Научно-исследовательская работа на тему "Определение ионов калия с использованием экспресс-метода − ионометрии"

ГОУ ВПО «Астраханский государственный университете» Муниципальное образовательное учреждение «Лицей №1» НАУЧНО-ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКАЯ РАБОТА «Определение ионов калия с использованием экспресс-метода − ионометрии» 1

Актуальность В организме животных и человека калий, являясь основным внутриклеточным катионом, играет важную роль:  нормализует ритм сердца;  поддержание постоянства состава клеточной и  межклеточной жидкости;  поддержание кислотно­щелочного равновесия;  обеспечение межклеточных контактов;  обеспечение биоэлектрической активности клеток;  поддержание нервно­мышечной возбудимости и  проводимости;  участие в нервной регуляции сердечных  сокращений;  поддержание водно­солевого баланса,  осмотического давления;  роль катализатора при обмене углеводов и белков;  поддержание нормального уровня кровяного  давления; Недостаток К+ может спровоцировать многие нарушения: в нервной и мышечной ткани и в обмене веществ, слабость,  снижение рефлексов,  гипотонию,  непроходимость кишечника,  полиурию,  задерживание воды в организме,  мышечные судороги,  перебои в работе сердца,  замедление роста организма, нарушение половых функций.  улучшает снабжение мозга кислородом;  помогает при лечении аллергии;  участие в обеспечении выделительной функции  Суточная потребность в калии составляет 2-3 г у взрослых, 12-16 мг на 1 кг веса у В организме взрослого калия содержится 160 - 250 г. почек. детей. 2

ионометрическое определение содержания ионов К+ в  минеральной воде, овощах, фруктах и почвах Астраханской  области и выявление продуктов наиболее богатых калием.  Цель исследования: Задачи исследования: •составить литературный обзор по свойствам, функциям,  фармакологическому действию калия, содержанию его в объектах  окружающей среды, методам определения калия, засолению почв; •освоить методики приготовления стандартных растворов  заданной концентрации и рабочих растворов методом  последовательного разбавления исходного; •освоить методику проведения сухого озоления навески на песчаной  бане; •исследовать возможность применения экспресс­метода –  ионометрии для определения концентрации ионов калия в разных  объектах; •по результатам измерений и расчётов построить градуировочный  график для определения равновесной концентрации ионов калия; •определить содержание ионов калия в разных марках минеральной  воды, овощах и фруктах, в почвах Астраханской области; 3

450 400 350 300 250 Е, мВ 500 Построение градуировочного графика Методика: в мерных колбах  вместимостью 50 см3 готовили  модельные растворы с концентрацией  КСl от1∙10­1 до 1∙10­7 моль/дм3  последовательным разбавлением  исходного стандартного раствора с  концентрацией 1∙10­1 моль/дм3  дистиллированной водой, переносили  приготовленные растворы в  химические стаканы ёмкостью 50 см3,  далее добавляли по 1 см3 буферного  раствора для регулирования общей  ионной силы (БРОИС ­ раствор NaCl  концентрацией 1 моль/дм3).  Снимали зависимость потенциала  ионоселективного электрода  от  концентрации ионов калия. По результатам расчетов найдено  Рис. 1. Градуировочный график уравнение прямой: Е = 507,38 – 53,6∙рС. 200 150 100 50 0 1 2 3 4 pC 5 6 7 4

Определение содержания ионов К+ в минеральной воде Методика: минеральную воду исследуемых образцов отмеряли мерными  колбами вместимостью 50 см3, переносили в химические стаканы ёмкостью  50  см3,  далее  добавляли  по  1  см3  буферного  раствора  для  регулирования  общей  ионной  силы  (БРОИС  ­  раствор  NaCl  концентрацией  1  моль/дм3)  и  измеряли потенциал ионоселективного электрода  в исследуемых образцах.  Результаты приведены в таблице. Среднее значение  Концентрация калия, мг/дм3 Содержание К+, Марка  минеральной  воды Аква Минерале Липецкий бювет  (артезианская) Чистый глоток Архыз потенциала  ИСЭ, Е, мВ 144 152 181 198 моль/дм3  (рис.1) 3,6610­5 5,110­5 13,1510­5 26,9810­5 Эксперимент Заявленная  производителем 1,43±0,13 1,99±0,19 5,13±0,38 10,52±1,71 <10 2 не заявлена не заявлена 5

Определение содержания ионов К+ в овощах и фруктах Методика: массу навески овощей и фруктов 10 г измельчали и проводили полное  озоление при Т=3000С на песчаной бане. Переносили золу в химический стакан ёмкостью 50  см3, заливали дистиллированной водой объёмом 50 см3, давали отстояться в течение одних  суток. Полученные вытяжки фильтровали через бумажный фильтр.  К полученному  фильтрату добавляли по 1 см3 БРОИС ­ раствор NaCl концентрацией 1 моль/дм3 и измеряли  потенциал электрода. Результаты приведены в таблице. Наименование образца Морковь Лук Свекла Картофель с кожурой Лимонный сок Зелёное яблоко Цедра лимона Банан  Среднее значение потенциала ИСЭ Е, мВ Овощи 315 316 324 334 295 301 316 322 Фрукты Содержание К+, моль/дм3 (рис.1) Концентрация  калия, мг/дм3 5,6210­4 5,7610­4 6,7610­4 8,3210­4 1,3210­4 1,8210­4 3,3110­4 4,3710­4 21,93±1,54 22,44±1,79 26,37±2,26 32,44±2,38 5,38±0,38 7,09±0,43 12,91±0,91 17, 03±1,21 6

Определение содержания ионов К+ в почвах Астраханской области Методика:  для  определения  ионов  калия  в  почвах  готовили  водную  вытяжку  из  солончаковых  почв,  суглинка,  глины  и  песка:  отобранные  почвенные пробы массой по 5 г помещали в химические стаканы, заливали 50  см3 дистиллированной воды, перемешивали в течение 5 минут и отстаивали 24  часов.  Затем  полученные  вытяжки  фильтровали  через  бумажный  фильтр.  К  полученным  фильтратам  добавляли  по  1  см3  БРОИС  ­  раствор  NaCl  концентрацией 1 моль/дм3 и измеряли потенциал ионоселективного электрода в  исследуемых  образцах.  Результаты  приведены  в  таблице.  ПДК  ионов  калия  в  почвах (в пересчёте на KCl) составляет 360 мг/г. Образцы почв Потенциал ИСЭ Е, мВ Содержание К+, моль/дм3 (рис.1) Содержание К+, мг/на г почвы солончаковые суглинок глина песок 231,4 223,4 207 198,2 0,39 0,31 0,16 0,11 152,1 120,9 62,4 42,9 7

Выводы   Составлен литературный обзор, иллюстрирующий свойства, функции, фармакологическое  действие калия, содержание его в объектах окружающей среды, методы определения калия,  засоление почв и методы борьбы с засолением.  Показана возможность применения экспресс­метода – ионометрии для определения концентрации  ионов калия в разных объектах.   При калибровке ионоселективного электрода на ионы калия в интервале концентраций 10­1 – 10­ 7 моль/дм3 соблюдается линейная зависимость. По результатам расчетов получено уравнение  прямой: Е = 507,38 –53,6∙рС. Полученный градуировочный график использовали в данном интервале  концентраций для определения равновесных концентраций ионов калия в исследуемых образцах.   Определено содержание ионов калия в разных марках минеральной воды, овощах и фруктах,  почвах Астраханской области. Анализ полученных результатов, позволяет отметить, что  наибольшее содержание ионов калия в минеральной воде «Архыз», которую можно  рекомендовать для повышения калия в организме при гипокалемии. Более богаты калием овощи –  корнеплоды, вероятно внесение калийных удобрений способствует большей концентрации ионов  калия, а также бананы и цитрусовые. Содержание калия в солончаках, суглинках, глинах и песках  Астраханской области не превышает ПДК.   Освоены методики: приготовления стандартных растворов заданной концентрации и рабочих  растворов методом последовательного разбавления исходного; проведения сухого озоления  навески на песчаной бане. 8

Перспективы дальнейших исследований  исследование содержания биогенно важного элемента – калия в  зерновых, бахчевых и других сельскохозяйственных культурах  Астраханской области;  в молочных продуктах Астраханской области с применением  экспресс­метода – ионометрии; выявления продуктов питания, произведённых и выращенных в  Астраханской области, наиболее богатых калием; определение содержания других биогенно важных элементов:  меди (II), цинка (II), железа (III) в разных объектах окружающей  среды. 9