Исследовательская работа Исследование содержания ионов железа в зимних сортах яблок и их значение для здоровья человека

ХХVI Ставропольская краевая открытая научная конференция школьников
Секция: химия
Название работы: Исследование содержания ионов железа в зимних сортах яблок и их значение для здоровья человекаАвтор работы: Кузнецова Анастасия Васильевна
Место выполнения работы: с. Ореховка, Петровского района Ставропольского края
МКОУ СОШ №13, 9 класс.
Научный рук.: Калашникова Светлана Ивановна,
учитель химии – биологии МКОУ СОШ №13
Ставрополь, 2015
Содержание
Введение……………………………………………………………………………………………….3-4
1. Аналитический обзор
1.1Значение железа на организм человека ………………………………………………………….4-5
1.2 Влияние недостатка железа на человека……………………………………………………......5
1.3 Нормы потребления железа в яблоках………………………………………………………… 5-6
1.4 Бумажная хроматография – как доступный способ разделения и обнаружения веществ в минимальных количествах…………………………………………………………………………..7-8
2. Экспериментальная часть
2.1Эксперимент №1 «Определение содержания ионов железа (III) в яблоках разных
сортов методом бумажной хроматографии»………………………………………………………. 8-9
2.2Эксперимент№2 «Повышение содержания железа с помощью гвоздей
(народное средство)»………………………………………………………………………………… 9
2.3Эксперимент№3 « Качественное определение ионов железа в яблоках»…………………… 9-10
3. Анализ результатов исследования……………………………………………………………….. 10
Заключение……………………………………………………………………………………………. 10
Библиографический список ………………………………………………………………………… 11
Приложение 1…………………………………………………………………....................................12-14
Приложение 2………………………………………………………………………………………… 14-15
Приложение 3…………………………………………………………………………………………..16
Введение.
Обоснование выбора темы проекта и ее актуальность:
Яблоки – самые доступные фрукты для миллионов людей, они широко распространены, недорого стоят в любое время года и хорошо хранятся. В сочных плодах присутствует практически вся группа витаминов: В, А, С, Е, Н, К, РР. Яблоки богаты макро- и микроэлементами: Fe, K, P, Na, Mg, I. [10]. Яблоко — один из самых популярных диетических продуктов. Благодаря набору полезных веществ оно способствует усилению процессов обмена веществ в организме. Кроме того, это не просто пищевой продукт, наполненный клетчаткой, это ценный витаминно-минеральный комплекс, который к тому же имеет много пищевых волокон. (Детская энциклопедия,1987)
В прошлом году я исследовала «Содержание аскорбиновой кислоты в зимних сортах яблок», узнала для себя много нового и полезного. Но на этом я не закончила свою работы с яблоками. Я читала и слышала такое выражение «ешьте яблоки, там много железа». Я решила проверить это на практике. Изучить содержание железа в яблоках зимних сортов и его влияние на организм человека, нормы потребления железа. На этот раз мы поменяли методику йодометрическое титрование на бумажную хроматографию. Свою работу я назвала «Исследование содержания ионов железа в зимних сортах яблок и их значение для здоровья человека». Я считаю, что в нашей стране плохое качество общественного здоровья, смертность превышает рождаемость. Мой проект является ступенькой к возрождение системы массового санитарно- гигиенического просвещения и обучения граждан, пропаганды здорового образа жизни. (Я познаю мир: Детская энциклопедия жизни,1997) Цель: определение содержания ионов железа в яблоках разных сортов районированных в Петровском районе Ставропольского края. Гипотеза: мы предполагаем что, присутствие ионов железа в яблоках, можно обнаружить методом бумажной хроматорафии.
Задачи:
проанализировать информационные источники для выяснения сути хроматографии, качественных реакций на железо и значения железа для организма человека;
опытным путем выявить наличие ионов железа в яблоках разных сортов. Провести эксперимент по увеличению содержания железа в яблоках народным способом;
сделать выводы о содержании ионов железа в яблоках разных сортов и о достоверности народного способа - увеличения количества железа;
составить рекомендации для людей, поддерживающих здоровый образ жизни.
Методы исследования: 
анализ учебного материала по данной теме;
обобщение и систематизация теоретического материала;
химический эксперимент методом бумажной хроматографии по методике О. Ольгина.
Объект исследования: яблоня культурная шести сортов: Джонатан, Голден Делишес, Ренет Симиренко, Флорина, Богатырь, Память Лаврика.
Все указанные сорта относятся к 1 разряду качества и имеют схожие сроки созревания (середина сентября - конец ноября)
Предмет исследования: содержание ионов железа, входящих в состав яблок этих сортов. Исследование проводилось на базе МКОУ СОШ № 13(ноябрь –февраль) 2014 – 2015 года.
Научная новизна: заключается в анализе содержания ионов железа в яблоках разных сортов, распространенных в Петровском районе Ставропольского края.
Теоретическая значимость – проведены исследования и сформулированы выводы о содержании ионов железа в различных зимних сортах яблок районированных в нашем районе.
Практическая значимость заключается в том, что полученные результаты исследований могут быть использованы жителями Петровского района для приобретения сортов яблок в пищу.
Глава I. Аналитический обзор
1.1 Значение железа для организма человека
Железо — микроэлемент, главная роль которого — обеспечение организма кислородом, участие в окилительно-восстановительных реакциях.
Теоретическое изучение вопроса показывает, что несмотря на малое содержание железа в организме человека (2-5 г), по своей значимости оно является уникальным микроэлементом. Входя в состав крови, железо участвует в переносе кислорода от легких ко всем тканям, органам и системам нашего организма. А без кислорода человек не может прожить и нескольких минут. Это связано с тем, что жизнедеятельность всех живых клеток невозможна без постоянного получения энергии, выработку которой обеспечивают протекающие в них сложные биохимические реакции, идущие с участием кислорода. Непосредственную доставку кислорода к каждой клетке осуществляет входящее в состав крови специальное белковое соединение гемоглобин. ( М.Фриматл, 1991)
Впервые он был обнаружен в 1839 году немецким исследователем Р. Хюнефельдом в составе красных кровяных телец - эритроцитов. Гемоглобин состоит из двух частей: крупной белковой молекулы - глобина и встроенной в нее небелковой структуры - гема, в сердцевине которого и находится ион железа. Это железо легко вступает в связь с кислородом и именно соединение кислорода с железом окрашивает кровь в красный цвет. Кислород - это окислитель. Ион железа молекулу кислорода переносит к месту окисления.  Атом железа гема способен присоединять и отдавать молекулу кислорода. При этом валентность железа не меняется, т. е. он остается двухвалентным. За это свойство английский физиолог, один из основателей науки о дыхании Дж. Баркрофт, назвал гемоглобин "самым удивительным веществом в мире". Кроме того, гемоглобин выполняет и другую очень важную функцию - выведение с места окисления углекислого газа. И если кислород вводится в клетку гемом, то углекислоту оттуда "выносит" глобин. ( Морозов А.А., 2005)
1.Влияние недостатка железа на человека.Дефицит жeлеза проявляется анемией, головокружением и головными болями, слабостью, повышенной утомляемостью, снижением памяти и концентрации внимания, ломкостью ногтей, склонностью к простудным заболеваниям. Анемия - это уменьшение в крови количества гемоглобина и красных кровяных телец - эритроцитов. Чаще всего диагностируется железодефицитная анемия — состояние, при котором в организме не хватает одного из основных компонентов гемоглобина, уникального микроэлемента — железа (Fe). Причиной дефицита является несбалансированное питание, кровопотери, гормональные нарушения, хронический гастрит с пониженной кислотообразующей функцией, дисбактериоз.( А.С.Егоров, 2004)
1.3 Нормы потребления железа в яблоках. Яблоки – одни из самых богатых фруктов, в их состав входит много микроэлементов, витаминов, железа. Они очень полезны, особенно при пониженном гемоглобине, простуде вирусных заболеваний.
Суточная потребность для мужчин — 10 мг/сут, для женщин — 18 мг/сут, в период беременности и лактации — 33—38 мг/сут.
В организме взрослого человека содержится около 3-5 г железа; почти две трети этого количества входит в состав гемоглобина. Считается, что оптимальная интенсивность поступления железа составляет 10-20 мг/сутки. Дефицит железа может развиться, если поступление этого элемента в организм будет менее 1 мг/сутки. Порог токсичности железа для человека составляет 200 мг/сутки.
( Ольгин О.,2009)
1.4 Бумажная хроматография – как доступный способ разделения и обнаружения веществ в минимальных количествах.
Бумажная хроматография - простейший по технике выполнения хроматографический метод; требуемые для разделения способом БХ материалы относятся к числу самых дешевых. Незначительная эффективность разделения и довольно плохая воспроизводимость результатов препятствуют широкому практическому применению БХ. (Морозов А.А., 2005)
Бумажная хроматография имеет большое значение для качественного анализа, ее использование в количественном анализе весьма ограничено, в связи с тем, что в большинстве случаев необходимо полностью разделять компоненты, а количественное разделение методом бумажной хроматографии дает недостаточно точные и плохо воспроизводимые результаты. ( Ольгин О.,2009)
Глава 2. Экспериментальная часть 2.Материалы и методы для исследования. Исследование проводилось на базе нашей школы МКОУ СОШ №13 с 01.11. 2014 по 11.02.2015.
2.1 Эксперимент №1 «Определение содержания ионов железа (III) в яблоках разных сортов методом бумажной хроматографии».
До начало исследования, мы выявили наиболее часто употребляемых сорта яблок. По результатам исследования, мы взяли яблоки 6 сортов: №1-Джонатан, образец №2-Голден Делишес, №3-Ренет Симиренко, №4-Флорина, №5-Богатырь, №6 –Память Лаврика. Используя методику из книги О. Ольгина «Хроматография на дому. Занимательные опыты по химии», мы провели исследование по определению содержания ионов железа (III). [5,9] В состав сока яблок входят ионы железа (II), эти ионы не устойчивы и на воздухе окисляются до ионов железа (III). Ионы железа (III) имеют более темную окраску, считается, что яблоки темнеют на воздухе из-за этого процесса.
Ход работы.
Мы на бумажном диске (из фильтровальной бумаги) диаметром 9 см определили центр, с помощью пинцета прокололи в центре отверстие. Диски пронумеровали.
На лабораторных весах отвесили по 30г каждого образца. Измельчили образцы в ступке и выжали сок. В центр каждого диска, с помощью пипетки, нанесли по капле сока исследуемых образцов.
Высушили образцы, с помощью пипетки, в центр диска нанесли еще по капле исследуемых образцов (в течение 3-х часов, через каждые 15 минут, так чтобы диаметр был не больше 0,5 мм.).
После того как образцы высохли, поместили их на чашки Петри, в которые налили по 5 мл этилового спирта. В центр каждого диска вставили свернутую трубочкой фильтровальную бумагу.
Для сравнения результатов опыта, мы приготовили эталон. Для этого на бумажный диск, с помощью пипетки, нанесли 1 каплю 1% раствора хлорида железа (III), так чтобы диаметр был не больше 0,5 мм. Через час образцы, с результатами опытов, опрыскали 10%-ным раствором гексациано-II-феррата калия. Fe3++K++[Fe(CN)6]4-→KFe[Fe(СN)6]
Это качественная реакция на ионы железа (III). В случае присутствия этих ионов должно появиться синее окрашивание - образование берлинской лазури.
6.Мы рассмотрели образцы и сравнили их с эталоном. Результаты занесли в таблицу. ( Приложение 1)
2.2 Эксперимент№2 «Повышение содержания железа с помощью гвоздей (народное средство)». Мы решили проверить народное средство количественного увеличения железа в яблоках. В два яблока образца № 6 Память Лаврика мы воткнули двадцать гвоздей. Гвозди, под действием кислот которые есть в яблоках, окислились, а яблоко «напиталось» ионами железа. Через два дня по той же методике мы провели определение содержания железа в образце №6. ( Приложение 2)
2.3 Эксперимент№3 « Качественное определение ионов железа в яблоках».
№
опыта Название
опыта Цель
проведения
опыта Порядок
проведения опыта Наблюдения Ионные
уравнения
реакций Выводы
1. Действие раствора щелочи на очищенные пробы. Связывание ионов железа в нерастворимые гидроксиды. Во все пробы добавляется 0,5 мл раствора щелочи NaОН. Во всех пробирках с пробами наблюдается появление неокрашенного осадка. В яблочных пробах осадок слегка буреет. Fe2++OH-→Fe(OH)2↓
Fe3++OH-→Fe(OH)3↓ В яблочных пробах осадок является нерастворимым соединением железа.
2. Реакция с гексацианоферратом (III) калия K3[Fe(CN)6] (красной кровяной солью). Обнаружение ионов Fe2+ Поместить в пробирки по 2мл исследуемых проб, добавляем 1-2 капли раствора соляной кислоты. Универсальным индикатором проверяем рН раствора. Добавить несколько капель раствора гексацианоферрата (III) калия K3[Fe(CN)6] (красной кровяной соли). В пробе зеленых яблок cинее окрашивание проявляется на короткое время и подавляется зеленой окраской. Fe2++K++[Fe(CN)6]3-
→KFe[Fe(СN)6]
В зеленых яблоках
присутствуют ионы Fe2+
3. Реакция с гексацианоферратом (II) калия K4[Fe(CN)6] (желтой кровяной солью). Обнаружение ионов Fe3+ Поместить в пробирки по 2мл исследуемых проб, добавляем 1-2 капли раствора соляной кислоты. Универсальным индикатором проверяем рН раствора. Добавить несколько капель раствора гексацианоферрата (II) калия K4[Fe(CN)6] (желтой кровяной соли). В пробе яблок cинее окрашивание проявляется на короткое время и подавляется зеленой окраской. Fe3++K++[Fe(CN)6]4-
→KFe[Fe(СN)6]
В яблоках присутствуют ионы Fe3+
4. Реакция с роданитом калия КSCN. Обнаружение ионов Fe3+ Поместить в пробирки по 2мл исследуемых проб, добавляем 1-2 капли раствора роданита калия KSCN. В пробе красных яблок желтоватое окрашивание приобретает красный оттенок.
Fe3+ + 6SCN- → [Fe(СN)6]
В красных яблоках
присутствуют ионы Fe3+
Ход работы.
1. Подготовка растительной пробы для исследования.
- Тонким ножом из нержавеющей стали вырезать пробу 30 г в виде ломтика от кожуры до сердцевины с семечками, мелко измельчается.
- Полученная масса переносится в фарфоровую ступку и тщательно растирается пестиком.
- Полученная масса с помощью стеклянной палочки и стеклянной воронки переносится в мерную колбу и объём пробы доводится дистиллированной водой до метки 100 мл.
- Часть пробы фильтруется в отдельную колбу.
2. Приготовление растворов реактивов:
-роданида калия. 5,0 г КSCN растворяют в 45 мл дистиллированной воды (10%-ный раствор).
- гексацианоферрата(III) калия. 2,0 г K3[Fe(CN)6] растворяют в 38 мл дистиллированной воды (5%-ный раствор).
- гексацианоферрата(II) калия. 2,0 г K4[Fe(CN)6] растворяют в 38 мл дистиллированной воды (5%-ный раствор).
- гидроксида натрия. 5,0 г NaOH растворяют в 45 мл дистиллированной воды (10%-ный раствор).
3. Анализ экспериментальной части.
3.1 Анализ эксперимент №1 «Определение содержания ионов железа (III) в яблоках разных сортов методом бумажной хроматографии».
Вывод: после обработки образцов раствором гексациано-II-ферратом калия на одной хроматограмме №3 бледное пятно в центре и сбоку проявилось синие окрашенное пятно. Хроматограммы образцов № 1,2 пятна однородного цвета нет расслоений . В образце № 4, расслоение на два цвета в центре яркое по периферии бледнее. В образцах № 5,6 в центре яркое пятно по бокам на разном расстоянии ещё несколько более светлых пятен. В результате нашего исследования, присутствие ионов железа мы обнаружили только в образце №3 Ренет Симиренко. В прошлогоднем нашем исследовании в январе месяце этот сорт оказался самым богатым по содержанию аскорбиновой кислоты. Изучая литературные источники мы выяснили, что существует взаимодействие этих веществ, витамин делает доступными и легко усваиваемыми соединения железа. Поэтому методом бумажной хроматографии нам удалось его обнаружить. В образцах № 4,5,6 присутствует больше одного компонента (вещества), растворитель смог их разделить и разнести. Определить и назвать эти компоненты учитывая наши возможности мы не смогли и это не являлось целью нашего проекта. Мы можем только предположить, что в яблоках сортов Флорина, Богатырь, Память Лаврика присутствуют какие - то дополнительные ферменты.
3.2 Анализ эксперимент №2 «Повышение содержания железа с помощью гвоздей (народное средство)».
Вывод: после обработки образца раствором гексациано-II-ферратом калия проявилось синие окрашивание. Хроматограмма показала увеличение содержания железа в образце №3 (яблоко с гвоздями). В места соприкосновения мякоти яблока с гвоздями мы наблюдали появление ярко коричневой окраски.
Анализ эксперимент№3 « Качественное определение ионов железа в яблоках».
Цвет растворов во всех пробирках с яблочными пробами имеет зеленоватый или желтоватый цвет.
Окраска растворов и сока яблок характерна для растворов железа Fe2+ и Fe3+ .
Качественное определение ионов железа в яблоках.
Действие качественных реактивов гексацианоферрата (III) калия K3[Fe(CN)6] (красной кровяной соли) и гексацианоферрата (II) калия K4[Fe(CN)6] (желтой кровяной соли) на срезы яблок характерной окраски не показывает.
При испытании концентрированных фруктовых растворов окраска наблюдалась незначительно и была неустойчивой.
Любая качественная реакция имеет так называемый предел обнаружения – минимальную концентрацию вещества, которая может быть обнаружена с помощью данного реагента. На основании чего можно говорить о весьма малом содержании микроэлемента железа.
Заключение.
Выполненная работа позволяет сделать обоснованные выводы о том, что среди шести сортов яблок больше всего железа содержится в сорте Ренет Симиренко, в остальных сорта: Джонатан, Голден Делишес, Флорина, Богатырь, Память Лаврика ионы железа практически отсутствуют. На яблоках сорта Память Лаврика мы проверили народный способ «увеличения содержания железа». За два дня в яблоках, утыканных железными гвоздями, количество его возросло. Выдвинутая нами гипотеза частично подтвердилась, метод бумажной хроматографии - действительно простой, доступный и наглядный метод, но для количественного определения ионов Fe3+ в представленном варианте неприменим. То, что было продемонстрировано - это качественная оценка. В пищу можно использовать любые сорта яблок. Незначительное количество солей железа, содержащееся в яблоках, лучше усваиваются организмом, поскольку они находятся в благоприятном соотношении с витаминами. Содержание железа в яблоках повышается с помощью обычных гвоздей, но употреблять эти яблоки мы вам не рекомендуем. Лучше ввести в рацион более концентрированные яблочные продукты: джемы, мармелад, сок, сыр, повидло, пастилу или продукты животного происхождения.
Выводы:
Без железа не может функционировать организм человека: в нём содержится около 3 г железа, из них примерно 2 г в крови, железо входит в состав гемоглобина. Недостаточное содержание железа приводит к головной боли, быстрой утомляемости и другим заболеваниям. Можно твердо сказать, что по своей значимости, по масштабам получения и использования железо в настоящее время является главным металлом.
Содержание железа в яблоках зимних сортов незначительно;
Употребление яблок недостаточно для поддерживания содержание железа в организме человека в норме. В работе приводятся рекомендации, соблюдение которых, приведет к лучшему усвоению железа ; (Приложение 3)
необходимо расширить просветительскую работу школьников и их родителей о правильном питании в зимний период.
Библиографический список
Березкин В.Г., Бочков А.С. Количественная тонкослойная хроматография. М.: Наука, 1980, 183
Бумажная хроматография - http://www.xumuk.ru/encyklopedia/648.html;
А.С.Егоров, Н.М. Иванченко, К.П. Шацкая. Химия внутри нас. Ростов-на-Дону, издательство «Феникс», 2004г., с.80-82;
Железо в продуктах питания и в организме человека http://www.azbukadiet.ru/2012/08/13/zhelezo-v-produktax-pitaniya.html;
Коллоидная химия - http://samorazvitie.net/book/620-kolloidnaya-ximiya-metodicheskie-ukazaniya- pismenko-vt/8-laboratornaya-rabota-6-xromatografiya;
Энциклопедический словарь юного химика /сост. В.А.Крицман, В.В. Станцо/, М.: Педагогика, 1990г.,с. 81-83.;
Лабораторная диагностика. Методика определения содержания железа в яблоках разных сортов. - http://bioximia.narod.ru/index/0-43;
Микеш О.Г. Лабораторное руководство по хроматографическим и смежным методам. В 2 т. Под ред. О. Микеш М.: Мир, 1982, т. 1–2, 783 с.;
Морозов А.А. Хроматография в неорганическом анализе. М.: Высш. шк., 2005, 233 с.;
Нифантьев Э.Е. Внеклассная работа по химии с использованием хроматографии.; Москва «Просвещение» 1982;
О.Ольгин. Опыты без взрывов. М.: Химия. 1986. С. 76-80;
Ольгин О. Хроматография на дому. Занимательные опыты по химии, М.: «Детская литература», 2009, 235 с. ;
Содержание железа в яблоках- http://ndb.nal.usda.gov/ndb/foods/show/2 1;
Твоя диета - http://your-diet.ru/?p=1111;
М.Фриматл. Химия в действии. М.: Издательство «Мир», 1991г., том 2, с. 147-148;
Штемплер Г.И. Химия на досуге Москва «Просвещение» 1996;
Я познаю мир: Детская энциклопедия Москва АСТ 1997.