Использование метода бумажной хроматографии для контроля качества фруктовых соков «Я» и «Сады Придонья»

 

HO-СH2-СHOH-СH-СОH=СОН-С=O

 Это вещество представляет  собой бесцветные кристаллы, хорошо растворимые в воде, оно довольно неустойчиво, легко разрушается при кипячении водных растворов. Витамин С – прекрасный восстановитель, именно на этом свойстве и основано его участие в биологических процессах. Он принимает участие в синтезе гормонов, предохраняет важное биологическое соединение – адреналин от окисления, необходим для синтеза белка соединительной ткани животных – коллагена. Аскорбиновая кислота входит в состав некоторых ферментов. Витамин С является средством против цинги, его полезно принимать при усиленной физической и умственной работе. Растения и многие виды животных «умеют» сами воспроизводить аскорбиновую кислоту. А вот, например, человек и морская свинка утратили эту способность в ходе эволюции. Так что нам всем необходимо получать витамин С вместе с пищей по 50-100 MG. в сутки. «Аскорбинкой» богата растительная пища, особенно цитрусовые. На восстановительных свойствах аскорбиновой кислоты основаны многие реакции. К примеру. Приготовьте вытяжку из шиповника, обогащенную витамином С. Для этого разотрите мякоть шиповника с водой и чистым речным песком. Полученную жидкость отфильтруйте через вату или промокательную бумагу и используйте в следующих опытах.

В стакане к нескольким каплям раствора йода прибавьте вытяжку  из шиповника. Раствор йода обесцвечивается  – йод восстанавливается, а аскорбиновая кислота окисляется в дегидроаскорбиновую.

В пробирке к очень  разбавленному раствору красителя  метиленового синего прибавьте каплю  – другую раствора соды и несколько  капель шиповниковой вытяжки. При нагревании краситель обесцвечивается. В пробирке или в стакане к капле раствора красной кровяной соли добавьте каплю вытяжки из шиповника. Выпадает синий осадок берлинской лазури.

                                              2+                               3-

3Fe   +  2[Fe(CN)6]  =  Fe3[Fe(CN)6]2

Разумеется, все эти  опыты можно провести с раствором чистой аскорбиновой кислоты. 

Железо³. Химические свойства железа обусловлены строением электронных оболочек его атомов. Железо – d-элемент, электронная формула атома имеет окончание: 3d4S. Железо проявляет в соединениях главным образом степени окисления +2, +3. Максимальная степень окисления +6. Она наблюдается в ферратах – солях несуществующей железной кислоты. Например, Na2FeO4 – феррат натрия.

Аналитический реактив  на трехвалентное железо – роданид  калия KCNS. При добавлении его к раствору соли жидкость окрашивается в кроваво – красный цвет из-за образования роданида железа:

FeCI3 +3KCNS = Fe(CNS)3 + 3KCI

Эта реакция крайне чувствительна  и позволяет обнаружить даже следы  ионов железа (+3).

Железо имеет громадное  значение для биологии животных организмов, так как является основным катализатором дыхательных процессов. Организм взрослого человека содержит около 3 г. Fe, из которых приблизительно 75% входит в состав гемоглобина. В случае большого недостатка железа в организме возникает заболевание – железодефицитная анемия (малокровие), так как основная часть входящего в состав организма железа сосредоточена в красных кровяных клетках (эритроцитах), каждая из которых содержит 280 млн. молекул гемоглобина – дыхательного пигмента. Железо содержится в мышечном белке, во многих ферментах. Главное депо железа - печень: здесь у взрослого человека может быть запасено до 1 г. железа. В организме взрослого человека всего 3,5г. железа. Избыточное количество железа приводит к образованию нерастворимого в воде железосодержащего белка. Этот белок уже не может быть использован организмом и, откладываясь в тканях и органах, вызывает нарушение их функций и приводит к заболеванию.

Другие органические соединения, содержащие Fe, катализируют процессы дыхания в клетках. Из отдельных частей организма наиболее богаты железом печень и селезенка.

Лимонная кислота⁴ НООС-СН2-С(ОН)(СООН)-СН2-СООН – представитель оксикарбоновых кислот, широко распространена в природе (в некоторых ягодах, фруктах, особенно в цитрусовых). В лимоне содержится 6-8% лимонной кислоты, в гранате -9%, в махорке 15%. Одним из промышленных способов получения кислоты является выделение ее из махорки, получают также из хвои ели, плодов лимона. Бесцветные кристаллы хорошо растворимы в воде. Проявляет химические свойства карбоновых кислот и спиртов. Из хроматограммы видно, что лимонной кислоты в соке граната больше, чем в соке лимона. При нагревании в кислой среде она отщепляет молекулу муравьиной кислоты и образует ацетондикарбоновую кислоту, которая в свою очередь, декарбоксилируясь, дает ацетон:

НООС-СН2-С(ОН)(СООН)-СН2-СООН           НСООН +                                   НООС-СН2-СО-СН2-СООН                    СН3-СО-СН3 +2СО2­

Мягкая дегидротация лимонной кислоты приводит к цис-актановой  кислоте, которая играет важную роль в цикле Кребса:

НООС-СН2-С(ОН)(СООН)-СН2-СООН ® НООН-СН2-С(СООН)=СН-СООН + Н2О

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Использование бумажной хроматографии  для определения содержания ионов железа в соках различных марок

 

Для проведения анализа методом бумажной хроматографии обычно используют хроматографическую бумагу, отличающуюся высокой степенью чистоты, одинаковыми размерами волоком и равномерностью их расположения. При отсутствии такой бумаги используют фильтровальную бумагу, так поступили и мы. Для начала мы провели серию экспериментов для того, чтобы получить наглядную картину хроматографии и практические умения по использованию данного метода.

На бумагу нанесли капилляром каплю 1-5%-ного раствора хлорида железа ( III ) и рядом, на расстоянии 2-3 см от первого пятна, нанесли другим капилляром пробу на стартовую линию сока яблока и поместили эту бумагу в прибор, содержащий смесь растворителей: спирта и соляной кислоты в отношении 1:4.

Рис. 1 Прибор для бумажной хроматографии

 

 

 

Тот же самый  эксперимент проделали и для гречневой крупы: чайную ложку гречневой крупы размельчили в ступке, прокипятили с 10 мл воды и отфильтровали. Фильтрат упарили до объема 2мл, и каплю нанесли на фильтровальную бумагу. Далее поместили бумагу в прибор, содержащий ту же смесь растворителей. 

Через час  вынули обе бумаги из прибора и  обнаружили ионы железа опрыскиванием из пульверизатора 10%-ным раствором гексациано-II-феррата калия. Появилось синее окрашивание – образование берлинской лазури.

                                                3+                           4-

4Fe +3[Fe (CN)6] = Fe4[Fe(CN)6]3

рис.2 Хроматограммы гречневой крупы и сока яблока в сравнении с хлоридом железа.

Такой же сравнительный  эксперимент мы провели и с  яблочными соками марок  «Сады  Придонья», «Я». На стартовую линию наносили несколько раз по капле каждого сока для увеличения концентрации. Результаты хроматограммы показали, что во всех указанных марках сока присутствуют ионы железа.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Рис. 3  Хроматограммы соков «Сады  Придонья» и «Я» в сравнении  с хлоридом железа.

 

Сок «Сады Придонья»                                               Сок «Я»

 

Причем интенсивность  и величина области окрашивания  указывала на то, что концентрация ионов железа в соке «Сады Придонья»  больше чем в соке «Я».

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Использование бумажной хроматографии для определения содержания аскорбиновой кислоты в соках различных марок

 

Вначале мы провели  контрольный эксперимент: половину таблетки витамина С растворили в 3 мл  воды. Нанесли пробу на фильтровальную бумагу и опустили в систему растворителей спирт - гексан (3:1). Величина хроматографической подвижности (Rf) аскорбиновой кислоты = 0,71. В виду того что витамин С, или аскорбиновая кислота, является нестойким, соблюдали меры предосторожности при хроматографировании (т. е. при мягком свете, с постоянной температурой 20-23° С, применяя дважды перегнанные растворители). Обнаружение проводили парами иода. Была получена хроматограмма.

Рис. 4  Хроматограмма раствора аскорбиновой кислоты.

 

Такую же методику использовали для обнаружения аскорбиновой кислоты  в яблочных соках марок  «Сады Придонья», «Я». На стартовую линию наносили несколько раз по капле каждого сока для увеличения концентрации и рядом по капле раствора витамина С. Результаты хроматограммы показали, что во всех указанных марках сока не присутствует витамин С, что подтверждало полученные ранее данные из литературы о нестойкости витамина С.

 

 

 

 

Рис. 5  Хроматограммы  соков «Сады Придонья» и «Я»  в сравнении с раствором аскорбиновой кислоты.

Сок «Сады Придонья»                                    Сок «Я»

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Использование бумажной хроматографии  для определения содержания лимонной кислоты в соках различных марок.

 

При определении  лимонной кислоты в яблочных соках  марок «Сады Придонья» и «Я» мы использовали систему растворителей: спирт – гексан ( 3:1). Свидетелем выступала лимонная кислота. Обнаружение проводили парами иода. Полученные хроматограммы указывали на наличие в соках обеих марок лимонной кислоты. Однако в соке «Сады Придонья» лимонной кислоты содержалось больше чем в соке «Я».

 

Рис.6  Хроматограммы соков «Сады Придонья»  и «Я» в сравнении с раствором лимонной кислоты.

            Сок «Сады Придонья»                      Сок «Я»

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Заключение

 

Применение  хроматографического метода на практике началось еще в 18 веке. На фильтровальную бумагу или ткань помещали каплю раствора красителя. Если он был однородным, получалось одно пятно, а если смесь, то несколько пятен. Метод проверки качества красителей явился прямым предшественником хроматографии на бумаге.

Без хроматографического  метода сейчас не обходится химическая, фармацевтическая, текстильная, цветная металлургия и другие отрасли промышленности. Хроматографический метод положен в основу многих химико-технологических процессов производства. На его принципе основан ряд простых переносимых приборов для определения состава природных газов при разведке нефти и газовых месторождений, а также для установления степени продуктивности нефтяных и газовых пластов. Хроматография интенсивно используется для анализа различных ископаемых в полевых условиях, почвенно-мелиоративных исследованиях.

Широко применяется  этот метод в пищевой промышленности как для определения микроэлементов (Со, Ni, Си, Zn), так и при идентификации липидов и жиров, а также стабильности витаминов и т. д.

В сельском хозяйстве  и в биологической химии он применяется для разделения аминокислот, сахаров, нуклеиновых кислот, стероидов. Этот метод позволяет быстро и точно анализировать пестициды, особенно в сельскохозяйственных культурах, а также состав растений, почв и удобрений.

В настоящее  время хроматографический метод  анализа широко применяется при анализе воды и воздуха, магнитной фракции космической пыли, им удается быстро и четко разделить и идентифицировать очень малые количества смесей неорганических веществ (от десятых, а иногда и сотых долей микрограмма до нескольких десятков мкг). Были разделены некоторые радиоактивные элементы, пары трудноразделимых элементов, идентифицированы вещества при анализе их навесок до 0,000001 г.; комплексные соединения ионов металлов.

В клинической  диагностике метод нашел применение для быстрого определения лекарств в крови, анализе мочи. Он помогает контролировать ход синтеза лекарственного препарата, оценивать его чистоту, определять его стабильность. Нельзя не отметить использование хроматографии в криминалистике.

Целью нашего исследования было определить возможность использования бумажной хроматографии для определения качества фруктовых соков. Изучив литературу и проведя соответствующий эксперимент, мы пришли к следующим выводам:   

1. Проведение хроматографического эксперимента является наиболее дешевым способом определения состава и качества пищевых продуктов (фруктовых соков).
2. Наиболее значимыми для здоровья человека компонентами пищевых продуктов (фруктовых соков) являются ионы железа, аскорбиновая кислота, лимонная кислота. Витамин С принимает участие в синтезе гормонов, предохраняет важное биологическое соединение – адреналин от окисления, необходим для синтеза белка соединительной ткани животных – коллагена, входит в состав некоторых ферментов, является средством против цинги, его полезно принимать при усиленной физической и умственной работе. Железо является основным катализатором дыхательных процессов, содержится в мышечном белке, во многих ферментах. Лимонная кислота участвует в цикле Кребса.
3. Экспериментальным путем доказана возможность использования хроматографии для определения качественного состава фруктовых соков. При этом было установлено, что содержимое упаковки «Сады Придонья» соответствует составу, указанному на упаковке. Сок «Я» кроме железа не содержит ни аскорбиновой кислоты, ни лимонной кислоты. Аскорбиновая кислота не может содержаться не в каком соке, поскольку является нестойким соединением, а совместное пребывание с лимонной и яблочной приводит к увеличению скорости ее распада. Поступление в организм аскорбиновой кислоты, так необходимой для здоровья, возможно только при употребление свежих овощей или фруктов.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Литература

 

1. Гинзбург О. Ф. Лабораторные работы по органической химии. М.: «Высшая школа», 1970, с. 45 - 51.
2. Грандберг И. И. Органическая химия. М.: «Высшая школа», 1974.
3. Некрасов Б. Н. Курс общей химии. М.: государственное научно – техническое издательство химической литературы, 1948, с. 793.
4. Нифантьев Э. Е., Верзилина М. К., Котлярова О. С. Внеклассная работа по химии с использованием хроматографии. М., 1983, с. 11 - 29.
5. Шульпин Г. Б. Химия для всех // Основные понятия и простейшие опыты. М.: «Знание», 1987, с. 125.
6. Эмануэль Н. М., Заикова Г. Е. Химия и пища. М.: «Знание», 1986.
7. Крицман В. А. Книга для чтения по неорганической химии. Ч. II, М.,1984.
8. Третьякова Ю. Д. Химия. Справочные материалы. М., 1984.
9. Жиряков В. Г. Органическая химия. М.: «Химия», 1974.