Научно-исследовательская работа по химии моей ученицы по теме Исследование содержания йода в почвах и в овощах, выращенных на территории Республики Калмыкия

Муниципальное образовательное бюджетное учреждение
«Калмыцкая национальная гимназия имени Кичикова А. Ш.»
Исследование содержания йода в почвах и в овощах, выращенных на территории Республики Калмыкия
Секция: естественно-математическая
Выполнила:
Горяева Алтана Мергеновна,
ученица 8 «а» класса
МБОУ «КНГ им. Кичикова А.Ш.»
Научный руководитель:
Рыбакова Анна Владимировна,
учитель химии, географии
МБОУ «КНГ им. Кичикова А.Ш.»
Элиста
2016
Аннотация
Цель работы – исследовать содержание йода в почвах и в овощах, выращенных на территории Республики Калмыкия, а также начать рассматривать проблему йододефицитных заболеваний среди детей и школьников в г. Элисте.
Методы исследования: сбор и анализ материала по теме исследования, химические эксперименты, анализ и обобщение полученных данных. Объекты исследования – овощи, учащиеся МБОУ «КНГ им. Кичикова А.Ш.», выращенные на территории Черноземельского района РК и данные по содержанию йода в природных объектах Калмыкии.
В исследовании рассмотрен йод, как химический элемент, его роль и значение для функционирования организма человека. Проанализированы данные по содержанию йода в природных объектах Калмыкии; качественно определено содержание йода в овощах, выращенных на территории республики, проанализированы данные по статистике заболевших детей заболеваниями, вызванными недостатком йода, даны рекомендации и выпущены листовки с советами по предотвращению йододефицитных заболеваний среди детей и школьников.
Содержание
Введение…………………………………………………………………………...41. Теоретическая часть.…………………………………………………………...5
2. Практическая часть………………………………………………….………....7
2.1. Анализ данных по содержанию йода в почвах Республики Калмыкия ……………………………………………………………...…..7
2.2. Качественное определения йода в овощах…………....…………....9
2.3. Методика определения йододефицита среди учащихся 7-11 классов «КНГ им. Кичикова А.Ш.» ………………………………….....11
2.4. Состояние йододефицита у детей г. Элиста ……………………….10
2.5. Рекомендации по предотвращению йододефицита среди школьников……………………………………………………..…………13
Заключение ………………………………………………………………………13
Список литературы.……………………………………………………………...15
Приложение………………………………………………………………………16
Введение
Если хотите уничтожить нацию,
уберите йод из ее пищевого рациона.
(Гай Е. Абрахам, профессор Калифорнийского университета США)
Йод относится к жизненно важным микроэлементам, имеющим высокую биологическую активность, и часто поступает в организм в недостаточном количестве. В настоящее время актуальная проблема во всем мире – дисбаланс йода в системе «окружающая среда – организм человека». Низкое содержание йода в почве и в воде обуславливает низкое содержание его в продуктах питания и, как следствие ведёт к дефициту йода в организме человека.
В условиях постоянного дефицита йода нормальная выработка гормонов щитовидной железой нарушается. Недостаток йода в организме вызывает нарушения обмена веществ, способствует развитию зоба. Проблема дефицита йода остается актуальной на всей территории Российской Федерации. За последние годы заболевание щитовидной железы стало самой распространённой эндокринной патологией и составляет 79,4% от всех эндокринологических заболеваний.
По различным литературным источникам от 70 до 80 % йода в организм человека поступает с пищей. В последнее десятилетие на прилавках магазинов стали появляться различные йодированные продукты, на прилавках аптек – биологически активные добавки, содержащие соединения йода и призванные увеличить поступление йода в организм человека. В средствах массовой информации широко рекламируются йодсодержащие препараты, которые рекомендуются к применению.
Цель исследования – рассмотреть йод в почвах Калмыкии и в овощах, выращенных на территории Республики Калмыкия, а также исследовать проблему йододефицитных состояний среди жителей республики и в частности у учащихся средних и старших классов Калмыцкой национальной гимназии имени А. Ш. Кичикова. В рамках данной цели решались следующие задачи:
Проанализировать данные по содержанию йода в почвах Калмыкии;
Качественно определить содержание йода в овощах, выращенных на территории Республики Калмыкия;
Рассмотреть состояние йододефицита у детей г. Элиста;
Дать рекомендации и выпустить листовки с советами по предотвращению йододефицитных состояний среди школьников «КНГ им. Кичикова А.Ш.»
1. Теоретическая часть
Йо́д (от др.-греч. ἰώδης «фиалковый (фиолетовый)») – элемент 7-й группы периодической системы химических элементов Д.И. Менделеева пятого периода, с атомным номером 53. Обозначается символом I (лат. Iodum). Химически активный неметалл, относится к группе галогенов.
Простое вещество йод при нормальных условиях — кристаллы чёрно-серого цвета с фиолетовым металлическим блеском, легко образует фиолетовые пары, обладающие резким запахом. Молекула вещества двухатомна.
Йод был открыт в 1811 г. Куртуа в золе морских водорослей, а с 1815 г. Гей-Люссак стал рассматривать его как химический элемент. Однако он чрезвычайно сильно рассеян в природе и, будучи далеко не самым распространенным элементом, присутствует практически везде. Йод находится в виде йодидов в морской воде (20—30 мг на тонну морской воды). Присутствует в живых организмах. Больше всего йода в водорослях (2.5 г на тонну высушенной морской капусты, ламинарии). Известен в природе также в свободной форме, в качестве минерала, но такие находки единичны и находятся в термальных источниках.
Сырьём для промышленного получения йода в России служат нефтяные буровые воды, тогда как в зарубежных странах, не обладающих нефтяными месторождениями, используются морские водоросли, а также маточные растворы чилийской (натриевой) селитры, щёлок калийных и селитряных производств, что намного удорожает производство йода из такого сырья.
При нагревании при атмосферном давлении йод сублимирует (возгоняется), превращаясь в пары фиолетового цвета; при охлаждении при атмосферном давлении пары йода кристаллизуются, минуя жидкое состояние. Этим пользуются на практике для очистки йода от нелетучих примесей.
Химически йод довольно активен, хотя и в меньшей степени, чем хлор и бром. Довольно известной качественной реакцией на йод является его взаимодействие с крахмалом, при котором наблюдается синее окрашивание в результате образования соединения включения. Эту реакцию открыли в 1814 году Жан-Жак Колени Анри-Франсуа Готье де Клобри.
С металлами йод при легком нагревании энергично взаимодействует, образуя йодиды. С водородом йод реагирует только при нагревании и не полностью, образуя йодоводород. Йод является окислителем, менее сильным, чем фтор, хлор и бром [1].
В разном возрасте у людей могут возникать различные типы йододефицита. Недостаток йода даёт: нарушение координации движения и речи; быструю утомляемость, апатичность; снижение концентрации внимания, памяти и уровня IQ; психологические и эмоциональные проблемы; торможение умственного и физического развития. [3]
Отметим, что при дефиците селена йод не усваивается [4]. По результатам исследований, причиной развития эндемического кретинизма новорождённых является сочетанный недостаток йода и селена [5]. Ниже приведён список потенциальных факторов риска, которые могут спровоцировать йододефицит:
- низкое содержание йода в пище;
- беременность;
- радиоактивное облучение;
- увеличение потребления или рост содержания в плазме крови зобогенных веществ (гойтрогенов, струмогенов);
- курение;
- алкоголь. [6]
2. Практическая часть
2.1. Анализ данных по содержанию йода в природных объектах Калмыкии
Присутствие йода в почвах Калмыкии в виде минералов не установлено. Он обнаруживается в почвенных горизонтах в основном в составе органических веществ. В связи с этим йод аккумулируется в верхних почвенных горизонтах. Установлено, что значительная его часть находится в почве в связанных формах, сорбированных, гумифицированной или свежей органикой и глинами или входит в кристаллические решетки минералов.
Почвы значительно отличаются друг от друга по содержанию йода. Его количество в почвах колеблется от 0,1 до 50 мг/кг. Среднее значение – 5 мг/кг. Почвы содержат в 20–30 раз больше йода по сравнению с собственными материнскими породами.
Содержание йода зависит и от механического состава почвы. Установлено, что легкие пески и супеси значительно беднее тяжелых почв – глин и суглинков. В связи с этим, йодная недостаточность встречается в зонах распространения почв, легких по механическому составу.
Чем больше органической составляющей содержится в почве, чем больше в ней коллоидной и мелкой фракции, тем богаче она йодом. Кислые почвы беднее йодом по сравнению с менее кислыми либо нейтральными. Это происходит по причине вымывания йода из почвы в кислой среде[7]. Солонцы и солончаки в Калмыкии содержат низкие концентрации йода в почве. Каштановые почвы – высокое содержание йода. Бурые – низкое содержание (таблица 1 приложения).
Калмыкия, в целом, относится к числу йододефецитных регионов, так как она удалена от морей и океанов, и большая её часть является равниной. На таких территориях отмечается пониженное содержание йода во всех объектах биосферы, что, как правило, приводит к массовым нарушениям метаболизма у человека и животных. Микроэлементы йода не обладают способностью синтезироваться в организме, поэтому его запас должен постоянно пополняться за счет поступления извне с пищевыми продуктами и водой. Республика Калмыкия входит в число тридцати регионов России, где население страдает от дефицита йода [2].
На сегодняшний день считается, что йод не является жизненно необходимым элементом для развития растений. Однако в литературе приводятся многочисленные примеры его благотворного влияния на их рост. Это явление пока не имеет точного объяснения. Скорее всего, йод принимает участие в регулировании деятельности ферментных систем.
Стимулирующее действие йода на растения отмечается при его содержании 0,1 мг/кг в питательном растворе. Токсический эффект наблюдался при концентрации йода 0,5–1,0 мг/кг.
Взаимосвязь между содержанием данного элемента в растениях и его состоянием в почве – вопрос спорный. Вероятнее всего, изменчивость концентрации йода в растениях мало зависит от характера и типа почв. Однако установлена зависимость концентрации йода в ветвях лиственницы и ели от типа почв. Наиболее доступны растениям растворимые формы галогена. Именно поэтому морские виды растений содержат гораздо большие концентрации йода. Его наличие в килограмме сухой массы морских растений варьирует от 53 до 8800 мг.
Механизм поглощения йода растениями изучен плохо. Установлено, что органические формы элемента растениями не усваиваются. Данный галоген становится доступным растительности только после разложения органических веществ бактериями.
Количественное содержание йода в некоторых растениях может значительно изменяться, но порядок его содержания зависит от вида растения. В овощах и мясистых грибах йода содержится больше, чем в других растениях суши. Более высокие концентрации йода обнаруживаются в наземных частях растений, гораздо меньше – в корнях. Установлена сезонная изменчивость содержания йода. Летом она наиболее низка.
Растения обладают способностью адсорбировать йод из атмосферы. Атмосферный йод является важным источником поступления данного элемента в растения. [9]
2.2. Качественное определения йода в овощах
Для качественного определения йода были взяты 7 разных овощей, выращенных на территории Черноземельского района Республики Калмыкия, без применения удобрений и методов мелиорации почв. Это помидор, баклажан, болгарский перец, острый перец, тыква, кабачок.
Эти продукты выращены на нашей земле, поэтому этот опыт поможет понять, в каких продуктах содержится йод, и какие из них можно употреблять для профилактики йододефицита. 2NaI + Cl2= I2 + 2NaCl (уравнение выделения йода из солей продукта).
Выделяющийся йод можно обнаружить с помощью крахмала (синее окрашивание) или взбалтывая раствор с органическими растворителями, приобретающими в присутствии йода красно-фиолетовую окраску ().
Ход работы.
1. Измельчить на терке исследуемые продукты.
2. 30 грамм продукта дополнительно растолочь в ступке и залить 30 мл дистиллированной воды.
3. Перелить смесь в колбу соответствующего объёма. В течение 5 минут колбу взбалтывать, проводя выделение солей в раствор.
4. Дать отстояться раствору в течение 10 минут.
5. 2 мл каждого раствора помещается в пробирку, добавляется 3 капли хлорной воды (водный раствор хлора) и 1 мл раствора крахмала.
6. Если в пробирках наблюдается бурое окрашивание, то в них содержится йод.
2.3. Методика определения йододефицитных состояницй
среди учащихся 7-11 классов «КНГ им. Кичикова А.Ш.»
В исследовании принимали участие учащиеся 7-11 классов, всего 82 ученика. Учащимся было предложено нанести йодную сетку 5 % спиртовым раствором на правое запястье, а затем наблюдать.
Если сетка исчезнет через:
3 – 4 часа, то йод организму необходим
6 – 8 часов, то нехватка не так заметна
сутки – йод в организме в норме
Результаты оказались следующими:
7 а класс – у 7 человека из 16 есть признаки йододефицита
7 б класс – у 9 человека из 19 есть признаки йододефицита
8 а класс – у 4 человек из 15 есть признаки йододефицита
8 б класс – у 8 человек из 17 есть признаки йододефицита
9 а класс – у 5 человек из 15 есть признаки йододефицита
9 б класс – у 5 человек из 14 есть признаки йододефицита
10 класс – у 5 человек из 13 есть признаки йододефицита
11 класс – у 9 человек из 21 есть признаки йододефицита
Всего учащихся с возможным йододефицитом в старшем блоке «КНГ им. Кичикова А.Ш.» 52 человека, что составляет 63 %.
Таблица 1
Численность учащихся гимназии с предполагаемым йододефицитным состоянием \s
Среди учащихся выявлено большое количество йододефицитных состояний, что вызвано тем, что территория Республики Калыкия находится в районе с низким содержанием йода в почвах и в растениях. Вторая причина – учащиеся мало употребляют в пищу продукты питания, богатые йодом, в первую очередь морепродукты, так как этнически калмыки питаются в основном мясной и молочной пищей, в которой содержание йода не так велико как например, в морской рыбе или в овощах (табл. 2 приложения). Немаловажной причиной также является то, что основной контингент нашего исследования это подростки. В период бурного роста и развития подростков увеличивается потребность во многих витаминах и микроэлементах, в том числе и в йоде.
2.4. Состояние йододефицита у детей в г. Элиста
В Республике Калмыкия в последние годы отмечается тенденция роста заболеваний, вызванных дефицитом йода и других микронутриентов.
В республике зарегистрировано 2160 больных с заболеваниями щитовидной железы, из них 700 детей (2001-2005 гг). Ежегодно впервые диагностируется эта патология у 330 человек. Имеет тенденцию к росту заболеваемость среди детей до 14 лет. Углубленные медицинские осмотры, проведенные с участием ведущих специалистов Эндокринологического научного центра Российской Академии медицинских наук в ряде районов республики и г. Элиста, выявили увеличение щитовидной железы у 22,5% обследованных, а по Черноземельскому району - у 46,2% [10].
Городская целевая программа «Профилактика йод-дефицитных заболеваний в городе Элисте» на 2006-2010 годы была утверждена решением Элистинского городского Собрания от 3 ноября 2005 года № 4. Основной целью программы являлось снижение заболеваемости, риска рождения детей с врожденным гипотиреозом, уровня инвалидности населения от болезней щитовидной железы. В рамках этой программы под контролем Управления здравоохранения Мэрии города Элисты муниципальными лечебно-профилактическими учреждениями была проведена определенная работа по информационному обеспечению населения по вопросам профилактики йод-дефицитных состояний. Врачами муниципальных учреждений здравоохранения проводились лекции и беседы.
По данным МУ «Детская поликлиника» г. Элисты в 2008-2009 годах по заболеваниям гипотиреоз, диффузно-нетоксический зоб, аутоиммунный тиреоидит, йоддефицитное состояние, семейно-конституциональная низкорослость, задержка физического развития на учете состояло 218 детей.
Больные с данным заболеванием наблюдаются участковыми врачами и врачами-эндокринологами. Больным с диффузными изменениями узловыми образованиями, увеличенным объемом щитовидной железы рекомендуется прием с пищей йодированной соли в дозе 200 мкг йода в сутки, что соответствует суточный потребности йода по рекомендациям ВОЗ. Индивидуально каждому пациенту по показаниям назначаются таблетированные препараты калия йод с суточной нормой 200 мкг [11].
В то же время следует отметить, что проблема йод-дефицитных заболеваний и их профилактика остается по-прежнему актуальной для Республики Калмыкия в целом, и для города Элисты в частности.
2.4. Рекомендации по предотвращению йододефицитных состояний среди школьников
Рекомендуется принимать пищевые добавки, витамины и продукты, в которых содержится йод, чтобы предотвратить йододефицит.
Самое большое количество йода содержится в морепродуктах, рыбьем жире, водорослях, молочных продуктах, яйцах, мясе, рыбьей икре, клубнике и овощах. Полезно готовить блюда из таких видов рыб, как форель, треска, камбала, сельдь, щука, но стоит помнить, что при длительном хранении и тепловой обработке теряется большое количество полезных веществ. По этим причинам продукты нужно покупать максимально свежие и подвергать их минимальной термической обработке.
Еще одним полезным продуктом, нормализующим йодный баланс в организме, является соль. Она обязательно должна быть йодированной, но нужно тщательно следить, чтобы ее ежедневная доза не превышала норму, ведь переизбыток йода может наносить организму не меньше вреда, чем его недостаток. Больше всего йод нужен беременным и ученикам старших классов.
Работникам школьной столовой необходимо включать в меню большее количество продуктов богатых йодом.
Для профилактики йододефицтных состояний организма у учащихся, и особенно у старшеклассников, мы можем рекомендовать принимать биологически активные вещества, которые могут помочь поддержать баланс йода в организме.
Заключение:
Республика Калмыкия входит в число тридцати регионов России, где население страдает от дефицита йода
Присутствие йода в почвах Калмыкии в виде минералов не установлено. Он обнаруживается в почвенных горизонтах в основном в составе органических веществ.
Почвы значительно отличаются друг от друга по содержанию йода. Его количество в почвах колеблется от 0,1 до 50 мг/кг. Среднее значение – 5 мг/кг. Почвы содержат в 20–30 раз больше йода по сравнению с собственными материнскими породами. Йодная недостаточность встречается в зонах распространения почв, легких по механическому составу
В овощах, выращенных на территории Черноземельского района Республики Калмыкия, содержания йода не выявлено.
Среди учащихся 7-11 классов МБОУ «Калмыцкая национальная гимназия им. Кичикова А.Ш.» выявлено 63 % гимназистов, страдающих средней степенью йододефицита. Данным учащимся необходимо проконсультироваться с врачом. Причем пик йододефицита приходится на период полового созревания (учащиеся 7-9 классов), когда организм интенсивно растет и развивается, поэтому ему нужно большее количество микроэлементов. Но так как в пище их недостаточно, возникают дефициты различных веществ, в том числе – йода. К тому же в старших классах возрастает умственная нагрузка на учащихся, что также может стать причиной йододефицита.
Для предотвращения йододефицита рекомендуется принимать пищевые добавки, витамины и продукты, в которых содержится йод. Самое большое количество йода содержится в морепродуктах, рыбьем жире, водорослях, молочных продуктах, яйцах, мясе, рыбьей икре, клубнике и овощах.
Cписок использованных источников информации
1. https://ru.wikipedia.org/wiki/
2. ttp://kalmykia-online.ru/news/299
3. issledovanie_vliyaniya_yoda_na_organizm_cheloveka_0
4. http://www.zakonprost.ru/content/regional/22/11014785. Грекова Т. И., Бурлачук В. Т., Будиевский А. В. Курутько В. Н. Тиреоидные гормоны и нетиреоидная патология: профилактика и лечение. Петрозаводск, ИнтелТек, 2005, 250С.\
6. Knudsen N, Laurberg P, Perrild H, Bülow I, Ovesen L, Jørgensen T (October 2002). «Risk factors for goiter and thyroid nodules». Thyroid : Official Journal of the American Thyroid Association 12 (10): 879-88.
7. http://www.ru.all.biz/prirodnye-resursy-respublika-kalmykiya-srd70088. http://www.pesticidy.ru/active_nutrient/iodine
9. Сангаджиева Л. Х., Даваева Ц.Д., Кикильдеев Л.Е., Цомбуева Б.В., Самтанова Д.Э., Сангаджиева О.С. // Биогеохимическая миграция микроэлементов в аридных экосистемах Калмыкии. Вестник ТГУ. Т. 18. Вып. 3. 2013. С 1007-1008.10. http://www.rusouth.info/territory9/pack0j/paper-hfkbb0.htm
11. http://www.zakonprost.ru/content/regional/22/110147812. Казьмин В. Йод и железо для вашего здоровья. Баро пресс, Ростов-на- Дону, 2005
Приложения
Таблица 1
Влияние рельефа на распределение валовых форм йода в почвах (мг/кг) [9]
Элемент Cтавропольская возвышенность Прикаспийс-кая низменность Региональ-ные фоновые концентра-ции
Черноземы обыкновен-ные Светло- каштановые почвы Бурые полупустынные почвы I 3,9 4 0,8 2,2
Фотографии результатов эксперимента с тиосульфатом натрия и овощами, выращенными на территории Республики Калмыкия

Эксперимент с помидором

Эксперимент с баклажанами

Эксперимент с болгарским перцем

Эксперимент с тыквой

Эксперимент со свеклой

Эксперимент с острым перцем
………………
Эксперимент с кабачком
Рис. 1
Содержание йода в органах и тканях человека
рис. 2
Последствия йододефицитных состояний организма человека

Таблица 2
Содержание йода в продуктах (мкг на 100г сырого продукта) [12].
Жир печени трески 350-700 капуста 9,5
хек 160,0 Булки пшеничные 9,5
минтай 150,0 пшено 9,4
навага 140,0 масло 9,0
Соленая сельдь 77,0 печень 8,7
треска 60,0 свекла 6,8
Горбуша, зубатка, 50,0 морковь 6,7
фасоль 12,8 картофель 5,8
мясо 11,4 молоко 5,8
Горох лущеный 10,5 Гречневая крупа 3,5
яйца 10,2 Мука пшеничная 9