ЛИЦЕЙ 150

ИСПОЛЬЗОВАНИЕ МЕТОДА ТОНКОСЛОЙНОЙ ХРОМАТОГРАФИИ ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ИОНОВ ЖЕЛЕЗА В ПРОДУКТАХ ПИТАНИЯ

Авторы:

Токарева Ксения

Яковенко Анастасия

Руководитель:

Армер И.Я.

Тел.: 555-3359

Санкт-Петербург

2006

Автореферат

Данная работа посвящена изучению продуктов питания, содержащих ионы железа, потому что основное его количество человек должен получать из продуктов питания – 11 – 30 мг железа в день.

Ионы железа входят в состав гемоглобина, который в составе эритроцитов переносит кислород из легкизх по всему организму и выводит углекислый газ. При нарушении этого процесса возникает анемия (малокровие), приводящее к головным болям и быстрой утомляемости.

Для обнаружения продуктов, содержащих ионы железа мы использовали метод тонкослойной хроматографии, который нашел очень широкое применение среди химиков, биологов, медиков. Он не только прост и быстр, но также обладает высокой чувствительностью.

Хроматограифрование осуществлялось в системе этанол : HCl (50%) – 4:1; в качестве свидетеля использовался раствор FeCl3, проявителем являлся раствор желтой кровяной соли. В качестве исследуемых продуктов мы проверяли соки красной смородины, клюквы, яблок, свеклы, петрушки, а также экстракты круп: гречневой, овсяной и молока и говяжьей крови.

Проделанная работа позволила приобрести нам навыки разделения смеси методом ТСХ, определить продукты, содержащие так важные для человека ионы железа. Узнать, что из мясной пищи усваивается 20% железа, в то время как из растительной только 6:

The author's abstract

 The given work is devoted to studying of the food stuffs containing ions of iron because its basic quantity the person should receive from food stuffs - 11 - 30 mg of iron a day.

Ions of iron are a part some hemoglobin which in structure of эритроцитов transfers oxygen from lungs to all organism and deduces carbonic gas. At infringement of this process there is an anemia (anemia), leading headaches and fast fatigue.

For detection of the products containing ions of iron we used a method тонкослойной chromatographies which has found very wide application among chemists, biologists, physicians. It not only is simple and fast, but also possesses high sensitivity.

The chromatography  it was carried out in system ethanol : HCl (50 %) - 4:1; as the witness solution FeCl3 was used, developer was the solution of yellow blood salt. As investigated products we checked juices of a red currant, a cranberry, apples, beets, parsleys, and also extracts of groats: buckwheat, porridge  and milk and the beef blood.

The done work has allowed to get to us skills of division of a mix by thin layer’s chromatography method , to define the products containing so important for the person ions of iron. To learn, that from meat food 20 % of iron, while from vegetative only 6 are acquired.

Вступление

           Первое железо, попавшее еще в глубокой древности в руки человека, было, по-видимому, не Земного, а космического происхождения: железо входило в состав метеоритов, попавших на нашу планету. Многие крупные ученые, еще в конце XVIII века, не допускали мысли о том, что Вселенная может снабжать Землю железом.

           Метеоритное железо сравнительно легко подвергалось обработке, и человек начал делать из него простейшие орудия. Но настало время, когда человек мог использовать не только небесное железо, но и свое, Земное. На смену Бронзовому веку пришел век Железный.

           Железо – один из наиболее распространенных на Земле элементов: земная кора содержит около 5% железа, или 750000000000000000 т. Однако, лишь примерно сороковая часть сконцентрирована в виде месторождений, пригодных для разработки.

           Железу с давних пор приписывают целебные свойства, благодаря его замечательным магнитным свойствам. Древние египтяне были убеждены, что с помощью магнита можно достичь бессмертия, и рекомендовали в виде опилок принимать во внутрь.

           Еще в самом начале XVIII века французский химик и врач Лемери обнаружил железо в пепле сожженных травинок. Оказалось, что этот элемент входит в состав всех растений, так как он необходим для образования хлорофилла, содержится в дыхательных ферментах и значительно влияет на интенсивность дыхания растений.

           Недостаток железа вызывает задержку роста и явление хлороза растений, связанный с пониженным образованием хлорофилла. Вредное влияние на развитие растений оказывает и избыток железа, вызывая, например, стерильность цветков риса. В щелочных почвах образуются недоступные для усвоения корнями растений соединения железа, и растение не получает его в достаточном количестве. В кислых почвах железо переходит в растворимое соединение в избыточном количестве.

           Но железо присутствует не только в растениях, но и в организме всех животных.

           Впервые железо в крови человека обнаружил в прошлом веке француз Мери. Двухвалентное железо является основой для синтеза гемоглобина, который входит в состав эритроцитов. Эритроциты переносят кислород из легких по всему организму и выводят углекислый газ. Гемоглобин функционирует в организме 100-120 суток, далее он выделяется из отслуживших эритроцитов и выводится из организма. Именно благодаря железу кровь имеет красный цвет. При нарушении этого процесса возникает анемия, которую издавна называли малокровием. При недостатке железа человек быстро утомляется, возникают головные боли… По-видимому это давно было известно врачам, так как у же в 17 веке, в некоторых европейских странах, при малокровии они прописывали настой железных опилок в красном вине. Основной метод лечения и профилактики – прием препаратов железа, которых сейчас имеется в продаже достаточное количество.

Железо необходимо также для образования миоглобина, пигмента, находящегося в мускульных тканях и в качестве помощника в разнообразных важных ферментативных реакциях; для нормального прордуцирвоания имуннозащитных клеток, клеток белой крови, также требуется достаточное количество железа. При дефиците последнего организм подвергается частым инфекциям.

        Избыток же железа в организме также вреден, так как вызывает сидероз глаз и легких – заболевание, связанное с отложением железа в тканях этих органов.

           Однако основное количество железа человек должен получать из продуктов питания – 11 – 30 мг железа в день.

Цели и задачи

           Целью нашей работы было обнаружение ионов железа в продуктах питания.

           Задачи, которые мы поставили перед собой:

1. Подобрать из большого количества методов анализов наиболее доступный, современный, не требующий специального оборудования, и дающий быстрые результаты.
2. Овладеть методом выбранного анализа.
3. На основании полученных данных рекомендовать те или иные продукты при дефиците в организме железа.

История хроматографии

Мы решили остановиться на методе хроматографии.

Хроматографию, как оригинальный метод разделения веществ, открыл русский естествоиспытатель М.С.Цвет в 1903 г. В это время он изучал природный пигмент хлорофилл и установил, что этот продукт, ранее считавшийся индивидуальным, при пропускании в растворе петролейного эфира через колонку, наполненную мелом, разделяется на несколько различно окрашенных зон. Эти компоненты различались между собой способностью связываться (сорбироваться) на меле.

Таким образом, М.С.Цвет установил неоднородность хлорофилла, и, в то же время, предложил новый простой путь анализа и разделения смеси веществ, в том числе очень близких по свойствам.

Заслуга М.С.Цвета состоит в том, что он разработал этот метод, правильно оценил его значение и предсказал его универсальность.

Сегодня хроматография в ее различных вариантах получила очень широкое распространение в науке и промышленности, занимая одно из первых мест среди физико-химических методов исследования.

Термин " хроматография" означает "хромо" – цвет, "графо" – пишу, впервые был введен также М.С.Цветом, поскольку в своих экспериментах он имел дело с окрашенными соединениями, и, хотя, в настоящее время этим методом анализируют и бесцветные вещества, термин сохранился.

По форме проведения процесса, хроматографические методы классифицируют на колоночную, бумажную и ТСХ (хроматография в тонком слое).

В настоящее время способ ТСХ нашел очень широкое применение среди химиков, биологов, медиков.

Он не только прост и быстр в применении, но также обладает высокой чувствительностью.

Экспериментальная часть

I. Оборудование и химическая посуда:

1. силуфольные пластинки 150 х 150
2. хроматографические камеры
3. мерные пипетки
4. капилляры
5. шприцы
6. ступка с пестиком

II. Реактивы, растворители, исследуемые вещества:

толуол, ацетон, этанол, гексан, соляная кислота (HCl), хлорид железа (FeCl3), желтая кровяная соль – гексоциан II феррат калия K4[Fe(CN)6]-4

Повторение опыта М.С.Цвета.

Как известно, опыты М.С.Цвета были связаны с определением состава хлорофилла, подтверждающие, что он является смесью нескольких пигментов. Но, если М.С.Цвет в своих опытах применял колоночную хроматографию (колонку, заполненную измельченным мелом), то мы воспользовались силуфольными пластинками.

Пластинки для тонкослойной хроматографии представляют собой тонкую алюминиевую фольгу со слоем сорбента (Silpearl – широкопористый силикагель по Питри), закрепленного крахмалом.

Подготовка пластинки

1. Отступив от нижнего края 2,5 см, проводят тонким мягким карандашом линию старта А (чтобы не повредить слоя);
2. Отступив от верхнего края 1 см проводят линию финиша D;
3. Пробы наносятся на стартовую линию на расстоянии друг от друга 10–15 мм. Диаметр пятна – 2 – 5 мм;
4. После испарения растворителя, пластинка опускается в хроматографическую камеру, заполненную предварительно системой растворителей.

Под действием капиллярных сил растворитель поднимается по пластинке, достигает пятен вещества, нанесенных на линию старта, увлекает их за собой.

Вещества перемещаются по пластинке с различной скоростью, на слое абсорбента происходит их разделение.

Полученный в результате хроматографирования слой сорбента, содержащий разделенные вещества, называется хроматограммой.

Если вещества окрашены, их положение определяется визуально. Если бесцветны, их обнаруживают специальными методами.

Взяв зеленые листья алоэ, мы растерли в ступке с 5 мл этанола (пропанола) до получения зеленой кашицы (работа с органическими веществами велась постоянно в вытяжном шкафу – техника безопасности). Далее, с помощью капилляра наносили пробу смеси на стартовую линию заранее подготовленной пластинки.

В хроматографическую камеру, которая заранее заполнена системой толуол: ацетон 4:1 (для насыщения не менее часа) опускаем подготовленную пластинку. Примерно через 40 минут, когда растворитель поднялся до финишной линии, пластинку вынули из камеры, отдули и обнаружили 4 цветных пятна на разной высоте.

В хроматографии существует понятие хроматографическая подвижность вещества, обозначается Rf – const, для каждого вещества своя.

Расчет Rf осуществляется следующим образом: Rf1 = AB/AF        Rf2 = AC/AF

На полученных хроматограммах (см рис.1) смесь разделилась на 3 – 4 пятна.

Rf 1-го пятна = 55/120 = 0,46

Rf 2-го пятна = 62/120 = 0,52

Rf 3-го пятна = 80/120 = 0,67

Rf 4-го пятна = 103/120 = 0,86

Таким образом, мы сами убедились, что хлорофилл - смесь нескольких пигментов.

Следующим этапом нашей работы было обнаружение ионов Fe3+ в пищевых продуктах.

Приготовление растворов:

Поскольку Fe3+  визуально в веществах увидеть невозможно, он может быть обнаружен (проявлен) химическим методом. Проявителем (индикатором) – веществом, в присутствии которого Fe3+ может быть обнаружен, является желтая кровяная соль – гексоциана II феррат калия (K4[Fe(CN)6]).

Проявитель готовят в виде 5 – 10% раствора.

5% раствор K4[Fe(CN)6]

1. на электронных весах отвешивают  5 г реактива и добавляют 95 г воды – 5% раствор K4[Fe(CN)6].

Приготовление раствора свидетеля: в качестве свидетеля берется хлорид железа (FeCl3)

1% раствор FeCl3

- на электронных весах отвешивают 1 г соли и добавляют в 99 г воды, перемешивают (раствор светло-желтого цвета).

Перед тем как приступить к анализу продуктов, мы определили Rf(Fe3+), для чего нанесли на силуфольную пластинку капилляром несколько капель свидетеля (раствора FeCl3) и прохроматографировали в системе этанол : HCl (50%) – 4:1.

После того, как растворитель дошел до финишной линии, мы вынули пластинку, отдули ее и, затем проявили, обрызгав из пульверизатора раствором желтой кровяной соли. Ион железа проявился в виде голубовато-синего пятна, Rf которого было равно примерно ~ 0,83 (рис.3)Подбор растворителей для хроматографирования является очень трудоемким и важным процессом. Мы воспользовались рекомендациями, которые нашли в литературе.

Синий цвет полосы свидетельствует об образовании берлинской лазури, являющейся результатом реакции Fe3+ и желтой кровяной соли.

4Fe3+ + 3[Fe(CN)6]4 = Fe4[Fe(CN)6]3

В качестве исследуемых продуктов мы проверяли сок красной смородины, сок клюквы, сок яблок, крупы, шоколад, молоко, говяжью кровь, зелень петрушки.

В ступке осторожно давили ягоды до получения сока и капилляром наносили его на подготовленные пластинки – по 2 образца на каждую пластинку и по краям – свидетель (раствор FeCl3). Затем пластинку опускали в хроматографическую камеру и следили за ходом хроматографирования. Оно проводилось параллельно в трех камерах. Через 40 – 50 минут (в зависимости от насыщения камеры), когда растворитель доходил до финишной линии, пластинку вынимали, давали растворителю отдуться, а затем пластинку проявляли. Напротив проявленного свидетеля - синяя линия, что подтверждает присутствие железа в соке этих ягод. Определяли Rf.

Хроматограммы соков ягод

      Rf яблока = 0,810                    Rf клюквы = 0,810                      Rf яблока = 0,820

             Rf клюквы = 0,815                Rf смор.  = 0,810                      Rf смор.  = 0,830

Подготовка круп

Крупы – овсяная, гречневая мука, пшеничные отруби.

Одну чайную ложку крупы или муки кипятили в 20 мл воды, фильтровали, фильтрат упаривали до объема 1 мл, после чего наносили пробы на пластинку Rf колебалась (в зависимости от насыщенности систем) – от 0,725 до 0,88. fср. = 0,83.

Следующей группой продуктов были мед, шоколад, говяжья кровь, петрушка.

Для обнаружения ионов железа в молоке, 50 мл его упарили до объема 5 – 10 мл.

Мед и шоколад, взяв на кончике ножа, растворяли в 2 мл воды.

Хроматограммы круп

Rf отруби = 0,87                        Rf овсянка = 0,83                        Rf отруби = 0,82

        Rf овёс    = 0,83                        Rf греча   = 0,76                        Rf овсянка = 0,83

Хроматограммы мёда, шоколада, молока, говяжьей крови, петрушки аналогичны хроматограмам, приведенным выше. Rf колеблется в интервале 0,83 – 0,87

Проведенная работа помогла нам обнаружить продукты, содержащие ионы железа, но не дала представления об их количестве в том или другом продукте, поэтому мы обратились к литературе, где нашли следующие данные: наибольшее количество ионов железа содержит говяжья печень, куриное яйцо, фасоль, соевая мука, гречневая мука.

Как видно из таблицы, наиболее богаты железом продукты животного происхождения. При этом надо учитывать, что из мясной пищи усваивается до 20% содержащегося железа, в то время как из растительной только до 6%. Белки животного происхождения увеличивают способность к усвоению железа, в то время как белки сои снижают ее. Уменьшают способность усваивать железо кофе и чай.

Выводы

1. В результате проделанной работы мы расширили свои знания о методах очистки и разделения сложных смесей.

2. Познакомились и приобрели некоторые навыки обнаружения ионов железа методом тонкослойной хроматографии

3. Анализируя        полученные        результаты,        обнаружили,        что хроматографическоя подвижность (Rf), постоянная для каждого индивидуального вещества зависит не только от состава хроматографической системы, но и от:

2. температуры хроматографирования
3. концентрации нанесенного вещества
4. от насыщенности хроматографической камеры

4. Поскольку в человеческом организме содержится большое количество макроэлементов, играющих важную роль для жизнедеятельности, мы решили продолжить эту работу для усевершенствования своих навыков и расширения своих знаний в обнаружении продуктов, содержащих эти элементы.

Список литературы

1. Э.Е.Нифантьев, М.К.Верзилина, О.С.Котлярова, «Внеклассная работа по химии с использованием хроматографии» - М.: «Просвещение», 1983

2. А.А. Лурье, «Хроматографические материалы» (справочник)» - М.: «Химия», 1978

3. Н.Е.Кузнецова, И.М.Титова,  «Учебник для учащихся 9 класса

общеобразовательных учреждений» - М.: Вентана-Графф, 2003

4. Приложение к газете «Комсомольская правда» «КП-Здоровье», 19.06.2002

5. М.Е.Аспиз, составитель, «Энциклопедический словарь юного биолога», М.: «Педагогика», 1986
6. В.В.Станцо, М.Б.Черненко, «Популярная библиотека химических элементов», М.: «Наука», 1977
7. Мери Ден Идз, «Витамины и минеральные вещества: полный медицинский справочник» – СПб.: АО «Комплект», 1995 - (Сер.:»Целительные силы»)
8. Ю.Н.Кукушкин, «Рассказы о химии и веществах», СПб.: «Синтез», 1995
9. С.Перри, Р.Амос, П.Брюер, «Парктическое руководство по жидкостной хроматографии», М.: «Москва», 1974

Оглавление

Автореферат                                                                                        1

Введение                                                                                                2

История хроматографии                                                                        4

Экспериментальная часть                                                                        4

Хроматограммы                                                                                        8

Выводы                                                                                                11

Список литературы                                                                                12