Хроматография на службе здоровья человека

Муниципальное автономное общеобразовательное учреждение

гимназия восточных языков №4

Тема: Хроматография на службе здоровья человека

Направление: «Химия в жизни современного человека»

Исследовательская работа

Выполнила: Лемешко Алина Алексеевна,

ученица 10Б класса.

Руководитель: Сидоренко Лидия Яновна,

учитель химии

г. Хабаровск

2025 г.

Содержание

Введение……………………………………………………………….………..стр. 3

Глава 1. Анализ литературных источников…...………………………….…..стр. 4

Глава 2. Практическая часть…………………….………………..……….…...стр. 8

Заключение……………………………………………………………….........стр. 11

Список литературы……………………………………………….……….......стр. 12

Приложения и дополнительные материалы………………………..….….....стр. 13

Введение

Можете ли вы назвать хотя бы один метод исследования, который активно используется во всех сферах нашей жизни? Я дам ответ – хроматография.

Несмотря на то, что хроматография активно используется во всех сферах нашей жизни и сильно упрощает её, далеко не каждый знает даже само её название. Именно поэтому уже прошлую свою работу я решила посвятить этому методу исследования, рассказать, как он устроен и на собственном опыте проверить его работу.

Цель: Определение с помощью хроматографии степени соответствия пищевых продуктов нормативным документам.

Задачи:

1. Повторное ознакомление с основными принципами и приемами работы в хроматографии

2. Ознакомление с бензпиреном и продуктами, в которых он содержится

3. Проверка различных продуктов на содержание бензпирена в условиях экспертно-криминалистического центра

4. Предварительная возможная оценка влияния на здоровье человека исследуемых продуктов на основе полученных результатов.

Гипотеза: предположим, что бензпирен не содержится в продуктах, лежащих на полках магазинов

Актуальность: в наше время многие люди часто употребляют в пищу различные жареные и копченые продукты, оставаясь не до конца уверенными в их составе.

Изучаемый объект: копченые пищевые продукты

Изучаемый субъект: бензапирен и его гомологи

Глава 1.

Анализ литературных источников.

Хроматография – это физико-химический метод разделения смесей веществ путем распределения их между двумя несмешивающимися фазами – подвижной и неподвижной. Он повседневно используется во многих сферах нашей жизни, сильно упрощая её. В прошлой своей работе я уже знакомилась с различными видами хроматографии и использованием этого метода в науке и повседневной жизни.

Сегодня же я хочу на примере бензпирена показать важность хроматографии как в крупных исследовательских лабораториях, так и в быту практически каждого человека, а заодно, на простых, понятных каждому примерах, рассказать про такое вещество как бензпирен, и его опасность для нашего организма.

Для начала стоит узнать, что такое бензпирен.

Б ензпирен – это полициклический ароматический углеводород, представляющий собой органическое соединение. Бензпирен, как и все ПАУ — главным образом результат технического прогресса, следствие деятельности человека. Именно поэтому он зачастую образуется при неполном сгорании органических веществ, таких как древесина, уголь, нефть и табак. Это причина, по которой бензпирен можно обнаружить в продуктах горения, например, в выхлопных газах автомобилей, табачном и коптильном дыме, а также в продуктах питания, подвергшихся копчению или приготовлению на открытом огне. Накоплению бензпирена в организме способствует его способность растворяться в жирах. Это означает, что он накапливается в жировых тканях и медленно выводится из организма.
Воздействие бензпирена может происходить через различные пути:

1. Ингаляция: бензпирен практически не встречается в свободном состоянии, а осаждается на частицах, содержащихся в воздухе. Вместе с передвигающимися массами воздуха бензпирен разносится по большой площади, а выпадая вместе с твердыми частицами из воздуха (например, при осадках) попадает в почвенные слои, водоемы, на поверхности строений. Помимо осадков, в миграции и накоплении бензпирена играет роль и такой его источник, как автомобильный транспорт: передвигаясь на большие расстояния, автомобили способствуют равномерному разносу бензпирена по области. Не малую роль также играет дыхание дыма от сжигания топлива или табачного дыма: содержание бензпирена в дыме одной сигареты в среднем составляет 0,025 мкг, что во много раз превышает ПДК в среднем в 10 000-15 000 раз.

2. Перорально:  потребление продуктов питания, содержащих бензпирен. Содержание бензпирена в продуктах питания сильно варьируется в зависимости от способа обработки и исходного сырья. Не существует единого списка с точными цифрами наличия его в тех или иных продуктах, так как концентрация может меняться в широких пределах. Однако, продукты, подверженные обработке при высоких температурах, особенно при прямом контакте с открытым огнем или дымом, имеют наибольший риск высокого содержания бензпирена. К таким продуктам относятся:

а. Копченая рыба и мясо: процесс копчения, особенно "холодного копчения" с использованием древесного дыма, может привести к значительному накоплению бензпирена.

б. Шашлыки, барбекю и гриль продукты:  приготовление пищи на открытом огне, особенно при использовании угля, часто сопровождается образованием значительного количества бензпирена. Высокая температура и прямое воздействие пламени способствуют его образованию в продуктах.

в. Жареные продукты:  при жарке продуктов, особенно при высоких температурах и образовании пригоревшей корочки, также может образовываться бензпирен. Это особенно актуально для жареного мяса и картофеля.

Некоторые консервированные продукты: хотя это менее распространенный источник, некоторые консервированные продукты, особенно те, которые подвергались копчению или жарке перед консервированием, могут содержать бензпирен. Важно отметить, что концентрация бензпирена зависит от многих факторов, включая тип используемого топлива, температуру приготовления, время обработки и тип продукта, поэтому сложно дать точный рейтинг продуктов по содержанию бензпирена.

Таким образом, бензпирен представляет опасность не только как фоновое загрязнение окружающей среды, но и как вещество, проникающее в организм по пищевой цепочке.

Но в чем же существенная опасность бензпирена? Ведь не просто так его относят к веществам первого класса опасности. (Первый класс опасности — это вещества с чрезвычайно высоким опасным воздействием на окружающую среду, при этом изменения, вызываемые ими, необратимы и восстановлению не подлежат). Дело в том, что бензпирен является известным канцерогеном, то есть это вещество способно вызывать онкологические болезни. Бензпирен повреждает ДНК клеток, что может привести к развитию рака. Механизм действия связан с ковалентным присоединением молекулы бензпирена к молекуле ДНК, что искажает её структуру и нарушает жизненно важные процессы. Это, в свою очередь, может инициировать мутации, способствующие росту опухолей.
Различные исследования связывают воздействие бензпирена с повышенным риском развития рака лёгких, кожи, желудка и других органов.

Одним из таких исследований стал ряд экспериментов на крысах, проводящихся для оценки канцерогенного потенциала бензпирена. В этих экспериментах крысам вводили различные дозы бензпирена различными путями (например, через пищу, ингаляцию или инъекции) и затем наблюдали за развитием опухолей в течение определенного периода времени. Результаты таких экспериментов показали статистически значимую связь между дозой бензпирена и частотой развития опухолей, особенно в легких и коже. Конкретные данные о типах опухолей и сроках появления варьировались в зависимости от таких факторов, как доза, способ введения, возраст и генетическая предрасположенность крыс.

Именно благодаря таким опытам человечеству стало известно о пагубном влиянии бензпирена. В наше время современные врачи советуют проводить время на свежем воздухе, заниматься спортом, чаще выезжать за город, а также отказаться от курения дабы снизить риск развития различных опухолей.

Глава 2

Практическая часть

Уже в прошлой своей работе в условиях школьной лаборатории мы с учителем химии осваивали способ работы бумажной хроматографии на основе хлорофилла листьев растений и газировок. Помещая в стаканы с жидкостью полоски фильтровальной бумаги (приложение 2), я видела, как со временем на них появлялись четко разделённые компоненты вещества (приложение 1, таблица 1; приложение 3, фото 7). Это, например, помогло нам узнать настоящий состав газировок и сравнить его с указанным на упаковке. После проведения данного опыта с помощью фильтровальных полосок (приложение 3), а также мела и силикагеля (приложение 4), мы поняли, что все три состава газировок в лице фанты, колы и милкиса оказались достоверными (приложение 1, таблица 2).

После того, как я опробовала свои силы в работе с тонкослойной и бумажной хроматографией, мы с моим преподавателем решили съездить в экспертно-криминалистический центр управления на транспорте министерства внутренних дел Российской Федерации по Дальневосточному федеральному округу (ЭКЦ УТ МВД России по ДФО). Там мы не только узнали, как работают эксперты-криминалисты, но и сами смогли поработать с местными аппаратами, одним из которых является хроматомасс-спектрометр.

При работе с хроматомасс-спектрометром нужная нам проба вкалывается тонким шприцом в инжектор и при 300 градусах испаряется. Затем проба поступает в очень тонкую и длинную колонку длиной 50 метров, и прогоняясь через неё, смесь разделяется на отдельные вещества (приложение 5, фото 1-3). После каждое из них выходит в детектор в определенное время. В масс-детекторе выходящее вещество подвергается электронному удару, и молекула разламывается на части. Все эти действия фиксирует специальный регистратор, который записывает так называемые пики. После окончания процесса, полученную таблицу с пиками сравнивают с уже занесенными в базу данных веществами, выясняя происхождение и название пробы.

Взяв с собой две пробы спортивного питания, мы отмерили две аликвоты на каждое питание, одну из которых растворяли в метаноле, а другую в гексане. Этот раствор мы нагрели и отцентрифугировали, а после вкололи в хроматомасс и обработали в специально созданной программе (приложение 5, фото 4-6). Экстракт, исследованный на хроматомасс-спектрометре, показал, что вместо заявленного на упаковке протеина, в составе питания были только кофеин и глицерин (приложение 1, таблица 3; приложение 6-7).

В этот же раз мы снова поехали в экспертно-криминалистический центр с целью найти в копченых продуктах опасный для здоровья бензпирен. В качестве проб я взяла с собой копченую колбасу, шпроты, кольца кальмара и копченую рыбу. Все эти продукты мы подвергли такой же обработке, пропустили через хроматомасс-спектрометр (приложение 8) и, к нашему удивлению, бензпирен оказался только в одной из четырёх проб – в шпротах.

На графике мы видим преимущественное наличие только одного вещества. По масспектру это вещество соответствует бензпирену. Исходя из этого, можно сделать вывод, что большая часть копченых продуктов на полках магазинов пригодна к употреблению, однако состав шпрот и прочей продукции производителя «Велрыбпром» не совсем соответствует указанному на сайте, и не рекомендуется к покупке.

Заключение

Хроматография – невероятно важный, интересный и многосторонний метод изучения, который используется повсеместно во всех сферах нашей жизни. Я рада, что смогла познакомиться с хотя бы небольшой его частью. Благодаря проделанной работе я убедилась в том, что:

1. Моя гипотеза была отчасти верной. В большинстве магазинных продуктов действительно отсутствует бензпирен, но при выборе товаров все таки лучше выбирать только проверенных производителей.

2. Хроматография применяется везде – начиная с медицины и заканчивая криминалистикой. Без неё не обходится ни одно изучение состава того или иного вещества, что уже говорит о её значимости в сферах нашей жизни, как научных, так и бытовых.

3. Благодаря хроматографии мы выяснили, что в некоторых продуктах, допущенных к продаже имеются опасные канцерогенные вещества. К сожалению их точное колическтво мы не смоли оценить.

5. Кроме бензапирена мы нашли целый ряд других органических веществ, но в основном это были полезные жирные карбоновые кислоты.

Надеюсь, благодаря проделанной мной работе вы узнали для себя что-нибудь новое и оценили вклад хроматографии в развитие нашей жизни.

Список литературы

Интернет - ресурсы:

1. chromatograf.ru

2. labinstruments.ru

3. wikipedia.org

4. microbiologynote.com

5. new-science.ru

6. 59fbuz.ru

7. cge29fmba.ru

8. medaboutme.ru

Литература:

1. Кузнецов « Хроматография» М. Просвещение 1997 г.

2. Руденко, Коваленко «Химико-аналитическое определение наркотических и допинговых средств» 2007 г.

3. Сычев «Подготовка пробы в газовой и жидкостной хроматографии» 2012 г.

Приложение 1

Таблица 1. Хроматографическое разделение хлорофилла тонкослойным способом

Таблица 2. Сравнение количества цветных добавок в газировку, указанных на упаковке с нашими результатами

Таблица 3. Сравнение указанного на протеиновом порошке состава с результатами, полученными в лаборатории

Приложение 2

Приложение 3.

Приложение 4.

Приложение 5.

Приложение 6. Результаты исследования первой пробы.

Приложение 7. Результаты исследования второй пробы

Приложение 8.

Приложение 11. Результаты исследования пробы шпрот

11