VII Международный конкурс научно-исследовательских и творческих работ учащихся

Старт в науке

Где прячутся нитраты, фосфаты и фториды?

• Авторы
• Руководители
• Файлы работы
• Наградные документы

Ахмина П.В. 1

---

1МОУ Подосинковская СОШ

Кузьминых Л.Б. 1

---

1МОУ Подосинковская СОШ

Работа в формате PDF

1.8 MB

Автор работы награжден дипломом победителя II степени

Диплом школьникаСвидетельство руководителя

Введение

Рано или поздно многие люди задумываются о необходимости придерживаться сбалансированного питания, практически лишенного вредных продуктов, насыщенных искусственными добавками.

Правильное питание - это основа здоровья. В мясе можно найти белок, в рыбе фосфор. А молоко, сыр, кефир насыщают организм кальцием. Овощи и фрукты содержат важные организму витамины и клетчатку.

Мы стараемся исключить из нашего рациона еду, содержащую вещества, которые в избытке могут нанести ущерб нашему организму. Но если они имеют допустимые значения, то их употребление приносит нам только пользу.

Одними из таких веществ являются фосфаты, фториды и нитраты, которые жизненно необходимы человеку. Находясь в летней химической школе в г.Дубна, у нас появилась возможность узнать, каково же их содержание в некоторых фруктах и соках, которые мы достаточно часто употребляем в пищу, и соответствует ли оно в действительности нормам ПДК. В современном мире почти каждый человек может определить содержание этих веществ с помощью экотестера, но мы решили воспользоваться физико-химическими методами анализа.

Цель работы:

используя спектрофометрический и ионометрический методы анализа определить содержание нитратов, фосфатов и фторидов в пакетированных соках и свежих фруктах;

сравнить полученные результаты с предельно допустимыми концентрациями.

Задачи исследования:

Научиться строить градуировочные зависимости для количественного определения нитратов и фосфатов

Научиться пользоваться методами ионометрии и спектрофотометрии

Гипотеза: соки и фрукты, которые мы обычно употребляем в пищу, содержат нитраты, фосфаты и фториды, соответствующие нормам ПДК.

Объекты исследования: яблочный сок «Образец 1», яблочный сок «Образец 2», яблочный сок «Образец 3», апельсиновый сок «Образец 4», апельсин, яблоко «Сорт 1», яблоко «Сорт 2», яблоко красное.

Литературный обзор.

1.1. Нитраты. Нитраты— это химические неорганические соединения, соли и эфиры азотной кислоты. Они образуются и в нашем собственном организме, выполняя роль антимикробного агента в слюне, и участвуя в работе сердечно-сосудистой системы, регулируя кровяное давление.

Больше всего нитратов попадает в организм с растительной пищей — до 70%. Азот — основной строительный материал для любого растения, поэтому для нормального развития растений и получения хороших урожаев используются азотосодержащие удобрения. Особенно активно растения накапливают нитраты в период роста и созревания, а к моменту сбора урожая их количество обычно уже не превышает нормы.

Считается, что нитраты в малых дозах безопасны для человека. Но систематическое поступление нитратов в организм, их превращение в процессе обмена веществ в нитриты и другие азотсодержащие соединения отрицательно влияют на здоровье человека.

Вред нитратов состоит в том, что с помощью микроорганизмов в пищевом тракте (или при отсутствии специальных ферментов) нитраты могут превратиться в нитриты, которые способны взаимодействовать с гемоглобином крови с образованием метгемоглобина. Он не переносит кислород с кровью, в результате этого может начаться к кислородному голоданию клеток и тканей организма. Нитраты иногда являются причинами возникновения в организме интоксикации, опухолей, они снижают содержания йода, что чревато увеличением щитовидной железы. Нитраты также понижают содержание витаминов С, РР, В2 и Е в сельхозпродукции.

Положительное влияние нитратов выражено их способностью расширять сосуды, что благотворно сказывается на сердечно — сосудистой системе, а это важно для гипертоников. [1]

1.2. Фосфаты. Фосфаты – это соли фосфорной кислоты. Существует множество разновидностей фосфатов, а сфера их применения начинается пищевой промышленностью и заканчивается выплавкой металлов.
Давно известно, что эти вещества представляют серьёзную опасность для здоровья людей, особенно тех, кто страдает почечной недостаточностью. Поскольку повреждённые почки не могут выводить фосфаты. Они накапливается в крови и залегают в сосудах и мягких тканях, происходит повреждения сосудов (их внутренние стенки изменяются и кальцифицируются), а также сердца. Подвергаются рискуи кости по той причине, что фосфаты обеспечивают высвобождение и вымывание кальция из них. В результате кости теряют минералы и становятся хрупкими.Фосфаты могут попадать в тело человека через кожу, вызывая дерматологические болезни и ускоренное старение кожи. Кроме того, они влияют и на кровь человека – изменяют содержание гемоглобина, плотность сыворотки и количество белка, что приводит к нарушению работы печени, мышц, тяжелым отравлениям, нарушению обмена веществ, обострению хронических болезней. [2]

Взрослый человек может употреблять максимум 700 мг фосфатов в сутки, но мы часто превышаем эту норму, потому что фосфатные добавки содержатся в огромном количестве продуктов. В мясной и рыбной продукции они удерживают влагу, обеспечивая нужную консистенцию и объем, в хлебном производстве работают как загустители и стабилизаторы, в овощной заморозке позволяют сохранить яркую окраску. Опасность в том, что искусственные фосфаты свободно растворяются и поглощаются организмом почти на 100%. В приведенной таблице отображены некоторые добавки, представляющие собой фосфаты, которые часто встречаются в привычных нам продуктах. [3] (приложение №1)

1.3.Фториды. Фтор присутствует почти во всех тканях человеческого организма, но наивысшая концентрация вещества в составе зубов и костей. Фториды, попадающие в организм с пищей, полностью ионизуются и быстро всасываются, распределяясь между клетками.
Абсорбируется вещество в кишечнике, по телу транспортируется с потоком крови. Фтор и кальций тесно взаимосвязаны в пределах человеческого организма и работают в основном в тандеме, чаще во внешних частях костей.

Недостаточное потребление этого микроэлемента вызывает кариес, ухудшает зрение, усиливает уязвимость организма перед инфекциями.

Передозировка фтором хоть и редко, но все-таки встречается. В случае отравления минералом важно пить много воды и принимать кальция глюконат (способствует более быстрому выведению фтора из организма).

Фтор обладает способностью «мигрировать» в воду, что особенно полезно для отваров и чаев. Например, при заваривании черного чая примерно 70-90 процентов фтора переходит из его листьев в жидкость. Содержания фтора в некоторых продуктах показано в таблице (приложение №2).

О важности фтора для детей не приходится напоминать. Растущий организм, как никто другой нуждается в этом микроэлементе для формирования здоровых костей и зубов, укрепления эмали и предотвращения стоматологических болезней.

Фруктовые и овощные соки – в числе продовольствий, насыщенных фтором.

Фтор широко известен в формах фторида кальция, фторида олова, монофторфосфата натрия, фторида натрия.  Принадлежит к числу наиболее активных элементов галогеновой группы, в которую также входят бром, хлор и йод. Он не встречается в природе в виде простого вещества, а литр природной воды содержит в себе от 3 до 12 мг фторида. В человеческом организме также представлен в комбинациях с другими компонентами.

1.4.Спектрофотометрический метод. Спектрофотометрический метод анализа основан на способности определяемого вещества поглощать электромагнитное излучение оптического диапазона. Концентрацию поглощающего вещества определяют, измеряя интенсивность поглощения. Поглощение при определенной длине волны является информацией о качественном и количественном составе определяемого вещества и составляет аналитический сигнал. Фотометрический анализ относится к анализу, основанному на поглощении света молекулами анализируемого вещества и сложными ионами в ультрафиолетовой (УФ), видимой и инфракрасной (ИК) областях спектра. Спектрофотометрический метод анализа — основан на поглощении монохроматического излучения, т. е. излучения с одной длиной волны в видимой и УФ областях спектра.Светопоглощение анализируемого вещества измеряют по отношению к раствору сравнения, оптическая плотность которого близка к нулю(принимается равной нулю) [4]

Преимущества метода:

1. Высокая чувствительность.

2. Небольшая погрешность (обычно составляет 3...5%, уменьшаясь в благоприятных случаях до 1...2% и нередко до 0,5...1,0%).

3. Методы могут быть применены для анализа больших и малых содержаний.

4. Возможность определения примесей (до 10^-5...10^-6 %).

5. Возможность проводить определения элементов в сложных пробах без химического разделения компонентов.

 6. Простота.

7. Экспрессность(быстрота). [5]

1.Измеряют оптическую плотность исследуемого раствора препарата (D_исл) при соответствующей длине волны. По закону Бугера-Ламберта-Бера:

D_исл = X •C_исл•b

2.Затем измеряют оптическую плотность стандартного (с известной концентрацией) раствора препарата (Dст ) при той же длине.

D_ст = X • C_ст •b,

где D – оптическая плотность (снимаю с прибора);

b – толщина кюветы(посуды);

X- коэффициент светопоглощения (табличные данные).

3.Составив пропорцию, выводят формулу и находят концентрацию исследуемого раствора препарата:

С_исл = [6]

1.5. Ионометрический метод. Ионометрия - метод количественного анализа, основанный на использовании зависимости равновесного потенциала ионоселективного электрода, опущенного в раствор, от активности (концентрации) ионов этого раствора. [9] Используют для определения активной концентрации элементов в тканях растения и в почве.

Этот метод позволяет вести измерения в мутных и окрашенных растворах, пастах и даже живых биологических объектах. Можно исследовать многокомпонентные смеси веществ без предварительного их разделения. Измерения выполняют очень быстро, высокая точность определений – 0,1%.

Электрод, потенциал которого зависит от активности определённых ионов, называется индикаторным (измерительным). Потенциал одного взятого индикаторного электрода измерить нельзя. Его всегда определяют по отношению к электроду сравнения. Оба электрода вместе составляют гальваническую пару с определённой, зависящей от концентрации раствора и типа электродов ЭДС, которую легко измерить.

Электроды сравнения. Чаще всего используют в качестве электрода сравнения хлорсеребряный электрод. Он представляет собой серебряную проволоку, на которую электрическим путём нанесён слой хлорида серебра (АgCl), погружённую в насыщенный раствор хлорида калия. Раствор КСl солевым мостиком связан с анализируемым раствором. Асбестовая нить служит для затруднения диффузии внешнего раствора внутрь электрода. Кроме хлорсеребряного электрода сравнения используют также каломельный электрод.

Индикаторные электроды. Для потенциометрических измерений используют индикаторные электроды двух типов – металлические и мембранные (ионоселективные).

Для металлических электродов характерна электронная проводимость, для мембранных – ионная. Более чувствительные ионоселективные электроды в зависимости от мембранных бывают твёрдофазными, жидкостными и пластифицированными.

Для измерения потенциалов электродов высокоомные потенциометры специальной конструкции – рН-метры и иономеры. С помощью иономеров можно определять не только концентрацию катионов (как на рН-метрах), но и анионов.

Подготовка электродов к работе и их хранение.

Сравнительный хлорсеребряный электрод. Промывают дистиллированной водой и заливают при температуре 20°С раствором КСl. Отверстие для заливки электрода КСl закрывают пробкой и выдерживают электрод сначала в кипящей, а затем в воде комнатной температуры по 15 мин (в три цикла) на глубине 60-70 мм. Хранят электрод, надевая колпачок, заполненный дистиллированной водой и закрывая отверстие для заливки КСl. В рабочем состоянии это отверстие должно быть открытым.

Градуировка ионоселективных электродов. Перед использованием каждого ионоселективного электрода для него необходимо построить градуировочный график. Для этого подготовленный к работе ионоселективный электрод погружают в стаканчик со стандартным раствором и вводят в этот же раствор электрод сравнения. Присоединяют электроды к измерительному прибору и измеряют ЭДС в милливольтах (мВ). Затем электроды промывают дистиллированной водой и погружают в стандартный раствор другой концентрации. Подобные измерения проводят с другими концентрациями и строят график, откладывая на оси ординат значения рХ, а на оси абсцисс – значения ЭДС в мВ. Затем находят тангенс угла наклона градуировочной прямой. Для одновалентных ионов он должен быть равным 58 мВ, а для двухвалентных – 29 мВ.

Использование результатов анализа. Данный метод, наряду с фотометрией, наиболее распространён в методах анализов почвоведения и агрохимии. Простота в обслуживании и невысокая стоимость измерительных приборов – основные характеристики метода. С помощью ионометрии определяют величину рН, содержание нитратов, Na⁺ и Са²⁺. Кроме того, ионометрия позволяет быстро и просто проводить контроль содержания фторидов в почвах, растениях и поливных водах. [10]

1.6. ПДК. Предельно допустимая концентрация (ПДК) в овощах и фруктах – мера насыщенности данными веществами сельхозкультур, при превышении которой отмечаются отрицательные последствия для организма.[7] (приложение табл.3)

Практическая часть

2.1.Построение градуировочного графика для фосфатов методом спектрофотометрии и их определение в исследуемых пробах.

Приготавливаем смешанный реактив: для этого в колбе на 250 мл смешиваем 125 мл раствора серной кислоты, 50 мл раствора молибдата аммония, 50 мл раствора аскорбиновой кислоты и 25 мл раствора антимонилтартрата калия.

Подготавливаем рабочий раствор концентрацией фосфат- анионов 0.01 мг/мл.

Используя его, подготавливаем серию градуировочных растворов. В 6 мерных колб вместимостью 50 мл вносим дозатором соответственно 2.5, 2, 1.5, 1, 0.5, 0 мл рабочего раствора стандарта фосфат - ионов. Доводим раствор до метки при помощи дистиллированной воды закрываем пробкой и перемешиваем.

Затем готовые растворы переливаем в конические колбы на 100 мл. В каждую прибавляем 5 мл смешанного реактива и не раньше, чем через 2 минуты 0, 5 мл аскорбиновой кислоты. (Фотография 1) Смесь перемешиваем. Через 15 минут измеряем оптическую плотность полученного раствора,начиная с раствора с наименьшей концентрацией, при длине волны 690 нанометров по отношению к холостому раствору. Фотометрирование каждой пробы проводим не менее 2 раз, рассчитываем концентрацию фосфат- ионов мг/л. (Фотография 2)

То же самое проделываем с контрольным раствором. На основе полученных данных строим градуировочный график.

Градуировочный график на фосфаты

Теперь приступаем к подготовке проб соков из фруктов, приобретенных в магазине. Подготавливаем фрукты. Для этого с исследуемых объектов счищаем кожуру и убираем косточки, взвешиваем их и затем фрукты натираем на мелкой терке. Мякоть собираем в марлевую ткань и выжимаем сок в колбу. (Фотографии 3) После того, как исследуемая жидкость была подготовлена, мы помещаем сок в колбы и проводим те же действия, что и при подготовке градуировочных растворов. (Фотографии 4)

Результаты измерений заносим в таблицу и рассчитываем концентрацию Х по формуле:

X = , где Х - содержание фосфат - ионов;

V – объём, взятый для анализа для анализа, мл;

50 – объём пробы, в мл;

С – концентрация фосфат – ионов, найденная по градуировочному графику, мг/л.

Результаты определения фосфатов в исследуемых пробах

2.2.Построение градуировочного графика для нитратов методом спектрофотометрии и их определение в исследуемых пробах.

Мы приготавливаем для них градуировочные растворы. Для этого в фарфоровые чашки вносим 0.5, 1, 2, 3, 4, 6 и 8 рабочего раствора нитрат - ионов и доводим его объем в чашках до 10 мл, добавляя дистиллированной воды, прибавляем в каждую чашку по 1 мл раствора салицилата натрия и выпариваем на водяной бане досуха. После охлаждения сухой остаток в каждой чашке увлажняем 1 мл концентрированной серной кислоты, затем тщательно растираем его стеклянной палочкой и оставляем на 10 минут, после к содержимому каждой чашки добавляем 5-10 мл дистиллированной воды и количественно переносим в мерные колбы вместимостью 50 мл. Прибавляем в каждую колбу по 7 мл 40% раствора гидроксида натрия и доводим объём дистиллированной водой до метки, затем перемешиваем. Через 10 минут проводим измерение оптической плотности. Градуировочный раствор с массовой концентрацией нитратов равной нулю является холостой пробой для градуировки.

Градуировочный график на нитраты

Пакетированные соки переливаем в фарфоровые чашки и проводим те же действия, что и при подготовке градуировочных растворов. (Фотографии 5) Измеряют их оптическую плотность и холостой пробы три раза (при длине волны от 400 до 425 нм в оптической кювете 5 см), используя в качестве раствора сравнения дистиллированную воду. Для каждого раствора и холостой пробы рассчитывают концентрацию по формуле на слайде. Результаты исследования представлены в таблице.

Результаты определения нитратов в исследуемых пробах

2.3. Определение фторидов методом ионометрии в исследуемых пробах.

Точную навеску испытуемого вещества сжигают, раствор количественно переносят в стакан вместимостью 150 мл, обмывая держатель образца и стенки колбы 50 мл воды, и перемешивают в течение 5 мин с помощью магнитной мешалки.

К объему полученного раствора прибавляют равный объем буферного раствора, регулирующего общую ионную силу (рН 5,0–5,5), перемешивают и проводят измерения. (Фотографии 6)

Определение содержания фторид-ионов проводят с использованием градуировочного графика. В качестве измерительного электрода используют фторидселективный электрод, в качестве электрода сравнения – хлорсеребряный.

Стандартные растворы фторид-иона необходимых концентраций(рF = 2, рF = 3 и т. д.) готовят путем разбавления основного стандартного раствора фторид-иона1900 мкг/мл (рF = 1).

Приготовление буферного раствора, регулирующего общую ионную силу (рН 5,0–5,5). 58,0 г натрия хлорида и 4,0 г натрия эдетата помещают в мерную колбу вместимостью 1 л, растворяют в воде, прибавляют 57,0 мл уксусной кислоты ледяной, доводят объем раствора водой до метки и перемешивают. С помощью 1 М раствора натрия гидроксида или хлористоводородной кислоты доводят рН полученного раствора до значения 5,0–5,5. [11]

Заключение

По итогам проделанной работы можно сделать следующие выводы: норма ПДК относительно фосфатов, найденных при помощи спектрофотометрического метода, была превышена лишь в яблоках. В апельсине и винограде фосфаты были в норме. Что касается нитратов, можно сказать следующее - ни в одном из двух проверяемых образцов соков норма ПДК нарушена не была, а значит количество нитратов, находящихся в составе этих соков не несёт никакого вреда человеку.

Выполняя этот проект, мы научились строить градуировочные зависимости для количественного определения нитратов и фосфатов, а также смогли поработать со спектрофотометром, что дало нам очень большой опыт работы со специальным оборудованием и химическими реактивами. Также при поиске информации для литературного обзора, мы познакомились с еще одним методом физико-химического анализа – ионометрией. Его суть заключается в определении концентрации исследуемых ионов в зависимости от электродного потенциала. В летней химической школе с его помощью мы пытались определить содержание фторид – ионов в исследуемых пробах, но провести расчеты нам не удалось и именно поэтому мы не может вам предоставить данные по этим измерениям.

Мы выяснили, что любые овощи и фрукты можно избавить от вредных примесей. Так, чтобы вдвое уменьшить количество нитратов, следует на некоторое время замочить зелень, фрукты или овощи. Также обезопасить себя можно выбирая продукт по внешнему виду. Например, покупая яблоки, необходимо внимательно осмотреть их. Если плоды слишком гладкие и скользкие – значит, они обработаны химикатами и при их употреблении стоит счистить с них кожуру. Для тех, кто заинтересован в определении нитратов и фосфатов в домашних условиях, существует возможность приобрести экотестеры.

Список литературы.

https://iriska.club/zdorove/pitanie/produkt/nitraty-v-ovoshhah-i-zeleni.html

https://zhenskoe-mnenie.ru/themes/flowers/fosfaty-chto-skryvaetsia-v-produktakh-pod-indeksom-e-kakov-potentsialnyi-i-priamoi-vred-ot-fosfatov-zdoroviu-cheloveka/

 https://roscontrol.com/journal/articles/chem_strashni_fosfati_v_pishchevih_produktah/

http://info.anchem.pro/sites/files/user_files/user3/doc/fotometricheskie_metody_analiza.pdf

http://webkonspect.com/?room=profile&id=8005&labelid=111394

https://ppt-online.org/294627

http://www.finehealth.ru/nitrati/pdk-ovoshej-fruktov/

http://docs.cntd.ru/document/1200115428

https://studfiles.net/preview/5364611/page:8/

https://cyberpedia.su/6xb136.html

https://studfiles.net/preview/3971549/page:24/

Приложения

Искусственные фосфаты, их назначение и применение

Содержания фтора в некоторых продуктах

Предельно допустимое содержание нитратов в овощах и фруктах.

Фотографии

Подготовка серии градуировочных растворов

Фотометрирование серии градуировочных растворов на фосфат-анионы.

Подготовкапроб готовых соков и осуществление пробоподготовки фруктов

Подготовка растворов готовых и полученных из свежих фруктов соков для определения в них содержания фосфат-ионов

Подготовка растворов готовых соков для определения в них содержания нитрат-ионов.

6. Определение в исследуемых пробах содержания фторид-ионов.