Исследовательская работа "Определение солей тяжелых металлов в овощных и плодово-ягодных культурах"

РОССИЙСКАЯ ФЕДЕРАЦИЯ

Ханты-Мансийский автономный округ - Югра (Тюменская область) город Нижневартовск

Определение солей тяжелых металлов в овощных и плодово-ягодных культурах

Автор: Руководитель:

Юсупова Камила Наильевна. 10 А класс. Муниципальная общеобразовательная средняя школа N229

Тухфатуллина Раиса Туктасыновна Учитель химии.

Муниципальная общеобразовательная средняя школа N229

2011 год

Оглавление

Введение............... Литературная справка.

1.1. Содержание минеральных солей в выбранных для исследования продуктах. ....

1.2. Тяжелые металлы и их биологическая роль. ................................................................ 8

1.3. Значение концентрации ионов тяжелых металлов... ........ 1 1

    1.4. Влияние окружающей среды на концентрацию . 1 1

1.5. Заболевания, вызванные нарушением концентрации ионов тяжелых металлов. 12

II. Объект и методика исследования. ................                                                                              14

2.1. Объект исследования......................

2.2. Сущность методики определения ...................

2.3. Подготовка проб при анализе ягод и фруктов. .................................. 15

2.4. Качественный анализ на металлические элементы.... ......... 15 III. Результаты проведенных опытов и исследований.......................15

ш выводы. ................................. . V. Литература: .

Приложение: ...........................

Введение

Актуальность исследования. В настоящее время окружающая среда городов, характеризуется высокой степенью загрязнений, что связано, прежде всего, с деятельностью автотранспорта, промышленности. В результате расширения транспортного сообщение, промышленных объектов и жилищных комплексов в городах — все это привело к серьезному вмешательству в окружающую среду.

Источников антропогенного характера, вызывающих загрязнение атмосферы, а также серьезные нарушения экологического равновесия-множество. В настоящее время одной из важнейших проблем является загрязнение почв тяжелыми металлами. Тяжелые металлы могут накапливаться в высоких концентрациях в растениях, которые являются продуцентами; оказывать токсическое воздействие на них, передаваться по цепи питания к человеку. Данная проблема актуальна и для города Нижневартовска.

Существует более 50 элементов, которые могут быть отнесены к тяжёлым металлам, 17 из них считаются очень токсичными, но довольно широко распространёнными. Токсичная концентрация зависит от вида металла, его биологической роли и вида организма, который подвергается его воздействию.

Токсичность тяжёлых металлов связана с физико-химическими свойствами металлов.

Так, высокая токсичность ртути даёт ей возможность в первую очередь взаимодействовать с активньпии центрами ферментов и снижать их активность, а у растений — подавлять фотосинтез в хлоропластах.

Гипотеза: Большую угрозу для здоровья представляет уже тот факт, что тяжелые металлы имеют свойство накапливаться в организме. Причем зачастую в достаточно больших количествах, приводя к различньпа заболеванием, а в некоторых случаях и более печальным последствиям.

Вдобавок, металлы практически невозможно полностью вывести из организма.

Объект исследования: Ягоды: клюква, калина, облепиха , вишня, красная и черная смородина; овощи: картофель, морковь, свекла, перец, огурец; импортные фрукты: банан, груша, апельсин, виноград розовый, яблоко - рубин.

Предмет исследования: Обнаружение и подсчет концентрации ионов тяжелых металлов в объектах исследования.

Цель исследования: Изучение содержания некоторых тяжелых металлов (Zn, Cd, РЬ, Си, Ее) в пищевых продуктах растительного происхождения (ягодах, овощах), выращенных на территории г. Нижневартовска, в районе дачи РЭБ флота и импортных фруктах, а также влияние ионов тяжелых металлов на здоровье человека.

Задачи исследования

• освоение методик исследования;

• проведение экспериментальной работы;

• камеральная обработка полученных данных

• оформление работы.

Новизна исследования:

Результаты работы вносят определенный вклад в решение проблем общего состояния здоровья человека. Так как из-за возросшего количества автотранспорта значительно увеличилось поступление тяжелых металлов (ТМ) в окружающую среду , и как следствие по пищевым цепочкам в организм человека.

Практическая и теоретическая значимость работы. Изучение данной темы имеет определенную теоретическую значимость. Она заключается в накоплении знаний по определению содержания солей тяжелых металлов в плодово-ягодных и овощных культурах. С этой целью необходим постоянный систематический контроль за уровнем содержания ТМ в объектах окружающей среды, с целью контроля и регулирования процесса накопления, миграции в аккумуляции ТМ в пищевых продуктах.

1. Литературная справка.

1.1. Содержание минеральных солей в выбранных для исследования продуктах.

Химический состав клюквы:

По содержанию биологически активных веществ и минеральных солей клюква одна из самых полезных дикорастущих ягод. В ягодах клюквы содержатся: калий, кальций, магний, йод, железо, медь, серебро, барий, свинец, марганец витамин. С, К, РР, В 1, В2.

Ягоды содержат гликозид вакцинин, флавоноиды, тритерпеновые кислоты: урсоловую, олеаноловую, органические кислоты: лимонную, бензойную, оксоглутаровую, хинную; сахара (глюкозу, фруктозу), пектиновые и красящие вещества, азотистые и дубильные вещества, фитонциды. Бензойная кислота клюквы позволяет долго сохранять ягоду без добавления консервантов и, не подвергая термической обработке.

Ягоды клюквы богаты биологически активными веществами, Сахаров сравнительно немного: глюкозы - 2,4%, фруктозы - 0,3%. Органические кислоты (2,4-3,3%) представлены лимонной, хинной, бензойной, яблочной, урсоловой и др. Пектиновых веществ -0,7-1,4%, клетчатки - 2%, белков - Содержание витаминов (мг! 100 г): С - 10-30; В1 - 0,03; В2 0,02; РР -0,1. В состав минеральных веществ клюквы входят калий (116 мг/10О г), натрий

(12), кальций (14), фосфор (11), железо - 0,6 мг! 100 г. (4.Величковский Б.Т..)

Минеральные соли в калине:

Плоды содержат очень большое количество минеральных солей: в 100 г свежих ягод имеется почти 100 мг% фосфора, 15 мг% магния, более 38 мг% калия, есть железо, марганец, медь, стронций, а так же йод.(1)

Химический состав банана:

вода — 75-76%, сахар — 20-22%, крахмал — 1,6%, азотистые вещества — !,З%, органические кислоты — 0,4%, пектиновые вещества — 0,5%, клетчатка — 0,-6%, зола — 0,8%.

В состав золы бананов входят многие минеральные вещества— калий, натрий, магний, фосфор, сера, кальций, железо, марганец, медь. В бананах содержатся витамины С, В, В2, Вб,

РР, каротин и др. (4)

Химический состав облепихи:

Мякоть плодов содержит до 8% жирного масла, в косточках и семенах — до 12%, до 272 мг% аскорбиновой кислоты (витамин С). Масло плодов интенсивно-оранжевого цвета, содержит сумму каротиноидов (до ЗОО мг %), витамин Е (105-160 мг %).

Масло из семян слабо-желтого цвета содержит витамин Е (105-120 мг %) и небольшое количество каротиноидов. Мякоть плодов растения содержит витамины В 1, 132, С, Е, К, Р, каротиноиды, фолиевую кислоту, холин (50-110 мг %), бетаин. кумарины, фосфолипиды (до 1 %), стерины (бета-ситостерин и стигмастерин до 2 %), тритерпеновые вещества, углеводы (глюкоза, сахароза, фруктоза, пектин, полисахариды), циклитол квебрахит, серотонин, органические кислоты (винно-каменная, лимонная, яблочная, щавелевая), фенолкарбоновые кислоты, флавоноиды, лейкоантоцианы, дубильные вещества, макро- и микроэлементы (натрий, магний, кремний, железо, алюминий, кальций, свинец, никель, молибден, марганец, стронций).

В плодах облепихи отсутствует аскорбиназа, что обеспечивает хорошую сохранность аскорбиновой кислоты. В семенах обнаружены углеводы, пектин, органические кислоты, тритерпеноиды, каротиноиды, стероиды, фенолкарбоновые кислоты, высшие жирные кислоты, витамины С и Е. В коре ветвей содержится значительное количество серотонина (гипофен), дубильные вещества (до 10 %). В листьях облепихи — витамин С (до 37() мг %), дубильные вещества. (4)

Химический состав смородины:

Ягоды содержат витамин ВТ, В2, Р, каротин, аскорбиновую кислоту (0,4%), сахара (4,5 16,8%), органические кислоты (2,5 - 4,5%) - лимонную, яблочную; пектиновые, дубильные, азотистые вещества, эфирное масло, флавоноиды (5-метилкверцетин, кверцитрин), оксикоричные кислоты (кофейная, п-кумаровая), антоцианы (цианидин-Зглюкозид,цианидин-З-рамноглюкозид, дельфинидин-З-рамноглюкозид, дельфинидин-Зглюкозид). В экстрактах из ягод черной смородины обнаружено 150 летучих компонентов, из них идентифицированы и-терпинен, Р-фелландрен, у-терпинен, 2 - гексаналь, п-бутанол и др. В листьях найдены аскорбиновая кислота, фитонциды, каротин, эфирное масло. В состав масла входят  фенолы. В свежем соке черной смородины обнаружен антоциан мальвин.(4)

Химический состав вишни:

В плодах содержатся антоцианы: хризантемин, мекоцианин, антиринин, цианидин, пеонидин, 3-глюкозид цианидина, З-рамноглюкозид цианидина. Найдены сахара, витамин С, дубильные, пектиновые, красящие вещества, инозит, органические кислоты: яблочная, лимонная, хинная; в момент созревания обнаружена шикимовая кислота. Из других кислот идентифицированы уксусная, муравьиная, молочная, янтарная, аконитовая, хлорогеновая, изохлорогеновая и неохлорогеновая кислоты. В семенах содержится жирное масло (25 35%), эфирное масло, гликозид амигдалин; в коре - дубильные вещества, лимонная кислота, гликозиды: фускофлобафен и руброфлобафен; в листьях - лимонная кислота, дубильные вещества, кверцетин, кумарин, амигдалин. Плодоножка плодов содержит танин.(4)

Химический состав картофеля:

Картофель занимает особое место среди овощей как источник минеральных солей (1%). В нем обнаружено более 20 минеральных элементов. Минеральные вещества в клубнях находятся в легкоусвояемой форме. Некоторые из них, например калий, фосфор, магний, железо, кальций, активно участвуют в обмене веществ человеческого организма, способствуют улучшению его общего состояния. Основным веществом, содержащимся в картофеле, является калий (400—568 мг на 100 г).

Содержание фосфора в картофеле составляет 45—58 мг (на 100 г сырого вещества): кальция — 10—15, железа — 0,9—1, натрия — 28, марганца — 0,03, магния — 23, меди — 0,1, кобальта — 4,3, цинка — 0,4 мг на 100 г

В среднем картофель содержит (в %): воды 75 %; крахмала 18,2; азотистых веществ (сырой белок) 2; сахаров 1,5; клетчатки 1; жиров 0,1; титруемых кислот 0,2; веществ фенольной природы 0,1; пектиновых веществ 0,6; прочих органических соединений (нуклеиновых кислот, гликоалкалоидов, гемицеллюлоз и др.) 1,6; минеральных веществ 1,1. Ориентировочно различают сорта картофеля с высоким содержанием сухих веществ (более 25 %), средним (22—25 %) и низким (менее 22 %).

Крахмал составляет 70—80 % всех сухих веществ клубня. Находится крахмал в клетках в виде слоистых крахмальных зёрен размером от 1 до 100 мкм, но чаще 20—40 мкм.

Содержание крахмала зависит от скороспелости сортов, которое выше у позднеспелых.

4.(Величковский Б. Т..)

Химический состав моркови:

Из химических элементов в моркови содержатся кобальт, железо, медь и йод, однако преобладает соль калия.

В корнеплодах содержатся каротиноиды — каротины, витамины В, В2, пантотеновая кислота, аскорбиновая кислота; флавоноиды, антоцианидины, сахара (3—15 %), жирное и немного эфирного масла; в семенах — эфирное масло, флавоновые соединения и жирное масло. В цветах содержатся антоциановые соединения и флавоноиды (4).

Химический состав свеклы:

Помимо легко усваиваемых натуральных сахаров она также содержит - калий, кальций, магний, фосфор, железо, витамины. А, В и С. Она занимает одно из первых мест по содержанию йода, богата пектином.

Корнеплоды свеклы содержат много сахаров (8—12% в столовых сортах и до 25% в сахарных), небольшое количество белка (до 1,5%), жира, много клетчатки (0,9%) и пектина (1,1 %), яблочную, лимонную и щавелевую органические кислоты, витамины С, В1, В2, В5, Вб, U, РР, Р., пантотеновую кислоту (витамин вс), фолиевую кислоту (витамин ВЗ), много разнообразных микроэлементов (кальций, калий, магний, медь, марганец, фтор, цинк, железо, йод, кобальт), красящие и др. Вещества. 4.(Величковский Б.Т..)

1.2. Тяжелые металлы и их биологическая роль.

Важную роль в развитии организмов и регуляции процессов их жизнедеятельности играют широко распространенные катионы и анионы таких тяжелых металлов, как: железа, меди, цинка, олова, кадмия, а также других ионов, которые присутствуют в очень небольших, но достаточных для сбалансированного обмена веществ количествах.

Они обладают высокой биологической активностью и участвуют в самых различных биохимических и физиологических процессах: белковом, жировом, углеводном обменах, синтезе витаминов, газообмене, теплообмене, тканевом дыхании, клеточном делении, образовании костной ткани, кроветворении, иммунологических реакциях и т. д. Роль микроэлементов в обмене веществ, прежде всего, связана с их влиянием на активность ферментов, особенно металлозависимых и металлосодержащих.

Микроэлементы-металлы известны как ингибиторы или активаторы ферментов и компоненты их синтеза в организме. Некоторые микроэлементы входят в состав гормонов и витаминов.

Влияние микроэлементов на обменные процессы зависит не только от их качественного состава, но и от их количества. Для каждого из них существуют пороговые концентрации, как нижняя, так и верхняя, определяющие нормальное физиологическое состояние организма. Дисбаланс — недостаток или избыток — различных микроэлементов в составе постоянно потребляемых человеком воды или продуктов питания вызывает изменение в обмене веществ, что ведет к нарушениям функций органов, патологическим состояниям и заболеваниям. Заболевания, вызванные такими причинами, называются эндемическими. Чем же объясняется столь большое влияние на организм человека? Рассмотрим их распределение и роль в организме человека.

Стронций (Sr). Входит в состав костей. Избыток стронция при недостатке кальция влияет на фосфатазу, окислительный и энергетический обмен образующейся костной ткани, что приводит к деформирующему артрозу (уровской эндемии). Серьезные последствия имеет радиационное поражение организма, связанное с поглощением радиоактивного избытка стронция — стронция-9(). Попадая в организм человека в составе пищевых продуктов или воды, он испускает гамма-частицы, вызывающие необратимые патологические изменения в костях и в костном мозге.

Кадмий (Cd). Регулирует уровень сахара в крови.

Ртуть (Нд). Присутствует в молекуле ДНК и, возможно, участвует в передаче наследственной информщии.

Железо (Fe). В организм человека железо попадает с пищей. Пищевые продукты животного происхождения содержат железо в наиболее легко усваиваемой форме. Некоторые растительные продукты также богаты железом, однако его усвоение организмом происходит тяжелее. Считается, что организм усваивает до 35 % «животного» железа. В то же время другие источники сообщают, что этот показатель составляет менее З %. Большое количество железа содержится в говядине, в говяжьей печени, рыбе (тунец), тыкве, устрицах, овсяной крупе, какао, горохе, листовой зелени, пивных дрожжах, инжире и изюме.

В организме взрослого человека содержится 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.

Важная роль железа для организма человека установлена еще в в. Основной функцией железа в организме является перенос кислорода и участие в окислительных процессах (посредством десятков железосодержащих ферментов). Железо входит в состав гемоглобина, миоглобина, цитохромов. Большая часть железа в организме содержится в эритроцитах; много железа находится в клетках мозга. Железо играет важную роль в процессах выделения энергии, в ферментативных реакциях, в обеспечении иммунных функций, в метаболизме холестерина. Насыщение клеток и тканей железом происходит с помощью белка трансферрина, который способен переносить ионы трехвалентного железа. Лигандные комплексы железа стабилизируют геном, однако в ионизированном состоянии могут являться индукторами ПОЛ, вызывать повреждение ДНК и провоцировать гибель клетки. Дефицит, так же как и избьпок железа, отрицательно влияют на здоровье человека.

Токсическая доза для человека: 200 мг.

Летальная доза для человека: 7—35 г. (6)

Индикаторы элементного статуса железа

Оценка содержания железа в организме проводится по результатам исследований крови, мочи и волос. Среднее содержание железа в плазме крови составляет 0,8—1,4 мкг/л, в моче — 10—25 мкг/л, в волосах — 10—25 мкг/г. (Макаров К.А.)

Содержание железа в волосах у мужчин выше, чем у женщин. У лиц, страдающих заболеваниями печени, селезенки, хроническим алкоголизмом, содержание железа в волосах повышено.

Медь (Си). Биологические функции меди:

1)Является составной частью11 ферментов. Необходима для образования гемоглобина.

2)Необходима для правильного обмена витаминов групп В,С,Е,А,Р.

З)Обладает инсулиноподобным действием и влияет на энергообмен.

4)Необходима для процессов роста и развития.

Источники поступления элемента в организм человека:

Ежедневный приём с пищей составляет 0,50-бмг, из которых усваивается —30%.Токсическая доза меди больше 250мг. Попав в организм, соединение меди поступает в печень. Медь концентрируется в мозге, сердце и почках, мышечной и костной тканях. Наиболее богаты медью шампиньоны, картофель, печень (особенно палтуса и трески), почки, яичный желток, цельное зерно, а также устрицы и каракатицы.

Реакция организма на недостаток и избыток меди.

Недостаток меди приводит к деструкции кровеносных сосудов, заболеванию костной системы. Удаление меди из соединительной ткани вызывает заболевание «красная волчанка».

Избыток меди в различных тканях приводит к тяжёльм и часто необратимьпл заболеваниям.

Накопление меди в печени и мозги ведёт к болезни Вильсона (гепатоцеребральная дистрофия). (6)

1.3. Значение концентрации ионов тяжелых металлов,

Очень большое значение имеет, концентрация тяжелых металлов.

Если количество ионов тяжелых металлов в организме будет больше нормы - это чревато серьезными заболеваниями, вплоть до психических расстройств.

Если же количество ионов будет меньше нормы, то так же могут возникать серьезные недомогания в организме человека.

Все элементы не взаимозаменяемы, каждый из них играет собственную важную роль в обменных процессах.(б)

1.4. Влияние окружающей среды на концентрацию тяжелых металлов.

Сбалансированность обмена веществ и состояние здоровья человека во многом зависят от свойств окружающей среды. В то же время биологическая и геохимическая неоднородность среды обуславливает различия, иногда весьма существенные, в процессах обмена веществ между окружающей средой и организмом в различных регионах. В ряду свойств внешней среды, имеющих большое значение для здоровья людей, на одном из первых мест стоит минеральный состав почвы.

Установлено, что в степных районах Украины распространение близорукости связано с пониженным содержанием в почве меди, цинка, кобальта и некоторых других элементов. Одной из причин заболевания раком кожи в Краснодарском крае ученые считают пониженное содержание в почве марганца, молибдена, меди и хрома.

Другим важным фактором, провоцирующим любую эндемию, является режим питания и обуславливающие его специализация сельского хозяйства и система снабжения населения продуктами питания.

Интересны характеристики микроэлементного состава биохимических зон, выделяемых на территории России.

Таежно-лесная нечерноземная зона характеризуется недостатком кальция, фосфора, калия, кобальта, меди, йода, молибдена, бора, цинка, но избытком стронция и марганца. В лесостепной и степной черноземной зоне наблюдается недостаток марганца, калия; плохо сбалансированы с другими элементами йод, цинк, молибден.

Сухостепная, полупустынная и пустынная зоны отличаются повышенным содержанием бора, цинка, часто — стронция, но сравнительно низким — йода, меди, иногда кобальта.

Разумеется, имеются определенные различия в биогеохимической обстановке отдельных участков в пределах каждой зоны. Все эти отклонения от сбалансированного и достаточного содержания элементов являются причинами биохимических эндемий.(8)

1.5. Заболевания, вызванные нарушением концентрации ионов тяжелых металлов.

Примером патологической реакции организма в ответ на несбалансированность биогеохимических факторов окружающей среды является уровская болезнь — от названия реки Уров, где она широко распространена, или болезнь Кашина—Бена — по имени подробно описавших ее врачей. Основной симптом заболевания — поражение костно-суставной системы, главным образом у молодых людей: ограничение подвижности суставов, изъязвления хрящей, ограничение роста и деформация костей. С возрастом костно-суставные нарушения усугубляются, что приводит к резко выраженной деформации скелета, в первую очередь, конечностей. Причина заболевания дисбаланс двухвалентных металлов: избыточное содержание стронция и бария при недостатке кальция. Нарушение в солевом обмене таковы, что отношение содержания кальция к содержанию стронция в бедренных костях больного в 6 раз превышает норму, а кальция к барию — в 1,4 раза. Уровская болезнь распространена в Иркутской области, Приангарье. Прибайкалье, Японии, Китае, Монголии, Швеции.(9)

Железодефицитная анемия — широко распространенное заболевание в странах, где пищевой рацион населения состоит в основном из злаков и бобовьж (Индия, Шри-Ланка, Филиппины, Малайя, Финляндия, Ирландия, южные штаты США, Таджикистан). Возникновение этого вида анемии обусловлено высоким содержанием в пищевых продуктах фитатов и таннина, которые связывают железо и препятствуют его поступлению в организм. Развитию анемии способствует также дефицит в воде и пищевых продуктах других элементов (Со, Си, Мп, Ni, Zn), необходимых для нормального протекания различных стадий кроветворения: магний влияет на созревание эритроцитов, медь и никель способствуют утилизации резервного железа и образованию ретикулоцитов.(9)

Анализ глазных заболеваний, сопоставленный с картой биогеохимических характеристик территорий, выявил, что повышенная частота близорукости у людей коррелирует с недостатком в почвах (и соответственно в продуктах питания) Мп, Си, Ј, Со. Наибольший уровень заболеваемости глаукомой регистрируется в населенных пунктах, расположенных на дерново-подзолистых кисльж почвах, содержащих мало гумуса, бедных барием, железом, кобальтом, но богатых стронцием, марганцем, цинком. Нарушение баланса этих микроэлементов в тканях глаз и организма в целом приводит к повышению внутриглазного давления — основному признаку глаукомы, поражению мелких сосудов, расстройству вегетативной нервной системы и желез внутренней секреции.

Существуют медицинские данные о биогеохимическом фоне как факторе (одном из многих), способствующем возникновению злокачественных образований. Повышенную заболеваемость раком желудка отмечают у людей, тесно контактирующих с комплексом элементов — ураном, титаном, цирконием, цинком, медью, свинцом, хромом, бериллием. Исследования, которые проводились в районе Грампианских гор на территории Шотландии, показали взаимосвязь между наличием в почве бария, мышьяка, бора, бериллия, хрома, меди, лития, никеля, свинца, а также повышенным содержанием ванадия в осадочных породах и воде и заболеванием местного населения раком . толстой кишки и пищевода. Существует обратная зависимость между частотой возникновения рака желудка и содержанием МД в почве и водах. Канцерогенными считаются: мышьяк (рак легкого, рак кожи), свинец (рак почек, желудка, кишечника), никель (рак полости рта, толстого кишечника), кадмий (практически все формы рака, особенно рак легкого, бронхов, простаты).(9)

Наконец, следует отметить, что недостаток или избыток микроэлементов в почве или воде в большей степени влияет на развитие хронических болезней сердечно-сосудистой системы. Полагают, что жесткая вода негативно влияет на сердечно-сосудистую систему, повидимому, потому, что повышенное содержание кадмия, кальция, магния и ванадия неблагоприятны для деятельности сердца. Напротив, мягкая вода с пониженной концентрацией магния и ванадия благотворно влияет на сердечно-сосудистую систему.

Положительное действие оказывают также марганец, хром, серебро и цинк, а совместное действие меди и титана вызывает противоположный эффект.

Таким образом, изучение нарушения микроэлементного состава в организме может использоваться для диагностики некоторых заболеваний. Объясняется это спецификой нарушений и изменений различных форм обмена веществ, сопровождающих отдельные заболевания. Так, при атеросклерозе в венозной крови повышается содержание Мп и Fe, и снижается содержание Ni и Си; а в артериальной крови понижается концентрация Zn, Мп, Си, Со, Мо и увеличивается РЬ, Cr, Al; при ишемической болезни в сыворотке крови снижается концентрация Zn; при гипертоническом кризисе в крови увеличивается уровень Си, уменьшается Со и Zn. Сахарный диабет сопровождается падением в крови концентрации Мп. При пневмонии понижается содержание в крови Со.

В заключение следует отметить, что изменение сбалансированного содержания микроэлементов в организме человека сказывается на состоянии организма, может привести к нарушениям в обмене веществ и стать причиной развития эндемических заболеваний.(9)

II, Объект и методика исследования.

Объект исследования.

В число объектов исследования были определены наиболее распространённые пищевые продукты растительного происхождения: ягоды (облепиха, калина, вишня, черная и красная смородина, клюква); овощи (редька, перец, свёкла, морковь, огурец, картофель); фрукты (банан, груша - конференция, яблоко - рубин, апельсин, виноград - розовый).

Овощи и ягоды произрастали на даче, в районе РЭБ флота,окруженном хвойными деревьями, на коре которых произрастают лишайники, что свидетельствует о благоприятной экологической зоне. Клюква произрастала на 30-м километре Самотлорской дороги, в районе 6-0й КСП.

Методики.

2.1 Приготовление водных вытяжек.

На электронных лабораторных весах взвешивается по 50 г ягод, овощей и фруктов (по отдельности).

По 100 мл. дистиллированной воды заливается в каждую чашку. После этого, с помощью фарфорового пестика из ягод и фруктов выдавливается сок, а овощи перетираются.

Далее подготавливаются колбы, объемом на 200 мл и бумажные фильтры. Полученные в мисках смеси профильтровываются.

Водная вытяжка (фильтрат) , используется для дальнейших опытов.

Для анализа пищевых продуктов на содержание ионов тяжелых металлов (Zn, Cd, РЬ) применялся инверсионный вольтамперометрический метод исследования прибором

”Экотест-ВА” фис1.) с применением комбинированного стеклоуглеродного электрода

2.2 Сущность методики определения

состоит в переводе проб анализируемых объектов в раствор путем растворения навесок соответствующих проб в воде или растворе соляной кислоты с последующим вольтамперметрическим определением массовой концентрации тяжелых металлов . Метод измерения основан на способности тяжелых металлов электрохимически адсорбироваться на индикаторном стеклоуглеродном электроде с последующим электрохимическим окислением при потенциале 0,45-0,60 В относительно насышенного.кристаллического электрода на фоне 0.1 н kCl

2.3. Подготовка проб при анализе ягод и фруктов.

При анализе ягод и фруктов пробу измельчают в кварцевой или фарфоровой чашке , затем измельченную навеску пробы переводят в раствор путем растворения в бидистилированной воде и соляной кислоте в концентрации 0,1 моль на дм/дмЗ при перемешивании , отделяют осадок фильтрованием с последующим ВА определением массовой концентрации ионов тяжелых металлов в фильтрате;

При анализе овощных культур навеску пробы переводят в раствор путем растворения в соляной кислоте концентрации 0,1 моль/дмЗ с добавлением кристаллического хлорида калия , отделяют осадок фильтрованием с последующим вольтамперметрическим определением массовой концентрщии ионов тяжелых металлов в фильтрате.

2.4. Качественный анализ на металлические элементы.

Сначала берется лабораторный планшет. (см. приложение 2)

На него автоматической пипеткой помещается по 3-4 капли фильтратов - сначала ягод

(с одной стороны клюква, с другой калина), а позже уже на чистый планшет-фильтраты овощей и фруктов.

Далее, согласно методикам Качественного анализа на катионы второй группы металлов (см. приложение) в каждую ячейку планшета добавляются реактивы (для открытия свинца иодид калия) , осаждающие катионы тяжелых металлов. Для катионов четвертой группы ( Zn2+, Sn2+, Sn4+) добавляем групповой реагент гидроксид натрия. Для катионов шестой группы (Cd2+) групповым реагентом является гидроксид аммония. Полученные результаты фиксировались. Точно таким же образом проводился анализ овощей и фруктов.

III. Результаты проведенных опытов и исследований.

Методика позволяет проводить определение Zn, Cd, РЬ в одном растворе методом добавок. В пробе с помощью программного обеспечения ”Экотест - ВА” (см. рис. 1)(Приложение) используем в качестве аналитического сигнала площадь пиков на вольтамперограммах.

Для каждого объекта проводилось трёхкратное исследование и получены вольтамперограммы. (см. Таблицы 1,2,3)

Концентрация ионов рассчитывается по следующей формуле:

с

с        Сигнал           площади         пиков  на        вольтамперограммме. Объем анализируемого раствора пробы в ячейке до внесения добавки.             Объём пробы, приготовленный       из          навески          пробы.

                           Объём раствора пробы,                внесённый в          анализируемый       раствор.

т - Масса навески пробы.

Экспериментально полученные данных представлены в таблицах. (1 ,2,3)

Согласно литературным данньм ПДК для ягод составляет Zn=10 мг/кг, Cd= 0,03 мг/кг; мг/кг. Экспериментально установлено , что ПДК у всех ягод превышает норму по кадмию. Содержание цинка в облепихе превышает норму и составляет 12,3 мг/кг.

Содержание свинца превышает ПДК у каиины(17,5 мг/кг) и черной смородины(7,25 мг/кг).

Содержание РЬ, Cd, Zn (мг/кг) в овощах

Таблица 2

Согласно литературным данным ПДК для овощей Zn=10 мг/кг, Cd= 0,03 мг/кг; РЬ=0,5 мг/кг. Экспериментально установлено, что уровень ПДК кадмия превышается во всех перечисленных овощах. Содержание ПДК свинца превышают перец (1,2 мг/кг), свекла (1 ,З мг/кг) и огурец (2. 4 мг/кг).

Таблица З

Согласно литературным данным ПДК для фруктов составляет Zn=10 мг/кг, Cd= 0,03 мг/кг; РЬ=0,4 мг/кг. Экспериментально установлено , что ПДК цинка превышается у банана(10,5 мг/кг), яблока (26,25 мг/кг). Содержание ПДК кадмия превышается у всех перечисленных фруктов. Содержание ПДК свинца превышает у всех перечисленных фруктов, кроме яблока.

Вольтамперограмма исследования

IV. выводы.

В ходе исследовательской работы, была подробно рассмотрена теория о биологической роли тяжелых металлов, их концентрации, пагубном влиянии на организм, отклонения концентрации ионов в меньшую или большую сторону.

Опытным путем, с помощью качественных реакций, были обнаружены ионы тяжелых металлов в пищевых продуктах растительного происхождения (ягодах, фруктах, овощах) Согласно литературным данным ПДК для фруктов, ягод и овощей составляет Zn=1 Омг/кг; Cd РЬ =0,4мг/кг.

Экспериментально установлено, что содержание исследуемых концентраций в ягодах находится в пределах Zn=0,9-12,3 мг/кг; Cd=O,11-8,4мг/кг; РЬ=О,О8-17,5мг/кг; в овощах

Cd=O,2- 2,8 мг/кг; 2,4мг/кг; во фруктах Zn=1,25- 26,25мг/кг; Cd=O,12- 2 мг/кг; 2,4мг/кг, что соответствует ПДК, однако полученные данные показывают, что в некоторых объектах наблюдается превьппение содержание свинца в вишне до 0,23 мг/кг, в облепихе до 0,302 мг/кг.

Повышение содержание тяжелых металлов в исследуемых объектах объясняется условиями выращивания, использованием удобрений, произрастания. Превышающему значению так же может способствовать кислая реакция почв и обильные осадки, способствующие вьшосу тяжелых металлов в нижние части почвы.

Растения способны аккумулировать тяжелые металлы, переносить их из нижележащих слоев в верхние части после их отмирания, процессы транспирации и испарения- так же влияет на концентрацию токсикантов в верхних почвенных горизонтах, на которых выращиваются овощные и плодово-ягодные культуры.

Можно предположить, что повышенное содержание связано с тем, что накопление происходит в почве с поступлением из воздуха и переносом тяжелых металлов при сжигании угля, в большей степени для свинца. Кроме того, географическое расположение города Нижневартовска может способствовать накоплению тяжелых металлов в природных объектах.

В связи с этим необходим постоянный систематический контроль за уровнем тяжелых металлов (ТМ) в объектах окружающей среды, с целью контроля и регулирования процесса накопления миграции и аккумуляции ТМ в пищевых продуктах.

V. Литература:

1) Ильин В.Б. Тяжёлые металлы в системе почва-растения. Новосибирск.:наука , 1991.-151с.

2) Зыскин В.М Применение комплекса ”Экотест-ВА” для контроля содержания свинца и кадмия в пищевых добавках. Томск. 1998.

З) Волков С.Н Кадмий. Проблемы изучения состояния в техногенном цикле миграции. М.: Наука, 1995.

4)  Величковский Б.Т. Здоровье человека и окружающая среда. М:Новая школа. 1997

5)  Кукушкин Ю.Н. Химия вокруг нас. М. Высшая школа, 1992

6)  Смирнова Л.М. Медь. М: Наука, 1990.

7)  Романенко В.Н. Книга для начинающего исследователя-Химия, 1987

8)  Макаров К.А. Химия и медицина , книга для чтения. М: Просвещение, 1984

9)  Николаев Л.А. Металлы в живых организмах. Книга для чтения. М: Просвещение, 198

Подготовка проб для анализа овощей и ягод

22

Приложение:

Рис. 1 Прибор «Экотест — ВА»

Рис.2 Приготовление водных вытюкек

21

Приготовление проб на вольт амперометрическое исследование

23

Влияние тяжелых металлов на организм человека.                                                  Таблица 4

агрязните	Главные воздействия на здоровье
Кадмий (Cd)	Острые и хронические респираторные заболевания, почечная дисфункция, злокачественные новообразования
Хром (Ст)	ак легких, злокачественные новообразования в желудочно-кишечном тракте, дерматиты
Свинец (РЬ)	арушение процессов кроветворения, повреждение печени и почек, воздействие на нервную истему
Ртуть (Нд)	Воздействие на нервную систему, нарушение сенсорных функций и координации, почечная едостаточность
Никель (Ni)	Респираторные заболевания, рак легких и носа
Ванадий (У)	аздражение дыхательных путей, астма, нервные расстройства, изменения формулы крови

24

РЕЦЕНЗИЯ

на научно- исследовательскую работу учащейся 10 А класса МОСШ Ng29 Юсупова Камила Наильевна

по теме: «Определение солей тяжелых металлов в овощных и плодово - ягодных культурах».

Научный руководитель: Тухфатуллина Раиса Туктасыновна, учитель химии.

В настоящее время окружающая среда городов, характеризуется высокой степенью загрязнения, что связано, прежде всего, с деятельностью автотранспорта, промышленности. В результате расширения транспортного сообщения, промышленных объектов и жилищных комплексов в городах — все это привело к серьезному вмешательству в окружающую среду.

Автор в полной мере знаком с современным состоянием проблемы города. Источником антропогенного характера, вызывающих загрязнение атмосферы, а также серьезные нарушения экологического равновесия- множество. В настоящее время одной из важнейших проблем является загрязнение почв тяжелыми металлами. Тяжелые металлы могут накапливаться в высоких концентрациях в растениях, которые являются продуцентами, оказывать токсическое воздействие на них, передаваться по цепи питания к человеку.

Данная работа поднимает актуальную проблему по определению содержания тяжелых металлов в продуктах питания растительного происхождения.

Особое место в работе занимает исследование по изучению содержания тяжелых металлов в плодово-ягодных и овощных культурах, произрастающих на территории г. Нижневартовска в районе дачи РЭБ.

Особенно ценно в работе, что методика сделана с помощью программного обеспечения «Экотест- ВА». Для каждого объекта проводилось трехкратное исследование и получены вольтамперограммы.

Теоретически-практическая значимость работы заключается в накопление знаний по определению содержания солей тяжелых металлов в плодово-ягодных и овощных культурах. С этой целью необходим постоянный систематический контроль за уровнем содержания ТМ в объектах окружающей среды, с целью контроля и регулирования процесса накопления миграции и аккумуляции ТМ в пищевых продуктах.

В заключительной части подтверждена гипотеза проекта, подведены результаты проведенного исследования.

В конце работы дается список литературы, которая была использована при написании исследовательской работы «Определение солей тяжелых металлов в плодово-ягодных и овощных культурах».

Зав. кафедрой экологии

Нижневартовского Государствен ого Гуманитарного университета канд. биол. наук, доцентСторчак Т.В.