутствует в виде солей. Количество данного элемента в организме составляет около 160-250 г, или примерно 0,23% от общего веса человека. При этом, большая часть калия присутствует именно в клетках, что поддерживает функционирование клеточных стенок.

Также, находясь в клетках организма, К вместе с Na регулирует содержание в них уровня воды, поддерживая водный баланс. Эта комбинация элементов также поддерживает постоянство электролитного (электролиты — это минералы в крови, тканях и других частях тела, которые обладают электрическим зарядом) и кислотно-щелочного (состояние, в котором поддерживается определенное соотношение катионов и анионов) баланса, предотвращая различные неблагоприятные реакции во внутренней среде. Если нарушается «калий-натриевый» баланс, то сразу же запускается процесс обезвоживания организма и ослабления деятельности мышц, нервной и сердечно-сосудистой системы. Но это далеко не единственная роль калия в организме.

Хлориды К и Na обеспечивают передачу нервных импульсов между нейронами, тем самым поддерживая активность работы головного, контроль над организмом нервной системой, а также сократительную функцию мышечных тканей;

Принимает участие в накоплении организмом гликогена, являющегося основным источником энергии живых клеток;

Берет активное участие в обменных процессах (метаболизме белков и углеводов);

Поддерживает в организме давление крови на должном уровне;

Поддерживает необходимый уровень магния в организме, способствуя поддержанию здоровья и нормального функционирования сердечной мышцы;

предотвращает развитие инфарктов и инсультов.

Нормальная концетрация калия в крови человека составляет 3,3 – 4,6 ммоль/л. Я также сдавала анализ на содержание калия в крови, чтобы оценить свое состояние здоровья (Приложение 1). Несомненно, важно употреблять достаточно калия, чтобы оставаться здоровым человеком. Нормы калия рассчитаны для всех возрастных категорий и представлены в Таблице.1:

Таблица.1. Суточная норма калия

Суточная потребность организма в калии увеличивается:

у больных диабетом 1-го типа, а также у тех, кому назначен прием нестероидных противовоспалительных препаратов;

при приеме мочегонных средств;

при низкоуглеводной и высокопротеиновой диете;

при спортивных нагрузках: калий усиленно выводится из организма с потом.

Суточная потребность организма в калии уменьшается:

у больных, страдающих хронической почечной недостаточностью, заболеваниями почек последней стадии, сердечной недостаточностью;

у беременных с преэклампсией (тяжелая стадия гестоза, которая характеризуетсядисфункцией жизненно важных органов).

При недостатке калия в организме может наступить его дефицит, который вызывает гипокалиемию(метаболический дисбаланс, характеризующийся чрезвычайно низким уровнем калия в крови, концентрация в плазме менее 3,5 ммоль/л).

Причинами дефицита калия могут быть:

Нарушение обмена калия;

Чрезмерное выделение калия из организма под влиянием препаратов (гормональных, слабительных, мочегонных), а также прием гормональных препаратов на основе кортизона;

Патология почек, кожи, кишечника и легких;

Избыток других элементов: натрия, рубидия, таллия, цезия;

Злоупотребление, кофе, сахаром;

Недостаток в организме витамина B6;

Обезвоживание организма;

Стресс;

Усиленная физическая активность, занятие спортом

Признаками дефицита калия могут быть:

Физическая и психическое истощение;

Нарушение обмена веществ;

Нарушение работы сердца, почек и надпочечников;

Нарушение сердечного ритма;

Язвенная болезнь;

Затруднение дыхания;

Замедление процессов заживления ран;

Сухая кожа, ломкие волосы и ногти.

Есть и другая крайность – не менее опасен и избыток калия в организме человека, вызывающий гиперкалиемию (состояние, которое характеризуется увеличением концентрации калия в сыворотке крови выше 5,5 ммоль/л). Это более опасное заболевание, чем гипокалиемия (превышение показателей калия в крови больше 8 ммоль/л могут повлечь остановку сердца). Механизм токсического поражения таков: в места накопления калия «притягивается» вода, что приводит к обезвоживанию тканей и нарушению функций клеток. Чаще всего у пациентов развивается воспаление почечных канальцев и их некроз (это изменения в структуре самого органа).

Существует также классификация этой болезни. Отдельно выделяют так называемую ложную, или псевдогиперкалиемию, которая является лабораторным артефактом. Ее возникновение связано с высвобождением калия во время образования сгустка в пробирке после забора крови на анализ. При псевдогиперкалиемии отсутствуют симптомы, она не требует лечения. По уровню повышения калия (в ммоль/л) традиционно выделяют три степени гиперкалиемии:

Легкую – от 5,5 до 6;

Умеренную – от 6,1 до 6,9;

Тяжелую– больше 7.

Причины избытка калия в организме:

Почечная недостаточность, когда почками в течение суток выводится больше калия, чем поступает в организм, или же повреждение почечной ткани;

Повышенное экзогенное поступление. К гиперкалиемии может привести парентеральное введение большого количества хлорида калия, калиевых солей антибиотиков. При длительном хранении донорской крови наступает разрушение эритроцитов, выход из них калия, поэтому переливание такой крови может вызвать у реципиента гиперкалиемию;

Нарушение регуляции калиевого обмена;

Гормональные сбои;

Нарушение внутриклеточного транспорта. Переход калия внутрь клетки из межклеточного пространства нарушается при метаболическом ацидозе (расстройство кислотно-щелочного равновесия), дефиците инсулина (сахарный диабет 1 типа), приеме лекарственных препаратов (бета-адреноблокаторов, сердечных гликозидов, миорелаксантов).

Симптомы гиперкалиемии:

Мышечная слабость;

Затруднение дыхания вследствие слабости дыхательных мышц;

Приступы учащенного сердцебиения;

Боль в грудной клетке;

Кишечные колики, чередование запоров и поносов;

Частое мочеиспускание;

Паралич скелетных мышц.

Тем не менее, чаще всего люди гипокалиемией и гиперкалиемией болеют бессимптомно, поэтому при постоянной физической или эмоциональной усталости лучше обратиться ко врачу и сдать необходимые анализы.

Продукты, содержащие калий

Одним из основных источников калия являются продукты питания, следовательно, такие продукты должны входить в ежедневное меню человека для обеспечения потребности в суточной норме данного микроэлемента.

Продукты, содержащие калий можно условно разделить на две группы. В первую группу входят продукты растительного происхождения – это овощи, фрукты, злаки и орехи. Самые богатые калием среди них являются: картофель, авокадо, банан, чечевица, изюм, грибы, свекла, белая фасоль, курага, гранат, сушеный инжир. Такие продукты рекомендуется есть в летнее время года. Во вторую группу входят продукты, имеющие животное происхождение, а именно рыба, печень, творог. Наиболее обогащенные калием среди них являются: лосось, тунец, язык, телятина, творог. Также есть напитки, обогащенные этим микроэлементом – это кофе, чай. Содержится калий и в повседневных продуктах. Ржаной хлеб, пшеничные отруби, соя, овсяная и пшеничная крупы, молоко, рыба часто встречаются в нашем рационе, а ведь в них тоже содержится много необходимого для организма калия.

Важную роль играет хранение и приготовление продуктов. Калий довольно трудно удержать, поэтому следует следовать некоторым правилам. Во-первых, после длительного хранения пищи концентрация калия может измениться – об этом надо помнить. Во-вторых, если способов по сохранению калия в продуктах не существует, то есть методы по его сбережению. Т.к. при контакте с водой минерал почти полностью переходит в нее, то, чтобы сберечь его максимальное содержание после термообработке, следует готовить быстро, стараясь по возможности снизить температуру обработки или же прибегнуть к запеканию. Основные рекомендации, помогающие сохранить максимальное количество полезных веществ, в том числе и калия, в готовых блюдах: не кипятить при 100^о С, не пользоваться микроволновкой, отказаться от жарки, минимизировать количество растительного масла.

Практическая часть

Существует несколько способов обнаружения калия в испытуемом растворе:

Микрокристаллоскопический способ, основанный на образовании кристаллов гексанитритокупроата калия-свинца;

Кобальтинитритный способ, основанный на образовании осадка гексанитрокобальтата(III) натрия-калия;

Тетрафенилборатный способ, основанный на образовании осадка тетрафенилбората калия;

Гидротартартный способ, основанный на образовании гидротартрата калия;

Седиментометрический эксперсс-способ, основанный на образовании перхлората калия;

Дипикриоаминатный способ, основанный на образовании соединения дипикриламината калия;

Хлороплатиновый способ, основанный на образовании хлороплатината калия;

И др.

В данной работе нами были рассмотрены первые три способа: микроскопический, кобальтинитритный и тетрафенилборатный способы.

В ходе проведения экспериментов нам понадобились определенные реактивы и оборудование, о которых рассказано ниже:

Реактивы:

KNO₃

Na₃[Co(NO₂)₆]

AgNO₃

Na[B(C₆H₅)₄]

Na₂Pb[Cu(NO₂)₆

Оборудование:

1. Колба коническая (50 мл);

2. Колба цилиндрическая (50 мл);

3. Стаканы химические;

4. Мерные цилиндры стеклянные;

5. Магнитная мешалка;

6. Микроскоп;

7. Предметное стекло;

8. Палочка стеклянная;

9. Пипетки;

10. Пробирки.

Качественное и количественное определение ионов калия в модельных растворах

I. В первой части работы мы рассматривали методы качественного определения ионов в модельных растворах.

1. Микрокристаллоскопический способ.

На предметное стекло нанесли 1 каплю раствора KNO₃, затем 1 каплю

реактива на обнаружение ионов K⁺ - Na₂Pb[Cu(NO₂)₆]. Через 20 минут наблюдали невооруженным глазом черный осадок, образовавшийся на стекле (Приложение 2). Через микроскоп наблюдали черные кристаллы прямоугольной или кубической формы K₂Pb[Cu(NO₂)₆] (гексанитритокупроат (II) калия-свинца) (Приложение 2).

2КNO₃ + Na₂Pb[Cu(NO₂)₆] = K₂Pb[Cu(NO₂)₆] + 2NaNO₃

2. Кобальтинитритный способ.

Приготовили раствор нитрата калия с С=39 мг/мл в качестве модельного раствора. К 1 мл данного раствора добавляли раствор Na₃[Co(NO₂)₆] (гексанитрокобальтат (III) натрия). Наблюдали выпадение кристаллического осадка оранжевого цвета – K₂Na[Co(NO₂)₆] (гексанитрокобальтата (III) калия-натрия) (Приложение 2).

2КNO₃ + Na₃[Co(NO₂)₆] = K₂Na[Co(NО₂)₆]↓ + 2NaNO₃

В разбавленных растворах осадок выпадает медленно, поэтому для более чувствительной реакции к исследуемой пробе добавляли AgNO₃. Наблюдали выпадение еще менее растворимого осадока оранжевого цвета – K₂Ag[Co(NO₂)₆] (гексанитритокобальтата (III) калия-серебра).

2KNO₃ + AgNO₃ + Na₃[Co(NO₂)₆] = K₂Ag[Co(NО₂)₆]↓ + 3NaNO₃

3. Тетрафенилборатный способ.

К 1 мл раствора нитрата калия с С=39 мг/мл добавляли раствор ТФБNa (тетрафенилборат натрия). Наблюдали выпадение осадка белого цвета – тетрафенилбората калия К[В(С₆Н₅)₄] (Приложение 2).

КNO₃ + Nа[В(С₆Н₅)₄] = К[В(С₆Н₅)₄] + NaNO₃

II. Вторая часть работы – определение минимальной концентрации обнаружения калия по реакции с кобальтинитритом и тетрафенилборатом натрия.

Для того, чтобы определить чувствительность кабольтинитритого и тетрафенилборатного способов, провели исследования с разбавленными модельными растворами нитрата калия. Мы выполнили последовательное разбавление раствором нитрата калия KNO₃ c C=39 мг/мл для получения растворов с более низкой концентрацией (Приложение 3):

1. Раствор №1 (начальный) – 39 мг/мл;

2. Раствор №2 – 3,9 мг/мл;

3. Раствор №3 – 0,39 мг/мл;

4. Раствор №4 – 0,039 мг/мл;

5. Раствор №5 – 0,0039 мг/мл.

Затем мы провели ряд опытов по обнаружению ионов К⁺ в полученных растворах (использовали тетрафенилборатный и кобальтинитритный способы) и сравнили наблюдения:

1.1. К 1 мл исследуемых растворов добавляли раствор Na₃[Co(NO₂)₆] (гексанитрокобальта натрия). В растворах №1, №2 наблюдали выпадение осадка оранжевого цвета. В растворе №3 не наблюдали осадка. Растворы (№4-№5) с еще более низкой концентрацией калия не исследовали.

2КNO₃ + Na₃[Co(NO₂)₆] = K₂Na[Co(NО₂)₆]↓ + 2NaNO₃

1.2. Для увеличения чувствительности реакции с гексанитрокобальтом натрия Na₃[Co(NO₂)₆] в растворы №3-№5, где не выпадал осадок, добавляли раствор AgNO₃. В растворе №3 наблюдали выпадение осадка оранжевого цвета. В растворе №4 наблюдали его помутнение. В растворе №5 выпадение осадка не наблюдали.

2KNO₃ + AgNO₃ + Na₃[Co(NO₂)₆] = K₂Ag[Co(NО₂)₆]↓ + 3NaNO₃

2. К 1 мл исследуемых растворов добавляли раствор ТФБNa (тетрафенилбората натрия). Мы наблюдали в растворах №1, №2, №3 выпадение осадка белого цвета. В растворе №4 наблюдали его помутнение. В растворе №5 осадка не наблюдалось.

КNO₃ + Nа[В(С₆Н₅)₄] = К[В(С₆Н₅)₄] + NaNO₃

Результаты наблюдений представлены в таблице 2.

Таблица 2. Определение чувствительности способов обнаружения ионов K⁺ в растворах.

На основании данных из таблицы можно сделать вывод, что тетрафенилборатный способ является наиболее чувствительным.

Количественное определение концентрации ионов К⁺ по оптической плотности раствора

На основе тетрафенилборатного способа нами было проведено количественное определение ионов калия в модельных растворах методом турбидиметрии.

Готовили разбавленный раствор KNO₃ (C=0,39 мкг/мл). Затем в мерную колбу вместимостью 25,0 мл вносили от 0,5 до 3 мл раствора KNO₃, добавляли 2 мл раствора ТФБNa и доводили до метки 25 мл дистиллированной водой. Затем проводили измерение оптической плотности полученных растворов на фотоэлектрическом калориметре КФК-2МП (Приложение 5).

Результаты исследований приведены в таблице 3, на их основании построена зависимость оптической плотности раствора от содержания калия (в мкг) в нем (рис.1)

Таблица 3. Зависимость оптической плотности раствора от концентрации ионов K⁺.

Рис.1. График зависимости оптической плотности раствора от содержания ионов K⁺.

Зависимость оптической плотности раствора от содержания ионов K⁺ в нем является линейной.

Итак, на основании проведенных экспериментов, для последующих исследований нами окончательно был выбран тетрафенилборатный способ, как наиболее простой, быстрый и чувствительный, а также имеющий простую методику количественного определения ионов калия в растворе.

Определение содержания калия в медикаментах и фармацевтических средствах

Для анализа были взяты такие медикаменты, как Доппельгерц актив «Магний + Калий», Микройодид 100 и Калия оротат. В первом фармацевтическом средстве содержится 600 мкг калия, в лекарстве Микройодид содержится 100 мкг йодида калия, в Калии оротат – 500 мкг оротата калия. Проводили качественный анализ.

Мы брали по одной таблетке исследуемого препарата, измельчали, растворяли в 50 мл дистиллированной воды и фильтровали. Полученный раствор разливали по 1 мл в две пробирки. В первую пробирку добавляли Na₃[Co(NO₂)₆] (гексанитрокобальт натрия), а также для выпадения более яркого осадка подливали AgNO₃ (нитрат серебра), во вторую – ТФБNa (и тетрафенилборатом натрия). В итоге наблюдали, что во всех растворах препаратов выпадал как оранжевый, так и белый осадок соответственно, но наиболее яркий осадок выпал в растворе №1 - Доппельгерца актив «Магний + Калий» (Приложение 4).

Две таблетки исследуемого препарата растворяли в 20 мл дистиллированной воды. 2 мл полученного раствора помещали в мерную колбу вместимостью 25,0 мл, добавляли 2 мл ТФБNa и доводили до метки дистиллированной водой. Измеряли оптическую плотность полученного раствора на фотоэлектрическом калориметре КФК-2МП. При помощи экстраполяции градуировочного графика (рис.1), приведенного на рис.2, определяли содержание ионов калия в препарате. Сравнивали результаты опыта и информации о количественном содержания калия, представленной в инструкции по применению лекарственного препарата. Результаты исследований приведены в таблице 4.

Таблица 4. Содержания соединений калия в фармацевтических препаратах.

Установлено, что содержание калия превышает норму, заявленную в инструкции по применению, на 11 мкг, 114 мкг и 9 мкг для «Магния + Калия», Микройодида 100 и Калия оротата соответственно.

Определение содержания калия в продуктах питания

I. Качественное определение ионов калия проводили в следующих продуктах питания:

Картофель;

Курага;

Банан;

Изюм.

Для оценки содержания калия в продуктах были приготовленные водные вытяжки продуктов (Приложение 5). Для этого брали 100 г продукта, измельчали и заливали кипяченой дистиллированной водой. Затем 1 мл полученных растворов разливали в две пробирки, добавляли Na₃[Co(NO₂)₆] и ТФБNa соответственно. Во всех случаях наблюдалось выпадение осадка, но осадок наиболее яркого цвета выпал в пробирках, где находилась водная вытяжка кураги (Приложение 6). Таким образом, среди исследуемых продуктов наиболее богата калием курага, затем банан и изюм, наименьшая концентрация калия оказалась в картофеле. Тем не менее, надо учитывать, что содержание калия в продуктах прежде всего зависит от условий, в которых выращивался продукт и методов его обработки и хранения, поэтому результаты опытов могут отличаться от среднестатистического показателя.

Также мы провели дополнительные опыты на обнаружение ионов калия в водных вытяжках микрокристаллоскопическим способом. Брали пипеткой каплю раствора продукта, наносили на предметное стекло, затем добавляли 1 каплю раствора Na₂Pb[Cu(NO₂)₆] (гексанитрокупрата натрия-свинца). Спустя 20 минут через микроскоп мы наблюдали появление кристаллов квадратной и прямоугольной формы. В итоге наши исследования подтвердили предыдущий вывод: наиболее богата калием курага, менее обогащенными калием являются изюм и банан, меньше всего калия обнаружилось в картофеле (Приложение 7).

II. Затем проводили количественное определение ионов калия в этих же продуктах питания.

В исследовании использовали водные вытяжки продуктов, полученные в предыдущем опыте. В мерную колбу вместимостью 25,0 мл помещали 2 мл раствора, добавляли 2 мл ТФБNa и доводили до метки дистиллированной водой. Измеряли оптическую плотность полученного раствора на фотоэлектрическом калориметре КФК-2МП. При помощи экстраполяции градуировочного графика (рис.1), определяли содержание ионов калия в продуктах питания. На основании полученных данных рассчитывали содержание калия в 100 г продукта. Результаты данного эксперимента представлены в таблице 5.

Таблица 5. Содержание калия в продуктах питания.

Таким образом, показано, что среди исследуемых продуктов питания наиболее богата ионами калия курага.

Заключение и вывод

Во-первых, научились определять ионы К⁺ в растворах с помощью трех способов: микрокристаллоскопическим, кобальтинитритным и тетрафенилборатным методами. Самый чувствительный среди них оказался тетрафенилборатный метод.

Во-вторых, было определено содержание ионов K⁺ в фармацевтических средствах (Доппельгерц актив «Магний + Калий», Микройодид 100 и Калия оротат) кобальтинитритным и тетрафенилборатным способами, а также было установлено, что раствор с наибольшей концентрацией ионов K⁺ - раствор лекарства Доппельгерц актив «Магний + Калий» (выпал наиболее яркий осадок), затем менее концентрированными оказались растворы Микройодида 100 и Калия оротата соответственно. Установленно, что содержание калия превышет норму заявленную на этикетке на 11 мкг, 114 мкг и 9 мкг для «Магния + Калия», Микройодида 100 и Калия оротата соответственно. Чтобы употреблять суточную норму калия в день, человеку будет достаточно употребить 1 таблетку Микройодида калия в день, а для тех, у кого гипокалиемия, рекомендуется употреблять биологические добавки, такие как Доппельгерц актив «Магний + Калий» или Калия оротат.

В-третьих, было определено содержание ионов K⁺ в продуктах питания микрокристаллоскопическим, кобальтинитритным и тетрафенилборатным способами, таких как картофель, курага, банан и изюм, а также было установлено, что наибольшее количество калиябыло обнаружено в продукте курага (930 мкг/100г), затем менее богатые калием оказались изюм (805 мкг/100 г) и банан (460 мкг/100 г), продуктом с самой низкой концентрацией калия оказался картофель (315 мкг/100 г). Самым доступным источником калия является картофель и банан, но его надо съедать в лень больше, чем курагу или изюм.

Список использованной литературы

Основы аналитической химии: Под ред. Ю. А. Золотова. — 3-е изд., перераб. и доп. — М.: Высш. шк., 2004. — 361 с: ил.

ГОСТ 23268.7-78 Воды минеральные питьевые лечебные, лечебно-столовые и природные столовые. Методы определения ионов калия.

Н. А. Воронкова, Л. В. Новгородцева, А. А. Мирошниченко «Качественные реакции в химии», 2019

Электронный ресурс https://ru.wikipedia.org/

Электронный ресурс https://scask.ru/

Электронный ресурс https://miin.ru/

Электронный ресурс https://medicina.dobro-est.com/

Электронный ресурс https://navigator.mosgorzdrav.ru/

Электронный ресурс https://www.krasotaimedicina.ru/

Электронный ресурс https://xumuk.ru/encyklopedia/

Электронный ресурс https://zabolevanija.net/

\

Приложения

Приложение №1

Результат анализа крови

Приложение №2

Образование кристаллов K₂Pb[Cu(NO₂)₆]

Определение ионов калия в растворе KNO₃ (нитрита калия) с С = 39 мг/мл

Приложение №3

Определение ионов калия в растворе KNO₃ (нитрита калия) с С = 3,9 мг/мл

Определение ионов калия в растворе KNO₃ (нитрита калия) с: 1) С = 0,39 мг/мл; 2) С = 0,39 мг/мл, для увеличения чувствительности реакции с Na₃[Co(NO₂)₆] добавлен AgNO₃; 3) С = 0,039 мг/мл; 4) С = 0,039 мг/мл, для увеличения чувствительности реакции с Na₃[Co(NO₂)₆] добавлен AgNO₃.

Приложение №4

Приложение №5

Определение ионов калия в растворе KNO₃ (нитрита калия) в медикаментах

Приложение №6

Водные вытяжки продуктов питания: кураги, картофеля, изюма и банана соответственно.

Приложение №7

Определение ионов калия в растворе KNO₃ (нитрита калия) в продуктах питания: 1) в кураге; 2) в картофеле; 3) в изюме; 4) в банане.

Приложение №8

Микрокристаллоскопический метод определение иона калия в водных вытяжках продуктов: 1) курага; 2) картофель; 3) изюм; 4) банан.