VIII Международный конкурс научно-исследовательских и творческих работ учащихся

Старт в науке

Применение метода биотестирования для прогнозирования гигиенической безопасности моющих средств

• Авторы
• Руководители
• Файлы работы
• Наградные документы

Пугачев Я.В. 1

---

1Муниципальное бюджетное общеобразовательное учреждение средняя общеобразовательная школа № 99

Чудинова Ю.В. 1

---

1Муниципальное бюджетное общеобразовательное учреждение средняя общеобразовательная школа № 99

Работа в формате PDF

530.9 KB

Автор работы награжден дипломом победителя III степени

Диплом школьникаСвидетельство руководителя

Введение

Актуальность работы. В настоящее время на рынке бытовой химии наблюдается огромный ассортимент моющих средств. Многие выбирают шампунь по цене и приятному запаху, однако это никак не связано с качеством продукта. Основная масса потребителей покупая шампунь, не читают его состав, и не обладают информацией о токсичности тех или иных компонентов.

Гипотеза: предположим, что не все моющие средства (шампуни) одинаково безопасны для здоровья человека.

Цель: исследовать возможность применения биологических объектов для оценки безопасности моющих средств.

Объекты исследования: моющие средства – шампуни различных марок.

Предмет исследования: свойства моющих средств, с точки зрения их безопасности для здоровья человека.

Этапы работы:

1) Разработать анкеты и провести опрос у различных возрастных групп людей о том какие шампуни они используют в повседневной жизни.

2) Провести аналитический обзор по вопросам: рынка шампуней, компонентного состава шампуней, возможности применения метода биотестирования для анализа токсичных свойств шампуней.

3) Провести эксперимент, с использованием метода биотестирования почвы.

4) Провести анализ полученных результатов.

5) Сделать выводы и дать рекомендации.

Методы исследования: изучение и анализ литературы по теме; наблюдение и анкетирование; анализ полученных результатов; проведение эксперимента.

1. Основная часть

Однажды, мы с мамой пошли в магазин. Мама покупала себе шампунь, увидев, как много видов шампуней в магазине, я спросил, почему она взяла именно этот шампунь, а не какой-то другой. Мама, ответила, что это ей больше нравится. После этого я задумался, как выбрать «свой» шампунь из этого многообразия, можно ли его применять часто, и влияет ли он на здоровье человека.

1.1 Характеристика шампуней

Состав шампуней варьируется, но в нем чаще всего встречаются следующие компоненты: детергенты (или сурфактанты); ПАВ (бывают жесткими и мягкими); антиоксиданты; антисептики; вещества-носители; хелаты; смягчающие вещества; эмульгаторы; увлажнители; лубрикаторы (смазочные вещества); протеины; силиконы; УФ-фильтры; разные виды кондиционеров; функциональные и лечебные добавки; консерванты; загустители; отдушки; растворители; витамины [1].

Основным компонентом шампуня являются вещества, обладающие моющим действием – детергенты или, как их еще называют, поверхностно-активные вещества (ПАВ). На этикетке любого шампуня детергент обычно располагается одним из первых. Моющие свойства входящих в шампунь детергентов (в одном шампуне их может быть несколько) и определяют его качества. Концентрация детергентов в шампунях различна, в средствах для жирных волос она выше, для сухих волос – ниже. Практически во всех современных шампунях используются синтетические детергенты, которые называются сурфактантами. Ниже приводятся наиболее употребительные суфрактанты в порядке улучшения их качества (мягкости): Ammonium Lauryl Sulfate (аммония лаурил сульфат); Ammonium Laureth Sulfate (аммония лаурет сульфат); Sodium Lauryl Sulfate (натрия лаурил сульфат); Sodium Laureth Sulfate (натрия лаурет сульфат); TEA Layril Sulfate (ТЕА лаурил сульфат). В большинстве шампуней применяются первые два сурфактанта. Они дешевы, обладают хорошими моющими свойствами, легко смываются с волос. Основной их недостаток – дерматологическая жесткость [2].

Лаурилсульфат натрия (додецилсулфат натрия) − натриевая соль лаурилсулфокислоты, анионоактивное поверхностно-активное вещество [3]. Это один из самых вредных ингредиентов косметики, входящих в состав большинства шампуней. Он разрушает структуру белков, и относится к раздражающим, но не канцерогенным веществам. Кокамидопропилбетаин – вещество, обладающее различными свойствами (мягкий вспомогательный ПАВ, не раздражающий кожу, обладает хорошими очищающими и пеноформирующими свойствами, обладает свойствами кондиционера и антистатика). Однако является токсичным для иммунной системы и провокации аллергий. Пропиленгликоль также используется в составах моющих средств.

В другую группу входят специальные добавки, повышающие потребительские свойства продукта. Их задача – сделать пользование шампунем удобным и приятным. К ним относятся консерванты, красители, ароматизаторы, регуляторы вязкости, перламутровые добавки и другие.

1.2 Методы биологической оценки

В почве накапливаются разнообразные соединения естественного и антропогенного происхождения, обуславливающие ее загрязненность и токсичность. Почва может быть сильно загрязненной, но нетоксичной или слабо токсичной и наоборот – слабозагрязненной, но сильно токсичной. Определить степень токсичности почвы можно с помощью биотестирования [4].

Биотестирование − использование в контролируемых условиях биологических объектов (тест-объектов) для выявления и оценки действия факторов (в том числе и токсических) окружающей среды на организм, его отдельную функцию или систему организмов. В зависимости от целей и задач токсикологического биотестирования в качестве тест-объектов применяются различные организмы: высшие и низшие растения, бактерии, водоросли, водные и наземные беспозвоночные и другие. Например, используют различные культуры: лук репчатый (Allium cepa) по чувствительности приближается к культуре клеток человека; кресс-салат посевной (Lepidium sativum) отличается быстрым ростом и почти сто процентным прорастанием; редис посевной (Raphanus stivus) применяется для биотестирования сточных вод и их осадков; овес посевной (Avena sativa L.) относится к высшим растениям и наиболее часто используется для биотестирования организмом [4].

2. Экспериментальная часть

Для того, чтобы выяснить у различных возрастных групп людей какой шампунь они применяют в повседневной жизни, были разработаны анкеты (прил. 1) и проведено анкетирование различных возрастных групп. В ходе анкетирования были опрошены школьники 8-х классов (МБОУ СОШ № 99), обучающиеся вуза 1, 2 курса (ФГБОУ ВО «Воронежский государственный университет инженерных технологий»), взрослые (преподаватели). Все участники анкетирования были разделены на следующие группы: 1 группа – школьники 8-х классов (40 опрошенных человек, из них: мальчики – 22, девочки – 18); 2 группа – обучающиеся 1 курса (80 опрошенных человек, из них: мужчины – 31, женщины – 49); 3 группа – обучающиеся 2 курса (70 опрошенных человека, из них: мужчины – 18, женщины – 52); 4 группа – взрослые (преподаватели) (30 опрошенных человека, из них: мужчины – 9; женщины – 21).

Анализ ответов на вопрос «Каким шампунем Вы пользуетесь в повседневной жизни», показал, что наиболее часто используемыми марками шампуней являются Shamtu (30 %), Timotei (20 %), Garnier Fructis (20 %), Чистая линия (10 %), Wella (10 %), Elsev (10 %) (рис. 1).

Рис. 1 – Ответы на вопрос «Каким шампунем Вы пользуетесь в повседневной жизни»

Анализ ответов на вопрос «Смотрите ли Вы на состав шампуня, когда его приобретаете?» (рис. 2) показал, что более 70 % опрашиваемых не смотрят на состав шампуня, и не выбирают марку шампуня исходя из его состава.

Рис. 2 – Ответ на вопрос «Смотрите ли Вы на состав шампуня, когда его приобретаете?

На вопрос «Как Вы думаете является ли шампунь безопасным для здоровья человека?» около 90 % опрашиваемых ответили, что считаю применение шампуня безопасным для здоровья человека.

Таким образом, исходя из анкетирования можно сделать вывод, что: практически все опрашиваемые считают применение шампуня безопасным для здоровья человека; мало кто из опрашиваемых перед выбором марки шампуня смотрит на его состав; выявлены марки шампуней наиболее часто применяемые опрашиваемыми в повседневной жизни.

2.1 Методы и объекты исследования

Среди комплекса факторов окружающей среды, подлежащих гигиеническому контролю, большого внимания заслуживают товары бытовой химии в связи с их массовым производством и использованием, разнообразием компонентов, входящих в состав рецептур, а также с возможным прямым воздействием на организм человека. Эти обстоятельства требуют гигиенического изучения современных моющих средств, в том числе и шампуней [5]. Для эксперимента в качестве биологического объекта для биотестирования применялись семена овса (рис. 3).

Рис. 3 – Семена овса используемые для биотестирования

В качестве почвы был выбран полностью готовый почвогрунт «Универсальный» (ОАО «Агрофирма Флора»). В качестве моющих средств применялись шампуни - «Shamtu», «Timotei», «Garnier Fructis», «Чистая Линия». Далее им присваивались номера. В качестве загрязнителей рассматривались наиболее значимые их составляющие: ЭДТА и ПАВ (в частности лаурилсульфат натрия). Характеристика выбранных моющих средств представлена в табл. 1 (прил. 2). Как видно основным компонентом моющих средств являются сурфактанты, а именно лаурилсульфат натрия. Шампуни использовали в качестве загрязнителей почвы и ее верхних горизонтов (0 – 5 см глубины).

2.2 Исследование токсичности шампуней методом биотестирования

В эксперименте семена овса по 50 шт. высаживали в почву (250 г), предварительно загрязненную исследуемыми веществами в количествах равных 2 %, 5 %, 10 %, 20 % от массы почвы. Для сравнения полученных результатов исследовали контрольный образец почвы. Необходимую влажность почвы всех образцов поддерживали путем добавления дистиллированной воды. На протяжении опыта (14 дней) поддерживалась температура 25 – 26 ^оС и рассеянный солнечный свет [6]. Через 14 дней исследовали качественные показатели растений - длину корня, длину побега, общую массу, процент всхожести семян [7]. Измерения проводили для отмытых растений, при отсутствии земли на корневой системе, и обсушивании их на фильтровальной бумаге. Всхожесть растений подсчитывали визуально, по количеству взошедших растений. Длину корня и побега измеряли по линейке. Далее проводили обработку результатов, вычисления среднего значения по длине корня и побега. Общую массу измеряли взвешиванием растений на технических весах. Эксперименты проводили параллельно, результаты представлены средние. Для всех контрольных проб были получены усредненные данные.

Злаковая культура хорошо показывает изменения количественных показателей: всхожесть, длина надземной (l_н) и подземной (l_п) частей, общая масса (l_н/ l_п). По литературным данным, уменьшение соотношения длин надземной и подземной растения (l_н/ l_п), прямо пропорционально загрязненности почвы.

1) На первом этапе исследований были определены параметры токсичности рассматриваемых шампуней.

В выбранный для исследования почвогрунт высаживали зерна овса. Почву загрязняли исследуемыми шампунями в пределах концентраций от 2 до 20 % мас. Через 14 дней после посева было произведено измерение приоритетных показателей (рис. 4). Полученные данные представлены в табл. 2 (прил. 2).

Рис. 4 – Результаты эксперимента

Полученные данные представлены на рис. 5 - 6 для образцов №1 и №3, данные для образцов №2 и №4 представлены на рис. 1-2 (прил. 3). Результаты изменения всех показателей проростков овса в зависимости от вида загрязнителя и его концентрации в почве представлены на рис. 3-5 (прил. 3).

Рис. 5 – Результаты изменения качественных показателей растений в зависимости от концентрации образца №1 в почве

Рис. 6 – Результаты изменения качественных показателей растений в зависимости от концентрации образца №3 в почве

По результатам исследования определены ряды токсичности для всех моющих средств для концентрации 20 % мас. (табл. 1). По полученным в результате эксперимента рядам токсичности видно, что наиболее токсичным шампунем является - образец №3 (всхожесть 5,8 %). Наименее токсичным является шампунь - образец №1 (всхожесть 53 %).

Результаты исследования показывают сложный характер воздействия шампуней на процесс роста зерен овса. В первую очередь необходимо отметить различный химический состав шампуней. Соотношение компонентов в смеси также оказывает значительное влияние на токсические свойства.

Таблица 1 – Ряды токсичности моющих средств при концентрации загрязнителя 20 % мас.

2) Исследование токсичности основных компонентов шампуней ПАВ (лаурил сульфат натрия), ЭДТА.

Моющие средства представляют собой многокомпонентные системы, основой которых являются ПАВ и ЭДТА. В почву высаживали зерна овса и загрязняли исследуемыми загрязнителями (ЭДТА, лаурилсульфат натрия) в пределах концентраций от 0,1 до 5 мас. %. Полученные в результате эксперимента данные представлены в табл. 3 (прил. 2). Полученные данные для каждого вида загрязнителя представлены на рис. 7-9.

Рис. 7– Результаты изменения всхожести зерен овса в зависимости от вида загрязнителя и его концентрации в почве

Рис. 8 – Результаты изменения общей массы растения в зависимости от вида загрязнителя и его концентрации в почве

Рис. 9 – Результаты изменения соотношения длин надземной и подземной частей растения в зависимости от вида загрязнителя и его концентрации в почве

Определены ряды токсичности для исследуемых веществ для концентрации загрязнителя 5 % мас. и представлены в табл. 2. Полученные экспериментальные данные показывают, что даже при низких концентрациях (5 % мас.) данных веществ, в почве наблюдается выраженный токсический эффект. Всхожесть на почве с содержанием ЭДТА (5 % мас.) ниже, чем на почве с содержанием лаурилсульфата натрия (5 % мас.) и составляет соответственно 1,5 % и 40 %. При исследовании компонентов моющих средств было выявлено: наиболее токсичным компонентом исследуемых шампуней является ЭДТА, содержание которого в почве в количестве 5 % мас. приводит практически к нулевой всхожести зерен овса; пропиленгликоль – доля данного соединения в токсичности моющих средств внушительна, всхожесть зерен овса для пропиленгликоля составляет 12 %.

Таблица 2 – Ряды токсичности веществ при концентрации загрязнителя 5 % мас.

Результаты исследования компонентов шампуней объясняют более высокую токсичность шампуня образца №3 за счет повышенного содержания пропиленгликоля и ЭДТА.

Заключение

Таким образом, проведя теоретические и экспериментальные исследования можно сделать вывод, что:

- при исследовании токсикологических свойств шампуней методом биотестирования было выявлено, что все показатели качества проростков уменьшаются с увеличением концентрации загрязнителя;

- определены ряды токсичности по всхожести и соотношению длин надземной и подземной частей растения (l_н/l_п) для концентрации загрязнителя (шампуня) 20 % мас., и для всех исследуемых компонентов моющих средств при концентрации загрязнителя 5 % мас.;

- результаты биотестирования полученные на почвогрунте «Универсальный» показали, степень токсичности шампуней зависит от количественного и качественного содержание их компонентов;

- полученные экспериментальные данные по рядам токсичности показывают, что лаурилсульфат натрия, составляющий около 50 % шампуня, является наименее токсичными компонентом и даже при таком высоком содержании практически не оказывает вредного воздействия. Содержание в шампуне ЭДТА, пропиленгликоля повышает токсичность моющего средства;

- изучение токсичности композиций шампуней на стадии их разработки, при выборе компонентов рецептур и их оптимальных соотношений является одним из основных критериев гигиенического прогнозирования, направленного на создание безвредных для здоровья человека товаров бытовой химии.

Список использованных источников и литературы

1. Ковалев, В. М. Технология производства синтетических моющих средств [Текст] / В. М . Ковалев, Д .С. Петренко. − М.: Наука, 2003. − 250 с.

2. Вилкова, С. А. Исследование рынка бытовых гигиенических средств и региональных потребительских предпочтений [Текст] / С. А. Вилкова //Маркетинг в России и за рубежом. − 2007. – №3. − C. 20-23.

3. Ланге, К. Р. Поверхностно активные вещества, синтез, свойства, анализ, применение [Текст] /К.Р. Ланге, Л.П. Зайченко. - СПб.: Профессия, 2004. - 240 с.

4. Ашихмина, Т. Я. Биоиндикация и биотестирование – методы познания экологического состояния окружающей среды [Текст] / Т. Я. Ашихмина. – М: Киров, 2005. − 175 с.

5. Федосеева, Т. А. Экспресс-метод оценки токсичности чистящих и моющих средств [Текст] / Т. А. Федосеева // Химическая и биологическая безопасность. − 2006. − №3. − С. 39-43.

6. Фомин, Г. С. Почва. Контроль качества и экологической безопасности по международным стандартам [Текст] : справочник / Г. С. Фомин, А. Г. Фомин. − М., 2001. − 520 с.

7. Федорова, А. И. Практикум по экологии и охране окружающей среды [Текст] / А. И Федорова, А. И. Никольская. − М. :Гуманитарный изд. центр ВЛАДОС, 2001. – 288 с.

Приложение 1

АНКЕТА

(школьника)

1. Ваш пол муж., жен.

2. В каком классе Вы учитесь? ____________________________________________________

3. Каким шампунем Вы пользуетесь в повседневной жизни ____________________________

_______________________________________________________________________________

4. Как часто Вы моете голову:

каждый день, 1 раз в два дня, 1 раз в три дня, 1 раз в неделю, иное_______________________

________________________________________________________________________________

5. Смотрите ли Вы на состав шампуня, когда его приобретаете?

Да, нет, иное __________________________________________________________________

6. Как Вы думаете является ли шампунь безопасным для здоровья человека? ______________

Да, нет, иное __________________________________________________________________

АНКЕТА

(студента)

1. Ваш пол муж., жен.

2. На каком курсе Вы учитесь? ____________________________________________________

3. Каким шампунем Вы пользуетесь в повседневной жизни ____________________________

_______________________________________________________________________________

4. Как часто Вы моете голову:

каждый день, 1 раз в два дня, 1 раз в три дня, 1 раз в неделю, иное_______________________

________________________________________________________________________________

5. Смотрите ли Вы на состав шампуня, когда его приобретаете?

Да, нет, иное __________________________________________________________________

6. Как Вы думаете является ли шампунь безопасным для здоровья человека? ______________

Да, нет, иное __________________________________________________________________

АНКЕТА

(взрослые)

1. Ваш пол муж., жен.

2. К какой возрастной группе Вы относитесь (нужное подчеркнуть)

25-34, 35-44, 45-55, 56-65, старше 65 лет

3. Каким шампунем Вы пользуетесь в повседневной жизни ____________________________

_______________________________________________________________________________

4. Как часто Вы моете голову:

каждый день, 1 раз в два дня, 1 раз в три дня, 1 раз в неделю, иное_______________________

________________________________________________________________________________

5. Смотрите ли Вы на состав шампуня, когда его приобретаете?

Да, нет, иное __________________________________________________________________

6. Как Вы думаете является ли шампунь безопасным для здоровья человека? ______________

Да, нет, иное __________________________________________________________________

Приложение 2

Таблица 1 – Характеристики состава исследуемых образцов моющих средств

Продолжение табл. 1

Таблица 2 – Результаты исследования по выявлению токсичности шампуней в почвогрунте «Универсальный» методом биотестирования

Таблица 3 – Результаты исследования по выявлению токсичности лаурилсульфата натрия, пропиленгликоля и ЭДТА в почвогрунте «Универсальный» методом биотестирования

Приложение 3

Рис. 1 – Результаты изменения качественных показателей растений в зависимости от концентрации образца №2 в почве

Рис. 2 – Результаты изменения качественных показателей растений в зависимости от концентрации образца №4 в почве

Рис. 3 – Результаты изменения всхожести зерен овса в зависимости от вида загрязнителя и его концентрации в почве

Рис. 4 – Результаты изменения общей массы растения в зависимости от вида загрязнителя и его концентрации в почве

Рис. 5 – Результаты изменения соотношения длин надземной и подземной частей растения в зависимости от вида загрязнителя и его концентрации в почве