Определение ионов железа (III) в яблоках

Сборник ученических исследовательских работ
Определение ионов железа (III) в яблоках
с помощью бумажной хроматографии.
Автор:Дубоделов Эдуард Александрович, ученик 9 в класса МОУ СОШ № 9
г. Амурска, Хабаровского края.
Руководитель: Антонова Ольга Викторовна, учитель химии МОУ СОШ № 9
г. Амурска, Хабаровского края
Аннотация
Яблоки содержат железо, которое необходимо организму. Содержание
железа можно определить химическим путем. А все ли сорта яблок содержат
одинаковое количество железа? Осознав эту информацию мы выдвинули
гипотезу.
Гипотеза: содержание железа в яблоках можно определять с помощью
хроматографии.
Цель исследования: определение содержания ионов железа в яблоках
разных сортов с помощью бумажной хроматографии.
Задачи:
1.
Изучить литературу, проанализировать информационные источники
для выяснения сути хроматографии и значения железа для организма
человека.
2.
Опытным путем установить содержание ионов железа в яблоках
разных сортов. Провести эксперимент по увеличению содержания железа в
яблоках народным способом.
3.
Сделать выводы о содержании ионов железа (III) в яблоках разных
сортов и о достоверности народного способа - увеличения количества железа.
4.
Составить рекомендации для людей, поддерживающих здоровый образ
жизни.
Предмет исследования: яблоки.
Объект исследования: определение ионов железа.
1
Сборник ученических исследовательских работ
В результате проведенного исследования, нами были изучены
различные источники информации. Мы выяснили, что метод бумажной
хроматографии прост в применении.
Выполненная работа позволяет сделать обоснованные выводы о том,
что среди шести сортов. Больше всего железа содержится в сорте «розмарин»
далее по убывающей: зимнее, фуше, ранет, джонатан, гранатовое.
На яблоках сорта «гранатовый» мы проверили народный способ
«увеличения содержания железа». За три дня
в яблоках, утыканных
железными гвоздями, количество его возросло.
Выдвинутая нами гипотеза верна: содержание железа в яблоках
можно определять с помощью хроматографии. Употребляйте любые сорта
яблок. Соли железа, содержащиеся в яблоках, лучше усваиваются
организмом, поскольку они находятся в благоприятном соотношении с
витаминами. А содержание железа в яблоках можно повысить с помощью
обычных гвоздей.
Если раньше я не задумывался о том, каким продуктам питания
отдавать предпочтение, то теперь мой выбор очевиден – это яблоки, богатые
железом.
2
Сборник ученических исследовательских работ
Введение.
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]
Лучше всего организмом человека усваиваются соли железа, содержащиеся в
яблоках, поскольку они находятся в благоприятном соотношении с
витаминами. А все ли сорта яблок содержат одинаковое количество железа?
Осмысление этой проблемы привело нас к выбору темы нашей работы:
«Определение ионов железа (III) в яблоках с помощью бумажной
хроматографии» и формулировки гипотезы: содержание железа в яблоках
можно определять с помощью хроматографии.
Цель исследования: определение содержания ионов железа в яблоках
разных сортов с помощью бумажной хроматографии.
Задачи:
5.
Изучить литературу, проанализировать информационные источники
для выяснения сути хроматографии и значения железа для организма
человека.
6.
Опытным путем установить содержание ионов железа в яблоках
разных сортов. Провести эксперимент по увеличению содержания железа в
яблоках народным способом.
7.
Сделать выводы о содержании ионов железа (III) в яблоках разных
сортов и о достоверности народного способа - увеличения количества железа.
8.
Составить рекомендации для людей, поддерживающих здоровый образ
жизни.
3
Сборник ученических исследовательских работ
Предмет исследования: яблоки.
Объект исследования: определение ионов железа.
Методы
исследования:
теоретический,
экспериментальный
и
математический.
1.
Теоретическая часть.
1.1 . Биологическая роль железа
Железо крайне необходимый элемент для поддержания нормальной
работы всего организма. Оно выполняет множество функций, основная из
которых – поддержание постоянного уровня гемоглобина в крови.
Гемоглобин содержится в кровяных клетках (эритроцитах) крови и
выполняет важнейшую для организма функцию – газообмена. Среди
известных заболеваний, вызванных нехваткой железа, на первом месте стоит
железодефицитная анемия (малокровие). Даже небольшое уменьшение этого
минерала в человеческом организме сильно сказывается на способности к
обучению
и
физической
выносливости.
Происходит
более
быстрое
утомление, ощущение постоянной усталости, ослабляется иммунитет,
снижается выработка гормона щитовидной железы. У детей задерживается
рост и умственное развитие.
Суточная потребность организма в железе составляет 10–20 мг, и
восполняется сбалансированным питанием. Содержание железа в яблоках
равно 0,12 мг на 100 грамм. [10]
Среди фруктов яблоко является очень распространенным продуктом,
так как оно практически целый год присутствует в нашем рационе питания.
Яблоки употребляют в различном виде, например, из них готовят компоты,
которые содержат большое количество витаминов, варенье, джем, повидло,
или же просто перерабатывают на сок.
1.2.
Хроматография, краткая история ее возникновения и развития.
4
Сборник ученических исследовательских работ
Хроматография (от др.-греч. χρῶμα — цвет) — это метод разделения и
анализа смесей веществ, а также изучения физико-химических свойств
веществ. Основанный на распределении веществ между двумя фазами —
неподвижной (твердая фаза или жидкость) и подвижной (газовая или жидкая
фаза). [6]
Возникновение хроматографии, как научного метода, связано с именем
русского ученого-ботаника Михаила Семеновича Цвета(1872-1919), который
впервые
применил
явление
адсорбции
для
анализа
зеленой
части
хлорофилловых пигментов листьев. Хлорофилл – пигмент, содержащийся в
клетках растений. Пигменты (лат. рigmentum –краска) – это окрашенные
вещества тканей организма. Хлорофилл растений содержит хлорофилл А, и
Б, каротин А и Б, ксантофилл, эритроциты и фикоэритрины то есть смесь
различных веществ.
Михаил Семенович Цвет бился над задачей разделения пигментов
зеленого листа. Он взял стеклянную трубку, наполнил ее порошком мела и на
верхний слой налил немного спиртового экстракта листьев. А затем начал по
каплям лить сверху в трубку с мелом чистый спирт. Капля за каплей
очередная его порция растворяла пигменты с крупинок мела, передвигаясь
вниз по трубке. В результате в столбике мела получались однородно
окрашенные
полосы
хроматограммой.
чистых
(Трудно
веществ.
удержаться
от
Цвет
назвал
улыбки:
эту
Цвет
–
картину
хромос,
хроматограмма – цветограмма.)
Метод был так прост, что большая часть современников или не
восприняла это удивительное открытие, или, что еще печальнее, резко
восстала против его автора. Молчание длилось почти 30 лет...
Метод хроматографии не использовался вплоть до 1930 года, когда
немецкие биохимики Кун, Ледерер, Винтерштейн повторили опыты и
успешно разделили каротин на отдельные изомеры, предсказанные еще М.С.
5
Сборник ученических исследовательских работ
Цветом. С этого времени хроматография стала развиваться в самых
разнообразных направлениях. [7]
1.3.
Бумажная хроматография.
Бумажная хроматография - вид хроматографии, основанный на
различии в скорости перемещения компонентов анализируемой смеси по
бумаге
в
потоке
растворителя.
Хроматограммой
называют
картину
расположения хроматографических зон на бумаге после завершения
разделения.
Бумажную
хроматографию
применяют в
основном для
разделения очень малых количеств веществ. Для школьных опытов подойдет
обычная фильтровальная бумага.
Опыт в проведении очень прост: капните в середину квадратного
листка
бумаги исследуемый раствор, содержащий смесь окрашенных
веществ. Это может быть спиртовая настойка какого-либо лекарства,
например валерианы или календулы, или смесь красителей. На бумаге
образуется пятно. В центр его капните несколько капель растворителя этилового спирта и он, словно по фитилю, продвигаясь между бумажных
волокон, разносит окрашенные вещества от пятна во все стороны. Для
идентификации и количественного определения веществ бумагу, после
окончания разделения, обрабатывают подходящим реагентом, образующим с
разделяемыми
компонентами
окрашенные
соединения.
Компоненты
проявляются в виде колец. Сколько именно колец - зависит от того, сколько
веществ было в анализируемой смеси. В опыте с хлорофиллом таких колец
будет два: желтое и зеленое. [4]
Проанализировав литературу, мы пришли к выводу, что: легче всего
определять железо. Хотя содержание железа в продуктах различное
6
Сборник ученических исследовательских работ
определять его лучше всего в яблоках, т.к. остальные продукты ограничены в
ассортименте. [11]
2.
Практическая часть.
2.1.
Разделение некоторых веществ с помощью бумажной
хроматографии.
Чтобы убедится в простоте проведения и эффективности опытов по
разделению смесей с помощью бумажной хроматографии, мы провели ряд
опытов, используя методику из книги О. Ольгина «Хроматография на дому.
Занимательные опыты по химии». [4]
(Приложение 1). Мы рассмотрели
хроматограммы:
Опыт №1. Кофе и цикорий (кофе без кофеина).
Опыт№2. Тушь плакатная.
Опыт№3. Хлорофилл (выделенный из цветка «Розана китайского»).
Ход работы.
1.
Мы на бумажном диске (из фильтровальной бумаги) диаметром 12 см
определили центр, с помощью пинцета прокололи в центре отверстие. Диски
пронумеровали.
2.
В центр каждого диска с помощью пипетки нанесли по капле
исследуемых образцов в виде 1% растворов: образец №1- кофе, образец №2
– цикорий, образец №3 – тушь, образец №4 – хлорофилл.
3.
Высушили образцы, с помощью пипетки нанесли еще по капле
исследуемых образцов (всего 4 капли).
4.
После того как образцы высохли, поместили их на чашку Петри, в
которую налили по 5 мл этилового спирта. В центр каждого диска вставили
свернутую трубочкой фильтровальную бумагу. Растворитель словно по
7
Сборник ученических исследовательских работ
фитилю, продвигаясь между бумажных волокон, разносил окрашенные
вещества от пятна во все стороны.
5.
Через час рассмотрели образцы. Результаты занесли в таблицу 1.
Таблица 1
Результаты опыта.
Образец
образец №1
Наблюдения
На
диске
кольцо
появилось
с
Объяснение
одно Это
доказывает
неровными однородность состава
границами.
образец №2
Появилось несколько кругов с Цикорий содержал добавку
ровными и зубчатыми краями.
образец №3
шиповника
Образец красной и синей туши Красная и синяя тушь более
образовали круги, а зеленая концентрированная,
тушь зубчатые края.
зеленую
а
в
неоднократно
добавляли воду.
Образец №4 На диске появилось два четких
кольца желтое и зеленое.
Вывод: в зависимости от природы вещества опыт идет быстрее или
медленнее, на листе образуются несколько колец разного цвета. Сколько
именно колец — зависит от того, сколько веществ было в анализируемой
смеси. Появление "хвостов" неправильной формы может говорить о высокой
концентрации веществ.
Оборудование и реактивы для эксперимента доступные, значит, этот
метод можно использовать для анализа веществ в школьной лаборатории.
2.2. Определение содержания ионов железа (III) в яблоках разных
сортов.
8
Сборник ученических исследовательских работ
До начало исследования, мы провели опрос моих одноклассников для
выявления наиболее часто употребляемых ими сортов яблок (Приложение 2).
По результатам опроса, мы взяли яблоки 6 сортов: образец №1-ранет,
образец №2-розмарин, образец №3-гранатовое, образец №4-фуше, образец
№5-джонатан, образец №6 - зимнее. Используя методику из книги О.
Ольгина «Хроматография на дому. Занимательные опыты по химии»
и
методику с сайта «Лабораторная диагностика», мы провели исследование по
определению содержания ионов железа (III). [5,9] (Приложение 1) 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.
1.
Мы на бумажном диске (из фильтровальной бумаги) диаметром 12 см
определили центр, с помощью пинцета прокололи в центре отверстие. Диски
пронумеровали.
2.
На лабораторных весах отвесили по 30г каждого образца. Измельчили
образцы в ступке и выжали сок.
3.
В центр каждого диска, с помощью пипетки, нанесли по капле сока
исследуемых образцов.
4.
Высушили образцы, с помощью пипетки, в центр диска нанесли еще по
капле исследуемых образцов (в течении 3-х часов, через каждые 15 минут,
так чтобы диаметр был не больше 0,5 мм.).
5.
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.
6.
Для сравнения результатов опыта, мы приготовили эталон. Для этого
на бумажный диск, с помощью пипетки, нанесли 1 каплю 1% раствора
9
Сборник ученических исследовательских работ
хлорида железа (III), так чтобы диаметр был не больше 0,5 мм. Высушили
диск и нанесли еще вещество (всего 4 капли).
7.
Через час бумагу, с результатами опытов, опрыскали 10%-ным
раствором гексациано-II-феррата калия. Это качественная реакция на ионы
железа (III). В случае присутствия этих ионов должно появиться синее
окрашивание - образование берлинской лазури.
8.
Мы рассмотрели образцы и сравнили их с эталоном. Результаты
занесли в таблицу 2.
Таблица 2
Содержание железа в яблоках разных сортов
Образцы
Образец 1
Хроматограмма
После действия растворителя
После обработки 10%
(этилового спирта)
раствором гексацианоII-ферратом калия
Ярко окрашенное коричневое
Виден четкий след
пятно округлой формы
Образец 2
Ярко окрашенное коричневое
Виден четкий след
пятно округлой формы
Образец 3
Образец 4
На диске едва заметное светлое
Бледное пятно
пятно
голубого цвета
Пятно
неровное,
коричневое,
светло-
располагается
Слабое окрашивание
на
диске «языками»
Образец 5
Ярко окрашенное светло-
Виден четкий след
коричневое пятно округлой
формы
Образец №6
Ярко окрашенное коричневое
Виден четкий след
пятно округлой формы
Вывод: после обработки образцов раствором гексациано-II-ферратом калия
на четырех хроматограммах проявилось синие окрашивание. Наиболее ярко
10
Сборник ученических исследовательских работ
окрасились хроматограммы образцов № 1,2,5,6 очень слабое окрашивание в
образце №4, бледное пятно голубого цвета образец №3. (Приложение 3)
Так как в образце №3, по результатам нашего исследования, содержание
ионов железа самое низкое. Мы решили проверить народное средство
количественного увеличения железа в яблоках.
В два яблока образца №3 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 №3. (Приложение 3)
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.
11
Сборник ученических исследовательских работ
Заключение.
В результате проведенного исследования, нами были изучены
различные источники информации. Мы выяснили, что метод бумажной
хроматографии прост в применении.
Выполненная работа позволяет сделать обоснованные выводы о том,
что среди шести сортов. Больше всего железа содержится в сорте «розмарин»
образец №2, далее по убывающей: зимнее образец №6, ранет образец №1,
джонатан образец № 5, фуше образец № 4, гранатовое образец № 3.
На яблоках сорта «гранатовый» мы проверили народный способ
«увеличения содержания железа». За три дня
в яблоках, утыканных
железными гвоздями, количество его возросло.
Выдвинутая нами гипотеза верна: содержание железа в яблоках
можно определять с помощью хроматографии.
Употребляйте любые сорта яблок. Соли железа, содержащиеся в
яблоках, лучше усваиваются организмом, поскольку они находятся в
благоприятном соотношении с витаминами. А содержание железа в яблоках
можно повысить с помощью обычных гвоздей.
Если раньше я не задумывался о том, каким продуктам питания
отдавать предпочтение, то теперь мой выбор очевиден – это яблоки, богатые
железом.
По результатам исследования нами составлены рекомендации для
людей, ведущих здоровый образ жизни.
12
Сборник ученических исследовательских работ
Список использованных источников информации.
1.
Березкин
В.Г.,
Бочков
А.С.
Количественная
тонкослойная
хроматография. М.: Наука, 1980, 183 с. ;
2.
Морозов А.А. Хроматография в неорганическом анализе. М.: Высш.
шк., 2005, 233 с.;
3.
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.;
4.
Ольгин О. Хроматография на дому. Занимательные опыты по химии,
М.: «Детская литература», 2009, 235 с.;
5.
Содержание железа в яблоках- http://ndb.nal.usda.gov/ndb/foods/show/2 1
6.
Википедия
-
http://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%A5%D1%80%D0%BE%D0%BC%D0%B0%D
7.
Бумажная хроматография - http://www.xumuk.ru/encyklopedia/648.html
8.
Коллоидная химия - http://samorazvitie.net/book/620-kolloidnaya-ximiya-
metodicheskie-ukazaniya-pismenko-vt/8-laboratornaya-rabota-6-xromatografiya
9.
Лабораторная диагностика. Методика определения содержания железа
в яблоках разных сортов. - http://bioximia.narod.ru/index/0-43
10.
Твоя диета - http://your-diet.ru/?p=1111
11.
Железо
в
продуктах
питания
и
в
организме
человека
http://www.azbukadiet.ru/2012/08/13/zhelezo-v-produktax-pitaniya.html
13
Сборник ученических исследовательских работ
Приложение 1
Образцы для исследования
Ход работы
14
Сборник ученических исследовательских работ
Результаты исследования
15
Сборник ученических исследовательских работ
16