XXI Международный конкурс научно-исследовательских и творческих работ учащихся

Старт в науке

Изучение качественного состава паров вейпа (электронной сигареты) и его влияния на животный белок

• Авторы
• Руководители
• Файлы работы
• Наградные документы

Евчар Е.В. 1Сулим Д.С. 1Воронько М.П. 1

---

1Средняя школа 22 г. Миска имени С. И. Грицевца

Загорская А.А. 1

---

1Средняя школа 22 г Минска имени С. И. Грицевца

Работа в формате PDF

731.9 KB

Автор работы награжден дипломом победителя III степени

Диплом школьникаСвидетельство руководителя

Введение

Курение — серьезная социальная проблема современности. В настоящее время курение получило большую популярность среди мужчин, женщин, и, к сожалению, среди подростков. Они уже с раннего возраста начинают заниматься курением электронных сигарет.

Люди, бросившие курить, пытаются найти обычным сигаретам альтернативу, и для этих целей используют электронные. Однако медики утверждают, что электронные сигареты не так уж безвредны, как об этом уверяют нас производители.

В работе мы углубляемся эту тему, для того, чтобы самостоятельно попытаться исследовать этот вопрос, и, самое главное, ознакомить с результатами работы учащихся нашей школы, чтобы они задумались, стоит ли им продолжать или начинать курить электронные сигареты?

Цель работы: Изучение качественного состава паров и жидкости для вейпа (электронной сигареты)

Задачи:

1. Изучить информацию о составе вейпа и вреде его паров.

2. Изучить состояние проблемы курения вейпа в нашей школе.

3.Провести практическое исследование качественного состава жидкостей для вейпа, а также ее пары.

4. Проверить влияние безникотиновые и никотинсодержащие жидкости на животный белок

5. Ознакомить с результатами работы учащихся нашей школы, убедить их отказаться от курения.

Объект исследования: жидкость для вейпа и ее пары.

Предмет исследования: качественный состав жидкости для электронных сигарет, ее пары а также их влияние на животный белок.

Гипотеза: вещества, которые содержаться в жидкости для вейпа и ее парах оказывают негативное влияние на живой организм

Методы исследования:

• социологический опрос,

• химический эксперимент,

• теоретическое исследование.

1. Теоретический обзор

1.1. Курение электронных сигарет – социальная проблема общества?

Первое упоминание о патенте электронного испарителя относятся к 1927 году. Джозеф Робинсон планировал использовать своё изобретение в медицине. По его задумке лечащие вещества должны были попадать в организм человека путём вдыхания пара от специального медицинского раствора.[1]

В начале 2000-х годов китайский фармацевт Хон Лик разработал устройство, которое позднее стало известно как электронная сигарета. Сначала они были введены на рынок как альтернатива традиционному курению, обещая снизить вред для здоровья пользователей. Однако в последние годы электронные сигареты стали популярны среди подростков, вызвав беспокойство медицинского сообщества и общественности.

Влияние использования электронных сигарет на общество разнообразно. С одной стороны, они могут помочь курильщикам перейти на менее вредную альтернативу, что потенциально может снизить уровень заболеваемости от табачного дыма. Однако, с другой стороны, популяризация электронных сигарет среди подростков может в конечном итоге увеличить общее число пользователей никотина в обществе. Это также вызывает опасения относительно того, что длительное использование электронных сигарет может иметь на здоровье, поскольку побочные эффекты и долгосрочные последствия использования электронных сигарет пока не до конца изучены, однако врачи, специализирующиеся на избавлении от зависимостей, вообще не рассматривают вейпы как один из возможных способов лечения. Электронные сигареты никогда не проходили клинических испытаний, и такие исследования даже не планируются.

Психологическое объяснение курению электронных сигарет включает в себя несколько аспектов, которые могут влиять на привлекательность и влияние этой привычки на людей:

• Позитивные ассоциации: Для некоторых людей использование электронных сигарет может быть связано с позитивными ассоциациями, такими как социальное взаимодействие, отдых или удовольствие. Например, для некоторых курильщиков электронная сигарета может стать своего рода "компаньоном" в обществе или средством расслабления.

• Снижение стресса и тревожности: Для других людей использование электронных сигарет может служить способом справиться со стрессом, тревожностью или неспокойством. Процесс курения, включая ингаляцию и выдыхание пара, может быть связан с улучшением эмоционального состояния у некоторых людей.

• Образ жизни и социальная привлекательность: Для некоторых людей курение электронных сигарет может стать частью образа и стиля жизни, связанных с модной и современной культурой, что делает их более привлекательными.

• Зависимость и привычка: Психологические аспекты также включают развитие зависимости и формирование привычки к употреблению электронных сигарет, когда они становятся частью повседневной жизни и рутины.

• Позитивные ожидания: Часть привлекательности электронных сигарет может также быть связана с позитивными ожиданиями, в том числе о наслаждении вкусами, сокращении негативных аспектов традиционного курения и т. д.

Популярность электронных сигарет среди подростков может быть объяснена несколькими факторами:

• Маркетинговые усилия: Производители электронных сигарет интенсивно продвигают свои продукты путем создания модных и стильных дизайнов, использования различных вкусов и акцентирования на "безопасности" по сравнению с традиционными сигаретами. Все это может быть привлекательно для подростков, которые склонны к экспериментам и стремятся к самовыражению.

• Доступность: В некоторых случаях электронные сигареты могут быть легче доступны для несовершеннолетних, чем традиционные сигареты, благодаря онлайн-продажам или недостаточной строгости в магазинах, контролирующих продажу таких товаров.

• Социокультурное влияние: Популярные тренды в социальных сетях, поп-культуре и среди известных личностей могут повлиять на восприятие электронных сигарет среди подростков, что приводит к увеличению спроса на такие продукты.

• Вкусовые особенности: Множество доступных вкусов для наполнения электронных сигарет, такие как фрукты или сладости, могут быть привлекательны для подростков, которые могут рассматривать это как более приятную альтернативу традиционным табачным продуктам.

• Ощущение риска: Некоторые подростки могут недооценивать риски, связанные с употреблением электронных сигарет из-за распространенного убеждения, что они безопаснее традиционных сигарет.

1.2. Химический состав жидкости для электронных сигарет и дыма, который вдыхают курильщики и их влияние на организм человека

Состав жидкости для электронных сигарет может варьироваться в зависимости от производителя и типа продукта, но обычно он включает в себя следующие основные компоненты:

Никотин (от 0 до 3,6%)- это естественный алкалоид, который содержится в табачных растениях, таких как табак. Он является одним из основных компонентов табака, который вызывает зависимость у людей. Никотин быстро впитывается через легкие и попадает в кровоток, где он оказывает воздействие на различные рецепторы в головном мозге. Это воздействие может вызывать чувство удовлетворения и стимуляции, но также может приводить к физической зависимости. Является сильнодействующим нейротоксином и кардиотоксином Никотин - вещество в составе жидкости е-сигарет, которое с уверенностью можно признать вредным. Жидкость для вейпа, как и обычные сигареты, может содержать никотин. Наличие никотина в жидкости для вейпа обычно указывается на упаковке или маркировке продукта и может быть выражено в мг/мл (миллиграммах на миллилитр). Количество никотина в жидкости для вейпа может варьироваться от низких концентраций (например, 3 мг/мл) до очень высоких (например, 50 мг/мл).

Рис. 1 Структурная формула никотина

Пропиленгликоль (от 55 до 62%)– это многоатомный спирт, выступающий в качестве пищевой добавки и растворителя. Он используется в химической, пищевой, косметической, фармацевтической промышленности как добавка E1520, которая разрешена для использования в большинстве стран мира. Е-1520 считается нетоксичным веществом, при вдыхании и случайном приёме внутрь не вызывает отравления, однако добавка все же может принести вред, так, Е1520 в больших дозах угнетает центральную нервную систему. Употребление пищевых продуктов (избыточное), содержащих добавку пропиленгликоль Е1520, может привести к повреждению почек.

Рис. 2 Структурная формула пропиленгликоля

В жидкостях для электронных сигарет пропиленгликоль используется в качестве одного из основных компонентов, который обладает несколькими свойствами, благоприятными для вейпинга:

• Создание пара: пропиленгликоль обладает низкой точкой кипения, поэтому он быстро превращается в пар при нагревании, что позволяет пользователям электронных сигарет ингалировать аэрозольные облака, напоминающие дым.

• Распространение ароматизаторов и никотина: пропиленгликоль способствует равномерному распределению ароматизаторов и никотина в жидкости для вейпа, обеспечивая более однородный вкус и эффективную ингаляцию.

• Гладкость "удара в горло" (throat hit): пропиленгликоль способствует созданию ощущения "гулкости" при вдыхании, которое многие пользователи связывают с подобным ощущением от традиционного курения.

Глицерин (от 30 до 35 %)– еще один основной элемент жидкости для е-сигарет, представляющий собой простейший многоатомный спирт. Данное вещество, обладает водоотнимающим свойством и способен вытягивает воду из любых тканей живых организмов. Поэтому у людей, которые страдают заболеваниями почек, глицерин может спровоцировать обострение недуга. Кроме этого, глицерин весьма негативно влияет на процессы кровообращения в организме и состояние сосудов. Максимально допустимая доза этого вещества, несмотря на его опасность, не определена, это зависит от индивидуальных особенностей каждого человека.

Рис. 3 Структурная формула глицерина

В контексте электронных сигарет глицерин часто используется в качестве ключевого компонента в жидкостях для вейпа по нескольким причинам:

• Образование пара: глицерин обладает высокой вязкостью и может обеспечить обильное образование пара при нагревании, что позволяет пользователям электронных сигарет создавать плотные облака дыма.

• Улучшение текстуры пара: наличие глицерина в жидкости для вейпа может способствовать созданию более плотной и густой текстуры пара, что некоторые пользователи считают более приятным и удовлетворительным.

• Улучшение усвояемости ароматизаторов: глицерин может помочь передать вкус и аромат ароматизаторов более эффективным образом, что способствует более насыщенному вкусу для пользователей жидкостей для вейпа.

Дистиллированная вода: иногда используется для разбавления основных компонентов

Ароматизаторы (от 2 до 4%) – бывают натуральные (пищевые) и искусственные. Разница между ними есть. Натуральные ароматизаторы получают только из натуральных видов сырья методом экстракции или дистилляции. Сырьем может послужить любой растительный или животный продукт. К искусственным ароматизаторам относятся все виды пищевых добавок, которые не могут иметь природных аналогов. Это полностью химические соединения. К примеру, изоамил ацетат используется в качестве ароматизатора груши в производстве напитков и карамелей, диацетил используется для создания сливочного запаха. Существуют ароматизаторы которые могут быть опасны для здоровья человека: вызывают аллергию, расстройство желудка, кожные заболевания, канцерогенные, запрещённые и др. Всё зависит от индивидуальной особенности организма и как он отреагирует на ароматизатор.

Диацетил — простейший представитель дикетонов

Рис. 4 Структурная формула диацетила

Диацетил добавляют в жидкости для электронных сигарет – это необходимо для того, чтобы сделать вкус более выраженным. Стоит отметить, что диацетил используют не во всех жидкостях. Считается, что диацетил можно употреблять в пищу, однако Национальный институт охраны труда США заявил: вещество становится опасным, если вдыхать его на протяжении долгого времени. Передозировка диацетилом может иметь серьезные последствия для здоровья ( повреждения печени, нарушение функции мозга, нарушение функции дыхания, повреждение сердца, потеря сознания) Исследователи говорят: необходимы срочные меры, чтобы как можно точнее оценить масштабы распространения опасного вещества среди ароматизаторов для сигарет.[3]

В электронных сигаретах используются картриджи, которые выдают необходимую дозу никотина. Эту дозу курильщики получают, вдыхая пар без смол и других канцерогенных веществ. Учёные и чиновники до сих пор не уверены, безопасно ли такое курение. Ранее в этом году Департамент здравоохранения Англии призвал курильщиков перейти на электронные сигареты, ведь они намного безопаснее, чем традиционное курение. Однако Всемирная организация здравоохранения, учёные из Лондонской школы гигиены и тропической медицины и сотрудники университета Ливерпуля до сих пор обеспокоены вопросом безопасности электронных сигарет.

Доктор Аллен и его коллеги проверили 51 вид ароматизированных сигарет и ароматических жидкостей, продаваемых ведущими брендами, на наличие диацетила, ацетоина и 2,3-пентандиона — вкусовых соединений, которые могут представлять риск для лёгких курильщика и окружающих его людей.

Хотя данное исследование проводилось в США, в прошлом году подобную работу делали и греческие учёные. Тогда они обнаружили, что диацетил содержится в 70% ароматизаторов от европейских брендов. И американские, и европейские жидкости для курения находятся в свободной продаже.

Ученые из Национальной лаборатории им. Лоренса в Беркли проанализировали состав пара электронных сигарет. Они, пришли к выводу, что «букет» веществ, который вдыхает курильщик-вейпер содержит токсины и канцерогены.

В жидкости, используемой для заправок электронных сигарет, при нагревании происходит процесс разложения пропиленгликоля и глицерина, который приводит к высвобождению токсичных акролеина и формальдегида.

Сопоставляя результаты разных анализов электронных сигарет, нужно всегда помнить, что многие проведенные на сегодняшний день исследования не были полностью независимыми. Они были организованы и проспонсированы теми или иными производителями электронных сигарет. Также в исследованиях часто принимают участие фармацевтические компании, производящие в том числе и препараты для борьбы с курением.

До сих пор неизвестно, к каким последствиям может привести постоянное воздействие пропиленгликоля и глицерина, если вдыхать эти вещества неделями, месяцами, годами. Неизвестно и какие заболевания вызывают электронные сигареты. Возможно, они будут отличаться от заболеваний, связанных с табакокурением, а может, и нет. Главный вопрос — могут ли глицерин и пропиленгликоль при нагреве выделять опасные канцерогены. Специалисты сходятся во мнении, что могут. Так, в некоторых марках жидкости для электронных сигарет были обнаружены канцерогенные вещества. [4]

Таким образом, в состав курительной жидкости для электронных сигарет входят такие компоненты как: пропиленгликоль, глицерин; никотин, ароматизаторы и вода. Изучив свойства данных веществ можно предположить, что все компоненты жидкости для курения электронных сигарет, кроме воды, могут отрицательно повлиять на здоровье человека.

2. Изучение состояния проблемы курения вейпа в нашей школе

Социологическое исследование мы проводили на базе нашей школы среди обучающихся 7-9 классов. С использованием сервиса Google Form (Приложение1)

В опросе приняли участие 177 человек.

Из них 57 учеников 7-х классов, 53 8-х и 67 9-х Результаты опроса представлены в таблице в приложении. (Приложение1)

На вопрос, «Пробовали ли Вы вейп или электронную сигарету?» учащиеся ответили следующим образом: да - 54,5 (%), нет 45,5( %),

На вопрос «Как вы относитесь к парению?» мы получили следующие ответы: - парю постоянно - 30,3(%) - парю изредка – 10,1 (%); пробовал, но больше не парю – 17,4 (%); - никогда не пробовал – 42,1 (%).

Считают, что можно с помощью вейпа и электронной сигареты можно бросить курить – да - 50,6 (%); - нет - 49,4 (%)

Можно курить где угодно, законом это не запрещено - 2(2%), в общественных местах 3(4%), дома -82(94%)

Таким образом можно сделать вывод, что очень большой процент обучающихся пробовал электронную сигарету, и считают ее менее опасной, или не совсем в этом осведомлены.

3. Практическая часть. Изучение состава жидкости для вейпа и ее паров.

Для исследования были взяты 3 образца жидкости для вейпа с содержанием никотина 0 мг/мл; 20 мг/мл,60 мг/мл.

В жидкостях проверялась наличие фенолов, альдегидов, непредельных соединений, многоатомных спиртов, реакция среды. Оценивалось влияние на куриный белок.

Также изучался качественный состав дыма. Для этого получали его растворы следующим способом:

1. На вейп надевали резиновую газоотводную трубку, конец которой соединен с грушей,

2. Поджигали сигарету и создавали тягу с помощью груши, пар заполняет грушу,

3. Затем в плоскодонную колбу наливали чистую, дистиллированную воду, примерно 30 мл, далее из груши, заполненной паром, выпускали пар.

4. Колбу закрывали, перемешивали, оставляли отстояться 10 минут

При реакции с водой не все компоненты пара будут растворяться одинаково хорошо. Например, никотин может раствориться лучше, чем некоторые ароматические углеводороды

Опыт №1. Изучение паров жидкости для вейпа

1. 1. Определение реакции среды полученных растворов,

Под струю дыма подносили смоченную в воде универсальную индикаторную бумагу. Она окрашивалась в интенсивные сине- зеленые цвета, что свидетельствовало о щелочной реакции выделяемых веществ.

1.2) Обнаружение фенолов

В пробирки поместили 1 мл раствора, приготовленного в опыте 1, и добавляли 2-3 капли 5%-ного раствора FeCl₃. Изменение окраски не произошло, фенолов не обнаружено.

1.3) Обнаружение непредельных соединений

В две пробирки поместили по 1 мл растворов веществ, содержащихся в дыме вейпа, и прилили по 1-2 капли йодной воды (несколько капель аптечной настойки иода растворяют в 10 мл воды). Наблюдаем обесцвечивание раствора йода в обеих пробирках.

Реакция с KMnO₄.

Добавляем в пробирки несколько капель 5% раствора перманганата калия. Наблюдаем обесцвечивание раствора в обеих пробирках и выпадение бурого осадка MnO₂ из-за восстановления KMnO₄ веществами, содержащимися в дыме:

MnO₄^- + 2H₂O + 3e - MnO₂ + 4OH^-

1.4) Взаимодействие с амиачным раствором оксида серебра при нагревании. Качественная реакция на альдегидную группу (формальдегид, акролеин). В пробирки поместили по 1 мл растворов, полученных из дымов, нагрели. Добавили 1 г нитрата серебра к горячей дистиллированной воде. Хорошо перемешали, для полного растворения, добавили гидроксид натрия. Образовался осадок, к которому приливали 10-% раствор аммиака, до тех пор, пока не растворился осадок, добавили 5 мл полученных растворов, нагрели

Реакция серебряного зеркала, также известная как реакция Толленса, представляет собой процесс восстановления серебра из аммиачного раствора оксида серебра. В присутствии водного раствора аммиака оксид серебра растворяется и образует комплексное соединение, гидроксид диамминсеребра(I) [Ag(NH₃)₂]OH. При добавлении альдегида к этому соединению происходит окислительно-восстановительная реакция, в результате которой образуется металлическое серебро.

1.5) Реакция на диацетил. В раствор гидроксида натрия добавили глицин. Полученную смесь прилили к растворам дыма, нагрели

Уравнение реакции диацетила с глицином может быть представлено следующим образом:

2,3-бутадион (диацетил) + глицин → продукт реакции

Вот несколько возможных продуктов:

1. Ацетилглицин (N-ацетилглицин, N-ацетиламиномасляная кислота):

C4H6O2 + C2H5NO2 → C6H9NO4

2. Пирролин-2,5-дион:

C4H6O2 + C2H5NO2 → C4H4N2O2 + pO

3. Дигидропиран-2,5-дион:

C4H6O2 + C2H5NO2 → C4H6O3 + Np

1.5) Качественная реакция на многоатомные спирты

Качественной реакцией на многоатомные спирты является образование ярко-синего раствора при взаимодействии с гидроксидом меди(II) в щелочной среде. Для получения свежеосажденного гидроксида меди (II) к 1 мл раствора сульфата меди (II) прилили 2 мл раствора гидроксида натрия. Далее к полученному осадку добавили 1 мл рабочих растворов

CuSO₄ + 2NaOH = Cu(OH)₂ + Na₂SO₄

1.5) Действие паров на животный белок

В раствор куриного белка пропустили пары жидкостей

Растворы помутнели, белок свернулся, произошла денатурация

Рис. 5 Схема денатурации белка

Опыт №2 изучение качественного состава жидкостей для вейпа

В пробирки добавили 1 мл дистилированной воды, добавляли по 1 капле жидкостей, встряхивали, оставляли на 10 минут.

Далее повторяли опыты 1.1-1.6 с растворами, полученными из жидкостей.

Заключение

На основании проведенных исследований можно сделать вывод о том, что наша гипотеза подтвердилась. Жидкость для вейпа содержат такие токсичные вещества как формальдегид,  который поражает нервную систему, дыхательные пути, печень, почки, органы зрения, действует как сильный раздражитель на слизистые оболочки дыхательных путей и глаз, а также выступает сильным аллергеном; акролеин, в результате воздействия которого возникает жжение в глазах, слезотечение, конъюнктивит, отек век, ощущение жжения в горле, кашель, удушение; пропиленгликоль, который может оказывать влияние на весь организм человека, пары химического составляющего действуют раздражающе на органы зрения и дыхательные органы. Не стоит забывать и про никотин. Вред от него при курении электронных сигарет не меньше, чем от обычных. Никотин также всасывается в кровь, идет по сосудам и воздействует на рецепторы, зажимая сосуды в спазмы, то есть оказывает системный вред организму. В любом случае точно говорить о влиянии электронного курения на здоровье можно будет только через 10–20 лет.

Приложение 1. Результаты опроса

Класс

Пробовали ли Вы вейпы или электронную сигарету?

Как Вы относитесь к парению?

Как Вы считаете, можно ли с помощью вейпа\электронной сигареты бросить курить?

Приложение 2. Результаты качественного анализа

Список литературы:

1) Зверев А.В. Влияние вейпинга на организм человека. – Санкт-Петербург:Издательство СПбГУ, 2017.

2) Иванова Л.С. Предупреждение вреда от вейпинга: междисциплинарный подход. – Москва: Наука и образование, 2016.

3) Колесникова Н.Ю. Вейпинг и его влияние на организм молодежи. – Москва: Медицина, 2018.

4) Москва: Книжный мир, 2016 Степанов А.В. Последствия вейпинга для организма человека. – Москва: ГЭОТАР-Медиа, 2019