XIX Международный конкурс научно-исследовательских и творческих работ учащихся

Старт в науке

Качественная оценка средств личной гигиены путем химического анализа и измерения уровня рН

• Авторы
• Руководители
• Файлы работы
• Наградные документы

Чуракова А.А. 1

---

1МБОУ "Верхнетоемская СОШ"

Шумилова М.В. 1

---

1МБОУ "Верхнетоемская СОШ"

Работа в формате PDF

1 MB

Автор работы награжден дипломом победителя II степени

Диплом школьникаСвидетельство руководителя

Введение

Наша кожа каждый день контактирует с различными химическими средствами, так как все мы пользуемся средствами личной гигиены и домашней химии. Возникает вопрос: а все ли они безопасны? В рекламе данных средств утверждают, что они безвредны. Однако, это не всегда так. За поддержанием чистоты и приятного внешнего вида стоят определенные химические процессы. Все ли представленные марки шампуней и мыла имеют рН-фактор, безопасный для организма человека? На разрешение данных противоречий направлено наше исследование.

Цель работы: Провести качественную оценку средств личной гигиены и их влияния на здоровье человека путем химического анализа и определения уровня рН.

Задачи исследования:

1. Изучить водородный показатель pH раствора и его влияние на здоровье человека

2. Исследовать pH средств личной гигиены и других моющих средств

3. Провести химический анализ качества некоторых средств личной гигиены.

4. Провести анкетирование среди одноклассников по теме исследования.

5. Проанализировать результаты, дать рекомендации и сформулировать выводы по работе.

Объект исследования: Средства личной гигиены различных торговых марок.

Предмет исследования: Уровень рН и качественные химические реакции

Методы: статистический, анкетирование, экспериментальный, лабораторный, сравнительно – аналитический.

Гипотеза исследования: Не всегда средства личной гигиены полезны для здоровья, что можно выявить по их химическому составу и значению рН.

Актуальность: В настоящее время в магазинах продают очень много разнообразных средств личной гигиены. Из-за сложности их состава для потребителя могут возникнуть последствия, негативно отражающиеся на здоровье. Необходимо знать критерии для оценки их вреда или пользы, научиться выбирать лишь те средства, что подходят именно вам и безопасны для Вашей семьи. Одним из таких критериев является показатель рН.

Глава 1. Значение рН-фактора для поддержания здоровья человека

1.1. Что такое p H, его влияние на здоровье

p H-фактором называется показатель водно-солевого баланса в тканях и крови нашего организма (pH – potential hydrogen – потенциальный водород). Если уровень pH находится в пределах от 1 до 6,9, то среда называется кислой, 7 – нейтральной, а при уровне pH от 7,1 до 14 является щелочной [10]. Таким образом, чем ниже pH-фактор, тем выше кислотность; чем выше pH, тем выше щелочность среды (рис. 1).

Рис.1. Шкала значения рН

Несбалансированный pH-фактор плохо сказывается на организме человека в целом. Для чего считают pH в средствах для очищения кожи? Чтобы определить, насколько оно безопасно. Кислотная среда кожи является первым звеном защиты от микроорганизмов, так как их большинство не любят кислую среду. Пленка кожи не дает вредоносным бактериям доступ к более глубоким слоям, а использование очищающих средств с высоким pH нарушает эту защиту. Нормальные значения рН кожи в пределах 5,5. Даже современные, входящие в состав косметических средств ПАВ могут менять рН кожи, что сопровождается сухостью, шелушением, покраснением и зудом. Поскольку очищение кожи сегодня является неотъемлемой частью повседневного ухода, выбор правильного очищающего средства важен не только для пациентов с определенными заболеваниями, но и для потребителей со здоровой кожей. Важно помнить, что все мы индивидуальны, и на разных частях тела кожа разная, и рН кожи лица, рук и ног будет различаться (Таблица 1). Поэтому для ухода создаются разные продукты, а производители стремятся наделить средство физиологичным pH — то есть показателем, максимальноприближенным к собственному pH этой зоны тела.

Таблица 1. Норма pH на разных участках тела [7].

Иногда, чтобы нарушить pH кожи, даже не нужна косметика — достаточно водыиз-под крана. В России ее обеззараживают с помощью хлора, то есть вместо нейтрального она имеет щелочной pH=8–8,5. После умывания такой водой стягивает даже жирную кожу, не говоря уже о сухой и нормальной. Например, в мыле промышленного производства pH-фактор обладает высоким уровнем щелочи, а, поверхность нормальной кожи имеет кислую реакцию, её pH-фактор находится в интервале 5,5-6. Таким образом, умывание со щелочным мылом может разрушить кислотную защиту. Тогда «хорошие», кислотолюбивые бактерии, окажутся в непривычных условиях, а «плохие» получат преимущество [6]. В таблице 2 приведены примеры значений pH в различной кислотности. [2].

Таблица 2. Значения p H в некоторых средах

Эксперты советуют: «Если же с кожей есть какие-либо проблемы, то в случае и с жирной кожей, и с сухой кожей одинаково лучше выбирать средства с пониженным pH примерно 3.5. Потому что поверхность кожи нарушена, и ей требуются «кислые» средства для ухода, чтобы восстановиться». (Елена Вараксина, зам. начальника «Ростест-Москва».) [1].

Глава 2. Анкетирование обучающихся МБОУ «Верхнетоемская СОШ»

В ходе исследования мне стало интересно, какими средствами гигиены и ухода пользуются мои сверстники, и задумывались ли мои одноклассники о роли рН при их выборе и покупке в магазине? Для получения ответов на эти и другие вопросы мы провели анкетирование в 8 б классе (участвовало 23 человека). Вопросы анкеты - (Приложение 2). Результаты анкеты отражены в диаграммах. (Приложение 1). Результаты анкетирования: 1. Большинство моих одноклассников (85%) ежедневно пользуются средствами личной гигиены (Диаграмма 1, Приложение 1). 2. Большая часть опрошенных ответила, что их семья использует такие средства как: средство №1 (23%), средство №3 (21%), средство №6 (17%), меньше всего проголосовало за средство №9 (1%), (Диаграмма 2, Приложение 1). 3. Большинство моих одноклассников не знает, что такое рН (75%), и как он влияет на кожу и здоровье человека (80%), (Диаграмма 3,4 Приложение 1). 4. 23% опрошенных одноклассников считают, что средства бытовой химии могут вызывать аллергию, 18 % - сушить кожу и 16 % - вызвать раздражение. 3% одноклассников предложили свой вариант (Диаграмма 5, Приложение 1). 5. Большая часть респондентов считает, что при выборе хорошего средства для ухода нужно брать только проверенные средства (35%), смотреть на состав (27%) и не брать продукты сомнительного производства (21%), (Диаграмма 6, Приложение 1).

По результатам анкеты видим, что ответы на вопросы № 3 и № 4 свидетельствуют о низкой грамотности школьников в вопросе выбора средств личной гигиены и ухода, а это говорит о необходимости экспериментального исследования рН средств гигиены, которыми мы обычно пользуемся в домашних условиях.

Глава 3. Качественная оценка средств личной гигиены путем химического анализа и измерения уровня рН.

В ходе лабораторного эксперимента нам предстоит измерить показатели кислотно-щелочного баланса (рН) и провести химические качественные реакции.

Для опытов мы выбрали следующие образцы средств личной гигиены: образец №1, образец №2 , образец №3 , образец №4, образец №5, образец №6, образец №7, образец №8, образец №9, образец №10, образец №11 и образец №12 «водопроводная вода» (всего 12 образцов, фото 1).

Фото 1.

3.1. Определение уровня рН в средствах личной гигиены

Для определения значения pH растворов широко используют несколько методик: 1). Измерение рН кислотно-основными индикаторами (лакмус, фенолфталеин, метиловый оранжевый). Изменение цвета каждого индикатора происходит в своём интервале кислотности, обычно составляющем 1—2 единицы. 2) универсальным индикатором, представляющим собой смесь из нескольких индикаторов. (затруднено для мутных или окрашенных растворов). 3). Прибором pH-метром — позволяет измерять pH в более широком диапазоне и более точно (до 0,01 единицы pH). 4) Ионометрический метод (измерение милливольтметром-ионометром отличается высокой точностью).

В нашем исследовании мы решили использовать метод экспресс-тестирования с оборудованием УМК «Пчёлка» (Приложение 3, фото 2,3) и рН – метром цифровой лаборатории «RELEON» (оборудование «Точки роста»).

Опыт 1. Определение уровня рН в средствах личной гигиены с помощью рН-индикатора тест-системы УМК «Пчёлка»

Методика проведения: взяли 100% растворы 12 проб и путем анализа тест-полосок зафиксировали значения рН. В качестве тест-пробы использовалась водопроводная вода (проба12). Её рН= 7. В ходе опыта я опускала в растворы средств личной гигиены полоски рН-индикаторов на 5 минут. Затем сравнивала цвета индикаторов со значениями цветовой шкалы. (Приложение 3, фото 1). Результаты зафиксировала в таблице (Приложение 5, Табл.2).

Опыт 2,3. Определение уровня рН в средствах личной гигиены с помощью электронного рН-датчика цифровой лаборатории в растворах разной концентрации

Результат рН проб вызвал некоторые сомнения в точности анализа, поэтому мы продублировали опыт с оборудованием «Точки роста». Подключили и настроили данные компьютера, зарядили и подключили датчик рН. (Приложение 3, фото 5). Измерение рН датчиком проводили в различной концентрации 12 проб растворов: опыт № 2 - 100% и опыт № 3 - 50%. Каждое средство помещалось в стакан (v =100 мл.) объемом 50 мл. в опыте № 2 разбавлялось водой до отметки в 100 мл. В каждом опыте в раствор пробы помещался датчик рН-индикатора на 5 минут (Приложение 3, фото 5). В ходе опыта я опускала щуп электронного рН-датчика и наблюдала за его показаниями на компьютере. После каждого измерения щуп датчика промывался в дистиллированной воде для исключения искажения следующих результатов. На экране компьютера фиксировалось установленное значение рН, документ в виде графика сохранялся на компьютере (Приложение 3, фото 4). Результаты мы фиксировали в таблице (Приложение 5, Табл.2).

В результате проведенных опытов по определению уровня рН в 12 пробах можно сделать выводы:

1. Наиболее точный способ определения рН – электронный датчик цифровой лаборатории.

2. Из средств для мытья посуды наибольший уровень рН у образца №1 (8,2-8,67), наименьший – у образца №2 (6,9-7,9). Уровень рН у средств для мытья посуды должен быть от 5 до 8 [8]. Значит, образец №2 безопасен, а с образцом №1 следует работать в перчатках.

3. Из мыла наибольший уровень рН имеет образец №5 (9,8), наименьший – образец №3 (5,1-6,8). Мыло должно иметь щелочную среду (выше 7) для лучшего очищающего действия. Если уровень рН выше 10, то воздействие становится агрессивным [8]. Эффективным является образец №5, образец №3- более щадящее для кожи.

4. рН образца №6 имеет значение 6,5-7,5. Важно, чтобы рН мицелярной воды был близким к рН нашей кожи (от 5 до 6). Данное средство имеет немного повышенный уровень рН, поэтому может вызвать легкое покраснение и стянутость кожи [8].

5. рН образца №9 имеет значение 4.1 - 4,5. Важно, чтобы у гелей для душа был уровень рН от 5,8 до 6,0 [8]. Данное средство не безопасно, так как имеет уровень рН ниженормы. После использования кожа может слегка покраснеть и станет более чувствительной.

6. Из шампуней наибольший рН у образца №11 (6,3-7,3), наименьший у образца №8 (4,5). У шампуней уровень рН должен быть приближен к уровню рН кожи головы (от 4,5 до 5,5) [8]. Если регулярно использовать более кислый или щелочной шампунь, возможно повредить кутикулу волоса. Образец №8 имеет уровень рН близкий к норме.

7. рН образца №7 имеет значение 7,6 – 9,2. Гели для стирки должны иметь уровень рН от 5 до 8,5 [8]. Данный гель более агрессивен.

8. рН образца №10 имеет значение 6,25. При норме =7 [8]. Данный антисептик имеет низкий рН, что может коже повредить.

9. Уровень рН образца №12 «водопроводная вода» имеет значение 7,7 и соответствует нормам.

10. Все средства личной гигиены, кроме образца №4 и образца №10, при снижении их концентрации раствора на 50% увеличивали своё значение рН в сторону более щелочной среды. Получается, что моющие свойства при разбавлении водой у этих средств растут, они хорошо мылятся и стирают, но для кожи человека становятся более агрессивными.

3.2. Химический анализ средств личной гигиены

Помимо значения рН мы решили проверить наши средства на наличие некоторых химических соединений, которые вредны для организма человека. Для этого мы воспользовались школьной химической лабораторией и тестовыми индикаторами УМК «Пчёлка». Прежде всего, мы решили проверить средства личной гигиены на содержание хлоридов, сульфатов и железа. Эти вещества при наличии не указываются на этикетке товара, но являются вредными, и при обнаружении будут свидетельствовать о низком качестве средства.

Опыт № 4. Определение уровня количества содержания хлорид-ионов в средствах личной гигиены

1. Определение хлора при помощи тест-системы «Активный хлор» УМК «Пчёлка».

В ходе проведения опыта я опускала в растворы средств личной гигиены индикаторы для определения содержания хлорид-ионов на 5 минут. После я сравнивала цвета индикаторов со значениями цветовой шкалы.В результате проведенного опыта ионы хлора в 12 пробах не обнаружены.

2. Определение ионов хлора CI^- (качественное).

Методика опыта: К 5 мл раствора образца добавить 3 капли 10% раствора нитрата серебра AgNO₃, подкисленного азотной кислотой HNO₃ (р-р). Образуется осадок или муть: Ag+ +CI-=AgCI (Приложение 4, фото 7). Результаты опыта фиксировала в таблице (Приложение 5, Табл.2). Вывод: ионы хлора в 12 пробах не обнаружены.

Хлор – распространенный компонент в составе бытовой химии. Хлор очень опасен, является причиной заболевания сердечно-сосудистой системы, способствует возникновению атеросклероза, анемии, гипертонии, аллергических реакций, отрицательно влияет на кожу и волосы, повышает риск заболевания раком. Опасной концентрацией уже считается уровень в 0,0001% вещества в воздухе, который мы вдыхаем. В любой бутылке очистителя или отбеливателя содержится в среднем от 15% до 30% гипохлорит натрия. А этот компонент на 95% состоит из активного хлора. В обычном обиходе можно вполне обойтись моющими средствами на основе неагрессивных ПАВ и органических компонентов. Обращайте внимание на состав чистящего средства и выбирайте те, что не содержат гипохлорит, гипохлорит натрия, и другие хлориды [9].

Опыт № 5. Определение уровня количества содержания «железа общего» в средствах личной гигиены

1. Определение железа при помощи тест-системы «Железо общее» УМК «Пчёлка» и качественной реакции на ионы железа.

В ходе опыта я опускала в растворы средств личной гигиены индикаторы для определения содержания железа на 5 минут. После я сравнивала цвета индикаторов со значениями цветовой шкалы. В результате тестирования железо в 12 пробах не обнаружено.

2. Определение ионов железа Fe^3+.

Методика опыта: К 10 мл раствора прибавляют 1-2 капли соляной кислоты HCL, несколько капель пероксида водорода и 0,2 мл (4 капли) 5% -го раствора тиоцианата калия (KNCS). Перемешивают и наблюдают за развитием окраски. Определяют содержание ионов по таблице (Приложение 2, табл.1). Метод чувствителен, можно определить до 0,02 мг\л. Результаты фиксировала в таблице (Приложение 5, Табл.2). В результате обнаружено железо в средствах 2, 9 (Приложение 4, фото 9). В водопроводной воде (№ 12) мы так же обнаружили железо. (0,1 мг\л). Норма железа в воде - 0.2 мг/л. Повышенное содержание железа может повредить клетки кожи, что приведет к инфекции и появлению морщин. Такая вода не смывает остатки мыла с тела, вызывая закупорку пор и скопление масла на коже, что приводит к кожным проблемам, таким как экзема или прыщи. Высокое содержание железа может вызвать диабет, проблемы с желудком, тошноту и рвоту. Железо в воде крайне негативно отражается на здоровье и внешнем виде и волос. Появляется сухость, аллергический зуд и высыпания. [3].

Опыт № 6. Определение сульфат ионов в средствах личной гигиены.

Методика опыта: Для определения сульфат ионов SO4^2- (качественное) в образце к 5 мл раствора образца добавляют 4 капли 10% раствора соляной кислоты HCL и 4 капли 5% раствора хлорида бария BaCL₂. Образуется осадок или муть: Ba²⁺ + SO4^2--= BaSO₄ (осадок). Контроль: Слабая муть-1-10 мг\л, сильная муть -10-50мг\л, хлопья -50-100 мг\л, белый творожистый осадок >100 мг\л. Вывод: сульфаты в средствах личной гигиены обнаружены в пробах 8 и 11 (осадок) и 2 (слабая муть), (Приложение 4, фото 8). Результаты - в таблице (Приложение 5, Табл.2).

Сульфаты – это соли серной кислоты. Для производителей косметики они служат эффективным и дешевым компонентом, улучшающим свойства продукции: шампунь с сульфатами отлично пенится, удаляет загрязнения, моет «до скрипа». В шампунях в основном используют: лаурилсульфат натрия (SLS) и лауретсульфат натрия (SLES) [4]. Но вред сульфатов доказан: они раздражают кожу головы и слизистые; могут вызывать аллергию; провоцируют «пушистость» прически; способствуют выпадению волос (при регулярном использовании). Они оставляют на голове и коже невидимую пленку, вызывают покраснение, зуд, сухость, шелушение, перхоть, что проявляется выпадением, ломкостью, исчезновением блеска волос. Важно, что производители шампуней зачастую не пишут полные названия сульфатов, а шифруют их за аббревиатурами. Поэтому всегда нужно внимательно читать состав моющих средств перед тем, как приобрести продукт) [5].

В результате химического анализа 12 проб мы сделали выводы:

1. Сульфаты в средствах личной гигиены обнаружены в образцах №8 и №11, а также в образце №2.

2. Хлориды в 12 пробах не обнаружены

3. Железо обнаружено в образце №2 и в образце №9. В образце №12 «водопроводная вода» мы так же обнаружили железо (0,1 мг\л) в пределах нормы.

Заключение. Общие выводы по теме исследования:

В процессе работы мы узнали о кислотно-щелочном балансе рН и его влиянии на наше здоровье, прежде всего на кожу, так как она первая контактирует со средствами гигиены, которые мы ежедневно применяем. Мы провели химический анализ 12 средств ухода на наличие сульфатов, хлорида и железа – наиболее вредных и агрессивных «врагов красоты» кожи. Также мы определили рН средств самым точным из методов измерений – цифровым. Гипотеза исследования подтвердилась, не все средства безопасны. На основе измерений, делаем выводы и рекомендации:

Безопасными и рекомендованными (рН в норме, сульфатов, хлорида и железа не обнаружено, или в норме) к использованию считаем: образец №3 , образец №4 , образец №12 «водопроводная вода». (Приложение 4, фото 10).

Допустимыми: образец №10 (низкий рН), образец №7, образец №11, образец №1, образец №6, так как у всех этих средств превышен рН, и они будут раздражать кожу. А также образец №5 , его уровень рН в норме для стирки, но из-за агрессивной щелочной среды рекомендуем использовать перчатки, и желательно сразу после контакта наносить на кожу рук увлажняющий крем.

Небезопасными считаем и НЕ рекомендуем к использованию: образец №9 (низкий рН и наличие железа), образец №2 (сульфаты и железо), образец №8 (сульфаты). Обнаруженные соли наносят вред здоровью.

Библиографический список:

1. Вараксина Е., Статья «pH мыла и моющих средств: что важно знать?» на сайте «Росконтроль» от16 марта 2017 [Электронный ресурс]. URL: https://roscontrol.com/journal/articles/zagadochniy-ph-naskolko-vagni-zavetnie-55/.

2. Википедия, материал «Водородный показатель», [Электронный ресурс].URL: https://ru.wikipedia.org/wiki

3. «Вред воды с большим содержанием железа», статья в блоге компании «Формула воды» от 13.08.2020. [Электронный ресурс].URL: https://formulavody.com.ua/novosti/

4. «Вся правда о шампунях без сульфатов и парабенов», статья в блоге компании «Антураж», 2022 г., [Электронный ресурс].URL: https://antu.ru/blog/vsya-pravda-o-shampunyakh-bez-sulfatov-i-parabenov/

5. «Добрые и злые добавки – сульфаты в шампунях» статья в Блоге «Уход за волосами», 19.06.2018, сайт м/на корейской косметики Сosmasi. [Электронный ресурс].URL: https://cosmasi.ru/blog/uhod-za-volosami-blog/dobryie-i-zlyie-dobavki-sulfatyi-v-shampunyah.html

6. Корженевский В.К., Власенко Е.А. «Вода: технология здоровья», статья на сайте Calameo [Электронный ресурс]. URL: https://ru.calameo.com/books/00419850728f4d3ba2946

7. Марголина А.А. к.б.н., Эрнандес Е.И. к.б.н. «Косметика и медицина», статья «Строение кожи», 30 июля 2015 г., сайт eldancosmetics. [Электронный ресурс].URL: https://eldancosmetics.ru/training/article/kislotnaya-mantiya-kozhi/

8. Мелкий шрифт: Что означает уровень pH в косметике и на что он влияет, статья на сайте PROSTOP. [Электронный ресурс].URL: https://prostor.ua/ru/blog/melkiy-shrift-chto-oznachaet-uroven-ph-v-kosmetike-i-na-chto-on-vliyaet/

9. «Чем опасен хлор и можно ли его использовать», статья в блоге от 05.01.2020. [Электронный ресурс].URL: https://www.joinesi.com/ru/blog/chem-opasen-khlor

10. Что означает показатель водородный показатель кислотности pН и как выбрать мыло с «правильным» pН. [Электронный ресурс].URL: https://www.nmgk.ru/business/soap-and-beauty-products/articles/soap-ph/

Приложение 1.

Результаты анкетирования школьников.

Диаграмма 1. Диаграмма 2.

Диаграмма 3. Диаграмма 4.

Диаграмма 5. Диаграмма 6.

Приложение 2.

Материалы по исследованию

Вопросы анкеты

1.Как часто вы используете средства личной гигиены и бытовой химии (очищающие, моющие, порошки, гели и т.д.)?

1) ежедневно 3) иногда

2) раз в неделю 4) никогда

2.Какие средства вы используете? (укажите название)

_________________________________________________

3. Средства каких фирм использует твоя семья? (укажите нужное):

1) средство №1 6) средство №6

2) средство №2 7) средство №7

3) средство №3 8) средство №8

4) средство №4 9) средство №9

5) средство №5 10)свой вариант__________________

4. Знаете ли вы, что такое pH?

1) да 2) нет

5. Знаете ли вы, как влияет pH на кожу и здоровье человека?

1) да 2) нет

6. Какой вред могут нанести средства бытовой химии?

1) вызывать аллергию

2) сушить кожу

3) вызывать раздражение

4) окисление поверхностей (портят поверхность предметов, подвергаемых очистке)

5) портить волосы

6) вызвать перхоть

7) свой вариант__________________________

7.Как выбрать хорошее средство для ухода?

1) смотреть на состав

2) изучать отзывы в интернете

3) брать проверенные средства

4) не брать продукт сомнительного производства

5) свой вариант__________________________

Таблица 1. Примерное определение ионов Fe³⁺ в пробах почвенной вытяжки

Приложение 3

Исследование средств личной гигиены

Фото 1. Тест-индикаторы рН УМК «Пчёлка» Фото 2. Оборудование для опытов

Фото 3. Комплект УМК «Пчёлка» Фото 4. График данных рН-метра

Фото 5. Датчик рН-метра в работе Фото 6. Измерение рН за компьютером

Приложение 4.

Химические опыты

Фото 7. Проведение химического опыта Фото 8. Осадок сульфата в пробе 9.

Фото 9. Обнаружение розового окрашивания в пробе 2 (качественная реакция на железо)

Фото 10. Безопасные и рекомендованные средства личной гигиены

Приложение 5.

Таблица 2. Результаты измерения рН и химических опытов средств личной гигиены