Исследовательская работа "Влияние синтетических моющих средств для мытья посуды на биологические объекты".

Муниципальное общеобразовательное учреждение 

«Средняя общеобразовательная школа №9» г. Печора 

[Надпись] 

ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКАЯ  РАБОТА 

«Влияние синтетических моющих средств для мытья посуды на биологические объекты» 

направление естественнонаучное 

Автор: Шамшур Мария Александровна, учащаяся 9 класса 

Руководители: Колдакова Ирина Владимировна, учитель химии, биологии  

                          Куракина Наталья Ивановна, учитель биологии и географии  

г. Печора  

время выполнения работы 2017-2018 г. 

Разрыв страницы 

Разрыв страницы 

ВВЕДЕНИЕ 

Каждый из нас в своей жизни сталкивается с мытьем посуды. Для этого люди придумывали разные способы и средства. Времена «бабушкиных» рецептов – песка, золы, соды давно ушли в небытие и в настоящее время чаще всего для этих целей используются синтетические жидкие моющие средства. Но так ли они безвредны, как нам говорят об этом и как они влияют на живые организмы.  

Проблема загрязнения окружающей среды синтетическими моющими средствами актуальна, так как люди стали использовать их каждый день, а все смывы, попадая во внутренние воды, влияют на компоненты живой природы.  

Я выдвинула гипотезу: использование современных средств для мытья посуды загрязняет окружающую среду и негативно влияет на живые организмы. 

Цель работы: исследование воздействия синтетических моющих средств для мытья посуды на биологические объекты. 

Задачи исследования: 

1. Выяснить влияние растворов синтетических моющих средств для мытья посуды на прорастание семян и развитие растений. 

1. Изучить влияние концентрации моющего средства на прорастание семян растений.  

1. Исследовать влияние растворов синтетических моющих средств для мытья посуды на развитие плесневого гриба мукора. 

1. Проанализировать результаты и сделать выводы. 

Объект исследования: растворы синтетических моющих средств для мытья посуды. 

Предмет исследования: влияние смывов моющих средств для мытья посуды на процессы жизнедеятельности биологических объектов – растений и плесневых грибов. 

Методы, используемые для реализации работы: 

1. Сбор информации из научных источников. 

1. Биотестирование. 

1. Наблюдение. 

1. Анализ и обобщение результатов. 

Теоретическая значимость данной работы состоит в том, что, пользуясь различными источниками информации, были обобщены и систематизированы знания об истории использования моющих средств, их составе и влиянии на окружающую среду.  

Прикладная ценность состоит в том, что полученные результаты могут быть использованы как наглядное пособие для занятий по химии и биологии в темах о влиянии деятельности человека на окружающую среду. Средства для мытья посуды есть в каждом доме. В магазинах представлено огромное количество наименований и брендов. И потребителю, конечно, хочется выбирать, исходя не только из запаха и надписей на этикетке, но и имея достоверную информацию о безопасности данных товаров.  

Разрыв страницы 

ОСНОВНАЯ ЧАСТЬ 

1. История использования моющих средств 

Стиркой и мытьём занимались ещё в глубокой древности. Более чем за две тысячи лет до нашей эры в городах Римской империи существовали превосходно оборудованные бани с бассейнами для плавания. В этих банях для мытья тела использовали отруби, соки растений и некоторые сорта моющих глин. Для хозяйственных целей использовали абразивы, такие как влажный песок, древесная зола, щелочные соли (поташ из растительной золы, природная сода), глины, сок или водную вытяжку из некоторых растений. 

Впервые о получении мыла из жира и золы упоминается в трудах римского врача Галена. В 13 веке мыловарение на Руси уже существовало как вполне развитый промысел, более того, мыло стало даже предметом вывоза в другие страны. Промышленное производство мыла возникло в 19 веке, в это время мыло уже варили в Германии и во Франции, позже мыловарение стало развиваться в Англии. 

Моющие эффекты определённых синтетических ПАВ были отмечены в 1913 году бельгийским химиком А. Рейхлером. Первые моющие средства, подходящие под современное определение, были созданы в Германии в 1916 году. Разработка немецкого химика Фрица Понтера предназначалась для использования в промышленности. Более безвредные для рук моющие средства стали выпускать в 1935 году. Эти моющие средства представляли собой алкилсульфонаты, полученные реакцией бутилового или пропилового спирта с нафталином и последующим сульфированием. В дальнейшем химический состав менялся. При этом при производстве учитывались доступность сырья, простота и минимальная стоимость производства, а не безопасность средств. Синтетические моющие средства до второй мировой войны главным образом использовались в промышленности. После неё заводы авиационного топлива США, перешедшие на мирную продукцию, широко производили тетрапропилен, используемый в бытовых моющих средствах, что вызвало быстрый рост домашнего использования в конце 1940-х. В конце 1960-х биологические моющие средства, содержащие ферменты, расщепляющие белки, появились в США. [4] 

Современный ассортимент синтетических моющих средств весьма обширен. По консистенции СМС делят на порошкообразные, жидкие и пастообразные.  

В зависимости от назначения бытовые синтетические моющие средства делят на следующие основные виды: 

1) Средства для стирки шерстяных и шелковых тканей. Они имеют рН 1%–ного раствора 7–8,5. Наиболее широкое применение имеют жидкие препараты для стирки шерстяных и шелковых тканей. 

2) Средства универсального назначения (рН 9–9,5) предназначены для тканей из смеси природных и синтетических волокон. Как правило, в данной группе представлены отдельно средства для стирки белого и цветного белья, хотя это разграничение наблюдается не всегда.  

3) Средства для стирки грубых и сильно загрязненных тканей, в частности спецодежды. 

4) Средства для туалетных целей (шампуни для мытья волос, жидкие мыла и т. п.). 

5) Средства для мытья посуды, инвентаря, домашней утвари и др. представляют собой очень обширную группу синтетических моющих средств. Они выпускаются различной консистенции: жидкие, гелеобразные, пастообразные, сыпучие. Могут иметь различные ароматические добавки.  

Следует отметить, что основным направлением развития ассортимента СМС является производство универсальных моющих средств с биодобавками. [5] 

2. Состав синтетических моющих средств 

Синтетические моющие средства – детергенты (англ. deterge – очищать) – это композиции различных органических и неорганических химических соединений.  

В их состав входят: 

• ПАВ – поверхностно-активные вещества. ПАВ, используемые для производства СМС, разделяются на ионогенные, которые делятся на катионоактивные и анионоактивные, и неионогенные. Наиболее распространены анионоактивные вещества, которые распадаются в водных растворах на анионы (более крупные отрицательно заряженные частицы) и катионы (мелкие положительно заряженные ионы, как правило, натрия или калия). Большие по размеру анионы обеспечивают поверхностно–активные свойства. Все анионоактивные ПАВ представляют собой кристаллические вещества, растворимые в воде. Содержание их в СМС составляет от 10 до 40%. Основным исходным сырьем для их получения являются парафиновые углеводороды нефти. В современных СМС используют поверхностно–активные вещества, которые имеют степень биоразложения не менее 90%. Разработаны также новые синтетические поверхностно–активные вещества амфотерного характера. Они перспективны для производства моющих средств, но пока дороги и еще очень мало распространены. 

• Энзимы – аналоги природных ферментов. Необходимы для устранения жировых и белковых загрязнений (остатки пищи). Однако они не выдерживают высокой температуры (не выше 35–40 С). 

• Полимеры – эти вещества в составе СМС чаще всего представлены карбоксиметилцеллюлозой. Они способны предотвращать ресорбцию – повторное оседание частиц грязи на предмете. 

• Отдушки добавляют практически во все СМС для придания им приятного запаха. 

• Стабилизаторы пены. Их вводят в СМС в количестве 1–3%. Они существенно повышают эффективность синтетических моющих средств, усиливая устойчивость пены. 

• Красители: синтетические органические пигменты. [1] 

3. Влияние моющих средств на окружающую среду 

В последние несколько десятилетий постоянно росло потребление синтетических моющих средств и соответственно происходило сокращение потребления мыла. Сейчас поступление синтетических моющих средств в водную среду достигло существенных величин и с точки зрения экологии их рассматривают как один из классов загрязняющих веществ. 

Дело в том, что многие синтетические моющие средства, в отличие от мыл, не подвержены естественному биохимическому разложению и не задерживаются фильтрующими установками, и это приводит к проникновению ПАВ в окружающую среду, в первую очередь в водоемы.  

Биохимическим разложением называется разложение органических веществ под действием ферментов, производимых бактериями и другими микроорганизмами. Биоразложение протекает очень медленно, конечными продуктами его являются вода и диоксид углерода. 

Для массового производства и потребления моющих средств необходимо применять такие ПАВ и другие моющие вещества, которые были бы подвержены сравнительно быстрому их распаду. В настоящее время приняты законы, разрешающие производство и применение ПАВ для моющих средств, биоразлагаемых не менее чем на 80%. Неиногенные ПАВ разлагаются легче, чем анионактивные. 

Наличие моющих средств в сточных водах вызывает обильное пенообразование за счёт остаточных ПАВ, фосфатов и других компонентов моющих средств, что затрудняет биологическую очистку.   

СМС, попадая в окружающую среду (водоемы), изменяют её кислотно-щелочной баланс. Водные организмы приспособлены к определенной величине рН. Когда значение рН снижается до 4,5 - 5,0 может исчезнуть значительное количество водных организмов, составляющих основу пищевой цепи. Это, в свою очередь, сказывается на птицах, рыбах, пресмыкающихся и млекопитающих, которым погибшие виды служат источником питания. Уменьшение величины рН может также способствовать переходу в воду ионов металлов, содержащихся в донных отложениях, которые в обычных условиях осаждаются на дно с частицами взвеси и погребаются в толще донных отложений. При величине рН более 9,0 вода тоже становится непригодной для большинства водных организмов. Особенно чувствительны к изменению кислотности икра и мальки рыб. [6] 

4. Практическая часть 

Пройдя по торговым точкам города и изучив ассортимент моющих средств для посуды,  обратила внимание, что кроме рекламируемых, в нашем городе появились новые экологичные средства. 

 Для проверки своей гипотезы взяла образцы различных моющих средств и сравнивала их с контрольным образцом – чистой водой.  

Исследуемые образцы: 

1. «Fairy» - самое рекламируемое средство 

1. «Ушастый нянь» - гель для мытья детской посуды 

1. «Bio Mio» - средство для мытья посуды, овощей и фруктов. 

1. «BONSAI» - высокоэкономичный мультигель с биоразлагаемыми ингредиентами. 

1. «Ника супер» - экономичное средство, используемое в школьной столовой. 

Перед началом работы изучила состав данных моющих средств, он представлен в таблице 1. 

Разрыв страницы 

Таблица 1. Состав исследуемых моющих средств 

Далее приступила к исследованию.  

1. Определение среды растворов моющих средств 

Для этого в каждый исследуемый раствор (1:10) помещала полоски универсального индикатора на минуту и определяла значение рН по эталонной шкале. [2]  

Результаты эксперимента приведены в таблице 2. 

Таблица 2.  Результаты определения рН среды моющих средств 

ВЫВОД: рН растворов равен 7 – это нейтральная среда, в двух образцах 8 – среда слабощелочная. 

Далее приступила к биотестированию – это процедура установления токсичности среды с помощью тест-объектов. Описание данной методики взято с сайта Национальной Образовательной Программы «Интеллектуально-Творческий Потенциал России», раздел «Экспериментальные олимпиады». [7] А также с основными принципами фитотестирования познакомилась  в статье Лисовицкой О.В. и Тереховой В.А. «Фитотестирование: основные подходы, проблемы лабораторного метода и современные решения». [3] 

1. Биотестирование № 1 

на семенах кресс-салата (лат. Lepidium sativum) сорта «Весенний» 

Приготовила смывы, после мытья блюдца диаметром 15 см, на которое было нанесено 20 капель растительного масла с использованием одной капли моющего средства, нанесенного на губку. Для эксперимента взяла 3, 6, 9 смывы. 

В чашки Петри на фильтровальную бумагу положила по 10 семян и нанесла по 40 капель каждого смыва, в контрольной чашке семена поместила в такое же количество воды. Для создания микроклимата накрыла чашки полиэтиленом. 

Результаты эксперимента приведены в таблице 3. 

Таблица 3.  Результаты наблюдения биотестирования №1 

Продолжила наблюдения еще в течение двух дней, поддерживая влажность фильтровальной бумаги – рост и развитие проростков продолжалось (приложение 1).  

ВЫВОД: смывы синтетических моющих средств не угнетают прорастание семян кресс-салата. В третьем смыве концентрация средства была наибольшей, там я наблюдала небольшое отставание роста. 

1. Биотестирование № 2 

на семенах пшеницы (лат. Tríticum), входящих в «Траву для кошек» 

В данном эксперименте увеличила концентрацию моющих средств. На блюдце нанесла 20 капель растительного масла и одну каплю моющего средства, равномерно распределив его губкой по поверхности.  Смыв водой, получила первый раствор, прополоскав в чистой воде – получила второй смыв. Для прорастания семян в этом эксперименте я использовала универсальный грунт и торфо-перегнойные горшки, в которые поместила так же по десять семян. Семена полила раствором полученных смывов и продолжала поливать в течение эксперимента. 

Результаты эксперимента приведены в таблице 4. 

Таблица 4.  Результаты наблюдения биотестирования №2 

За проростками наблюдала неделю, продолжая поливать смывами, – угнетения роста не было (приложение 2). 

ВЫВОД: смывы синтетических моющих средств не только не угнетают рост и развитие семян злаков, но даже положительно влияют на их прорастание. 

1. Биотестирование № 3 

на семенах кресс-салата (лат. Lepidium sativum) сорта «Весенний» 

Еще больше увеличила концентрацию моющих средств и приготовила по 10 мл 25%-ных растворов. В чашки Петри на фильтровальную бумагу положила по 10 семян кресс-салата и нанесла по 2 мл каждого раствора. Для создания микроклимата накрыла чашки. 

Результаты эксперимента приведены в таблице 5. 

Таблица 5.  Результаты наблюдения биотестирования №3 

 (приложение 3) 

ВЫВОД: концентрированные растворы синтетических моющих средств препятствуют  росту и развитию семян. 

1. Биотестирование № 4 

на плесневом грибе мукор (лат. Mucor)   

Для проведения данного исследования использовала те же 25%-ные растворы каждого моющего средства, которыми смачивала бумажные салфетки, а на них разместила кусочки пшеничного хлеба, рядом положила кусочек хлеба с плесневелым грибом мукор, и все это поместила в полиэтиленовые пакеты. 

Результаты эксперимента приведены в таблице 6. 

Таблица 6.  Результаты наблюдения биотестирования №4 

(приложение 4) 

ВЫВОД: синтетические моющие средства не только не угнетают рост и развитие плесени, но создают благоприятные условия для её развития. 

Разрыв страницы 

ЗАКЛЮЧЕНИЕ 

Проведённые мной исследования позволяют сделать следующие выводы: 

1. Состав синтетических моющих средств, практически одинаковый, в основе лежат анионные ПАВ, являющиеся самыми биоразлагающимися. 

1. Смывы средств в небольшой концентрации не влияют губительно на рост и развитие растений, а концентрированные растворы угнетают их жизнедеятельность. 

1. Плесневый гриб мукор более устойчив к действию концентрированных растворов, чем растения. 

1. Результаты моих исследований показали, что действие  всех средств приблизительно одинаковое, соответственно информация, указанная производителем не упаковке (биоразлагающееся или нет) является рекламным ходом.  

Таким образом, моя гипотеза подтвердилась частично, учитывая, сколько человек расходует воды при мытье посуды, можно считать, что вклад в загрязнение окружающей среды от данных средств  минимальный.  

Но к синтетическим моющим средствам относятся не только средства для мытья посуды. В целом сброс смывов моющих средств вносит существенный вклад в загрязнение водоемов и почвы.  

Проблема использования средств бытовой химии очень актуальна и будет  продолжена в последующих исследовательских работах. 

Разрыв страницы 

ИСТОЧНИКИ ИНФОРМАЦИИ 

1. Абрамзон, А.А. / Поверхностно-активные вещества. Справочник / под ред.                   А.А. Абрамзона и Г. М. Гаевого. – Л.: Химия, 1979. - 376 с.  

1. Виноградова, В.И. / Методика изучения биологии / В.И. Виноградова. – М.: «Просвещение», 1998.  

1. Лисовицкая, О.В. // «Фитотестирование: основные подходы, проблемы лабораторного метода и современные решения» // Лисовицкой О.В. и Тереховой В.А. / [Электронный ресурс] – file:///C:/Users/1/Desktop/биотестирование.pdf 

1. Средства для очистки и ухода в быту: химия, применение, экология и безопасность потребителей: перевод с английского / ред. Герман Г. Хауталь и Гюнтер Вагнер. – М.: «Косметика и медицина», 2007. - 439 с.  

1. http://livescience.ru/ Статьи: Исследование синтетических моющих средств 

1. https://ibeauty-health.com/zdorove/kak-vliyaet-bytovaya-ximiya-na-zdorove.html 

1. http://future4you.ru/index.php