III Международный конкурс
научно-исследовательских и творческих работ учащихся
«СТАРТ В НАУКЕ»
 
     

АНАЛИЗ СОДЕРЖАНИЯ ИОНОВ ТЯЖЕЛЫХ МЕТАЛЛОВ В ОРГАНИЗМЕ ШКОЛЬНИКОВ И ОПРЕДЕЛЕНИЕ ИХ ВЛИЯНИЯ НА СОСТОЯНИЕ ЗДОРОВЬЯ
Воронюк В.С., Васильев К.М.
Автор работы награжден дипломом победителя второй степени
Диплом школьника      Диплом руководителя
Текст научной работы размещён без изображений и формул.
Полная версия научной работы доступна в формате PDF


Введение 

Актуальность выбранной темы

Американские ученые исследовали группу детей, у которых были проблемы в обучении, дети имели слабую память, низкие учебные навыки. Оказалось в их организме превышено содержание тяжелых элементов, особенно ионов свинца. У городских жителей (в крупных городах) свинец накапливается в организме больше, чем у жителей сельских местностей, так как горожане вдыхают свинец с пылью в воздухе.

Гипотеза :

Нас заинтересовал этот вопрос и мы захотели провести свое исследование группы учащихся нашей школы из экологически чистого населенного пункта, на содержание в их организме ионов тяжелых металлов. Мы решили исследовать волосы этих учеников.

Цель нашей работы:

Исследовать волосы школьников разных возрастов на содержание в них ионов тяжелых металлов( Cd2+ Fe2+Pb2+ Al3+) , а также выяснить влияет ли избыток этих ионов на интеллектуальные способности человека.

Задачи , которые мы поставили перед собой:

  1. Изучить научную информацию о роли элементов – меди, кадмия, свинца и железа для живого организма

  2. Практически исследовать волосы на содержание в них ионов тяжелых металлов

  3. Сделать выводы по полученным результатам для каждого обследуемого ученика и разработать некоторые рекомендации

Методы исследования:

  1.  
    • Анализ источников информации

    • Экспериментальный . Работа была выполнена в Научном парке на базе ресурсного центра Института химии СПбГУ по направлению Химии под руководством А.А.Проявкина –кандидата химических наук. Исследование проб проводилось на аппарате атомно-эмиссионном спектрометре с индуктивно-связанной плазмой

    • Наблюдение

Начало формы

II. ТЕОРЕТИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ

II Теоретическая часть: 1.Роль кадмия в организме человека (Cd)

Кадмий относится к тяжелым и очень токсичным металлам. Кадмий накапливается в почках, печени ,участвует в нескольких ферментативных реакциях. Скорость выведения кадмия очень низкая, поэтому количество этого тяжелого металла в организме с годами только увеличивается, что может привести к проблемам со здоровьем. Даже незначительное повышение уровня кадмия в крови отрицательно сказывается на деятельности головного мозга Курильщики подвергают свой организм загрузкой кадмием : одна пачка сигарет содержит примерно 3-4 мкг, из них 1 мкг полностью усваивается организмом

2. Физиологическая роль меди (Cu)

Медь накапливается в печени. Медь необходима для процессов образования гемоглобина и в этом смысле не подлежит замене другими элементами. Медь также участвует в процессах роста и размножения. Участвует в процессах пигментации, так как входит в состав меланина. Медь присутствует в системе антиоксидантной защиты организма. Этот биоэлемент повышает устойчивость организма к некоторым инфекциям, связывает микробные токсины и усиливает действие антибиотиков. Медь обладает выраженным противовоспалительным свойством, смягчает проявления аутоиммунных заболеваний , способствует усвоению железа.

3.Физиологическая рольжелеза (Fe)

Общее содержание железа в организме человека составляет около 4,25 г. Из этого количества 57% находится в гемоглобине крови, 23% — в тканях и тканевых ферментах, а остальные 20% — депонированы в печени, селезенке, костном мозге и представляют собой «физиологический резерв» железа. Средний пищевой рацион человека должен содержать не менее 20 мг железа, и 30 мг для беременных. При недостатке железа в организме развивается железодефицитная анемия (малокровие). Но при избытке железа наблюдаются явления отравления железом, которые выражаются рвотой, диареей (иногда с кровью), падением АД, параличом ЦНС и воспалением почек. Избыток железа в организме может привести к дефициту меди, цинка, хрома и кальция, а также к избытку кобальта.

4.Физиологическая роль свинца (Pb)

Свинецспособен накапливаться в костях, печени, почках, волосах и зубах. Установлено, что вдоль автомобильных дорог содержание свинца намного выше. Микроэлемент свинец, в большем или меньшем количестве, имеется в организме каждого человека. В среднем, организм человека (в возрасте от 20 лет и старше) содержит в себе около 2-х мг свинца. Этого количества вполне достаточно для всех внутренних обменных процессов, а большее количество может только навредить здоровью (отравление тяжёлым металлом). Микроэлемент свинец может начать действовать как канцероген и стать причиной появления раковых клеток, а в дальнейшем – развития раковых опухолей.

III. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ ЧАСТЬ

Практическая часть была выполнена в Научном парке на базе ресурсного центра Института химии СПбГУ по направлению Химии под руководством А.А.Проявкина –кандидата химических наук.

Методика опыта:

1этап – пробоподготовка для анализа волос.

  1. Были отобраны образцы волос путем остригания отрезков длиной не менее 1см у 12 добровольцев. В качестве добровольцев выступили учащиеся нашей школы:

1класс -1чел.(мальчик 8лет)

2класс -2чел( мальчик +девочка) 9лет

4клас – 1чел (мальчик11лет)

9класс- 4чел ( 3мальчика +1 девочка) 15-16лет

11кл- 3чел (2мальчика+1 девочка) -17-18 лет

Взрослый мужчина(папа одного из учеников)- 38лет

2.Образцы волос были взвешены на электронных весах.

3.Затем навеску каждого образца волос помещали в термостойкий химический стакан, добавляли 10мл концентрированной азотной кислоты и медленно (в течение около получаса) упаривали на электрической плитке примерно до 1мл в вытяжном шкафу.

4.К полученному раствору приливали 0,5мл 30% раствора пероксида водорода и после нагревания в течение 1мин. добавляли 10мл разбавленной (1:99) азотной кислоты.

5.Вновь упаривали раствор до объема 1мл , после чего в него добавили 4мл разбавленной азотной кислоты и перенесли содержимое стакана в мерную колбу на 50мл.

6.Стаканы ополоснули раствором разбавленной азотной кислотой , который тоже сливали в мерные колбы на 50мл.

7.Общий объем растворов доводили до 10мл разбавленной азотной кислотой.

2 этап: Анализ проб на аппарате атомно-эмиссионном спектрометре с индуктивно-связанной плазмой. Метод основан на измерении интенсивности излучения света, испускаемого на определенных длинах волн атомами, возбужденными индуктивно-связанной аргоновой плазмой, и используется для определения концентраций исследуемых элементов. . Спектрометр обладает возможностью одновременного многоэлементного анализа (более 30 элементов), низкими пределами обнаружения (от 0,0001 мг/дм3 )

РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИЯ:

А) Результаты исследования на содержание в пробах волос элемента кадмия Cd2+Содержание кадмия Cd2+ в волосах в норме 0,05-0,25 мг/л (см.Табл.№1)

ТАБЛИЦА №1

№ пробы

Фамилия ,имя обследуемого

Возраст

Класс

Курит +/-

Данные анализа в мг/л

Норма,

избыток

1.

Чумаков А

18лет

11

+

0,0571

норма

2

Шишкин Р

17 лет

11

-

0,0543

норма

3.

Ковалева Т

18лет

11

-

0,0908

норма

4.

Шевцов И

9лет

2

-

0,0650

норма

5.

Костива И

9лет

2

-

0,0394

норма

6.

Давыдов М

11лет

4

-

0,0342

норма

7.

Васильев Д

8лет

1

-

1,1

Выше нормы

8.

Воронюк В

15лет

9

-

0,0239

норма

9

Васильев К

15лет

9

-

0,0439

норма

10

Бочкарева К

14лет

9

-

0,0646

норма

11

Переверзев Н

15 лет

9

+

0,122

Повышенное содержание

ВЫВОД №1: Сравнительно высокое содержание кадмия в волосах наблюдается в пробах №8 -Васильев Д.(1 кл) и №12 –Переверзев Н.(9кл).Дело в том, что соединения кадмия имеют ярко –красную и оранжевую окраску, поэтому их добавляют в краски и пигменты в полимерные материалы. А из такой пластмассы производят детские игрушки в Китае. Возможно Васильев Денис ученик 1класса контактирует с подобными игрушками(машинки и т.д) и насыщает в избытке свой организм этим токсическим элементом. Это может сказаться на его умственных способностях, памяти и результатах учебы. Переверзев Н.-ученик 9 класса -курит , а никотин также содержит кадмий ,что видимо привело к увеличению элемента в организме этого ученика. Никита учится плохо, имеет низкие математические данные, слабую память. Самое низкое содержание этого металла в волосах ученика 9 класса Воронюка В. Этот мальчик учится на «4» и «5», имеет хорошую память и высокие интеллектуальные способности.

Б) Результаты исследования на содержание в пробах волос элемента меди Cu2+Содержание меди Cu2+ в волосах в норме 0,05-10 мг/л (см.Таблицу №2)

ТАБЛИЦА №2

№ пробы

Фамилия ,имя обследуемого

Возраст

Класс

Курит +/-

Данные анализа в мг/л

Норма,

избыток

1.

Чумаков А

18лет

11

+

1,12

норма

2

Шишкин Р

17 лет

11

-

0,625

норма

3.

Ковалева Т

18лет

11

-

0,959

норма

4.

Шевцов И

9лет

2

-

1,15

норма

5.

Костива И

9лет

2

-

0,666

норма

6.

Давыдов М

11лет

4

-

0,844

норма

7.

Васильев Д

8лет

1

-

1,27

норма

8.

Воронюк В

15лет

9

-

0,234

норма

9

Васильев К

15лет

9

-

0,565

норма

10

Бочкарева К

14лет

9

-

0,377

норма

11

Переверзев Н

15 лет

9

+

0,998

норма

ВЫВОД №2: Учитывая значимость этого элемента для организма человека, обращаем внимание на содержание меди в малых количествах в пробе №9-ученика9 класса Воронюка В. Это может спровоцировать ряд заболеваний у данного мальчика . Известно, что дефицит меди увеличивает вероятность появления новообразований, болезней сердца, ожирение , сахарный диабет и инфаркт миокарда.

В ) Результаты исследования на содержание в пробах волос элемента железаFe2+Содержание железа Fe2+ в волосах в норме 0,01-50 мг/л (см. Таблицу №3)

ТАБЛИЦА №3

№ пробы

Фамилия ,имя обследуемого

Возраст

Класс

Курит +/-

Данные анализа в мг/л

Норма,

избыток

1.

Чумаков А

18лет

11

+

20,5

норма

2

Шишкин Р

17 лет

11

-

6,67

норма

3.

Ковалева Т

18лет

11

-

9,81

норма

4.

Шевцов И

9лет

2

-

31,2

норма

5.

Костива И

9лет

2

-

15,0

норма

6.

Давыдов М

11лет

4

-

17,0

норма

7.

Васильев Д

8лет

1

-

16,6

норма

8.

Воронюк В

15лет

9

-

0,377

норма

9

Васильев К

15лет

9

-

0,809

норма

10

Бочкарева К

14лет

9

-

2,84

норма

11

Переверзев Н

15 лет

9

+

16,2

норма

ВЫВОД №3: Сравнительно высокое содержание железа в волосах наблюдается в пробе №5-Шевцов И.(2кл) и в пробе №1 -Чумаков А.(11 кл). Повышенное содержание железа в образцах №1 и №5 может привести к заболеванию печени –гемахроматозу, а это впоследствии скажется на составе костей(увеличится пористость и хрупкость костей). Возможно это - наследственное заболевание у этих мальчиков. Сравнительно низкое содержание этого металла наблюдалось в волосах ученика 9 класса Воронюка В. Такое низкое содержание ионов железа, может оказать отрицательное влияние на кроветворную функцию гемоглобина, что повлечет за собой недомогание, головные боли и вызовет анемию.

Г) Результаты исследования на содержание в пробах волос элемента свинца Pb2+Содержание свинца Pb2+ в волосах в норме 0,03-3 мг/л (см. таблицу №4)

ТАБЛИЦА №4

№ пробы

Фамилия ,имя обследуемого

Возраст

Класс

Курит +/-

Данные анализа в мг/л

Норма,

избыток

1.

Чумаков А

18лет

11

+

0,557

норма

2

Шишкин Р

17 лет

11

-

0,431

норма

3.

Ковалева Т

18лет

11

-

0,778

норма

4.

Шевцов И

9лет

2

-

2,5

повышено

5.

Костива И

9лет

2

-

0,367

норма

6.

Давыдов М

11лет

4

-

0,303

норма

7.

Васильев Д

8лет

1

-

0,546

норма

8.

Воронюк В

15лет

9

-

0,826

норма

9

Васильев К

15лет

9

-

0,445

норма

10

Бочкарева К.

14лет

9

-

0,493

норма

11

Переверзев Н.

15 лет

9

+

1,01

норма

ВЫВОД №4: Все пробы волос содержат ионы свинца в норме. Но все же сравнительно высокое содержание свинца в волосах наблюдается в пробах № 5 -Шевцов И.(2 кл) и №12-Переверзев Н.(9кл). Самое низкое содержание этого металла в волосах ученика 4 класса Давыдова М. Высокое содержание свинца в пробе волос №12 объясняется тем, что юноша курит и волосы накапливают избыток этого элемента( свинец поступает в организм из воздуха). Высокое содержание свинца в волосах ученика 2 класса можно объяснить тем, что родители у мальчика – курят и мальчик является пассивным собирателем ионов этого металла.

ОБЩИЙ ВЫВОД по работе и рекомендации:

1.Мы убедились, что в организме человека действительно присутствуют ионы тяжелых металлов, но у большинства наших испытуемых содержание ионов тяжелых металлов в норме. Из литературных источников мы узнали, что увеличение концентрации тяжёлых металлов в окружающей среде увеличивает число мутаций, передающихся по наследству. Мутанты подвержены порокам физического и умственного развития.

2. Мы пришли к выводу, что избыток ионов кадмия и свинца в организме может приводить к снижению интеллектуальных способностей (проба №12 –Переверзев Н.(9кл) .

Рекомендации:

  • Переверзев Н. должен бросить курить и начать заниматься спортом.

  • Родителям Васильева Д. обратить внимание на качество игрушек и контакт мальчика с разными видами окрашенных предметов.

  • Родители Воронюка В должны обратиться к врачу с целью обследования сына и выявления причины низкого содержания железа в крови.

  • Мальчикам Шевцову И и Чумакову А также необходимо обратиться к врачу и сдать анализы крови на выявление у них причин повышенного содержания в их организме ионов железа.

  • Родителям Шевцова И. обратить внимание на условия , в которых находится их сын. Если кто-то из членов семьи курит, надо отгородить ребенка от вдыхания и поглощения табачного дыма , чтобы мальчик не был «пассивным курильщиком», т.к. это может сказаться на его умственных способностях.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ:

1. Ахметов Н.С. Общая и неорганическая химия. - М.: Высшая школа, 1988.

2. Некрасов Б.В. Основы общей химии: Т. I. -М.: Химия, 1969.

3. Крискунов Е. А., Пасечник В. В., Сидорин А. П. Экология учебник для 9-го класса издательский лом "Дрофа" 1995

4. Новиков Э. А. Человек и литосфера. Ленинград, 1976 г.

5. Экологический кризис и социальный прогресс. Госкомиздат,1977 г.

6. Мельников Н. Н. Пестициды и окружающая среда. Химия, 1977 г.

7. Сайты Интернета