XXVI Международный конкурс научно-исследовательских и творческих работ учащихся

Старт в науке

Исследование азокрасителей на примере хризоидина

• Авторы
• Руководители
• Файлы работы
• Наградные документы

Лазарева А.С. 1

---

1МБОУ "СОШ №42 им. Б.Г. Шуклина" г. Курска

Корчевский А.А. 1

---

1МБОУ "СОШ №42 им. Б.Г. Шуклина" г. Курска

Работа в формате PDF

1.2 MB

Автор работы награжден дипломом победителя III степени

Диплом школьникаСвидетельство руководителя

Введение

Азокрасители широко используются в практической жизни человека. На их долю приходится более половины всей продукции, выпускаемой химической промышленностью. Хризоидин используется для окрашивания бумаги и кожи, волокон, гистологических препаратов, а также в качестве кислотно-основного индикатора. Поэтому исследование этого вещества является актуальным и значимым.

Объектом исследования являются азокрасители.

Предметом исследования – хризоидин и его красящие свойства.

Цель исследования – изучение свойств хризоидина как красителя для аналитической химии, гистологии и практической жизни человека.

Для достижения цели необходимо решить следующие задачи:

1) выявить особенности и свойства хризоидина, методы его получения, свойства и сферы практического применения.

2) Рассмотреть кристаллы хризоидина под микроскопом при увеличении в 50, 100 и 200 раз.

3) Определить точку рН-перехода хризоидина с помощью потенциометрического титрования и использования PH-метра PHS-3C.

4) Приготовить и рассмотреть в электронный микроскоп биологические препараты кожуры лука и кожицы декабриста, окрашенные хризоидином.

5) Исследовать изменение интенсивности окраски красителя в различных условиях с помощью программы Image J

Таким образом, мы можем сформулировать следующую гипотезу исследования: азокраситель хризоидин играет важную роль в практической жизни человека и может быть использован в различных областях.

Методы исследования: наблюдение под микроскопом; определение рН-перехода методом потенциометрического титрования; приготовление биологических препаратов; компьютерная обработка интенсивности окраски хризоидина, хранившегося при различных условиях.

Глава 1. Азокрасители и их роль в жизни человека

В данной главе рассматриваются органические азосоединения и их применение. В частности хризоидин, его физические и химические свойства, а также области его применения.

1. 1. Органические азосоединения

Азосоединения – органические соединения общей формулы R-N=N-R′, где R и R′ – органические радикалы. Для азосоединений возможна цис-транс-изомерия; при наличии в молекуле азосоединений сопряжённого с азогруппой электронодонорного заместителя (-OH, -NH₂ и др.) – азо-гидразонная таутомерия. Азосоединения, обладающие азо-гидразонной таутомерией, используют в качестве кислотно-основных индикаторов.

1. 2. Характеристика хризоидина

Хризоидин (2,4-диаминоазобензол гидрохлорид) – органическое соединение, азокраситель с химической формулой C₁₂H₁₃ClN₄.Применяется в микроскопии для окрашивания микропрепаратов, а также в аналитической химии как кислотно-основный индикатор.

Рисунок 1. Формула хризоидина

Физические свойства:

Красно-коричневые мелкие кристаллы с зелёным оттенком. При осаждении в крупнокристаллической форме становятся чёрными и приобретают металлический блеск. Молярная масса составляет 248,71 г/моль. Температура плавления 117°C. Растворяется в воде с образованием раствора оранжево-красного цвета. Также растворим в спирте, серной и соляной кислотах, растворах гидроксида натрия. Нерастворим в эфире

Получение:

Путём азосочетания фенилдиазония с 1,3-фенилендиамином. В виде продажного реактива часто выпускается как в виде соли, так и свободного основания.

Применяется для окрашивания в золотисто-жёлтый цвет бумаги и кожи. Для окраски в оранжевый цвет применяют с хлопком по таниновой протраве, а также с натуральным шёлком, хотя краситель обладает плохой светопрочностью, что ограничивает применение для этой цели.

Также в крашении применяется для синтеза красителя прямого пара-коричневого непосредственно на волокне в процессе окрашивания. Для этого проводят азосочетание с 4-нитробензолдиазонием. Полученный прямой пара-коричневый краситель обладает более высокой светостойкостью, чем хризоидин.

Используется в микроскопии для прижизненного окрашивания, также как краситель находит применение при цитологических, гистологических и энтомологических исследованиях. Помимо этого, применяется для окрашивания бактерий по методу Нейссера и в флуоресцентной микроскопии для вспомогательных целей.

В аналитической химии служит как кислотно-основный индикатор с границей перехода от оранжевой к жёлтой при изменении pH в диапазоне от 4,0 до 7,0.

В промышленности используется для получения полиграфических красок.

Глава 2. Экспериментальное исследование хризоидина

В данной главе рассматривается исследование хризоидина под микроскопом, определение рН-перехода хризоидина на рН-метре PHS-3C, приготовление и рассмотрение гистологических препаратов лука и декабриста при увеличении 50, 100, 200 и 400, а также определение изменение интенсивности окраски в программе Imaje J.

2.1. Исследование хризоидина под микроскопом

Кристаллы хризоидина помещают на предметное стекло, накрывают покровным стеклом, после чего рассматривают в электронный микроскоп при увеличении 50, 100 и 200. Результаты эксперимента представлены на рисунке.

Рисунок 2. Кристаллы хризоидина под микроскопом

Таким образом, хризоидин представляет собой красноватые блестящие кристаллы в микрокристаллическом состоянии.

2.2. Определение рН-перехода хризоидина

Данное определение мы проводили с помощью рН-метра PHS-3C, добавляя раствор кислоты или щелочи из бюретки по каплям. Для гомогенизации раствора мы использовали магнитную мешалку 79-1 Hot Plate Magnetic Stirrer. Изменение окраски мы фиксировали визуально в тот момент, когда значение рН, показанное прибором, стабилизируется.

Прежде, чем приступить к работе, необходимо откалибровать прибор.

2.2. Определение рН перехода хризоидина

Первоначально мы наливаем немного раствора хризоидина в три пробирки и добавляем небольшое количество гидроксида натрия и соляной кислоты. Фиксируем изменение окраски. В щелочной среде окраска не меняется, тогда как в кислой среде переходит в оранжевую. Делаем вывод, что хризоидин подходит как кислотно-основный индикатор для кислой среды.

После этого определяем рН-перехода с помощью прибора.

Для этого 50 мл раствора красителя с концентрацией вещества 0,01 моль/л переносим в чистый стаканчик. Помещаем в него якорь и ставим сверху на магнитную мешалку. Раствор соляной кислоты с концентрацией 0,1 моль/л добавляем по каплям с помощью бюретки. При этом ждем, когда значения рН стабилизируются.

Рисунок 6. Определение рН-перехода хризоидина

В итоге, значение рН, при котором произошло изменение окраски хризоидина составило 5,78, что соответствует литературным данным (интервал рН-перехода 4,0 – 7,0 в зависимости от растворителя, температуры раствора и концентрации индикатора).

Таким образом, хризоидин может быть использован как кислотно-основный индикатор для определения кислой среды, значение рН-перехода составило 5,78.

2.3. Приготовление гистологических препаратов

Большой интерес представляет использование красителей для окрашивания различных гистологических препаратов. Это имеет большое значение в медицине, биологии, криминалистике.

Техника приготовления профессиональных препаратов достаточно сложна, поэтому мы взяли за основу школьный эксперимент по микроскопическому изучению кожицы лука. Для этого мы сняли скальпелем тонкий слой кожуры лука, после чего помещали его на предметное стекло, накрывали покровным стеклом и рассматривали под электронным микроскопом Eva при увеличении 50, 100, 200 и 400 раз. Результаты эксперимента представлены на рисунке.

Рисунок 7. Клетки лука под микроскопом

Для окрашивания клеток лука мы использовали йод и хризоидин. Для этого препараты лука мы выдерживали в растворе красителя в течение часа, затем аккуратно промокали фильтровальной бумагой досуха, после чего помещали на предметное стекло, накрывали покровным стеклом и рассматривали под микроскопом.

Рисунок 8. Клетки лука, окрашенные йодом

Рисунок 9. Клетки лука, окрашенные хризоидином

Данный эксперимент мы также провели для кактуса Шлюмбергера (декабрист).

Рисунок 10. Клетки декабриста под микроскопом

Рисунок 11. Клетки декабриста, окрашенные хризоидином

Таким образом, йод и хризоидин являются прекрасными красителями для окрашивания гистологических препаратов. Можно отметить, что при окраске хризоидином в отдельных образцах можно увидеть клеточные ядра при увеличении в двести и более раз. Можно также отметить хорошие красящие свойства йода.

2.4. Исследование изменения интенсивности окраски хризоидина в программе ImageJ.

Очень интересным с исследовательской точки зрения является изучение интенсивности окраски хризоидина в зависимости от различных условий. Для количественной оценки мы используем программу Image J, которая позволяет математически оценивать цветовые параметры.

Для понимания того, как работает этот метод, считаем необходимым вкратце изложить сущность цветовой модели RGB, которая используется для цветопередачи на дисплее сотовых телефонов, телевизоров, планшетов, ноутбуков, а также лежит в основе работы цветных принтеров.

Принято считать, что все цвета получаются при смешении в определенных соотношениях красного (red), зеленого (green) и синего (blue).

Рисунок 12. Цветовая модель RGB

Показатель интенсивности каждого цвета оценивается по шкале от 0 до 255. Таким образом, значения rgb (0; 0; 0) соответствуют черному цвету, а rgb (255; 255; 255) – белому. Чем больше значение цвета, тем интенсивнее он проявляется.

Мы проводили эксперимент следующим образом. На два предметных стекла мы наклеили белую бумагу, на каждое нанесли красители: эозин, гематоксилин, хризоидин. Один образец мы хранили на свету, а другой – в темноте.

Каждый день в течение недели мы делали снимки каждой пластинки таким образом, чтобы условия съемки были одинаковыми. После этого мы обрабатывали снимки в программе Image J.

Для этого необходимо:

1) Открыть фотографию в программе.

2) Выбрать измеряемую область (круг).

3) Выбрать параметры измеряемой области посредством Edit – Selection – Specify.

4) Провести измерение исследуемого пятна через Plugins – Analyze – RGB measure.

Рисунок 13. Измерение цвета в программе Image J

Измерение каждого пятна мы проводили 5 раз, за основу брали среднее арифметическое. Полученные значения делили на 255 (максимальную интенсивность цвета). На основе этих данных строили график и проводили вычисление изменения интенсивности цвета.

График мы строили в программе Excel.

По оси X взяли количество дней, в которые проводился эксперимент, по оси Y – интенсивность каждого компонента цвета в рамках модели RGB.

Полученные графики по результатам исследования представлены на рисунке на следующей странице.

Рисунок 14. Изменение параметров RGB на свету

Рисунок 15. Изменение параметров RGB в темноте

Далее мы рассчитывали процент изменения интенсивности цвета на основании полученных данных. Приведем пример такого расчета. Полученные в программе данные представлены в таблице 1.

Таблица 1. Результаты эксперимента

Полученные значения делим на 255. Результаты приведены в таблице 2.

Таблица 2. Результаты эксперимента

Находим разницу интенсивности цвета начального и конечного дня:

ΔI (Red) = 0,829898 – 0,864685 = - 0,03479

Находим процент изменения интенсивности цвета по формуле:

Аналогичным образом мы рассчитали изменение интенсивности цвета для образцов, хранившихся при свете и в темноте. Результаты эксперимента представлены в таблице 3.

Таблица 3. Итоговые результаты эксперимента

Таким образом, можно сделать выводы:

1) за выбранный временной период измерений интенсивность окраски для всех компонентов цвета выраженно изменяется на свету: red (-3,86%); green (-9,77%), blue (-25,87%).

2) Для образца, хранившегося в темноте, эти значения составляют: red (+8,87%); green (-0,96%), blue (-16,89%).

3) наибольшим изменениям подвержена синяя компонента цвета: -25,87% (свет), -16,98% (темнота).

Заключение

В ходе выполнения исследования мы выявили особенности и свойства хризоидина как представителя азокрасителей, методы его получения, свойства и сферы практического применения.

Мы рассмотрели кристаллы хризоидина под микроскопом при увеличении в 50, 100 и 200 раз.

Определили точку рН-перехода хризоидина с помощью потенциометрического титрования и использования PH-метра PHS-3C. Значение рН, при котором мы зафиксировали изменение окраски, составило 5,78. Таким образом, хризоидин может быть использован как индикатор в кислой среде.

Нами были приготовлены и рассмотрены в электронный микроскоп биологические препараты кожуры лука и кожицы декабриста, окрашенные хризоидином.

Также мы исследовали изменение интенсивности окраски красителя в различных условиях с помощью программы Image J.

За выбранный временной период измерений интенсивность окраски для всех компонентов цвета выраженно изменяется на свету: red (-3,86%); green (-9,77%), blue (-25,87%). Для образца, хранившегося в темноте, эти значения составляют: red (+8,87%); green (-0,96%), blue (-16,89%). Наибольшим изменениям подвержена синяя компонента цвета: -25,87% (свет), -16,98% (темнота).

Следовательно, подобным образом можно математически измерять изменение интенсивности и в других условиях. Это может быть горизонтом перспективы будущих исследований.

Таким образом, мы подтвердили гипотезу исследования: азокраситель хризоидин играет важную роль в практической жизни человека и может быть использован в различных областях. Хризоидин является прекрасным красителем различных объектов и может быть использован как кислотно-основный индикатор в кислой среде.

Список используемых источников

1. https://old.bigenc.ru/chemistry/text/1804928

2. https://ru.wikipedia.org/wiki/Хризоидин

3. https://ru.wikipedia.org/wiki/Азосоединения

4. Ароматические диазо- и азосоединения: Учеб.-метод. пособие для студентов Института химии/А. П. Кривенько, Н. В. Поплевина. – Саратов: Изд-во Сарат. ун-та, 2012 – 68 с.

5. Органическая химия. Под ред. А.А. Петрова. Изд. 3-е, испр. и доп. Учебник для вузов. М., «Высш. Школа», 1973.

6. Пустовалова Л.М. Органическая химия. Издательство Феникс, 2003.