Влияние автошампуня на почву и организм человека

Всероссийский конкурс проектно-исследовательских работ учащихся

Муниципальное казенное образовательное учреждение

«Средняя общеобразовательная школа п. Ола»

Полный адрес: 685910, Магаданской области, Ольский район, поселок Ола, ул. Ленина д.52

Тема исследования:

«Влияние автошампуня на почву и организм человека»

Автор: Дробышев Иван Олегович,

9 класс

Научный руководитель: Фандеева Яна Дмитриевна,

учитель химии- биологии, аспирант ДальГАУ

 2014-2015 учебный год

Содержание

Введение …………………………………………………………………………. 2

1.Теоретическая часть …………………………………………………………... 4

1.1. Химический состав автошампуней, их свойства…………………………..4

1.2. Технические параметры исследуемого образца автошампуня……………5

1.3. Каково влияние автошампуня  на организм человека и окружающую

       среду…………………………………………………………………………..6

2. Практическая часть…………………………………………………………….9

2.1. Качественное определение химических элементов почвы………………..9

2.2. Методика оценки целлюлозоразрушающей активности почвы…………12

2.3. Проверка автошампуня на химические составляющие…………………..13

Заключение……………………………………………………………………...16

Список используемой литературы……………………………………………..17

                                                           Введение

Автомобиль во многом упрощает жизнь человека. Благодаря личному транспорту, человек может планировать свою жизнь в соответствии с динамичным скоростным ритмом. Современные химические средства для автомобилей способны, что называется, творить чудеса. Заботящиеся о своем автомобиле владельцы используют для его помывки специальный автошампунь. Он позволяет «смягчать» воду, а также создавать эффективный временный слой, противодействующий появлению царапин на кузовном слое краски. Кроме того, качественные автомобильные шампуни позволяют лучше удалять следы грязи с поверхности кузова любого автомобиля, даже если его возраст далек от того, чтобы авто можно было назвать новым.

Но не много автовладельцев задумываются о влияние автошампуней на биологические системы, а продавцы очень часто используют пометки, что они экологически безопасны. В результате этого мы решили провести исследование по изучению действия автошампуня и сформулировали  цель: определить влияние автошампуня на почву и организм человека.

Для реализации цели были поставлены следующие задачи:

1. Найти и изучить литературу по данной теме;
2. Провести в школьной лаборатории ряд исследований, по выявлению химического состава автошампуня, влияния его на почву, микроорганизмы и человека;
3. Ознакомить с результатами исследования  на классном часе своих сверстников, с целью донесения их до взрослого населения.

Объект исследования: почва

Предмет исследования: автошампунь

Гипотеза: Правда ли, что автошампунь загрязняет окружающую среду и отрицательно влияет на организм человека?

Методика исследования:

1. Изучение состояния вопроса;
2. Подбор литературы;
3. Подбор методик для лабораторных исследований;
4. Анализ полученных данных и разработка выводов.

1. Теоретическая часть

1. Химический состав автошампуней, их свойства

Состав автошампуней:

• Поверхностно-активные вещества (ПАВ) – химические соединения, которые, концентрируясь на поверхности раздела термодинамических фаз, вызывают снижение поверхностного натяжения [1]. Доля этих веществ в шампуне составляет от 5 до 30 %. Находясь во взаимодействии с очищаемой поверхностью формирует своеобразный клин, который вытесняет грязь, отслаивая ее с поверхности лакокрасочного покрытия. ПАВ диспергируют (то есть очень сильно измельчают) загрязнения, при этом, не давая их маленьким частичкам слипаться опять. ПАВ на кузове образуют микропленку, которая является электропроводником, благодаря чему краска перестает накапливать статическое электричество и притягивать к себе пыль;
• Краситель – химические соединения, обладающие способностью интенсивно поглощать и преобразовывать энергию электромагнитного излучения в видимой и в ближних ультрафиолетовой и инфракрасной областях спектра и применяемые для придания этой способности другим телам [6];
• Консервант – это добавка, применение которой позволяет увеличить срок хранения и реализации продуктов. В промышленности используются консерванты Е200-Е299, хотя применение тех или иных веществ из этого списка может быть ограничено [5];
• Парфюмерные отдушки – это смесь синтетических и полусинтетических композиций, которую добавляют в духи и различные косметические препараты. По химическому составу различают три вида отдушек: натуральные, синтетические, полисинтетические [8];
• Вода – является хорошим растворителем;
• Восковые эмульсии – дисперсная система, состоящая из микроскопических капель жидкости (дисперсной фазы), распределенных в другой жидкости (дисперсионной среде). Играет роль смазки, оберегая краску от царапин [3];
• Органические  растворители – это соединения, способные растворять различные вещества [2]. Группы органических растворителей: 1) углеводороды, 2) спирты, 3) сложные эфиры. Эти соединения в воде нерастворимы, хорошо растворяют жиры, масла, некоторые смолы, каучук, но не растворяют эфиров целлюлозы;
• Силиконовое масло – жидкие кремнийорганические полимеры, кремниевые аналоги органических соединений, где некоторые атомы углерода замещены на атомы кремния [9];
• Антикоррозионные добавки – дополнительный барьер против коррозии для «пожилых» и, часто эксплуатируемых в зимнее время машин, а также для автомобилей с дефектами.

2. Технические параметры исследуемого образца автошампуня

Автошампунь KERRY KR-305

Производитель: ЗАО «Эльф-Филлинг», Россия.

Емкость: 335 мл.

Состав: лаурил сульфат натрия этоксилированный, диэтаноламид кокосового масла, неонол АФ-9-10, хлорид натрия, парфюмерная отдушка, вода.

Рекомендованная дозировка: 2-3 колпачка на 10 литров воды.

Заявленные свойства: концентрированный автошампунь для ручной мойки автомобиля. Очищает и удаляет все виды загрязнений с окрашенных поверхностей автомобиля. Обеспечивает блеск кузова в течение длительного времени, создавая защитную пленку. Содержит антикоррозийные добавки. Практически полностью биоразлагаем.

Способ применения: Подготовить раствор средства. Нанести на кузов автомобиля с помощью губки и протереть до полного удаления загрязнений. Смыть водой.

3. Как автошампунь влияет на организм человека и окружающую среду

Влияние автошампуня на организм человека

Неприятный запах в процессе мойки машин вызывается, как правило, содержанием в некоторых шампунях органическими растворителями. Покраснения кожи возникают из-за высокого содержания щелочи в продукте. При работе в замкнутом боксе, без вентиляции даже самый бережный шампунь вызовет в процессе работы раздражение кожи и першение в горле, вследствие накопления в воздухе моющих компонентов. При работе с открытыми воротами (обычно летом) в ветреную погоду возникают сильные турбулентные воздушные потоки, которые создают из наносимого автошампуня визуально невидимый аэрозольный туман, который вызывает першение в горле и кашель. Чем меньше в автошампуне летучих соединений, поражающих слизистые оболочки, тем он более безопасней для человека.

В экспериментах на животных ученые (Голубева, 2006) установили, что ПАВ существенно изменяют интенсивность окислительно-восстановительных реакций, влияют на активность ряда важнейших ферментов, нарушают белковый, углеводный и жировой обмен. Особенно агрессивны, в своих действиях, анионные ПАВ. Они способны вызвать грубые нарушения иммунитета, развитие аллергии, поражение мозга, печени, почек, легких.

Влияние автошампуня на окружающую среду

Большинство ПАВ придают воде стойкие специфические запахи и привкусы, а некоторые из них могут стабилизировать неприятные запахи, обусловленные другими соединениями. Так, содержание в воде ПАВ в количестве 0,4-3,0 мг/дм3 придаёт ей горький привкус, а 0,2 -2,0 мг/дм3 - мыльно керосиновый запах. Преобладающее большинство ПАВ (более 95%) относится к 3‑му и 4‑му классам опасности (умеренно- и малотоксичные). Пороговые концентрации их биологического действия, как правило, в 30–50 раз выше установленных ПДК (0,1–0,5 мг/л), что обеспечивает надежную защиту человека и окружающей среды.

В случае если уровни загрязнений ПАВ в воде превышают ПДК в 10–20 раз, это приводит к ухудшению, в первую очередь, органолептических качеств воды, не повышая существенно, гигиенической опасности по ее токсичности для человека, животных и птиц. Однако при этом возможно появление на поверхности воды пены, в которой концентрируются и активно размножаются полезные и патогенные микроорганизмы.

Одним из основных физико-химических свойств ПАВ является высокая пенообразующая способность, причём в сравнительно низких концентрациях (порядка 0,1-0,5 мг/дм3). Возникновение на поверхности воды слоя пены затрудняет тепло-массообмен водоёма с атмосферой, снижает поступление кислорода из воздуха в воду (на 15-20 %), замедляя осаждение и разложение взвесей, процессы минерализации органических веществ, и тем самым, ухудшает процессы самоочищения. Некоторые нерастворимые ПАВ при попадании на поверхность воды образуют нерастворимые пленки, распространяющиеся при достаточной площади растекания в монослои.

ПАВ несколько тормозят распад канцерогенных веществ, угнетают процессы биохимического потребления кислорода, аммонификации и нитрификации.

Они распространяются течением и ветром на значительные расстояния, и тем самым стабильные молекулы ПАВ создают угрозу здоровью населения. Присутствие ПАВ повышает также степень опасности других вредных веществ, находящихся в воде и почве при последующих их перемещениях по пищевым цепочкам [7].

Учитывая уровень производства, распространенность в объектах окружающей среды, широкомасштабное применение в различных отраслях промышленности и быту, можно утверждать, что наиболее значимыми являются анионные ПАВ. При значительном загрязнении почвы тяжелыми металлами, нитратами и присутствии детергентов, последние повышают подвижность токсикантов по вертикальному профилю почвы и их переходу с почвы в растениеводческую продукцию. При этом сами детергенты, в присутствии в почве других загрязнителей, в частности металлов, также мигрируют в грунтовые воды и транслоцируются в сельхозкультуры в больших количествах, чем в случае присутствия ПАВ в почве в изолированном виде.

2. Практическая часть

1. Качественное определение химических элементов почвы

  Методика проведения полевых работ. При почвенно-агрохимическом обследовании поле делят на участки (площадью 1-10 га), которые называют элементарными. С каждого такого участка отбирают один смешанный почвенный образец, его составляют из 10-20 индивидуальных проб почвы. Взятые образцы дают представление обо всей обследуемой территории.

      При агрохимическом обследовании садов недостаточно брать только смешанные образцы из поверхностного слоя почвы, так как корневая система плодовых культур проникает глубоко в почву. Поэтому в садах, кроме смешанных, отбирают еще и индивидуальные образцы из почвенных прикопок (ям) до глубины 40-60 см.

Время отбора почвенных образцов. Отбор почвенных образцов лучше проводить в весенний или осенний период, когда растительный покров или еще недостаточно развит, или растения уже убраны с поля.

Способы взятия смешанных образцов. Взятие почвенных образцов - это ответственная и трудоемкая работа. Их отбирают лопатой или почвенным буром. При этом копают небольшую яму на глубину пахотного горизонта и одну стенку ее делают отвесной. С отвесной стенки срезают лопатой пласт почвы (на всю глубину ямы) толщиной около 5 см. Такой слой почвы кладут на землю и из средней его части вырезают широким ножом вертикальный столбик. Это и будет индивидуальный почвенный образец. Его объем  должен быть приблизительно 500 см3 (полная пол-литровая банка). Когда будут собраны в ведро все индивидуальные образцы с элементарного участка, всю почву из ведра высыпают на клеенку, тщательно перемешивают  руками и распределяют тонким ровным слоем. Затем берут из 10-15 мест по горсти почвы и пересыпают в банку (0,5 л). Получают смешанный образец.                          

Ход работы:

Опыт № 1.Приготовление почвенной вытяжки и определение основных составляющих элементов в почве

1. Приготовление водной вытяжки.

     Пробу почвы тщательно разотрите в фарфоровой ступке. Возьмите 25 г почвы, поместите её в колбу ёмкостью 200 мл и прилейте 50 мл дистиллированной воды. Содержимое колбы тщательно взболтайте и дайте отстояться в течение 5-10 мин., а затем отфильтруйте в колбу ёмкостью 100 мл.

2. Качественное определение содержания карбонат-ионов в почвенном образце.  

     Небольшое количество сухой почвы поместите в фарфоровую чашку, и прилейте пипеткой несколько капель 10% раствора соляной кислоты. Если почва соли угольной кислоты, то наблюдается характерное «шипение» - выделение при реакции оксида углерода. По интенсивности выделения газа судят о более или менее значительном содержании карбонатов в почве. Вывод: в почве содержится минимальное количество карбонат-ионов, «шипение» незначительное, образуются мокрые комки.

3.Качественное определение содержания хлорид –ионов.  

     В пробирку прилейте 5 мл водной вытяжки и добавьте в неё несколько капель 10% раствора азотной кислоты и с помощью пипетки 1-2 капли 0,1 н раствора нитрата серебра. При наличии хлорид-ионов в почвенной вытяжке  в количестве  десятых долей процента и более происходит образование белого хлопьевидного осадка. При содержании хлорид-ионов в количестве сотых и тысячных долей процента осадка не выпадает, но раствор мутнеет. Вывод: наблюдали помутнее раствора, значит, в почвенной вытяжке содержатся сотые и тысячные доли процента хлорид-ионов.

4. Качественное определение содержания сульфат-ионов.  

     В пробирку прилейте 5 мл водной вытяжки, добавьте в неё несколько капель концентрированной соляной кислоты и с помощью пипетки прилейте 3-3 мл 20% раствора хлорида бария. При наличии сульфатов в водной вытяжке в количестве нескольких десятых процента и более происходит выпадение белого мелкокристаллического осадка. Сотые и тысячные доли процента сульфатов в растворе определяются помутнением раствора. Вывод: образовалось кольцо на поверхности разделения фаз, раствор помутнел, значит, в почвенной вытяжке содержатся сотые и тысячные доли процента сульфат-ионов.

6.Качественное определение нитрат – ионов.

      В пробирку налейте 5 мл фильтрата водной вытяжки почвы и по каплям прибавьте раствор дифениламина в серной кислоте. Вывод: выпадает осадок молочного цвета, плотной консистенции, происходит медленное его растворение, при котором наблюдается флюоресценция (свечение) раствора, значит, в почвенной вытяжке находится незначительный уровень нитрат-ионов.

Опыт №2. Обнаружение тяжелых металлов в почве 

        А) Обнаружение ионов свинца: в пробирку с почвенным раствором добавили 1 см раствора йодида калия. Вывод: видимых изменений в образце не обнаружили.

        Б) обнаружение ионов меди: в пробирку налили на ¼  ее высоты раствор почвы, прилили в нее 2-3 см. (избыток) раствора аммиака, перемешали содержимое пробирки. Вывод: в исследуемом образце не обнаружили ионы меди.

        В)  Обнаружение ионов железа ( II и III ). В две пробирки внести по 3 см. вытяжки. В первую очередь прилить несколько капель раствора красной кровяной соли K3[Fe(CN)6], во вторую – несколько капель 10% - го раствора роданида калия KSCN. Появившееся синее окрашивание в первой пробирке и красное во второй, свидетельствует о наличие в почве соединений железа (II) и железа (III). По интенсивности окрашивания можно судить об их количестве. Вывод: в почвенной вытяжке нет видимых изменений, значит в растворе не  содержатся ионы железа( II и III ).  

2.2. Методика оценки целлюлозоразрушающей активности почвы

            В школьной лаборатории готовили растворы автошампуня (1:10; 1:20; 1:30). Каждой концентрации раствора было присвоено название соответствующей дозы.

Мы использовали методику из практикума по микробиологии Е.З. Тепперова [6].

           В керамические чашечки закладывали по 10г почвы, на которую сверху помещали одинаковые кусочки фильтровальной бумаги. Каждые 2-3 дня почву поливали рабочими растворами, указанными в таблице 1, а контроль – водой.

Опыт №1. Качественная и количественная характеристики влияния растворов автошампуня на целлюлозоразрушающую активность почвы

Цель: Оценить влияние доз автошампуня на ЦРА.

Материалы и оборудование:  стерильные фарфоровые чашки, стеклянные крышки,  ложки,  стерильные стаканчики, стерильные пипетки, фильтровальная бумага, автошампунь.

Ход работы:

           Схема опыта

1-контроль; 2-автошампунь – доза 1:10; 3-автошампунь - доза 1:20; 4-автошампунь - доза 1:30. Растворы исследуемых веществ изменяли разрушающую деятельность почвы. Результаты опыта мы занесли в таблицы 1 и 2.

Таблица 1

Влияние разных доз автошампуня на ЦРА почвы

           В таблицах знаком (+) обозначено наблюдаемое разрушение бумаги (число знаков отражает степень разрушения).

Таблица 2

             Влияние автошампуня на ЦРА микрофлоры почвы

Вывод:

1. Автошампунь непосредственно влияет на целлюлозоразрушающую активность почвы, это наблюдается в изменении цвета и структуры фильтровальной бумаги;
2. В присутствии увеличенных доз автошампуня интенсивность цвета (побурение) увеличивается, а также способствует развитию одной или нескольких групп микроорганизмов.

2.3. Проверка автошампуня на химические составляющие

Опыт 1. Проверка среды автошампуня

Мы исследовали среду автошампуня, используя универсальный индикатор.

Вывод: рН автошампуня равен 10, среда сильно щелочная.

Опыт 2. Проверка на наличие формальдегида в составе автошампуня

К пробе прилили аммиачный раствор оксида серебра и нагрели в пламени спиртовки (реакция «серебреного зеркала»)

HCOOH + 2[Ag(NH3) 2]OH →HCOONH4 + 2Ag + 3NH3

Вывод:  наблюдали окрашивание раствора в черный цвет, значит, формальдегид в автошампуне отсутствует.

Опыт 3. Проверка на содержание многоатомных спиртов

К свежеприготовленному гидроксиду меди (II) приливали раствор автошампуня.

Вывод: наблюдали образование кольца на поверхности раствора, осадок черного цвета, т.е. наличие многоатомных спиртов не обнаружено.

Опыт 4. Проверка на наличие сульфат-ионов

     В пробирку прилейте 5 мл автошампуня, добавьте в неё несколько капель концентрированной соляной кислоты и с помощью пипетки прилейте 3-3 мл 20% раствора хлорида бария.

Вывод: выпадает кристаллический  осадок белого цвета, значит содержание сульфат-ионов в образце в большом количестве.

Заключение

В результате исследования мы пришли к следующим выводам:

1. В автошампуне было обнаружено большое количество сульфат-ионов (лаурил сульфат натрия), которые при длительном применении этого вещества, могут накапливаться в клетках кожи, нарушая процесс формирования защитного эпидермального слоя. Впоследствии может привести к сухости кожи, шелушению, появлению дерматитов.
2. Кожа у человека имеет показатель среды равный 6. При исследовании среды автошампуня было обнаружено, что его среда сильно щелочная (рН=10), что способно вызвать контактную аллергическую реакцию;
3. Автошампунь во всех концентрациях замедлял процессы разрушения фильтровальной бумаги, значит, происходило подавление активности групп целлюлозоразрушающих микроорганизмов в почве;
4. При исследовании почвы, отобранной с придомового участка постоянно поддающегося действию автошампуня, не найдено тяжелых металлов,  а остальные группы находятся в незначительном количестве, но при неправильной эксплуатации может привести к нарушению почвенного покрова.

Список используемой литературы

1. Абрамзон А. А., Гаевой Г. М. (ред.) Поверхностно-активные вещества. — Л.: Химия, 1979. — 376 с.
2. Райхардт X.. Растворители в органической химии, пер. с нем., Л., 1973.
3. Эмульсии / Под ред. А. А. Абрамзона. — Химия, 1972. — 447 с.
4. Кричевский Г. Е. , Корчагин М. В.,  Сенахов А. В.   Химическая технология текстильных материалов : Учеб. для вузов по спец. «Хим.-технология и оборуд. отделоч. пр-ва». -  Легпромбытиздат, 1985. - 640 с.
5. Орещенко А.В., Берестень А.Ф. О пищевых добавках в продуктах питания. М.: Пищевая промышленность, 6, 1998.
6. Практикум по микробиологии: Учебное пособие для вузов / Е.З. Тепперов, В.К. Шильникова, Г.И. Переверзева; Под. ред. В.К. Шильниковой.-5-е.,перераб. и доп.- М.: Дрофа,2004.
7. www.aquaria.com.ua/coretra.html
8. http://www.florusin.ru/perfumery_materials/
9. http://ru.wikipedia.org