Природные индикаторы, их свойства и применение

Размещено на http://www.allbest.ru

СОДЕРЖАНИЕ

Введение

Глава 1

1.1 Лакмус

1.2 Антоцианы

Глава 2

2.1 Особенности фиалки и леканоры

2.2 Особенности растений содержащих антоцианы

2.3 Исследования природных объектов на возможность использования их в качестве индикаторов

Заключение

Библиографический список

Приложение 1

Приложение 2

Приложение 3

Приложение 4



ВЕДЕНИЕ

Цель работы: изучение природных индикаторов их свойств и применение.

Объект исследования: разные части растений и их экстракты.

Задачи исследования: доказать возможность использования экстрактов плодов растений в качестве химических индикаторов.

Лимонная кислота, уксус, нашатырный спирт, известь, аскорбиновая кислота, щавелевая кислота - вещества, часто встречающиеся в быту. Среди кислот и щелочей много опасных, агрессивных веществ, способных вызвать тяжелые химические ожоги. Многие растворы кислот и щелочей бесцветны, не имеют запаха, их нельзя пробовать на вкус. Как же различить эти вещества? Определить какими именно свойствами обладает вещество можно с помощью растений обладающих индикаторными свойствами, которые можно использовать в различных сферах.

Индикаторы - это вещества, которые изменяют свой цвет в зависимости от среды раствора.

Актуальность темы заключается в том, что в настоящее время возрос интерес к растениям в связи с их применением в различных областях науки, таких как химия, биология, экология и медицина. Например, по окраске растений и её интенсивности экологи определяют наличие вредных веществ в атмосферном воздухе и почве или определить кислотность почвы на участке. Растворы растительных индикаторов можно приготовить самостоятельно и применять в химической лаборатории и домашних условиях при необходимости определения среды раствора. Свойства растворов индикаторов зависит от способа получения;

Растворы индикаторов надо готовить прямо перед опытом, потому что они быстро портятся.

индикатор лакмус антоциан природный



ГЛАВА 1

1.1 Лакмус

Лакмус -- красящее вещество природного происхождения, один из первых и наиболее широко известных кислотно-основных индикаторов.

Впервые индикаторы обнаружил в 17 веке английский химик и физик Роберт Бойль.

Роберт Бойль готовился к началу, в ретортах что-то кипело, когда зашел садовник. Он принес корзину с фиалками. Он взял несколько цветков, понюхал и положил их на стол. Опыт начался, он открыл колбу, из нее повалил едкий пар. Когда опыт кончился, Бойль взглянул на цветы, они дымились. Чтобы спасти цветы, он опустил их в стакан с водой. Темно- фиолетовые лепестки фиалки, стали красными. Ученый приготовил разные растворы и в каждый опустили по цветку. В некоторых стаканах цветы немедленно начали краснеть. Ученый понял, что цвет фиалок зависит от того, какой раствор находится в стакане, какие вещества содержатся в растворе. Эксперименты следовали один за другим. Лучшие результаты дали опыты с лакмусовым лишайником. Тогда Бойль опустил в настой лакмусового лишайника обыкновенные бумажные полоски. Дождался, когда они пропитаются настоем, а затем высушил их. Эти хитрые бумажки Роберт Бойль назвал индикаторами, что в переводе с латинского означает «указатель», так как они указывают на среду раствора.

Фактически природный лакмус представляет собой сложную смесь 10--15 различных субстанций.

Для получения лакмуса растительное сырьё измельчают до порошкообразного состояния и в течение нескольких недель вымачивают в содово-аммиачном растворе (сода или поташ + NH₄OH) при постоянном перемешивании. После отделения осадка полученный продукт высушивается и размалывается. В результате образуется порошок. Прессовка осадка с гипсом или мелом позволяет получить легко крошащиеся блоки готового сухого лакмуса.

1.2 Антоцианы

Антоцианы - это одни из самых распространённых пигментов в растительном царстве. Известно большое количество природных объектов, богатых антоцианами: анютины глазки, малина, вишня, земляника, краснокочанная капуста, черника, клюква, клубника, черный виноград и многие другие (приложении 2). Они образуются в процессах гидролиза крахмала и по своему происхождению являются безазотистыми соединениями, близким к глюкозидам - соединениям сахара с неуглеводной частью.

Строение антоцианов установлено в 1913 немецким биохимиком Р. Вильштеттером. Все они имеют С15-углеродный скелет -- два бензольных кольца А и В, соединенные С3-фрагментом, который с атомом кислорода образует г-пироновое кольцо. При этом от других флавоноидных соединений антоцианы отличаются наличием положительного заряда и двойной связи в С-кольце. Известно более 500 индивидуальных антоциановых соединений, и число их постоянно увеличивается. При всем их огромном многообразии антоциановых соединений выделяют лишь шесть основных производных антоцианидинов: пеларгонидина, цианидина, пеонидина, дельфинидина, петунидина и мальвидина, которые отличаются боковыми радикалами R1 и R2 (приложение 1). Антоцианы придают тканям растений фиолетовую, синюю, красную, оранжевую и другие окраски. Эта окраска зависит от рН клеточного содержимого, и потому может меняться при созревании плодов, отцветании цветков -- процессах, сопровождающихся закислением клеточного содержимого. При этом окраска растений изменяется от зелёных до красных и синих цветов. Антоцианы хорошо растворимы в воде и присутствуют в соке вакуолей. Диапазон цветов изменяется благодаря наличию в растениях в основном трёх моделей антоцианов, различных между собой числом гидроксильных групп: пеларгонидин (красный), цианидин (фиолетовый) и дельфинидин (синий). Красный пеларгонидин содержится в цветках герани, плодах земляники, корнеплодах редиса. Цианидин находится в цветках тюльпанов, васильков, плодах черной смородины, ежевики. Дельфинидин определяет окраску цветков гиацинта, плодов баклажана, граната.

Существует ряд факторов, которые влияют на содержание антоцианов в сырье или продукте: разбавление или концентрирование, кислотность среды (рН), температура, действие окислителей, ферментов, ионов металлов, продолжительность хранения.

Вывод:

На первый взгляд, "хобби" к цветам было совершенно бесполезным и ничем не могло помочь Бойлю в его настоящей профессии, но ошибочно, что увлечения и наука не взаимосвязаны. Если бы Бойль не любил цветы и не принес бы корзину с фиалками в свою лабораторию, то неизвестно, кто, когда и каким образом открыл бы индикаторы. Открытие Боля сподвигло ученых исследовать растения на наличие красящих веществ и в 1913-1915 годах немецкий биохимик Рихард Вильштеттер открыл антоцианы.



ГЛАВА 2

2.1 Особенности фиалки и леканоры

Природный лакмус изготавливают из леканоры и фиалки. В чистом виде лакмус представляет собой тёмный порошок со слабым запахом аммиака. Хорошо растворяется в чистой воде, образуя растворы фиолетового цвета.

В кислых средах (pH<4,5) лакмус приобретает красную окраску, в щелочных (pH>8,3) -- синюю.

Основными компонентами лакмуса считаются:

· азолитмин (англ. Azolitmin, сост. C9H10NO5) -- может быть выделен из лакмуса экстракцией и использоваться как самостоятельный кислотно-щелочной индикатор;

· эритролитмин (англ. Erythrolitmin или Orcein Erythrolein, сост. С13H22O6);

Фиалка

Листья содержит слизь, соль виннокаменной кислоты, салициловую кислоту, витамин С. Препараты фиалки обладают отхаркивающим, мягчительным, потогонным и мочегонным действием. Лечебные свойства фиалки очень действенны при воспаление почек, боли в суставах, бронхит. Настой из фиалки употребляют при шуме в ушах, при заикании у детей.



Леканора съедобная

Леканора съедобная род накипных лишайников семейство леканоровых порядка круглоплодных. Из леканоры готовят лакмус. Таллом в виде беловатых, сероватых, желтоватых, коричневатых и других толстых или тонких корочек.

Лишайники - индикаторы состояния окружающей среды, они очень чувствительны к загрязнению атмосферы, поэтому в крупных городах, как правило, не встречаются. При повышение загрязнения воздуха отмечается исчезновение лишайников: сначала вымирают кустистые, потом листовые, потом накипные.

2.2 Особенности растений содержащих антоцианы

В сутки здоровому человеку необходимо не менее 200 мг этих веществ, а в случае болезни - не менее 300 мг. Поступая в организм человека с фруктами и овощами антоцианы проявляют действие, схожие с витамином Р, они поддерживают нормальное состояние кровяного давления сосудов, предупреждая внутренние кровоизлияния.

Черная смородина

Свежие ягоды чёрной смородины широко применяются в питании здорового человека как источник витамина «С». Из ягод варят варенье, делают желе, готовят компот, сок, пюре, мармелад, вино Свежезамороженные ягоды и сок черной смородины - великолепное природное средство для лечения острых респираторных заболеваний, бронхита и воспаления легких, при гастритах, язве желудка.

В ягодах черной смородины содержится в среднем 8% сахаров (преимущественно легкоусвояемых глюкозы и фруктозы), 2,5% органических кислот (яблочной, винной, лимонной), красящие и пектиновые вещества, микроэлементы (медь, марганец, железо, алюминий), летучие фитонциды, эфирные масла. Ягоды необычайно богаты калием -- веществом, выводящим из организма воду. Из витаминов содержатся В1, В2, РР, каротин.

Вишня

Вишня - диетический продукт, она повышает аппетит, улучшает процесс пищеварения. Плоды вишни оказывают легкое послабляющее воздействие.

Вишня обладает антисептическими и противовоспалительными свойствами. Вишневый сок утоляет жажду при повышенной температуре. Вишня благотворно влияет на центральную нервную систему, ее отвар применяли при психических заболеваниях и эпилепсии.

Слива

Сливы богаты витаминами и минералами, антицианинами, подавляющими опухолевые процессы.

Сливы - это замечательное средство для улучшения аппетита и уникальный источник витамина Е. Она способствует расслаблению гладкой мускулатуры внутренних органов организма. Варенье из слив дает легкий мочегонный и слабительный эффект и часто используется при лечении изжоги, запоров и других нарушений в работе желудочно-кишечного тракта.

Шиповник

Шиповник является настоящим рекордсменом по содержанию иммуностимулирующего витамина С, богаты плоды и витаминами А, К, Е, Р, антиоксидантами и другими минеральными и биологически активными веществами. Благодаря отсутствию токсичности, его можно принимать в любых дохах и количествах, не опасаясь развития побочных эффектов.

Отвары из шиповника являются желчегонным, поливитаминным, слабомочегонным, понижающим артериальное давление средством. Плоды и корни стимулируют выработку кровяных телец, укрепляют сосуды, улучшают пищеварение и аппетит, повышают сопротивляемость организма к простуде и различным инфекциям.

Сок и чай из шиповника полезен для почек, желудка, печени и всего желудочно-кишечного тракта, выводит соли, токсины и шлаки из организма, нормализует кровообращение, активизирует обмен веществ, улучшает память, замедляет старение, предотвращает атеросклероз, дарит хорошее настроение и бодрость.

Облепиха

Плоды облепихи и облепиховое масло уменьшают боли и прекращают воспалительные процессы, ускоряют грануляцию и эпителизацию тканей, способствуют быстрому заживлению ран и обладают бактерицидным и поливитаминным действием.Масло облепихи используют и для приема внутрь и для наружного применения. Оно обладает болеутоляющим эффектом, ранозаживляющими и противовоспалительными свойствами. Лечит пролежни, трофические язвы, гнойные раны, ожоги.

Употребляя облепиху регулярно и в небольших количествах, можно избежать многих заболеваний и поддерживать организм в зимний период.

Облепиховое масло незаменимо при ринитах, фарингитах, ларингитах, тонзиллитах. Листья облепихи накапливают дубильные вещества, которые являются действующим началом лекарственного средства -- гипорамина, обладающего противовирусной активностью. Получаемый из листьев облепихи гипорамин в форме таблеток для рассасывания применяется как лечебно-профилактическое средство при гриппе (А и В), а также при лечении других острых респираторных вирусных инфекций.

Антоцианы оказывают бактерицидное действие - они могут уничтожать различные виды вредоносных бактерий.

Полезные свойства антоцианов используются в медицине при производстве различных биологических добавок, особенно для применения в офтальмологии. Ученые обнаружили, что антоцианы хорошо накапливаются в тканях сетчатки. Они укрепляют ее сосуды, уменьшают ломкость капилляров, как это бывает, например, при диабетической ретинопатии. Антоцианы улучшают строение волокон и клеток соединительной ткани, восстанавливают отток внутриглазной жидкости и давление в глазном яблоке, что используют при лечении глаукомы.

Антоцианы являются сильными антиоксидантами - они связывают свободные радикалы кислорода и препятствуют повреждению мембран клеток. Это тоже положительно сказывается на здоровье органа зрения. Люди, регулярно употребляющие в пищу богатые антоцианами продукты, имеют острое зрение. Также их глаза хорошо переносят высокую нагрузку и легко справляются с утомляемостью.

Применение и биохимическая роль природных индикаторов.

Свойства природных индикаторов имеют широкое применение (приложение 3).

2.3 Исследование природных объектов на возможность использования их в качестве индикаторов

Для исследования были взяты плоды: облепиха, черная смородина, вишня, слива, шиповник.

Отделили соцветия от стеблей и растерли в фарфоровых ступнях до получения однородной массы. Разложили по колбам и провели экстракцию с помощью органического растворителя - ацетона. Колбы плотно прикрыли пробками и выдержали в течении недели. Экстракт отделили от основной массы и в полученный раствор опустили нарезанные фильтровальные бумажки. После пропитки их вынимали, высушивали при комнатной температуре, определяя цвет исходного экстракта на фильтровальной полоске. Затем одну полоску опускали в воду, вторую в NaOH, третью в HCl.

Результаты исследования (приложение 4).

Вывод:

Растения, содержащие антоцианы обладают не только как индикационными свойствами, но и как рядом других полезных свойств.

Они широко используются в традиционной и нетрадиционной медицине. Синтез антоцианов в листьях растений в условиях антропогенного загрязнения может служить диагностическим признаком экологического состояния среды.



ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Химия - это наука, которая непосредственно связана с практической деятельностью человека. Исследуя растения на индикационные свойства, я определила, что в плодах, листья и цветах растений содержатся красители, обладающие индикаторными свойствами. В природе таких веществ большое количество. Получить растительные индикаторы можно из любого вида сырья (сахарного сиропа, свежих ягод, листьев и цветов растений) в виде отваров, вытяжек и сока.

Чтобы какое-либо вещество могло служить индикатором, оно должно удовлетворять следующим необходимым условиям:

* должно быть слабой кислотой или слабым основанием;

* его молекулы и ионы должны иметь разную окраску;

* окраска их должна быть чрезвычайно интенсивной, чтобы быть заметной при добавке к испытуемому раствору малого количества индикатора.

К сожалению, почти у всех природных индикаторов есть серьезный недостаток: их отвары довольно быстро портятся - скисают или плесневеют.

Поэтому отвар их надо готовить непосредственно перед опытом, но чаще используются более устойчивые спиртовые растворы. Другой недостаток - слишком широкий интервал изменения цвета. Поэтому в химических лабораториях используют синтетические индикаторы, резко изменяющие свой цвет в достаточно узких границах рН.

Рекомендации

· Природные индикаторы можно использовать на уроках химии, элективных курсах.

· Растительные индикаторы можно использовать в быту. Сок столовой свеклы в кислой среде изменяет свой рубиновый цвет на ярко-красный, а в щелочной - на желтый. Зная свойство свекольного сока, можно сделать цвет борща ярким. Для этого к борщу следует добавить немного столового уксуса или лимонной кислоты.

· Для определения состава лекарств, которые употребляют для лечения, можно использовать природные индикаторы.

· Результаты исследовательской работы можно использовать для определения рН (водородный показатель) различных растворов, например, молочных продуктов, бульонов, лимонада и других, а также для определения кислотности почвы, так как на одной и той же почве в зависимости от ее кислотности один вид растений может давать высокий урожай, а другие будут угнетенными.



БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК

1. Артамонов В.И. Занимательная физиология растений. - М.: Агропромиздат, 1991. - 337с.

2. Байкова В.М. Химия после уроков. Петрозаводск «Карелия», 1976. - 175 с.

3. Большая Советская Энциклопедия: в 30 т.: т. 2 / Гл. ред.: Прохоров А.М. -- М.: Сов. Энцикл., 1970. -- 97 с.

4. Меженский В.Н. Растения-индикаторы. М.: ООО «Издательство ACT»; Донецк: «Сталкер», 2004 -- 76 с.

5. Оганесян Э. Т. Руководство по химии поступающим в вузы. - М.: Высш. школа, 1991. - 464с.

6. Семенов П.П. «Индикаторы из местного растительного материала», // журнал Химия в школе. №1, 1984 - 73 с.

7. Химическая энциклопедия: в 5 т.: т. 2 / Гл. ред.: Кнунянц И.Л. - М.: Сов. Энцикл., 1990 - 671 с.

8. Энциклопедия для детей. Том. 17. Химия / Гл. ред.: Володин В.А. - М.: Аванта+, 2002 - 640 с.

9. http://www.edudic.ru/. Биофлавоноиды. Химическая энциклопедия

10. http://ru.wikipedia.org/wiki/. Лакмус. Википедия. Свободная энциклопедия.

11. http://www. moizveti.ucoz.ru/. Мой цветочный мир.

12. http://travi.uvaga.biz/. Антоцианы. Лечебные травы.

13. http://www.valleyflora.ru/. Удивительный мир растений.



ПРИЛОЖЕНИЕ 1

Названия растительных пигментов

Название	Сокращённое название	R1	R2	R3	R4	Нахождение в природе
Пеларгонидин	Pgd E 163d	H	H	Glu Ara	H	Малина, клубника, виноград
Цианидин	Cyd Е 163а	OH	H	Soph Gal Glu Ara Rut Xyl-rut Glu-rut	H	Клубника, вишня, арония, брусника, черника, клюква, ежевика, гранат, малина, слива, черешня, виноград, черная смородина, красная смородина, жимолость
Пеонидин	Pnd E 163e	OMe	H	Glu Ara Gal	H	Черника, ежевика, клюква, черешня
Дельфинидин	Dpd Е 163b	OH	OH	Gal Glu Rut Ara	H	Вишня, черника, виноград, черная смородина, гранат
Петунидин	Ptd E 163f	OMe	OH	Gal Glu	H	Черника, виноград
Мальвидин	Mvd E 163c	OMe	OMe	Glu	H	Клубника, черника, виноград

Общая формула антоцианов.

ПРИЛОЖЕНИЕ 2

Растения, содержащие антоцианы

Фиалка

Черная смородина

Вишня

Слива

Облепиха

Шиповник



ПРИЛОЖЕНИЕ 3

Применение природных индикаторов



ПРИЛОЖЕНИЕ 4

Изменение окраски экстрактов в кислых, щелочных и нейтральных средах

Сырье для приготовления индикаторов	Экстракт	Цвет раствора
		в кислой среде рН > 7	в щелочной среде рН < 7	в нейтральной среде рН=7
Вишня	Бледно-желтый	Бледно-желтая	Бледно-розовая	бесцветная
Облепиха	Бесцветный	Бесцветный	Желтый	Бесцветный
Черная смородина	Розовый	Бледно-розовый	Розовый	Розовый
Слива	Бесцветная	Бесцветная	Бесцветная	Бесцветная
Шиповник	Бледно-оранжевый	Оранжевый	Бледно-оранжевый	Бледно-оранжевый

Размещено на Allbest.ru

...