7. KÉMIKUS DIÁKSZIMPÓZIUM

7. KÉMIKUS DIÁKSZIMPÓZIUM ELŐADÁSKÖTET

SZERKESZTETTE: CSÓKA BALÁZS, KILÁR FERENC, KISS IBOLYA

Pécs, 2011. április 1-3.

2

SZERVEZŐ INTÉZMÉNYEK Pécsi Tudományegyetem Természettudományi Kar, Analitikai és Környezeti Kémia Tanszék Ciszterci Rend Nagy Lajos Gimnáziuma Magyar Kémikusok Egyesülete

Szervezőbizottság Dr. Kilár Ferenc (a konferencia elnöke) Dr. Kiss Ibolya (a Szervezőbizottság elnöke) Dr. Csóka Balázs Mostbacher Éva Dr. Jánosi László Sándor Viktor Visontai Antal

A Szimpózium támogatói PÉCSI TUDOMÁNYEGYETEM EURÓPA KULTURÁLIS FŐVÁROSA 2010 – PÉCS B&K 2000 KFT. MOZAIK KIADÓ SYMETRON KFT. AKADÉMIAI KIADÓ ABL&E-JASCO MAGYARORSZÁG KFT. UNICAM MAGYARORSZÁG KFT. VIALAB MAGYARORSZÁG KFT. SIGMA-ALDRICH KFT. MERCK KFT. KVALITEX KFT. MOL CSOPORT ANALITIKAI ÉS KÖRNYEZETI KÉMIA TANSZÉK

Kiadja a PTE TTK Analitikai és Környezeti Kémia Tanszék Felelős szerkesztő: Dr. Kilár Ferenc, egyetemi tanár ISBN 978-963-642-468-8 Tördelőszerkesztő: Csóka Balázs Nyomtatta a PTE ÁOK Nyomdája Vezető: Ollmann Ágnes

3

TARTALOM Szervetlen és Analitikai Kémia Szekció Borsi-Lakatos Boglárka, Réz Dóra: A "szénéleg-kéneg" nyomában Baranyában ............................................................................................. 5 Demeter Dóra, Simon Dominika: Évszázadok színei: az ásványi festékek... 6 Eördög Ádám: Primer alkoholok szerkezet vizsgálata folyadékfázisban, Rayleigh-szóráson alapuló mérésekkel................................................. 11 Fekete Ádám: Az oxi-aktív mosóporok titka............................................... 12 Gyarmati Dénes, Szabó Ákos: A vörösiszap nehézfémtartalmának vizsgálata............................................................................................... 18 György Botond, Baricz Anita: Nitrát és a dohányzás .................................. 19 Halmos László: Szén nanocsövek asszociációja folyadékfázisban ............. 22 Lengyel Ákos, Lengyel Boglárka: A fűszerpaprika egyes alkotóanyagainak vizsgálata ................................................................ 23 Patus Eszter: Biomassza anyagok vizsgálata termoanalitikai módszerekkel ........................................................................................ 24 Takács Gergő, Vass Ákos: Csallóköz vizének minősége ........................... 26 Vámi Tamás Álmos: Multiferroikus vasoxidok elektromos és mágneses állapotainak vizsgálata .......................................................................... 27 Szerves és Biokémia Szekció Andrási Barbara, Csiki Barbara: Népek itala: a tea ..................................... 37 Andres Violetta: Teaminőség - minőségi teák? ........................................... 43 Angi Borbála, Nagy Rebekka: Szénsavas üdítő (?) italok ........................... 65 Csicsiri Dorottya, Kiovszky Evelyn: Az indigó nyomában - Baranyában... 73 Fényszárosi Sára: Alkoholfogyasztás és alkoholszint, avagy mennyi az annyi? ............................................................................................... 74 Ilyés Norbert, Birtalan Andrea: C-vitamin otthon ....................................... 75 Jezsó Bálint: "Verseny a reakciókért", avagy alifás-halogenidek konkurens reakciói ................................................................................ 78 Sör Kristóf: Növények "zöldségének" változása ......................................... 83 Szferle Ildikó: Az acetofenon folyadék fázisú heterogén katalitikus hidrogénezése........................................................................................ 87 Ürögi Barbara, Gálffy Gergely: Mit tudhatunk meg a vérből?.................... 92 Végh Nimród: Serdülőkori stresszorok........................................................ 93 Alkalmazott Kémia Szekció Azzouz Levente, Vladár Róbert: Káros anyagok az üdítőitalokban - Avagy gondolkozzunk, mielőtt iszunk!............................................................ 95 Bánlaki Eszter, Kiss Zsófia: Egy rendkívüli asszony rendkívüli felfedezése............................................................................................. 96

4 Bodosi Eszter, Para Attila: Mindennapi élelmiszereink .............................. 97 Csobán Eszter, Kovács Gyöngyvér: Tudatmódosító szerek kimutatása és hatása .............................................................................................. 113 Egyed Bálint: Ha az üdítő beszélni tudna … ............................................. 119 Gulyás Noémi, Gulyás Dávid: Ragasztóanyagok ...................................... 126 Hazai Viktor, Szombathelyi Tamás: Robbanószerek ................................ 127 Prokaj Miklós, Börzsei Péter, Sikesdi Petra: Mérgek ................................ 128 Analitikai és Környezeti Kémia Szekció Dobi Réka: A francia paradoxon nyomában.............................................. 129 Együd Bence, Krähling Ákos: Nehézfémionok akkumulációjának vizsgálata gombákban ......................................................................... 134 Faragó Zsolt: Bioindikátorok szerepe vízminőség-vizsgálatokban – BISEL, avagy egy humán realista megfigyelései ............................... 144 Farkas József: Menta illóolaj - de milyen? ................................................ 154 Fejdi Emma: Vajdaság artézi vizeinek vizsgálata konduktometriás méréssel............................................................................................... 160 Geréd Juliánna, Keresztes Réka: Laboratóriumi szintű szakaszos szennyvíztisztítás ................................................................................ 161 Mátyás Botond-Barna, Pünkösti Zsolt, Szonda Gellért: Sepsiszentgyörgy környéki vizek elemzése ..................................................................... 163 Molnár Dániel: A politejsav....................................................................... 165 Rózsa Tibor, Fekete Krisztián: Az alumíniumgyártás és a vörösiszap keletkezése .......................................................................................... 170 Poszter Szekció Anitics Tamás: Tüzelőanyag-cellák........................................................... 173 Darvas Lilla: Madame Curie élete és munkássága .................................... 174 Faragó Zsolt: Zánkai vízminőség!?............................................................ 177 Fülöp Laura, Moós Gergely: Élővizek szervesanyag-szennyezettsége Magyarországon.................................................................................. 179 Lengyel Ákos, Lengyel Boglárka: A réz korróziójának vizsgálata kénsavas oldatokban inhibítor jelenlétében ........................................ 186 Mátéffy Kornél: Füstgázok nitrogén-oxid tartalmának ártalmatlanítása ... 187 Mátéffy Kristóf: Cukorinverzió sebességi állandójának meghatározása polarimetriás méréssel ........................................................................ 188 Ürmös Bettina: A vörösiszap "biológiai" hatásai....................................... 189 Mutatók..... ............................................................................................... 191

5

SZERVETLEN ÉS ANALITIKAI KÉMIA SZEKCIÓ A „SZÉNÉLEG-KÉNEG” NYOMÁBAN – BARANYÁBAN Borsi-Lakatos Boglárka és Réz Dóra Felkészítő tanár: Oláh Gábor Péter Patrona Hungariae Gimnázium, Budapest, Magyarország 1. 2. 3. 4.

Than Károly felfedése - a Gyógyszerészi Hetilap (1867) cikke alapján A szén-oxid-szulfid szerkezete és tulajdonságai A szén-oxid-szulfid jelentősége Kísérleti rész: - szén-oxid-szulfid előállítása - szén-oxid-szulfid - érzékszervi, oldási, kémiai - vizsgálata 1. (Than Károly néhány kísérlete nyomán) - a titokzatos sárga melléktermék vizsgálata 5. Látogatás a Harkányi Gyógyfürdőben 6. Összefoglalás

6

ÁSVÁNYI FESTÉKEK Demeter Dóra és Simon Dominika Felkészítő tanár: dr. Varga Márta Szinyei Merse Pál Gimnázium, Budapest, Magyarország Az ásványi festékek keletkezése Az őskori ember számára természetes volt, hogy a környezetében lévő élő és élettelen természet változatos, színes világ. Közvetlen környezetét is a természetből vett jelenetek ábrázolásával díszítette, a legrégebbi festmények az őskori barlangrajzok. A régészeti vizsgálatok kiderítették, hogy már az őskor művészei is használtak olyan ásványokból készült színes festékeket, mint napjaink festői. A Lascaux-barlang 15 ezer éves falfestményei sárga, vörösesbarna, fekete színekkel készült alkotások, amelyek híven tükrözik az akkori ember környezetét: a földet, a sziklákat, az állati bőrt és vért. Festékeik ásványi eredetű, könnyen hozzáférhető ún. földfestékek, amelyek fém-oxidokat, elsősorban vas-vegyületeket tartalmaztak. A festékeket feltehetően állati zsírral keverve használták.[1] Az egyiptomi falfestményeken a vörös, a sárga, a barna okker, a gipszfehér és a koromból nyert fekete a leggyakoribb szín. Később megjelentek a különböző ásványok porából készített festékek: a sárga auripigment, a kék lápisz lazuli, a zöld malachit és krizokolla. A pigmenteket vékony rétegben vitték fel a vakolt felületre rajzolt vörös okker körvonalak közé. Az ókori görög és római művészek még több ásványból készítettek festéket, ólomércekből vörös, fehér és fekete pigmentet, de megjelent az égetett agyag terrakotta színe, a cobalt-kék és a cinóber-vörös is. [2] Ezek a festékek hosszú évszázadokon keresztül megmaradtak. A 18.-19. századig csak néhány új, mesterségesen előállított festékkel bővült a művészek palettája. A 18. századtól a vegyipar fejlődésével egyre több ásványi festéket állítottak elő mesterségesen.

A festék elkészítéséhez felhasznált ásványi anyagok, pigmentek A festék, kötőanyagból és a benne gyakorlatilag oldhatatlan, de jól diszpergált pigmentből készül. A pigmentek lehetnek ásványi, szervetlen eredetű vagy növényekből, esetleg állatokból kivont, szerves eredetű vegyületek. Az ásványi eredetű földfestékek sokkal tartósabbnak bizonyultak, mert fény-, víz- és hőálló színezékek. A többféle alkotórészt eltérő arányban tartalmazó festékek megszámlálhatatlanul sokféle színárnyalatot hoztak létre. Emiatt több különböző, eltérő árnyalatra utaló elnevezés is ugyanazt a kémiai vegyületet takarja. Például a kötőanyaggal kevert vas(III)-oxid alapú festék különféle neveken terjedt el: angol-, velencei-, spanyol-, indiai-, perzsa-, vagy pouzzoli vörös, amelyek színárnyalata csekély mértékben különbözik egymástól. [3] 1. táblázat A leggyakrabban használt festékek és kémiai összetételük (melléklet)

7 A földfestékek között a legrégebben ismert anyagok az okkerek, amelyek vasércek és földpátok mállásterméke. Kellemes sárgásbarna szín különböző árnyalatai alkotják, mint a világos- és aranyokker, valamint a vörösesbarna. Színüket a víztartalmú vas(III)-oxid és a vasoxid-hidroxid adja. Fedőképességüket egy színtelen vegyületnek, az alumíniumszilikátnak, Al2(OH)2Si2O5 köszönhetik. Színük annál világosabb, minél több bennük ez az agyagban megtalálható vegyület. A mélyebb, sötétebb árnyalatok víztartalma nagyobb, sok esetben mangánvegyületeket is tartalmaznak. A vörösesebb árnyalatok vas-oxidban gazdagabbak, a sötétbarna umbra szín szintén okkerfajta, de nagy a mangán-dioxid tartalma. A legismertebb piros festék ma is a cinóber. Gyakran alkalmazott festékfajta a zöldföld néhány változata. Az agyagföldet itt vas(II)szilikát színezi zöldre. Arányuktól függően a mély barnás-zöld különböző változatait hozzák létre. A szép kék és zöld festékszínek alapanyaga a bázisos réz(II)-karbonát, ilyen a kék azurit és a zöld malachit összetételű féldrágakő. A verdigris vagy más néven rézrozsda, mesterségesen előállított pigment. A régi recept szerint rézlemezt egy tömény ecetsavval töltött kád fölé akasztottak és ott hagyták néhány hétig. A képződött réz-acetátot lekaparták a lemez felületéről. Később ehhez arzént is kevertek így kapták a nagyon mérgező, de gyönyörű zöld, schweinfurti zöld színezéket. A fehér festékek közül az ólomfehér, a gipsz és a mész a legrégebb óta használt pigmentek. Sárgák közül az ún. nápolyi sárgát, amelyet a Vezúv lejtőin találtak és az auripigmentet használták már az ókorban is. A fekete festékeket általában szerves anyagok pl. elefántcsont elszenesítésével nyerték. [4] A pigmentekkel támasztott legfontosabb követelmény, hogy tartós színt eredményezzen, fénynek, savnak, lúgnak ellenálljon. A lúggal szembeni ellenállóság a freskókészítésnél alapkövetelmény. Kötőanyagok A pigment önmagában még nem alkalmas festésre, a jól használható festék valamilyen folyékony kötőanyagot is tartalmaz. A kötőanyag feladata, hogy a színes porszemcséket egymáshoz tapassza, festésre alkalmassá tegye és rögzítse az alaphoz. A kötőanyagok lehetnek vízben oldódó és nem oldódó anyagok. Vízben oldódó az enyv, a gumiarábikum, a keményítő, a tojás, és a mész. Ezeket leginkább a tempera-, a vízfestésnél és a freskókészítésnél használják. A vízben nem oldódó kötőanyagok, mint pl. a lenolaj, a mákolaj, a masztix, a különböző növényi gyanták, az olajfestés kötőanyagai.[5] 2. táblázat Kötőanyagok Kötőanyagok Vízben oldódó enyv (kollagén, glutin) gumiarabikum akaciafajok váladéka (poliszacharidok, glükoproteinek) keményítő tojás mész

Vízben nem oldódó lenolaj mákolaj masztix (mediterrán Pistacia Lentiscus cserje gyantája) növényi gyanták

8

Festési technikák A barlangrajzok készítésénél az őskori művész a porrá tört festéket állati zsiradékkal keverve vitte fel a barlang falára, általában mészkő alapra. A festék a porózus felületen megkötődött. A freskó és a szekkó A vakolt falra festés történhet nedves felületre, ekkor freskóról vagy már száraz felületre, ekkor szekkóról beszélünk. A freskókészítés régi eljárás, amelynél a vakolat legfelső nedves mészrétegére festik - előre elkészített karton szerint, az ugyancsak meszes vízzel kevert festőanyagot. A habarcskészítéshez jól átmosott és megszárított édesvízi homokot használnak, amely nem tartalmazhat agyagot és sót. Az elkészített habarcsot három rétegben viszik fel, a legfelső réteghez finomra őrölt márványport is kevernek, ettől szilárdabb, keményebb lesz a legfelső, ún. festőréteg. A freskókészítés szempontjából a habarcs legfontosabb alapanyaga a mész. Mészkőből állítható elő, annak kb. 900oC-on történő hevítésével. CaCO3 = CaO + CO2 A habarcsban lévő mész a vízzel reakcióba lép, oltott mész keletkezik. CaO+H2O = Ca(OH)2 Száradáskor az oltott mész a levegő szén-dioxid tartalmával reagál és kalcium-karbonáttá alakul. Ca(OH)2 + CO2 = CaCO3 + H2O A habarcsban lévő homok szilárdságot ad a vakolatnak, de porózussá is tesz azt, így elősegítve, hogy a levegő szén-dioxidja a belső rétegekbe is eljusson, s száradáskor a víz is távozhasson onnan. A festékek közül a fehér színt maga a mész szolgáltatja. Ezért a mész kötőanyag és festék is egyszerre. A többi szín közül a mészre érzékeny festékeket nem lehet freskófestésre használni.[6] Ha a festés a teljesen kiszáradt felületre kerül fel, akkor keletkezik a szekkó. Ennél az eljárásnál kazein tartalmú kötőanyagot használnak a festék rögzítésére. A kazeint túróból készítik, úgy, hogy a zsiradékmentes túrót ötszörös mennyiségű mésztejjel keverik el. Az elkészített kazeint gyorsan fel kell használni, mert állás során térhálósodik, nyúlós, vízben oldhatatlan anyaggá alakul. A megfelelően hígított kazeinben oldják a porrá tört, vízzel iszapsűrűségűre elkevert festéket. A kötőanyag rögzítő erejét a levegő páratartalma és a hőmérséklet gyakori változása csökkenti. Élettartalma nem éri el a freskóét. Ezzel a technikával készültek Lotz Károly falfestményei. Az olajfestés A legáltalánosabb és legszélesebb körben használt festési eljárás, az olajfestés. Az olajfestéket rendszerint lenolaj, valamilyen gyanta és porrá őrölt festék összekeverésével készítik. A festés alapjául szolgáló fát vagy vásznat előzőleg beenyvezik, és kréta alapozással látják el. Általános művészeti alkalmazását a 15. századi németalföldi mestereknek (Van Eyck testvérek) köszönhetjük. Az olajjal lehet hígan, lazúrosan vagy mélyfényű hatást keltve dolgozni. Fedőképessége tökéletes. A száradás a több kettős kötést tartalmazó zsírsavak levegőn történő telítődésével magyarázható, az olajok lassan telítetté válnak, megszilárdulnak. A régi mesterek több rétegű aláfestéssel és lazúrozással dolgoztak. Az aláfestés úgy történt,

9 hogy a kép egész felületét széles ecsetkezeléssel, a részleteket elhagyva, a megfelelő színekkel beborították. Ezután fogtak hozzá a kép kidolgozásához. Lazúrozásnál egy alapszín tömör rétegére többször is olajban erősen oldott színeket festettek. A sok kötőanyag miatt, a száradás után áttetsző maradt a kép, láthatóvá vált az alatta lévő festékréteg. A festék nagy fedőképessége akár a kép egyes részeinek teljes újrafestését is lehetővé teszi. [7] Akvarell Az akvarell, vízben oldható kötőanyaggal elkevert festékekkel, papírra történő festés. A pigment általában ásványi festék, ritkább esetben lehet szerves eredetű is. Az akvarellfesték akkor jó, ha megfelelő színereje van, fényálló, átlátszó, s az egyes színek jól keverednek egymással. Az akvarell nem fedi el a papír színét, csak módosítja azt. A vízfesték színei vízzel összemoshatók a száradás után is. Elsőként a németalföldi festő, Dürer aknázta ki e technika lehetőségeit természeti tanulmányaiban. Igazán népszerűvé csak a 18. században vált a művészek körében, mert ekkora találták fel a jó nedvszívó-képességű papírt, amelyre már több rétegben vihették fel a festéket. Temperafestés A tempera olyan kötőanyag segítségével készült festék, amely vízzel hígítható, de száradás után vízben nem oldódik. A kötőanyag olajos-vizes emulzió. Az olajos összetevő a lenolaj és a masztixkence (masztixgyanta terpentin szeszes oldata) keveréke. A vizes összetevők lehetnek a tojás, a kazein, az enyv és a gumiarábikum. Lehet vele festeni vászonra, fára, papírra. Gyorsan száradó átlátszatlan felületet ad, tónusai világosak, felülete kissé száraz, az olajhoz viszonyítva fénytelen, és száradáskor kivilágosodik. Hatása üde, világító, színei élénkek. Gouache A vízfestés egyik fajtája, technikailag a tempera és az akvarell között áll. A vízfestékhez súlypátot (BaSO4) vagy más fehér színt kevernek, így át nem látszó fedőfestékké válik. Többnyire az akvarellfestéssel kombinálva alkalmazzák. A kelet-ázsiai művészetben nagy szerepet játszik. Ólomsárga pigment előállítása Ólom-nitrát- és kálium-bikromát-oldat felhasználásával állítottunk elő sárga pigmentet. A kálium-bikromátot ammónia-oldattal sárga kálium-kromáttá alakítottuk, majd a két oldatot elegyítettük. Csapadékképződéssel járó reakció eredményeként sárga ólomkarbonát keletkezett. A csapadékot nuccson szűrtük, mostuk, majd szárítottuk. [8] K2Cr2O7(aq) + 2 NH4+(aq) + 2OH-(aq) = K2CrO4(aq) + (NH4)2CrO4(aq)+ H2O 2 Pb(NO3)2(aq) + K2CrO4(aq) + (NH4)2CrO4(aq)=2 PbCrO4 + 2 KNO3(aq) + 2 NH4NO3(aq)

10

Felhasznált irodalom [1] Szundy Gizella: Az elrejtőzött kémia, Gondolat, Budapest, 1979 [2] http://www.chemonet.hu/menu/index1.htm (Műelemzés kémiája, Színek az ókori

Egyiptomban) [3] http://www.szintan.hu/nev34.htm [4] http://www.szintan.hu/nev341.htm [5] Römpp Vegyészeti Lexikon, Műszaki Könyvkiadó, Budapest, 1984 [6] http://www.verslista.hu/muveszetek/2technika/2festesz.htm [7] http://www.mimi.hu/muveszet/olajfestes.html [8] dr. Jablonkay Istvánné: Kémiai anyagvizsgálat, III. osztály, Tankönyvkiadó, Budapest, 1986 Ókor

Őskor

okkerek auripigment arany

kadmium-sárga: CdS

hematit

hematit

hematit

krómvörös: PbO·PbCrO4

cinóber: HgS

cinóber

cinóber

mínium: Pb3O4

mínium

molibdát-vörös és narancs: PbCrO4, PbSO4 és PbMoO4 keveréke

azurit: 2CuCO3•Cu(OH)2

azurit

kadmium-vörös: CdS-CdSe mesterséges ultramarin

lapis lazulit (ultramarin): (Na,Ca)8(AlSiO4)6-(SO4,S,Cl)

lapis lazulit

okkerek auripigment: As2S3 nápolyi sárga: Pb3(SbO4)4

hematit: Fe2O3

fehér vörös

sárga

okkerek auripigment arany

okkerek Fe2O3•xH2O FeO(OH) + (MnO2)

kék -

zöld

smalte: Co-szilikát berlini kék: Fe4[Fe(CN)6]3

kobalt-kék: CoO·Al2O3 malachit: CuCO3•Cu(OH)2

malachit

malachit

zöldföldek (agyagok): FeSiO4

zöldföldek

zöldföldek

krizokolla: (Cu,Al)2H2Si2O5(OH)4·xH2O

titánfehér: TiO2

krómsárga: PbCrO4

mangánkék: BaSO4 és BaMnO4 keveréke krómzöld: berlinikék + krómsárga krómoxid-zöld: Cr2O3

verdigris

verdigris

venyigefekete (C)

schwenfurti zöld: Cu(C2H3O2)2·3 Cu(AsO2) venyige-fekete

venyige-fekete

magnetit: Fe3O4 galenit: PbS

elefántcsontfekete

elefántcsontfekete

verdigris (réz-rozsda): Cu(C2H3O2)2 korom

18. századtól elterjedő általában szintetikus festékek cinkfehér: ZnO

ólomfehér mész

-

Barokk ólomfehér mész gipsz

ólomfehér: PbCO3•Pb(OH)2 gipsz: CaSO4·2H2O mész: CaO aragonit: CaCO3

-

fekete

Középkor és reneszánsz

antimon-fekete: Sb2S3

1. táblázat

11

PRIMER ALKOHOLOK SZERKEZET VIZSGÁLATA FOLYADÉKFÁZISBAN, RAYLEIGH-SZÓRÁSON ALAPULÓ MÉRÉSEKKEL Eördög Ádám Felkészítő tanárok: Kunsági-Máté Sándor, Matisz Gergely, Mostbacher Éva, Páll Csaba Ciszterci Rend Nagy Lajos Gimnáziuma, Pécs, Magyarország Az alkohol molekulák hidrogén-híd kötések létrehozásával viszonylag erős kölcsönhatásokat képesek egymás között kialakítani. Ez a kölcsönhatás - bár a kovalens kémiai kötésnél gyengébb - az alkohol molekulák folyadékfázisban történő összekapcsolódását eredményezi és irányított jellege révén különböző méretű molekuláris asszociátumok, ún. klaszterek kialakulását okozza. A klasztereken belüli kölcsönhatás – monomeregységre vonatkoztatva – nemcsak az alkoholmolekulák anyagi minősége által meghatározott, de függ a klasztert alkotó molekulák számától is. Ez a jelenség az irodalomban kooperációs effektus néven ismert [1], eredményeként a hidrogénkötéses klaszterek gyűrűkké kapcsolódnak: a nagyobb gyűrűben erősebb intramolekuláris hidrogénkötéseket lehet megfigyelni. A felsorolt okok miatt az alkohol folyadékok szerkezete molekuláris szinten nem homogén, hanem e folyadékok több különböző méretű és konformációjú klaszterek elegyei. E klaszterek folyamatosan képződnek, szétesnek ill. egymásba alakulnak, tehát közöttük hőmérsékletfüggő dinamikus egyensúly áll fenn. A Pécsi Tudományegyetem Általános és Fizikai Kémia Tanszékén végzett számításos eredmények azt mutatták, hogy primer alkoholok esetében a hosszabb alkil-lánc nagyobb méretű klaszterek kialakulásának kedvez [2]. Ismeretes, hogy a Rayleigh-szórás intenzitása a részecske-átmérő hatodik hatványával arányos. A módszer klaszterméretre vonatkozó nagy érzékenysége lehetőséget kínált az elméleti eredmények kísérleti igazolására. Munkám során az elméleti úton számított klaszterméretek hőmérsékletfüggésének felhasználásával kiszámítottam a Rayleigh-szórás intenzitásának az elméleti modell alapján várható hőmérsékletfüggését. Ezt követően megmértem primer alkoholok Rayleigh-szórását különböző hőmérsékleteken, majd a mérési eredményeket összehasonlítottam az elméleti értékekkel. Az elméleti és kísérleti intenzitás-adatok ellentétes hőmérsékletfüggési tendenciákat mutattak, amiből arra következtettünk hogy a klaszterek gömb-alakúnak való feltételezése nem helyénvaló közelítés, továbbá a Raman szórásból származó fényveszteség nem hagyható figyelmen kívül az értékelésnél. E korrekciók elvégzését követően modellünket pontosítottuk, ami hozzájárulhat az alkoholok, mint a kémiai vizsgálatokhoz egyik leggyakrabban használt oldószerek szerkezetének pontosabb megértéséhez. [1] Z. Huang et al., Struct Chem. 2010, 21, 565. [2] G. Matisz, W.M.F. Fabian, A-M. Kelterer, S. Kunsági-Máté, J. Mol. Struct. THEOCHEM 2010, 956, 103-109.

12

AZ OXI-AKTÍV MOSÓPOROK TITKA Fekete Ádám Felkészítő tanárok: Dr. Riedel Miklósné Hobinka Ildikó Fazekas Mihály Fővárosi Gyakorló Általános Iskola és Gimnázium, Budapest, Magyarország Bevezetés Manapság sokféle új mosópor kerül a piacra. Ezen termékek közül a vizsgálatom tárgyát az úgynevezett oxi-aktív mosóporok képezik. Mindegyikre jellemző, hogy hatásukat az aktív oxigén jelenléte okozza. Vajon milyen elven fejtik ki hatásukat és miként lehet a mechanizmust analizálni? Annak érdekében, hogy ezt megtudjuk, kvalitatív és kvantitatív kísérleteket mutattam be: - Hagyományos oxigén előállítás H2O2-ból - A mosóporokból aktív ,O ’ fejlesztése hevítéssel - A mosópor lúgos közegben magas hőmérsékleten való viselkedése - Ruhafoltos tesztek - Különböző anyagok oxidálása az oxi-aktív segítségével - faszén - gázrobbanás viasszal Emellett szeretnénk bemutatni, hogyan lehet alkalmazni őket az iskolai oktatásban is szemléltető tanári, illetve tanulókísérletekre.

1. ábra. A vizsgált mosóporok

13 Elméleti háttér A legtöbb forgalomba kerülő oxi-aktív mosópornak hatóanyaga a nátrium-karbonátperoxohidrát (nátrium-perkarbonát). Szokásos megadási módja: 2 Na2CO3 3H2O2 A nátrium-perkarbonát porítva szobai körülmények között fehér színű, erőteljesen higroszkópos anyag. A nátrium-perkarbonát bomlása hűvös, száraz helyen lassabban következik be (ezért lehet hosszabb ideig tárolni), nedves és meleg környezetben azonban gyorsan elveszti aktívoxigén-tartalmát. Ezért gyártása során gyakran stabilizátort adagolnak hozzá (ilyen a nagydiszperzitású kovasav, amely a szárítást biztosítja). Ha a fent említett oximosóporokat vízbe tesszük, és lúgos közeget biztosítunk számukra, hidrogén-peroxid szabadul fel. Az oldat melegítése közben, a növekvő hőmérséklettel egyidejűleg heves gázfejlődést tapasztalunk. A nátium-perkarbonát a következő egyenletek alapján fejti ki hatását: 1) 2 Na2CO3 3 H2O2 = 2 Na2CO3 + 3 H2O2 2) H2O2 = H2O + ½ O2 A fehérítő, folteltávolító, fertőtlenítő hatást a naszcensz (aktív) oxigén fejti ki. Oxigén előállítása hagyományosan hidrogén-peroxidból mangán-dioxid katalizátorral Mi, a Fazekasban egy egyszerű készüléket használunk gázfejlesztésre, amely egy kémcsőből és két, gumidugóba szúrt fecskendőből áll.

2. ábra. Gázfejlesztő készülék

A kémcső tartalmazza a szilárd fázist, amelyre a felül található vékonyabb fecskendőből óvatosan csepegtetjük a folyadékfázist. A másik fecskendő a keletkezett gáz felfogására alkalmas. Fontos, hogy mielőtt kísérleteket végzünk a gázfejlesztővel, ellenőrizzük a fecskendők tűinek átjárhatóságát a balesetek elkerülése érdekében! Oxigént hagyományosan hidrogén-peroxidból állítunk elő mangán-dioxid (MnO2), más néven barnakőpor katalizátor segítségével, ami a képen is látható készülék szilárd fázisát adja. A hidrogén-peroxid a folyadékfázis fecskendőjében foglal helyet. A kísérletet úgy végezzük, hogy a hidrogén-peroxidot óvatosan ráengedjük a barnakőporra. A kémcső alján

14 pezsgést tapasztalunk, ami a gázfejlődésre utal. A pezsgéssel egy időben a nagy, üres fecskendő dugattyúja emelkedik. Miután a fecskendő megtelt, az első adag gázt kieresztjük, mert az még jelentős mértékben tartalmazza a kémcsőben maradt levegőt. Arról, hogy a keletkezett gáz oxigén, egyszerűen meggyőződhetünk. Ehhez szükség van egy parázsló cigarettára, ami a fecskendő tűjére szúrva és a gázt rajta keresztül fúvatva fellobban.

3. ábra. "Az oxigén próbája"

Oxigén előállítása hagyományosan hidrogén-peroxidból kálium-jodid katalizátor alkalmazásával Oxigént fejleszthetünk más, érdekesebb módon is. Az úgynevezett „Elefánt fogrém” kísérlet elvégzéséhez szükségünk van egy félliteres üdítős palackra, folyékony mosogatószerre, ételfestékre, katalizátor oldatra és 10 cm3 30%-os hidrogén-peroxid oldatra. A katalizátor oldat nátrium-hidroxid oldat és kálium-jodid oldat 5 cm3 : 5 cm3 arányú elegye. A kísérlet elvégzése a következőképpen zajlik. A flakonba körülbelül 5 cm3 mosogatószert teszünk, majd közvetlenül erre az ételfestéket és a hidrogén-peroxidot. Az előre, főzőpohárban elkészített katalizátor-oldatot gyorsan ráöntjük a palackban lévő oldatra. A keletkező gáz egy hosszú mosogatószerhab-oszlopot futtat ki az üvegből, melynek alakja és mennyisége miatt nevezik a kísérletet az „Elefánt fogkrém” kísérletnek.

15

4. ábra. Elefánt fogkrém kísérlet

Oxigén előállítása mosóporokból - Kvalitatív vizsgálatok A reklámokban gyakran elhangzik a következő mondat: „Most egy egyértelmű vörösborfoltot ejtünk a ruhán”. Én is ejtettem egy ilyen egyértelmű vörösborfoltot egy textildarabra és a következő kísérletet végeztem el vele, aminek a „miniatűr mosógép” nevet adtam. Megtöltünk egy főzőpoharat félig vízzel, beleszórunk egy merőkanál oxi-aktív mosóport, belemártjuk a vásznat az oldatba, és belehelyezünk egy hőmérőt. A főzőpoharat egy vasháromlábra állítjuk, majd óvatosan és fokozatosan melegíteni kezdjük. A melegítés során a vörösborfolt először barna lesz, majd elszíntelenedik. Közben a hőmérséklet emelésével 35 °C körül erőteljes gázképződés és habréteg megjelenése figyelhető meg. A reklámoknak tényleg igazuk van, a folt eltűnt. A fejlődő gáz kimutatására egy parázsló gyújtópálcát használunk. A parázsló gyújtópálcát belemártjuk a habba és kevergetjük vele. Azt tapasztaljuk, hogy a gyújtópálca pukkanva felvillan a habban, ami az oxigén jelenlétének bizonyítéka.

5. ábra. "Egyértelmű" vörösborfolt

16

6. ábra. “Miniatűr mosógép”

7. ábra. A ruhafoltos teszt eredménye

Láttuk, hogy a mosóporok alkalmasak oxigén fejlesztésére nedves környezetben. Vajon alkalmasak-e ugyanerre szárazon is. Ennek kiderítése érdekében a következő kísérletet állítjuk össze. Egy kémcsövet nagyjából a harmadáig töltünk meg oxi-mosóporral, majd óvatosan hevíteni kezdjük. A kémcső légterébe parázsló gyújtópálcát helyezve annak vége lángra kap. A keletkezett gáz tehát igen nagy valószínűséggel oxigén. Fontos, hogy ennél a kísérletnél ne melegítsük túlságosan hevesen a mosóport, mert ekkor az oxigén mellett jelentős mennyiségű szén-dioxid is keletkezik, ami nagymértékben befolyásolja az eredményt. Abból a kísérleti tényből, hogy a mosóporok szárazon is használhatók jelentős mennyiségű oxigén fejlesztésére, következik a gondolat, hogy miért ne használhatnánk őket különféle anyagok oxidálására. Eloxidálandó anyagnak egy grillsütési élményeinkből ismerős, közismerten nehezen gyulladó anyagot választottam, a faszenet. Az előző szárazhevítéses kísérlethez nagyon hasonló vizsgálat szolgál ennek megfigyelésére: egy kémcsövet megtöltünk harmadáig mosóporral, majd erre üveggyapotszálakat rétegezünk, megakadályozandó a mosópor kilövelléseit, ugyanakkor az üveggyapot átjárható a távozó gázok számára. A szálakra egy faszéndarabkát helyezünk. A faszenet izzásig hevítjük egy kézi gázégővel, és ezzel egy időben a mosóport is melegítjük. Meglepő eredményre jutunk. Az izzó faszén lángra kap és elég. Egy utolsó tesztként durranógáz-próbát is végezhetünk a mosóporokkal. Ezt úgy tesszük, hogy az előző kísérletet ismételjük meg még egyszer, csak most a faszéndarabka helyett egy kis paraffin kockát teszünk. A kísérlet során a paraffinból keletkező krakkgázok

17 hangos pukkanások kíséretében reagálnak a mosóporból melegítés hatására felszabaduló oxigénnel.

8. ábra. Oxidációs kísérlet

Következtetés A végső következtetés az, hogy az oxi-aktív mosóporok kiválóan alkalmazhatók egyszerű, az oxigén témaköréhez tartotó tanulókísérletek elvégzéséhez. A hagyományos laborokban használatos vegyszereknél lényegesen gazdaságosabbak, mennyiségüket és sokszori felhasználhatóságukat tekintve ár-érték arányosak. Emellett biztonságosak, nincsenek felhasználásuk közben veszélyes hatásaik. Lehetőséget nyújtanak érdekes és egyszerű tanulókísérletek tervezésére. Mindent összevetve az oxi-aktív mosóporok remekül használhatók a kémiaoktatásban, és példái a háztartás és a kémia találkozásának.

Felhasznált irodalom [1] Viktor Obendrauf, Mit H2O2 zur „Elephant’s Toothpaste”, Chemie und Schule 22 (2007) Nr. 4 [2] Ulrike Zucht, Marco Rossow, Gabriele Lange und Alfred Flint, Chemie fürs Leben – Sauerstoff aus Oxi-Reinigern, CHEMKON 11 (2004) Nr. 3 [3] Viktor Obendrauf, Aufklärung tut not: Gefährliche Peroxide, CHEMKON 12 (2005) Nr. 4 [4] Alfred Flint, CHEMKON 8 (2001)

18

A VÖRÖSISZAP NEHÉZFÉMTARTALMÁNAK VIZSGÁLATA Gyarmati Dénes és Szabó Ákos Felkészítő tanár: Szórád Endre Bolyai Tehetséggondozó Gimnázium és Kollégium, Zenta, Szerbia Egy hatalmas környezeti katasztrófa történt nemrég Magyarország területén. Nagy mennyiségű vörös iszap ömlött ki az Ajka és Kolontár közötti iszaptárolóból. Ezáltal óriási károkat okozott a környék lakosságának és a természetnek. Fölkeltette érdeklődésünket, hogy mi is a vörös iszap? A vörös iszap az alumíniumgyártás során keletkezett, erősen lúgos anyag. A vörös iszap pH értéke körülbelül 13, ezáltal a bőrön égési sérüléseket okoz. Nem mérgező, viszont elhanyagolható mértékben radioaktív is. Ezek után szeretnénk meghatározni a vörös iszap nehézfém tartalmát, és választ kapni arra, hogy mennyire terheli, szennyezi az ökoszisztémát. Kutatásunkkal fényt derítünk arra a kérdésre, milyen mértékben káros a környezetre a vörös iszap?

19

NITRÁT ÉS A DOHÁNYZÁS György Botond, Baricz Anita Felkészítő tanárok: Kiss Arnold Sövér Elek Iskolaközpont, Gyergyóalfalu, Románia A dohányzás egyes emberek életét örökre megváltoztatta, hiszen azt hiszik, hogy oldja a stresszt vagy talán saját maguk sem találnak választ arra, hogy mi az oka annak, hogy rágyújtottak és így a cigaretta káros szenvedélyének hódolnak. A 2008-as év április-június közötti időszakában az ISRA Center Marketing Research felméréseiből tudjuk, hogy Romániában a 18 éven fölötti lakosok 46,6%-a naponta legalább egy szál cigarettát elszív. Nem beszélve a fiatalokról akiknek a száma meghaladja a 65%-ot. A kereskedelmi célzattal gyárilag előállított cigaretta látszólag egyszerű tárgy: alapvetően dohánykeveréket, papírt, a külső réteget összetartó ragasztót és többnyire filtert avagy szűrőt tartalmaz. A dohányok elegyén kívül tartalmaznak még márkánként különböző arányban adalék anyagokat is. Összesen mintegy 5000 olyan adalékanyagot regisztráltak a hatóságok világszerte, amit cigarettagyártás során használhatnak. Ezeknek túlnyomó többsége vagy technikai adalékanyag – ami például segíti a dohányt nedvesen tartani az aprítás során, vagy pótolja a szárítás során elveszett természetes növényi cukrot - vagy íz anyag, amivel maguknak az egyes dohányfajtáknak a karakterisztikus ízeit hangsúlyozzák. Az adalék anyagoktól a cigaretta íze kellemesebb és jellegzetes, van közöttük oldószer a nikotin számára. A különböző összetevők kölcsönhatása miatt sok ártalmatlan összetevő mérgezővé válhat, a cigarettát meggyújtva pedig káros égéstermékek keletkeznek. A cigaretta alkotó részei: a szűrő, az ezt borító papír réteg, a dohányt körülvevő papír réteg és a dohány. Ezek közül igen fontos szerepe a filternek van hiszen a filterek feladata, hogy a belélegzett füstből a kátrányt és a pórusaiknál nagyobb részecskéket felfogják, ezenkívül hűtik a füstöt, csökkentve a káros hőhatást. A szervezetbe más összetételű füst kerül a cigaretta égő végéről és a szájban lévő részen át. A gázelegyben tartalmaz többek között nikotint, kátrányt, policiklikus aromás szénhidrogéneket, szén-monoxidot, fenolt, benzpirént, formaldehidet, nitrogén-oxidokat és nitrózamint. A világon évente megközelítőleg 5,5 trillió cigarettát gyártanak, amit körülbelül 1,1 milliárd ember, azaz több mint az össznépesség egy hatoda fogyaszt el. Amire a fejlett országokban jelentős mértékben csökkent a fogyasztás, addigra a világ más, fejlődő országaiban nő a cigarettázási arány. Bármilyen módón is fogyasztják, részesei lehetnek az ebből fakadó betegségeknek. A nikotin kis része a vizelettel kiválasztódik, nagyobb része a tüdőben, vesében, májban bomlik le. A szén-monoxid sokkal könnyebben kötődik a vörösvértestek oxigénszállító hemoglobinjához, mint az oxigén. Emiatt erős dohányosokban a vér oxigénszállító képessége 15 % -al is csökkenhet, vagyis tartós oxigénhiányban élnek. Más alkotórészek irritálnak, a légutakba, szembe kerülve köhögést, könnyezést váltanak ki, több százról pedig kimutatták, hogy rákkeltő. A kátrány a cigaretta meggyújtásakor keletkező anyag, ez színezi el sárgásbarnára a fogakat és az ujjakat. A cigaretták átlagos kátrány-, szén-monoxid- és nikotintartalmát szigorú rendeletek szabályozzák. Sajnos az alacsonyabb kátránytartalom maga után vonja a nikotin mennyiség csökkenését is, ami miatt a rutinos dohányosok az ilyen cigarettákat még intenzívebben és mélyebben szívják le. Tehát semmivel sem kevésbé károsak az alacsonyabb kátránytartalmú cigaretták. Összesítve minden féle képen csak káros következményei vannak, mégpedig: légzőszervi, szív és érrendszeri problémák, rákkeltő és emésztőrendszeri problémák. Ide

20 sorolható a várandóság alatti dohányzás következményei is amely a gyerek szellemi és testi fejlődését gátolja. Külső hatásai is lehetnek a fogak, a haj és az arc elváltozása is. Ma már bizonyított, hogy a dohányfüst számos egyéb toxikus, karcinogén és mutagén vegyület mellett nitrogén-oxidokat is tartalmaz, és a képződött salétromsav roncsolja a tüdő szöveteit. A NOxvegyületek az égési folyamat során keletkeznek a dohány különböző nitrogéntartalmú komponenseiből, többek között fehérjékből vagy nitrát vegyületekből. A dohánynövény folyamatos és harmonikus tápanyagellátást igényel. Fokozott trágyázás vagy műtrágyázás esetén a dohánylevelekben könnyen akkumulálódik a nitrát, amely amellett, hogy kedvezőtlenül befolyásolja a dohány minőségét, fontos forrása lehet az említett nitrogénoxidoknak is. A nitrát égésfokozóként is a cigarettába kerülhet, bár az engedélyezett adalékok listáján nem szerepel, egyes források tényként kezelik az ammónium-nitrát vagy a káliumnitrát, mint oxidálószer használatát a dohány szárítási eljárása során. De mi a nitrát? A salétromsav sója, amely NO3- iont tartalmaz vagy olyan vegyület, amely kovalensen kötött „– O-NO2” csoporttal rendelkezik. A természetes vizekben literenként számítva 3-5 mg között van. Ha a mennyiségük eléri a 20 mg-ot, az már hulladékokkal való erős szennyeződöttséget jelent. Dolgozatom gyakorlati részeként bizonyítani próbáltam elméleti jellegű feltevésemet: Éspedig azt, hogy a dohányfüst, a dohány tartalmaz-e nitrátot és azt milyen mennyiségben? Ehhez segítségül dohányos embereket kértem meg. A kísérlethez használt eszközök: cigaretta (pontosabban 11 márka), desztillált víz, üvegcső, HI 83200 sorozat számú asztali foto méter, pipetta, mérőhenger valamint Berzelius pohár. Feltevésem szerint ha a dohányos ember a szervezetéből kifejtett dohány füstöt vízbe buborékoltatunk akkor a keletkező oldatból kimutatható a nitrát mennyisége. Az első néhány elszívott cigarettafüst vizes oldatában jelentéktelen mennyiségű nitrát mennyiséget észlelt a berendezés. Már azon voltam, hogy az elméletet gyakorlati úton megcáfoltam, amikor pár nappal később újabb ötlet fogalmazódott meg bennem a nitrátra tekintve. Lehet, hogy a tüdő szűrő jelleggel a nitrit ionokat is visszatartja? Több mint bizonyos hisz a következő kísérleti fázisban a dohányost arra kértük, hogy csak a szájüregbe szívja a cigarettát és onnan buborékoltassa a vízbe. Így majdnem a várt eredmények születtek ezeket táblázatba foglalva a következő adatokról beszélhetünk.

Cigaretta márkájának sorszáma 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11

Nitrát tartalma (mg/l) 102,5 147,3 136,1 135,4 128,1 121,1 130,2 112,1 78,5 109,1 121,7

Az első oszlop a cigaretta márka kódszámát jelöli, a második oszlok pedig 1 szál cigaretta elszívása utáni füst-nitrát tartalmat. Románia közlönyében szereplő nitrátra utaló

21 megengedett határérték az ivóvizekben 50 mg/l. Ha a táblázatban szereplő értékeket vizsgáljuk, látható, hogy minden esetben 1 szál cigaretta elszívása esetén jóval több nitrát mérgezést viszünk be a szervezetbe az ivóvízhez viszonyítva. Az egészséges sejtek rákos sejté történő átalakulása a sejtek öröklött információkat hordozó anyagába. A DNS-ben történő változás következménye. Az öröklött információk változást szenvedhetnek kémiai anyagokkal való kontakt során is. Bebizonyosodott, hogy a rák keletkezéséhez több tényező együttes fennállása szükséges. Tény az is, hogy a káros környezeti hatások és helytelen táplálkozás a rákos megbetegedések közel 90%-áért felelősek. Mivel a káros hatásokra az embernek nem egyformán reagálnak, ezért általában nem károsító tényezőkről, hanem inkább rizikófaktorokról kell beszélnünk. A rizikófaktor a szervezetbe bejutott nitrát szennyezettség. Köztudott, hogy a nitrát nitritté alakul amely a vér hemoglobinjával reakcióba lép és meg hemoglobin keletkezik. A hemoglobin hiánya pedig a szervezet oxigén ellátását hátráltatja. Eredményeink következtetése, hogy a cigaretták nitrát tartalma esetenként magas, így a dohányzás egészségkárosító hatása a nitrát jelenlétével arányosan növekszik. Forrásanyag: Legea nr. 349/2002 - Lege pentru prevenirea şi combaterea efectelor consumului produselor din tutun, Monitorul Oficial al României nr.435 din 21 iunie 2002. Eliza, G. - Toxicologie, Editura Medicală, 2004. Stoica Valer. - Tehnologia produselor din tutun - Editura Tehnica 1954 Gonţa M., Şalaru I., Siriţeanu D., Vasilos L. Impactul mediului ambiant asupra sănătăţii. Chişinău, 1998

22

SZÉN NANOCSÖVEK ASSZOCIÁCIÓJA FOLYADÉKFÁZISBAN Halmos László Felkészítő tanárok: Dr. Kunsági-Máté Sándor, Dr. Peles Lemli Beáta, Dr. Heng Li, Mostbacher Éva, Nyisztor Zsolt Ciszterci Rend Nagy Lajos Gimnáziuma, Pécs, Magyarország A szén nanocsövek igen érdekes fizikai és kémiai tulajdonságokkal rendelkeznek. Egyrészről mechanikai tulajdonságaik sokkal szilárdabb hálók és kötegek elkészítését teszik lehetővé, mint az azonos vastagságú fém ötvözetek vagy szintetikus műanyagok. Másrészről az elektromos és optikai tulajdonságaik számos, a félvezető és energiaipar számára jól hasznosítható eszközök készítését teszik lehetővé. A kedvező mechanikai és elektromos tulajdonságok akkor jelennek meg, amikor a nanocsövek rendezett struktúrát vesznek fel. A rendezés azonban meglehetősen bonyolult feladat, ugyanis ennek nanométeres skálán kell történnie. A probléma megoldásához kézenfekvőnek tűnt a zafír szubsztráton előállított nanoszerkezetű CeO2 sémaként történő felhasználása [1]. A nanoszerkezetű felületre cseppentett alkoholos nanocső oldatból ugyanis az alkohol oldószer fokozatosan elpárolog, és az így túltelítetté váló oldatból a nanocsövek a felületre adszorbeálódnak. Sajnálatos azonban, hogy az adszorpció rendezetlen nanocső halmazokat eredményez, aminek hátterében az adszorpciót kísérő sajátos entrópiaváltozás áll [1]. Könnyen belátható ugyanis, hogy az adszorpció során az oldatban rendezetlenül elhelyezkedő nanocsövek mozgása igen nagy mértékben korlátozódik, vagyis szabadsági fokuk, így rendezetlenségük, vagyis entrópiájuk csökken. Ez azt jelenti, hogy az adszorpciós folyamatban az entrópiaváltozás (∆S) negatív. A spontán adszorpciós folyamat azonban megköveteli, hogy az adszorpciót kísérő szabadentalpia-változás (∆G) negatív legyen. Ezt azonban a nagy negatív entrópiaváltozás a ∆G=∆H-T∆S összefüggés alapján megakadályozhatja. A problémára megoldást jelenthet, ha a nanocsövek mozgását már az oldatban korlátozzuk. Ennek egyik módja multimerek létrehozása [2]. Munkám során egy olyan eljárás optimalizálását végeztem, ami elősegíti a szén nanocsövek híg oldatban történő asszociációját. Az így nagy koncentrációban előállított nanocső multimerek CeO2 felületre történő rendezett adszorpcióját figyeltük meg, melyet pásztázó elektronmikroszkópos felvételekkel igazoltunk. Eredményeink a nanoszerkezetű szén nanocső hálók eredményes előállításához járulhatnak hozzá. S. Kunsági-Máté and Jia Cai Nie, Entropy-driven adsorption of carbon nanotubes on (001) and (111) surfaces of CeO2 islands grown on sapphire substrate, Surface Science 604 (2010) 654-659. 2. Heng Li, Jia Cai Nie, S. Kunsági-Máté, Modified dispersion of functionalized multi-walled carbon nanotubes in acetonitrile, Chemical Physics Letters 492 (2010) 258-262. 1.

23

A FŰSZERPAPRIKA EGYES ALKOTÓANYAGAINAK VIZSGÁLATA Lengyel Ákos és Lengyel Boglárka Felkészítő tanárok: Dr.Vastag Gyöngyi , Máriás Ildikó Zentai Gimnázium, Zenta, Szerbia A magyar konyha egyik jellegzetes fűszere a pirospaprika. Az ételek ízének javítására szolgál, de az eltarthatóságukat is növeli. Az érett fűszerpaprikában sok száz vegyület található, ezek közül azonban a festékanyagok és az illóolajok a legfontosabbak, amelyek a sajátos ízt, valamint a színt adják. A csípős paprikának a kapszaicin a legfontosabb hatóanyaga. A felsoroltakon kívül szénhidrátok, fehérjék, vitaminok, ásványi anyagok, víz és más vegyületek is megtalálhatók benne. Munkánk során a színanyagokkal foglalkoztunk. A paprikabogyók színének kialakításában többféle karotenoid vesz részt. A színanyagok kimutatásával a paprika minőségét tudjuk meghatározni. Tárolás során a színanyagok mennyisége az elsőtől a 15. és 20. napig nagyon kis mértékben, a 20. nap után viszont nagy mértékben csökken. Fontos követni a paprika piros és sárga színkomponenseinek arányát a termékben. Kísérleteink célja a színanyagok gyors és pontos szétválasztása volt. Vékonyréteg kromatográfiás módszer mellett döntöttünk. Különböző hordozókat és oldószer keveréket váltogatva sikerült is. A pirospaprika színanyagainak 12-14 komponensét sikeresen szétválaszthatjuk. Ezek az eredmények alapján a paprika festékanyagának változását lehet követni a raktározás és a technológiai folyamatok során, azaz a termék minőségét befolyásolhatjuk. Felhasznált irodalom: 1. Somos András: A paprika 2. Infeci Lajos: Fűszernövényeink és fűszerkészítés 3. Romvári Vilmos: Fűszerek könyve

24

BIOMASSZA ANYAGOK VIZSGÁLATA TERMOANALITIKAI MÓDSZEREKKEL Patus Eszter Felkészítő tanár: Sebestyén Zoltán Batthyány Lajos Gimnázium, Nagykanizsa, Magyarország A 7. Kémikus Diákszimpóziumon két termoanalitikai technikával történő, biomassza anyagokkal foglalkozó kutatást szeretnék prezentálni, amelyet a Magyar Tudományos Akadémia Kémiai Kutatóközpontja által szervezett, AKI kíváncsi kémikus nyári kutatótáborban folytattam. Termogravimetria és pirolízis-gázkromatográfia/tömegspekrometria eljárásokkal foglalkoztam, különös tekintettel a környezetvédelemben való alkalmazhatóságukra. A műszerekkel búzaszalma és fűzfa mintákat elemeztem. Miért éppen biomassza mintákat vizsgáltunk? Ma már tényként kezelhető, hogy az emberiség az évmilliók alatt felhalmozódott fosszilis energiahordozókat túlzottan nagy ütemben használta és használja fel, így a Föld tartalékainak csökkenésével, esetleges megszűnésével számolhatunk. A bányászott szénben, a kőolajban és a földgázban kötött formában lévő szenet földtörténeti mértékben mérve másodpercek alatt „pöfékeljük vissza” CO2 formájában a légkörbe. Miközben az energiát hasznosítjuk, egyre nagyobb lesz a légköri CO2 gáz koncentrációja, amit a növények nem tudnak kellően nagy intenzitással átalakítani. A csökkenő mennyiségű fosszilis energiahordozók az energiagazdaságnak okoznak problémát, míg a légkör CO2 tartalmának rohamos emelkedése környezetvédelmi szempontból káros, hiszen hozzájárul az üvegházhatás növekedéséhez, ezáltal a globális felmelegedéshez. A fosszilis energiahordozók mellett és helyett a megújuló energiaforrások, köztük a Föld felszínén található biomassza anyagok energiatartalma is alkalmazható lenne. A fás és a lágy szárú növények anyagainak felhasználásával csak azt a CO2-ot szabadítjuk fel, amit az élő növény a saját fotoszintézise alatt kötött meg, így nem szükséges a már elhalt élőlények átalakulásával keletkezett anyagokért a kőzetek mélyebb rétegeit megbontanunk. Rengeteg növényfaj létezik, és ezek sokféle alkotórészből épülnek fel. A biomassza anyagok energiájának optimális kihasználása érdekében először fel kell térképezni az egyes anyagok tulajdonságait. Ezt tűztük ki célul, és ebben nyújtanak segítséget a termikus módszerek, melyek lehetővé teszik a minták összetételének előzetes időigényes és költséges elválasztási lépések nélküli vizsgálatát. A lágyszárú búzaszalma és a fás szárú fűzfa minták fő alkotórészeit (cellulóz, hemicellulóz és lignin), illetve azok szerkezetét vettük szemügyre. A termogravimetria segítségével a hőmérséklet függvényében figyeltük meg a képződött bomlástermékeket. Pirolízis során a keletkezett bomlástermékek összetételéből következtettünk a kezdeti alkotóelemek minőségére és mennyiségére. A búzaszalma és a fűzfa közötti hasonlóságokat és különbségeket értelmeztük. A termogravimetriás mérés során a mintát platinatálkába helyezve, inert atmoszférában lassan melegítettük. Előzetes hőmérsékletprogram szerint szabályoztuk a hőmérsékletet, és mértük a vizsgálandó anyag tömegének változását, melyet a termogravimetriás görbén ábrázoltunk. Kiszámoltuk a bomlás sebességét is adott hőmérsékleten. A Py-GC/MS egy kapcsolt analitikai eljárás. A pirolízis inert atmoszférában lezajló, pillanatszerű hőbomlást jelent, melynek során a szilárd mintából gáztermékek, pirolízis olaj és

25 szenes maradék képződnek. Az olajszerű anyag összetételét vizsgáltuk gázkromatográfia segítségével. A GC kapillárisának elejére került többkomponensű gáz molekulái szeparálódtak. Az elválasztott molekulák azonosítását az tömegspektrométer végezte a tömeg/töltés arány mérése révén.

26

CSALLÓKÖZ VIZEINEK MINŐSÉGE Takács Gergő és Vass Ákos Felkészítő tanár: Kiss Szilvia Kodály Zoltán Alapiskola, Dunaszerdahely, Szlovákia A Csallóköz a mai Szlovákia területén található, Pozsonytól Komáromig húzódik. A Duna, Kis-Duna és a Vág határolja. Itt található Európa legnagyobb földalatti vízkészlete, és termálvizekben is bővelkedik. A bősi erőmű építése sok kérdést vetett fel a talajvízzel kapcsolatban, fennállt a veszélye annak, hogy a kutak vízszintje nagyon lecsökken, esetleg teljesen eltűnik belőlük a víz. Ez a félelem nem igazolódott be, mert a kutakban ma is van víz. A másik félelem a víz minőségével kapcsolatos volt. A munkánk során arra voltunk kíváncsiak, milyen a kutak vizének minősége (keménység, foszfát-, nitrát-tartalom, stb.) és ezt hasonlítottuk össze a Duna, Kis-Duna vizének minőségével.

27

MULTIFERROIKUS VASOXIDOK

ELEKTROMOS ÉS MÁGNESES ÁLLAPOTAINAK VIZSGÁLATA

Vámi Tamás Álmos Felkészítő tanár: Dr. Németh Zoltán adjunktus (ELTE) Iskola: Bonyhádi Petőfi Sándor Evangélikus Gimnázium, Bonyhád, Magyarország 1. A kutatás hátterének áttekintése 1.1. Bevezetés Manapság elég népszerű az informatika, de kevesen ismerik a számítógépek fizikai működésének az alapelvét, hogy milyen alapvető fizikai jelenségek működtetik a hardvereket. Az információalapú világban egyre nő az adatok mennyisége, amivel az adattárolók nem könnyen tudják felvenni a versenyt. Azt, hogy a boltokba a jövő félévben is gyorsabb és kevesebbet fogyasztó processzorok, nagyobb tárolókapacitású memóriák és háttértárak, vékonyabb notebookok, kisebb mp3 lejátszók kerülnek, rengeteg kutatómunka előzi meg. Általánosan elmondható, hogy kétfajta kutatás létezik, az alapkutatás illetve az alkalmazásra irányuló kutatás. Az alapkutatás alapanyagok vagy alapvető fizikai-kémiai összefüggések felfedezésével foglalkozik, míg az alkalmazott kutatás a felhasználás módját vizsgálja. A kutatásom során egy olyan témával foglalkoztam, amivel kapcsolatban létezik az alkalmazás módjára elmélet, de nincs megfelelő alapanyag. 1.2. Információtárolás Az alkalmazás megértéséhez nézzük meg, hogy alapjaiban hogyan működik fizikailag az eddigi legtöbb adat tárolására képes eszköz, a HDD, azaz a merevlemez, avagy a winchester. A merevlemez több lemezből épül fel, amelyek forognak. Felületén mágnesezhető részecskék vannak, és ezek elektromágneses gerjesztés hatására beállnak bizonyos irányba. Az adatok írásakor ez az irány a 1. ábra. lemez mágnesezhető rétegeiben rögzül, majd olvasáskor ezek Egy modern elhaladnak egy olvasó fej mellett. (1. ábra) merevlemez szerkezete Az olvasó egy olyan anyagot tartalmaz, aminek az ellenállása mágneses mező hatására lecsökken. Ezeket az anyagokat 1988-ban fedezték fel Baibich és munkatársai az Université Paris-Sud-nál. Az effektust GMR-nek (Giant Magnetoreistance), azaz Óriás Mágneses Ellenállásnak nevezték el.[1]

28 2007-ben a francia Albert Fert és a német Peter Grünberg Nobel-díjat kapott a GMR anyagok felfedezéséért és ipari alkalmazásáért [2]. (2. ábra)[3] Az eszközökben rétegesen helyezkednek el a mágneses (pl.: NiFe, CoFe) és nem mágneses anyagok (Cu, Au, Ru). Alapállapotban a mágneses spinek ellentétes irányban állnak. Ha egy elektront próbálunk átjuttatni az anyagon, akkor a vele azonos spinű rétegeken könnyen áthalad; míg az ellenkezőkön nehezen jut át. Ha mágneses mezőbe helyezzük a lemezeket, akkor a mező irányába fognak állni a spinek, így az egyik e- könnyen áthalad, míg az 2. ábra. A GMR effektus lényege ellenkező spinű nehezebben. Ezt értelmezhetjük úgy, mintha egy áramkörbe két különböző ellenállású fogyasztót kötnénk be a 2b. ábrán láthatóan. Ekkor azt tapasztaljuk, hogy a mágnes által egy irányba beállított spinű lemezeken (illetve az egyes vezetéken azonos ellenállású áramkörben) kisebb az eredő ellenállás. A jelenlegi adattárolókban azonban a bináris információ még mindig a mágneses beállítottságban van kódolva. Problémaforrás, hogy a merevlemez közelébe kerülő bármilyen mágneses tér (pl. nagyfeszültségű vezetékek, mágneses kártyaolvasók stb.) módosítja ezeknek a mágnesezhető részecskéknek az irányát, így elvesznek az adataink, illetve viszonylag lassú (ellenben pl.: flash) és kicsi a tárolási sűrűség. Ezen problémák elkerülésének érdekében Manuel Bibes és Agnes Barthélémy arra az eredményre jutott, hogy valamely multiferroikus anyagot kell alkalmazni az általuk tervezett adattárolóban.[11] 1.3. Multiferroikumok Melyek ezek a multiferroikus tulajdonságok? Az egyik a ferromágnesesség, ami azt jelenti, hogy az atomi mágnesek egymáshoz közel vannak, és azonos irányba mutatnak (3.a ábra), így kialakítanak egy északi és déli pólust. A hétköznapokban is jól ismertek pl. a rúdmágnesek. (3.b ábra) A ferromágnesesség több anyagra jellemző tulajdonság, de sok anyagban (pl. RMnO3, RMn2O5 (R: ritkaföldfém), Ni3V2O8, CuFeO2, stb.)[4] már nagyon alacsony hőmérsékleten elveszik a ferromágnesesség rendezettség, ezt a 3. ábra. Ferromágnesesség Curie-hőmérsékletnek hívjuk. Amennyiben az atomi mágnesek rendezetlen állapotban vannak, akkor paramágnesességről beszélünk, amennyiben szabályosan ugyan, de felváltva két különböző irányban, akkor antiferromágnességről. Ennek az átmeneti hőmérsékletét Neél-hőmérsékletnek hívjuk, ez az a pont, amikor az anyag paramágnesből antiferromágnesbe vált. Azt az állapotot, amikor az anyagban nincsenek atomi mágneses pólusok, diamágnesességnek nevezzük. A másik ferroikus tulajdonság a ferroelektromosság, ami azt jelenti, hogy az anyag elektromosan tud polarizálódni, kialakul egy elektromos pozitív és negatív pólus, amelyek elektromos 4. ábra. A ferroelektromosság mező hatására orientálódnak. Ilyen anyagok pl.: KNO3, BiMnO3, hiszterézis görbéje BiFeO3, Pb(Fe2/3W1/3)O3, K2SeO4, Cs2CdI4, LuFeO4,

28

29 CoCr2O4,[5]. Az 4. ábrán az látható, hogy az elektromos tér növelésével nő, majd a tér csökkentésével csökken az elektromos polarizáció, de amikor megszűnik a külsö elektromos tér, attól még a polarizáció megmarad. Ezt függvényként ábrázolva egy hiszterézis-görbét kapunk, ami azt jelenti, hogy nem ugyanazon az úton jutunk vissza a kiindulópontba. A ferroelektromosság kialakulásához egy stabil, spontán kialakuló elektromos dipólus szükséges. A BaTiO3 esetében a titánion játszik fő szerepet, míg PbTiO3 esetében az ólomion[6]. A BiFeO3 azért tűnik ideális multiferroikus anyagnak, mert a bizmut 6s2 elektronpárja felelős a ferroelektromosságért, míg a vasion a ferromágnesességért. Az 5. ábrán a bizmut-ferrát multiferroikus tulajdonságait láthatjuk.[7] Az az érdekes, ha ez a két tulajdonság együtt van jelen egy ábra. A bizmut-ferrát anyagban és ezek hatással is vannak egymásra. Ezt a 5. multiferroikus tulajdonságainak jelenséget magnetoelektromos kölcsönhatásnak hívjuk. Az YMnO3 alacsony hőmérsékleten mutat ugyan görbéje. Kim és munkatársai két magnetoelektromos kölcsönhatást, ellenben a bizmut- mintát készítettek, egy 960 nm és egy 120 nm vastagságú réteget ferrát nagy előnye, hogy szobahőmérsékleten is mutatja ezt az effektust. [8] A bizmut-ferrát ferroelektromos Curie-hőmérséklete 820°C, antiferromágneses Neél-hőmérséklete 370°C. [9] A BiFeO3 igen ígéretes anyag, Eerenstein mérései szerint az elektromos polarizálhatósága akár 50–60 µC*cm-2 is lehet. [10] 1.4. Gyakorlati alkalmazás[11] A multiferroikus tulajdonságok, illetve a ferroelektromosság és ferromágnesesség egyidejű létezése egy anyagban nagyban kihasználhatók a memóriaegységek gyártásában. A ferroelektromosság felhasználható a bináris információ kódolására, ez az úgy nevezett FeRAM (Ferroelectric Random Access Memories). Ennek előnye, hogy alacsonyabb fogyasztású, gyorsabb, illetve tartósabb; hátránya viszont, hogy alacsonyabb a tárolási sűrűsége és drága az előállítása. Az atomi ferromágnesességet kihasználó MRAM (Magnetic Random Access Memories) gyors, tartós, de még nincs használható verzió, illetve nagy energiaigényű. Lehetséges megoldás a mágneses mező helyett az úgynevett spin-átirányítás. [12] Ezzel (az úgynevezett SPRAM-mal) több nagyobb cég is foglalkozott, az ezzel jelenleg elérhető legnagyobb 6. ábra. MeRAM (Magneto-electric RAM) működési elve. kapacitás 2 MB. [13] A másik lehetséges Ez a tárolóegység már ötvözi a FeRAM és MRAM tulajdonságait. megoldás a multiferroikus

30 anyagok használata. (6. ábra) Így az elektromos mező hatására az elektromos dipólusok polarizálódnak, ami a magnetoelektromos hatáson keresztül megváltoztatja az anyag mágneses momentumát. [14] Így mágneses mező helyett elektromos mező hatására történik az információfeldolgozás. Ez azt jelenti, hogy kevesebb energia szükséges, több adat, illetve hosszabb távon tárolható el. Azon kívül, hogy az információfeldolgozás az elektromos mező hatására történik, a magnetoelekromos kölcsönhatás segítségével kombinálhatjuk a FeRAM és az MRAM tulajdonságait. A probléma, mint azt már az elején említettem, hogy jelenleg nem ismerünk ilyen anyagot, ami ezeket a tulajdonságokat kellő mértékben és egyszerre mutatja, így alkalmas lenne alapanyagnak. Alacsony hőmérsékleten az YMnO3 megfelelő lenne, de ekkor hűteni kellene a berendezéseket. 2. Kísérleti munka 2.1. Szerkezet Kutatásom során egy lehetséges multiferroikus anyagot, a bizmut-ferrátot vizsgáltam. Célom az elektromos és mágneses tulajdonságok közötti kölcsönhatás megértése, amihez az anyagot atomi szinten kell vizsgálni, illetve elektronszerkezetét kell megismerni. Az ilyen vizsgálatokhoz az anyagokat kicsi változtatások során mutatott tulajdonságváltozásai alapján jellemezzük. Ez lehet hőmérséklet, nyomás, illetve ez egyes ionok kicserélése. A BiFeO3 vizsgálatához a kristályban a bizmutionokat részben cériumionra cseréltük, ami kicsiben módosította csak a kristályt. A bizmut-ferrát eredetileg perovszkit szerkezetű, majd a cériumos ioncsere során egy torzult perovszkit szerkezetet kapunk, az elemi cella romboéderének szögei megváltoznak. Az anyag további elemzéséhez tiszta, szennyeződésektől mentes anyag szükséges. Fő feladatom volt tehát a BiFeO3 tisztítása, és a tisztítás sikerességének vizsgálata Mössbauerspektroszkópiával. 2.2. Mössbauer-spektroszkópia[15] Az anyag mágneses tulajdonságai vizsgálatának egyik lehetséges módszere, ha az atommagok által érzékelt elektromos és mágneses térváltozásokat vizsgáljuk. Erre a Rudolf Mössbauerről elnevezett Mössbauer-spektroszkópia alkalmas. Ez a spektroszkópia abban is különleges, hogy elemi szelektivitást mutat, tehát a vasat, ónt, esetleg az európiumot lehet tanulmányozni vele. 2.2.1. Mössbauer-spektroszkópia működési elve A működésének az alapja, hogy a vas atommagot 14,4 keV energiájú gamma-sugarakkal tapogatjuk le, amihez radioaktív anyag szükséges. (7. ábra) Sugárforrásként kobalt 57-et használtunk. A 7. ábra. A Mössbauer-spektrométer működési elve forrás mozgatásával, így a mozgás sebességének, illetve az a sugár elnyelődésének ismeretében a Doppler-effektus segítségével következtetni tudunk az elektromos és mágneses terek megváltozása miatt létrejövő energiaeltérésekre. Ezeket a változásokat a hiperfinom kölcsönhatásokon keresztül érzi az atommag.

30

31 2.2.2. Hiperfinom kölcsönhatások Melyek ezek a hiperfinom kölcsönhatások? Az izomereltolódás, avagy kémiai eltolódás, a kvadrupólusfelhasadás, illetve a mágneses hiperfinom kölcsönhatás. Az atommag és a körülötte lévő elektronfelhő között elektrosztatikus kölcsönhatás van. A szimmetrikus elektronfelhő megváltoztatásával az atommag energiaállapota is megváltozik, ez az oka az izomereltolódásnak. (8. ábra) Ennek a segítségével tudjuk meghatározni az oxidációs állapotot, így meg tudjuk különböztetni például a Fe2+-t és Fe3+-t. Az ábrán láthatóan a két 8. ábra. Az izomer eltolódás energiaszint távolsága változik, és az energiájuk lett magasabb. Az izomereltolódásnak a jele: Amennyiben az elektromos tér nem szimmetrikus, akkor az kvadrupólusfelhasadáshoz vezet. (9. ábra) Ez a magasabb energiájú, gerjesztett energianívót két energiaszintre bontja, így a spektrumon két csúcsot látunk, melynek átlaga az izomereltolódás 9. ábra. A kvadrupólus felhasadás

Ezeket a csúcsokat dubletteknek hívjuk. A kvadrupólusfelhasadás jele: , értéke pedig a két csúcs különbsége. Amennyiben az atommag körül belső mágneses mező található, úgy mágneses hiperfinom kölcsönhatás tapasztalható, ekkor az alsó energiaszint kétfelé bomlik, míg a felső négyfelé. A kvantumfizika kizár 2 szélsőséges esetet, így a spektrumon 6 csúcs lesz látható. (10. ábra) Az 11. ábra a BiFeO3 Mössbauerspektrumát ábrázolja, amin 6 csúcs található, tehát belső mágneses mező van az atommag 10. ábra. A mágneses hiperfinom kölcsönhatás körül. Ez egyértelműen mutatja a bizmutferrátban lévő antiferromágneses rendeződést. A Mössbauer-spektroszkópiai méréseket szobahőmérsékleten végeztem, először alfavasra kalibráltam a Mössbauer-spektrométert. Sugárforrásként 109 Bq aktivitású 57Co(Rh)-t használtunk. A Mössbauer-mérésnél először beállítottam a mérőeszközt, amit kapuzásnak neveznek. Ennek lényege, hogy a kobalt mintából különböző energiájú gammasugarak érkeznek, amelyből csak 14,4 keV-os sugárzás a jó. Majd egy kalibrációs mérést végeztem, ahol az alfa-vas volt a minta. Ezután felraktam a különböző mintákból készített lemezeket.

32

2.3. Bizmut-ferrát előállítása A vegyület előállításának egyik módja a fémek nitrátjainak salétromsavban való feloldása utáni bepárlása, majd néhány órás 600 °C-on való kiégetése. Ekkor a szilárd anyagban a BiFeO3-on kívül különböző vas-oxidok, illetve cérium- és bizmut-oxid keletkezik.

11. ábra. A bizmut-ferrát Mössbauerspektruma

2.4. Tisztítás

2.4.1. Salétromsavas mosás A tiszta BiFeO3 kinyeréséhez az irodalom javaslatai alapján kétféle utókezelést használtam. Az átmosásnál az a lényeg, hogy találjunk egy olyan oldószert, ami oldja a vasoxidot, bizmut-oxidot, ill. a cérium-oxidot, de nem oldja a bizmut-ferrátot. Ez egy igen nehéz feladat. Az oldószerek közül először cc. kénsavval próbálkoztam, ami oldotta a bizmutoxidot, viszont a vas-oxidot nem. Ezután a keveréket koncentrált salétromsavban oldottam fel. [16] Ezt az oldatot kétfelé választottam, amiből az egyiket szűrőpapíron leszűrtem, a másikat pedig ülepítettem. Ezután a leszűrt anyagot kiszárítottam, aztán előkészítettem Mössbauer-spektroszkópiához. A másik anyagból a szilárd fázist leválasztva, majd azt semlegesítve egy újabb mintát kaptam. Ezt 12. ábra. Mössbauer-minták kiszárítottam, majd ebből is Mössbauer-mintát készítettem. A mintakészítés úgy zajlik, hogy egy vékony ólomlemezből körgyűrűt gyártunk, aminek a közepébe egyenletesen elsimítjuk a vizsgálandó port. Majd a minta megcímzése után homogenizáljuk a mintát. (12. ábra) 2.4.2. Hőkezelés A tisztítás másik módja a hőkezelés. Ezzel az volt a célunk, hogy az előállítás során keletkezett mellékfázisokat tovább reagáltatva azokból is BiFeO3-ot készítsünk. Mivel szilárd fázisban a részecskék viszonylag távol vannak egymástól, ezért a porítás után tablettázásnál 10 tonna nyomással préseltem össze a mintákat. (13. ábra) Ezután 850°Con hőkezeltem őket 36 óráig O2 atmoszférában. 13. ábra. A tablettázás előkészítése

32

33 3. Eredmények 3.1. A szűrés utáni minta Eredményként a 14. ábrán látható spektrumokat kaptuk. A felső az eredeti minta, a második a koncentrált salétromsavas oldás utáni szűrőpapíron átszűrt minta. A harmadik pedig az egy éjszakán át áztatott, ülepítéssel előállított minta. Mindkét mintát 80°C-on szárítottuk. Az ábrán jól látható, hogy a spektrum közepén [-2, 2] között fokozatosan megjelenik két csúcs. Ezen csúcsok egy nehezen azonosítható vas-oxid megjelenését mutatják. Kevésbé látható, hogy -8 és -7 értékek között mi történik. Ezért a jobb oldali ábrán ez a rész van kiemelve. Az eredeti mintában két csúcs látható, míg az utóbbiakban az egyik eltűnik. Ez az eltűnő csúcs a BiFeO3 irodalmi paramétereihez hasonló értékeket mutat, míg a megjelenő csúcsok vas-oxidra (hematit) utalnak. Tehát a koncentrált salétromsavas mosás átalakította a BiFeO3-ot. A Mössbauer-paramétereket az 2. táblázat foglalja össze. Mivel a koncentrált salétromsav szétroncsolta az anyagot, ezért hígabb salétromsavval próbálkoztam. Készítettem egy két mólos, egy mólos, ill. fél mólos salétromsav oldatot. Ezekben feloldottam a többi oldatkémiával előállított bizmut-ferrát mintákat. Az ezekből készített minták spektrumai azt mutatják (15. ábra), hogy a bizmut-ferrát átalakul egy Bi2Fe4O9 sztöchiometriájú anyaggá, melyet a spektrumok közepén megjelenő két dublett mutat, illetve egy vegyes vas-bizmut-oxiddá, ezek széles vonalakkal rendelkező mágneses szextettekként jelennek meg. Az felső ábrán az eredeti bizmut-ferrát spektruma látható, a középső a 2M-os, az alsó pedig az 1M salétromsavas átmosás utáni minta spektruma.

14. ábra. A cc. HNO3-as mosás Mössbauerspektruma

15. ábra. A híg HNO3-as mosás Mössbauerspektruma

34

δ (mm/s) cc. HNO3 0.3497±0.0009 0.379±0.079 2M híg HNO3 0.258±0.00588 0.363±0.0062 0.401±0.0351 1M híg HNO3 0.249±0.013 0.374±0.0132 0.446±0.0334

Mért adatok ∆ (mm/s)

Irodalmi adatok[17-19] ∆ B δ (mm/s) (mm/s) (T)

B (T)

-0.191±0.0019 0.72±0.165

48.9266 -

0.36

0.972±0.0133 0.416±0.0137 0.131±0.06909

49.61±0.25

0.964±0.0271 0.421±0.0273 -0.05±0.068

-0.2

51.5

α-Fe2O3 dublett

0.1253±0.382 0.9414 0.346±0.503 0.3690

-

Bi2Fe4O9 Bi2Fe4O9 vegyes oxid

0.1253±0.382 0.9414 0.346±0.503 0.3690 50.34 ±0.23

-

Bi2Fe4O9 Bi2Fe4O9 vegyes oxid

2. táblázat. A salétromsavas mosás eredményei 3.2. A hőkezelés utáni minta Eredményképpen a 16. spektrumokon látható, hogy megjelenik két dublett, illetve eltűnik a BiFeO3. Tehát hő hatására a BiFeO3 átalakul egy Bi2Fe4O9 sztöchiometriájú anyaggá, ami sajnos nem adja a bizmut-ferrát multiferroikus tulajdonságait. Ez két dublett formájában jelenik meg a spektrumon, míg a kékkel jelölt bizmut-ferrát szextettje eltűnik. A háttérben megmaradó sötétzöld szextett egy vegyes vas-bizmut-oxid. A híg salétromsavas mosásnál is ezekek a termékek keletkeztek, ami nagyon érdekes, hő hatására ugyanaz a sztöchiometria alakul ki, mint egy oldószerrel való átmosás esetén. A 3. táblázat a hőkezelés utáni minták Mössbauerparamétereit foglalja össze.

16. ábra. A hőkezelés utáni minták spektrumai

34

35 Irodalmi adatok Hiba! A könyvjelző

Mért adatok

nem létezik.,Hiba! A könyvjelző nem

létezik.,Hiba! A könyvjelző nem létezik.

∆ (mm/s)

δ (mm/s)

B (T)

δ (mm/s)

∆ (mm/s)

B (T)

Hőkezelés 1. 0.243±0.00254 0.944±0.0052 0.366±0.0029 0.382±0.0055 0.364 ±0.0052 0.249±0.01400) 50.25±0.05

0.1253±0.382 0.9414 0.346±0.503 0.3690

-

Bi2Fe4O9 Bi2Fe4O9 vegyes oxid

Hőkezelés 2. 0.247±0.00259 0.946±0.0053 0.365±0.0032) 0.376±0.0063) 0.369±0.0062 0.219±0.01672

0.1253±0.382 0.9414 0.346±0.503 0.3690

-

Bi2Fe4O9 Bi2Fe4O9 vegyes oxid

50.37±0.02

3. táblázat. A hőkezelés utáni minták Mössbauer-paraméterei

4. Összefoglalás A kutatásom során megismerkedhettem a Mössbauer-spektroszkópiával, a multiferroikumokkal, egy különleges anyaggal, a BiFeO3-tal, továbbá arra az eredményre jutottam, hogy az irodalommalHiba! A könyvjelző nem létezik. ellentétben a szol-gél módszerrel előállított vas-oxid, bizmut-oxid melléktermékeket tartalmazó BiFeO3 minták salétromsavas átmosása nem megfelelő a tisztításra. A koncentrált salétromsavas átmosásnál a bizmut-ferrát vas-oxiddá alakult át. A hígabb salétromsavas mosás után azt az eredményt szűrhetjük le, hogy minél nagyobb a salétromsav koncentrációja, annál jobban távolodunk el az eredeti bizmut-ferrát sztöchiometriájától, de még a leghígabb savas oldás is roncsolja a BiFeO3-ot. Rendkívül érdekes, hogy a hőkezelés hatására is ugyanazok a komponensek alakulnak ki, mint a salétromsavas mosás után. Jövőbeli tervek között szerepel annak tisztázása, hogy miért így alakul át a bizmutferrát. Ennek érdekében a mintákon elemanalitikát és röntgendiffrakciós vizsgálatot szükséges végezni. Emellett az anyagok kicsit módosított paraméterekkel való előállítását is tervezzük.

Köszönetnyilvánítás Nagyon nagy élmény volt számomra, hogy bepillanthattam a kutatók mindennapjaiba, és bekapcsolódhattam egy kutatásba, preparatív munkát végezhettem. Érdekes volt megismerkedni egy új anyagszerkezet-vizsgálati módszerrel. Nagyon sok új ismerettel, tapasztalattal gazdagodtam. A Kutató Diákok Mozgalma, valamint a témavezetőm munkája nélkül nem lett volna alkalmam kipróbálni ezeket a berendezéseket és belekóstolni a kutatók életébe. Végezetül szeretnék köszönetet mondani témavezetőmnek, Dr. Németh Zoltánnak és a Kutató Diákok Mozgalmának.

36

Források [1] M. N. Baibich , J. M. Broto, A. Fert, F. Nguyen Van Dau, F. Petroff, P. Eitenne, G. Creuzet, A. Friederich, and J. Chazelas: Giant Magnetoresistance of (001)Fe/(001)Cr Magnetic Superlattices. In: Physical Review Letters, 61. (1988) 21. 2472–2475. p. [2] http://nobelprize.org/nobel_prizes/physics/laureates/2007/ [3] Albrecht Jander, Carl Smith, Robert Schneider: Magnetoresistive Sensors for Nondestructive Evaluation. In: Nondestructive Evaluation for Health Monitoring and Diagnostics NVE presentation, Conference (2005) 5770, 3-4. p. [4] S. Cheong, M. Mostovoy: Multiferroics: a magnetic twist for ferroelectricity. In: Nature Materials, (2007) 6. 13. p. [5] S. Cheong, M. Mostovoy: Multiferroics: a magnetic twist for ferroelectricity. In: Nature Materials, (2007) 6. 14. p. [6] Gustau Catalan, James F. Scott: Physics and Applications of Bismuth Ferrite. In: Advanced Materials, (2009) 21, 2463-2481. p. [7] D. H. Kim, H. N. Lee, M. D. Biegalski, H. M. Christen: Effect of epitaxial strain on ferroelectric polarization in multiferroic BiFeO3 films. In: Applied Physics Letters. (2008) 92, 012911. [8] V. Laukhin, V. Skumryev, X. Martí, D. Hrabovsky, F. Sánchez, M. V. Garciá-Cuenca, C. Ferrater, M. Varela, U. Lüders, J. F. Bobo, J. Fontcuberta: Electric-field control of exchange bias in multiferroic epitaxial heterostructures. In: Phys. Rev. Lett. (2006), 97, 227201. [9] Ying-Hao Chu, L. W. Martin, M. B. Holcomb, M. Gajek, S. Han,Q. He, N. Balke, C.Yang, D. Lee, W. Hu, Q. Zhan, P. Yang, A. Fraile-Rodr´Iguez, A. Scholl, S. X. Wang, R. Ramesh: Electric-field control of local ferromagnetism using a magnetoelectric multiferroic. In: Nature Materials, (2008) 7. 478. p. [10] W. Eerenstein, N. D. Mathur & J. F. Scott: Multiferroic and magnetoelectric materials. In: Nature Materials. (2006) 442, 759-765. p. [11] Manuel Bibes and Agnčs Barthélémy: Towards a magnetoelectric memory. In: Nature Materials. (2008) 7, 425-426. p. [12] F. J. Albert, J. A. Katine, R. A. Buhrman, D. C. Ralph: Spin-polarized current switching of a Co thin film nanomagnet. In: Applied Physics Letters (2000) 77. 3809–3811. p. [13] T. Kawahara, T. Takemura, R. Miura, K. Hayakawa, J. Ikeda, S. Young Min Lee Sasaki, R. Goto, Y. Ito, K. Meguro, T. Matsukura, F. Takahashi, H. Matsuoka, H. Ohno: 2 Mb SPRAM (SPin-Transfer Torque RAM) With Bit-by-Bit Bi-Directional Current Write and Parallelizing-Direction Current Read. In: IEEE J. Solid State Circuits (2008) 43, 109–120 [14] Neil Mathur: A desirable wind up. In: Nature (2008) 454, 591-592. p. [15] A. Vértes, S. Nagy, Z. Klencsár: Handbook of Nuclear Chemistry. (2004) Volume 3, Chapter 3, ISBN: 978-1-4020-1305-8 [16] M. Mahesh Kumar, V. R. Palkar, K. Srinivas, S. V. Suryanarayana: Ferroelectricity in a pure BiFeO3 ceramic. In: Applied Physics Letters (2000) 76. 2764. p. [17] N. N. Greenwood, T. C. Gibb: Mossbauer Spectroscopy. Chapman and Hall Ltd• London (1971) SBN 412 10710 4 [18] A. Vértes, S. Nagy, Z. Klencsár: Handbook of Nuclear Chemistry. (2004) Volume 3, Chapter 3, ISBN: 978-1-4020-1305-8 [19] K. J.D. MacKenzie, T. Dougherty, J. Barrel: The electronic properties of complex oxides of bismuth with the mullite structure. In: Journal of the European Ceramic Society. (2007) 28, 499-504. p.

36

37

SZERVES ÉS BIOKÉMIA SZEKCIÓ NÉPEK ITALA: A TEA Andrási Barbara és Csiki Barbara Felkészítő tanárok: Tóth Piroska és dr. Varga Márta Szinyei Merse Pál Gimnázium, Budapest, Magyarország A teafogyasztás története A víz után a tea a legnépszerűbb ital a világon - naponta kb. másfél milliárd csészét fogyasztunk el belőle. A legenda szerint I.e. 2737-ben, Shen Nung kínai császár éppen a kertjében sétálgatott kezében egy csésze forró vízzel. Egy hirtelen jött szellő egy vadon növő teacserje leveleit fújta a csészébe. A császár figyelmes lett a kellemes illatra, megkóstolta, és meglepve tapasztalta, hogy az italtól felfrissül. A Kínai Birodalomban a teát először inkább fűszerként vagy ételekbe főzve alkalmazták. A teaivás kultusza csak a Han dinasztia idején (Kr. u. 206-220) alakult ki, ekkor kezdték alkalmazni az éberség és a koncentrációs képesség javítására. Az 5.-6. században gyorsan növekedett a tea népszerűsége. A teát ajándékként küldték királyoknak és az idegen országokkal folytatott kereskedelem értékes árucikke lett. Lassacskán megjelentek a teaházak is, először vándor árusok mérték ki a teát, majd felbukkantak apró teázók is. Amikor Marco Polo Kínába érkezett, a teaházak már jellegzetes részét képezték a helyi kultúrának. A 17. századtól terjedt el a tea Európában, az angolok hamar beépítették kultúrájukba a teázás szertartását, de az egzotikus ital meghódította XIV. Lajos udvarát is. Az első nyilvános teaszalonok csak az 1900-as évek elején nyíltak meg Párizsban. A század második felében jelent meg a piacon az indiai tea, s ez közkedveltebb lett, mint a kínai. A teanövény A tea (Thea sinensis) természetes körülmények között örökzöld cserje vagy kis termetű fa, karcsú, piramis alakú koronával. Gyökérzetében a főgyökér a 8 m mélységet is elérheti és keményítő formájában tápanyagot raktároz. Leveleik szórt állásúak, bőrszerűek, hosszúkás ellipszis alakúak. A kifejlett levél 7-8 cm hosszú, fiatal állapotban kissé szőrös. A levéllemez sötétzöld, fonáka világosabb, széle fogazott. A feldolgozás A feldolgozás első lépése a fonnyasztás vagy más néven hervasztás. A tealeveleket sűrű lóra teszik, és egy szellős helyen kb. 30 °C-on, fajtától függően kb. egy napig szárítják. Ezáltal a levelek veszítenek nedvességtartalmukból, és könnyebben sodorhatóvá válnak. A hervasztás után következik a sodrás, amelyet egy ún. teasodró asztalon végeznek. Régebben ez a művelet kézzel történt, ma már inkább gép segítségével végzik. A folyamat

38 célja, hogy a levelek sejtfala átszakadjon, így a levegő érintkezik a sejtnedvekkel, s a fermentáció folyamata gyorsabban végbemegy. A feldolgozás következő állomása a fermentáció, az erjesztés. A fermentálás hagyományos módja szerint az összesodort leveleket 35-40 oC-on, néhány órára szétterítik. Az üzemekben a tea többnyire lyukacsos szalagon halad, amelyen levegőt fúvatnak keresztül. A fermentálás akkor fejeződik be, amikor a tealevél rézvörösre színeződik. Ilyenkor a csersavak színes termékekké alakulnak át. Az eljárással a teában lévő csersavak keserű, fanyar ízét csökkentik és kialakulnak azok a vegyületek, amelyek a tea jellegzetes ízét, illatát és színét adják. Az utolsó fázis a szárítás, amely lezárja a fermentációs folyamatot, és tartósítja a teafűben kialakult aromaanyagokat. A szárítás 80-100 °C-on történik, a folyamat végére a tea 60%-os nedvességtartalma 3-6%-ra csökken. [1] Teafajták A tealevelek feldolgozása, a fermentációs folyamat lezajlása alapján öt teafajtát különböztetünk meg. [2] A fehér tea rügyekből és a nagyon fiatal levelekből áll. A leveleket áztatják, majd a napon szárítják. Fehér teát termő ültetvények közül már csak nagyon kevés maradt, ezek közül a legtöbb a kínai fennsíkon található. Itt még a hagyományos, a császári időkből származó szüretelési módszert alkalmazzák. Az elnevezése is „császári szüret”, amelynek az a lényege, hogy az ágról csak az első kis hajtáslevelet és a friss rügyet szedik le. Ha csak magát az apró rügybimbót szüretelik, akkor azt ezüst teaként (Ezüst Tűk) hozzák forgalomba. A fehér és az ezüst tea feldolgozása is fermentáció mentes, ezért szűz teának is nevezik ezeket. A zöld teának számtalan fajtája létezik. A tea minőségét és aromáját a származási hely, az ültetvény fekvése és éghajlata, talaja és a betakarítás módja határozza meg. A zöld tea feldolgozása során szintén hiányzik a fermentáció folyamata. A tealeveleket többször egymás után hőhatásnak teszik ki, sodorják, majd hűtik. A teát végül megszárítják. A gőzölés vagy pörkölés biokémiai következménye, hogy a polifenol-oxidáz enzim elveszti aktivitását, ezért a nyers tealevélben lévő katechinek nem oxidálódnak, és a levelek zöld színe megmarad. Az oxidálatlan katchinek miatt a zöld tea fanyarabb ízű. Sárga vagy más néven oolong tea részlegesen fermentált tealeveleket tartalmaz, a tea készítésekor a fermentációs folyamatot félbeszakítják, ilyenkor a tealevél közepe még fermentálatlan, de a végein már végbement az oxidációs folyamat. Nevét a kész főzet színéről kapta. Véletlenül fedezték fel a zöld tea készítése közbe, hogy ha a leveleket gyúrás és csavarás után nem szárítják meg idejében, akkor sárga színt vesznek fel, mert a fermentáció részlegesen végbemegy A fekete vagy a főzet színe után vörös tea a zöld levelekből fermentálással készül. A levelek a szárítást követően oxidációs folyamaton mennek át. Az oxidációnak köszönhetően a tea elveszti antioxidáns tulajdonságainak nagy részét, íze azonban karakteresebb és összetettebb lesz. A fekete teák szárított levelei feketék, de a főzet jellegzetesen sárgásvöröses színű leheletnyi zöldes árnyalattal. Pu'erh vagy más néven öreg tea tekinthető a legkülönlegesebbnek az elkészítési módját illetően. Nevét Puer dél-kínai városról kapta. A pu'erh teát minden esetben a legjobb minőségű zöld teából állítják elő, amelyet tömbökké préselnek, egyesével becsomagolnak, és több évre elásnak a föld alá egy ládában, vagy száraz, sötét és állandó hőmérsékletű helyen tárolják. A teatömbök elkészítése során a friss zöld teát öntőformába rakják, amelyekben forró gőz fölött tartva, igen erős nyomással összepréselik. Így a tea

38

39 vályogtéglaszerű szilárd formát vesz fel. Általában 10-50 évig tárolják őket, gondosan ügyelve az optimális körülményekre. Rendkívül különös föld íze van, amelyet a teakockákon kialakuló penészréteg okoz. Forrázata sötét vöröses-barna színű. Különleges teák közé tartozik a téli tea vagy más néven kukicsa, amely tűz fölött szárított régi levelek és gallyak törmeléke. A Csung csa vagy féregtea, amelyet a cserje magjaiból készítenek és a virágszirmokkal ízesített teák, ezek leggyakrabban szárított rózsa-, jázmin- és narancsvirággal kevert tealevelek. A tealeveleket osztályozása 1. flowery orange pekoe: a legfelső, zsenge levél (az ezüstös színű, selymes tapintású leveleket a kínainak "pekkó"-nak - fehér hajnak - nevezik); 2. orange pekoe: zsenge levelek, soknak aranysárga a hegye (ezért 'orange'); 3. pekoe: a második, harmadik levél; 4. pekoe souchong: a negyedik, ötödik levél; 5. souchong: a legnagyobb, leggyengébb minőségű levelek. A tea hatóanyagai A friss tealevél kémiai összetétele függ a növény fajtájától, a levél korától, a talajtól, az éghajlattól, a termesztés helyétől. 1. táblázat: A fiatal tealevelek átlagos kémiai összetétele [3] Vízben oldódó Komponens Szárazanyag (%) katechinek 18-32 flavonol3-4 glikozidok proantocianidinek 2-3 koffein 3-4 aminosavak 4 szénhidrát szerves savak

Vízben részben oldódó Komponens Szárazanyag (%) keményítő 2-5 egyéb 12 poliszacharidok fehérje 15 hamu 5

Vízben oldhatatlan Komponens Szárazanyag (%) cellulóz 7 lignin 6 lipidek festékanyagok illékony anyagok

3 0,5 0,01-0,02

4 4-5

Az antioxidánsok olyan szerves vegyületek, melyek csökkentik az erősen oxidáló hatású, párosítatlan elektront tartalmazó molekulák, csoportok ún. szabad gyökök mennyiségét szervezetünkben. Ezek a szervezetbe kerülve oxidálják a sejtekben lévő vegyületeket, ezáltal károsítják azokat. A tea antioxidáns hatása a friss levelekben jelen lévő nagy mennyiségű polifenoloknak, hétköznapi nevén csersavaknak köszönhető. A friss levélben jelen lévő polifenolok, elsősorban a katechinek (epikatechin, epigallokatechin, epigallokatechin-gallát) és a flavonolok (kempferol, kvercetin, miricetin). Szabad flavonolokként vagy ezek glikozidjaiként is előfordulnak. Mindkét vegyületcsoport keserű ízű vegyületeket tartalmaz, amelyek fanyarrá, keserűvé teszik a zöld teát. A fermentáció során a polifenolok mennyisége csökken. A polifenol-oxidáz enzim a katechineket először kinonokká oxidálja, amelyek egymással és más vegyületekkel reagálva teaflavinná és tearubiginné alakulnak. A teaflavin katechinből és epigallokatechinből keletkezik.

40

1. ábra. Epikatechin

1. ábra. Epikatechin

2. ábra. Flavonol

3. ábra. Teaflavin A tea élénkítő hatása a benne lévő alkaloidoknak a koffeinnek, a teobrominnak és a teofillinnek köszönhető. A friss tealevélben a koffein főként a csersavhoz kötötten fordul elő, amely a tea készítésekor nagyrészt kioldódik. A teljes koffeinmennyiség a friss

40

41 levélben és a fermentált teában azonos (kb. 4 %), míg a szabad és a csersavhoz kötött koffein mennyisége változik. A teában lévő koffein csak a bélrendszerben szabadul fel, így hatása lassú, de hosszan tartó. A teofillin a tea vizelethajtó hatásáért felelős.

4. ábra. Koffein A friss levélben elsősorban alkoholok és oxovegyületek adják az illatanyagokat, a jellegzetes "zöld tea illat" főként a cisz-hexen-1-olnak és a transz-hexenalnak tulajdonítható.Az illóolajok másik része a fermentáció során keletkezik, ezért a fehér és zöld teákban kisebb, a fekete teában nagyobb mennyiségben megtalálhatók. A friss levél legfontosabb festékanyaga a klorofill, és a karotinoidok. A klorofill bomlástermékei szerepet játszanak a fekete tea színárnyalatának és aromájának kialakításában. A legjelentősebb színes festékanyag a lutein és a β-karotin. A teában C, B, D és K- vitamin található. A friss levelekben lévő ásványi anyagok közül az alumínium- és a rézvegyületek jelentősek. A friss hajtások szárazanyagában kevesebb, az idősekben több az alumínium-vegyület, valószínűleg a katechinek átalakulásában vagy tárolásában játszik szerepet, mert az Al-vegyületekkel szívesen képeznek komplexet. A réz a polifenol-oxidáz enzimben fordul elő. Nyomelemként megtalálhatók még a Mn-, K- és F-vegyületek. [4] A tea jótékony hatásai A teában található koffein növeli a gyomorsavtermelést. Élénkíti a szívműködést, ezáltal növeli az agy vérellátását. Elősegíti a perifériás véráramlást. Izgatja a központi idegrendszert, csökkenti a fáradtságérzetet. Stimulálja az agykérget, így elsősorban az agykérgi funkciókra gyakorol hatást. Fogyasztása után frissebbnek érezzük magunkat. A fermentálatlan fehér és zöld tea antioxidáns hatása miatt gátolja a rákos daganatok, az érszűkület, az Alzheimer-kór kialakulását. Koffein kivonása zöld teából A tea hatóanyagai közül mi a koffeint vontunk ki zöld tealevélből. A kivonás lépései: a koffein kioldása forró vízzel, extrahálás kloroformmal, szárítás vízmentes nátrium-szulfáton, az oldószer elpárologtatása vákuum-desztillációval, a nyers koffein tisztítása szublimációval. [5]

42

Felhasznált irodalom [1] http://www.szepzold.hu/a_tea_feldolgozasa [2] http://teaunnep.hu/teafajtak.html [3] http://www.chemonet.hu/menu/index1.htm [4] Römpp Vegyészeti Lexikon, 1982, Műszaki Könyvkiadó, Budapest [5] Szerves Kémiai Praktikum, Szerkesztette: Orosz György, Nemzeti Tankönyvkiadó, Budapest, 1998.

42

43

TEAMINŐSÉG - MINŐSÉGI TEÁK? Andres Violetta Felkészítő tanárok: Dr. Horváth Györgyi, Bodáné Gálosi Márta, Mostbacher Éva Ciszterci Rend Nagy Lajos Gimnáziuma és Kollégiuma, Pécs, Magyarország Bevezetés Teázás hagyományairól „Az ideges, könnyűvérű, lázas kor embere gyorsan ható szerek után kapkodott és kapkod, elhanyagolván azt a növényt, mely mosolygóan feléje nyújtja kelyhét és gyógyerejét. A kedves, éltető, hatásos gyógyfüvek az újabb korban a házi gyógytárban húzódtak meg, és lassan-lassan feledésbe is mennének, ha rehabilitálásukat maga az emberi természet nem követelné.” (Zelenyák János iskéri plébános) Napjainkban ismét reneszánszát éli a népi gyógyászat. Felkeltette érdeklődésemet a teázás hagyományainak ősidőkre visszanyúló gyökerei, a gyógyteafüvek alkalmazása a népi gyógyászatban. Kíváncsi voltam, vajon napjainkban, a világ különböző részein, milyen érdekes teafogyasztási módszerek, hagyományok alakultak ki az idők során. Ha a tea csak forró víz és növényrész összege lenne, nem keresnénk a titkát évezredek óta. A legnagyobb teafogyasztók közül kiemelném Kínát, ahol a fennmaradt régi írások szerint a nyolcadik század előtt a kínai teakészítés több bonyolult lépésből állt. A kész teát tejjel, valamint hagymával ízesítették. A szokások megváltoztak az idők során és manapság a kínaiak modern forralási technikákat alkalmaznak. Japánban a zöld tea fogyasztásának vannak jelentős hagyományai. A teázással kapcsolatos szertartás élő szokás, amelyet gésák – a régi teamesterek utódai – végeznek. A japánok soha nem édesítik vagy ízesítik a teájukat, hanem teasüteményt fogyasztanak hozzá. Oroszországban évszázados hagyománynak megfelelően az oroszok szamovárokat használnak a teafőzéshez. Az európaiak teafüvet vagy tea filtert tesznek egy forralt vízzel teli kannába pár percig hagyják állni, amíg a tea kiengedi ízét, hatóanyagait. Angliában és Hollandiában a teát cukorral vagy mézzel édesítik, valamint gyakran tejjel, rummal és citrommal. Néha még lekvárt is tesznek bele! A magyarok a teát cukorral vagy mézzel édesítik, gyakran tovább ízesítik citrommal, rummal, esetleg borral. A különböző 7. ábra Szamovár országokban a teafogyasztás a képzőművészetre is igen nagy hatással (internetes forrás) volt (fazekasság, porcelángyártás).

Célkitűzés Kutatásom során arra kerestem a választ, hogy vajon mindennapi életünkben, gyógyteáinkat hogyan készíthetjük el, hogy a bennük rejlő kedvező hatóanyagokat és hatásaikat legoptimálisabban kihasználhassuk. Hazánkban és általam is talán a két legközkedveltebb és legismertebb teán keresztül szeretném bemutatni, hogy a főzet elfogyasztása után a kívánt gyógyhatást érjük el.

44 Az egyik tea a közönséges hárs virágából és murvaleveléből készült, a másik a fekete bodza virágából, melyeket filteres és szálas kiszerelésekben lehet kapni, ezért mindkét gyári változatot vizsgáltam. Kutatásom során kapott eredményeimre támaszkodva megkíséreltem választ kapni, arra, hogy a gyógyteák megfelelő gyógyszerkönyvi minőségűek-e, hatóanyagtartalmuk változik-e különböző áztatási idők esetén, illetőleg függ-e az előállított formától, mennyi ideig tárolhatók? Vizsgálataim során arra is kerestem választ, hogy a forrázat készítése után, mekkora hatóanyag-tartalom marad vissza a készítményekben. Flavonoid stabilitási és összillóolaj meghatározást is végeztem. A minőségi analízist kísérletekkel kívánom alátámasztani, különös figyelmet fordítva a nehézfém-szennyezésre és mikrobiológiai tisztaságvizsgálatokra. A kivonatok flavonoid-összetételét vékonyrétegkromatográfiás és spektrofotometriás vizsgálattal, a mikrobiológia tisztaságvizsgálatot szélesztéses módszerek alkalmazásával állapítottam meg. A kutatás folyamatát képekkel dokumentáltam, eredményeimet táblázatokban és grafikonokon rögzítettem.

Irodalmi áttekintés Egy kis botanika Fekete bodza Mindkét fafaj hazánkban megtalálható. A fekete bodza (Sambucus nigra) széles körben (Európában. Ázsiában, Észak-Afrikában és Észak-Amerikában) elterjedt 4-6 m magas cserje, amely jellegzetes májustól-júliusig nyíló fehér virágairól (Mellékletek: 3. kép) és lilás-fekete, fényes, csonthéjas bogyóterméséről (Mellékletek: 4. kép) könnyen felismerhető. Erdőkben, főleg azok szélén folyóvizek mentén gyakori. Az 1 éves ágak zöldek, az idősebbeket szürke vagy szürkésbarna kéreg borítja. (Tóth 2005) Többféle bodzafajt különböztetünk meg, köztük a vörös bodza (Sambucus racemosa L.) hegyvidéki faj, ágaiban a bélszövet sárga, a levélkék keskenyebbek, a termések pirosak. A gyalogbodza (Sambucus ebulus L.) évelő, elágazó gyöktörzsű növény, szárai nem fásodnak el, keskenyebb levelei több összetett levélkéből állnak, mint a fekete bodzáé. Virágai nagyobbak porzói pirosak, kellemetlen szagú növény. A gyalogbodza gyöktörzse népi gyógyászati szer, ritkán vizelethajtóként használják teakeverékekben. A népi gyógyászatban gyökerét (Ebuli radix) is alkalmazzák, vizelethajtóként vesebántalmaknál, vízhajtóként vízkór esetén és hashajtóként. (Szendre és mtsai 2009) Fekete bodza virágait (Sambuci flos) száraz, napos időben kell begyűjteni a virágzás elején, amikor a szélső virágai nyílni kezdenek. A virágokat 30-35° C fokon szárítjuk. Még a gyűjtés napján ajánlatos megszárítani és csomagolni, 8. ábra Sambucus nigra hogy a levegőből ne szívhassanak magukba nevességet. (Kissné 2007, 43.oldal) Száradási arány 5-6:1. A bodzavirág főként flavonoidokat (kb. 5% rutint, továbbá izokvercetint, hiperozidot) és csupán kevés mennyiségű illóolajat és nyálkát tartalmaz. A szambunigrin nevű glikozid melyből ciánhidrogén szabadul fel csak a zöld részekben található. Klorogénsav tartalma jelentős kb. 3 %. A modern gyógyászat csak a Sambucus nigra L.(Caprifoliaceae) virágzás kezdetén gyűjtött, szárított és a kocsányról lemorzsolt virágját alkalmazza, amely a Ph. Hg.VIII-ban Sambuci flos néven található meg. (Szendre és mtsai 2009) (Tóth 2005)

45 Közönséges hárs A Tilia nemzetség több faja egész Európában, így hazánkban is elterjedt, hegyvidéki lomberdőkben, parkokban, fasorokban többek közt virágzáskor jellegzetes kellemes illata miatt ültetett fa. A hársfát (Tiliaceae) népies nevén szádokfát, a gyógyászatban a középkor óta használják, napjainkban is népszerű, számos gyógyszerkönyvben megtalálható gyógynövény. A Ph. Hg. VIII-ban Tiliae flos néven megtalálható drogot a kislevelű hárs (Tilia cordata Miller), a nagylevelű hárs (Tilia platyphyllos Scop.) vagy a közönséges hárs (Tilia x vulgaris Heyne) egész, szárított virágzata illetve ezek keveréke adja. (Szendre és mtsai 2009) A közönséges hárs a kis és a nagylevelű hársból keletkezett hibrid. A kislevelű hárs egész Európában honos, a nagylevelű hárs Európa déli részén és a Duna menti országokban található. Lombhullató vegyes erdeinkben találhatók a síkságtól az alsóbb hegyvidékekig. A kislevelű hárs leveleinek fonákán rőtvörös, a nagylevelű hárs fonákán fehér, később sárga színű az érzug. A kislevelű hárs lassú növekedésű, mintegy 20 m magas júniusban és júliusban virágzó fa, kiváló mézelő. Az akár 30-40 m magasra növő nagylevelű hárs valamivel korábban virágzik. A gyógyszerkönyvben hivatalos drognál gyengébb minőségű, eltérő ízű és illatú az ezüsthárs (T. argentea, syn. T. tomentosa) augusztusi virága, amelyet a Tiliae flos hamisítására használhatnak. Az ezüsthárs az ország délibb részein gyakoribb, meleg igénye kifejezettebb. Leveleinek fonákán nem csak az erek elágazásánál, hanem az egész felületen szőrképletek találhatók, ezért ezüstös-fehéresek. Az 9. ábra Közönséges hárs ezüsthárs 2010 esztendőben elnyerte az év fája megtisztelő (Kissné 2007, 14. oldal) címet. (Tóth 2005) A vadon is termő fajok virágzatait a murvalevelekkel együtt (tiliae flos cum bracteis) vagy azok nélkül (tiliae flos sine bracteis) gyűjtik. Legelőnyösebb a kézi gyűjtés, árnyékban szárítható, száradási arány 4:1-hez. Az első két faj (kis- és nagylevelű hárs) virágzatai elegyíthetők, a később virágzó ezüsthárs külön tárolják és csomagolják, de a Magyar gyógyszerkönyv előírásainak ez utóbbi nem felel meg. (Tóth 2005) A virág számos fenolos anyagot tartalmaz, köztük kb. 1% flavonoid keveréket (e nemzetségben fedezték fel a tilirozidot, melynek szerkezetében az utóbbi flavonoid cukormolekulán keresztül para-kumársavhoz kapcsolódik) ezen kívül fenolos savakat proantocianideket és tannint. Összetételében még kávésav és származékai is megtalálhatóak. A növény kellemes illatát a benne található kis mennyiségű (0,01-0,02%) illóolajnak köszönheti, tartalmaz nyílt szénláncú szeszkviterpén alkoholok közé tartozó farnezolt. Míg a murvalevelekben lévő illóolaj főleg fenilacetaldehidben és egyéb aldehidekben gazdag, a virágban található illóolajban a monoterpének dominálnak. A drog mint egy 10 % uronsav tartalmú arabinogalaktán-típusú poliszaharidot (nyálkát) is tartalmaz. (Szendre és mtsai 2009) Népgyógyászat régen és napjainkban A fekete bodza a germánok szent növényei közé tartozott, jóformán miden betegség elleni panaceaként (varázsszerként) alkalmazták. A gyógyászatban elsősorban virágzatát használják, terméséből lekvárt és szörpöt, valamint bort is előállítanak. A termésből készült lekvár sokáig népszerű volt enyhe hashajtóként. (Tóth 2005)

46 A bodza kellemes íze miatt teakeverékek gyakori alkotórésze. A bodzavirágból készített teát forrón fogyasszák, lehetőleg mézzel édesítve. Izzasztó (diaphoretikus) hatású akár csak a hársfa virágaiból készült tea. Hűléses állapotokban fekvőbetegeknek javasolják fogyasztását, mert bizonyított köptető hatása is van. Étkezési teaként is fogyasztható, jól oltja a szomjúságot. Naponta ismételten, folyadékpótlásra hidegen is fogyasztható. A népi gyógyászatban féregűzésre a kérgét használták. Korábban használták a bodza levelét is gyógyászati céllal (rühösség, köszvény, stb.) kezelésére, de ennek alkalmazása visszaszorult. Mindhárom bodzafaj termésének fogyasztása nagyobb adagban hánytató s egyéb főleg emésztőszervi panaszokat okozhatnak. Különösen erős hatásúak a nem teljesen érett termések. Meghűléses légúti megbetegedések esetén izzasztóként, hurutoldóként alkalmazzák. A népgyógyászatban ezen kívül torokgyulladás esetén gargalizáló szerként, reumás megbetegedésekben továbbá vértisztítóként használják. (Tóth 2005) (Szendre és mtsai 2009) A hársfavirág megfázásos betegség, száraz köhögés enyhítésére alkalmazható. Általában tea (forrázat) formájában fogyasszuk. A tea nyálka tartalma révén mérsékli a torokfájást és a köhögési ingert. A hársfavirágot tradicionálisan gyomorbántalmakra, izzasztóként, vízhajtóként, az epe elválasztás és az epe elfolyás segítésére alkalmazták. Korábban a kérget eltört vagy meggörbült végtagok sebészeti rögzítésére használták. A drog izzasztó, köhögéscsillapító, vizelethajtó, nyugtató, fájdalomcsillapító és immunstimuláns hatású. A belőle 10. ábra Hársfavirág készült forrázatot meghűléses megbetegedésekben (internetes forrás) hörghurut, tüdőgyulladás, mellhártyagyulladás kezelésére használják. Miután a drog kivonata kifejezetten kellemes ízű gyermekgyógyászatban is előnyösen használható. A népi gyógyászatban a fentieken kívül reumás megbetegedésekben, vesemedence gyulladás (pyelitis), húgyhólyag gyulladásban (cystitis), ischias, gyomorbántalmak, nyugtalansági állapotok, hisztéria, migrén esetén is alkalmazzák. A növény farészét (Tiliae lignum) vérnyomáscsökkentőként, máj és epe megbetegedésekben, laza kötőszöveti gyulladás (cellulitis), reumatikus bántalmak, köszvény esetén is használják. (Szendre és mtsai 2009) (Tóth 2005) Forrázat alakjában használják melegen, lehetőleg mézzel édesítve. Társítható egyenlő arányban a bodza virágaival. E tea elegy fokozza a szervezet nem fajlagos védekező képességét, biztosítja a folyadékpótlást, ezért influenzás (grippés) betegeknek javallják. A hársfa virág tea, enyhe nyugtató hatással is rendelkezik, élvezeti teaként korlátlan ideig fogyasztható. (Tóth 2005) A hársfa víz (Aqua tiliae decemplex) 100 gramm Tiliae flos-ból, 30 gramm etilalkoholból 1 liter vízből készül. Használatkor vízzel 10 szeresére hígítjuk, ebből napjában 10-15 grammot adunk légcsőhurutban, hűlésekben szenvedő betegeknek. A gyógyszertárban és iparban illatos oldószer. (Szendre és mtsai 2009) A hársfa fajok fatestéből készül az orvosi szén egyik fajtája (Carbo medicinalis vegetalis, Carbo tiliae), amely gázokat oldatban lévő különböző anyagokat megkötő adszorbeáltató tulajdonságú, melyet bélfertőzésekben, vastagbél hurutban bélgázok megkötésére egyes mérgezésekben gyomormosásához (szénszuszpenzió formájában) használnak. A kemoreceptorokra ható anyagokkal kiegészítve, idült székrekedésben rendelt készítmények egyik alapanyaga. (Tóth 2005)

47 Preklinikai és humán vizsgálatok Bodzánál a drog gyulladáscsökkentő hatását in vitro és állatkísérletekben bizonyították a preklinikai vizsgálatok során. Vizes etanolos kivonata közepes gyulladáscsökkentő hatást mutatott patkányokon. A kivonat el nem szappanosítható frakciója egereken mérsékelten növelte a fagocitózist (falósejt aktivitást). A kivonat in vitro antioxidáns hatású. A drog kivonata állatkísérletekben bronchus szekréciót (hörgőmirigyek váladékkiválasztása) fokozó hatást mutatott. (Szendre és mtsai 2009) (Tóth 2005) Humán bizonyítékok a bodza virág feltételezett gyógyhatásait nem támasztják alá modern humán vizsgálatok, alkalmazása a tradicionális használat során nyert tapasztalatokon és a rendelkezésre álló preklinikai adatokon alapul. (Szendre és mtsai 2009) Míg a hársnál, a drog különböző oldószerekkel készült kivonatai köhögéscsillapító, izzasztó, vizelethajtó, nyugtató és fájdalomcsillapító hatásúnak bizonyultak. A hársfa virág alkoholos extraktuma antimikróbás hatást mutatott, a flavonoid frakció esetén ödéma csökkentő hatást dokumentáltak. Poliszaharid tartalma hozzájárul a drog gyulladáscsökkentő hatásához. (Szendre és mtsai 2009) A hársfavirág diaforetikus hatását nem sikerült meggyőzően bizonyítani, az izzasztáslegalábbis részben- az elfogyasztott folyadék mennyiségének és magas hőmérsékletének tulajdonítható. Egy vizsgálat szerint a hársfa teával végzett inhalálás jobban csökkenti a megfázásos tüneteket, mint a forró vízzel történő inhalálás. A hárfa virág népszerűsége, gyógyászati felhasználása azonban döntően nem a humán bizonyítékokra, hanem a tradíció során nyert tapasztalatokra, a fitokémiai és preklinikai ismeretekre és nem kis részben a drog kellemes ízére vezethető vissza. (Szendre és mtsai 2009) (Tóth 2005)

Anyag és módszer Kutatásomat a témához kapcsolódó szakirodalom feltárása után kezdtem meg. Az elkészített teákból Magyar Gyógyszerkönyvi (Ph. Hg. VIII.) leírás alapján összflavonoidmeghatározást spektrofotometriával, és ólomszennyeződés kimutatására irányuló kísérleteket végeztem. Elemzések során kapott eredményeimre támaszkodva megkíséreltem választ kapni, arra, hogy a gyógyteák megfelelő gyógyszerkönyvi minőségűek-e, hatóanyagtartalmuk változik-e különböző áztatási idők esetén, illetőleg függ-e az előállított formától (szálas, filteres)? Vizsgálataim során arra is kerestem választ, hogy a forrázat készítése után, mekkora hatóanyag-tartalom marad vissza a szálas, illetve a filteres készítményekben. A kivonatok flavonoid-összetételét vékonyréteg-kromatográfiás (VRK) vizsgálattal, a mikrobiológia tisztaságvizsgálatot szélesztéses módszerek alkalmazásával állapítottam meg. A kutatás folyamatát képekkel dokumentáltam és eredményeimet táblázatokban és grafikonokon rögzítettem. Beszerzési helyek és minőség-ellenőrzés A patikában készített teakeverékeket alkotó drogoknak meg kell felelniük a Ph. Hg. VIII. minőségi követelményeinek. Erre a célra Országos Gyógyszerészeti Intézet (OGYI) engedélyével rendelkező tasakolt monoteákat kell használni, amelyeket a Herbária Zrt.-től és a Naturland Magyarország Kft-től lehet beszerezni különböző kiszerelésekben. A monoteákat közvetlenül a gyártótól vagy gyógyszerszolgáltató cégen keresztül lehet beszerezni. A Ph. Hg. VIII.-ban Gyógynövényteák (Plantae ad ptisanam) definíciója a következő „ A gyógynövényteák kizárólag egy vagy több növényi drogból álló gyógyszerkészítmények, amelyekből főzéssel, forrázással vagy áztatással frissen fogyasztható vizes oldatok készíthetők”. A gyógynövényteákat általában ömlesztve vagy adagolt formában, tasakokban forgalmazzák. A gyógynövényteáknak meg kell felelniük a Gyógyszerkönyv vonatkozó,

48 egyedi cikkelyeinek vagy ezek hiányában a Növényi drogok (1433) általános cikkely követelményeinek. A gyógynövényteák mikrobiológiai tisztaságára vonatkozó ajánlások (5.1.4.-4/A Mikrobiológiai tisztasági osztály) figyelembe veszik az előírt elkészítési módot (forró víz vagy nem forró víz használatára). A Gyógyszerkönyv egyes cikkelyeinek, valamint a minőségi előírások követelményeinek megfelelő minőségű drogok csak abban az esetben használhatók teakeverékek készítéséhez, ha azokat előzetesen növényvédőszer-maradványra (peszticidrezidiuumra) is megvizsgálták, és megfelelőnek találták. (Szabó 1996)(Ph. Hg. VIII.). Az általam vizsgált termékek ezen követelményeknek megfeleltek. Ólomszennyezés vizsgálata A növények begyűjtésénél, beszerzésénél figyelnünk kell a környezet befolyásoló hatásaira, mint pl. nehézfémszennyezés. Kíváncsi voltam az ólomszennyezés mértékére A kimutatást szobahőmérsékleten kémcső kísérlettel igazoltam. Analitikai pontossággal bemértem 0,1g vizsgálandó anyagot, melyhez 1ml ecetsavat öntöttem, majd az így kapott oldathoz 10 ml vizet és 0,2 ml kálium-jodid oldatot (c=1mol/dm3) adtam. Ólomszennyeződés esetén sárga csapadékot keletkezik. A kísérlet alapján megállapítottam a termékek megfelelő tisztaságát, mert a kimutatás során csapadékképződést nem tapasztaltam. Teahamisítás Gyógytea vásárlásánál a minőségre különös képen tekintettel kell lennünk. 11. ábra Kémcsőkísérlet (saját fotó) Kevesen tudják, hogy a profitorientált világunkban még teáinkat is hamisíthatják. Idegen növényi részek kerülhetnek a teadrogba (ez saját gyűjtésnél is fennállhat), pl.: az ezüsthárs Tilia tomentosa nem alkalmazható teadrogként, allergén reakciókat válthat ki (a trichomák ingerlik a nyálkahártyát). De idegen anyagok, szennyeződések is kerülhetnek a drogba, mint pl.: madárürülék, madártoll, kavics. De egyes cégek a gyakoribb fogyasztás érdekében az amúgy koffeint nem tartalmazó gyógyteákat koffeinnel permetezik be. Összflavonoid-tartalom meghatározás Flavonoidok A flavonidok (a citrusfélékből származó (rutin, naringenin)) érfalakra gyakorolt jótékony hatásáról már 1937-ben Szentgyörgyi Albert és Rusznyák István is írt a Nature című folyóiratban. Megfigyelték, hogy a flavonoidok csökkentik a kapilláris bevérzéseket, mintegy erősítik az érfalat; a kiváltó aktív komponenseket P- vitaminnak nevezték el, ezen anyagokat ma bioflavonoidoknak nevezzük. Ismereteink szerint az antioxidáns bioflavonoidok nem vitaminok, de egyes hatásaik vitaminszerűek. (Dinya 2009) A teák fő hatóanyagait a flavonoidok adják, s ezek megtalálhatók a bodza és a hárs virágzatában is. A flavonoidok főként növényekben szintetizálódó, protektív pigmentek, melyek UV-abszorbeáló vegyületek. A flavonoidok megnevezés, egy átfogó vegyületcsoportot jelöl, melynek tagjai hasonló alapvázzal (flavon, izoflavon, stb.) rendelkeznek, melyhez különböző hidroxil-, metoxi-csoportok és egyéb oldalláncok kapcsolódnak. (Tarr 2002)

49 A növényvilág egyik legváltozatosabb szerkezetű és leggyakrabban előforduló fenolos természetű vegyületcsoportja, az emberi szervezet csak külső forrásból, elsődlegesen a táplálékból jut hozzájuk. A flavonoidok valamennyi növényi élelmiszerben megtalálhatók, azonban nem azonos koncentrációban. A sötét színű bogyósok különösen jelentős flavonoidtartalommal bírnak. (Dinya 2009) Hangsúlyozandó, hogy a flavonoidok nem tekinthetők egyetlen konkrét betegség gyógyszerének sem, ám a velük foglalkozó évtizedes kutatómunka elegendő bizonyítékkal szolgál ahhoz, hogy az egészségvédelemben való szerepüket egyértelműnek tekinthessük. Jelenlegi ismereteink szerint alkalmazásuk mind az egészséges, mind pedig a beteg emberek számára jótékony hatású, amire rohanó, környezeti ártalmakkal terhelt világunkban mindannyiunknak szüksége lehet. (Szabó 1996) A flavonoidok antioxidáns tulajdonságú növényi hatóanyagok. Kutatások igazolták, hogy a flavonoidok inaktiválják a szabadgyököket, a biomembránok foszfolipid-rétegében gátolják a lipidperoxidációt, csökkentik az oxidált LDL azaz, low density lipoprotein arányát. Gátolják a vérlemezkék összetapadását, csökkentve a trombózis kialakulásának veszélyét. Szerepük felmerült a daganatos betegségek prevenciójában is. (Dinya 2009) Flavonoidok stabilitása Sok ember abba a hibába esik, hogy esetleges meghűléskor fogyasztanak néhány adag teát, majd hosszasan tárolják a teafüvet és csak a következő meghűléses időszakban alkalmazzák ismét. A tárolt teafüveknek flavonoid tartalma azonban jelentősen csökken (több mint 50%-ra csökken), ahogy azt a grafikonon is láthatjuk, a flavonoidok eloxidálódtak. 50% 40% 30% 20%

jelenlegi

10% korábbi

0% bodza szálas

bodza filteres

korábbi

jelenlegi hárs szálas

hárs filteres

12. ábra Flavonoid stabilitás (1 éves tárolást követően)

Spektrofotometria A spektroszkópia az anyag és az elektromágneses sugárzás kölcsönhatását használja fel az anyag szerkezetének, minőségi és mennyiségi összetételének meghatározására. Az abszorpciós spektrum megmutatja, hogy az anyag a fény különböző hullámhosszú komponenseit milyen mértékben nyeli el. Az abszorpciós spektrofotometria mennyiségi analitikai alkalmazása a Lambert-Beer törvényen alapul. A=ε x l x c. Az áteresztőképességet a spektrofotométerek százalékosan adják meg. A Lambert-Beer törvénytől való eltérés oka a disszociáció és a komplexképzés. Vizsgálataimat a Pécsi Tudományegyetem Farmakognóziai Intézet laborjában végeztem UV/VIS Sp 8001 Spectrophotometer Metertech típusú műszerrel.

50 Kísérletelemzés I. Vizsgálataim során mindkét növény esetében, szálas és filteres kiszerelésben, párhuzamos méréssekkel összflavonoid tartalmat mértem, melyet Ph. Hg. VIII-i meghatározás alapján végeztem. Csiszolatos Erlenmeyer-lombikban (100 ml-es) 0,5 g analitikai pontossággal mért drogot 1 ml 0,5%-os hexametiléntetramin, 20 ml aceton és 2 ml 25%-os sósav elegyével és kevés horzsakővel 30 percig forró vízfürdőn extraháltam, savas hidrolízist végezve. A kivonatot vattarétegen 100 ml-es mérőlombikba szűrtem, majd a drogmaradékot 20 ml acetonnal 10 percig ismételten extraháltam. Ezt a lépést még egyszer megismételtem, majd a kivonatokat 13. ábra - Rázótölcséres fázis egyesítettem és mérőlombikba szűrtem. Lehűlés után acetonnal meniszkuszig kiegészítettem 100 ml-re és ezáltal megkaptam a törzsoldatomat. A törzsoldatból 20 ml-t kivéve, és hozzáadva 20 ml desztillált vizet és 15 ml etil-acetátot rázótölcsérbe töltöttem, az alsó fázist leengedtem, majd háromszor megismételve 10 ml etil-acetáttal kiráztam. A felső fázisokat gyűjtöttem, hiszen abban voltak a flavonoidok, pontosabban a flavonoid aglikonok. Az összegyűjtött etil-acetátos (felső) fázisokat 50 ml desztillált vízzel átmostam, a folyamatot kétszer megismételtem, majd vízmentes Na2SO4tartalmú vattán keresztül (melyet etil-acetáttal meglocsoltam) 50 ml-es mérőlombikba szűrtem és etil-acetáttal jelig kiegészítettem. Ebből az oldatból először 10 ml-t és 1 ml alumínium-klorid reagenst (2% AlCl3 jégecetes metanolban [φ=5%] φ=V/V% (térfogatszázalék)) 25 ml-es mérőlombikba pipettáztam és jégecetes metanollal (φ=5%) jelig kiegészítettem (így kaptam a vizsgálandó oldatot). Az etil-acetátos oldatból újabb 10 ml-t egy másik 25 ml-es mérőlombikba pipettáztam és jégecetes metanollal (φ=5%) jelig kiegészítettem (így kaptam az összehasonlító oldatot). 30 perc után a vizsgálandó oldat abszorbanciáját az összehasonlító oldattal szemben 425 nm-en mértem spektrofotométer segítségével 1 cm-es küvettában. Vékonyréteg-kromatográfiás vizsgálat Vékonyréteg-kromatográfia A vékonyréteg-kromatográfia (VRK), angol nevén thin layer chromatography (TLC) gyors és egyszerű módszer, minek következtében széles körben alkalmazzák. Főleg analitikai célokra használják, anyagok kimutatására, elegyek összetételének, valamint egyes anyagok tisztaságának meghatározására. Az állófázis egy megfelelő hordozóra felvitt vékony rétegű adszorbens, leggyakrabban szilikagél, cellulóz, alumínium-oxid vagy poliamid, melyet valamilyen hordozólapra (üveglap, alumíniumlemez stb.) visznek fel. A réteg kiválasztását minden esetben az elválasztandó molekulák természete, és a használni kívánt kromatográfiás módszer határozza meg (Szabó 1996). A vizsgálandó anyagból könnyen párolgó, szerves oldószerrel készítünk 0,1-1%-os, szükség esetén ennél hígabb vagy töményebb mintaoldatot. Ennek felvitele a rétegre mikropipetta, vagy üvegkapilláris segítségével történik. A minta felviteli helyét gondosan ki kell jelölni, hegyes grafitceruzával, óvatosan, hogy a réteg ne sérüljön, a lemez alsó szélétől általában 1,5-2 cm-re. Továbbá a startponttól 10-15 cm-re kijelölendő a frontvonal is (Szász

51 és mtsai 1990). A komponensek szétválása annál jobb, minél kisebb, tömörebb pontba történik a felvitel (Szabó 1996). A mozgó fázis valamilyen folyadék, oldószer vagy oldószerelegy, melyet a kapilláris erő mozgat az álló fázison. A mozgófázis a minta komponenseivel együtt a vékonyrétegen felfele mozog, miközben a komponensek polaritásuknak megfelelően elkülönülnek egymástól. A vegyület és a kifejlesztő szer által megtett út hányadosa, azaz a retenciós faktor (Rf), a vándorlási sebesség jellemzője. Az Rf érték a gyakorlatban számos faktortól függ, ezért célszerű a vizsgálandó anyag mellé standard anyag – ismeretlen minta esetén a feltételezett anyag standardjának – felvitele, és azzal együtt futtatása, természetesen egy értékhez (Rf) több anyag tartozhat. A különböző standard értékeket összefoglaló szakirodalmakban feltüntetett anyagok lehetőségei közül kiválasztani, hogy melyik anyaghoz tartozik az adott érték az eltérő szín, és a vizsgált termékek előzetes részletesebb ismerete segíti. (Szász és mtsai 1990). A kifejlesztés kromatografáló kamrában történik, ez lehet leszállókamra, felszállókamra, Sandwich-kamra, továbbá lehet horizontális kifejlesztés is. Leggyakrabban a felszállókamrás módszer használatos. Az esetek többségében a kifejlesztést megelőzi a kamra telítése a kifejlesztőelegy gőzeivel, ami azt jelenti, hogy adott időtartamig állni hagyjuk a futtatóelegyet a légmentesen zárt kamrában. Így elérjük, hogy a kifejlesztés során már nem változik számottevően a légtérben a kifejlesztőelegy komponenseinek koncentrációja (Szász és mtsai 1990). A réteglapot a kád falának támasztva úgy helyezzük el, hogy a réteg alsó széle a kifejlesztőelegybe merüljön, de a felcseppentési pontok a folyadék felszíne felett helyezkedjenek el. A kifejlesztést az előre bejelölt fronttávolságig folytatjuk. Adott kromatográfiás rendszer felbontóképességének fokozására további kifejlesztési eljárások állnak rendelkezésünkre, mint a többszörös egydimenziós, kétdimenziós, túlfuttatásos és gradiens kifejlesztés (Szász és mtsai 1990). A kifejlesztett kromatogram foltjainak láthatóvá tétele, azaz az előhívás, történhet UVfénnyel (fluoreszkáló rétegen, 254 vagy 366 nm hullámhosszú fényben), bepermetezéssel (általános vagy vegyületcsoportokra szelektív előhívó reagensek segítségével), illetve reagens gőzök, gázok, pl. jód, bróm alkalmazásával. (Szász és mtsai 1990). Kísérletelemzés II. A VRK módszert minőségi meghatározásra alkalmaztam. A mennyiségi meghatározást denzitométer segítségével lehetne megadni, de ezt nem állt módomban használni. Hordozóként alumínium lemezt használtam, melyen az álló fázis Silica gel 60 F254 (fluorescens anyaggal impregnálva) volt futtatva. Standardként 3µl-3µl hiperozidot, rutint, klorogénsavat és kávésavat vittem fel üvegkapillárisokkal. A vizsgálandó anyagok (bodza és hárs 5 és 20 perces főzetei) mindegyikéből 25 µl-t vittem fel. Kifejlesztő oldatként (kb. 10 ml) etilacetát, hangyasav, jégecet, víz (100: 11: 11: 26 arányú) elegyét, 10x20as CAMAG futtatókádban használtam. Előhívó oldatként Naturstoffpolietilénglikol reagenst alkalmaztam. Bemártás után 3 percig 105°Con szárítószekrénybe tettem a lemezt. Végül 365nm hullámhosszú fény alatt értékeltem. 14. ábra Vízgőz desztilláció

52 Összillóolaj-tartalom meghatározás A teadrogok illóolaj tartalmának meghatározását vízgőz desztillációval végeztem. A hársban és bodzában található illóolajok sűrűsége kisebb a víznél, így a vizes fázis tetején jelent meg az apoláris illóolajos fázis. Egy évvel ezelőtt az összillóolaj tartalom a bodzában 0,15%, a hársban 0,015% volt. Az eltelt idő alatt a tárolás következtében vízgőz desztillációt követően az illóolajok egyáltalán nem mutathatók ki, teljesen elbomlottak. Mikrobiológiai vizsgálatok Teafőzeteinket lehetőleg frissen, 24 órán belül fogyasszuk, mert a hosszabb tárolás a mikroorganizmusok elszaporodását eredményezi. Ezt kísérletekkel is igazoltam. A teakészítményeken mikrobiológiai tisztaságvizsgálatot is elvégeztem, a Ph. Hg. VIII.-ban leírtak alapján. Felületi szélesztéses módszert alkalmaztam. A különböző ideig (friss és két napos) és különböző körülmények között (hűtő, szobahőmérséklet) tárolt főzeteket táptalajok felületére szélesztettem. A teafőzésnél törekedtem a megfelelő tisztaságra, ezért laboratóriumi körülmények között készítettem a teafőzeteket, de nem steril lombikokban, hiszen mindennapi életünkben sem áll rendelkezésünkre steril főzőedény. Tárolásuk már kizárólagosan steril, levegőtől elzárható edényben történt. Ezáltal elkerülve, hogy a kész főzetekbe esetlegesen a levegőből még több szennyeződés kerülhessen. (Természetesen, az olyan háztartásokban, ahol több napos teát fogyasztanak és nem lefedett edényekben tárolják, ott még a levegő szennyeződéseinek bejutására is van lehetőség, a kórokozók a főzetekben elszaporodhatnak.) Négy különböző táptalajra vittem fel mintáimat (9. ábra), mindazért, hogy pontosan kimutathassam az elszaporodott baktériumokat illetőleg gombákat. A négy táptalaj viszonylagosan lefedi a baktériumok igen nagy százalékát, ez azt jelenti, hogy ezeken a táptalajokon szinte 15. ábra Balról: Véres-, Csokoládé-, Eozin-metilénkék-, minden baktérium kifejlődik, Mueller-Hinton agar táptalaj mely a teában előfordulhat, mert megfelelő körülményeket biztosítanak a baktériumok elszaporodásához. Azért használtam különböző táptalajokat, hogy az esetlegesen szennyezett táptalaj (ritkán fordul elő, mert steril körülmények között készítik) miatt más baktériumok is elszaporodhatnak rajta. Ezáltal kizárhatónak tekintettem a táptalajok szennyezettségére irányuló rizikófaktort. A táptalajok szilárd, kocsonyás anyagok. Különbözősége összetételükben rejlik. Mueller-Hinton agar: marhahús kivonat, kazein hidrolizátum, keményítő, agar, desztillált víz. A nem tápigényes baktériumok tenyésztésére jó, (pl.: E. coli, Staphylococcus, Bacillus, Klebsiella, Proteus) Véres agar: összetételében megegyezik a Mueller-Hinton + 5% defibrinált marha-, vagy birkavér. Tápanyagokban gazdag táptalaj, alkalmas az igényesebb baktériumok növekedéséhez, (pl.: Streptococcusok, Listeria, Corynebacterium). Ezen táptalajon jellemző a hemolízis, melyben a telepeket feltisztult, színtelen zóna veszi körül: a vörösvértestek szétesnek, a hemoglobin kioldódik és lebomlik.

53 Csokoládé agar: alkotóelemei alapján, hasonlít a véres táptalajhoz, csak kíméletesen hőkezelik. Hőkezelés hatására a vörösvértestekből felszabadul a nikotinamid-adenindinukleotid, ami a vérben hőkezelés nélkül is jelenlevő heminnel együtt szükséges a Haemophilusok tenyésztéséhez. Eozin-metilénkék agar: alapjaiban megegyezik, a Mueller-Hinton táptalajjal, csak laktózt, eozint és metilénkéket is tartalmaz. A laktózbontó baktériumok savképzéssel bontják a laktózt, a sav kicsapja az eozint, a metilénkék pedig megfesti, így a telepek sötét/lilás színűek lesznek. A Gram negatív baktériumok tenyésztésére jó, a Gram pozitívokat gátolja. [A Gram-pozitívak lilák (kristályibolya), a Gram-negatívak bíbor színűek (szafranin)]. (Nagy 2006) Gram festés: elve: alapvető differenciáló festés, amelynek segítségével az orvosilag jelentős baktériumok nagy többségét Gram-pozitív és Gram-negatív baktériumokra lehet felosztani. A Gram-szerinti hovatartozás a baktériumok identifikálásának kiindulópontja. A festődésbeli különbség elsősorban a baktériumok sejtfalszerkezeti különbözőségét tükrözi (a sejtfal-szerkezet és az egyes antibiotikumok iránti érzékenység összefüggése régóta ismert tény). A festés során először valamilyen bázikus festékkel (kristályibolya) majd higított jódoldattal kezeljük a sejtet, melynek során a festék-jód komplex bejut a protoplazmába és megfesti azt. Ezután acetonos alkohollal történő úgynevezett differenciálás során az oldószer a Gram-negatív sejtből kivonja a festéket, míg erre a Gram-pozitívok esetén a rendelkezésre álló rövid idő alatt nem képes, azok megőrzik az ibolya-jód komplex sötétlila színét. Hogy az elszíntelenedett Gram-negatívokat is láthatóvá tegyük, a preparátumot végül vizes fukszinnal festjük. Ez a Gram-pozitívok már amúgy is sötét színén nem változtat, míg a Gram-negatívak rózsaszínűek lesznek. (Nagy 2006) Kérdőíves felmérés (lásd: Csatolmány: kérdőív és kiértékelése ) Célcsoporton végzett kérdőíves felmérésen keresztül betekintést nyerhettem a teafogyasztási szokásokba. Iskolámban töltettem ki, az általam készített 12 kérdésből álló kérdőívet. Minden (8-12) évfolyamon, és a tanáraim körében egyaránt 30-30 főt kérdeztem meg (összesen 180 főt). 60,6% nő és 39,4% férfi a megkérdezetteknek. A kiértékelést követően eredményeimet grafikonokon jelenítettem meg.

Eredmények A spektrofotométeren kapott eredményeimet (abszorbancia értékeket), az alábbi képlet alapján számoltam: , ahol A = abszorbancia, A1% 1cm = 500 (fajlagos abszorpció, hiperozidban), m = bemért anyag tömege. A kapott eredményeket diagramokon rögzítettem.( Mellékletek: 12.diagram) A drogból a flavonoidok kivonása aglikon formában (cukorrész nélkül) történik, savas hidrolízissel egyidejű acetonos extrakcióval. A tisztítási lépésnél a flavonoid-aglikonok a vizes-acetonos fázisból (poláris) az etil-acetátos fázisba (apoláris) kerülnek. A flavonoidok az AlCl3 reagenssel színes komplexet képeznek, ezen alapszik a mérés. A flavonoid-tartalom meghatározást zavaró leukoantocianidin-alumínium komplexek kialakulását a hexametiléntetraminból képződő formaldehid megakadályozza. Elemeztem az áztatási idő és a hatóanyag- tartalom kioldódásának összefüggését. Jól látható a diagramon, (Mellékletek: 3. diagram- Összflavonoid-tartalom összehasonlítása), hogy a mind a filteres, mind a szálas készítményekben az összflavonoid tartalom a

54 visszamaradt drogokban jóval magasabb, mint az áztatási idők után. A kísérlet előtt feltételeztem, hogy a visszamaradó hatóanyagtartalom egyenes arányban fog csökkeni az idő múlásával. A várt eredményhez képest azt kaptam, hogy a 20 perces áztatás után a drogban maradt hatóanyag arányosan több, mint az 5 perces áztatásnál. Ezen eredményeimet a diagramokon zöld színnel ábrázolt összflavonoid tartalmi mérésekhez viszonyítottam. Ezt feltételezésem szerint azzal tudnám indokolni, hogy az áztatási idő alatt sajnos a kivonatban lévő flavonoidok egy része vissza tud áramlani a filteren keresztül és valószínűnek tartom, hogy a flavonoidok egy része hozzákötődik a filter anyagához. A szálas teánál ez nem áll fent, de egyes anyagok adszorbeálódhatnak a drog felületén. Ezért mondhatom, hogy a hosszabb idejű áztatással nem feltétlenül érjük el azt, hogy a teánk flavonoid-tartalma, illetőleg hatóanyagtartalma nagyobb lesz. Felvetődött bennem a termikus disszociáció lehetősége, de minden általam ismert szakirodalomban a flavonoidok bomlása jóval 100°C felett van, tehát a forralás nem változtatott a hatóanyagokon. VRK határoztam meg a UV Hatóanyag Típus Rf főbb flavonoidokat (Mellékletek: alatt 1. táblázat- Flavonoidok-VRK ), s eredményeimet táblázatba Kávésav fenolkarbonsav kék Rf= ~0,9 foglaltam. A kísérlet alapján a Hiperozid flavonoid sárga Rf= ~0,6 szálas tea bizonyult hatékonyabbnak, mert ezekben Klorogénsav fenolkarbonsav kék Rf= ~0,45 több hatóanyag koncentrálódik. A Rutin flavonoid sárga Rf= ~0,4 hársnál kevésbé lehet látni a flavonoidokat, de ez annak tulajdonítható, hogy túl híg volt az oldat. Természetesen ez azt bizonyítja, hogy hiába ugyanazok a körülmények, a két különböző növény szemmel láthatóan is nagy eltéréseket mutat. A bodza kiértékelésnél UV fény alatt jól láthatóan megjelentek a flavonoidok a szálas 5 és a 20 perces áztatásnál. A különböző flavonoidoknak más-más a felfutási magasságuk, ez függ a réteghez való kötődéstől. Előzetes szakirodalmi áttekintéseim alapján feltételeztem, hogy ezen flvaonoidokat érdemes felvinni standardként (hiperozidot, rutint, klorogénsavat és kávésavat), mert ezek megtalálhatóak a vizsgálandó termékekben. Az UV lámpa alatt a színek is segítenek a kiértékelésnél. Az ábrán jól láthatóan elkülönültek a különböző flavonoidok.

55

16. ábra Bodza vékonyréteg kromatogrammja Mikrobiológiai tisztaságvizsgálatokkal igazoltam felvetéseimet, miszerint a friss teákat szabad csak fogyasztani és rövidebb idejű tárolásnál is elkezdenek szaporodni a baktériumok. A táptalajokon kifejlődött baktériumok nem fertőzőek, a környezetben is nagyszámban előfordulnak. Két baktériumfajt egyértelműen tudtam azonosítottam, de természetesen ezen fajoknak is lehet több telepmorfológiája. Acinetobacter: Talajban, természetes vizekben, használati tárgyakon, gyakran kórházi eszközökön, de az emberi és állati nyálkahártyák normál flórájában is előfordul (emellett a csökkent immunreaktivitású szervezet számára kórokozó lehet.) Bacillus: Gram-pozitív pálca alakú baktérium. Több telepmorfológiája ismert. Nagy ellenállású spóráik környezetünkben igen elterjedtek, a talajban, a természetes vizekben és a levegőben egyaránt megtalálhatók. Legtöbb fajuk betegséget nem okoz, de közéjük tartozik például az ételmérgezést okozó Bacillus cereus, vagy a lépfene kórokozója, a B. anthracis is.

Összefoglalás A teák természetes sav-bázis indikátorok, sav hatására, a tea kivilágosodik. A flavonoidok szerkezeti képletei is arra utalnak, hogy igen összetett molekulák, esetleges citromsav, szacharóz hatására szerkezeti változásuk a szervezetben is különböző hatásokat vált ki. Ezért ízesítésük lehetőleg történjen mézzel illetőleg valódi citrommal, de ha lehet, mindezeket mellőzzük, mert így tudja kifejteni legpozitívabb hatását. Tájékoztatni kell a beteget a tea elkészítési, és alkalmazási módról, az esetleges mellékhatásokról, valamint a beteg által szedett gyógyszerek és a vásárolni kívánt tea esetleges interakcióiról. (Szabó 1996). Ha kúraszerűen alkalmazza a teakeveréket, (pl. több hónapig tartó rendszeres teafogyasztás közben havonta) akkor célszerű egy-egy hetes szünetet közbeiktatni az

56 esetlegesen túl sok cserzőanyag (polifenol) májkárosító (hepatotoxikus) hatása miatt (Szabó 1996). Eredményeimet összefoglalva elmondhatom, hogy körültekintőnek kell lennünk a teák beszerzésénél, elkészítésénél, fogyasztásánál és az esetleges tárolásánál egyaránt. A beszerzésnél mindig ügyeljük arra, hogy lehetőleg érintetlen, környezetszennyezéstől mentes területeken gyűjtsük a főzetekhez használandó teafüveket, virágokat; illetőleg megfelelő gyógyszerkönyvi vizsgálatokkal rendelkező teákat vásároljunk. A kereskedelemben kapható teákon nem mindig tüntetik fel a javasolt elkészítési módot, kísérleti tapasztalataim azt mutatják, hogy az áztatási idő nagymértékben befolyásolja a hatóanyag kioldódás mértékét. Eredményeim alátámasztják, hogy a hosszabb idejű áztatással nem érünk el nagyobb hatóanyag-tartalom kioldódást, sem a filteres, sem a szálas készítményeknél. Kísérleteim igazolták, hogy a szálas teák, mind a hárs és mind a bodza esetében összflavonoid-tartalom szempontjából jobbnak bizonyultak, a filteres készítményekkel szemben. Ne tároljuk hosszasan a teadrogokat, mert a hosszas tárolás következtében fontos hatóanyagok bomlanak el (illóolajok, később a flavonoidok eloxidálódnak). Mikrobiológiai vizsgálataim fényt derítettek arra, hogy a teafőzeteket egy napnál tovább ne tároljuk, hiszen a mikroorganizmusok és baktériumok elszaporodnak a főzetekben. A rövid idejű tárolás is történjen zárt edényben és hűtőszekrényben. A téma folytatásként terveim közé tartozik megvizsgálni a teák flavonoid-összetételét HPLC módszerrel, a pontosabb és részletesebb eredmények érdekében, hogy a későbbiekben az emberi szervezetre gyakorolt hatását is vizsgálhassam. Tervezem, hogy a két növényből készített alkoholos oldaltok (tinktúra) összflavonoid-tartalmát és összetételét megvizsgáljam. Dolgozatommal arra kívántam ráirányítani a figyelmet, hogy az őseink által már kikísérletezett és bevált módszerek ne merüljenek feledésbe a napjainkban oly népszerű szintetikus módon előállított gyógyszerek, gyógyhatású készítmények tömkelegének fogyasztásával, melynek során nem biztos, hogy kedvezőbb hatást érünk el, mintha a gyógyteát az előírásoknak megfelelően elkészítjük, és magunkhoz vesszük. Nagyobb hangsúlyt kellene fektetnünk a különböző gyógyteák és hatásainak széleskörű megismerésére. Rohanó világunkban nem marad idő elolvasni a termékekre feltüntetett felhasználási javallatokat, főleg egy filteres vagy szálas teánál, hiszen ki ne tudna teát főzni, forró vízbe belelógatni egy filtert, mi sem egyszerűbb ennél? Köszönetnyilvánítás Szeretném megköszönni segítő munkáját Dr. Horváth Györgyi konzulensemnek, Tóth Dániel laboránsnak, Mostbacher Éva kémia tanárnőmnek és témavezetőmnek: Bodáné Gálosi Márta tanárnőmnek. Illetőleg a Pécsi Tudományegyetem Általános Orvostudományi Kar Farmakognóziai Intézet vezetésének, hogy kutatásomat segítették.

57

Melléklet

Összflavonoid-tartalom hársteában OH

O O

HO

Összflavonoid-tartalom bodzateában

glü

O

ra

OH

OH

O

HO OH kávésav

OH rutin (kvercetin-3-O-ramnoglükozid) O

OH

O O Gal

O COOH

HO

HO OH

O

OH

OH HO

klorogénsav

HO

OH hiperozid (kvercetin-3-O-galaktozid)

Felhasznált irodalom Dr. Dinya Zoltán: A flavonoidok bemutatása, alkalmazási területei. Nyírábrány, Jr. G. L. Bt., 2009 Dr. habil Szabó László Gy.: Növényélettan. Egyetemi jegyzet, JPTE, Pécs, 1996 Dr. Oláh Andor: A természet patikája. Kossuth Könyvkiadó, Budapest, 1989 Dr. Rácz-Kotilla Erzsébet, Dr. Rácz Gábor: Teáskönyv. Edenscript, Pécs, 2003 Dr. Tarr Ferenc: A flavonoidok. Nyíregyházi Főiskola. Nyíregyháza-Debrecen, 2002

58 Gyógyszerészet című folyóirat: 2009 októberi szám: A CoDTM tea-a „fehér elefánt”, amit mindenki lát, de senki nem tesz semmit Kissné Dogossy Éva, Zsoldos Márton: A természet kincseskamrája. Kisújszállás, PannonLiteratúra Kft, 2007 Lesley Bremness: Füveskönyv, Novotrade Kiadó, Buapest 1990. Nagy Károly: Orvosi mikrobiológiai gyakorlatok. Semmelweis Kiadó, Budapest, 2006 Ph.Eur. *, DAB 10, Ph. Hg. VIII. Pogány Károly: Dr. Természet (Fűben, fában orvosság) Kódex könyvkiadó, 1990 Rápóti Jenő, Romváry Vilmos: Gyógyító növények. Medicina, Budapest, 1990 Szabó László Gy.: Gyógynövény-ismereti tájékoztató. Schmidt und Co. – Melius Alapítvány, Baksa-Pécs, 2005 Szabó László Gy.: Teadrogok a fitoterápiában. Pécs-Baksa, 2000 Szendrei Kálmán, Csupor Dezső: Gyógynövénytár. Medicina, Budapest, 2009 Tóth László: Gyógynövények, drogok, fitoterápia. Kossuth Egyetemi Kiadó, Debrecen, 2005 Varró Aladár Béla: Gyógynövények gyógyhatásai. Nyíregyháza, Black & White Kiadó 1999

59

Kérdőív Andres Violetta vagyok, 12.C osztályos tanuló. A segítségét kérném, mivel tudományos diákköri konferenciára készülök, s e kérdőív kitöltésével hozzájárul ahhoz, hogy hasznos információkhoz juthassak az Ön korosztályából. Az előadásom témája a teafogyasztási szokásokhoz kapcsolódik. Nem: férfi/nő Életkor:…………… 1. Szokott teát fogyasztani? Ha igen milyen fajtát (gyógy, gyümölcs, zöld, fekete…)? NEM

IGEN,……………………………………………………

2. Teavásárlásnál milyen szempontok szerint válogat? (Ár, minőség, reklám, egészségmegőrzés…) 3. Honnan szerzi be a teákat? (Patika, drogéria, szupermarket, internet…) 4. Ismer valamilyen gyógyteát? Ha igen milyet/milyeneket? A lehető legtöbbet sorolja fel. (Nem márkanévre vonatkozik) NEM

IGEN,

5. Ismeri néhány gyógytea emberi szervezetre gyakorolt hatását? Ha igen melyek azok? NEM

IGEN,

6. Amennyiben fogyaszt gyógyteát, szokta-e ízesíteni? Ha igen, mivel? (cukor, méz, édesítőszer, citrom, citrompótló, tej…) NEM

IGEN,

7. A filteres vagy a szálas (nem filteres) kiszerelésű teákat részesíti előnyben? SZÁLAS

FILTERES

8. Ön szerint meddig marad friss (fogyasztható) egy tea? (elkészített formában) • pár óráig • 1 napig • 2-3 napig • 1 hétig 9. Véleménye szerint mitől lesz egy tea gyógytea? ………………………………………………………………………………………… 10. Ön szerint a teakészítésnél fontos az áztatási idő? Ha igen, miért?

60 NEM IGEN, mert………………………………………………...................... 11. Mit gondol arról, hogy a korlátlan teafogyasztásnak vannak-e negatív hatásai? Ha igen, melyek lehetnek azok? NEM IGEN, ………………………………………………………………..... 12. Hallott-e már arról, hogy a teákat is lehet hamisítani? (Ha igen, milyen módszerekkel?) NEM Segítségét köszönöm!

IGEN,…………… ……………………………….

Kérdőív kiértékelése Összesen 180 főt kérdeztem meg. (60,6% nő és 39,4% férfi). Minden korosztályból 30 fő a megkérdezettek száma. 1. Szokott teát fogyasztani? Ha igen milyen fajtát? 120% 100% 8.évf.

80%

9.évf. 60%

10.évf.

Minden korosztályban a gyümölcstea a legismertebb, legkedveltebb. A gyógyteákat a felnőtt korosztályban fogyasztják legfőképp.

11.évf 40%

12.évf. 21-59 évesek

20% 0% NEM

ZÖLD

GYÜMÖLCS

FEKETE

GYÓGY

2. Teavásárlásnál milyen szempontok szerint válogat? 100% 90% 80%

8. évf.

70%

9. évf.

60%

10. évf.

50%

11. évf.

40%

12. évf.

30%

21-59 évesek

20% 10%

S

ÍZ

M AG OL Á CS O

KL ÁM RE

ÁR

0%

A megkérdezettek többsége a minőséget és az árat részesíti előnyben. A felnőtt korosztály az egészségmegőrzésre is hangsúlyt fektet. A fiatalabb korosztály még nagy mértékben befolyásolja a reklám, illetve a design.

61

3. Honnan szerzi be a teákat? 100% 90% 80% 70%

8. évf.

60%

9.évf.

Egyértelműen a bevásárlóközpontokban szerzik be teáikat. A saját gyűjtés szinte teljesen ismeretlen.

10.évf.

50%

11.évf.

40%

12.évf.

30%

21-59 évesek

20% 10%

TÁ R TE A

DR OG ÉR IA

SZ UP

ER M

PA

TI KA

AR KE T

0%

4. Ismer valamilyen gyógyteát? Ha igen milyet/milyeneket? A diagramokon, a 60% felsoroltakon kívül, 8. évf. 50% elenyésző számban, a 9. évf. megkérdezettek ismertek 40% 10. évf. még: keskenylevelű 30% 11. évf. levendula, orvosi citromfű, 12. évf. 20% menta, orvosi zsálya, Aloé 21-59 évesek 10% vera, kakukkfű, mezei 0% zsurló, fehér fagyöngy és közönséges orbáncfű gyógyteákat. Azonban egyértelműen a kamilla a legismertebb teafű, az általam vizsgált hárs és bodza gyógyteák kevésbé vagy szinte egyáltalán nem ismertek. KA FA R

K

A

BO DZ

HÁ RS

BO GY Ó

CI C

PK E

CS I

CS AL ÁN

KA

M

N

EM

IL LA

70%

35% 30% 30% 25%

8. évf.

20% 20%

17%

15%

13%

17% 13%

9. évf. 10. évf. 11. évf.

10%

12. évf.

10%

21-59 évesek 5%

3% 0% 0% 0%

0%

0% 3-at fel tud sorolni

5-öt fel tud sorolni

A fenti diagramon sajnos elkeserítő eredmény született, mivel 3 vagy annál több gyógyteát nem tudtak felsorolni, tehát nem is fogyasztanak.

62 5. Ismeri néhány gyógytea emberi szervezetre gyakorolt hatását? Ha igen, melyek azok? 80% 70% 60% 50%

8. évf. 9. évf.

40%

10. évf. 30%

11. évf.

20%

12. évf.

A fiatal korosztály körében szinte egyáltalán nem ismert az emberi szervezetre gyakorolt hatás. A felnőttek közel 50% már 2-nél több tünetre tudott gyógyteát felsorolni.

21-59 évesek

10%

S NG É

Ó AT

RI KE

EM

NY UG T

ÉS ZT ÉS

ÁS CS .

GY UL LA D

NE M

0%

6. Amennyiben fogyaszt gyógyteát, szokta-e ízesíteni? Ha igen, mivel? 60% 50% 40% 8. évf. 30%

9. évf. 10. évf.

20%

11. évf. 10%

12. évf. 21-59 évesek

J TE

ÉD

ES

ÍT Ó

SZ ER

M ÉZ

CU KO R

M CI

TR O

Ó PÓ TL C.

NE M

0%

Elég nagy százalékban nem ízesítik teáikat, ez kedvező tendenciát mutat, ha mégis akkor a mézzel való ízesítés ismét teret hódít, habár a cukorral való ízesítés is elterjedt. Ezen felül kedvező, hogy amennyiben még citrommal is ízesítenek, akkor a valódi citrom levét választják.

7. A filteres vagy szálas kiszerelésű teákat részesíti előnyben? 100% 90% 80% 70%

8. évf.

60%

9. évf.

50%

10. évf.

40%

11. évf.

30%

12. évf.

20%

21-59 évesek

10% 0% FILTERES

SZÁLAS

A grafikonon egyértelműen látszik, hogy a praktikumot szem előtt tartva szintén a megkérdezettek 80%- a a filteres teákat részesíti előnyben. Kutatásom során a szálas tea előnyeire próbáltam ráirányítani a figyelmet, ezt kísérletekkel is alátámasztottam.

63 8. Ön szerint meddig marad friss egy tea? 70% 60% 50%

8. évf. 9. évf.

40%

Szerencsére a diagramon jól látható, hogy a kérdőívet kitöltők tisztában vannak azzal, hogy a teák meddig maradnak frissek.

10. évf. 30%

11. évf. 12. évf.

20%

21-59 évesek 10% 0% PÁR ÓRA

1 NAP

2-3 NAP

1 HÉT

9. Véleménye szerint mitől lesz egy tea gyógytea? Erre a kérdésre, a megkérdezettek közel 90% -a helyesen válaszolt. 10. Ön szerint a teakészítésnél fontos az áztatási idő? 100% 90% 80% 70%

8. évf.

60%

9. évf.

50%

10. évf.

40%

11. évf.

30%

12. évf.

20%

21-59 évesek

10% 0% IGEN

NEM

A válaszadók magas százaléka nagyon helyesen megválaszolta, hogy fontos az áztatási idő, azonban az indoklással már nem voltak tisztában. Vizsgálataim során erre a kérdésre is részletesen kitértem.

64 11. Mit gondol arról, hogy a korlátlan teafogyasztásnak vannak-e negatív hatásai? 80% 70% 60% 8. évf.

50%

9. évf.

40%

10. évf.

30%

11. évf. 12. évf.

20%

21-59 évesek

10% 0% IGEN

NEM

Ez a kérdés igen megosztotta a válaszadó közönséget, hiszen nem feltételezték, hogy a korlátlan teafogyasztásnak is lehetnek negatív következményei. Amennyiben mégis tudták, hogy vannak negatív hatásai, kizárólag a koffeint említették, a fogak illetőleg elszíneződését. Azonban hogy mi okozhatja, nem

tudták megfogalmazni.

12. Hallott-e már arról, hogy a teákat is lehet hamisítani? Ha igen, milyen módszerekkel? 100%

Ez a grafikon mutatja leginkább, hogy nagy 80% százalékban a fiatalok 70% 8. évf. körében végzett felmérés 60% 9. évf. szerint, ez a korosztály 50% 10. évf. mennyire bízik a 40% 11. évf. reklámokban, és a vásárolt 12. évf. 30% termékek jó minőségében 21-59 évesek 20% és nem is feltételezik, hogy 10% még teáinkat is lehet 0% hamisítani. Ezért is tartom IGEN TUDJA, hogyan NEM rendkívül fontosnak, a fiatalok körében a széleskörű tájékoztatást és felvilágosítást, hogy a felnövekvő generációt már ilyen módszerekkel ne lehessen megtéveszteni. 90%

65

SZÉNSAVAS ÜDÍTŐ (?) ITALOK Angi Borbála és Nagy Rebeka Felkészítő tanár: dr. Varga Márta Szinyei Merse Pál Gimnázium, Budapest, Magyarország Az üdítőitalok elterjedése A velünk egykorú fiatalok többsége víz helyett inkább szénsavas üdítőket pl.: Cocacolát vagy energiaitalokat fogyaszt. Előadásunkban arra keresünk választ, hogy mióta gyártanak szénsavas üdítőitalokat, milyen típusai vannak ezeknek az italoknak, milyen a kémiai összetételük, és a szervezetünkre gyakorolt hatásuk. Valóban üdítőek-e ezek az italok? Az ókori társadalmakban a tehetősebbek inkább alkoholos italokat (pl.: bort) fogyasztottak, mert az ivóvíz sok esetben szennyezett volt, ezért így védekeztek az ivóvízzel terjedő betegségek ellen. A 11. század során a keresztes lovagok közvetítésével Európában is elterjedt a limonádé alapú üdítőital. Később a frissen préselt gyümölcslevek és a forrásvíz elegyítése során kapott kellemes ízű, frissítő hatású italok is megjelentek. [1] A 15. században Paracelsus kísérletezett a víz szén-dioxiddal történő telítésével, ezt tekinthetjük az első szénsavas üdítő folyadéknak. A korszerű italgyártás elterjedését két fő tényező segítette elő: a gyümölcslé erjedésmentes eltarthatóságának megoldása, a szörpgyártás elterjedése (kezdetben 1/3 rész gyümölcslé, 2/3 rész kristálycukor felhasználásával), valamint a szikvíz előállítása. 1860-as években Jedlik Ányos készítette az első szódavizet gyártó gépet, a tömeggyártást végül Wágner Jenő indította be. Európában az üdítőital-gyártás a második világháború után lendült fel. A gépesítés lehetővé tette az igények folyamatos kielégítését, az alkoholizmus visszaszorítását támogató programok, pedig mindinkább növelték a keresletet. Ma már egyre inkább az italok élvezeti értékére (aroma, szín, üdítő hatás) helyeződött a hangsúly, míg a tápanyagtartalom és az élettani hatás a háttérbe szorult. Az üdítőitalok típusai 1. 2. 3. 4. 5.

Gyümölcs-sűrítményből víz hozzáadásával készült italok (pl. Fanta, Traubi-szóda) Gyümölcsaromákkal ízesített cukorszörpök (pl. Sprite) Kólák (pl. Coca-Cola, Pepsi) Tonik-félék (pl. Kinley, Schweppes) Energiaitalok (pl. Burn, Red-bull, Adrenalin)

66 Gyümölcssűrítményt tartalmazó Szénhidrát

glükóz-fruktóz szirup

Mennyisége

Aromával ízesített

Kólák

Tonikok

Energiaitalok

glükóz-fruktóz glükóz-fruktóz glükóz-fruktóz glükóz-fruktóz szirup szirup szirup szirup

4,7 -10,8

0,012 – 6,6

11,2 – 11,4

24

11,9 - 12

178 - 187

2 - 116

178 - 190

164 - 167

212,5 - 215

0,1 – 5,5 %

aromák

természetes

kinin

aroma, E 1520

foszforsav

citromsav

citromsav

3

g/100 cm Energia

3

kJ/100cm Gyümölcslé vagy aroma

gyümölcslé

Savanyúságot szabályozó adalék

citromsav

citromsav

Na-citrát

K-citrát, foszforsav

Színezék

karotinok,

karamell

Na-citrát karamell

-

karamell Sűrítőanyag Édesítőszer

természetes és mesterséges

guárgumi Nem mindegyik K-aceszulfám, tartalmaz. aszpartam

inozitol

Na-ciklamát, aszpartam K-aceszulfám Antioxidáns

aszkorbinsav

aszkorbinsav

Tartósítószer

K-szorbát

K-szorbát,

Na-benzoát

Na-benzoát

Na-benzoát,

Na-benzoát K-szorbát

K-benzoát 1. táblázat A fiatalok körében kedvelt üdítőitalok összetételének vizsgálata Szénhidrátok Az általunk vizsgált üdítőitalokban az édes ízt glükóz-fruktóz szirup hozzáadásával érték el. Folyékony formában adagolják az üdítőitalokba, így a szilárd cukor oldásával járó kellemetlenség elkerülhető. A szirup a fruktóz-tartalom miatt édesebb ízű, mint a szacharóz.

67 Édesítőszerek Különösen az energiaszegény, diétás, ún. light termékekben elterjedt, hogy az édes ízt nem szénhidráttal, hanem édesítőszerek adagolásával érik el, de ezek a vegyületek megtalálhatók a hagyományos üdítőkben is. Az édesítőszerek összetételük szerint két nagy csoportba oszthatók. Az egyik, a cukorhelyettesítő, energiát szolgáltató édesítőszerek csoportja. Ezek közé tartoznak a cukrokból hidrogénezéssel előállítható vegyületek, az ún. cukoralkoholok, ilyen a szorbit (E 420), a mannit (E 421) és a xilit (E 967). A cukoralkoholok lebontható és a vékonybélből felszívódó vegyületek. [2]

1. ábra. A mannit

2. ábra. A xilit

A másik, a mesterséges, nem szénhidrátszerű, energiát csak csekély mennyiségben szolgáltató édesítőszerek csoportja. Ide tartozik a szacharin (E 954), a ciklamát (E 952), a Kaceszulfám (E 950) és az üdítőitalokban közkedvelt aszpartam (E 951). Az aszpartam két aminosavból álló dipeptid, amely az anyagcsere során alkotórészeire bomlik. A szervezetre gyakorolt hatásáról számos ellentétes vélemény terjedt el. Az bizonyos, hogy a fenilketonúriás (PKU) betegek nem fogyaszthatják, mert a fenil-alanint szervezetük nem tudja lebontani, s ez idegrendszeri károsodáshoz vezethet.

3. ábra. Az aszpartam

68 Savanyúságot szabályozó anyagok Az szénsavas üdítő italok a bennük lévő oldott állapotú szén-dioxid miatt egyébként is savas kémhatásúak, az adalékanyagok tovább növelik az ital savasságát. Legelterjedtebb savanyúságot szabályozó adalék a citromsav (E 330). Az energiatermelő anyagcsere köztes termékeként a citromsav minden élő sejtben megtalálható. Az élelmiszerekben antioxidánsként és ízesítőszerként alkalmazzák. Gyümölcsételek, gyümölcslevek esetén késlelteti a gyümölcsök oxigén hatására történő barnulását. Az élelmiszerekben általánosan engedélyezett adalékanyag, a szervezet teljes mértékben hasznosítja, ezért napi beviteli mennyiségét nem korlátozzák. A foszforsav (E 338) elsősorban a kólákban fordul elő. Savas kémhatása miatt a károsítja a fogzománcot, súlyosbítja az emésztőrendszeri panaszokat. Nagy mennyiségű foszfát (napi 1,5 - 2,5 g) bevitele esetén a vér kalciumszintjének csökkenését figyelték meg.

Színezékek A színezékek tetszetősebbé, eladhatóbbá teszik az élelmiszereket. A karamell (E 150 a,b,c,d) több üdítőitalban előfordul színezőanyagként, legnagyobb mennyiségben a kólák tartalmazzák. Az élelmiszeriparban úgy állítják elő, hogy a szacharózt, a glükózt vagy a fruktózt segédanyagokkal 120 – 150°C-ra hevítik. A cukor megolvad, és lassan karamellizálódik. A különféle segédanyagok minősége határozza meg a karamellek közti különbséget, minél tovább tart a folyamat, annál sötétebb színű lesz a termék. Egészségügyi mellékhatása nincs, leszámítva a megnövekedett cukorbevitelt. [3] A sárgás-piros színű karotinok (E 160 a) a legtöbb színes gyümölcsben és zöldségben előfordulnak. Az élelmiszeriparban a karotin elnevezés alatt az α-, β- és γ-karotin keverékét, másrészt a tiszta β-karotint értjük. A kevert karotint extrakcióval vonják ki általában sárgarépából. A gyakrabban felhasznált béta-karotint szintetikusan vagy mikroorganizmusok segítségével állítják elő. Zsírban oldódnak, érzékenyek a fényre és az oxigénre, ezért aszkorbinsav adagolásával stabilizálják a színét. A β -karotinból a szervezet A-vitamint állít elő, amely fontos a látás és a nyálkahártyák egészsége szempontjából.

Tartósítószerek Növelik az élelmiszerek eltarthatóságát, mert késleltetik a bakteriális és a gombák okozta romlási folyamatot A kálium-szorbát (E 202) vízben és zsírban is jól oldódik A természetben a madárberkenye gyümölcsében fordul elő. Nincs csíraölő hatása, ezért csak a higéniailag tiszta termékek eltarthatóságát hosszabbítja meg. Hatása savas közegben a legnagyobb. A szervezetben a zsíranyagcsere során bomlik le.

4. ábra. Kálium-szorbát

69 A nátrium-benzoátot (E 211) széles körben használják élelmiszerek tartósítására. A benzoátok a bélben szívódnak fel, és a vizelettel távoznak a szervezetből. Nagyobb mennyiségben allergiás tüneteket okozhatnak, különösen az asztmában szenvedő, vagy a vegyületre érzékeny embereknél. Huzamosabb ideig, nagyobb mennyiségben fogyasztva bélrendszeri panaszokat, görcsöket és idegrendszeri károsodást okozhat. Sűrítőanyagok Az élelmiszerek optimális állagának beállítására használják. A guargumi (E 412) a guarbab őrleménye. Az őrlés során halványszínű, vízben oldódó por keletkezik, amely mannózból és galaktózból álló poliszacharidokat tartalmaz. Hosszú láncok nagy mennyiségű vizet tudnak megkötni, ezért már kis mennyiség is elegendő a folyadékok besűrítéséhez. Nagyobb mennyiségben gélek kialakítását is lehetővé teszi. Az érzékenyebb embereknél képes allergiás reakciót kiváltani. Nagy mennyiségben fogyasztva gyomorgörcsöt és felfúvódást is okozhat. Antioxidánsok Növelik az eltarthatóságot, mert késleltetik az italok oxidáció hatására bekövetkező romlását. Az aszkorbinsav vagy C-vitamin a gyümölcsökben, zöldségekben előforduló közepesen erős redukálószer, ezért az aszkorbinsav természetes antioxidáns. Az emberi szervezetben a C-vitamin részt vesz a sejtek redoxireakcióiban, erősíti az immunrendszert, javítja a vas felszívódását. Számos üdítőitalba azért is kevernek aszkorbinsavat, hogy Cvitamin tartalmukat növeljék. Vízben jól oldódik, a felesleges mennyiség kiürül a szervezetből. Aromák Csekély gyümölcstartalmuk miatt ízt, illatot kölcsönöznek az üdítőitaloknak, állandósítják az íz-élményt. Növelik az élvezeti értéket. Az élelmiszeriparban megkülönböztetnek természetes, természetazonos és mesterséges aromákat. [4] A természetes aromákat növényekből fizikai vagy mikrobiológiai módszerekkel vonják ki. A természetazonos aromát vegyi szintézissel állítják elő úgy, hogy az így kapott vegyület kémiailag azonos legyen a növényi vagy az állati eredetű anyagban jelen levő aromaanyaggal. A mesterséges aromákat vegyi szintézissel készítik, ezek a vegyületek a növényi vagy állati eredetű aromaanyagoktól kémiailag eltérőek. A kinin a tonikokban felhasznált ízt adó összetevő, amely az ital jellegzetes keserű ízét adja. Először a dél-amerikai cinchona fa kérgéből vonták ki, mert hatékony gyógyszernek bizonyult a malária kezelésére. Nagyobb mennyiségben látási zavarokat, allergiát okozhat. A koffein a kólák és az energiaitalok jellegzetes összetevője. Az aromán kívül ezeknek az italoknak a serkentő hatásáért is felelős. A központi idegrendszert izgatja, enyhíti a fáradtság tüneteit és fokozza a munkaképességet. Mérsékelt mennyiségű koffein serkenti a szellemi tevékenységet, fokozza az izmok teljesítőképességét. Tágítja a vesében lévő ereket, ezért vizelethajtó hatása is jelentős. Tartós fogyasztás esetén tolerancia alakul ki, a szervezet „hozzászokik” a napi adaghoz. Az elvonási tünetek fejfájás, nyugtalanság, kimerültség, étvágytalanság, émelygés és hányás formájában jelentkeznek. Ezek a tünetek viszonylag rövid idő, általában öt nap után megszűnnek, ha a koffein bevitelét abbahagyjuk.

70

Taurin Az energiaitalok elengedhetetlen összetevője. Nem fehérje szerkezetű aminosav (2aminoetán-szulfonsav). Az epesavak alkotórésze, de az anyatejben is megtalálható. Csecsemőkorban esszenciális aminosav, később a szervezet elő tudja állítani. Sok egyéb hatása mellett, az inzulinhoz hasonlóan elősegíti a glükóz sejtekbe áramlását, ezáltal növeli a fizikai teljesítőképességét. Antioxidáns hatással is rendelkezik. [5]

5. ábra. A taurin Az üdítőitalokról elmondhatjuk, hogy szén-dioxid, szénhidrát és egyéb adalékanyagok hozzáadásával „feljavított” vizet iszunk. Bár tagadhatatlan, hogy ízük kellemes, s rövid távon üdítő hatásúak, de a túlzott cukor bevitel miatt ez a hatás hamar elmúlik. Gyümölcs- és vitamintartalmuk elhanyagolható, több közülük csak aromákat és adalékanyagokat tartalmaz. A gyakori fogyasztás egészségkárosító hatásai 1. 2. 3. 4. 5. 6. 7.

Elhízás, túlzott energia bevitel. Cukorbetegség kialakulásának kockázata nő. Puffadás, emésztési zavarok. Fogszuvasodás: Az erjeszthető szénhidrátokat tartalmazó ételek és italok a szájba kerülve azáltal járulnak hozzá a savtermeléshez, hogy tápanyagot biztosítanak az itt előforduló baktériumoknak. A savas ételek maguk is károsítják a fogzománcot. Csontritkulás Alvási zavarok, túlzott aktivitás. Vizelethajtó hatás miatti vesekárosodás.

A felmérés Iskolánk néhány osztályában felmérést végeztünk a fiatalok üdítőital fogyasztásáról. Öt osztály (9-12.) tanulóit kérdezünk meg, 126 értékelhető választ kaptunk, ebből negyvenhat a fiú és nyolcvan a lány. A válaszadás anonim volt. A következő kérdéseket tettük fel: 1. Évfolyam: fiú – lány 2. Milyen gyakran fogyasztasz szénsavas üdítő italokat?

71 3. Ha iszol szénsavas üdítő italokat, akkor melyikeket a leggyakrabban? (max. 3 félét jelölj be) 4. Fogyasztasz-e energiaitalokat? Testsúlyom: Testmagasságom: Elégedett vagy a testalkatoddal? A felmérésből kiderült, hogy szép számmal vannak olyanok, akik nem fogyasztanak egyáltalán ilyen italokat, jól látható a grafikonon, hogy a lányok ebből a szempontból tudatosabbak. Az üdítőitalt rendszeresen fogyasztók között a kóla a legnépszerűbb. 35 30 25 20

9-12. osztály F

15

9-12. osztály L

10 5 0 N. 1szer

N. többsz.

H. 1szer

H. 2-3

Ritkán

Soha

2. táblázat Az üdítőital fogyasztás rendszeressége a diákok között

40 35 30 25

9-12. osztály F

20

9-12. osztály L

15 10 5 0 N. 1szer

N. többsz.

H. 1szer

H. 2-3

Ritkán

Soha

3. táblázat Energiaitalok fogyasztása Látható, hogy szerencsére iskolánkban nem jellemző az energiaitalok fogyasztása, de egy szűk réteg – itt is a fiúk reprezentáltabbak – rendszeresen, naponta akár többször is fogyaszt energiaitalt. Tudjuk, hogy felmérésünk nem reprezentatív az egész korosztályra nézve. Ebből a felmérésből számunkra az derült ki, hogy jelentősen nőtt az üdítők helyett ásványvizet

72 fogyasztó középiskolások száma. Úgy gondoljuk, hogy ebben az egészségesebb táplálkozást és életmódot népszerűsítő kiadványoknak, előadásoknak nagy szerepe lehet.

Felhasznált irodalom [1] http://nyiregyhaza.kerak.hu/cikkek/index.php?page=cktart&ck=50 [2] http://mek.niif.hu/01200/01215/html/ [3] http://www.e-szam.hu/ [4] http://www.kfki.hu/chemonet/hun/teazo/gyujt/aroma.html [5] Römpp Vegyészeti Lexikon, 1982, Műszaki Könyvkiadó, Budapest

73

AZ INDIGÓ NYOMÁBAN - BARANYÁBAN Csicsiri Dorottya és Kiovszky Evelyn Felkészítő tanár: Oláh Gábor Péter Patrona Hungariae Gimnázium, Budapest, Magyarország

1. 2. 3. 4.

A természetes és szintetikus indigó története Az indigó kémiája A kékfestéstől a farmerig – az indigó felhasználása 4. Kísérleti rész: - szintetikus indigó előállítása - indigó vizsgálata (érzékszervi vizsgálat, oldási-próbák, termikus vizsgálat) - csávafestés (szövet és cérna festése) indigóval - színtartósság vizsgálata 5. Látogatás a nagynyárádi kékfestő műhelyben 6. Összefoglalás

74

ALKOHOLFOGYASZTÁS ÉS ALKOHOLSZINT, AVAGY MENNYI AZ ANNYI? Fényszárosi Sára

Felkészítő tanár: Máriás ildikó Zentai gimnázium, Zenta, Szerbia Munkám alternatív megoldást kínál a kultúrált alkoholfogyasztás, s a közlekedési törvények betartásához. A közlekedési törvények szigorodásával, egyre szigorúbban ellenőrzik az alkoholfogyasztást. Mivel korosztályomban már nagykorúak vagyunk, rendelkezünk jogosítvánnyal, és ránk is vonatkoznak az ittas vezetéssel kapcsolatos szabályok. Az alkoholfelszívódás már a szájüregben elkezdődik1,3, de túlnyomó többségben a bélrendszer első szakaszában szívódik fel. Ezután a sejtfalon keresztül bejut a sejtekbe, ahol fehérjekicsapó tulajdonsága miatt anyagcserezavarokat okoz. Próbáltam megoldást találni arra, hogy a törvény áthágása nélkül, kötetlenül szórakozzunk. Vizsgálataimat borral végeztem, mert sok olyan anyagot tartalmaz, amelynek egészségvédő hatása közismert, és része a kulturált alkoholfogyasztásnak. Méregtelenítésre (az alkohol, és metabolikus melléktermékeinek eliminációjára) a zeolit klinoptilolit fajtáját használtam5. A zeolit jellegzetes tulajdonsága a nagy felületi adszorbció és az ioncserélő képesség. A Si/Al arány miatt az ásvány stabilis marad az emésztőrendszer savas és bázikus közegében is. A kutatók bebizonyították, hogy a zeolit méregteleníti és salaktalanítja a sejteket. A sejtmembránon keresztül bejut a sejtbe és onnan eltávolítja az anyagcseretermékeket. Mivel a sejten kívül is hat, ezért elmondható, hogy intra- és extracelluláris térben is hatékony. Kutatásaim során az egyéni alkoholszint változását vizsgáltam az idő függvényében zeolittal, zeolit nélkül és alcosorbbal. Az alkoholszintet szondával mértem. A bevitt alcohol mennyisége 2*2 dl bor volt. Az első méréseket a bor ivása után tizenöt perccel végeztem, majd ezután tizenöt percenként mindaddig, míg három egyforma mérési eredményt nem kaptam. Az eredményeket statisztikailag feldolgoztam, és összehasonlítottam a három méréssorozat eredményeit. A továbbiakban a kivizsgált anyagnak más méregtelenítő tulajdonságával is szeretnék foglalkozni. Felhasznált irodalom: 1. Dr. Síposné Dr. Kedves É., Horváth Balázs, Péntek Lászlóné - Szerves kémiai ismeretek, Mozaik Kiadó, Szeged, 2004, 80 o. 2. Marshall, W. J. – Klinikai kémia, Medicina Könyvkiadó Rt., Budapest, 2003 3. Gergely P., Erdődi F., Vereb Gy. – Általános és bioszervetlen kémia, Semmelweis Kiadó, Budapest, 2003 4. www.fenox.hu 5. www.energetix.rs 6. www.biokontroll.hu 7. www.sinolbc.com

75

C-VITAMIN OTTHON Ilyés Norbert és Birtalan Andrea Felkészítő tanárok: Kiss Arnold, Kiss Loránd Sövér Elek Iskolaközpont, Gyergyóalfalu, Románia A C vitamin az egészséges élet titka. Minden háztartásban megtalálható, akár a gyógyszeres szekrénykében, akár az élelmiszerekben. Képlete: C6H8O6 A C-vitamin a hexuron-sav laktonja. Vízben oldódó vitamin, mely védi szervezetünket. Ez az egyetlen, magyar tudós által, és Magyarországon véghezvitt felfedezés, amelyet Nobeldíjjal jutalmaztak. Életünk talán legfontosabb és legismertebb vitaminja, mivel immunrendszer erősítő, csökkenti a meghűléses betegségeket, akár meg is előzhetjük rendszeres szedése esetén. Rendkívül jelentős szerepet játszik a növekedésben, illetve a csontok fejlődésében, de leginkább a fehérsejt termelő és sejtvédő hatásáért fogyasszák. A dohányzó emberek számára kiemelten fontos ennek a vitaminnak rendszeres használata, mert a dohányzás megnehezíti a bevitt C-vitamin felszívódását a szervezetben. Enyhe C-vitamin hiány tünetei: hajhullás, álmatlanság, látás zavarok, szarkaláb, ráncosodás, koncentrációs nehézségek, fáradékonyság, étvágytalanság, túlsúly, érszűkület, gyakori megfázások. Erős C-vitamin hiány következményei: skorbut, sérülésveszély, érfal repedés, visszér, nyálkahártya-gyulladások, depresszió, szürke hályog, érelzáródás, aranyér problémák, nyelőcsőrák, gégerák. Oxigén, fény, hő vagy fémionok hatására könnyen bomlik. Fontos hatása, hogy segíti a vas szervezetünkbe való beépülését, ennek a nagyon fontos anyagnak a felszívódását hatékonyan támogatja. Dr. Szent-Györgyi Albert a 30-as évektől egy oxidációs folyamat reakciós késését kutatta, amelyből azt a következtetést vonta le, hogy ez valamilyen redukáló anyag meglétére utal. Észrevette, hogy ez az anyag a mellékvesekéregben és a citrusfélékben egyaránt előfordul, de ahhoz, hogy a kémiai felépítését is megvizsgálhassa, csak nagyon kis mennyiségben sikerült előállítania. Szent-Györgyi érdekes körülmények között jött rá arra, hogy a szegedi zöldpaprika sokkal többet tartalmaz ebből az anyagból, mint a citrusféle gyümölcsök. Tudta, hogy megtalálta a C-vitamin aranybányáját. A korábbi apró, jelentéktelen mennyiségek után egyszeriben több kilónyit tudott előállítani. Felfedezte, hogy gyógyítani lehet vele a skorbutot, vagyis a hexuron-sav azonos a Cvitaminnal. Ekkor keresztelte el véglegesen aszkorbin-sav névre, méghozzá a skorbut megelőzésével kapcsolatban. Az aszkorbinsav egy antioxidáns tulajdonságú szerves sav. Fehér kristályok formájában jelenik meg. Az aszkorbinsavat számos állatfaj előállítja, ugyanakkor az ember nem képes erre. A svéd kutatók megállapították, hogy azoknál a nőknél, akik nagy adag C-vitamint szedtek, emelkedett az életkortól függő szürke hályog kialakulásának kockázata. Kiderült, hogy azokhoz képest, akik soha nem szedtek C-vitamint, vagy olyan multi vitamin készítményt, mely C-vitamint is tartalmazott, az éveken át rendszeresen C-vitamint szedők sokkal gyakrabban és előbb kerültek szemműtétre szürke hályog miatt. Tanulmányok erősítik meg, hogy a legtöbb vitamin alkalmazása csak akkor előnyös, ha vitaminhiány alakul ki.

76 Vizsgálat alá helyeztünk néhány növény (gyümölcs, zöldség) nedvét és megnéztük titrálás segítségével, hogy mennyi C-vitamint tartalmaz. Kísérletünkhöz tíz zöldség- és gyümölcsfajtát választottunk. Választott előállítási módszer kulcsfogalma hogy a C-vitamin vagyis az aszkorbinsav jó redukáló anyag. Ezt Szent-Györgyi Albert is állította és nagyban segítet, hogy rájöjjön a Cvitamin mivoltára. Visszatérve a kutatásra a C-vitamin koncentrációját redoxititrálással határoztuk meg kálium-jodáttal kálium-jodid jelenlétében. Ha jodátionokat (IO3–) savas közegben jodidionokat (I–) tartalmazó oldathoz adjuk, redoxireakció következik be. A jodátionok jóddá redukálódnak, miközben a jodidionok jóddá oxidálódnak. Összeadva a két félreakciót megkapjuk, hogyan reagál a jodátion a jodidionnal. Az így keletkezett jód oxidálja az aszkorbinsavat, miközben az aszkorbinsav jodidionná redukálja a jódot a kivetítőn láthatóak alapján. Aszkorbinsav + I2 → 2 I− + Dehidroaszkorbinsav + 2 H+ Ebben a reakcióban a jód azonnal jodidionná redukálódik mindaddig, amíg aszkorbinsav van jelen az oldatban. Ahogy az összes aszkorbinsav eloxidálódott, a felgyülemlő jód reakcióba lép a keményítő-indikátorral, és állandó kék színű keményítő-jód komplexet alkot. A szín megjelenése jelzi a titrálás végpontját. Gyakorlatunkat a kiválasztott növény nedvének (oldat) előalításával kezdtük. A vizsgálandó növényrészt rozsdamentes szikével felaprítjuk és ebből 1 g-ot porcelánmozsárba mérünk, bidesztillált vízzel készített 2 %-os sósavval nedvesítjük a felaprózott anyagot, péppé dörzsöljük és kevergetés közben sósavval 10-15 ml-re hígítjuk. Gyakorlatunk következő lépése ebben az esetben sav-bázis titrálás. A titrálás térfogat elemzést jelent. Először keresünk egy ideális savas és egy lúgos anyagot. Kiválasztunk egy indikátorként szolgáló olyan szerves anyagot, mely gyenge savak illetve bázisok és disszociálatlan molekuláik más színűek, mint ionjaik. A titrálás első lépéseként 0,002 mol/dm3-es kálium-jodát-oldatot (KIO3) a bürettába a tölcsér segítségével. Majd pipettáztunk 30 ml gyümölcsoldatot a 250 ml-es Erlenmeyer-lombikba. Hozzáadtunk még 20 ml desztillált vizet, 30 ml 0,1 mol/dm3-es kálium-jodid-oldatot, 100 ml 0,05 mol/dm3-es sósavat (HCl) és 1 ml keményítő-indikátort! Lejegyeztük a büretta állást majd elkezdjük titrálni a mintát a 0,002 mol/dm3-es kálium-jodát-oldattal! A titrálás végpontját a keményítő–jód komplex állandó kék színének első halvány, maradandó megjelenése jelzi. A titrimetriás méréseinket gyorsteszt segítségével is igazoltuk. A rendelkezésünkre álló gyorsteszt viszont csak 10-es skálán ad eredményt. A fent említett és bemutatott titrálással meghatároztuk a kiválasztott növények Cvitamin tartalmát és a táblázaton megfigyelhető eredményeket kaptunk. Itt meg kell jegyezzem, hogy mi házi, teljesen bio körülmények között termesztet növényeket használtunk. Pár esetben az összehasonlítás kedvéért megvizsgáltuk a boltban vásárolt növényt is, ezek aszkorbinsav tartalma drasztikusan kisebb.

77

Növény neve citrom

C-vitamin tartalom 53 mg/l

narancs málna kokojsza hecserli piros paprika vinetta petrezselyem zöldborsó (hüvely nélkül) ribizli

53,2 mg/l 25 mg/l 22 mg/l 400 mg/l 190 mg/l 105 mg/l 133 mg/l 40 mg/l 160 mg/l

Következtetésként cáfolnám azt a tévhitet, hogy az üzletben vásárolt vegyszerekkel és mesterséges körülmények között termesztett növények (citrom, narancs, paprika, ecetes savanyúságok…) eleget tesznek napi C-vitamin igényünknek. Azzal egyet értünk, hogy a házi, természetes növények kielégítik napi szükségletünket. Kutató munkánk is ezt a tanúbizonyságot támasztotta alá. Vizsgálatunk alá olyan növényeket helyeztünk, amelyek minden gazdaságban megtalálható. Az egyszerű ember éléskamrájából sem hiányozhatnak ezek az alapvető növények. Gyakorlati példával bizonyítanám az elhangzottakat: az erdei kokojszából főzött tea C-vitamin tartalma több tíz mg-mal túlszárnyalja az üzletben vásárolt kokojsza granulátumból készített teáét. Dolgozatunk célja ráébreszteni az embereket az egészséges életre ebben a szennyezet világban. Ennek egy nagyon egyszerű útja a természetes és házi ételek fogyasztása. Felhasznált irodalom 1. Constantin Banu: Manualul inginerului din industra alimentara. Ed. Tehnica Bucuresti 1998 2. Lakatos J.: Analitikai Kémiai Gyakorlatok Anyagmérnök BSc. Hallgatók Számára 2007 3. Constantin Banu: Biotehnologii în industria alimentara, Ed.Tehnica, Bucuresti, 2000

78

„VERSENY A REAKCIÓÉRT” AVAGY: ALIFÁS-HALOGENIDEK KONKURENS REAKCIÓI Jezsó Bálint Felkészítő tanár: Neizer Zita Szinyei Merse Pál Gimnázium, Budapest, Magyarország Bevezetés A középiskolai kémiatanulmányaink során, a halogénatomos szénhidrogének kapcsán megtanulhattuk, hogy az alkil-halogenidek (halogénatomot tartalmazó, nem aromás szénhidrogének) azonos reakciópartnerrel, a partner koncentrációjának függvényében másmás reakcióba bocsátkoznak [1], [2]. Például a klóretán híg NaOH-oldattal szubsztitúciós mechanizmus szerint reagál, és etanol keletkezik, tömény NaOH-oldattal reagálva viszont a végbemenő reakció elimináció, és a termékünk etén. híg CH 3 − CH 2 Cl + NaOH → CH 3 − CH 2 − OH + NaCl CH 3 − CH 2 Cl + NaOH tömény → CH 2 = CH 2 + NaCl + H 2 O Az érdekelt, hogy az ágens koncentrációja miért, és hogyan befolyásolja a végbemenő reakció típusát. Kutatásom során analitikai módszerek segítségével próbáltam meghatározni a végbemenő reakció típusát.

A szubsztitúció A szubsztitúció olyan szerves kémiai reakció, amelynek során a molekula egy atomja, vagy atomcsoportja cserélődik ki más atomokra, vagy atomcsoportokra. Ez a reakció végbemehet gyökös mechanizmus szerint, amikor is külső hatásra (Pl.: UV fény hatására) gyökök, vagyis párosítatlan elektront tartalmazó részecskék képződnek, és ez a gyök viselkedik ágensként az alifás vegyülettel szemben (ilyen pl. a metán és klórgáz reakciója). [3] A szubsztitúció lehet elektrofil mechanizmusú is. Itt az ágens egy „elektront kedvelő” részecske, vagyis rendszerint kation. Ez a reakciótípus azonban az aromás vegyületekre jellemző, engem viszont az alifás vegyületek reakciói érdekeltek, ezért az elektrofil mechanizmusra most nem térnék ki. A szubsztitúció harmadik típusa a nukleofil szubsztitúció. Egy alifás halogenidnél a halogénatom nagy elektronvonzó képessége miatt a szén- és a halogén atom közötti kötés erősen polározott. A halogén atom részlegesen negatív, a szénatom pedig részlegesen pozitív töltésű. A részlegesen pozitív töltésű szénatom készségesen reagál elektrontársításra hajlamos nukleofil reagensekkel. Azt a szubsztitúciót, ahol az ágens egy ilyen nukleofil részecske, nukleofil szubsztitúciónak nevezzük. Ennél a reakciótípusnál mechanizmusa szerint további két csoportot különítünk el: SN1-et és SN2-t. Az SN1 egy két lépésben, köztes termékkel végbemenő reakció. Az első, sebességmeghatározó lépésben (pl.: kellően poláros oldószer, v. az ágens hatására) az alkil-halogenid ionosan szétesik: karbénkation és egy halogenid keletkezik. Mivel a karbén energetikailag nem stabilis, második lépésben a molekula stabilizációjának kell megtörténnie. Az

79 elektrontársításra hajlamos ágens datív kötést létesít a karbén pozitív töltésű szénatomjával, s ezzel lezárult a reakció. Az SN2 ezzel szemben egy lépéssel megy végbe, és a reakció sebességmeghatározó lépése nem az ionos disszociáció, hanem az ágens és az alkil-halogenid ütközése. Az ágens az alkil-halogenid legkisebb elektronsűrűségű szénatomját (amelyiken a halogénatom is van), a halogénatommal ellentétes oldalról támadja meg. Az ágens elektronpárja behatol a szénatom elektronoktettjébe, és a szén-halogén kötés elektronpárját a halogénatom vonzáskörzetébe taszítja. Az ágens és a szénatom között kötés létesül, és ezzel párhuzamosan szűnik meg a kötés a szénatom és a távozó csoport között. A fenti két reakció (az SN1 és az SN2) egymással párhuzamosan játszódik le. Hogy éppen melyik a kedvezményezett, azt a reakció körülményei, ill. a halogénatomot kötő szénatom rendűsége határozzák meg. Primer szénatomnál az SN2 az uralkodó reakciótípus, szekunder szénatom esetén már SN2 és SN1 fele-fele arányban mennek végbe, tercier szénatom esetén viszont az SN1 a kedvezményezett. Ennek oka: a nagy térigényű ágens. Ugyanis a tercier szénatomhoz sokkal nehezebben fér oda az oldalláncok miatt, mint egy primer szénatomhoz. Az ágens koncentrációja is befolyásolhatja a reakció típusát: a nukleofil ágens koncentrációja az SN1 reakció sebességmeghatározó disszociációs folyamatában nem játszik szerepet, vagyis az ágens nagyobb koncentrációja nem növeli az SN1 sebességét. Az SN2 reakciósebessége viszont az ágens koncentrációjával együtt nő, mivel ennek a reakciónak a sebességét a sikeres ütközések száma határozza meg. Az oldószer polaritása szintén befolyásolja a végbemenő reakció típusát: poláris oldószerben az SN1 a kedvezményezett, mivel lehetőség van az ionos disszociációra. Apoláris oldószer alkalmazásával viszont az SN2-t tehetjük kedvezményezetté. Az oldószer polaritása olyan jelentős a végbemenő reakció szempontjából, hogy például egy kevésbé poláris oldószerben (pl.: vízmentes acetonban) még a terc.-alkilhalogenidek is SN2 szerint reagálnak, hiszen a molekula nem tud ionosan szétesni. Az elimináció Az elimináció egy olyan kémiai reakció, amelynek során a kiindulási anyagból kisméretű molekula kiszakadásával telítetlen vegyület képződik. Ez a reakciónak is két mechanizmus szerint mehet végbe: E1 és E2. [3] Az E1 kezdőlépése megegyezik az SN1-ével: a molekula ionosan szétesik, karbénkation és halogenid keletkezik. A második lépés, a karbén stabilizációja azonban nem úgy történik, mint ahogy az SN1-nél láttuk. A pozitív töltésű szénatommal szomszédos egyik szénatom (a Zajcev-szabálynak megfelelően) ledob magáról egy protont, amelyet aztán a bázikus reakciópartner vesz fel. A két szénatom között pedig egy π-kötés alakul ki. Az E2 mechanizmusát úgy kell elképzelni, hogy a bázisos nukleofil reagens nem közvetlenül a halogénatomot kötő szénatommal ütközik, hanem a mellette lévő (β-) szénatommal. A negatív töltésű ágens hatására a hidrogén és a β-szénatom közötti kötőelektronpár benyomul az α-szénatom elektronoktettjébe, és (anion formájában) leszorítja a halogénatomot. Eközben a két szénatom között kialakul a kettős kötés. A szubsztitúció és az elimináció, a hasonló mechanizmusok miatt egymással párhuzamosan játszódik le, de a különböző körülmények (pl. hőmérséklet, vagy az ágens koncentrációja) dönti el, hogy melyik lesz a kedvezményezett. A hőmérséklet növelése az eliminációnak kedvez, mivel ennek magasabb az aktiválási energiája. Az ágens (itt alkáli fémhidroxid) koncentrációjának növelése szintén az eliminációnak kedvez. Ennek oka

80 valószínűleg az, hogy az erősen lúgos reakcióelegy számára kedvezőbb egy olyan reakció, amely során víz is képződik. A végbement reakciók kimutatására kidolgozott módszerek Kísérleteimet klóretánnal és nátrium-hidroxiddal végeztem el. A fenti két reakcióegyenletből tudjuk, hogy mindkét reakció során kloridionok kerülnek az oldatba. Ezek jelenlétét a Mohr-féle argentometriás módszerrel [4], [5] határoztuk meg, s ebből következtettünk az összes végbement reakció mennyiségére. Meghatározzuk a szubsztitúció során keletkezett alkoholmennyiséget is, és ez alapján megadható a végbement reakciók aránya. Az alkohol mennyiségét az alkoholszondákban is használt bikromátkróm(III) rendszer alapján kidolgozott saját kromatometriás módszerünkkel próbáltuk meghatározni [4], [5]. A Mohr-féle kloridion kimutatás alapja, hogy az ezüstionok a kloridionokkal a vízben rosszul oldódó fehér csapadékot, AgCl-ot képeznek. A mérőoldatunk tehát egy ismert koncentrációjú AgNO3-oldat, amit a kloridiont ismeretlen koncentrációban tartalmazó mintánkhoz (folyamatos kevertetés mellett) csepegtetünk. Az oldathoz indikátorként kb. 1cm3 5%-os káliumkromát oldatot adunk (ez sárga színű). Az Ag+ a kromáttal is csapadékot képez (ennek színe vörösbarna), de ez a csapadék kisebb mértékben disszociál, mint az AgCl, ezért amíg van az oldatban Cl-, addig a vörös csapadék nem marad meg. Ha az ezüstkromát csapadék megmarad, akkor az oldat (a benne lévő AgCl és káliumkromát fehér, ill. sárga színe miatt) nem egyértelműen vörösbarna, hanem halvány barna lesz. A színátcsapáskor leolvassuk a bürettáról a fogyást, és ez alapján számoljuk ki a kloridion tartalmat. Fontos, hogy a titrálás előtt a minta kémhatása közel semleges legyen, mert lúgos közegben az ezüstion a hidroxidionnal végső soron Ag2O csapadékot képez, ahelyett, hogy az ezüstion csapadékot képezne a kloriddal, vagy a kromáttal. Tehát a reakció után megmaradt NaOH-ot semlegesítenünk kell. Mi ezt HNO3-val tettük.

1. ábra. Kloridion argentometriás meghatározása; átcsapás előtt (bal), és átcsapás után (jobb)

81 Az alkohol kimutatásához egy saját módszert fejlesztettünk ki, amit a hagyományos alkoholszondákban lévő bikromát/króm(III)ion rendszer alapján működik. Első lépésként a mintát ismert tömegű K2Cr2O7 és cc. H2SO4 elegyéhez adtuk. Ekkor a bikromát a következő reakcióegyenlet alapján króm(III) ionná redukálódott, és zöld szín jelent meg. (A zöld szín még nem egyértelműen jelzi az alkoholt, mivel ha a Cr2O72- oxidál, akkor savas közegben a zöldes árnyalatú Cr(III) megjelenik!)

Cr2 O7

2−

+ 8H + + 3CH 3 − CH 2 − OH → 2Cr 3+ + 7 H 2 O + 3CH 3 COH

A reakció után ismert koncentrációjú FeSO4-et feleslegben adtunk a mintához. A FeSO4 a következő egyenlet alapján reagált a maradék K2Cr2O7-tal.

Cr2 O7

2−

+ 14 H + + 6 Fe 2 + → 2Cr 3+ + 6 Fe 3+ + 7 H 2 O

Ez után az elegyhez foszforsavat adtunk, hogy a keletkezett vas(III)-ionokat komplexbe vigye, így azok nem zavarják a titrálásnál alkalmazott redoxi-indikátort. Szemcseppentővel hozzáadtunk pár csepp difenilamin indikátort, majd ismert koncentrációjú K2Cr2O7 oldat titrálásával határoztuk meg a FeSO4 fogyását. Az oldatot színátcsapásig titráltuk.

2. ábra. vas(II)ion koncentráció meghatározása kromatometriás módszerrel. A titráláshoz redoxi indikátorként cc H2SO4-ban oldott difenilamint használtunk. Amíg az oldat Fe2+ ionokat tartalmaz, addig az indikátor világoszöld (ball), de mihelyt az összes Fe2+ Fe3+-á oxidálódik, az elegy színe sötétibolyába csap át (jobb), mert a feleslegben maradt Cr2O72oxidálja a difenilamint.

82 A kísérlet Kísérletünk eredeti célja az volt, hogy analitikai módszereinkkel meghatározzuk a végbement reakciótípusok egymáshoz viszonyított arányát. Mivel a szubsztitúciós és az eliminációs reakciók iskolapéldája a klóretán és nátrium-hidroxid reakciója, úgy gondoltuk, hogy kísérleteinket klóretánnal fogjuk végezni. A klóretán forráspontja azonban 14°C, tehát ha a reakcióhoz szükséges hőmérsékletre melegítjük, egyszerűen elforr a reakciótérből anélkül, hogy reagálna. Ezt a problémát úgy oldottuk meg, hogy egy kis lombikban hagytuk szobahőmérsékleten elforrni a klóretánt, majd a gőzöket forró NaOH-oldaton buborékoltattuk át. Ezután a Mohr-féle módszerrel meghatároztuk a reakcióelegy kloridion tartalmát. A keletkezett kloridion mennyisége mérhető volt, viszont a kitermelés csak 5%-os volt, alkohol pedig olyan kis mennyiségben képződött, hogy csak minőségileg tudtuk kimutatni, a keletkezett alkohol koncentrációja az általunk használt kromatometriás módszer méréshatára alatt volt. Mivel módszereink érzékenységén mérőeszközeink pontatlansága miatt nem tudunk finomítani, a továbbiakban tervezett kísérleteket egy sokkal magasabb forráspontú alkilhalogeniddel fogjuk elvégezni (pl. klórbutánnal), s így remélhetőleg sokkal jobb termeléssel megy végbe a reakció, és sikerül igazolnunk az iskolában tanultakat, miszerint: az ágens koncentrációjának növelése valóban az eliminációnak kedvez. Felhasznált irodalom

[1] Villányi Attila: Kémia 10, Műszaki Kiadó, 2008 [2] Siposné Dr Kedves Éva, Horváth Balázs, Péntek Lászlóné: Kémia 10, szerves kémia Mozaik Kiadó, Budapest, 2003 [3] Bruckner Győző: Szerves kémia I-1 nyíltszénláncú vegyületek Tankönyvkiadó, Budapest, 1961 [4] Dr. Pungor Ernő, Szepesváry Pálné dr: Analitikai kémiai laboratóriumi gyakorlatok Műegyetemi Kiadó, Budapest [5] Erdey László: Bevezetés a kémiai analízisbe Magyar Természettudományi Társulat, Budapest, 1945

83 NÖVÉNYEK „ZÖLDSÉGÉNEK” VÁLTOZÁSA

Sör Kristóf Felkészítő tanár: Szabó Kornélia Pollack Mihály Műszaki Szakközépiskola, Szakiskola és Kollégium, Pécs, Magyarország Miért látjuk a növényeket zöldnek? A fényenergia begyűjtéséhez a fotoszintetizáló szervezetek speciális pigmenteket használnak, amelyek közül legfontosabb a vörös és kék tartományban elnyelő klorofill. Ezen pigmentnek köszönhető a Föld jellemző színe a zöld. A különböző színérzet átlátszatlan tárgyak esetén attól függ, hogy a rájuk eső fényből milyen hullámhosszúságú sugarakat (színeket) és milyen arányban nyelnek el, illetve vernek vissza. A színt a visszavert színek keveréke adja. A zöld fény hullámhossza kb. 490-570 nm, keverékszín, két alapszín keveréke, a sárgáé és a kéké, s a lila (magenta) a komplementer színe. Növények színanyagai különbözőek lehetnek: a klorofill-zöldes pigmentek, a karotinok és xantofillok-vörös, narancs, vagy sárga pigmentek, fikobilinek-kékes-vörös pigmentek. [1] A klorofill azon anyag, amely lehetővé teszi a növények számára, hogy a napsugárzás energiáját hasznosítsák, stabil szerkezete körül az elektronok vándorolhatnak. Növényekben ötféle klorofill molekula fordul elő, közülük a klorofill-a nélkülözhetetlen, mellette a klorofill-b elterjedt, c-d-e változatok különböző algákban, moszatokban fordulnak elő. Kétféle klorofill szerkezetét az 1900-as évek elején H. Fischer állapította meg. [2] A klorofill-a és a klorofill-b csak a 3-helyzetű szénatom szubsztituensében különböznek, a klorofill-a metilcsoportja helyett a klorofill-b-ben formilcsoport található. Szerkezetük hasonlít a B12 vitaminhoz, HEM-hez, porfirin váza komplex kötésű magnézium-iont tartalmaz.

1. ábra. Klorofill-a és klorofill-b szerkezete Növények klorofill tartalmának vizsgálata Vizsgálataink során zöld növények klorofill tartalmának változását követtük nyomon az őszi kezdődő nyugalmi periódustól tavaszig. Megvizsgáltuk különböző oldószer elegyek és a centrifugálás idejének hatását. Mintagyűjtés helye az iskola udvara volt, a választott növények: gyermekláncfű (Taraxacum officinale), lándzsás útifű (Plantago lanceolata), normann fenyő (Abies normannia), a mintavétel 2-3 hetes gyakorisággal történt. A klorofilltartalom méréséhez spektrofotometriás mérési módszert választottuk.

84 A spektroszkópia és azon belül a spektrofotometria az egyik legelterjedtebb anyagvizsgálati módszer. Az elektromágneses sugárzás és a különböző anyagi részecskék kölcsönhatásán alapul. Fényforrásból pl. szűrő segítségével kiválasztunk egy a mintára jellemző hullámhosszú sugárzást. Ezzel átvilágítjuk a mintát. A fény kezdeti intenzitása a mintán áthaladva lecsökken, elnyelődik, abszorpciót szenved. A csökkenés arányából lehet következtetni a minta koncentrációjára. Lambert-Beer törvény alapján: A= c*l*E A- abszorbancia l- fényút hossza c- koncentráció E- abszorpciós koefficiens A klorofill tartalom meghatározást HITACHI U-5100 készülékkel végeztük. A mérések három jellemző hullámhosszon λ=470nm, 646,4nm, 663,2nm-en történtek. A klorofill-a mennyiségét tapasztalati képlet segítségével számítottuk mg/g friss növény tömegegységre, az eredményeket pedig növénycsoportonként átlagoltuk. kl-a = 21,50*A646,8 - 5,10*A663,2 A klorofill extrakciója 2 fázisban történt. 250 mg levélszövethez 15 ml 100%-os acetont adtunk és 24 órán át állni hagytuk. Ezután 20 percig centrifugáltuk 13.000 1/min fordulatszámon, majd 40C-on ismételten 24 órát állni hagytuk. Ezt követően 1,5 cm3 mintát 80%-os acetonnal 3 cm3-re egészítettük ki. Centrifugálás idejének jelentősége Megvizsgáltuk a centrifugálás hatását a kivonható klorofill mennyiségére vonatkozóan. Ehhez 5 perces centrifugálási időközönként vettünk mintát, és számítottuk a klorofill-a mennyiségét. Mérési eredményeink szerint mindhárom vizsgált növény esetén kimutatható volt a centrifugálás jelentősége. Ezzel megbizonyosodtunk, hogy méréseink során ezt a lépést semmiképp nem hagyhatjuk ki. Pitypang Lándzsás útifű Normann fenyő [mg/g] [mg/g] [mg/g] 0 perc 394,36 370,16 416,66 5 perc 408,92 394,40 452,6? 10 perc 451,12 395,71 443,12 15 perc 525,58 410,62 494,32 20 perc 584,65 469,34 517,25 1. táblázat Kivonható klorofill-a tartalom változása a centrifugálási idő növelésével. idő

Kivonható klorofill-a [mg/g]

600 550

gyermeklánc lándzsásúti normannfenyõ

500 450 400 350

0

5

10

15

20

centrifugálás ideje [min]

2. ábra. Centrifugálás idejének hatása a kivonható klorofill tartalomra vonatkozóan.

85

Klorofill extrakció különböző oldószerekben Az irodalomban talált aceton extrahálószer mellett különböző szerves oldószer elegyek keverékeinek hatását vizsgáltuk meg a kivonható klorofill-a mennyiségére vonatkozóan a lándzsás útifű esetében. A három választott oldószer az aceton, az etilalkohol és a metilalkohol vízzel alkotott keverékei voltak. A mérések összehasonlíthatóságához ki kellett választanunk a megfelelő hullámhosszakat ezért a tiszta oldószerek klorofill extraktumára felvettük az abszorpciós spektrumokat. Ahol mindhárom abszorpciós spektrumnak maximuma van azokon a hullámhosszokon végeztük a méréseinket. Oldószereink esetében 444 és 664nm-es hullámhosszon találhatunk abszorpciós csúcsokat (3. ábra). A spektrumok abszorbancia intenzitása sejteti, hogy alkoholos extrahálószerek valószínűleg több klorofillt voltak képesek kivonni. A 4. ábrán a 3 oldószer elegyeinek lefutását láthatjuk. Az alkoholos görbék lefutása hasonló jellegű, míg az acetonos elegyeké szinte ellentétes irányú. Alkoholos extrakció esetében látszólag nagyobb mennyiségű klorofill volt kivonható, viszont alkoholok esetében fenn áll az esélye, hogy erősebb másodrendű kötőerők, hidrogénkötések alakulhatnak ki a klorofill molekulák és az oldószer között, ez zavarhatja a méréseinket. Ez a hatás 100% acetonos oldat esetén nem lép fel, viszont a víztartalom növekedésével itt is nagyobb abszorpciókat tapasztaltunk. Ezért az oldószerhatás kiküszöbölésére továbbra is az acetonos extrakciót alkalmaztuk. 444nm

Abszorbancia [AU]

2,0

Aceton Etilalkohol Metilalkohol

434nm

1,5

664nm

1,0

0,5

0,0 400

450

500

550

600

650

700

Hullámhossz [nm]

Klorofill-a koncentráció [mg/g]

3. ábra. Különböző oldószerek (aceton, etilalkohol, metilalkohol) klorofill extraktumának abszorpciós spektrumai

10000

metanol-víz etanol-víz aceton-víz

8000 6000 4000 2000 0

100

80/20

70/30

60/40

50/50

Oldószer keverék

4. ábra. Különböző oldószerek (aceton, etilalkohol, metilalkohol) klorofill extraktumának abszorpciós spektrumai

86

Klorofill-a tartalom változása novembertől-márciusig A havi klorofill-a tartalom mérési eredményei a téli hónapokban csökkenést mutat, ennek oka, hogy a hideg stressz alatt nem termelődik a sejtekben klorofill. Az összefoglaló 2. táblázat tartalmazza a klorofill-a tartalom változását novembertől márciusig a 3 vizsgált növényre vonatkozóan. A legerőteljesebb csökkenést a lándzsás útifű esetében tapasztaltuk. A csökkenés szintén kimutatható volt az örökzöld fenyő esetében is, de ennek mértéke jóval kisebb. A gyermekláncfű esetében március hónapban tapasztalt növekedés valószínűleg a már tavaszi napsütésnek volt köszönhető. November Január Február Március eleje Március vége

Gyermekláncfű klorofill-a [mg/g] 940,63 829,34 742,62 857,75 1510,1

Lándzsás útifű klorofill-a [mg/g] 1924,27 1428,5 1058,67 650,78 1814,2

Normann fenyő klorofill-a [mg/g] 568,67 556,05 597,77 517,22 1100,16

2. táblázat Klorofill-a tartalom havi változása, növénycsoportonként útifû normannfenyõ gyermeklánc

Klorofill-a tartalom [mg/g]

2000

1500

1000

500

0 november

január

február

március

március II.

Hónap

5. ábra. A vizsgált három növénycsoport esetén a klorofill-a tartalom változása havi leosztásban Összefoglalás Összehasonlítottuk különböző oldószerek –etanol, metanol, aceton- vízzel alkotott elegyeinek hatását a kivonható klorofill mennyiségére vonatkozóan. Méréseink szerint az alkoholos extrakciók a legerősebbek, viszont zavaró hatások léphetnek fel. Kimutattuk a centrifugálás idejének jelentőségét a kivonható klorofill-a tartalomra vonatkozóan. Megvizsgáltuk 3 növény (gyermekláncfű, lándzsás útifű, normann fenyő) klorofill-a tartalmának változását novembertől-márciusig. A növények mindhárom csoportjánál kismértékű klorofill tartalom csökkenést tapasztaltunk a téli időszakban. A klorofill molekula szerkezetében rejlő lehetőségek, az élettanilag fontos anyagok szerkezetéhez való hasonlósága miatt kutatása rendkívül fontos. Felhasznált irodalom [1] Boross László, Sajgó Mihály: Biokémia alapjai [2] http://hu.wikipedia.org/wiki/Klorofill [3] Lichtenthaler H.K.: Chlorophylls and carotenoids of photosynthetic membranes, Methods Enzymol. 148, 350-382, (1987) [4] Sarah C. Castle, Conor D. Morrison, Nichole N. Barger: Extraction of chlorophyll a from biological soil crusts: A comparison of solvents for spectrophotometric determination, Soil Biology&Biochemistry, Vol. 43, 853-856, (2011)

87

AZ ACETOFENON FOLYADÉK FÁZISÚ HETEROGÉN KATALITIKUS HIDROGÉNEZÉSE

Szferle Ildikó Felkészítő tanár: Ferenczyné Molnár Márta Témavezetők: Dr. tálas Emília, Dr. Gőbölös Sándor (MTA NKI) Eötvös József Gimnázium, Budapest, Magyarország Bevezető, avagy mi lehet az acetofenonból? A Magyar Tudományos Akadémia Kémiai Kutatóközpontjában kutatómunkánk során az acetofenon (AF) folyadék fázisú heterogén katalitikus hidrogénezésével foglalkoztunk. Ismeretes, hogy a katalizátor megváltoztatja a reakció sebességét (kinetikáját), de nem módosítja termodinamikáját és a reakcióba lépő anyagok, illetve az átalakulás eredményeképpen képződő termékek egymáshoz viszonyított arányát, azaz a reakció sztöchiometriáját. A katalizátor fontos tulajdonsága, hogy szelektív, azaz a sok lehetséges folyamat közül egyet, illetve az egyes termékek képződését eredményező folyamatokat gyorsítja meg. A katalitikus reakcióban a bruttó kémiai folyamat részlépéseit a katalizátor megváltoztatja; folyamat katalitikus változatában a reakció partnerek a katalizátorral lépnek kapcsolatba, miáltal reaktívabb közti termékek képződnek, amelyek nagyobb sebességgel alakulnak át végtermékké, mint katalizátor nélkül. Attól függően, hogy a katalizátor és a reakciópartnerek azonos vagy különböző fázisban vannak, beszélünk homogén, illetve heterogén katalízisről. Az AF (más néven fenil-metil-keton) összegképlete C8H8O. A legegyszerűbb alkilaril-keton. Ketokarbonil csoportja a benzolgyűrűhöz kapcsolódó szénatomon helyezkedik el. Friedel-Crafts szintézissel állítható elő, benzolból és ecetsavanhidridből katalizátor és megfelelő reakciókörülmények alkalmazásával. Az AF színtelen, kellemes szagú folyadék, a természetben illóolajokban fordul elő. Altató hatású, korábban altatószerként, hipnotikumként használták (innen ered a vegyület hipnon neve). Kellemes illata miatt az illatszeripar felhasználja. Magas forráspontú oldószerként is alkalmazható. Szintézisek kiindulási anyaga. Hidrogénezési termékei, mint a fenil-etanol (FE) és a ciklohexil etanol (CE) iparilag fontosak. A CE-t egyes polimerek gyártásánál, míg a FE-t a parfüm-és gyógyszeriparban használják. A FE-t használják még élelmiszer-adalékanyagként rágógumiban és joghurtokban. A hidrogénezés a molekula különböző részein mehet végbe, telítődhetett az aromás gyűrű, vagy redukálódhat a keto csoport (lásd 1. ábra).

88 CHOHCH3

CH2CH3

Etil-benzol (EB) COCH3

1-fenil-etanol (FE) CHOHCH3

COCH3

Ciklohexil-metil keton (CMK)

Ciklohexil-etanol (CE)

17. ábra Ha a gyűrű telítődik, a végtermék CE lesz ciklohexil-metil-keton (CK) átmeneti termék képződése közben. Amennyiben a keto csoport hidrogéneződik, akkor FE keletkezik, ami hidrogenolízissel etil-benzollá (EB) alakulhat. A FE-ból ciklohexil etanol (CE) is keletkezhet. Célunk az volt, hogy minél kisebb koncentrációban legyen jelen a végtermékek között az EB, ami a hidrogénezési reakció szempontjából haszontalan melléktermék. Az EB valójában nem haszontalan anyag, főként a sztirol, a polisztirol (az egyik elterjedt műanyag) alapanyagának a gyártásához használják. Emellett az EB köztes termék számos más szerves vegyület előállításánál. Az EB etilénből és benzolból állítják elő szintén Friedel-Crafts-reakcióval, katalizátor, például alumínium-klorid jelenlétében. Ha az acetofenon hidrogénezése során kapunk EB-t, akkor feleslegesen, anyagot, energiát és időt pazaroltunk, ezért mondhatjuk, hogy a hidrogénezési reakció szempontjából haszontalan melléktermék. Az AF hidrogénezése során az EB képződése termodinamikailag kedvezményezett. Két utat is feltételeznek rá, egyik a dehidratálás, sztirol képződésével és az azt követő hidrogéneződéssel, a másik a közvetlen hidrogenolízis, amikor a hidrogén közvetlenül lehasítja az OH csoportot. A munka során két különböző nemesfém (Pt és Pd) tartalmú katalizátorral végeztünk reakciókat, abban bízva, hogy más-más reakció utakat járhatunk be. A kísérleti munka menete Az AF hidrogénezését minden esetben szakaszos üzemű, kevert tankreaktorban, más néven autoklávban (2. ábra) végezzük 10 bar H2 nyomáson, állandó keveréssel (500 fordulat/perc), 60ml 2-propanol oldószerben, azonos mennyiségű (80 gramm) katalizátor jelenlétében.

89

2. ábra A reaktor, amiben a reakciókat végeztük

3.ábra A gázkromatográf

Az AF kiindulási koncentrációja 0,075 mol volt. A felhasznált katalizátorok: Al2O3 hordozós Pt (CatASium F214, Degussa) Al2O3 hordozós Pd (ESCAT-14, Engelhard). A reakcióhőmérséklet, 60 és 40 °C volt. A Pd katalizátort a reakció indítása előtt előkezeltük in situ módon (40 oC, 500 rpm, 25 bar H2 nyomáson). Mindegyik reakció során mintákat vettünk a reaktorból 0 percnél, 1 percnél, 5 percnél, 10 percnél, 15 percnél, 30 percnél, 60 percnél, 90 percnél, 120 percnél és 180 percnél. Ezeket a mintákat belső standard oldattal (1-hexanol toluol oldószerben) hígítottuk és gázkromatográfba ( 3. ábra) helyeztük, majd a kapott kromatogramokat értékeltük. A kromatográfiás eljárás célja többkomponensű gáz, gőz vagy folyadékelegyek összetevőinek elválasztása. Az elválasztás a komponensek két fázis közötti ismételt megoszlásán alapul. A kromatográfiás eljárások során az elválasztásban résztvevő fázisok közül az egyik mozgásban van (mobil v. mozgófázis), a másik fázis helyhez kötött (álló v. stacioner fázis). A mozgófázis lehet gáz, szuperkritikus fluidum, vagy folyadék. Az állófázis lehet egy szilárd hordozón egy csőbe töltve, vagy a cső belső falán rögzítve, vagy sík réteget alkotva. Ennek megfelelően beszélhetünk oszlop- vagy rétegkromatográfiáról. A gázkromatográfiában a mozgó fázis mindig gáz, az állófázis pedig lehet szilárd (gáz-szilárd adszorpciós kromatográfia) vagy folyadék (gáz-folyadék megoszlási kromatográfia) is. Az oszlopról eluálódó komponensek által a detektorban keltett jel intenzitását az idő függvényében ábrázolva kapjuk a kromatogramot. Munkánk során N2 volt a mozgó fázis és Supelco BETA DEX 225 kolonnát (álló fázis) használtunk, ami enantiomer párok szétválasztására is alkalmas. A FE és a CE királis molekulák, ezért két-két csúcs jelenik meg. A 4. ábra egy, a munka során kapott kromatogramot mutat be.

90

16,6

[mV] PtDEMO - FID

1-hexanol (belső standard)

3,0

28,8

27,0

35,1

34,0

26,0

10,1

CE (1) CE (2) 26,5

Voltage

2,5

FE(1) FE(2)

CK

EB

AF

2,0

1,5

Pt/Al2O3

1,0

10

20

30

40 [min.]

Time

4.ábra Jellegzetes kromatogram A gázkromatográffal kapott koncentráció értékekből a reakcióra jellemző adatokat számítottunk ki. Ezek a konverzió (K), a hozam (H) és a szelektivitás (S). A t időponthoz tartozó konverzió felírható az adott időpontban átalakult és a kiindulási anyagmennyiség hányadosaként (Kt=([AF]0-[AF]t)/ [AF]0)). Tehát annál sikeresebb a kísérlet, minél nagyobb ez a hányados. A hozamot felírhatjuk minden keletkezett termékre úgy, hogy a kiválasztott termék adott időponthoz tartozó koncentrációjának és a kiindulási anyag nulla időponthoz tartozó koncentrációjának a hányadosát számoljuk ki, például a FE-ra vonatkozó hozam HFE,t=[FE]t/[AF]0 lesz. A szelektivitás azt mutatja meg, hogy az egyes termékek mennyisége hogyan viszonyul a teljes átalakult mennyiséghez (például SFE,t=[FE]t/([AF]0-[AF]t)). A katalitikus viselkedést függvények segítségével ábrázoltuk. Ezek a függvények a konverzióidő, hozam-idő és konverzió-szelektivitás voltak. Katalitikus eredmények

.

A Pt katalizátoron tapasztalt összefüggéseket az 5. ábra mutatja be. A grafikonok elemzése után megállapíthattuk az alábbiakat: A hőmérséklet növelésével nő a reakció sebessége (K60>K40), de a szelektivitás értékek nem változnak jelentősen. A CE és a FE hozam növekszik az idő függvényében. A CK hozam maximum görbét mutat, tehát a ciklohexil-metil-keton valóban közti termék. A platina katalizátoron EB nem képződik. A FE szelektivitása nem függ a konverziótól. Hőmérsékletfüggés

Hőmérsékletfüggés

1

0.6 0.4

Pt 40oC CE Pt 60oC CK

0.2

Pt 40oC CK Pt 60oC FE

Szelektivitás .

Hozam

Pt 60oC CE

0.8

60 oC EB 60 oC FE 40 oC EB 40 oC FE

0.6 0.4

Pt 40oC FE

0.2

0

0 0

50

100 150 t, perc

200

0

0.2 0.4 0.6 0.8 Konverzió

1

5. ábra A Pd katalizátoron kapott eredményeket a 6. ábra tünteti fel. Pd katalizátoron CK és CE nem képződött. A főtermék a FE volt kevés EB mellett.

91

Hőmérsékletfüggés

.

Hőmérsékletfüggés 0.8

Pt 60oC

0.6

Pt 40oC

0.4

0.6

Hozam

Konverzió

1

Pt 60oC CE Pt 40oC CE

0.4

Pt 60oC CK Pt 40oC CK Pt 60oC FE

0.2

Pt 40oC FE

0.2 0

0 0

50

100 150 t, perc

200

0

50

100 150 t, perc

200

6. ábra Összegzés Összegzésként elmondhatjuk, hogy EB csak palládium katalizátor jelenlétében képződött, a mennyisége pedig elenyésző volt. Gyűrű-hidrogénezett termékek pedig csak Pt katalizátoron jöttek létre. A különböző nemesfém katalizátorok segítségével a feltételezett reakció sémában különböző utakat jártunk be. Kísérleteinket sikeresnek mondhatjuk. CHOHCH3

CH2CH3

Pd Pt, Pd COCH3

Etil-benzol (EB) 1-fenil-etanol (FE)

-------

COCH3

CHOHCH3

Pt

Ciklohexil-metil keton (CMK)

Ciklohexil-etanol (CE)

5. ábra. Az acetofenon átalakulásának reakció sémája Köszönetnyilvánítás : Szeretnék köszönetet mondani Dr. Tálas Emíliának (MTA NKI ), Dr. Gőbölös Sándornak (MTA NKI) és Lendvayné Győrik Gabriellának (MTA KK AKI), akik lehetőséget adtak a kémia egy, számomra új területének megismerésére. Felhasznált irodalom: Lengyel Béla: Általános és szervetlen kémiai praktikum (2006-Nemzeti Tankönyvkiadó Zrt.) Nagy László-Sipos Pál: Szervetlen és fémorganikus vegyületek előállítása - Preparatív szervetlen kémiai laboratórium (2006-JGYF kiadó) Alan Earnshaw - Normann N. Greenwood: Az elemek kémiája (2004-Nemzeti Tankönyvkiadó Zrt.)

92

MIT TUDHATUNK MEG A VÉRBŐL? Ürögi Barbara és Gálffy Gergely Felkészítő tanár: Kiss Szilvia Magángimnázium, Dunaszerdahely, Szlovákia A vér vizsgálatának fontossága sokak számára nem eléggé jelentős. Sok ember hiszi, hogy csak különféle bakteriális és vírusos fertőzések, a koleszterin, a vércukor és a vérszegénység kimutatására alkalmas. Pedig a vér elemzése folyamán több betegség megelőzhető, idejében felismerhető, diagnosztizálható. Az elemzés során számos kémiai reakció, folyamat játszódik le. Mi ezeket a folyamatokat kísértük végig és figyeltük meg, hogy mindenki számára érthetővé váljon a címben feltett kérdés: „Mit tudhatunk meg a vérből?”

93

SERDÜLŐKORI STRESSZOROK Végh Nimród Felkészítő tanár: Újfalvi Irma Sepiszentgyörgyi Református Kollégium, Sepsiszentgyörgy, Románia Dolgozat célja: Elméletileg és kísérletek segítségével többet megtudni a serdülőkori stresszorokról, és a stresszt kiváltó tényezőkről. Már két éve tanulmányozom a stressz okait, több kísérletet is végeztem a diáktársaimon. A tavaly a vérnyomást és a pulzust tanulmányoztam: nyugalmi időszakban, stressz előtti időszakban és stressz utáni időszakban (dolgozat, vizsga előtti időszakban és dolgozat, vizsga után). A tavaly e kísérlet bemutatásával részt vettem a megyei (I. helyezést értem el) és országos olimpiászon dicséret Romániában. Mivel észrevettem a stressz káros hatásait ebben az évben tovább folytattam kísérleteimet ezen a téren. Újdonság: 1. a bioritmus és a stressz kimutatása. Szerintem először volt ilyen kísérletezés a stressz és a bioritmus korrelációja között. 2. a kortizol kimutatása a nyálban stressz hatására; Elméleti rész: Bár sok az átfedés, a serdülőkori stresszoroknak van néhány sajátossága a felnőttkoriakhoz képest. A serdülőkori stresszorok egyik fő csoportja éppen az iskolához kapcsolódik. Nemcsak a családi, hanem az iskolai élet is tele lehet stresszorokkal: versengés, erőszak, házi feladatok, a szülői nyomás, a kudarctól való félelem, a felmérésektől való szorongás, a nyilvánosság előtti szerepléstől való szorongás stb. Mindezek jelentős distresszt okoznak a serdülőnek. Kísérletek menete: 188 tanuló, ezekből 57,44%(108)-nak az érzelmi és intelektuális bioritmusa pozitív, 4,26%(8)- kritikus és 38,30%(72)- negatív. Ezeket a tanulókat két csoportba osztályoztam, mivel az érzelmi és intelektuális teljesítmény kritikus bioritmus alatt nagyon alacsony, esetleg kritikus. I csoprt (108 tanuló) érzelmi és intelektuális bioritmusa pozitiv és II. csoport 80 tanuló, akiknél az érzelmi és intelektuális bioritmus negatív, esetleg kritikus. Kutatási módszerek: • vérnyomás és pulzus mérés (tavaly); • a bioritmus és stressz korrelációja; • EKG; • a kortizol kimutatása a nyálban stressz hatására; • a figyelem, a memoria és a gondolkodás kimutatása (nyugalmi állapotban és stressz alatt); • kérdőívek kitöltetése, stressz észlelés skála (Levenstein, 1993)

94 Kísérleti eredmények: A stressznek és a negatív állapotban levő bioritmusnak káros hatása van a tanulók tanulási teljesítményénél, ezt megfigyelhettük a figyelem, gondolkodás és a memória megfigyelésekor, valamint nagyon káros hatása van úgymint az idegrendszer és a szív különböző betegségeinek kimutatásakor. A kutatási eredményeket statisztikailag Microsoft Office Excel 2007-ben dolgoztam fel, a dolgozatot pedig Microsoft Office Power Pointba fogom részletesebben bemutatni. Felhasznált irodalom: 1. Vegh Eva Maria. Repercursiunile factorilor stresorici asupra sistemului cardiovascular. Revista „ Biosfera”. Universitatea Liberă Internaţională, Chişinău, 2009, old.61-68. 2. Vegh Eva Maria. Impactul stresului educaţional asupra unor indici neurofiziologici la elevi. Revistă Ştiinţifică. Studia universitas USM. Seria - Ştiinţe ale naturii. CEP USM. Chişinău, august, Nr 6 (26), 2009, old.267-277. 3. Vegh Eva Maria. Starea funcţională a sistemului cardiovascular la influenţa factorilorstresorici. Revista ştiinţifică „Noosfera”. Universitatea Liberă Internaţională din Moldova. Institutul de cercetări pentru mediu şi dezvoltare durabilă. Chişinău, Nr 1, 2008, 38-43. Old. 4. Vegh Popp Eva Maria. Influenţa unor factori ecologici asupra sistemului cardiovascular. Bioetica, Filosofia, Economia şi Medicina în strategia de asigurare a securităţii umane. Materialel Conferinţei a XIII-a Ştiinţifice Internaţionale 26-27 martie 2008. Chişinău, 2008, 160-161. Old. 5. Crivoi A., Bacalov Iu., Gherman I., Casco D., Prodan M., Veghe Eva Maria., Matei V., Cojocari L. Starea funcţională a sistemului nervos la copii în condiţii relativ confortogene şi stres emoţional. Materialele Conferinţei a XIV-a Ştiinţifice Internaţionale. În strategia de asigurare a securităţii umane. Bioetica, Filosofia, Medicina. Chişinău, 2009, 203-205.old.

95

ALKALMAZOTT KÉMIA SZEKCIÓ KÁROS ANYAGOK AZ ÜDITŐITALOKBAN - AVAGY GONDOLKOZZUNK, MIELŐTT ISZUNK!

Azzouz Levente és Vladár Róbert Felkészítő tanár: Neizer Zita Szinyei Merse Pál Gimnázium, Budapest, Magyarország Korábbi vizsgálataink az élelmiszerekben található adalékanyagokra irányultak, azóta figyelmünket az üdítőitalok felé fordítottuk. Gyakran figyelmeztetik a fiatalokat kutatók és orvosok az üdítőitalok káros hatásaira. Emiatt kezdtünk el foglalkozni ezzel a témával. Előadásunkban ismertetjük az üdítőitalokban leggyakrabban használt adalékanyagokat, összetevőket, elmondjuk a használatuk okát. Ismertetjük saját kutatásunkat, melyben összehasonlítottuk a Magyarországon kereskedelmi forgalomban lévő üdítőitalok összetételét. Megpróbáltunk minél többféle anyagot kimutatni és mennyiségileg meghatározni ezekben az italokban. Vizsgáltuk ezek káros hatását és a különböző tárolási körülmények (Pl.: fény, hő) között tartott üdítőkben lezajló változásokat. és bennük lezajló folyamatokat. Felmérést készítettünk fiatalok és felnőttek között arról, hogy milyen üdítőitalokat fogyasztanak és mennyire tartanak ezek káros hatásaitól. Előadásunkban ismertetjük vizsgálatunk és felmérésünk eredményeit.

96

EGY RENDKÍVÜLI ASSZONY RENDKÍVÜLI FELFEDEZÉSE Bánlaki Eszter és Kiss Zsófia Felkészítő tanár: Oláh Gábor Péter Patrona Hungariae Gimnázium, Budapest, Magyarország 1. 2. 3. 4. 5. 6.

Bevezetés: Marie Curie és a kémia éve Marie Curie élete - a radioaktivitás nyomában Marie Curie kémiai Nobel-díja Kísérleti rész: - egyszerű radioaktív mérések radioaktivitás kimutatása Ásványtári látogatás - kutatás radioaktív ásványok után Összefoglalás

97

MINDENNAPI ÉLELMISZEREINK Bodosi Eszter és Para Attila Felkészítő tanár: Szabó Ünige Mikes Kelemen Líceum, Sepsiszentgyörgy, Románia Az élő rendszereknek olyan tulajdonságaik vannak, melyek kizárólag az élővilágban fordulnak elő. Ezeket életkritériumoknak nevezzük. Az abszolút életkritériumok a következők: inherens egység, anyagcsere, inherens stabilitás, információhordozó alrendszer és a folyamatok szabályozottsága. Bár az élő szervezetekben a víz a legnagyobb alkotórész, mégis az élő anyagra a szerves vegyületek sokfélesége a jellemző. Becslések szerint az ember testét 7-8 millió féle szerves vegyület építi fel. Az emberi szervezetet felépítő elemek közül a hidrogén, a szén, az oxigén és a nitrogén adja a túlnyomó részarányt. Az ember – mint valamennyi élőlény – környezetével szoros kölcsönhatásban van. Ennek egyik megnyilvánulási formája, hogy anyagcserét folytat, vagyis környezetéből különféle anyagokat vesz fel, azokat szükségleteinek megfelelően átalakítja. Ezen anyagcserének része a táplálkozás. Élelmiszereink alapvetően vízből és szárazanyagból épülnek fel. A víz a tápanyagok oldószere, szállítóközege és fontos szerepet játszik a szervezet hőszabályozásában. A szárazanyagok közül azokat, amelyek képesek hasznosulni szervezetünkben tápanyagoknak nevezzük. A tápanyagokat két fő csoportra oszthatjuk: energiát adó tápanyagok (fehérjék, zsírok, szénhidrátok) és védő tápanyagok (vitaminok, ásványi anyagok). Az energiát adó tápanyagok legfőbb jellemzője, hogy a szervezetbe jutva, az emésztést és a felszívódást követően olyan kémiai átalakuláson mennek keresztül, melynek során a szervezet működéséhez szükséges energiát szolgáltató vegyületek keletkeznek. A védő tápanyagok kis mennyiségben szükségesek, de nélkülözhetetlenek és hiányuk esetén hiánytünetek léphetnek fel. E két csoporton túlmenően ismerünk olyan alkotórészeket is, amelyek szűkebb értelemben nem tápanyagok, de nem közömbösek a táplálkozás szempontjából. Ezek az ún. ballaszt és járulékos anyagok, melyek jelenlétükkel, hatásukkal befolyásolják a tápanyagok hasznosulását és kihasználhatóságát [1]. Fehérjék A fehérjék minden biológiai folyamatban kulcsszerepet játszanak. A sejtek közötti kommunikációban és a sejten belüli, illetve kívüli anyagok szállításában vesznek részt. Szabályozó tevékenységük útján biztosítják a szervezet és a környezet közötti kapcsolat fenntartását. A speciálisan kialakított fehérjemolekulák teszik lehetővé az élőlények mozgását. Védő szerepet töltenek be a szervezeteket veszélyeztető károsodásokkal szemben. Lehetnek teljes értékű (állati eredetű), illetve hiányos értékű (növényi eredetű) fehérjék. A fehérjefogyasztásnak a táplálkozás-élettani szempontok mellett figyelemre méltó a közgazdasági háttere is. A gazdaságilag fejlett országokban az állati eredetű fehérjék egy főre jutó fogyasztását az életminőség és az életszínvonal értékmérőjeként használják [2]. Az állati eredetű élelmiszerek tartalmazzák azokat az ember számára nélkülözhetetlen (esszenciális) aminosavakat, amelyek meghatározzák a táplálék fehérjéinek biológiai értékét.

98 A fehérje- és aminosav-ellátottság az emberi szervezet minden életfolyamatát, fizikai állapotát, szellemi fejlődését (képességét), egészségének megőrzését befolyásolja. A táplálkozástudomány jelenlegi álláspontja szerint egy felnőtt ember napi fehérjeszükséglete 105-110 g, ebből 58-62% a nagy biológiai értékű állati eredetű fehérje. Kémiai összetételük alapján egyszerű, illetve összetett fehérjéket különböztetünk meg. A fontosabb természetes fehérjék közé tartoznak az izom-, plazma-, légző-, tej-, tojás-, vázfehérjék és a különféle növényi fehérjék. A tejfehérjéket két csoportra oszthatjuk: kazein- és savófehérjékre. A különböző emlősök tejének kémiai összetétele nagyon eltérő lehet egymástól. Az élelmiszeripar szempontjából legnagyobb jelentősége a tehéntejnek van. A tej fontos az emberi szervezet számára, mivel majdnem az összes, az ember számára nélkülözhetetlen tápanyagot tartalmazza. A tehéntejfehérje mintegy 77-79% kazeint tartalmaz, amely a foszfoproteinek csoportjába tartozó, összetett fehérje. A tejben a savófehérjék mennyisége 0,6-0,7%. A tejfehérje legfontosabb feladata az újszülött és a fiatal állat aminosavakkal való ellátása, illetve magas immunglobulin-tartalmának köszönhetően, hozzájárul a passzív immunitás kialakításához [3]. Tojásfehérjék. A különböző madár- és háziszárnyastojások közül élelmiszerként a tyúktojás használatos legnagyobb arányban. A tojás két jellegzetes részből áll, a tojásfehérjéből és a tojássárgájából. A tojásfehérje átlagosan 86,6% vizet, 0,2% zsírt és 13-14% fehérjét tartalmaz. A tojássárgája víztartalma 50%, lipidtartalma több mint 30%, fehérjetartalma pedig 17% körül van [3] [4]. A legtöbb ember úgy gondolja, hogy a fehérjét hús és tejtermékek fogyasztásával kell a szervezetébe juttatnia. Ugyan nem mindegyik zöldségben van jelen az összes, de ha sokféle zöldséget fogyasztunk, különösen a sötétzöld színűeket és a sötétzöld levelűeket, akkor rengeteg létfontosságú aminosavhoz jutunk. Növénytípus Kalóriaérték (%) 20-50 Zöldségek 10-20 Gyümölcsök 8-15 Gabonafélék 10-40 Hüvelyesek 15-30 Csonthéjasok és olajos magvak 1. táblázat A lúgosító ételekben található fehérje kalóriaértéke [2] Zsírok és zsírszerű anyagok Zsíroknak nevezzük a glicerin zsírsavakkal képzett észtereit. A fehérjékhez hasonlóan származhatnak állati vagy növényi eredetű élelmiszerekből. A zsírsavak vízben oldhatatlan szerves vegyületek, magas energiaértékűek, kémiailag egységes felépítésűek. A zsírsavak alapvetően két nagy csoportra oszthatók: telített és telítetlen zsírsavak. Szerepük: energia szolgáltatása, hőszigetelés, a belső szervek védelme, vitaminok oldószere, tartalék tápanyag. Halmazállapot szerint lehetnek folyékony (kevesebb koleszterint tartalmazó, könnyebben emészthető, általában növényi eredetű zsiradék) vagy szilárd (nehezebben emészthető, több koleszterint tartalmazó, általában állati eredetű zsiradék) halmazállapotú zsírok. A zsírok minőségét táplálkozás-élettani szempontból a zsírsavak összetételi aránya határozza meg. Attól függően, hogy a zsírsavláncban a szénatomok között fellelhető-e kettős kötés vagy sem, telítetlen (egyszeresen és többszörösen telítetlen), vagy telített zsírsavakról beszélünk [2].

99 Az állati zsiradékok főleg a bőr alatti szövetekben, a hasüregben, a májban és az intermuszkuláris kötőszöveti részekben koncentrálódnak. Fontosabb állati eredetű természetes zsiradékok: • A tejzsiradékok zsírsav-összetétele függ az évszaktól, a takarmány minőségétől, az állat fajától, korától, valamint a laktációs állapotától is. A tejzsír bonyolult összetételű: egyszerű és összetett lipideket, lipidszármazékokat is tartalmaz. • A sertészsír és a marhafaggyú összetételére a nagy palmitinsav-, sztearinsav- és olajsavarány a jellemző. A sertészsír a legnagyobb arányban használt étkezési zsiradék, összetételét a takarmány minősége és összetétele nagyban befolyásolja. Szilárd állapotban fehér, lágy és jól kenhető, 26-40°C-on olvadó, gyenge, de jellegzetes illatú anyag. A marhafaggyú szilárd állapotban fehér, szürkésfehér vagy sárga színű, jellegzetes ízű és illatú anyag. Olvadási intervalluma 40-45°C között mozog. • A baromfizsírok összetétele a fajtától függ. Jellemző rájuk az alacsonyabb sztearinsavtartalom és a magas olajsav- és linolsav-koncentráció. Legfontosabb a libazsír, amely szemcsés szerkezetű, fehér vagy halványsárga színű, 25-37°C között olvadó anyag. A tyúkzsír szobahőmérsékleten lágy állományú, kellemes illatú és ízű anyag, amelynek olvadáspontja 23-40°C között van. • A tengeri állatok zsiradékai közül a halolajnak, a halmájolajnak és a bálnazsírnak van a legnagyobb jelentősége. Nagy mennyiségű A- és D-vitamint tartalmaznak. A nagyfokú telítetlenség miatt a tengeri állatok zsiradékai gyorsan romlanak [3]. A növényi zsiradékok elsősorban a növények magvaiban, gyümölcseiben fordulnak elő, de a gyökerekben, szárakban, s a növény más részeiben is megtalálhatóak. A növényi zsiradékokat a nyersanyag jellegétől függően gyümölcshúszsírokra és magzsírokra osztjuk. A gyümölcshúszsírokhoz tartozik a pálmaolaj, amely az olajpálma termésének húsából, illetve az olivaolaj, amely az olajfa termésének gyümölcséből nyerhető ki. A magzsírok a növényi magvak zsírszöveteiben fordulnak elő. Fontosabb növényi zsiradékok: • A kókuszzsírt a kókuszdió szárított húsából sajtolják. Szobahőmérsékleten szilárd, fehér vagy sárgás színű, mandula illatú. Közepesen hosszú szénláncú zsírsavakban (MCT) gazdag, melyek jellemzője, hogy emésztő enzim jelenléte nélkül és károsodott felszívó felület mellett is képesek hasznosulni, így pl. hasnyálmirigy-gyulladás és gyulladásos bélbetegségek esetén is felhasználható. Szív- és érrendszeri megbetegedések esetén azonban káros, mert telített zsiradék, ezért emeli a vér koleszterinszintjét. Főleg a margaringyártás alapanyagaként használják. • A telített zsírsavakban gazdag pálma- és kókuszzsírt elsősorban az élelmiszeripar használja, kereskedelmi forgalomban néha natúr- és bioboltokban kaphatók. Frituolajként, kannás kiszerelésben a vendéglátásban is használják ezeket. Elsősorban bő zsírban sütésre alkalmasak. • A kakaóvajat a kakaóbabból préseléssel állítják elő. Az emberi testhőmérséklethez közeli hőfokon olvad, ezért a gyógyszeripar pl. kúpok készítéséhez, az élelmiszeripar pedig csokoládégyártáshoz használja. • A napraforgóolaj a napraforgó héjtalanított magjából állítható elő. Halványsárga színű, kissé kesernyés ízű étkezési olaj. A margaringyártás alapanyaga [3]. A természetben a zsiradékokat rendszerint olyan anyagok kísérik, melyek megakadályozzák avasodásukat. Ezeket antioxidánsoknak nevezzük. A zsiradékok ipari feldolgozása közben ezek elbomlanak, ezért pótolni kell őket. A természetes oxidációs folyamatok elkerülése végett az élelmiszeriparban az antioxidánsok széles skáláját használják. Ezek olyan anyagok, melyek megszakítják az oxidációs reakciókat. Áltálában 0,05-0,1%-os koncentrációban adják az élelmiszerekhez. Egyaránt használnak szintetikus és természetes antioxidánsokat. Természetes antioxidánsok közül megemlíthetjük a tokoferolokat (E-

100 vitaminok), karotinoidokat és az aszkorbinsavat. A mesterséges antioxidánsok közül különösen hatásosak a legalább két fenol jellegű hidroxilcsoportot tartalmazó vegyületek és az aromás aminok. A butil-hidroxi-toluolt az 1950-es évektől kezdődően használták tartósítószerként, illetve ismeretes volt antioxidáns hatása is. Ebben az időszakban kimutatták, hogy a BHT növeli az ellenálló képességet a radioaktív sugárzásokkal szemben. Később több országban betiltották, mert egyaránt számított rákkeltő és egyes rákfajták kialakulását gátló vegyületnek. Szerepét a butil-hidroxi-anizol (E320) vette át, amely elsősorban meggátolja a zsírok és olajok avasodását. Nagy mennyiségű C-vitaminnal együtt fogyasztva ugyanakkor a szövetek roncsolódását is okozhatja. A két vegyülettel végzett kutatások kimutatták, hogy nagyobb mennyiségben fogyasztva májnagyobbodást okozhatnak illetve, hogy az antioxidánsoknak pozitív hatásuk van a leukémiás egerek gyógyulására. Így az utóbbi időben nagy hangsúlyt fektetnek az antioxidánsok rákmegelőző tulajdonságára [5]. Szénhidrátok A szénhidrátok és származékaik nagy mennyiségben keletkeznek a növények fotoszintézise során, lebontásuk energiát szolgáltat, tehát táplálékul szolgálnak szervezetünk számára. Szerkezetük szerint mono- és poliszacharidokat különböztetünk meg. Szerepük: az életműködés szabályozói, az anyagcsere-folyamatok nélkülözhetetlen összetevői, biológiai hatóanyagok. Csoportosításuk a molekulák nagysága, fizikai-kémiai viselkedése alapján történhet. A szénhidrátok többnyire gyűrűs vegyületek, ahol a szénlánc egy oxigénatomon keresztül záródik gyűrűvé. A szénhidrátok azonban oldott állapotban (kiváló oldószerük pl: a víz) lánccá nyílnak ki. Két alapvető típust különböztetünk meg: • aldózok: az aldózokban az oxocsoport mindig láncvégen található, így ezek a vegyületek adják például az ezüsttükör próbát • ketózok: a ketózokban az oxocsoport a 2. szénatomon van, így nincs bennük formilcsoport A szénhidrátokban megtalálható funkciós csoportok: alkoholos hidroxilcsoport, oxocsoport (esetleg formilcsoport formában az aldózoknál), étercsoport (gyűrűs formában).

1. ábra Szénhidrátot tartalmazó élelmiszerek Egyszerű szénhidrátok, monoszacharidok. Általában 3, 4, 5, 7, de leggyakrabban 6 szénatomot tartalmazó molekulákból álló színtelen és szagtalan vegyületek. Vízben jól oldódnak, édes ízűek (például szőlőcukor, gyümölcscukor, mannóz, galaktóz), azonban van közöttük íztelen és keserű is. Ezek a hat szénatomos cukrok a C6H12O6 összegképlettel jellemezhetőek. Kémiai tulajdonságaik:

101 • Vizes közegben redukáló hatásúak, ami annak köszönhető, hogy a gyűrű az oxigénatomnál felhasad és így nyílt láncú molekulává alakul. A felszakadás helyén lévő glikozidos hidroxilcsoport pedig aldehid- vagy ketoncsoporttá alakul. • A térszerkezetbeli különbségre vezethető vissza, hogy – noha az összegképletük megegyezik – a gyümölcscukrot 2-3-szor édesebbnek érezzük a szőlőcukornál [4]. Az egyszerű cukrokból különböző polimerek, oligo- vagy poliszacharidok jöhetnek létre. Például egy glükóz és egy fruktóz egységből keletkezik a szacharóz (répacukor), egy galaktóz és egy glükóz egységből áll a laktóz (tejcukor). A háztartásokban főleg répacukrot használnak édesítésre, míg a laktóz az anyatejben fordul elő és a csecsemők táplálékának fontos része. A poliszacharidok tulajdonságai lényegesen eltérnek a felépítésükben részt vevő monoszacharidok, monoszacharid-származékok jellemzőitől. Az élő szervezetekben található fontosabb poliszacharidok: • keményítő: a növények egyik legfontosabb energiaraktára, amely 0,002-0,15 mm nagyságú szemcséket alkot, melyet az állatok is képesek felhasználni táplálkozásuk során. Különösen sok keményítő van a gabonamagvakban (búzában 60-70%, rizsben 70-80%, kukoricában 65-70%). A burgonya 17-24% keményítőt tartalmaz. • glikogén („állati keményítő”): az állatok energiaraktára • cellulóz: a magasabb rendű élőlények nem, csak egyes baktériumok képesek megemészteni, így szerepe elsősorban a növényi sejtek falának erősítése [6]. Vitaminok Természetes szerves vegyületek, amelyekből csak kis mennyiségre van szükség, de mégis nélkülözhetetlenek, mert szabályozzák az anyagcserét, az energiaforgalmat és a szervezet megújítását, ugyanis katalizáló- vagy szabályozótényezőkként bekapcsolódnak az életfolyamatokba. A zsíroldható vitaminok egyes fehérjék bioszintézisét szabályozzák. A vízben oldódók a biológiai oxidációt elősegítő enzimek alkotórészei. A vitaminfölösleg a vizelettel ürül ki a szervezetből. Az emberi szervezet által előállíthatatlan vitaminokat a táplálkozással kell fedeznünk. A hiány (hipovitaminózis), illetve a felesleg (hipervitaminózis) az életfolyamatok zavarához vezethet. A vitaminhiányos táplálkozás miatt egyes vidékek lakossága között az elmúlt századok folyamán tömeges halálozást okozó betegségek léptek fel, amelyek a járványokhoz voltak hasonlóak. Az egyik ilyen betegség a skorbut volt, amely a tengeri hajózás nagyobb méretű megindulása után jelentkezett. A tartós tengeri utakon emiatt sok tengerész vesztette életét. Például Vasco da Gama Föld körüli útján 160 tengerész közül százan haltak meg skorbutban. A napi vitaminszükséglet nem minden emberre egységes érték, mert függ a kortól, az egészségi állapottól, a végzett munka jellegétől stb. A rendszeres, vegyes táplálkozás általában fedezi a szervezet vitaminszükségletét. A főzés, sütés, konzerválás csökkenti a táplálék vitamintartalmát. Közös jellemzőjük, hogy kis mennyiségben és folyamatosan szükségesek [3]. Oldékonyságuk szerint megkülönböztetünk zsírban és vízben oldódó vitaminokat. A zsírban oldódó vitaminok (A, D, E, K) hosszabb ideig raktározódnak, lassabban ürülnek ki a szervezetből, míg a vízben oldódóak (B1, B2, B6, B12, C) gyakorlatilag nem raktározódnak.

102 Ásványi anyagok Az emberi illetve az állati test és a növények 95%-a szénből, oxigénből, hidrogénből és nitrogénből áll. A maradék 5%-ot 12-15 létfontosságú elem, ásványi anyag alkotja. Ezekből épülnek fel a fehérjék, a szénhidrátok és a zsírok. Az emberi szervezet számára fontosabb ásványi anyagok: foszfor, klór, kálcium (tejtermékek és olajos magvak), kálium, magnézium (zöldségfélék, hüvelyesek, gabonafélék, gyümölcsök, tejtermékek, hal), nátrium, cink (hús, máj, tojás, hüvelyesek magja), fluor, jód (jódtartalmú konyhasó), kobalt, króm (teljes kiőrlésű gabonamag, hüvelyesek magja, hús, máj, sajt), mangán (gabonafélék, dió, mogyoró), réz (máj, hüvelyes zöldségek), vas (baromfi-, hal-, sertés-, marhahús) [2]. Adalékanyagok Az E-számok az Európai Unió által bevezetett számrendszer az adalékanyagok azonosítására. Adalékanyagnak nevezünk minden olyan anyagot, amely önmagában nem élelmiszer ugyan, de szándékosan, kis mennyiségben (maximum 10g/kg) adva az élelmiszerhez – az előkészítés, a feldolgozás, a csomagolás, a szállítás, a tárolás során – kedvezően befolyásolja annak érzékszervi, fizikai, kémiai és mikrobiológiai tulajdonságait. Az 1962-ben az ENSZ által létrehozott szervezetek lefektették az adalékanyagok biztonságos felhasználásának alapelveit, a vegyi anyagok ártalmatlanságának megállapítására szolgáló állatkísérletes toxikológiai vizsgálatok rendszerét, elvégezték több száz adalékanyag toxikológiai értékelését, és kidolgozták ezek azonossági és tisztasági követelményeit [3]. Az adalékanyagok szerepe: • a terméket tetszetőssé, jobban eladhatóvá teszik (színezékek, fényező-, zseléző anyagok) • új termékcsoportokat juttatnak a piacra ("light"-termékek) - segítenek leplezni a minőségi hibákat (ízfokozók, édesítőszerek, aromák) • olcsóbbá teszik a termelést, hiszen a vegyipar szintetikus adalékaival drága alapanyagokat lehet kiváltani • növelik a termék elállóságát, térfogatát (tartósítószerek, tészta-kelesztőszerek, pelyhesítők) • a termékbe építve vághatóvá teszik a vizet (pl. a párizsi esetében).

2. ábra Adalékanyagok szerepe

103 A friss, vegyszermentes élelmiszer-alapanyagok egészségesebbek és olcsóbbak, mint - a kereskedelemnek nagy hasznot hozó - agyonfeldolgozott, agyoncsomagolt társaik. Egy élelmiszeripari terméknél annál több adalékanyaggal számolhatunk, minél messzebbről érkezett, minél több feldolgozási műveleten esett át és minél kívánatosabbra, tartósabbra csinálták. Adalékcsoportok: • E-100-tól kezdődő számokkal jelölték a természetes és mesterséges színezékeket • E-200-tól sorolták be a különféle tartósítószereket • E-300-tól jelölték az antidoxidánsokat, az emulgeátorokat és a savanyítószereket • E-400-tól kezdődtek a sűrítőanyagok, zselésítőszerek stb. • E-500-tól savak és sók • E-600-tól ízfokozók • E-900-tól édesítőszerek, egyéb kiegészítő- és segédanyagok Lényeges adat az adalékanyag megengedhető napi beviteli értéke, röviden az ADI (=acceptable daily intake), mely azt a testtömeg-kilogramm/napban kifejezett mennyiséget jelenti, amely huzamosabb időn keresztül fogyasztva – az eddigi vizsgálatok alapján – nem ártalmas az egészségre. (Pl. az azorubin 4 mg/ttkg/nap ADI-je azt jelenti, hogy egy 70 kg-os ember összesen naponta maximum 280 mg-ot fogyaszthat ebből a színezékből) [7]. Az élelmiszer adalékanyagok típusai: színezékek, stabilizátorok (habstabilizálók), tartósítószerek, ízfokozók, antioxidánsok, étkezési savak, emulgeáló szerek, savanyúságot szabályozó anyagok, csomósodást és lesülést gátló anyagok, sűrítő anyagok, módosított keményítők, zselésítő anyagok, térfogatnövelő szerek, habzásgátlók, kelátképző anyagok, fényező anyagok (kenőanyagok), enzimek, lisztkezelő szerek, szilárdító anyagok, nedvesítő szerek, tömegnövelő szerek [3]. Színezékek. Az élelmiszeripar nagy hangsúlyt fektet az előállított termékek színére. Az élelmiszerek színezése három különböző módon valósítató meg: színes alapanyagok (gyümölcsök, kakaó, kávé), természetes színezékek, mesterséges színezékek használata. A természetes színezékek közül többnek (pl. az E160 karotinok, E161 lutein, E163 antociánok) biológiailag pozitív hatása is van, viszont felhasználásukat behatárolja, hogy a koncentrátumkivonatok magukban hordozzák az eredeti nyersanyag ízét, nem elég stabilak, valamint drágák. Színezékek: karotinoidok és flavonoidok (a növények lipidjeiben található sárga, narancssárga illetve ibolya színű vegyületek), pirrolszínezékek (sárga, vörös, kék és zöld szín kialakításához járulnak hozzá), melanin (fekete vagy barna színt adó vegyületek), tanninok (színtelen, sárgás-barna színű vegyület, egyes élelmiszereknek fanyar ízhatást adnak). Ízfokozók. Főbb csoportjaik a glutamátok, guanilátok és az inozinátok. A glutamát az élelmiszerekben – különösen a tejtermékekben, a húsokban, halakban és zöldségekben – természetes formában is előforduló aminosav. Az egyik legelterjedtebben használt ízfokozó a nátrium-glutamát (E621), azaz a glutaminsav nátrium sója. Természetes édesítőszerek: szacharidok, cukoralkoholok és a triterpének. Az EU-ban engedélyezett mesterséges édesítőszerek: aceszulfám, aszpartám, ciklamát, szaharin, aszpartám-aceszulfám só, neoheszperidin DC, szuralóz, taumatin, szaharóz. A keserű ízanyagok: kreatin, kinin, koffein, teobromin, lupulon és a naringin. A sók keserűségét a molekula nagysága okozza. A kisebb ionátmérőjű nátriumionok tiszta sós ízt adnak. A savanyú íz a citromsavnak, tejsavnak és az ecetsavnak köszönhető. Fanyar ízűek a tanninokat, depszineket, klorogénsavat és az ellagén cserzőanyagokat tartalmazó élelmiszerek. Hűsítő hatásúak a borsmentaolajból kivont mentol és a vérkeringést elősegítő kámfor. Tartósítószerek. Gátolják az élesztők, a penészek és a baktériumok életműködését. Megzavarják a mikroba anyagcseréjét, megkötik a romlást előidéző szabad gyököket, a peroxidokat hidorxi-vegyületekké redukálják [7] [5].

104

Minőség és biztonság A vágóállatok egészségi állapotának, a vágóhelyek higiéniájának döntő szerepe van a fogyasztók jó minőségű, magas tápláló- és élvezeti értékű, az ember egészségének veszélyeztetése nélkül fogyasztható élelmiszer előállításában. Az élelmiszerbiztonság az élelmiszertermelés piramisának csúcsa mind a feldolgozásban, mind a forgalmazásban, integrálja mindazokat a biológiai, technológiai és kereskedelmi folyamatokat, amelyek a biztonságot befolyásolják. A WHO becslése szerint az élelmiszerfogyasztással összefüggésben bejelentett betegségek csak a jéghegy csúcsát mutatják, a valóságban ennek többszöröse fordul elő. Az elhalálozások 50%-a szív- és érrendszeri, 30%-a pedig daganatos betegségekre vezethető vissza, s a kialakulásukban szerepet játszó kockázati tényezők a táplálkozásban is kimutathatók. A közelmúltban az EU országok lakossága nagy arányban nyilvánította ki bizalmatlanságát az élelmiszerekkel szemben, ami az utóbbi évek élelmiszer-botrányaival (BSE, dioxin, nitrofenol) magyarázható. Statisztikai adatok a lakosság egészét érintő és a táplálkozással összefüggő humán-egészségügyi problémák okaként az alábbiakat említik: • környezetünkben új kórokozók jelentek meg, a régiek virulensebbekké váltak; • nő a gyógyszerek iránti érzékenység és terjed a rezisztencia; • romlik a lakosság ellenálló-képessége; • sokszor ellenőrizhetetlen a különböző kémiai anyagok termelése és a feldolgozásban való felhasználása; • a táplálékláncban megjelentek a genetikailag módosított növények és a hormonok; • az élelmiszeripari technológiák gyorsan és alig ellenőrizhetően változnak; • folyamatosan növekszik a természetes környezet szennyeződése [8]. Az állati eredetű élelmiszerek biztonsága szempontjából nélkülözhetetlen a takarmány, az adalékanyagok, az állatgyógyászati szerek, a növényvédő szerek, a műtrágyák stb., eredete, azonosítása és minősítése a termékpályán belül. Az utóbbi néhány évben lazult a termékek minőségét rontó kémiai anyagok alkalmazásának fegyelme, s eközben az ellenőrzés lehetősége is romlott. A növényi és állati eredetű nyersanyagok hatósági ellenőrzését nehezíti, hogy a termékeket kereskedelmi forgalomba kerülésükkor, eredet szerint már nem lehet azonosítani. Az állatok nyilvántartásának hiánya miatt a termékpályán belül az eredet nem követhető. Szólni kell a takarmányokról, amelyek javítása mind a termelés hatékonysága, mind az élelmiszerek minősége és biztonsága szempontjából sok lehetőséget rejt még magában. Az állati eredetű élelmiszer termelésének költségtényezői közül a takarmányköltség 70-75%-ot tesz ki. A legkülönfélébb (klinikai vagy szubklinikai) anyagforgalmi, és toxinok okozta betegségek a hibás takarmányokra vagy takarmányozásra vezethetők vissza. Az élelmiszerek minőségét (testösszetétel, zsír-hús arány, íz, szag, aroma stb.) legerősebben a takarmány befolyásolja. A biztonság szempontjából az utóbbi évek legnagyobb élelmiszerbotrányait (BSE, dioxin, nitrofenol, antibiotikumok, legutóbb hormonok alkalmazása) főképp a takarmányokra lehet visszavezetni. A takarmányban levő mikrotoxinok, nehézfémek, antibiotikumok, az élelmiszerlánc (növény-állat-ember) minden pontján kimutathatók [9]. Az utóbbi évtizedek egyik legnagyobb figyelemre számot tartó állatbetegsége a Bovine Spongiform Encephalopathy (BSE), ismertebb nevén a kergemarhakór. A betegség elsősorban a szarvasmarhák agyvelejét támadja meg. A lappangási ideje átlagosan 3-5 év. A beteg állatok viselkedését láthatóan megváltoztatják: nyugtalanokká, érintésre és hangra érzékenyekké válnak. A BSE Nagy-Britanniából indult ki a 80-as évek második felében. Azóta összesen 180000 esetet állapítottak meg. A betegség tömeges megjelenését olyan hús-

105 és csontliszt okozta, melyet súrlókorral fertőzött juhok szöveteinek felhasználásával gyártottak. A tapasztalt jelenségek sok fogyasztót aggodalommal töltöttek el. A 90-es években Angliában megjelent újtípusú Creutzfeld-Jakob-kórt a BSE-nek tulajdonítják. Ez többnyire a 25-30 éves embereket érinti, lappangási ideje akár 12 év is lehet, azonban a diagnózist követő fél éven belül az esetek 90%-nál bekövetkezik a halál. A betegség gyógyíthatatlan, az agyi szövetek károsodását okozza. Angliában 4 millió szarvasmarhát vágtak le az eset kapcsán, így komoly gazdasági károkat okozva [10]. Több évtizede ismeretes, hogy az állatokban rákbetegséget előidéző vírusok veszélyesek lehetnek az emberek számára. Egy 10000 emberen végzett felmérés kimutatta, hogy a rákbetegség kockázata nagyobb az állatokkal, állati termékekkel dolgozók esetében. A herpesz az egyik legismertebb víruscsoport, mely veszélyt jelent az ember számára. Feltételezhető, hogy ez korábban az állatokban alakult ki. A vírus egyes részeit tejben és tejtermékekben is kimutatták. A kutatók meglepő párhuzamot fedeztek fel a gyermekkori leukémia és a tejfogyasztás között. A leukémia miatti elhalálozás 3-4 éves korban a leggyakoribb. A gyerekek életük első éveiben fogyasztanak el a testtömegükhöz arányítva a legnagyobb mennyiségű tejet. Mivel az immunrendszerük fejletlen, a testük nem tudja felvenni a harcot a tejtermékben megtalálható rákkeltő vírus ellen. A feltételezést az is alátámasztja, hogy az amerikai 60 év alatti szarvasmarhatartók körében sokkal gyakrabban fordul elő ez a betegség, mint a más foglalkozásúak esetében. Amennyiben az állat hordozza a tumorkeltő vírusgént, és az fogyasztás vagy érintkezés által átjut az emberi szervezetbe, komoly betegségeket indíthat el. Továbbá az állati fehérjék lebontási termékeként keletkezett ammónia káros a légzőrendszer nyálkahártyájára és mutagén hatású a bélhámra nézve [10]. A Salmonellák az elsők között felfedezett, az emberre veszélyt jelentő mikroorganizmusok. Közöttük van a hastífusz és a paratífusz okozója, de az utóbbi két évtizedben a Salmonella enteritidis tölti be a vezető helyet. Lappangási ideje 6-48 óra, hányinger, hányás, láz, elesettség, hasi fájdalom jelentkezik a betegség kialakulásakor. Elsősorban a szárnyasok és a madarak hordozzák a kórokozót, de a gazdaszervezetben általában nem okoz megbetegedést. Az emberi szervezetbe a kórokozó elsősorban tojás és baromfihús fogyasztásakor kerülhet. Magyarországon évi 6000 beteget regisztrálnak. A Salmonella hőérzékeny mikroba, tehát főzés során elpusztul, így azonban majonéz és lágytojás készítésekor életben maradhat. Angliában az 1990-es években kétszer is kitört nagyobb Salmonella-járvány, ezekért fagylalt, illetve egy tojásalapú desszert volt a felelős [8].

3. ábra Salmonella-közvetítő élelmiszerek

106 Termékcsoport Salmonella pozitív (%) Darált hús (sertés) 4,7 Darált hús (marha) 1,9 Előkészített húsok 4,3 Érleléssel, szárítással tartósított termékek 2,7 (kolbász. szalámi) Hőkezelt termékek 0,07 2. táblázat Salmonella előfordulása húsipari termékekben (2006) [8] Az emberre is veszélyes Listeria monocytogenest a XX. század elején fedezték fel. A kórokozó legtöbbször a takarmánnyal (a hazai takarmányban több mint 50%-ban található meg) kerül az állatok szervezetébe. Leggyakrabban a marha-, sertés-, bárány- és baromfihús felületén található meg a kórokozó, így jut át az emberi szervezetbe. A helyzetet súlyosbítja, hogy a Listeria a hűtés során nem pusztul el, sőt szaporodás figyelhető meg. A legveszélyeztetettebbek az idősek és az újszülöttek, esetenként a megbetegedés abortuszhoz is vezethet. Leggyakrabban az agyat és a gerincvelőt borító hártyák gyulladását okozza [10]. Termékcsoport Listeria kifogásolt minták (%) Nyers füstölt termékek 0,2 Nyers, burok nélküli termékek 1,8 Hőkezelt, burokba töltött termékek 0,1 Vákuumcsomagolt főtt termékek 0,5 Vákuumcsomagolt nyers termékek 4,4 Készételek (pl. pástétom) 0 3. táblázat Hús és húskészítmények Listeria vizsgálatának adatai (2005) [8] Az E. coli az egyik legkorábban felfedezett mikroorganizmus. Az ember normál bélflórájának tagja, így nagyon sokáig nem is sejtették, hogy káros hatással is lehet a szervezetre. Különböző típusai egyaránt lehetnek veszélyesek az emberre, de eltérő tüneteket produkálnak: vérhas jellegű kórkép, kolerához hasonló tünetek, hasmenés, bélgyulladás, veseelégtelenség. Elsősorban nyers tejben, sajtban, nem megfelelően átsütött húsokban, belső szervekben és tojásokon fordulhat elő. Amerikában évente 20-70 ezer embert betegítenek meg. 1992-ben néhány hónap alatt többen is életüket vesztették, több ezer ember betegedett meg, mert gyorsétteremben nem megfelelően átsütött húsból készült hamburgert fogyasztottak [10]. A tej nagyrészt pasztőrözött formában kerül kereskedelmi forgalomba. Ennek ellenére az utóbbi időben a nyers tej fogyasztása terjed, mert ezt egészségesebb, természetesebb élelmiszernek tekintik. A tehéntej mellett a magasabb tápértékű hasznos-anyag tartalmú juhés kecsketej is népszerűvé vált, amelyek pasztőrözése véteknek számít a egészségtudatos fogyasztók körében. A hőkezelés ugyan valóban inaktivál bizonyos alkotórészeket, azonban a nyers tejben olyan kórokozók lehetnek, mint a Salmonella, E. Coli vagy a Listeria. A tej akkor minősíthető problémásnak, ha a benne található összcsiraszám meghaladja az 500000 db/ml értéket. A pasztőrözött tej tehát biztonságosabbnak tekinthető, bár a hőkezelés sem pusztít el minden baktériumot. A Streptcoccus, a spórás Bacillusok és Clostridiumok életben maradnak, szaporodásuk különösen akkor lehet gyors, ha a tejet nem hűtik le azonnal. A tejszín esetében komolyabb kockázatokkal kell számolni, ugyanis a zsírgolyócskák védik a hozzájuk kötődő baktériumokat, amelyek így nehezebben pusztíthatók el [10]. A fő tápanyagcsoportokból, vagyis a zsírokból, a fehérjékből és a szénhidrátokból ajánlatos legalább ötven százalékban növényi eredetűt fogyasztani. Ezek ugyanis nem

107 tartalmaznak koleszterint (az csak állati sejtekben fordul elő) valamint a kalóriaértékük, a telített- és transzzsírsav tartalmuk alacsony. Az állati fehérjék esszenciális komponensei is nagyrészt pótolhatók növényi fehérjékkel, a szénhidrát fogyasztásban pedig kiemelten fontos a teljes kiőrlésű gabonafélék, valamint a gyümölcsök és a zöldségek fogyasztása. A több növényi eredetű táplálék fogyasztása csökkenti egyes krónikus, nem fertőző megbetegedések gyakoriságát (magas vérnyomás, szív- és érrendszeri betegségek, epekő, vesekő, cukorbetegség, vastagbélrák, emlőrák, tüdőrák) és megkerülhetetlenül több rostfogyasztást is jelent. A rostfogyasztás védelmet nyújthat több bélbetegség ellen is. A növényi eredetű élelmiszerek biztonsága kapcsán fontos megemlíteni a növényvédőszerek hatását. A növényegészségügyi hatóság szervei vizsgálnak szántóföldi mintákat, zöldség- és gyümölcsféléket. Magyarországon 2000-ben a 130 hatóanyagra történő vizsgálatok száma 71361 volt, melyből 2%-ban találtak a megengedettnél magasabb mennyiségben szermaradványt. Az élelmiszerek lehetséges kémiai szennyezőanyagai közül leginkább a toxikus nehézfémek hatását vizsgálják. A legfontosabbak az ólom- és kadmiumszennyeződések. Az 1990-es években Magyarországon a gabonafélékben 408µg/kg, a zöldségekben 234µg/kg, a gyümölcsökben 320µg/kg maximális ólomtartalmat mértek. Az élelmiszerek közül leginkább a tejtermékek és a tojás tartalmaznak kadmiumot. A toxikus nehézfémek esetében még szólhatunk a higany, arzén, réz és a nikkel okozta szennyeződésekről, ezek mennyisége azonban általában nem éri el a megengedett értéket [8]. A mérgek olyan anyagok, melyek már kis adagban is ártalmasak az emberi szervezetre. A nyersanyagok természetes alkotóelemeként, mikroorganizmusok toxinjaként, növényvédőszerként, illetve környezeti szennyezésként juthatnak a tápcsatornába. Minél kisebb adagban okoznak mérgezést, annál erősebb mérgek. Ezen tulajdonság kifejezésére az LD50 (letális dózis) érték szolgál. Az LD50 az a mg-ban kifejezett mennyiség testsúlykg-ra vonatkoztatva, amelytől a kísérleti állatok 50%-a elpusztul. Természetes mérgek lehetnek alkaloidok, aminosavak, illóolajok és antinutritív anyagok (a ricinusnövény magjában előforduló ricinin, a csillagfürtfajokban lévő lupin-alkaloid, gombamérgek) [3]. Az élelmiszeradalékok szabályozása a XX. század közepéig teljes mértékben az egyes nemzetek hatáskörébe tartozott. A Mezőgazdasági és Élelmezési Világszervezet és a WHO egy 1955-ös konferencián javasolta egy olyan szervezet létrehozását, ami kizárólag az adalékanyagok szabályozásával foglalkozna. Ez a szervezet 1962-ben adta ki a Codex Alimentariust, amelyben lefektették az adalékanyagok biztonságos felhasználásának alapelveit. Előírják, hogy: • az adalékok csak akkor használhatók, hogyha a következő célokat szolgálják: az élelmiszer minőségének megőrzése, a stabilitás és elállhatóság javítása, a vásárlók érdeklődésének felkeltése illetve a tápérték növelése a diétás és dietetikus termékekben • tilos az adalékok használata, ha: annak mennyisége káros hatással lehet az egészségre, csökkenti az élelmiszer tápértékét, elrejti egy termék minőségi hibáit, megtévesztheti a fogyasztót • az adalékoknak meg kell felelniük bizonyos tisztasági követelményeknek • felhasználás előtt toxikológiai vizsgálaton kell átesniük [5]. Néhány „problémás” adalék [7]:

108 • Kinin: Látási zavarokat, allergiát, gyógyszerekkel való nemkívánatos reakciókat okozhat. • Eritrozin, E-127: Befolyásolja a pajzsmirigy hormon működését. • Allura vörös AC, E-129: Vörös azofesték. Viselkedészavart okoz. • Karamell - ammóniás, E-150c: Csökkenti a fehérvérsejtek számát. • Karamell - ammónium-szulfitos, E150d: Rákkeltő hatású. • Barna FK, E-154: Károsítja a szívet és a májat. • Kantaxantin, E-161g: Narancssárga színezőanyag, a rákban fordul elő. Szembántalmakat okoz. • Ezüst, E-174: Édességek színezőanyaga, illetve használják vizek fertőtlenítésére. Rossz hatással van az immunrendszerre és egyes enzimekre. • Litolrubin BK, E-180: Vörös azofesték. Rossz hatással van a vesére és a lépre. • Nátriumszorbát, E-201: Fejlődési rendellenességet okoz. • Kálium-hidrogén-szulfit, E-228: Fehér-borok, pezsgők tartósításához használják. Fejfájást, hasmenést, idegrendszeri zavarokat okoz. • Nátrium-o-fenil-acetát, E-232: Citrusfélék gombaölő szere. Elősegíti a hólyagrák kialakulását.

• Tiabendazol, E-233: A banánt védik ezzel penészgomba ellen. Fejlődési rendellenességet eredményezhet. • Kálium-nitrát, E-252: A sonka pácolásához használt sós vízben található meg nagy mennyiségben. Meggátolja a vörösvértestek oxigénfelvételét. • Nátrium-aszkorbát, E-301: Az aszkorbinsav sója. Hólyagrákot okoz. • Dodecil-gallát, E-312: Marcipánban, zacskós levesekben, nugátban használják. Gyerekeknél cianózist okoz. • Butil-hidroxi-toluol. E-321: Növeli a nugát és a marcipán eltarthatóságát. Főként rágógumikban használják. Allergiát okoz. • Guar gumi (guar gyanta), E-412: A mérgező guar magvaiból nyerik. Allergiát okoz. • Tragantmézga, E-413: Allergiát, májkárosodást okoz. • (Karboxi-metil)-cellulóz, E-466: Szennyezett formában allergiás bőrreakciókat vált ki. • Ammónium-glutamát, E-625: Migrénes fejfájást okozhat. • Aszpartám, E-951: Édesítőszer. Fejfájást, látászavart, emlékezetkiesést válthat ki.

Környezetvédelmi és egészségügyi szempontból a legfontosabb dioxin vegyület a 2,3,7,8-tetraklór-dibenzo-p-dioxin (TCDD). Ennek a vegyületnek a jelentősége olyan nagy, hogy a mai technikai és tudományos irodalom gyakran a dioxin szót használja, amikor a poliklór-csoportra utal. A természetben a dioxinvegyületek az iparosodás előtt égés és geológiai folyamatok eredményeként keletkeztek, vagyis dioxin termelődik vulkánkitöréskor vagy erdőtüzek esetén is, azonban ezek koncentrációja az iparosítás óta többszörösére növekedett. Az Amerikai Környezetvédelmi Hivatal egyik jelentése szerint a környezetbe kerülő mérgező dioxin vegyületek 80%-nak a forrásai a szén- és hulladékégető berendezések, olvasztókemencék, dízelmotoros gépkocsik kipufogógáza, valamint tartósított fa elégetése. Ezek a vegyületek nehezen bomlanak le a környezetben, ennek következtében hosszú ideig jelen vannak. Felezési idejük a levegőben kb. 9 nap, vízben 5 év, talajban 10 év, míg az emberi szervezetben több mint 7 év. A dioxin vegyületek főleg étkezés útján kerülnek az emberi szervezetbe és a zsírszövetekben halmozódnak fel. Az élelmiszerek közül legtöbbször az állati eredetű élelmiszerek szolgálnak e veszélyes anyagok forrásául, ugyanis a növényi táplálékok kisebb, az állati eredetű élelmiszerek nagyobb mértékben tartalmaznak dioxint. Az emberi

109 szervezetbe jutó dioxinok több mint 75%-a zsírt, vagy olajat tartalmazó élelmiszerekkel kerül testünkbe. Ezen vegyületek mérgezőképességét meghatározó tulajdonságot mérgezőképességi egyenérték szorzónak (Toxicity Equivalence Factor) vagy TEF-nek nevezzük. Ez az érték 0 és 1 között van, ahol a legmagasabb értéket a legmérgezőbb TCDD kapta. Mivel a mérgezőképesség attól is függ, hogy az állat melyik állatrendszertani csoportba tartozik, a mérgezés mértéke különböző halak, szárnyasok és emlősök esetén. Általában az emlősökre vonatkozó adatokat alkalmazzák az emberi veszélyszámításokra is. A TEF mellett a kutatók bevezettek egy második jellemző paramétert is, amit összes dioxin mérgezőképességi egyenértéknek (Total dioxin toxic equivalence value), rövidítve TEQ-nak neveznek.

1. diagram Becsült dioxin bevitel élelmiszertípus szerint [11] A dioxinok hatása az emberi szervezetre rendkívül különböző. Az egyes vegyületek halálos dózisa igen eltérő lehet. Az akut mérgezés jellemző tünete a klórakne, de jelentkezhetnek más szimptómák is: a szem és a légutak irritációja, fejfájás, szédülés, hányinger, memóriazavarok, érzékelési zavarok, álmatlanság, végtag-, hasi fájdalom, étvágytalanság, súlyvesztés, fokozott fáradékonyság. A dioxinok krónikus májkárosodást is okozhatnak. A megbetegedéseket a különböző utakon (élelmiszerek, környezet, munkahelyek, balesetek és háborúban - vegyi fegyverként) bejutó és felgyülemlő dioxinok okozhatják. A májkárosodáson kívül jellegzetes idegrendszeri-, immunrendszeri-, bőrelváltozást, a csecsemőmirigy, a lép és a nyirokcsomók elfajulását, csontvelő károsodást, hormonális hatást, vesecisztát is okozhatnak a vegyületcsoport tagjai. Egyes vegyületek hatással lehetnek a hormonok és az enzimek működésére. Feltételezhető a dioxinok rákkeltő hatása. Okozhatnak tüdő-, gége-, prosztatarákot, de Hodkin-limfóma, leukémia is előfordulhat. A dioxinok bevitelével nagyon kell vigyázni, különös tekintettel azoknak, akik szennyezett környezetben élnek, dolgoznak, vagy akik magas zsírtartalmú élelmiszereket fogyasztanak. Mindezek alapján hangsúlyozandó, hogy a megszokott élelmiszer fogyasztás

110 mellett bejutó mennyiségek életen át tartó fogyasztása esetén, az élelmiszerekben levő határérték alatti dioxin mennyiségek ismereteink szerint nem okoznak megbetegedést [12]. Az utóbbi években több olyan esemény is történt, amely kapcsolatban állt a dioxinnal. A 2001. szeptember 11-i New York-i terrortámadás következtében nagy mennyiségű por került a levegőbe, amiben a 2002-ben kiadott US EPA jelentése szerint a támadást követő novemberben a dioxin vegyületek koncentrációja az átlagos mennyiség hatszorosa volt. 2004ben Viktor Juscsenkonak a mérgezési esete keltett nagy hírt. Az ukrán politikus szervezetében az átlagos TCDD-szint 6000-szeresét mutatták ki. Juscsenko, az eddigi ismeretek szerint, a világ második legnagyobb adagját szenvedte el. A legutóbbi eset 2011. januárban történt, amikor Németország Alsó-Szászország tartományában dioxin nyomokat találtak a tojásokban. Kísérleti eredményeink Elvégeztünk néhány vizsgálatot két alapvető élelmiszeren. A kenyér esetében azt az eredményt kaptuk, hogy a házikenyér savasabb, viszont kevesebb sót tartalmaz, mint a vekni. Innen láthatjuk, hogy a jobb eltarthatóság érdekében a veknibe több sót tesznek, de magasabb savtartalma miatt a házikenyér mégis jobban megőrzi frissességét. A kenyér savtartalmának meghatározásához a kenyérbelet vízzel egynemüsítettük, majd az így nyert oldatot fenolftalein jelenlétében nátrium-hidroxid oldattal titráltuk. Kenyér típusa Savtartalom Sótartalom (%) 0,5 0,55 Házikenyér 0,3 0,65 Vekni 4. táblázat Kétféle kenyér sav- és sótartalma Megvizsgáltuk továbbá a házi és az üzleti tej savas jellegét és zsírtartalmát. A kísérletek nem hoztak meglepő eredményt. A házi tej mind friss, mind pedig erjedt állapotban savasabb az üzleti tejnél, ez a pasztőrözési folyamatnak köszönhető. A házi tej zsírtartalma kétszerese üzleti társáénál, ezáltal a tápértéke is magasabb. A tej zsírtartalmának meghatározásához a tejet amil-alkohollal kevertük össze, az így kapott keveréket állni hagytuk. Az idő elteltével pedig kivált a zsírréteg. Tej típusa Házi Üzleti

Savtartalom (Thörner fok) Friss Erjedt 30 81 20 60 5. táblázat Kétféle tej sav- és zsírtartalma

Zsírtartalom (10 ml tejben) 0,2 0,1

Elvégeztük a forralt tej kimutatási kísérletét. Metilénkék és formaldehid oldatot mértünk a tejhez. A kémcsöveket 50 fokos vízfürdőbe tettük. A forralatlan tej kék színe a redukáló enzimek hatására eltűnik, a forralté megmarad. Kísérleti eredményeink alapján arra a következtetésre jutottunk, hogy az élelmiszerek tápértéke és minőségi mutatói csökkenhetnek az adalékanyagok hatására és a különböző feldolgozási folyamatok során. A táplálékok minősége és mennyisége döntő szerepű a bélflóra egyensúlyának és a nyálkahártyák épségének fenntartásában. A korunkban általánosan elterjedt – húsból, felvágottakból, sajtfélékből, finomított gabonalisztekből, kakaóból és csokoládéból álló,

111 valamint erősen cukrozott és adalékanyagokkal dúsított – étrend jelentősen növeli az allergiák kockázatát.

4. ábra Különböző típusú élelmiszerek ajánlott beviteli aránya Ha a bélbaktériumok minőségi és mennyiségi összetétele megváltozik, akkor a bélrendszerben zavar alakul ki: módosulhatnak a lebontási és felszívódási viszonyok, a bélfal áteresztőképessége. A megnövekedett áteresztőképességű bélfal átengedi a nagyobb molekulatömegű fehérjéket, melyek a hám alatti rétegbe kerülve immunológiai folyamatokat indítanak el. Így fordulhat elő, hogy a beteg egyik napról a másikra az addig fogyasztott élelmiszereket már nem tudja panaszmentesen elfogyasztani. Szinte bármely étel alkotóelemére lehetünk allergiásak, vannak azonban olyan élelmiszerek, amelyek gyakrabban keltenek allergiás tüneteket. Ilyenek: tehéntej, tojásfehérje, szója, hal, kagyló, földimogyoró, dió, kakaó, búza, paradicsom, szilva, őszi- és kajszibarack, cseresznye, meggy, eper, málna, kivi. A szennyezett víz vagy élelmiszer egy sor különböző betegséget okozhat, az enyhe és rövid ideig fennálló tünetektől kezdve (pl. hányás, hasmenés) a hosszabb és súlyosabb betegségekig (pl. kolera, tífusz, hepatitis A). Az adalékanyagok gyakran felelősek súlyosabb, hosszabb ideig tartó betegségek kialakulásáért, mint például rák, figyelemzavar és hiperaktivitás (ADHS), Alzheimer-kór, fogak és csontok károsodása, kínai étterem-szindróma. Néhány tanács, amely betartásával nagy eséllyel megelőzhetjük néhány betegség kialakulását: • Ne vásároljunk olyan élelmiszert, ami a veszélyes adalékanyagokból valamennyit is tartalmaz. • Bolti konzervek, édességek, mélyhűtött és félkész ételek helyett vásároljunk friss piaci alapanyagokat és amit lehet, készítsünk el otthon mi magunk. • Kerüljük a színezett élelmiszereket (édességek, cukorkák, pudingok), és csak olyanokat vásároljunk, amik természetes eredetű színezéket tartalmaznak. • Mértékkel fogyasszunk füstölt és pácolt húsárukat.

112 • Ne fogyasszunk ízfokozott, agyoncukrozott, koffeinnel és szén-dioxiddal dúsított üdítőitalokat és energiaitalokat. • Ne befolyásoljanak minket a jobbnál jobb reklámok, mivel ezek nem a termék minőségéről szólnak. Felhasznált irodalom [1] dr. Lásztity Radomir: Az élelmiszer-biokémia alapjai, 1981, Mezőgazdasági Kiadó, Budapest [2] Csapó Gábor és Csapóné Kiss Zsuzsanna: Élelmiszer-kémia, 2003, Mezőgazda Kiadó, Budapest [3] dr. Bogdán Józsefné, dr. Gábor Miklósné és dr. Gasztonyi Kálmán: Az élelmiszerkémia alapjai, 1979, Mezőgazdasági Kiadó, Budapest [4] Bărzoi, Dobre: Microbiologia produselor alimentare de origine animală, 1985, Ceres, București [5] Popa, Gavrilă, és mtsai: Toxicologia produselor alimentare, 1986, Editura Academiei Republicii Socialiste România, București [6] Náray-Szabó Gábor (szerk.): Kémia, 2006, Akadémiai Kiadó, Budapest [7] Nagy Colette, Nagy Péter és Kalas Györgyi. Élelmiszer-adalékanyagok, azaz a misztikus" E-számok, 1997, Ökológiai Studió Alapítvány, Győr [8] Kovács Ferenc (szerk.) és Bíró Géza (szerk.): Élelmiszer-biztonság EU-szabályozás, 2003, Agroinform Kiadó, Budapest [9] Kovács Ferenc: Élelmiszer-előállítás, biztonság, versenyesélyek, Magyar Tudomány (2002. szeptember) 1141. [10] Tóth Gábor: Beteg táplálékaink: a szalmonellától a madárinfluenzáig - és azon túl, 2006, Pilis-Vet, Pilisvörösvár [11] Schecter, Arnold, és mtsa.: Intake of dioxin and related compounds from food in the U.S. population, Journal of Toxicology and Environmental Health 63 (2001) 1-18. [12] dr. Molnár Kornélia és dr. Rodler Imre: Dioxin és az emberi szervezet. [Online] http://www.antsz.hu/portal/down/kulso/kozegeszsegugy/a_dioxin_es_az_emberi_szervezet_2 0110119.pdf.

113

TUDATMÓDOSÍTÓ SZEREK KIMUTATÁSA ÉS HATÁSA Csobán Eszter és Kovács Gyöngyvér Felkészítő tanár: Neizer Zita Szinyei Merse Pál Gimnázium, Budapest, Magyarország Általános meghatározás-mit jelent a tudatmódosítás? [4] A pszichoaktív, vagy tudatmódosító szerek azok a természetes vagy mesterséges anyagok, amelyek az élő szervezetbe kerülve a központi idegrendszerre hatva megváltoztatják annak működését, funkcióját, illetve hiányuk elvonási tünetekkel jár. Általában kellemes közérzetet, jó hangulatot biztosítanak, segítenek elszakadni a realitástól, a környezettől, megszabadulni a gondoktól, hatásukra az egyén gondolatai csaponganak, gátlásai oldódnak, bizonyos fajtáik hatására látási és hallási téveszmék, hallucinációk jelentkeznek. Fontos tisztázni az egyes elnevezések közötti különbségeket: a kábítószer jogi fogalom, a pszichoaktív szer tudományos elnevezés, míg a köznyelvi drog szó valójában a növényi eredetű hatóanyagot jelenti, amelyet gyógyászati termékek előállítására használnak. Történeti áttekintés [6] Az ember szinte mindig, minden kultúrában alkalmazott olyan szereket, amelyek átmenetileg oldották szorongását, serkentették teljesítőképességét, fokozták örömérzetét. Már a késő kőkorszaki ember módszeresen mérgezte magát a ma is ismert, természetben megtalálható pszichoaktív szerekkel. Kutatók ősi konyhai hulladékokban találtak már mákgubó maradványokat, ebből arra következtettek, hogy már alkalmazták azokat a drogokat, amelyek segítségével transzcendentális élményekhez juthattak. A varázslók és sámánok világában generációról generációra szállt a „gyógyító hatás” ismerete, ez számukra a falu közösségéből, való kiemelkedést jelentette. Révületet keltő varázsitalok fogyasztásával kerültek olyan misztikus állapotba, hogy hitelesen tudtak közvetíteni a túlvilág és a törzs tagjai között. Később, az újkorban jelentek meg új növények Európában, a földrajzi felfedezések eredményeként. A kábítószer-kereskedelem fellendülése és kiterjesztése több nemzetközi konfliktushoz vezetett a világtörténelem során: I. és II. Ópiumháborúban a nyugati nagyhatalmak és Kína versengett egymással. A 19. század elején kezdetek először felfigyelni arra, hogy az emberek nem csak egészségügyi okokból szedik a „gyógyszereket”, hanem pszichés hatásaikhoz hozzá is szoktak. Fájdalomcsillapítóként használták a morfiumot, míg köhögéscsillapítóként a heroint, a Bayer forgalmazásában. Angliában az ópium kábítószerként való használata járványszerűen terjedt, később már Franciaországban is megjelentek titkos ópiumszívó barlangok. Az amerikai polgárháborúban az ópium volt az egyetlen gyógyszer a sérült katonák gyógyítására. A 20. században továbbra s gyógyászati célokra alkalmazták, ám a heroint már 1923ban betiltották az USA-ban, ekkor már 300 ezer függőt tartottak számon a világon. A speedet és az extasyt a ’20-as években szintetizálták, majd a II. világháborúban alkalmazták a katonák alvásigényének csökkentésére. A kokain már megtalálható volt a Coca Colában és a Vin Marianiban. Az 1960-as években megjelenő hippi kultuszban a fiatalok számára csoporthoz

114 tarozás egyik megnyilvánulása volt a marihuána-szívás és az LSD-szedés, csak ebben a sajátos színes hallucinációkkal telített világában érezték jól magukat. Csoportosítás [4] a) Származás alapján 1. Természetes eredetű drogok: Jelenleg 6000 növényről tudjuk, hogy pszichoaktív tulajdonságai vannak: pszilocibin gomba (varázsgomba), marihuána, hasis, ópium, kokain, heroin, morfin, kodein, kawa-kawa, ganja, crack, kath, bétel 2. Szintetikus drogok: methadon, meszkalin, amfetamin, extasy, speed, GBH, PCB, DET, DMT 3. Félszintetikus: LSD természetes anyagokból laboratóriumban előállított szer b) Legalitás alapján 1. Legális drogok: kávé, alkohol, nikotin, szerves oldószerek, gyógyszerek 2. Minden más illegális c) A központi idegrendszerre kifejtett hatások alapján 1. Serkentők (stimulánsok): amfetaminszármazékok, kokain, nikotin, koffein. 2. Hallucinogének (pszichedelikus szerek): LSD, cannabis származékok, extasy, pszilocibin (varázsgomba), DMT (dimetil-triptamin), szerves oldószerek, PCP 3. Pszichoaktív hatású szerek: nyugtatók, altatók, szorongásoldók, az alkohol, valamint az opiátok (ópium, heroin, kodein, metadon) Hatásmechanizmus [2], [4] A szervezet saját kémiai transzmitterei a szerotonin, a dopamin és a GABA (gammaamino vajsav) folyamatosan segítik az ingerületek továbbítását az idegpályákon belül. A szervezetbe bevitt tudatmódosító szerek megváltoztatják az ingerületátvitel menetét. Egyes drogok másolják a neurotranszmitterek szerkezetét, mások blokkolják szabályos működésüket, vagy módosítják a kibocsátásukat. A vegyületek molekuláiban a neurotranszmitterekhez hasonló részek segítik a receptorokba való bekapcsolódást. Ez a mechanizmus hasonló az enzimek kulcs-zár effektusához, mert az egyes receptorok is csak a saját ingerületátvivő anyagukat tudják felismerni.

1. ábra A receptorokba bekapcsolódott neurotranszmitterek. Zöld színnel van jelölve, hogy az ópium milyen mértékben tudja másolni a szerkezetüket.

115 A drogok aktiválják az agy jutalmazóközpontját, amely rendes körülmények között a vegetatív működésekhez kapcsolódó tanulási mechanizmusban játszik szerepet. Mindezeken kívül több külső tényező is befolyásolja az egyén reakcióit: genetikai hajlam, motiváció, a szerhez kapcsolódó pszichológiai elvárások, az egyéni érzékenység. Olyan részeit is aktiválják az agynak, amelyeket akaratlagosan nem tudunk szabályozni, ezért teszik kiszolgáltatottá a használót. Kezdetben csak örömforrásként, stresszoldó hatása miatt fogyasztják, később azonban kialakul a függőség, csak egyre nagyobb mennyiség bevitelével lehet elérni a kívánt hatást, majd, a szervezetben bekövetkezett változások nyomán alakulnak ki később az elvonási tünetek. Kimutatás - a kábítószer-fogyasztás bizonyításának lehetőségei Egyik lehetősége a kábítószer, illetve annak szervezetben keletkező metabolitjának (lebomlási termékének) a fogyasztó szervezetéből biztosított - úgynevezett biológiai eredetű mintában való kimutatása és a kapott eredmény toxikológiai vizsgálata. [8] A vizeletben szinte az összes kábítószer metabolitja megjelenik, és hosszabb ideig detektálható benne, mint a vérben. Ez azonban nem ad információt a használati szokásokról. Verejték, illetve bőrfelületi kondenzátum vizsgálata esetén a szájkörnyékről és az ujjak felületéről vesznek mintát, amelyekből a kannabiszfélék mutathatóak ki. A nyál változatlan, nem metabolizálódott formában tartalmazza a legtöbb kábítószert, azonban a fogyasztást követően rövidebb ideig van jelen. A vér kábítószer- illetve metabolit koncentrációja alapján esetenként következtetni lehet a kábítószer által okozott befolyásoltság mértékére. A haj- és szőrszálak vizsgálata a kábítószer fogyasztási szokásokról ad információt. Bizonyos hajszínezékek és színezési eljárások (hidrogén-peroxiddal való szőkítés) károsítják a haj kábítószer-, illetve metabolittartalmát. [7] Kábítószer amfetamin metamfetamin

Metabolit amfetamin amfetamin

MDMA kokain kodein morfin heroin

benzoilekgonin

morfin morfin klukoronid morfin, 6 MAM

PCP LSD THC

2-ozo-3-hidroxi-LSD 11-nor-9-karboxidelta-9tetrahidrokannabinol

Kimutathatósági időtartam 2-4 nap vizeletben 1-3 nap vérben 3-5 nap vizeletben 24 óra vérben 2-4 nap vizeletben 5-6 óra vérben 12 óra vizeletben 2-3 nap vizeletben 3-4 nap vizeletben 3-4 nap morfinként 1-3 nap vérben 3-7 nap vagy több vizeletben 2-4 nap vizeletben 3-4 vagy 4-8 óra a vérben a gyakoriságtól függően néhány nap- 1 hónap 3 hónap vizeletben

Hatás időtartama 2-10 óra 2-6 esetleg 24 óra

3 nap metabolit20-40 mp szívás 60-90 mp szippantás 4-6 óra 4-6 óra 4-6 óra

6-12 óra 3 óra

1. táblázat Az egyes kábítószerek és metabolitjainak kimutathatósága

116

A bűnügyi kimutatás lépései Szükség esetén a hivatalos szervek színreakción alapuló gyorsvizsgálati készlettel a helyszínen el tudják végezni a minta elemzését. Pozitív színreakció esetén további műszeres vizsgálatokra kerül sor. Ilyenek rétegkromatográfia, illetve az egyes spektroszkópos eljárások (tömegspektrometria, infravörös spektrofotometria) Marihuána és hasis kimutatására megbízhatóan alkalmazható a rétegkromatográfia, más kábítószerek esetében azonban szükséges a további spektroszkópos eljárás is. Saját munka Saját munkánk során három reagenst használtunk, amelyek kimutathatják az esetleges kábítószerek jelenlétét: Marquis reagens [1]: A tömény kénsavas formaldehid-oldat az illegális szerek széles skálájának kimutatására alkalmas kondenzációs reakciójával. Tömény salétromsav: Egy másik nagyon érzékeny reagens, amely az aromás gyűrűket nitrálja Vas-III-klorid: Sokkal kevésbé érzékeny kimutatószer, amely komplexeket képez. A tapasztalt színreakciókat a [3] forrásban található kontroll táblázat alapján elemeztük. MARQUIS-ragens sötétvörös Ópium illatú illóolaj barnás narancssárga Szantál illóolaj Cannabis illatú barnás narancssárga füstölő barnás vörös Anti stressz füstölő barna Természetes alapanyagú füstölő 1 barna Természetes alapanyagú füstölő 2 barna Természetes alapanyagú füstölő 2 kékeslila No-Spa sötét Mákolaj narancssárga/barna Opium homeopátiás sötétbarna szer Opium kloroformos sárga, majd vöröseslila oldata Szacharóz és laktóz barna (segédanyagok) Opium a kivont vöröses gyűrű jelent meg a mintában, a segédanyagok nélkül szélén szürkés szín

cc. HNO3 narancssárga világoslila sárga

Fe3+ nincs változás nincs változás nincs változás

sárga rózsaszín

nincs változás nincs változás

rozsdaszínű

nincs változás

rozsdaszínű

nincs változás

barna halvány vörös

nincs változás nincs változás

nincs változás

nincs változás

nincs változás

nincs változás

nincs változás

nincs változás

nincs változás

nincs változás

2. táblázat Tapasztalatainkat az alábbi táblázatban foglaltuk össze Az ópium illatú illóolaj mindkét reagens esetében elszíneződött, valamilyan opioid típusú vegyület jelenlétére utalva (ópium, vagy morfin-monohidrát). [3]

117

2. ábra: Az ópium illatú illóolaj vizsgálata során tapasztalt színreakció A természetes alapanyagú, nyugtató hatású füstölők esetében az elszíneződés nem egyértelmű, így csak azt mondhatjuk el, hogy valamilyen aromás gyűrűt is tartalmazó vegyületet tartalmaznak. [3]

3. ábra: A természetes alapanyagú füstölők vizsgálata során tapasztalt színreakció A No-Spa görcsoldó tablettát kontrollként vizsgáltuk, mert hatóanyaga a drotaverinhidroklorid [1], amelynek aromás gyűrűje lépett reakcióba a Marquis reagenssel, ezért tapasztaltunk pozitív színreakciót.

4. ábra: A No-Spa vizsgálata során tapasztalt színreakció Az Opium nevű alvászavarokra alkalmazott homeopátiás szernél először sötétbarna elszíneződést tapasztaltunk a Marquis reagens esetében, de itt csak a cc. H2SO4 vízelvonó hatása érvényesült a segédanyagokkal (szacharóz és laktóz) szemben, ezért kloroformmal kivontuk a segédanyagokat, majd az így kapott oldatot szűrőpapíron átszűrtük. Az így kapott

118 oldatba Marquis reagenst cseppentve vöröses gyűrű jelent meg a mintában, a széle pedig szürkére színeződött, ez a színkombináció pedig nagy valószínűséggel utal kis mennyiségben jelenlévő opioid vegyületre, illetve ópiumra homeopátiás szerben. [3], [5]

5. ábra: Az Opium homeopátiás szer első vizsgálata során tapasztalt színreakció Felhasznált irodalom [1] Fülöp Ferenc, Noszál Béla, Szász György, Takácsné Novák Krisztina: Gyógyszerészi kémia, 2010, Semmelweis Kiadó, Budapest [2] Fürst Zsuzsanna: Farmakológia IV., 2001, Medicina Könyvkiadó, Budapest [3] Robert Bruce Thompson: Illustrated guide to home chemisrty experiments, 2008, O’reilly [4] Griffth Edwards: Az „anyag” természete – Drogok és miért nyúlnak hozzá oly sokan?, 2006, Napvilág Kiadó, Budapest [5] Kürti Gábor: Homeopátia napjainkban, 2007, SpringMed Kiadó, Budapest [6] http://www.dura.hu/html/mindentudas/viziszilveszter2.htm [7] http://fu.web.elte.hu/drogeria/teszt.html [8] http://www.sulinet.hu/eletestudomany/archiv/1996/9630/10.html

119

HA AZ ÜDÍTŐ BESZÉLNI TUDNA… Egyed Bálint Felkészítő tanár: Tölgyesné Kovács Katalin Zrínyi Miklós Gimnázium, Zalaegerszeg, Magyarország Vajon tényleg fontos beszélnünk a témáról? Az üdítő szót hallván sokakban rögvest a TV-ben látható Coca-Cola reklám képe villanik fel, míg másoknak az italautomata előtti kígyózó sor jut eszébe. Egy baráti traccsparti közepette a legkézenfekvőbb választás, ha valamilyen üdítőt fogyasztunk. A boltok polcain különféle színekben pompázó szomjoltók hadával üres bevásárlókocsink egy szempillantás alatt megtelhet. A magyar üdítőpiac az elmúlt évben 600 millió liter körül alakult, és ez az érték napjainkban még növekedőben van. Mindennapi tapasztalataink alapján bizton állíthatjuk, hogy a legtöbb üdítőitalt a fiatalok fogyasztják. De vajon mit jelent ez számokban? Készítettünk egy felmérést a 16-17 éves korosztály üdítőfogyasztási szokásairól, melynek eredményei alapján könnyen beláthatjuk, hogy miért is olyan fontos foglakoznunk e témával. Megdöbbenve tapasztaltuk ugyanis, hogy a fiatalok 48%-a legalább heti 3-5 liter üdítőt fogyaszt, és ezek közül is 27% napi 1 liternél többet. De tudjuk, mit iszunk mi egyáltalán?

1. ábra.

2. ábra.

3. ábra.

Milyen gyakran fogyasztanak szénsavas üdítőt?

Mennyi üdítőt fogyasztanak 1 hét alatt?

A leggyakrabban mikor fogyasztanak üdítőt?

1-3. ábra. A 16-17 éves korosztály üdítőfogyasztási szokásairól végzett felmérés eredményei Az üdítőzés egészségügyi ellenérvei Nézzünk csak meg egy üdítőcímkét! Szinte nem is látunk mást az összetevők között, csak cukrot, vizet, és tengernyi E-számot. Miért van mégis ez a nagy felhajtás a cukrozott

120 löttyök körül? Mert finomak, hűsítőek és élénkítőek. Egyesek szerint még az emésztést is javítják. Valóban? Nézzük végig azt a folyamatot, ami a szervezetünkben végbemegy egy pohár kóla elkortyolgatása után. A következő néhány gondolatban hosszú távú biológiai hatásokat is fogunk tárgyalni, melyek természetesen csak azokra vonatkoznak, akik rendszeresen, nagy mennyiségben fogyasztanak effajta italokat. Nos tehát, az említett pohár kóla elfogyasztása után az első 10 percben a cukor vagy az édesítőszer a szervezetbe kerül, hosszú távon 44%-kal növelve a metabolikus szindróma kialakulásának rizikóját. A sok cukor ízét a foszforsav azonban elnyomja, hogy még többet tudjunk belőle inni. 15-20 perc múlva a vércukorszint gyorsan emelkedik, a bevitt cukrot a máj zsírként tárolja el. Az inzulinszint hirtelen ingadozása hosszú távon a hasnyálmirigyrák kialakulásának is segítséget nyújt. 40 perc múlva a koffein is hatni kezd, a későbbiekben blokkolja az agyat, álmosságérzetet okoz. Mindeközben a vérnyomás is emelkedik. 1 óra múlva a foszforsav felborítja a szervezet kalciumháztartását, és így eredményezheti a kalcium szervezetből való kiürülését sók formájában. Ezek, amennyiben nem távoznak a kiválasztórendszeren keresztül, felhalmozódnak, és például vesekő kialakulását okozhatják. Több tanulmány is közvetlen összefüggést mutatott ki az üdítőitalok foszforsavtartalma és a fogszuvasodás, valamint a csontritkulás között. A test végül gyakorlatilag dehidratálódik, a bőr ráncosodik, és fontos ásványi anyagokat vesztünk, amelyet a szervezet éhséggel jelez számunkra. A tények ismeretében egyet tehát bizton állíthatunk: „megisszuk a levét”, ha ilyeneket fogyasztunk. A vizsgált üdítők De vajon mely üdítőitalok járnak ez élen egészségünk károsításában, és azok milyen anyagokat tartalmaznak pontosan? A kísérletekben, a napjainkban talán leginkább divatos italokat szerettem volna vizsgálni, így a Coca-Cola, a Coca-Cola Light, a Pepsi, a Fanta Narancs, a Sprite illetve a Dizzy Orange Juice (100%-os narancslé) nevű szomjoltókra esett a választás. Cukor kimutatása Fehling-próbával A legelső kérdés, ami megfogalmazódhat bennünk, talán az, hogy mely üdítők tartalmaznak cukrot? Ezekben az italokban az édesítőszer többnyire a konyhából már jól ismert szacharóz. Nem is akármennyi van bennük, valóságos kalóriabombákról beszélünk! A feladatunk az, hogy a kristálycukrot mutassuk ki, Fehling-próbával. Mivel ez egy diszacharid és nincs aldehidcsoportja, nem adja a próbát. Kísérletünkben tehát a szacharózt először savas hidrolízissel glükózra és fruktózra bontjuk. A szőlőcukor molekulában aldehidcsoport van, ezért redukáló hatású. A réz(II)-iont réz(I)-ionná redukálja, míg maga az aldehidcsoport karboxilcsoporttá oxidálódik.

121

4. ábra. Szacharóz savas hidrolízise

5. ábra. A Fehling-próba Pozitív próba esetén téglavörös réz(I)-oxid csapódik ki, amely jelzi, hogy szacharóz van az üdítőben. Ha a próba negatív, az oldat sötétkék árnyalatú marad. A „Light” sorozatszámon futó kóla esetén valóban nincs csapadékkiválás. Tehát a diétázóknak tényleg nem kell aggódniuk? A szacharóz miatt biztosan nem, azonban fontos megemlítenünk, hogy komoly viták folytak a Coca-Cola Light egészségkárosító hatásaival kapcsolatban. Az italban ugyanis édesítőszerként aszpartámot és aceszulfám-káliumot alkalmaznak a gyártók, amely vegyületek egyes források szerint az anyagcsere folyamatokban idegmérgekre bomlanak, és kapcsolatba hozzák őket a memória- és egyensúlyvesztési problémákkal is. Ezt a vásárlók köréből indult hisztériát a kutatások teljesen cáfolták, a két adalékanyag nem veszélyes ilyen kis mennyiségben.

+

-

+

+

+

+

6. ábra. A Fehling-próbák eredményei (a kémcsövekben sorra: Coca-Cola, Coca-Cola Light, Pepsi, Fanta Narancs, Sprite, 100%-os) Aszkorbinsav kimutatása ezüsttükör-próbával Vizsgáljuk meg, hogy valóban megtalálható-e a jótékony hatású C-vitamin, avagy aszkorbinsav a 100%-os üdítőben! Ennek kimutatásához ezüsttükör-próbát alkalmazunk. Ezüst-nitrát-oldathoz annyi ammónia-oldatot öntünk, hogy a kezdetben leváló csapadék éppen feloldódik, majd ehhez a rendszerhez adjuk hozzá a mintáinkat. Pozitív eredmény esetén fémezüst válik ki, amely az elegynek sötét árnyalatot ad. Láthatjuk, hogy a 100%-os gyümölcslében tényleg megtalálható a C-vitamin, de meglepetésünkre a Fanta Narancs is tartalmazza.

122

7. ábra. Ezüsttükör-próba aszkorbinsavval

-

-

-

+

-

+

8. ábra. Az ezüsttükör-próba eredményei (a kémcsövekben sorra ugyanazok az üdítő-minták következnek, mint a 6. ábránál) Foszfátion kimutatása ammónium-molibdáttal Az üdítők savanyúságát citromsavval, és a hírhedt foszforsavval állítják be a gyártók. A neten keresgélve akadtam egy vizsgálatra, amellyel foszfáttartalmat tudunk kimutatni. A mintákhoz kevés híg salétromsavat adunk, majd felforraljuk őket, és kálium-permanganát oldatot öntünk hozzájuk. Végül ammónium-molibdátot szórunk az elegyekhez. Ekkor az 5 szénsavtartalmú üdítő esetén sárga színt kapunk, a 100%-os italnál viszont kéket. Ennek magyarázata az, hogy ebben redukálószer, az előbb kimutatott aszkorbinsav található, amely a képződő ammónium-foszfor-molibdátot molibdénkékké alakítja.

+

+

+

+

+

+

9. ábra. Mindegyik vizsgált üdítőben jelen van a foszfátion (a kémcsövekben sorra ugyanazok az üdítő-minták következnek, mint a 6. ábránál)

123

Összes sav és pH meghatározása visszaméréses acidi-alkalimetriával Mivel az üdítők számottevő savat tartalmaznak, a pH jelentősen eltolódik a savas irányba. Az összes sav visszaméréses titrálás elvégzésekor először feleslegben nátriumhidroxid-oldatot mérünk a mintákba, hogy kiküszöböljük a szénsav bomlásából, és a széndioxid gyors eltávozásából adódó mérési pontatlanságot. Majd a közömbösítéshez már nem szükséges, vagyis a felesleg, nátrium-hidroxidot HCl-mérőoldattal titráljuk. A fogyás alapján könnyen számíthatjuk a minták hidrogénion-tartalmát, abból pedig a pH-t. Az eredmények komoly savtartalmakra utalnak. Hogy miért veszélyes ez? Ha valaki feláldozza gyermekkori tejfogait a tudomány érdekében, könnyen elvégezheti a kísérletet. Nincs más dolgunk, mint egy-egy főzőpohárnyi üdítőbe egy-egy fogat dobni. Alig két hét múlva a kólába ejtett fogak teljesen megbarnulnak és porhanyóssá válnak, de a többi üdítőital is harcba lép a fog alkotói ellen. Coca-Cola

Coca-Cola Light

Pepsi

Fanta Narancs

Hidrogénion5,6 3,2 5,4 10,5 koncentráció (mmol/dm3) pH 2,3 2,5 2,3 2,0 1. táblázat. Az üdítők hidrogánion-koncentációja és pH-ja

Sprite 12,2 1,9

10-11. ábra. A 2 hétig kólában tartott tejfog Az üdítők tartósító hatása, avagy az almakompót esete A nagymamám régi recepteskönyvében találtam egy olyan kompóttartósítási ötletet, ahol semmilyen szert nem kell alkalmazni, csupán friss szódát kell ereszteni a szeletelt gyümölcsre. Az üdítőkben, a bennük lévő savak révén, vajon mennyi ideig áll el romlás nélkül az alma? 8 kis befőttesüvegbe beleaprítjuk a gyümölcsöt, majd egyet csapvízzel, egyet szódavízzel, a többit pedig az italokkal töltjük fel. Egy hónap múlva a kompótok úgy néztek ki, mintha egy nap sem telt volna el az elrakás óta. Kivéve a csapvizes illetve a 100%-os narancslében elrakott befőttet, ezek megromlottak.

124

12. ábra. Az üdítőben tartósított almakompót Koffein kimutatása murexid-próbával Gyermekkorunk óta halljuk, hogy a kólában koffein van. Vajon ez valóban igaz, és a többi üdítőben tényleg nincsen? A murexid-próba az olyan purinvázas vegyületek kimutatási módja, mint amilyen a koffein is. Ha a mintáinkhoz híg salétromsavat adunk, akkor a koffein többek között alloxantinná oxidálódik. A képződő oldatot bepároljuk, és a leváló alloxantint alkoholos ammóniaoldattal reagáltatjuk. Ekkor az alloxantin az ammónia hatására murexiddé alakul, miközben egy bíborvörös színreakciónak lehetünk szemtanúi. A kísérletek alapján a kólafélékben koffeintartalmat állapíthatunk meg, a többi üdítő esetén viszont nincsen színreakció. Egy amerikai egyetem kutatói szerint az üdítőkben lévő koffein olyan, mint a cigarettában használt nikotin: a vevők megfogását – kvázi függővé tételét – szolgáló adalékanyag. A koffein nem szélsőséges függőséget kialakító drog, a rendszeres fogyasztók mégis ismerhetik jellemző elvonási tüneteit, mint például az álmatlanságot, a fejfájást, vagy az életenergia csökkenését. Fontos megemlíteni, hogy 5 üveg koffeintartalmú üdítő felér 6 csésze kávéval.

13. ábra. Murexid-próba

14. ábra. Pozitív próba Coca-Cola esetében Végezetül… Na de elég már ebből a sok reakcióegyenletből! Nézzük inkább a tényeket a kísérletek eredményei alapján!

125 Mindent összevetve a legegészségesebb szomjoltónak nyilvánvalóan a 100%-os készítmény bizonyult. Aztán vessük össze a három nagy vetélytársat, a Coca-Colát, a CocaCola Lightot és a Pepsit! Egyre csak úgy tűnik, hogy valójában teljesen mindegy, hogy melyik kólafélét fogyasztjuk, a hatások szinte ugyanazok, talán a diétás változat annyival nyeri a versenyt, hogy őbenne nincsen cukor. Egyet bizton állíthatunk, az üdítőivás szép lassan felborítja szervezetünk nehezen megingatható egyensúlyát. A legfontosabb tehát, itt is, a mérték. Mit vonhatunk le fő tanulságként? Hogy azt kell innunk, amit a természet adott nekünk, nem pedig a mesterséges löttyöket. Legjobb tehát, ha maradunk a víznél!

126

RAGASZTÓANYAGOK Gulyás Noémi, Gulyás Dávid Felkészítő tanárok: Abaffy Zoltán, Benkőné Di Giovanni Rita Fasori Evangélikus Gimnázium, Budapest, Magyarország Az előadás keretein belül szó lesz: • A ragasztók előfordulásáról, a hétköznapi és az ipari életben. • Történetükről, az ókortól napjainkig. • Az adhéziós és a kohéziós erőkről, melyek a ragasztás alapjai. • Egy jó ragasztó tulajdonságairól, alapkövetelményeiről. • A polimer anyag felépítéséről, mint egy ragasztó alapstruktúrájáról; • Rendszerezésükről, eredet (természetes és mesterséges) és ragasztási mód (kémiai és nem kémiai) alapján, valamint ezek alcsoportjairól; • A szipuzásról, hatásairól, veszélyiről; • Valamint személyes tapasztalatokról is!

127

ROBBANÓSZEREK Hazai Viktor és Szombathelyi Tamás Felkészítő tanárok: Abaffy Zoltán, Benkőné Di Giovanni Rita Fasori Evangélikus Gimnázium, Budapest, Magyarország 1) 2) 3) 4) 5)

A robbanóanyag fogalma A robbanóanyagok csoportosítása Konkrét példák Kísérleteim Összegzés

128

A MÉRGEK Prokaj Miklós, Börzsei Péter és Sikesdi Petra Felkészítő tanárok: Abaffy Zoltán, Benkőné Di Giovanni Rita Fasori Evangélikus Gimnázium Budapest, Magyarország I. II. III. IV. V. VI. VII.

A mérgek története. A mérgek besorolása, jellemzése, általános tüneteik, csoportosításuk. A legismertebb mérgek: arzén, cián, ólom. A növényi mérgek, gombák: sisakvirág, gyűszűvirág, dohány, bürök, kávé, légyölő galóca. Tudatmódosító szerek: morfin/heroin, LSD, marihuána, alkohol. Állati mérgek: elsősorban kígyómérgek. Összegzés

129

ANALITIKAI ÉS KÖRNYEZETI KÉMIA SZEKCIÓ A FRANCIA PARADOXON NYOMÁBAN Dobi Réka Felkészítő tanár: Újszászy Kálmán Dobó István Gimnázium, Eger, Magyarország Bevezetés A nagymértékű gyógyszerfogyasztás napjaink globális problémája. Szerencsére, egyre több olyan természetes anyagot fedezhetünk fel környezetünkben, amelyek helyettesíthetik gyógyszereinket. Szükség van azonban szisztematikus kutatásokra azért, hogy megtaláljuk azokat a hatékony vegyületeket, amelyek helyes alkalmazása jótékony hatással lehet az emberi szervezetre. Néha meglepő módon találkozunk ezekkel a természetes anyagokkal. Erre egy kiváló példa a francia paradoxonként ismert jelenség is. De mi is takar pontosan ez a kifejezés? Francia paradoxonként tartják számon, azt a számos tényanyaggal igazolt megfigyelést miszerint a sok zsíros és nehéz ételt fogyasztó francia bortermelő vidékeken élő embereknél meglepően alacsony a szív- és érrendszeri betegségekben szenvedők száma. A rejtély megoldását a bőségesen fogyasztott vörösbor kedvező élettani hatásának tulajdonítják. Ebben a kérdésben a vörösborok alkotói közül is kiemelkedő figyelmet érdemelnek a polifenol típusú vegyületek, ezeken belül is a resveratrol. Resveratrol A resveratrol egy antioxidánsként számon tartott vegyület, amely azonkívül, hogy csökkenti a szív és érrendszeri betegségek kialakulását, csillapítja a fájdalmat és gátolja a tumor fejlődését is. A felsorolt betegségek a mai napig is nagy kihívást jelentenek az egészségügy számára, ebben rejlik a resveratrol gyógyászati értéke. A resveratrol növényekben termelődik. Legnagyobb mennyiségben a gyümölcsök héjában található, de elenyésző mennyiség megfigyelhető a gyümölcshúsban is. A leggazdagabb tárháza a resveratrolnak a szőlő. A resveratrol két izomer formájában fordul elő, amelyek az 1. és 2. ábrán láthatóak.

130

1. ábra. Transz-resveratrol

2. ábra. Cisz-resveratrol A transz a stabilabb módosulat, ami elsősorban a szőlőben található, míg a cisz a bomlékonyabb forma, amely a borokban mutatható ki nagyobb mennyiségben. A transz a ciszbe fény és oxigén hatására átizomerizálódik, de ennek a pontos mechanizmusa a mai napig nincs tisztázva. Témafelvetés Ez év nyarán elnyertem a MTA Kémiai Kutatóközpont által szervezett „AKI Kíváncsi kémikus” című pályázatát. Ennek keretében lehetőségem nyílt a palackos és termelői borok resveratrol tartalmának kísérleti meghatározására. Különös hangsúlyt fektettünk az alkalmazott analitikai eljárás reprodukálhatóságára a mátrix zavaró hatásainak kiszűrésére. A téma nagyon magával ragadott. Mivel lehetőséget kaptam további laboratóriumi munka elvégzésére, közvetlen környezetemben kerestem egy kínálkozó, az előbbiekhez hasonló analitikai feladatot. Egerben lakom, a város híres a kitűnő vörös borairól. Felmerült bennem a kérdés, hogyan változik a resveratrol tartalom a feldolgozás során a szőlőtől a boltok polcán sorakozó minőségi borokig. Az egri Bolyki Pincészet rendelkezésemre bocsátotta a vizsgálandó anyagokat – szőlőt, mustot és a borokat – a kutatóintézetben pedig már egyedül folytathattam a kutatást.

131

Az alkalmazott analitikai eljárás A resveratrol analízisével már sokan, sokféleképpen foglalkoztak. Az általam használt metodikai módszer is csak egy a sok közül: a minta előkészítését szilárd fázisú extrakcióval végeztem (Solid Phase Extraction /SPE/), a komponensek szétválasztása folyadékkromatográfiával (High Performance Liquid Chromatography /HPLC/) a mennyiségi és minőségi meghatározás pedig tömegspektrométerrel (Mass Spectrometry /MS/) történt. Az én fő feladatom a minta előkészítés és a módszer tökélesítése volt, míg a két műszert mentorom kezelte. Végül közösen értékeltük a kapott eredményeket. Nézzük vázlatszerűen a munkaterületemet: ahhoz, hogy egy célvegyületet kinyerjünk egy többkomponensű anyagból, azt meg kell „tisztítani”. A bor és a must is egy rendkívül összetett keverék, ezért többlépéses tisztításra van szükség ahhoz, hogy kvantitatív úton vizsgálni tudjuk a célvegyületet. Az SPE eljárás a leggyakoribb módszer a sokkomponensű minták elő elválasztásához.

3. ábra. Az SPE elválasztás folyamat ábrája Ahogy a 3. ábrán is látszik, eszközeim kisméretű, 500 mg töltetű, 3ml térfogatú C18-al módosított felületű szilikagéllel töltött oszlopok (ISOLUTE C18 (EC)) voltak. Először, ezeket aktiválnom kellett 5 ml metanollal és 5 ml vízzel. Ezekután következik az 5 ml minta felvitel, majd az oszlop mosása 10 ml vizes K2HPO4 : KH2PO4 = 1:1 arányú puffer segítségével. A mosásra azért van szükség, hogy a számomra nemkívánatos anyagoktól megszabaduljak. Az átmosott töltetet nitrogén gázáramban 30 percig szárítottam, majd 10 ml etil-acetáttal lemostam a felkötődött resveratrolt. Az eluátumot nitrogén gáz befújással bepároltuk, majd a maradékot 0,5 ml metanolba vettük fel, amelyet HPLC-MS-be injektáltunk. Az én esetemben a transz-resveratrol retenciós ideje 15 perc volt, még a cisz-módosulat 21 perc után jelent meg. Ezután az anyagom a tömegspektrométerbe kerül, ahol tömeg per töltés szerint szétválnak a komponensek. A tömegspektrométerben elektroporlasztásos ionizációs technikát alkalmaztunk. A resveratrolt negatív ionizációs módban m/e 227-es (MH)- tömegszámnál egyéni ion detektálással mértük.

132 Eredmények Transz-resveratrol (%) Cisz-resveratrol (%) Összesen(mg/l) Éretlen szőlők, mustok < 0,1 Erjedt blauburger 78,7 21,3 0,9 Tovább erjedt blauburger 29,4 70,6 2,0 Erjedt cabernet franc 26,9 73,1 1,5 Erjedt kékfrankos 28,6 71,4 1,8 Erjedt merlot 42,5 57,5 1,9 Erjedt oportó 25,3 74,7 1,0 Erjedt hárslevelű 54,0 46,0 0,8 Tovább erjedt hárslevelű 52,1 47,9 0,6 Tokaji Aszú 31,2 68,8 0,5 Villányi Merlot (2006) 2925 Ft 37,4 62,6 11,1 Dunamelléki kékfrankos 269 Ft 43,5 56,5 3,1 1. táblázat A mérési eredmények A kapott mérési eredményeket a 1. táblázatban foglaltam össze. Az utolsó oszlopban jelzem az össz resveratrol mennyiségét, százalékos értékben pedig a módosulatok aránya látható. A nyers szőlőben és mustban nem találtam kimutatható mennyiségű resveratrolt. Ennek alapján feltételezhető, hogy a resveratrol ezekben a mintákban glikozidos formában található. Az erjedés során a glikozid elbomlik és megjelenik a szabad resveratrol. A jövőben szeretném a vizsgálatot a resveratrol glikozidos formájának a detektálására is kiszélesíteni. A táblázat alapján megállapítható, hogy erjedés hatására nő a kimutatható resveratrol mennyisége. Ezenkívül az is látszik, hogy különböző vörösborokban eltérő mennyiségű resveratrol mutatható ki. Ezt a borászati technológia, az évjárat, a terroir (időjárás, termőtalaj, klíma) és a szőlőfajta befolyásolja. Összehasonlításként megmértük egy Tokaji Aszú resveratrol tartalmát is és szépen elkülönül, hogy a vörösborok a genetikai eltérésnek és borászati technológiának köszönhetően lényegesen több resveratrolt tartalmaznak, mint a fehérborok. Az erjedés hatására a az izomerek aránya cisz-mósosulat felé tolódik el. Érdekességként megnéztük két szélsőséges ár kategóriába tartozó bor resveratrol tartalmát is. Egy Villányi Merlotét, ami kb. 3000 ft-ba került és egy 300 ft értékű Dunamelléki Kékfrankost. Meglepetésünkre az olcsóbb borból is tudtunk resveratrolt kimutatni, tehát megállapíthatjuk, hogy az olcsóbb borok is készülhetnek szőlőből. A mérési adataim pontosságával – sajnálatos módon – nem lehetek elégedett. A mért értékek szórása, esetenként a 10 %-ot is meghaladta. A standardként adagolt resveratrol visszanyerési hatékonysága mátrix függőnek bizonyult. A pontatlanságok mind a három munkaterületről eredhetnek. Vagyis, mind a minta előkészítés, mind a HPLC, mind az MS mérés rejthet hibaforrásokat. Az elkövetkezőkben, szisztematikus vizsgálat sort tervezek a hiba források azonosítása céljából. A kutatási munkám még nem fejeződött be és úgy gondolom érdemes tovább folytatnom, hiszen van egy további előnye is: segíthet kiszűrni a borhamisításokat. Mivel a resveratrol egy természetes anyag, nem lehet kimutatni hamísított borokban. Gyors és olcsó analitika eljárások feltárhatják a csalásokat és a munkám egy lépés lehet ebbe az irányba. Emellett a Bolyki Pincészet, ahonnan a mintákat kaptam, élénk figyelemmel kíséri munkámat, mert a speciális szakterületükhöz is hasznos információkat találhatnak kutatási eredményeim között.

133

Összefoglalás Összefoglalásként megállapíthatom, hogy megmértem a szőlőben és a borokban található resveratrol mennyiségét. Meghatároztam az alkalmazott analitikai eljárás hibáját. Megerősíthetem, hogy a vörösborokban - az irodalommal összhangban – meglehetősen több a resveratrol mennyisége. Következtetésként elmondhatom, hogy a minőségi vörösbor mértékletes fogyasztása valóban jótékony hatással lehet az emberi szervezetre. Köszönetnyilvánítás Szeretnék köszönetet mondani, Dr. Vékey Károlynak, aki biztosította a megfelelő technikai hátteret, valamint a műszereket és mentoromnak, Újszászy Kálmánnak a nagylelkű segítségéért.

134

NEHÉZFÉMIONOK AKKUMULÁCIÓJÁNAK VIZSGÁLATA GOMBÁKBAN Együd Bence és Krähling Ákos Felkészítő tanárok: Fodor Andrea, Neizer Zita Szinyei Merse Pál Gimnázium, Budapest, Magyarország Előszó A hétköznapokban az ember a médiából gyakran értesül arról, hogy az élővizekbe vagy a talajba valamilyen szennyező anyag került. Ilyenkor mindig felmerül a kérdés, vajon fogyasztható-e a területről származó növényből vagy állatból készült élelmiszer. Képesek-e beépülni a szennyező anyagok a növények, állatok szervezetébe? Mekkora veszélynek teszi ki magát az, aki különböző vegyi anyagokkal szennyezett területről származó élelmiszert fogyaszt? Kutatásunkkal ezt próbáltuk modellezni. Szennyezőként nehézfémek vegyületeit választottuk, vizsgáltuk, milyen mennyiségben épülnek be a gombák szervezetébe a növekedés során. Azért esett a választásom a gombákra, mert gyors a növekedési ciklusuk [1], így alkalmasak egy ilyen jellegű kutatáshoz. Munkánk elméleti háttere A talajszennyezés A természetes viszonyok között kialakult fizikai, kémiai és biológiai tulajdonságai jelentős mértékben és kedvezőtlen irányban változnak meg [3]. A talajszennyeződéssel az ökológiai talajfunkciók (biomassza termelés, szűrő, kiegyenlítő, kialakító és raktározó szerep, élettér és genetikai tartalék) károsodnak. A talajszennyezés fő forrásai az ipari- és vegyipari üzemek, az agrokémiai központok, a vasúti átrakóhelyek. Az ipari szennyezések Légköri kiülepedés révén, csővezetéktörés, tartálykocsi sérülés miatt alakulnak ki.

szivárgás,

szakszerűtlen

tárolás,

Fontosabb szennyezőanyagai például a benzol és alkilbenzol származékok a gyógyszeriparból, a festék- és műanyagiparból. Klórozott aromás szénhidrogéneket is találunk, például az olaj, a bakelit vagy a kaucsuk oldószerei, valamint régen növényvédőszerekben is alkalmazták. A fémfeldolgozó üzemek, az alumíniumkohók és a színesfémkohók jelentős mennyiségű szennyezőanyagot juttatnak a környezetünkbe.

135

1. ábra. Gyárkéményekből áradó füst A mezőgazdasági szennyezések Kialakulásának okai elsősorban az intenzív műtrágyázás következménye melynek során ammónium-, nitrát-, foszfát- és kálium-származékok kerülnek a talajba. A jelentősen mérgező nehézfémeket tartalmazó szennyvíziszap elhelyezésével a talajban a káros anyagok a növények számára felvehető állapotba kerülnek. Fontos megemlíteni szennyező forrásként a talajjavító és -fertőtlenítő anyagokat, a kártevők elleni anyagokat valamint a növényvédő szereket.

2. ábra. Műtrágya Az elemek csoportosítása biológiai szerepük alapján Egyes fémek kis mennyiségben szükségesek az élővilág számára ezek az esszenciális fémek, a bór, cink, króm, kobalt, mangán, molibdén, ón, réz és vas. Más fémek – arzén, kadmium, ezüst, higany, ólom, berillium – az élő szervezeteket mérgezik, toxikusak. Az esszenciális fémek optimálist jóval meghaladó koncentrációban, valamint a nemesszenciálisak növekvő koncentrációban fokozottan mérgezőek [6]. Ha az élőlények számára felvehető állapotba (oldatba) kerülnek, akkor mérgező hatást fejtenek ki. A hatás nem azonnali. Az élő szervezetekben felhalmozódva elemenként különböző koncentrációnál válnak mérgezővé. A felhalmozódási jelenség az oka annak, hogy a nehézfémek képesek végighaladni a táplálékláncon és így például a nehézfémet tartalmazó halakat elfogyasztó ember számára is veszélyt okozhatnak.

136 Nehézfém Kadmium (Cd)

Por vagy füst formájában belélegezve mérgező, oldott formája erősen mérgező, akkumulálódik a talajban. Rákkeltő hatású, allergiás bőrtüneteket okoz, akkumulálódik a szervezetben.

Króm (Cr) Ólom (Pb)

Higany (Hg)

Ezüst (Ag)

Környezet-közegészségügyihatás

Az emésztőrendszerben vagy por alakban belélegezve a tüdőben mérgező hatású, akkumulálódik, az agyműködést károsítja, szülési rendellenességet okoz. Bőrön keresztül vagy gőzét belélegezve erősen mérgező, akkumulálódik, károsítja a központi idegrendszert és szülési rendellenességet okoz. Akkumulálódva mérgező, a bőr és a szemek tartós elszürkülését okozza.

1. táblázat. A nehézfémek környezeti- és közegészségügyi hatásai [6] Nehézfémmel szennyezett területek Magyarországon A kadmium előfordulása A kimutatási határ fölötti értékek zöme az Északi-középhegység, a Duna–Tisza köze és a Tiszántúl területére esik, s nem alakulnak ki nagyobb, összefüggő területek [5]. Három anomális terület (a Zagyva, a Széksóstói főcsatorna és a Maros vízgyűjtője) mind a két szintben megjelenik. Ehhez csatlakozik a felső szintben a budapesti Szilas és Rákos patak, valamint a tömörkényi Csukás-éri főcsatorna.

3. ábra. A kadmium előfordulása Magyarországon [5]

137 A króm előfordulása A kis és a közepes koncentráció-értékek összefüggő területei a Duna–Tisza közén, Dunántúli és az Északi-középhegységben valamint a Tiszántúlon jelennek meg [5]. Az alsó mintázási szintben anomális ill. szubanomális értékkel szintén körvonalazódik a Zala könyökében egy anomális terület. A Zagyva ártéren a króm számos egyéb elem anomáliájával együtt jelenik meg.

4. ábra. A króm előfordulása Magyarországon [5] Az ólom előfordulása Az ipari tevékenységgel nem szennyezett, mezőgazdaságilag művelt területekre az ólom java a műtrágyákkal, kisebb hányada az üzemanyagokból jut be. Hazánk területének nagyobbik része ilyen jellegű, így hát nem meglepő, hogy várható értéke a felső szintben magasabb [5]. A mért ólomkoncentrációk többsége a 0–30 g/t közötti tartományban összpontosul. A 30 g/t fölötti értékek — nagyon szerény számú kivételtől eltekintve — a jelentősebb iparvidékek alatt összpontosulnak (Zagyva, Sajó, Rákos és Szilas patak, Körösök, Maros, Szamos, Felső Tisza). A Duna–Tisza közén a háttér-koncentrációk nagy kiterjedésű, relatív minimumát figyelhetjük meg.

5. ábra. Az ólom előfordulása Magyarországon [5]

138 A higany előfordulása A térképen [5] nem találunk nagy, összefüggő anomális területeket. Kisebb Hganomália van a Bükk-alján, a Mátrában, a Maros árterén, a Hernád és a Sajó árterén, Budapestnél a Szilas és a Rákos patak üledékeiben, a Duna–Tisza közén (Pálmonostora, Dong-éri főcsat.), valamint Nagyigmándnál a Concó üledékében. Ezek közül néhány (pl. a Mátrában és a Maros völgyében lévő) érces eredetre utalhat, a többi értelmezéséhez további munka szükséges.

6. ábra. A higany előfordulása Magyarországon [5] A nikkel előfordulása Ni-ből is a Duna–Tisza közének talajaiban van a legkevesebb [5]. Az alsó mintavételi szintben a Co–Cr–Fe–Mn-nal közös anomáliát láthatunk a Zalai dombság területén. A felső mintavételi szintben erőteljes anomáliája jelentkezik a Zagyva üledékeiben — valószínűleg főként a salgótarjáni kohósalak bemosódása folytán. Önmagában még ez a koncentráció (58,1 g/t) sem jelent különösebb környezeti terhelést, veszélyessé az anomália többelemes jellege teheti.

7. ábra. A nikkel előfordulása Magyarországon [5]

139 A réz előfordulása A térképen [5] a 13 g/t értéknél kisebb koncentrációkat a Duna–Tisza közén s a nyírségi homokterületeken találjuk; a Dunántúl nagy része 13–46 g/t koncentrációkkal jellemezhető. Anomáliáit a Szamoson, a Maroson és a Zagyva árterén találjuk. Közel anomális a Gyöngyös patak, a Sajó és a Felső Tisza üledéke.

8. ábra. A réz előfordulása Magyarországon [5]

Kutatásunk Munkánk során azt vizsgáltuk, hogy képesek-e a gombák a talajból a különböző nehézfém-ionokat felvenni és beépíteni a szervezetükbe, és ezzel a gombákat fogyasztó ember szervezetébe bejutva nehézfém-mérgezést okozni. Az általunk vizsgált gombafaj a közönséges csiperkegomba, melyet növekedése során a magyarországi talajokban gyakran előforduló nehézfém-ionokkal (Cd2+, Pb2+, Cu2+, Ni2+) kezeltem. A gombák növesztésénél ügyeltünk arra, hogy az öntözőoldat kivételével minden körülmény egyforma legyen. Ennek érdekében kereskedelmi forgalomban kapható csiperke termődoboz tartalmát nyolc egyenlő részre osztottuk, majd az utasítás szerint kezeltük és azonos körülmények között tároltuk őket. Mindegyiket másféle oldattal kezeltük. Négy esetben az oldat tisztán tartalmazta a vizsgálandó nehézfém-iont egyforma koncentrációban, egy gombatelepet Cd2+ és Ca2+, egy másikat Pb2+ és Ca2+-ionok keverékét tartalmazó oldattal kezeltük. A hetedik gombatelepet kalciumionokat tartalmazó oldattal öntöztük, végül a nyolcadik telepet kontrollnak hagytuk meg és desztillált vízzel öntöztük. Rendszeresen figyeltük és összehasonlítottuk a gombák növekedését.

140 8 elkülönített gombatelepeket kezeltünk 1 mol/dm3 koncentrációjú 1. 2. 3. 4. 5. 6. 7. 8.

NiSO4-oldattal CuSO4- oldattal Pb(NO3)2-oldattal Ca(NO3)2-oldattal Cd(NO3)2-oldattal Ca(NO3)2- és Cd(NO3)2-oldat elegyével Ca(NO3)2- Pb(NO3)2-oldat elegyével ioncserélt vízzel (kontroll) kezeltük.

Ca2+

Ni2+ Cu2+ Pb2+ Ca2+ Cd2+ Ca2+ és Cd2+ és Pb2+

9. ábra. Csiperkegomba termődoboz A 10. és 11. ábrákon figyelhető meg a gombatelepek fejlődése a kezelést követő 1 és 5 hét után. A 12. ábrán néhány közeli felvétel látható a gombafonalak szövedékéről.

10. ábra. A gombák fejlődése az első héten

141

11. ábra. A gombák fejlődése az ötödik héten

12. ábra. A gombafonalak szövevénye a takaróföldön A képeken jól látszik, hogy az első telep, amelyiket nikkelionokkal kezeltünk, nagyon lassan indult fejlődésnek, és még az 5. héten sem mutatott szembetűnőbb változást. A második telep (amit rézionokat tartalmazó oldattal öntöztünk meg) gombafonalai már az első héten átszőtték a termőföldet, és az 5. hétre már megjelentek rajta, és fejlődésnek indultak a gombatojások. A harmadik és negyedik telepen a gombafonalak szövedéke jelentős, ám ezeken nem alakultak ki a gombatojások, mint a másodikon, hanem a hifák erőteljes szövevénye jellemezte a takaróföldet. Az ötödik telepen, amelyiket kadmiumont tartalmazó oldattal nedvesitettünk be, alig találunk hifákat. Itt megfigyelhető volt, hogy ahol

142 nem érte a földet az oldat, a telep oldalát körbeszőtték a csiperke hifái. A hatodik telep, amelyik a kadmiumiont és a kalciumiont egyaránt tartalmazta, szintén szépen fejlödött, ám a gombatojások ezen sen alakultak ki, szintén erőteljesen beszőtte a gombafonal a takaróföldet. A hetedik telepen (amely kalciumion és ólomion keverékét tartalmazta) sem volt szembetűnő a változás. A nyolcadik telep volt a kontroll, amelyet ioncserélt vízzel öntöztünk, szépen fejlödött, kialakultak rajta az 5. hétre a gombatojások is. Sajnos a gombáink nem a várt ütemben nőttek, ennek oka lehet, hogy nem tudtuk a számára megfelelő hőmérsékletet biztosítani. A növesztés után a gombatojásokból kivonatokat készítettünk és térfogatos elemzéssel meghatároztuk nehézfémion-tartalmukat [2]. Leszüreteltük két telepről gombatojásokat és külön-külön megmértük a tömegüket. Mindkét mennyiség 0,1 gramm volt. Azért a gombatojásokból gyűjtöttünk mintát, mert a gombák fejlődésük során a kezdetleges tojások formájában veszik fel nagy mennyiségben a számukra szükséges anyagokat, ekkor építik be a szervezetükbe, később a növekedés fázisaiban már csak hasznosítják azokat. A leszüretelt gombatojásokat dörzsmozsárban összezúztuk és törzsoldatot készítettünk belőle (100 cm3-re hígítottuk desztillált vízzel), hogy méréseinket elvégezhessük, vagyis hogy meghatározzuk a gombák által beépített réz(II)-ionok mennyiségét. A törzsoldatból 20-20 cm3-t mértünk ki, 100 cm3-es Erlenmeyer lombikokba, amiket szintén desztillált vízzel 50 cm3-re hígítottunk, majd hozzáadtunk 5 cm3 5 %-os ecetsavat és 1 gramm kálium-jodidot. 5 perm múlva a kivált jódot 0,1 mólos nátrium-tioszulfát oldattal megtitráltuk. Egyenértékpont közelében 1 cm3 keményítő indikátort adtunk hozzá. A réz(II)-ionok a jodidionokat jóddá oxidálják, miközben réz(I)-ionok keletkeznek. Ezek a feleslegben lévő jodidionokkal igen rosszul oldódó réz(I)-jodid csapadékot adnak: 2 Cu2+ + 4 I- = 2 CuI + I2 A csapadék kiválása tolja el az egyensúlyt a jód keletkezésének irányába. Megfelelő jodidion felesleg esetén a kivált jód mennyisége gyakorlatilag egyenértékű a titrálandó réz(II)ionokkal. A réz(I)-jodid csapadékmennyiségileg akkor válik le teljesen, ha a reakcióelegyet ecetsavval gyengén megsavanyítjuk. Erős savval nem szabad savanyítani, mert az erős savak oldják a csapadékot. A réz(II)-ionok által kiválasztott jódot nátrium-tioszulfát mérőoldattal, keményítő indikátor jelenlétében mérjük: I2 + 2 S2O32- = S4O62- + 2 I-

13. ábra. A gombatojások begyűjtése (1), zúzása (2), jódkiválás (3)

143 Eredmények, következtetések A kísérletünk során a jódkiválás megtörtént, de a minimálisan kimutatható réz(II)-ion mennyiségénél kevesebbet tartalmazott az oldat. Ezáltal a réz jelenléte a gombákban kimutatható volt, de a mennyiségük nem. Következő lépésben megvizsgáltuk a kontroll gombatelepet. Elvégeztük rajta a réz(II)-ionok és egyéb nehézfém ionok (nikkelionok, ólomionok és kadmiumionok) kimutatását, hasonlóan az előző eljáráshoz, a gombatojásokból törzsoldatot készítettünk és a különböző nehézfém-ionokat próbáltuk kimutatni bennük. Ez a gombatelep a várt eredményeknek megfelelően egyik nehézfém-iont sem tartalmazta. Munkánk alapján módszerünkkel nem tudtuk számszerűen meghatározni a gombák nehézfém-akkumulációjának egészségügyi kockázatát, azonban kimutattuk, hogy a gombatojásokba bekerülnek a nehézém-ionok. További kutatásaink során megpróbálunk a gombák növekedéséhez megfelelő körülményeket biztosítani. Felhasznált irodalom: [1] Dr. Berend Mihály – Dr. Szerényi Gábor: Biológia I. Műszaki Kiadó, Budapest, 2007. [2] Dr. Pungor Ernő – Dr. Szepesváry Pálné: Analitikai kémiai laboratóriumi gyakorlatok Műegyetemi Kiadó, Budapest, 1999. Internetes források: [3] http://www.agr.unideb.hu/ktvbsc/dl2.php?dl=20/14_eloadas.ppt [4] http://www.kvvm.hu/szakmai/karmentes/kiadvanyok/okkptajekoztato2002/index.htm [5] http://www.mafi.hu/static/microsites/geokem/Popul1.html [6] http://ecology.science.unideb.hu/files/02-Nehezfemek-a-talajban.pdf

144

BISEL – A BIOINDIKÁCIÓ SZEREPE VÍZMINŐSÉG-VIZSGÁLATOK SORÁN, AVAGY EGY HUMÁN REALISTA MEGFIGYELÉSEI

Faragó Zsolt Felkészítő tanár: Wohlgangné Dr. Pretz Valéria Pollack Mihály Műszaki Szakközépiskola, Szakiskola és Kollégium; Pécs, Magyarország Éltető elemünk, a víz A Föld természeti törvényei szerint, ahol víz van, ott élet is van. A víz jelenléte sokak számára evidencia, sajnos azonban ez mára már korántsem egyértelmű helyzet, még hazánkban sem. A vízhiány és a mindennapossá váló vízszennyezések aggasztó méreteket öltenek. A Föld 71%-át víz borítja, melynek 97,5%-a sós víz. Mivel a maradék 2,5%-nyi édesvíznek kétharmad része Földünkön fagyott formában található, így a fogyasztásra illetve felhasználásra is alkalmas édesvíz a Földön mindössze 1%. Könnyen beláthatjuk, hogy ez arányaiban véve nagyon kis mennyiség, és sajnos ebből az adatból alátámasztódik a médiumokból áradó hír is, miszerint vízkészleteink korlátozott mennyisége igencsak fogytán van. Kevesen gondolnák, de testünk 75%-át, agyunknak pedig 85%-át alkotja víz, egy ember pedig folyadék nélkül legfeljebb 3 napig maradhat életben, ezzel szemben étel nélkül akár egy hétig is. Az iparban is óriási pazarlás tapasztalható: 1 szelet kenyér előállításához 40 liter víz szükséges. 1 darab tojás esetén ez már 200 liter, 1 darab hamburger 2400 liter, 1 darab farmernadrág 6000 liter, 1 kg marhahús pedig 15500 liter. [1] Ezek alapján az ipari fogyasztás fenntarthatósága igencsak megkérdőjelezhető. Végül jöjjön egy érdekes hasonlat: Ha a Föld vízkészleteit egy vödörbe öntenénk, akkor az édesvíz ebből mindössze egy teáskanálnyi lenne… A Bisel története A felszíni vizek szennyezettségének bioindikátorok alkalmazásával történő vizsgálata több, mint egy évszázaddal ezelőtt kezdődött. Ezen kutatók úgy tartották, hogy a szennyezett vízben előforduló élőlények különböznek a tiszta vízben előfordulóktól. Ettől kezdve több mint ötven különböző biológiai vízminőség-meghatározási módszert dolgoztak ki. 1978-ban a Belga Közegészségügyi Minisztérium megkezdte egy széleskörű program finanszírozását, azzal a céllal, hogy az ország minden vízfolyásának vízminőségét biológiai vizsgálati módszerek segítségével felmérjék. Ezen elhatározást az inspirálta, hogy a felszíni vízkezelés és vízgazdálkodás területén égető szükség volt összehangolt politikára. A biológiai vízminőség ismerete várhatóan jobb betekintést nyújt a folyók és patakok öntisztulási folyamataiba. A megszerzett információk segíthetnék például a döntéshozókat a szennyvíztisztító telepek és felszíni víztározók helyeinek kiválasztásában is.

145 A rendelkezésre álló különböző módszerek közül két számítási módszer tűnt gyakorlati szempontból is használhatónak az európai körülmények között: Woodiwiss (1964) Trent Biotikus Indexe, valamint Tuffery és Verneaux (1968) Biotikus Indexe. Mindkét index makroszkopikus vízi gerinctelenek (makrogerinctelenek) vizsgálatára épült. A makrogerinctelenek mintavételi eljárásai közül a leggyakorlatiasabb és legáltalánosabb módszernek a kéziháló használata bizonyult. Ez az eljárás lehetővé teszi a legtöbb vízfolyásban és a part mentén történő mintavételt, valamint a mintavételi eljárás szabványosítása a szabatos és összehasonlítható vizsgálatoknak az előfeltétele.

1. ábra. A kézi hálózás menete A vizsgálat alapelve: 1. A vízminőség változása egy bizonyos mértékig hatással van a flórára és faunára. A makrogerinctelenek (szemmel látható gerinctelen élőlények) a vízminőség „bioindikátoraiként” szolgálnak. 2. Minél érzékenyebb egy élőlény, annál tisztább vízben tud csak életben maradni. 3. Minél tisztább a víz, annál több fajta élőlény található benne. Módszere: 1. Mintavétel: próbáljunk minél több élőlényt gyűjteni a vízből! 2. Feldolgozás: azonosítsuk őket, és állapítsuk meg az élőlények darabszámát! 3. Értékelés: csoportosítsuk az élőlényeket érzékenységük alapján, és osztályozzuk a vízminőséget! Előnyök: 1. A biológiai vizsgálat eredménye pontokkal fejezhető ki (ez az úgynevezett bioindex), illetve színskála segítségével vizuálissá is tehető, látványosabbá téve az eredményeket. 2. A biológiai vízminősítés a kémiaival szemben hosszabb idejű változásokat mutat ki, így jobban tükrözi a vízfolyás ökológiai állapotát. 3. Az élőlények rendkívül sokféle szennyeződésre reagálnak, ezért a Bisel Index a vízfolyás általános biológiai állapotát is jelzi.

146 Hátrányok, korlátok: 1. A biológiai vizsgálatok a vízminőség ökológiai változásait kutatják, ezért ezekből az adatokból nem lehet azonosítani a szennyeződés közvetlen okát, ahhoz már kémiai vizsgálatok szükségesek! 2. A vizsgálatokat évszakonként szükséges elvégezni. 3. A biológiai vizsgálatok ökológiai változásokat kutatnak, ezért a módszer gyengéje, hogy ezeket az ökológiai változásokat kizárólag az adott vízfolyás vízminőségére vonatkoztathatjuk. Ennek okán rengeteg módszer terjedt el, szinte minden ország a saját indexét használja. [2] Az iskolai szakkör Hazánkban 2001 januárjában született megállapodás az akcióprogram indításáról, ezt követően pedig még ez év márciusában a Dráva konferencián hivatalosan is elindításra került a program, 15 középiskola kinevezésével. A nálunk használt Bisel Indexről fontos még tudni, hogy a BBI-vel (Belga Biotikus Index) szemben egyszerűsített, mely a taxonok beazonosításának mélységében mutatkozik meg, itt nem keresünk teljesen pontos meghatározást. Ezen iskolák közt volt a miénk is, elődeim pedig már a kinevezési hónapban elvégezték az első méréseket, melyek egyből fel is kerültek a központi weboldalra. A választott mérőhelyek Pécs városán belül az Éger-völgyi patak, valamint a Pécsi-víz mentén 2 helyszín: egyik a vágóhíd előtt, a másik pedig a bőrgyár után. Ennek köszönhetően vizsgálhatóvá vált egy kifejezetten tiszta, turisztikai helyszín vize, valamint tapasztalatok vonhatók le a Pécsi-víz (gúnynevén Fekete víz) mentén elhelyezkedő két gyár környezetszennyező mivoltáról is. A vizsgálatokat iskolánk tanulói mintegy 10 éve végzik, tanítás utáni szakkör keretein belül. A vizsgálatok változóan, pár havonta kerülnek elvégzésre, ennek köszönhetően 2001 óta jelentős mennyiségű információval és tapasztalattal rendelkezünk. Mivel minden évben kerültek elvégzésre vizsgálatok, ezek jól használhatók összehasonlítási alapként, melyekből lehet következtetni a víz minőségének az évek múlásával történő változására, figyelembe véve a környékbeli gyárak, egyéb szennyező vagy épp tisztító elemek működését is. A terepi fizikai és kémiai vizsgálatokat VISOCOLOR bőrönd és hordozható konduktométer segítségével végezzük, melynek óriási előnye, hogy elegendő minimális mennyiségű mintát venni. Ezáltal a vizsgálati vegyszerekkel nem szennyezzük az adott vízfolyást. Mért paraméterek: - pH - Nitrát-ion tartalom - Nitrit-ion tartalom - Ammónium-ion tartalom - Foszfát-ion tartalom - Vezetőképesség - Változó és állandó keménység

147

2. ábra. VISOCOLOR bőröndök a kolorimetriás vizsgálatok elvégzéséhez. A taxonvizsgálatok során (merítés) talált fajok szétválogatása után az azonosításhoz kézikönyvet [3], táblázatot használunk. A biotikus index meghatározása standard táblázat alapján történik, amely két nagyobb függőleges egységet tartalmaz, egyet az előforduló taxonok érzékenysége, egyet pedig ezek mennyisége határoz meg. A biotikus index értéke 010-ig változhat, minél magasabb az értéke, annál tisztább a vizsgált víz. Az eredmények alapján a vizet 5 vízminőségi osztályba tudjuk besorolni.

3. ábra. A makrogerinctelenek szétválogatása. Legjellemzőbb talált taxonok: - gyűrűsféregek (Oligocheata), - bolharákok (Gammaridae), - puhatestűek (Mollusca), - kétszárnyúak (Diptera), - kérészek (Ephemeroptera). Adatrögzítés, jegyzőkönyvkészítés A jegyzőkönyvbe rögzített adatok a talált taxonokon felül, tartalmazzák az aktuális időjárási körülményeket és a vízfolyás geológiai jellemzőit is, mint például a vízáramlás sebessége, meder állapota, vízpart esése.

148

4. ábra. Szabványos BISEL jegyzőkönyv az adataink rögzítéséhez.

149

5. ábra. A BISEL táblázat a kiértékeléshez. A biotikus index meghatározás a mellékelt standard táblázat alapján történik, amely két nagyobb függőleges egységet tartalmaz, egyet az előfordult taxonok érzékenysége, egyet pedig a mennyisége részére.

150 A vízszintes beosztás a megfigyelt faunisztikus csoportoknak felel meg, 1-től 7-ig sorba rendezve a csökkenő környezeti igényeknek, illetve a szennyezettséggel szembeni tűrőképesség növekedésének megfelelően. (1. oszlop) A legérzékenyebb csoportok, mint a Plecoptera, a külső vázzal rendelkező Trichoptera és Ephemeroptera a táblázat felső szintjén találhatók. A legnagyobb tűrőképességgel rendelkező fajok a táblázat alján szerepelnek. Az első három csoportnál (1-3. sor) szükséges azt tudni, hogy a mintában 1, 2 vagy több rendszertani egység van-e jelen (3. oszlop). Az adott esettől függ, hogy melyik sort választjuk az értékeléshez. A függőleges oszlopok a taxonok előfordulásának gyakoriságát mutatják, azaz a mintákban talált taxon darabszámot jelzik. A sor és az oszlop metszéspontja adja a biotikus indexet az adott mintavételi helyre vonatkozóan. Azt a sort választjuk ki, amely a legjobban utal a legérzékenyebb faunacsoportok jelenlétére az adott mintában. A biotikus index 0-10 közötti értékű lehet. Minél magasabb az értéke, annál érzékenyebb csoportok és rendszertani egységek vannak jelen a vizsgált vízben. A legalacsonyabb biotikus indexet, a 0-t (nagyon nagy szennyezettség) akkor kapjuk, ha a Syrphidae csoport kivételével minden csoport hiányzik. Saját, konkrét mérési adataink

6. ábra. Mérőhelyeink pontos elhelyezkedése Pécs városában. A térképen a korábban már említett három mérőhelyünk látható: az Éger-völgyi patak, valamint a Pécsi-víz folyásánál a nagy ipari felhasználó cégek előtti, illetve azok utáni mintavételi pontok.

151

7. ábra. A Biotikus Index változása 2001-2010-ig. A fenti ábrán a Biotikus Index változását láthatjuk, a szakkör kezdeti méréseitől egészen napjainkig. Egyértelműen megfigyelhető, hogy az Éger-völgyi patak rendkívül tiszta, mondhatni szinte teljesen szennyeződésmentes, ökológiailag kiváló állapotban van. Mindkét skála minimálisan változott csak az évek folytán, azaz nagyobb, kiemelkedő mennyiségű és hosszú hatású szennyezés vagy állapotromlás nem figyelhető meg egyik felszíni vízfolyásban sem.

8. ábra. Az Éger-völgyi patak mért értékeinek változása 2001, 2007, 2010. években. Az előző ábra skálája alapján levont tapasztalatokat követően, lássunk pár konkrétabb adatot. Az igen tisztának mondható, turisztikailag is nagyon látogatott Éger-völgy vizében nem figyelhető meg a határokat súroló, vagy az átlagostól eltérő mérési adat, azaz egy évtized alatt is sikerült megőriznie tisztaságát.

152

9. ábra. A Pécsi-víz mért értékeinek változása 2001, 2007, 2010. években. Éger-völggyel ellentétben, a Pécsi-víznél már nem ilyen pozitív a helyzet. Nagyon sok kiemelkedő értéket láthatunk a fenti ábrán. Elsődlegesen a keménység, illetve a nitrát-ion koncentrációja mutat nagyobb eltérést, szinte az összes évben. A 2010-es, rendkívül kiemelkedő 60 mg/l-es nitrát-ion tartalom friss szennyezésre utal. Ezekből az adatokból – mint az már korábban említve lett –, következtethetünk a szennyeződés vízfolyásba kerülésének idejére, mivel a szennyezés először nitrát-, a bomlás által később nitrit-, végül pedig ammónium-ion koncentráció-növekedés formájában jelenik meg.

10. ábra. A Pécsi-víz 2005-ben tapasztalt jelentős eltérési adatai.

153 Az előző grafikon tanulsága alapján, nézzünk most egy korábbi, 2005-ös adatsort a Pécsi-víz méréseiről. Ebben az évben szintén kiemelkedő volt a nitrát-ionok koncentrációja, azaz feltehetőleg folyamatos szennyezés történik. A két mérőhely pedig óriási előny ilyen szempontból, mivel így az is látható, hogy a gyárak mellett való elfolyás során ez az érték megduplázódott. Szakkörünk további érdeme, hogy egy korábbi szennyezést észrevéve, egyből jelentettük azt a hatóságoknak, akik utánajárva megállapították, hogy szennyvíz-beeresztés történt a folyóvízbe, majd intézkedésüknek köszönhetően ez is megoldódott. Összegezve: Az általunk is használt bioindikációs módszer segítségével lehetőségünk van a körülményes és bonyolult fizikai, kémiai vizsgálatok helyettesítésére, modellezhetjük a környezeti tényezők komplex hatásait, követhetjük változásainak irányát és felhívhatjuk mások figyelmét a víz-kincseink megóvására. Figyeljünk környezetünkre, és óvjuk, kíméljük azt! Felhasznált irodalom [1] www.wikipedia.hu [2] www.bisel.hu [3] Bisel kézikönyv

154

MENTA ILLÓOLAJ - DE MILYEN? KÜLÖNBÖZŐ EREDETŰ MENTA ILLÓOLAJOK VÉKONYRÉTEG KROMATOGRÁFIÁS VIZSGÁLATA

Farkas József Felkészítő tanár: Nagy Judit Mentor: Dr. Laczkó-Zöld Eszter Bolyai Farkas Elméleti Líceum, Marosvásárhely, Románia Bevezetés A borsmenta, latin nevén Mentha x piperita L. az ajakosok családjába tartozik [2, 3]. Illóolajának gyógyító hatása már évezredekkel ezelőtt ismert volt, napjainkban is a leggyakrabban használt növényi szerek közé tartozik [3]. Ezt a hatást az illóolajban található monoterpéneknek köszönheti [1, 2, 3]. A borsmenta egy hibrid növény, több menta faj keresztezésével alakították ki. Nagyon érzékeny a külső hatásokra és könnyen gombásodik (a menta rozsdagombája, Puccinia menthae), körülményes a termesztése [2]. Vadon nem terem meg. Az iparban az olaját néha más mentafajok illóolajával is dúsítják, árának minimalizálása végett [2]. A borsmenta illóolaj minőségét a komponenseinek száma és azok aránya határozza meg. Fő komponense a mentol (legkevesebb 50%), ezen kívül menton (10-20%), jazmon (0,1%), mentofurán (2,5-5%) található benne, ez utóbbi kellemetlen szaga miatt rontja az olaj minőségét. A borsmenta illóolajában található fontosabb monoterpének:

mentol

menton / izomenton

mentofurán

mentil acetát

piperiton

jazmon

karvon

Más komponensek:

pulegon

155

A fodormenta (Mentha crispa L.) olajában nincs mentol, ehelyett karvont, kuminalkoholt, dihidrokarveolt tartalmaz, e komponensek miatt lehet jól megkülönböztetni a borsmentától. A japánban termesztett mentából (Mentha arvensis L.) nyerik a természetes mentolt, mivel a növény illóolajának szabad mentol tartalma eléri a 90%-ot is [1, 2]. A mentol részleges eltávolításával nyert illóolaj az Európai Gyógyszerkönyvben hivatalos (Menthae arvensis aetheroleum partim mentholum depletum) és terápiás célra felhasználható [8]. Ezekből kiindulva kíváncsi lettem arra, hogy a kereskedelmi forgalomban található illóolajok összetétele megegyezik-e a címkén feltüntetett összetétellel, illetve hogy a borsmenta illóolajként forgalmazott termékek valóban borsmentából származnak. Vizsgálati anyag és módszer Kutatómunkám során különböző eredetű borsmenta illóolajokat hasonlítottam össze. Kémiai összetételüket és tisztaságukat vizsgáltam vékonyréteg-kromatográfiával. Ezzel a módszerrel egy keverék komponensei polaritás szerint elválaszthatóak. Feltételezéseim szerint a frissen desztillált illóolaj (Marosvásárhelyi Orvosi és Gyógyszerészeti Egyetem gyógynövény kertjéből gyűjtött növényi nyersanyag) komponensei csak részben egyeznek meg a kereskedelemből származó illóolajokkal (5 db különböző kereskedelmi termék). A saját desztillálású borsmenta illóolaj színe a kereskedelmiekéhez hasonlóan halvány sárgás-zöld, illata viszont ezektől nagyon eltérő volt. A vizsgált borsmenta illóolaj minták eredete: 1. Saját desztillálású borsmenta illóolaj, desztillálva 2010.10. 2. Solaris cégtől, lejárt szavatosságú 2008.05.31 3. Solaris cégtől, szavatosság 2012.08.30 4. Fares cégtől, szavatosság 2011.08.12 5. Fares cégtől, lejárt szavatosságú 2008.02.23 6. Japán, Menthae arvensis aetheroleum partim mentholum depletum (Mentha arvensis illóolaja, amelyből a mentolt részlegesen eltávolították). Vékonyréteg - kromatográfiás elválasztás [4, 5, 6, 7, 8] Réteg: Kieselgel 60, 0.25 mm (ALUGRAM® SIL G, MN, Németország), 20 x 10 cm lemezeken Kifejlesztőszer: toluol-etilacetát keveréke 93:7 arányban; Kifejlesztési távolság: 8 cm; Előhívó reagens: - szeszes kénsavas ánizsaldehid (1 ml ánizsaldehid + 90 ml etil alkohol + 1 ml cc. kénsav), hevítés 105 °C-on 5 percig - kénsavas DNPH (1 g dinitrofenil–hidrazint 20 ml víz + 20 ml cc. kénsav elegyében feloldunk, majd az oldatot vízzel 100 ml-re egészítjük); Tesztanyag: mentol 0,2%-os kloroformos oldata, 10 µl ; Minta: illóolajok 2%-os kloroformos oldata, 10 µl. A mintákat sávban vittem fel, majd a kifejlesztő elegybe állítottam. Amint az oldószerek elérték a frontot (maximális kifejlesztési távolság), száradni tettem a réteget, amelyen az illóolaj komponensei már elkülönültek, de nem láthatók. Szárítás után a réteget előhívó reagenssel permeteztem be, hevítettem és így váltak láthatóvá a komponensek.

156 Eredmények és megbeszélésük A minták értékelésénél kétféle előhívó reagenst használtam: ánizsaldehidet, amellyel az illóolajban található monoterpének hevítés után (105 °C) szerkezetük függvényében piros, kék, ibolya, zöld árnyalatokat adnak, és DNPH-t, amellyel csak az aldehidek és a ketonok reagálnak, sárga és narancssárga színeződést adva. Az elválasztott komponenseket retenciós faktorral (Rf) jellemeztem: Rf = a/b, ahol a – a komponens által megtett távolság (cm), b – az oldószer elegy által megtett távolság (cm). Ezeket a következő táblázatban foglaltam össze. 1. táblázat. VRK során elválasztott komponensek Komponens Rf Szín I Ismeretlen 0,26 Kékeszöld II Mentol 0,36 Kék III Cineol 0,48 Liláskék Ismeretlen IV 0,60 Lila (pulegon ?) V Izomenton 0,66 Rózsaszín VI Menton 0,78 Halványkék VII Mentofurán 0,92 Sárgásbarna VIII Szénhidrogének 0,97 Liláskék

A kromatogramon (1. ábra) II-el jelölt komponens a tesztanyagként felvitt mentollal megegyező kromatográfiás viselkedést mutat (kék színeződést az ánizsaldehides előhívás után, Rf = 0,36), ez a komponens az összes mintában a fő összetevő. Az illóolajokban levő többi komponens azonosítása irodalmi adatokkal összevetve történt [4, 5, 6, 7, 8]. A III-al jelzett komponens cineolnak felel meg. A IV-es minta ismeretlen, illetve egyes irodalmi adatok szerint lehet pulegon [6], az V és a VI komponens pedig izomenton és menton. A saját desztillálású mintában található egy sárgás barna folt (Rf = 0,92) ami a kereskedelmi mintákból hiányzik (1 ábra). Ennek a foltnak a jelenlétére nem minden irodalmi forrás tér ki. Az Európai Gyógyszerkönyv megemlíti, hogy a front közelében levő intenzív pirosas-lila szénhidrogének alatt sárgás-barna foltként mentofurán található [8]. Ez egy instabil vegyület, és csak a frissen desztillált olajban található [6]. Tehát hiánya a kereskedelmi mintákban érthető és valószínűen ez a magyarázat arra, hogy a frissen desztillált olajnak más illata volt, mint a kereskedelmieknek.

157

VIII VII VI V IV III II I

1

2

3

M

4

5

6

1 ábra. Borsmentaolajok kromatogramja ánizsaldehides előhívás után (1 - saját desztillálás; 2-6 – kereskedelmi minták; M – mentol tesztanyag)

Ismerve a mentofurán instabilitását másnap megismételtem az eljárást ugyanazokkal a már hígított mintákkal. Ezúttal párhuzamosan két rétegen választottam el az olajokat, az egyik réteget ismét ánizsaldehiddel hívtam elő a másikat pedig az aldehidekkel és ketonokkal reagáló DNPH-val. A DNPH-val bepermetezett lemezen jól látható a mentonnak megfelelő erős sárga folt (Rf = 0,78) (3. ábra). Az ánizsaldehiddel előhívott lemezen a saját desztillálású illóolaj mintában (1) már nem látható a mentofurán sárgás-barna foltja (2. ábra). Ezen a rétegen első mintaként egy fodormenta illóolajat (1A) is megvizsgáltam, ebben a fő komponens a karvon (piros színeződés, Rf = 0,70).

1A

1

2

3

M

4

5

6

2. ábra. Menta illóolajok kromatogramja ánizsaldehides előhívás után (1A – fodormenta olaj; 1 - saját desztillálás; 2-6 – kereskedelmi minták; M – mentol tesztanyag)

158

1

2

3

M

4

5

6

3. ábra. Menta illóolajok kromatogramja DNPH-s előhívás után (1A – fodormenta olaj; 1 - saját desztillálás; 2-6 – kereskedelmi minták; M – mentol tesztanyag)

Emiatt ismét végeztem egy elválasztást egy napig oldatban álló és frissen feloldott illóolaj mintával (4. ábra). Ezen a kromatogramon nagyon jól látható, hogy a hígítva tárolt illóolajban (1a) a mentofurán mennyisége sokkal kevesebb, mint a frissen hígított mintában (1b). Ez azt bizonyítja, hogy a hígítva tárolt illóolajban ez a vegyület még instabilabb.

1a

1b

4 ábra. Saját desztillálású borsmenta illóolaj kromatogramja ánizsaldehides előhívás után

159

Következtetések A vékonyréteg-kromatográfiás elválasztás után a kiértékelés folytán könnyen megkülönböztethetjük az egyes mentafajok illóolaját, mert a vékonyrétegen kialakult kép (kromatogram) az adott növény illóolajára jellemző. A mentofurán jelenléte a borsmenta illóolajban ennek frissességére utal. A lejárt és a le nem járt szavatosságú illóolaj minták kromatogramjai igen hasonlóak, a komponensek száma megegyezik és csak igen csekély különbségek figyelhetők meg az egyes foltok színintenzitásában. A kereskedelemből borsmenta illóolajként beszerzett és vizsgált minták mindegyike valóban borsmentából származik. Bibliográfia [1] Eşianu S., Csedő C. (1999). Curs de Farmacognozie. Vol II. Litografia UMF Târgu Mureş. [2] Rácz, G., Rácz-Kotilla, E., Laza, A. (1984). Gyógynövényismeret. Ceres Könyvkiadó, Bukarest. [3] Szendrei, K., Csupor, D. (2009). Gyógynövénytár. Útmutató a korszerű gyógynövényalkalmazáshoz. Medicina Könyvkiadó Zrt., Budapest. [4] Szőke, É., Kéry, Á., Lemberkovics, É. (2009). Farmakognózia. Növényi drogok farmakobotanikai és fitokémiai vizsgálata. Semmelweis Kiadó, Budapest. [5] Wagner H., Bladt, S., Zgainski E.M. (1989). Drogenanalyse. Dünnschichtchromatographische Analyse von Arzneidrogen. Springer-Verlag Berlin Heidelberg New York. [6] Wagner, H., Bladt, S. (2001). Plant Drug Analysis. A Thin Layer Cromatography Atlas. Second Edition. Springer-Verlag Berlin Heidelberg New York. [7] *** (1993). Farmacopeea Română. Ediţia a X-a. Editura Medicală, Bucureşti. [8] *** (2004). European Pharmacopoeia. 5th Edition. Council of Europe, Strasbourg.

160

VAJDASÁG ARTÉZI VIZEINEK VIZSGÁLATA KONDUKTOMETRIÁS MÉRÉSSEL Fejdi Emma Felkészítő tanár: Szórád Endre Bolyai Tehetséggondozó Gimnázium és Kollégium, Zenta, Szerbia Az analitikai kémiában a konduktometriás módszerrel elektrolitoldatok elektromos vezetőképességét mérjük, és ebből illetve ennek kémiai reakciók hatására bekövetkező változásaiból származtatunk analitikai információkat. Az anyagok vezetőképességén az elektromos ellenállásuk reciprokát értjük. Az elektromos vezetéshez olyan töltéshordozók jelenléte szükséges, amelyek képesek arra, hogy az elektromos tér hatására elmozduljanak. A tiszta víz, mivel benne töltéshordozók csak igen kis, az autoprotolízisnek megfelelő [H+] = [OH–]= 10–7 mol/dm3 koncentrációban vannak jelen, csak nagyon kis mértékben vezeti az elektromos áramot, szigetelőnek tekinthető. Elektrolitok vizes oldataiban azonban a kationok és anionok koncentrációja jelentős lehet, emiatt azok az elektrolitikus disszociáció mértékétől függően többnyire vezetők. Kihasználva iskolám kollégiumi előnyeit, társaim segítségével, akiknek állandó lakhelye szerte Vajdaság különböző települései, artézi víz mintákat gyűjtöttem és vizsgáltam vezetőképességüket konduktométerrel. Ezután mértem a vizek keménységét és az eredmények feldolgozása során átfogó képet kaptam Vajdaság ivóvízkészletéről.

161

LABORATÓRIUMI SZINTŰ SZAKASZOS SZENNYVÍZTISZTÍTÁS Geréd Juliánna és Keresztes Réka Felkészítő tanárok: Bucs Szilárd, Kerekes Zsófia Kós Károly Építőipari Szakközépiskola és Szakmunkásképző, Csíkszereda, Románia A világ legtöbb országában a kommunális és az ipari szennyvizeket közös csatornarendszerbe vezetik, és együttesen kezelik. A leggyakrabban alkalmazott ilyen kezelési, tisztítási módszer az eleveniszapos biológiai szennyvíztisztítás. Készüléke lebegőágyas, folyamatosan táplált bioreaktor. A biomassza lényegileg a reaktorban marad, iszap ugyan állandóan lép ki a medencéből, de annak nagy része visszatáplálásra kerül a kellő iszapkoncentráció biztosítására. [1] A reaktor alaptípusa hosszanti átfolyású, téglalap alaprajzú medence, levegőztetővel és keverővel ellátva. Közepes és nagy szennyvíz áramoknál használatos. A mikroorganizmusok folyamatos oxigén ellátást igényelnek, és keveréssel lebegésben kell tartani az eleven iszapot, a tápanyag és végtermék egyenletes koncentrációjának egyidejű biztosítása mellett. [1] A tisztítást e biológiai tisztítókban az eleveniszap végzi, ami nagy felületű, 50200 mikronos átmérőjű részecskékből áll. A részecskékben az üzemeltetési viszonyoktól függően néhány, vagy igen sokféle mikroorganizmus él együtt. [1] A cél egy házilag elkészített SBR reaktor megépítése, bemutatása, és segítségével az eleveniszapos szennyvíztisztítás hatásfokát befolyásoló paraméterek tanulmányozása. Vizsgáltuk a tisztítási hatásfokot, ezen belül a kémiai és biológiai oxigén igényt, konduktivítást, turbidítást, lebegőanyag tartalmat, valamint vizsgáltuk az eleven iszap ökológiáját is. A vizsgálatok segítségével, megfigyeltük, hogy a paraméterek milyen mértékben befolyásolják az eleveniszapos szennyvíztisztító hatékonyságát. A reaktor egy téglalap alapú, 21 literes akvárium, amiben általunk készített szintetikus szennyvíz és eleven iszap van. Rendszerünket aerob körülmények között üzemeltetjük. Az oxigénellátást egy akvárium levegőpumpával oldottuk meg. Fontos a baktériumok szaporodása szempontjából a szén-nitrogén arány. Ha mi készítjük el a szennyvizet, akkor biztosak lehetünk benne, hogy ez megfelelő. [2] Az elkészített szennyvizet mindig felfőztük a tisztítás előtt, hogy kiküszöböljük más baktériumok hatását. A kísérleteink során négy féle szennyvízreceptet használtunk különböző hozzávalókkal és különböző KOI értékekkel. Ez első három típus után megtaláltuk a számunkra legmegfelelőbb negyedik típust. Az első három ciklust kivéve mindig ezt a receptet használtuk. A recepteket táblázatba foglaltuk össze. [2] Mivel az SBR reaktorok is eleven iszappal működnek szükség volt ennek a beszerzésére. Mi a csíkszeredai szennyvíztisztító állomás eleven iszapját használtuk. Az iszap a szennyvíztisztító telep levegőztető medencéjéből származik, aminek nagyon jó az iszap minősége, így nem volt szükség baktérium felszaporításra. Az eleveniszap biomasszája legnagyobb számban és tömegben baktériumokat tartalmaz, de felfedezhetünk benne állati egysejtűeket (protozoa) és többsejtű (metazoa) élőlényeket is. A szennyvíz biológiai lebontását főleg a baktériumok végzik, azonban a pehelyszerkezet karbantartásában a magasabb rendű élőlények is szerepet kapnak.

162 Az SBR reaktor megépítése után végeztünk egy kilenc mérésből álló vizsgálatot, amikor a tisztítási hatásfok változását figyeltük meg. Következtetésként elmondhatjuk, hogy sikerült bebizonyítani, hogy lehetséges házilag egy SBR reaktort megépíteni és üzemeltetni, mivel a kémiai oxigénigény minden esetben csökkent, tehát a vizet tisztítottuk. A BOI a nyolcadik ciklusban lecsökkent a megengedett 20 mg/l érték alá. Egyértelműen azt mutatja, hogy sikerült egy jó hatékonyságú aktív iszapot létrehozni, melynek a hatásfoka egyre növekszik. Öt napos vizsgálat során megmértük a lebegőanyag tartalmat, konduktivitást, turbiditást, kémiai oxigén igényt, valamint megfigyeltük az eleven iszap élővilágát is. Vizsgáltuk az általunk kiválasztott a három paraméter hatását a szennyvíztisztítóra négy héten keresztül. A kísérleti eredményeinket elemezve kijelenthetjük, hogy a három paraméter közül a hőmérséklet enyhe növelése hatásfok növekedést eredményezett, míg a másik két paraméter oldott oxigén és pH hatásfok csökkenést okozott. Adatainkból arra tudunk következtetni, hogy a tisztítási folyamatban résztvevő mikroorganizmusok a pH változására a legérzékenyebbek, ezt igazolják a következő értékek is. Következtetésként levonhatjuk, hogy úgy laboratóriumi, mint üzemi körülmények között a műkődési paraméterek befolyásolják a tisztítási hatásfokot. Felhasznált irodalom: (csak az itt leírt irodalom könyvészete) 1. Biological Wastewater Treatment Systems. John Wiley, Chichester, 1990. 2. Stability analysis of a syntethic municipal wastewater. Ingmar Nopens, Carlo Capalozza and Peter A. Vanrolleghem. Gent : Universiteit Gent, July 2001.

163

SEPSISZENTGYÖRGY KÖRNYÉKI VIZEK ELEMZÉSE Mátyás Botond-Barna és Pünkösti Zsolt Felkészítő tanár: Újfalvi Irma Székely Mikó Kollégium, Sepsiszentgyörgy, Románia "Víz! Se ízed nincs, se zamatod, nem lehet meghatározni téged, megízlelnek, anélkül, hogy megismernének. Nem szükséges vagy az életben: maga az élet vagy." (Saint-Exupéry) Elméleti rész: a víz, az elemzéshez használt eljárások rövid ismertetése Tudjuk, hogy a víz rendkívül fontos szerepet betöltő kémiai anyag: a Föld vízburkát alkotja, kitölti a világ óceánjait és tengereit, az ásványok és kőzetek alkotórésze, a növényi és állati szervezetek pótolhatatlan része. Nélkülözhetetlen az iparban, a mezőgazdaságban, a háztartásban. Az egyetlen olyan anyag, amely a Földön mindhárom halmazállapotában megtalálható. A nem megfelelő minőségű víz súlyos gondokat okozhat az élő szervezetekben, valamint az előbb felsorolt területeken (pl. vesekő, kazánkő). Hogy miért is lehet annyi mindenre fölhasználni és hogy miért is olyan különleges? Nos, ez nem másnak, mint a vízmolekula tulajdonságainak köszönhető. Mi három analízist végeztünk a Sepsiszentgyörgyi Közművek laboratóriumában: keménység meghatározása, kloridion (Cl-) mennyiségi meghatározása, valamint kémhatás (pH-érték) meghatározása. A keménység, illetve a Cl- mennyiségi meghatározását titrálással végeztük. A keménységnél tampon ammónium-klorid oldatot használatunk, hogy a minta pHját 10 körülire emeljük, majd 1,02 faktoros EDTA oldattal titráltunk; az indikátor: fekete ericrom T. A Cl- esetében nem használtunk tampon oldatot csupán kálium-kromátot mint indikátor, majd ezüst(I)-nitráttal titráltuk. A kémhatás meghatározásához digitális pH-mérőt használtunk, amelyet a vizsgálat előtt puffer oldatokkal ellenőriztünk. Gyakorlati rész: eredmények feldolgozása Vízmintáinkat Sepsiszentgyörgy környékéről gyűjtöttük, forrásokból és kutakból: Büdös-kút(1), Kő-forrás(2), Csaba-forrás(3), zaláni kútvíz(4), árkosi kútvíz(5), gidófalvi kútvíz(6). Vízminta sorszáma Összkeménység (nk˚) Cl- tartalom (mg/l) Kémhatás (pH-érték) 1 11,024 19,14 ---------2 8,606 22,69 ---------3 7,311 16,3 6,83 4 10,738 45,38 7 5 11,424 19,14 --------6 6,740 17,72 --------1. táblázat Mérési eredményeink

164 Eredményeinkből az derül ki, hogy az általunk vizsgált vízminták közepesen kemények, klorid-ion tartalmuk nagyon alacsony egy jó minőségű vízéhez képest. Kémhatás szempontjából vizsgálva viszont semleges kémhatásúak. nk°

Minőség

0-4 4-8 8-18 18-30 30 felett

nagyon lágy lágy közepesen kemény kemény nagyon kemény

Minőség semleges kevés közepes jó minőségű tűrhető korrozív hatású rossz minőségű

klorid-ion (Cl-) tartalom (mg/l) 0 0 – 50 50 – 80 80 – 200 200 - 300 300 – 500 500 - 1000

2. és 3. táblázatok Vízkeménység és Cl- tartalom etalonok Felhasznált irodalom 1. Kémiai kislexikon 2. Balázs Lórántné: Kémiai kísérletek 3. Park-Usborne: Kémia 4. Balázs Lórántné: Kémia, ennyit kell(ene) tudnod 5. Kocsis Sándor: Kémia a laboratóriumban és otthon

165

A POLITEJSAV Molnár Dániel Felkészítő tanár: Baranyi Ilona Táncsics Mihály Gimnázium, Dabas, Magyarország Bevezetés Az ember időről időre újabb anyagokat fejleszt ki, állít elő, és tanul meg használni. Minden ilyen anyag “megszelídítése” egy új mérföldkő az emberiség történetében. Ha visszatekintünk a történelem korábbi szakaszaira mindig volt valamilyen anyag amely jelenléte nélkülözhetetlen volt az akkori ember számára. Míg régebben ezek főleg fémek voltak (először a réz, majd a bronz, majd – főleg az ipari forradalom idején tért nyerő – vas), ma ezt a szerepet egy egészen új anyagcsoport, a polimerek töltik be. Talán furcsának tűnik, de ezek az anyagok nélkül elképzelhetetlen lenne modern életünk. A műanyagflakonok, a fogkefe, ruhadarabjaink nagy része, a csomagolópapírok, a játékok, egyes táskák, edények:, gépek alkatrészei; mind egytől egyig polimer. Műanyagok Ezek az anyagok monomerekből keletkeznek polimerizációval. A polimerekben ezeket a kis ismétlődő egységeket (monomerek) kovalens kötések kapcsolják össze. Ezek tehát rendkívül nagy molekulájú anyagok. A műanyagok olyan polimerekből készült termékek, amelyeket ipari méretekben gyártanak, tulajdonságait ipari eljárásokkal, adalékanyagok hozzáadásával javították. Tulajdonságaik, így felhasználhatóságuk is függ monomerüktől, valamint előállításuk módjától. Megkülönböztetünk természetes, illetve mesterséges alapanyagú műanyagokat. A természetes műanyagok közé tartozik például a cellulóz, és a fehérjealapú műanyagok, valamint a gumi is. Ezek előállítása valamilyen természetes polimer feldolgozásával történik, például a kaucsukból gumit gyártanak.. A mesterséges alapanyagú műanyagok előállításának alapanyaga általában valamely kőolajipari termék [1] A monomerek polimerizálása az anyagtól függően történhet lépcsőzetes polimerizációval (polikondenzáció), vagy láncpolinerizációval (poliaddíció). A kettő közt alapvető különbség, hogy a lépcsőzetes polimerizációnál a moláris tömeg először lassan, majd kis idő után hirtelen növekedik, míg a láncpolimerizációnál valamivel egyenletesebb, és gyorsabb a láncnövekedés. A lépcsőzetes polimerizációnál, a láncpolimerizációval szemben mindig keletkezik melléktermék.

Környezetvédelmi szempontok A műanyagok elterjedésének fő okai az olcsó előállíthatóság, és a tartósság, valamint a kis sűrűség, és ebből következően a könnyű szállíthatóság. Elterjedésük környezetvédelem szempontból alapvetően jó, hiszen gyártásukhoz mindössze nyolcadannyi energia szükséges, mint az acéléhoz, és harmadannyi, mint az alumíniuméhoz.[2] Gyártásuk azért is

166 környezetkímélő, mert általában szennyvizet sem termel. Negatívum azonban az, hogy előállításuk főleg fosszilis energiahordozókból történik. Ezzel tovább csökkentjük ezek (főleg a kőolaj) mennyiségét. Másik negatívum, hogy – mivel többségük a hozzáadott adalékanyagok miatt lassan lebomló – ezért felhalmozódnak. A PVC, a PE, a PP, és a PS egyáltalán nem, míg a poliakrilátok, a PET, és egyéb polikondenzációval készült polimerek lassan hidrolizálnak, de ezt a hozzáadott stabilizátorok lelassítják. Meg kell tehát oldanunk a hulladékkezelést A hulladékkezelés egyik módja a lerakás. Ez hosszútávon nyilván nem megoldás, hiszen nem csinálhatunk szeméttelepet környezetünkből. A másik mód az égetés. Alapvetően ez jó, hiszen a műanyagok égéshője körülbelül megegyezik a kőolajéval, így például Bécsben a hulladék 80%-át égetik el, és feleannyiba kerül a távfűtés, mint Budapesten. Másrészt egy igen nagy negatívuma az égetésnek, hogy minden szerves anyag égése során, ha klór van jelen (például NaCl) bizonyos mennyiségben felszabadul, egy dioxin nevű anyag (1.ábra), amely rendkívül veszélyes nem csak a környezetre, hanem az emberekre is. A

1.ábra: Egy dioxinszármazék szerkezete legkörnyezetkímélőbb (bár nem a legolcsóbb) módszer mindenképpen az újrahasznosítás. Ekkor a hulladékból újra kiindulási anyagot gyártunk. Ez történhet kémiai, vagy fizikai úton. Minden esetben azonban szükséges a hulladékok szelektív gyűjtése (minden polimert különkülön). Főleg az emberi lustaság miatt a műanyaghulladék csupán körülbelül 10 %-át hasznosítják újra, ami nagyon kevés. Az újrahasznosítást nehezítik még az adalékanyagok is, így ez még körülményesebb, újrahasznosításuk viszont azért nagyon előnyös, mert az eljárás jóval energiatakarékosabb, mint például a papíré, és szennyvíz sem keletkezik (míg a papírénál konkrétan igen). [3]

A politejsav Ma polimerkutatások középpontjában állnak a biológiailag lebomló polimerek. Ezek kiutat jelenthetnek ugyanis a felhalmozódó hulladékokból. A cél olyan jó tulajdonságú környezetbarát, biológiailag lebomló polimerek előállítása amelyek gyártása megoldható környezetbarát módon, s melyek kiszoríthatják a környezetre káros, lassan lebomló polimereket. Nagyobb elterjedésük környezetvédelmi szempontból nélkülözhetetlen Már régóta elterjedten alkalmazott környezetbarát polimer a politejsav, azaz a PLA. Monomerje a tejsav, egy királis molekula.(2. ábra) Biológiailag igen jelentős vegyület az Lizomerje. Ez az anyag keletkezik például izomláz esetén is. A politejsav elterjedése régebben háttérbe szorult, hiszen a kőolajból történő előállítása igen drága és környezetszennyező eljárás. Elterjedése a gyártásának forradalmasítása, és így az árának csökkenése következtében vált lehetővé. Tulajdonságai igen kedvezőek. Ma fő felhasználási területe átlátszósága miatt a csomagolóipar, de nagy mennyiségben használja még az autóipar,

167 valamint az elektrotechnikai, és a textilipar.[4] Felhasználása az orvostudományban is jelentős.

2. ábra A tejsavmolekula szerkezete vonalas ábrázolással Készítenek belőle fecskendőket, vér tárolására alkalmas zsákokat, katétereket, de bőrpótló szövetnek is alkalmas. [5] Környezetvédelmi szempontból nagy előnye, hogy lehetőség van a fosszilis nyersanyagok helyett, megújuló alapanyagokból történő előállításra. A legkörnyezetkímélőbb a fermetációs eljárás, amely során kukoricából kivont keményítőt savas hidrolízissel szachariddá alakítják, majd tejsavbaktériumos erjesztéssel alakítják tejsavvá.(3.ábra) A rendszerből a tejsav kilúgozással, majd kénsavas kezeléssel nyerhető ki. [4] Ennek nagy hátránya, hogy a gyártás élelmiszerből történik, így nehézségek jelentkezhetnek az emberek élelmeztetésében. A tejsavból vagy termikus polikondenzációval (vízelvonással), vagy két lépésben laktidokon keresztül gyűrűfelnyitásos poliaddícióval (ROP=Ring-OpeningPolymerization) állítható elő politejsav.

3. ábra- A gazdaságos tejsavgyártás főbb lépései Az első esetben a reakció katalizátorokat igényel, viszont mégis ez az előnyösebb, hiszen a ROP-vel szemben itt nem szükséges nagy tisztaságú monomer, tehát jóval

168 olcsóbb.[5] Az iparban viszont mindkét eljárás alkalmazott, mert a két eljárás során eltérő tulajdonságú polimerek keletkeznek.

4.ábra- A PLA-ból készült villa két hónap alatt csaknem 100%-ában lebomlik szén-dioxidra és vízre Másik nagy előnye, hogy két hónap alatt csaknem 100%-ában lebomlik szén-dioxidra, és vízre (4. ábra), amelyek a természetes körforgásban használnak fel fotoszintézisükhöz azok a növények, amelyekből újra tejsav állítható elő. Létrejön tehát egy körforgás, amelyben a lebomlott anyag gyakorlatilag újrahasznosítja önmagát. Ez a körforgás az úgynevezett tejsavciklus.[4] A lebomlás napfényt nem igényel, nedvesség, és hőmérséklet hatására gyorsítható.[5]

Tulajdonságok változtatása Rengeteg lehetőség van a politejsav tulajdonságainak megváltoztatására, ezzel kibővül a felhasználhatóság. A termikus polikondenzációval, és a ROP-vel nyert polimerek, mint azt már fentebb említettem különböző fizikai, és mechanikai tulajdonságokkal rendelkeznek. A termikus polikondenzációval (megfelelő katalizátorok segítségével) nyerhető PLA tulajdonságai jobbak: a ROP-vel nyerhetőéhez képest. Ezeknek a műanyagoknak jó az időjárás-állósága; előállítanak belőlük csészéket, fóliákat, filmeket, de ROP-vel nyert polilaktidokat alkalmaz például a csomagolóipar. [5] A kiindulási monomerkeverék összetételének megváltoztatásával is új, jó tulajdonságú polimereket nyerhetünk: például az L- és D,L-laktid (ezek optikai izomerek) 90:10 arányú keverékéből ROP-vel nyert politejsav a a csomagolóiparban, de 70:30 arányú keverékből szintén ROP-el előállított PLA a gyógyászatban implantátumokként alkalmazható.

169 Polikondenzáció esetén a katalizátorok is nagyban befolyásolják a keletkező polimer minőségét.[5] Révén, hogy az ekkor keletkező polimer átlagos moláris tömege jelentősen kisebb a ROP-éhoz képest láncnövelőkre van szükség. Erre alkalmasak többek között a különböző diizocianát-származékok. Ezek azért is alkalmasak, mert a PLA alapú uretánok esetén az izocianát rész is bakteriálisan viszonylag hamar lebomlik. Az elvi alapja gyakorlatilag az, hogy a tejsavból valamilyen kis molekulatömegű prepolimert állítanak elő, és azt diizocianáttal reagáltatva nyerik a nagy molekulatömegű az uretán típusú kopolimereket. A leggyakrabban ilyen célra használt diizocianát-származékok a TDI (toluol-diizocianát), és a HMDI (hexametilén-diizocianát).[5] A politejsavból készült kompozitok gyártása is előnyös, hiszen így a legtöbb esetben az ár is csökkenthető.. Például a PLA/faliszt kompozitnak nagy a szilárdsága, a merevsége, és kicsi a sűrűsége, és mivel a faliszt ipari melléktermék, környezetkímélő, és olcsó megoldás [4]

Összegzés Amennyiben a jövőben is meg akarjuk őrizni bolygónkat, meg kell óvnunk a környezetünket. Csodálatos dolognak tartom, hogy végre elérhető közelségbe került egy olyan anyagcsoport ipari méretekben történő elterjedése, amellyel jelentős mértékben kompenzálhatjuk, illetve megelőzhetjük bolygónkon okozott környezeti károkat. Talán még el sem tudjuk képzelni milyen óriási lehetőségeket rejtenek magukban a környezetbarát polimerek, de helyettesíthetünk velük rengeteg műanyagtárgyat, melyek lassan lebomló hulladékot hagynak maguk után. Azonban a tudomány feladata eme új környezetbarát polimerek kifejlesztése, melyekkel megakadályozhatjuk a szemét felhalmozódását. Addig is nekünk kell mindent megtennünk, az újrahasznosítás kiterjesztésével, hogy csökkentsük a hulladék mennyiségét egy tisztább, szebb jövőért. Köszönetnyilvánítás Köszönettel tartozom Baranyi Ilonának; felkészítő tanáromnak, valamint Lendvayné Győrik Gabriellának, Renner Károlynak, illetve Tábi Tamásnak a sok hasznos segítségért. Felhasznált irodalom [1]: Dr. Siposné Dr. Kedves Éva, Horváth Balázs, Péntek Lászlóné: Kémia 10- Szerves kémia, 2005, Mozaik kiadó, Szeged [2]: AKI kíváncsi kémikus nyári kutatótábor krónikája; Csiszér Ágnes Biológiailag lebomló polimer kompozitok c. dolgozata, 2010, Budapest [3]: http://www.veab.mta.hu/upload/file/Majdik_2009.pdf (megtekintés időpontja:2011. 02. 09.) [4]: Az AKI kíváncsi kémikus nyári kutatótábor krónikája; Patus Eszter Műanyagok újrahasznosítása c. dolgozata, 2010, MTA Kémiai Kutatóközpont, Budapest [5]: http://www.chem.science.unideb.hu/DoktIsk/Ertekezesek/KDI026/KDI026full.pdf (megtekintés időpontja:2011.02.12)

170

AZ ALUMÍNIUMGYÁRTÁS ÉS A VÖRÖSISZAP KELETKEZÉSE Rózsa Tibor és Fekete Krisztián Felkészítő tanár: Kiss Szilvia Kodály Zoltán Alapiskola, Dunaszerdahely, Szlovákia A timföld létrejötte A timföldet bauxitból állítják elő. A világ timföldtermelésének 90 %-át a Karl Joseph Bayer által 1892-ben szabadalmaztatott Bayer-eljárással állítják elő. A bauxit feltárása nátronlúggal megy végbe melyet több körfolyamatban is felhasználnak. A Bayer-féle körfolyamat hét pontból áll melyek a következők: 1. Bauxit törése, aprítása 2. Beállítás 3. Kovasavtalanítás 4. Feltárás 5. Vörösiszap elválasztása 6. Kikeverés 7. Kalcinálás A bauxit előkészítése: A bauxitot 0,07 – 1 mm közti darabokra aprítják a lúggal való kezelés céljából. Feltárás: A lúggal kevert zagyot túlnyomásos tartályokban hevítik 250 °C-ra, majd ezután hígítják.A megmaradt elegyben található az aluminátlúg. Az elegyet ülepítik és az így megmaradt anyag a vörösiszap, melyet ún. zagytározókban tárolnak. Kikeverés: A kikeverés célja a timföldhidrát kiválasztása az aluminátlúgból, hogy jó minőségű timföldet kapjanak. Az aluminátlúgos keveréket tartályokba töltik ahol folyamatosan keverik és katalizátorként kristályos alumínium- hidroxidot adnak hozzá. Ezt az elegyet többször is átszűrik vízzel. Kalcinálás: A kalcinálás az alumíniumgyártás befejező művelete mely forgó csőkemencékben történik, ahol a vizet kiizzítják az elegyből. A kész timföldet felhasználásig silókban tárolják.

171 A Bayer-féle körforgás.

A timföldgyártás és az alumínium létrejötte

172 A vörösiszap összetétele: - vas-oxid 24-45% - alumínium-oxid 15–28% - titán-dioxid 3–11% - szilícium-dioxid 5–20% - nátrium-oxid 5–12% - kalcium-oxid 1–3% A bauxitgyártás mellékterméke a vörösiszap mely lúgos kémhatású. Ez az anyag bőrrel

érintkezve égési sérüléseket okoz. A lúgos kémhatását gipsszel illetve savval lehet semlegesíteni. A vörösiszapot zagytározókban (kazettákban) tárolják. Magyarországon több ilyen tározó is található. Pl.:Ajka mellett (nyitott) Almásfüzitő (nyitott) Neszmély (nyitott) Mosonmagyaróvár (zárt) A vörösiszap-tárolók felületi rétegét (0,8-1,0 m) a szélerózió megakadályozása érdekében a széntüzelésű erőművekben keletkező pernyével összekeverik, ami a pH csökkenéséhez vezet,majd szerves anyag adagolásával gyorsítják a talajképződést. Ezt követően a tározókat befüvesítik. A vörösiszap hasznosításának egyik lehetséges útja a benne lévő gallium és vanádium kinyerése. Néhány helyen téglákat készítenek belőle, illetve cementgyártásnál adalékanyagként használják a vörösiszapot. Újabban pedig a szén-dioxid elnyeletéséhez alkalmazzák, ami a globális felmelegedés elleni küzdelem szempontjából fontos lehet számunkra.

173

POSZTER SZEKCIÓ TÜZELŐANYAG-CELLÁK Anitics Tamás Felkészítő tanárok: Dr. Tompos András , Szórád Endre Bolyai Tehetséggondozó Gimnázium és Kollégium, Zenta, Szerbia A jövő energiatermelésében meghatározó szerepet fognak játszani a megújuló energiaforrások. Az egyik lehetséges forgatókönyv szerint a megújuló energiaforrásokból hidrogént illetve metanolt állítanak elő, amelyeket tüzelőanyag-cellákban alakítanak át elektromos energiává. A tüzelőanyag-cellák működhetnek hidrogénnel, azonban a folyékony energiahordozók könnyebben kezelhetők, emiatt előtérbe kerültek a metanolt felhasználó tüzelőanyag-cellák, melyeket direkt metanol tüzelőanyag-celláknak is hívnak, angolul direct methanol fuel cells (DMFC). A DMFC-k első alkalmazási területe minden bizonnyal a hordozható készülékek, azaz a mobil telefonok és lap top-ok energiaellátása lesz. A kémiai energia elektromos energiává történő átalakításának hatékonysága nagymértékben függ a DMFC-ben alkalmazott elektrokatalizátortól. Az anódon a metanol elektrooxidációja, míg a katódon az oxigén redukciója játszódik le. Mindkét elektródfolyamat bevált katalizátora a Pt. Sajnos a Föld platina készlete nem elegendő ahhoz, hogy a tüzelőanyag-cellák sorozatgyártása beinduljon. A kutatási feladat új típusú elektrokatalizátorok tervezése és aktivitásának vizsgálata a metanol elektrooxidációjában.

174

A TEHETSÉG ÉS AZ AKARAT DIADALA MADAME CURIE ÉLETE ÉS MUNKÁSSÁGA Darvas Lilla Felkészítő tanárok: Szász Gyöngyi és Varga Márta Szinyei Merse Pál Gimnázium, Budapest, Magyarország 2011 az ENSZ határozata alapján A Kémia Nemzetközi Éve lett. 100 évvel ezelőtt vehette át Marie Curie második, kémiai Nobel-díját. Ebből az alkalomból szeretném ennek a kivételes tudósnak az életét és a munkásságát bemutatni.[1] A poszter első részében Madame Curie életét és annak főbb állomásait mutatom be: a családját, tanulmányait, rövid nevelőnői munkáját, majd párizsi tanulmányait. Megismerkedését és házasságát Pierre Curie-vel, majd férje halála után további elkötelezett kutatómunkáját, az intézetébe került fiatal kutatók munkájának segítését. A poszter második része Marie Curie radioaktivitás kutatásával kapcsolatos munkásságát tárja fel. Szeretnék mindenkit megismertetni azon tényekkel, hogyan jutott el a Curie házaspár a radioaktivitás felfedezéséhez, s hogyan sikerült két új elemet, a rádiumot és a polóniumot felfedezniük. Férje halála után Marie Curie magányosan küzdött azért, hogy megismerje az új elemek gyakorlati hasznosításának lehetőségeit. [2] Harmadik rész egy felmérés eredményét mutatja be, amely Madame Curie életének és munkásságának utóéletét követi. A felmérést saját iskolám tanulói között végeztem, arra kerestem választ, hogy, mennyire ismeri Madame Curie-t egy mai, magyar, átlagos középiskolás diák.[3] [4] [5] 1. táblázat: A felmérés kérdései és eredményei 1. Ki volt Madame Curie? Miért különleges az ő személye? Válaszok Tudja Hibásan tudja Nem tudja 9. osztály 10. osztály 11. osztály 12. osztály átlag

56% 72% 84% 96% 77%

8% 8% 4% 4% 6%

36% 20% 12% 0% 17%

175 2. Milyen nemzetiségű volt Marie Curie? Válaszok Tudja Hibásan tudja Nem tudja 9. osztály 44% 44% 12% 10. osztály 12% 84% 4% 11. osztály 36% 60% 4% 12. osztály 56% 44% 0% átlag 37% 58% 5% 3. Melyik egyetemen végezte tanulmányait? Válaszok Tudja Hibásan tudja Nem tudja 9. osztály 8% 8% 84% 10. osztály 0% 4% 96% 11. osztály 28% 4% 68% 12. osztály 48% 8% 44% átlag 21% 6% 73% 4. Mit fedezett fel a Curie-házaspár? Válaszok Tudja Hibásan tudja Nem tudja 9. osztály 60% 8% 32% 10. osztály 28% 8% 64% 11. osztály 92% 0% 8% 12. osztály 76% 24% 0% átlag 64% 10% 26% 5. Mire használják napjainkban felfedezésüket? Válaszok Tudja Hibásan tudja Nem tudja 9. osztály 20% 8% 72% 10. osztály 12% 0% 88% 11. osztály 48% 16% 36% 12. osztály 80% 8% 12% átlag 40% 8% 52% 6. Hány Nobel-díj van a Curie-család birtokában? Válaszok Tudja Hibásan tudja Nem tudja 9. osztály 12% 48% 40% 10.osztály 12% 68% 20% 11. osztály 0% 72% 28% 12. osztály 40% 60% 0% átlag 16% 62% 22% Felhasznált irodalom: [1] Eve Curie: Madame Curie, Gondolat Kiadó, Budapest, 1959. [2] Kémiai Panoráma 2010. évf./2. szám, Vértes Attila – Radnóti Katalin: Marie Curie és a kémia éve [3] http://nobelprize.org/nobel_prizes/lists/women.html [4] http://hu.wikipedia.org/wiki/Marie_Curie [5] www.geni.com

176 Melléklet: Madame Curie családfája

Maria Sklodowska felmenői

Pierre Curie felmenői Paul Francois Curie

Augistine Curie

Salomea

Eugene Curie

Sophie CurieDepoully

Jacques Curie

Pierre Curie Éve Curie

7 testvér

Maria Sklodowska Iréne Curie

Helene LangevinJoliot

Jozef Sklodowski

Felix Boguski

Wladislaw Sklodowski

Bronislawa Boguski

6 testvér

Bronislawa Sklodowski

Jozef Sklodowski

Helena Sklodowski Frédéric Joliot Curie Pierre CurieJoliot

Zofia Sklodowski

177

ZÁNKAI VÍZMINŐSÉG!? Faragó Zsolt Felkészítő tanárok: Göbl László, Szabó Kornélia Pollack Mihály Műszaki Szakközépiskola, Szakiskola és Kollégium, Pécs, Magyarország A Balaton, a magyar tenger (elnevezése a szláv eredetű „blato” mocsár szóból származik, latin nevén Lacus Pelso) Közép-Európa legnagyobb tava, Magyarország meghatározó víztározója. Szikes tavaink közé tartozik, mely 77 km hosszú, szélessége 1,3– 14 km között ingadozik, átlagosan 7,8 km, felülete 594 km². Maga a tó viszonylag fiatal képződmény a holocénban 15000 évvel ezelőtt alakult ki. [1] A Balaton vizének, amely 1800 m3 és 2,2 év alatt cserélődik ki a minősége ökológiai, turisztikai szempontból is kiemelten jelentős. A médiából számos ellentmondó, néha túlzó állapot-leírásokat kapunk erre vonatkozóan. A Balaton és környéke biológiai és geológiai sokszínűsége miatt is jelentős. Számos Európában csak itt megtalálható faj él, melyek jelenlétének feltétele a jó vízminőség, ilyen például a balatoni endogén édesvízi szivacs. A Balaton északi részének jelentős területe a Balaton-felvidéki Nemzeti Park része, védettség alatt áll. Vizének minősége az északi területeken a kékalgafajok (pl.: Cylindrospermopsis raciborskii) miatt kritikus. A vízminőségének változását egy közkedvelt üdülőhelyen, Zánkán követtük nyomon. A vizsgált területek: Csorsza patak, Balaton vize (nyílt víz, strand, nádas, kikötő) és a környező források. A végzett vizsgálatok augusztus hónapban történtek. A vizsgálatok időtartama: 8 nap. A terepi fizikai és kémiai vizsgálatokat VISOCOLOR vízbőrönd, zajszintmérő készülék és hordozható konduktométer segítségével végeztük. A mért paraméterek: hőmérséklet, pH, oldott oxigén, nitrát-, nitrit-, ammónium-, foszfát- ion tartalom, vezetőképesség, változó-és állandó keménység mérések. A nitrát-és foszfát-ion tartalom összefügg a vízminőséget is meghatározó algafajok jelenlétével, elterjedésével és mennyiségével. A szerves nitrogént a vízi baktériumok első lépésként ammóniává alakítják át, amely 2 formába lehet jelen, a mérgező NH3 illetve a részben nem mérgező ammónium-ionként. Az ammóniát oxigén igényes folyamatokon keresztül a vízben lévő nitrifikáló baktériumok nitritté és nitráttá alakítják. Ennek aránya erősen függ a pH értékektől és a víz hőmérsékletéttől. A víz kémhatása továbbá döntő jelentőségű a halak életműködése szempontjából. Napfény hatására az erősödő asszimiláció lúgosodáshoz, míg hiánya a pH érték csökkenéséhez vezethet. [2] Az általunk vizsgált területen méréseink szerint a patakoknak viszonylagosan magas a nitrát tartalma, a Balaton vizének fosztfát-ion tartalma. Vezetőképesség mérés segítségével kimutatható volt a nádasok szűrő hatása. A Balatont is tápláló Csorsza patak biotikus indexe alapján pedig a mérsékleten szennyezett, erősen szennyezett vízminőségi kategóriába sorolható. 24 órás oldott oxigén tartalom méréseinkből az oxigén tartalom változásának ciklikusságát lehetett nyomon követni. Méréseink segítségével lehetőségünk van a zánkai strand és környékének vízminőségi elemzésére. Felhívhatjuk az ott üdülő turisták figyelmét a víz minőségének és értékeinek megóvására.

178 Felhasznált irodalom [1] www.wikipedia.hu [2] Borian György: „Jer, nézd a Balatont” A GREEN Vízminőség vizsgálati kézikönyv

179

ÉLŐVIZEK SZERVESANYAG-SZENNYEZETTSÉGE MAGYARORSZÁGON Fülöp Laura és Moós Gergely Felkészítő tanár: Neizer Zita Szinyei Merse Pál Gimnázium, Budapest, Magyarország Munkánk célja Poszterünket abból a célból készítettük, hogy bemutassuk az élővizek, különösen a magyarországi élővizek szervesanyag-szennyezettségét. Összefoglaljuk a vízszennyezés leggyakoribb típusait, a gyakori szerves szennyezőket és a szerves szennyező anyagok forrásait. Ismertetjük a vízminőségi osztályokat és Magyarország élővizeinek osztályba sorolását ez alapján. Bemutatjuk a szervesanyag-szennyezettség mérési lehetőségét és ismertetjük saját méréseink eredményét. Végezetül felsorolunk néhány konkrét esetet, amelyek során jelentős mennyiségű szerves anyag került a vízbe. Munkánk elméleti háttere Természetes vizek A természetes vizek együttese alkotja a Föld hidroszféráját. A Föld vízkészlete körülbelül 1,3 milliárd km3, ebből sós víz, azaz a tengerek és az óceánok vize 97,2 %, az édesvíz (folyók, tavak) a 2,8 %

1. ábra A Föld vízkészletének megoszlása a sótartalom szempontjából A természetes vizek három csoportra oszthatóak: csapadékvizek, felszíni vizek (amelyek tengereket, az óceánokat, a tavakat és a folyókat foglalják magukba) és felszín alatti vizek. Ezek közül a csapadékvizek a legtisztábbak és gyengén savasak. A felszíni vizek általában közvetlen fogyasztásra nem alkalmasak. A felszín alatti vizek a talajvizeket és a rétegvizeket jelentik.

180 1000 km3

%

1 350 000

97.61

Sarki, hegyvidéki jég és hó

29.000

2.08

Felszín alatti vizek

4.000

0.29

Édesvizű tavak

125

0.009

Sósvizű tavak

104

0.008

Talajnedvesség

67

0.005

Folyóvizek

1.2

0.00009

Vízpára az atmoszférában

14

0.0009

1 413 311

100

Vízkészletek megoszlása Víztározó megnevezése Óceánok és tengerek

Összesen

1.táblázat A Föld vízkészleteinek megoszlása Vízminőség A vízminőség a vizek fizikai, kémiai, biológiai és bakteriológiai tulajdonságainak összessége. A vízminőség meghatározásához mintát vesznek a vizekből meghatározott gyakorisággal. Mintavétel után megmérik a vízminták sótartalmát, szennyezettségét, szennyezőanyag tartalmát stb. A vízminőséget a felhasználás céljának ismeretében vizsgálják. Vízminőség szempontjából a természetes vizeket négy osztályba sorolják, az I. osztályú víz a tiszta vizet jelenti, a IV. osztályú víz szennyvíz. Vízminőségi osztályok ívásra, fürdésre, haltenyésztésre, élelmiszeripari felhasználásra

I. osztályú

tiszta víz

II.osztályú

kissé szennyezett víz állattenyésztésre

sportolásra, megfelel

III.osztályú

mesterséges szennyezőanyagoktól mentes, tiszta természetes állapotú víz, amelyekben az oldottanyag-tartalom kevés, közel teljes az oxigéntelítettség, a tápanyag-terhelés csekély és a szennyvízben baktérium gyakorlatilag nem fordul el külső szennyezőanyagokkal és biológiailag hasznosítható tápanyagokkal kismértékben terhelt víz külső eredetű szerves és szervetlen anyagokkal, illetve szennyvizekkel terhelt, biológiailag hozzáférhet tápanyagokban gazdag víz, a víz zavaros, tápanyagterhelés miatt eutrofizálódás (a vizek tápanyagokban, főként nitrogén- és foszforvegyületekben való gazdagodása) előfordulhat, szennyvízbaktériumok kimutathatók

szennyezett víz

öntözésre, ipari felhasználásra megfelel

szennyvíz

nem felel meg az illetve szennyvizekkel erősen terhelt, előző három osztály esetenként toxikus víz. Átlátszósága kicsi, zavaros színe jellemző és változó. követelményeinek

külonféle szerves és szervetlen anyagokkal,

IV. osztályú

Szennyvízbaktérium tartalma nagy

2.táblázat Vízminőségi osztályok jellemzői [1] A mérések során kapott adatok alapján Magyarország térképén bizonyos időközönként jelölik a vizek minőségének változását. A 2. és 3. ábrán Magyarország vizeinek szennyezettsége látható 1980-ban és 2002-ben.

181

2. ábra: Magyarország természetes vizeinek minősége 1980-ban [2]

3. ábra Magyarország természetes vizeinek minősége 2002-ben [3] A két ábra összehasonlítása alapján megállapíthatjuk, hogy régen sokkal tisztábbak voltak a vizek. Vízszennyezés Az élővizek szennyezését nagyrészt az emberi tevékenység okozza. Jelentős problémát okoz többek között az olajszennyezés, a különböző vegyszeres szennyezések és az eutrofizáció. Az olajszennyezés a tengereket és az óceánokat érinti. Ennek oka 1/4 része a vízi közlekedés, 1/3 részét a tankhajók okozzák. Az olajnak egy része elpárolog, de a nagyobbik része nagy kiterjedésű foltot alkot a víz felszínén. Az olaj vízzel nem elegyedik, gátolja a fény bejutását a vízbe, így csökken az oxigénfelvétel. Az élőlényekre mérgező hatással van. Az eutrofizáció során a nitrátok és a foszfátok feldúsulnak, ezáltal az algák elszaporodnak (ezt vizivirágzásnak is nevezzük). Ebből adódóan a fogyasztók száma is növekedésnek indul. A

182 sok növény elzárja a fényt, így csökken a fotoszintetizálás mértéke. A fogyasztók és a lebontók elszaporodása miatt oxigénhiány lép fel. Elhal a tavak élővilága és feltöltődik. Vegyszeres (ipari) szennyezések legjelentősebb szereplője a vegyipar. Az ipari szennyvíz naponta 2,5 millió m3, ennek fele a szabadba kerül. Számottevő még a villamosenergia-ipar, a kohászat, az élelmiszeripar. Biológiai (bakteriológiai) szennyezést koliliterben adják meg. A koliliter az a milliliterben kifejezett legkisebb vízmennyiség, amelyből kolibaktérium kitenyészthető. Ha 1 kolibaktérium található 100 milliliter vízben, akkor a víz tiszta, 10 milliliterben, akkor elég tiszta, ha 1 milliliter vízben, akkor már gyanús, és ha 0,1 milliliter vízben, akkor már szennyezett, így fogyasztásra nem alkalmas. A hőszennyezés oka az erőművekből a felmelegedett hűtővizet visszaengedik a folyókba. A vízi élővilág érzékeny a hőmérséklet-ingadozásra, a felmelegedett vízben kisebb a gázok oldhatósága, ezáltal oxigénhiány alakul ki, illetve a hőmérsékletváltozások következtében felgyorsul az állatok anyagcseréje. A szennyezés forrásai Mint említettük korábban, a vizek szennyezését általában az emberi tevékenység okozza. Az iparban elsősorban a vegyipar, ami a legjelentősebb vízszennyezés. A mezőgazdaságban a vegyszerek, a gyomirtók, a rovarirtók, és a műtrágyák okozzák a szennyezést. A háztartásokban is lehetnek szennyezők ilyenek például a mosószerek, az öblítők, a vízlágyítók, a kozmetikumok, a savak és a lúgok.

4. ábra A vízszennyezés forrásainak összefoglalása [4] Vízminőségi vizsgálatok A vízminőségi vizsgálatok közül a szerves szennyezésekre koncentráltunk. A szervesanyagszennyezettség vizsgálatára alkalmas a biokémiai és a kémiai oxigénigény meghatározása. A biokémiai oxigénigény (BOI) az, az oxigénmennyiség, ami a víz szerves anyagainak meghatározott idő alatt (általában 5 nap), aerob úton történő mikrobális lebontása során elfogy. Értékét mg/dm3-ben adják meg. A kémiai oxigénigény (KOI), a vízminta valamilyen oxidálószerrel (kálium-permanganáttal, vagy kálium-dikromáttal) történő egy órás forralása során elhasználódott vegyszer mennyiségéből számítható ki. Minél nagyobb a BOI vagy a KOI értéke, annál szennyezettebb a víz.

183 Fontos információt szolgáltat még a bakteriológiai vizsgálat, vagyis adott mennyiségű vízben meg szokták vizsgálni, hogy mennyi baktériumot tartalmaz. Fontosabb szennyezők kimutatása kémcsőreakciókkal A szennyező anyagok egy részének jelenlétét a vízben egyszerű kémcsőreakciókkal kimutathatjuk, a mennyiségük meghatározására gyorsteszteket fejlesztettek ki. Néhány kimutatási reakciót a 3. táblázatban tüntettünk fel [1]. Ammónia kimutatása Nitrátok kimutatása

Mivel? Nessler-reagens (káliumtetrajodo-merkurát káliumhidroxiddal meglúgosított oldat) FeSO4

Foszfátion kimutatása

Magnézia-mixturával

Kloridion kimutatása Vastartalom kimutatása

AgNO3-tal Sósavval és ammóniumtiocianáttal

2+

Kálium-hexacianoferrát(II)-vel

3+

Kálium-hexacianoferrát(III)-mal

Fe -ionok Fe -ionok

Hogyan? 3 5-5 cm Nessler -reagenst öntünk a vizsgálandó oldathoz 3

Vizsgált mintához 2 cm 3 éhez 2 cm frissen készített FeSO4-oldatot öntünk, majd 3 1 cm cc. H2SO4-t adagolunk hozzá 3 A vízminta 2cm -éhez csepegtessünk magnéziamixturát (gyengén ammóniás, ammónium – klorid tartalmú magnéziumszulfát oldatot) A vízmintához ezüst-nitrát oldatot csepegetünk 3 A vizsgált minta 2 cm -éhez 3 1 cm 10%-os sósavat, 3 majd 2 cm 5 tömeg%-os ammónium-tiocianát oldatot adunk A vízmintához hozzáadjuk a kálium-hexaciano-ferrát(II)oldatot A vízmintához hozzáadjuk a kálium-hexaciano-ferrát(III)oldatot

Tapasztalat: Barnás-sárgás idéz elő

zavarodás

Ha az oldat tartalmaz nitrátiont, a két fázis határán barnás gyűrű keletkezik A reagens hatására fehéres zavarodás lesz a mintában

Fehér csapadék válik le a mintából Vastartalomtól függően halványabb/intenzívebb vörös lesz a minta Kék színű komplex vegyületek keletkeznek Kék színű komplex vegyületek keletkeznek

3. táblázat: vízszennyező anyagok kimutatása kémcsőreakciókkal Környezetvédelmi egyezmények A növekvő méreteket öltő szennyezés nemzetközi összefogásokat tett szükségessé. Ennek eredményeként a vizek védelmére is születtek nemzetközi egyezmények, melyeket a 4. táblázatban foglaltunk össze [1]. Hol jött létre? London

Mikor? 1972

Jamaica Ramsar Helsinki Johannesburg

1982 1971 1992 2002

Miről szól az egyezmény? Egyezmény a hulladékok lerakásából eredő tengeri szennyeződések megelőzésére Egyezmény a világtengerek használatáról Ramsari Egyezmény a vízi élőhelyekről, legfőképp a vízi madarak élőhelyéről Egyezmény az országokat átlépő vízfolyások és a nemzetközi tavak védelméről Felmerült az egészséges ivóvíz kérdése, kimondták, hogy 2015-ig felére kell csökkenteni azok számát, akik nem jutnak tiszta vízhez.

4.táblázat Fontosabb nemzetközi vízvédelmi egyezmények

184 Saját kísérletünk Munkánk során különböző élővizekből vettünk mintát, majd annak szervesanyag-tartalmát vizsgáltuk. A vízmintákat mérés előtt érzékszervileg is megvizsgáltuk, színtelennek és szagtalannak találtuk őket. Mikroszkópos vizsgálattal baktériumokat, élőlényeket nem találtunk bennük. A szervesanyag-tartalmat a kémiai oxigénigény (KOI) mérésével határoztuk meg [1], [5]. Szükséges eszközök: a titráláshoz szükséges alapeszközök illetve vízfürdő. Szükséges vegyszerek: 0,002 mol/dm3 KMnO4 (ismert faktorú), 0,005 mol/dm3 oxálsav (ismert faktorú) illetve 1:3 arányban higított kénsav. Meghatározás menete: 1. Bekapcsoljuk a vízfürdőt, és forralási hőmérsékletig melegítjük. 2. 100 vm3 vízmintát mérünk ki, hozzáadunk 5 cm3 higított kénsavat és 10 cm3 0,002 mol/dm3 KMnO4 mérőoldatot. 3. 5 percig forraljuk vízfürdőn. Ha az oldat rózsaszín színe eltűnne, akkor újabb 5 cm3 permanganát oldatot rakunk hozzá. 4. Ha a színét megtartotta az oldat, hozzáadunk 10 cm3 0,005 mol/dm3 oxálsavat. Ennek hatására eltűnik a rózsaszín színeződés. 5. A forró oldatot ezután a permanganát mérőoldattal rózsaszínig titráljuk.

5.ábra Munka közben

185 Eredményeink Vf.átl. dm Desztillált víz

3

0,00089

oxigén (mg) oxigén (mg/liter) 0,037776

0,38

Csapvíz

0,0014

0,05728

0,57

Tatai-tó

0,00496

0,356864

3,57

Öreg-tó

0,0043

0,32112

3,21

Öreg tó szűretlen

0,0052

0,34304

3,43

Cseke-tó

0,0053

0,39952

4,00

Cseke-tó szűretlen

0,0045

0,3048

3,05

0,00396

0,294464

2,94

0,003

0,1872

1,87

Duna

0,0044

0,32896

3,29

Duna szűretlen

0,0042

0,28128

2,81

Omszki-tó Omszki tó szűretlen

5.táblázat Eredményeink A kapott eredmények alapján elmondhatjuk, hogy szervesanyag-tartalom szempontjából az általunk vizsgált minták szennyezettsége nem éri el a kritikus szintet (5 mg/literes oxigéntartalom). Az általunk vizsgált vizek közül a legszennyezettebb a Cseke-tó, a legkevésbé szennyezett az Omszki-tó illetve a Duna volt. A desztillált vízre kapott 0-tól eltérő érték a kálium-permanganát bomlására utal. Források [1] Hetzl Andrea, Albert Viktor - Környezeti kémia - környezettan 12-18 éveseknek, Panem Könyvkiadó, Budapest, 2005 [2] http://www.tankonyvtar.hu/site/img/historia/1987_87-02_09_Keretes2_original.jpg [3] http://elib.kkf.hu/hungary/magyar/environment/HUN.htm (Forrás: Magyar tudománytár – Föld, víz, levegő. Szerk.: Mészáros Ernő, Schweitzer Ferenc, MTA Társadalomkutató Központ, Kossuth Kiadó. 2002. 253. o.) [4] alia.karolyrobert.hu (Forrás: Thyll, 1998) [5] Dr. Pungor Ernő, Szepesváry Pálné dr: Analitikai kémiai laboratóriumi gyakorlatok Műegyetemi Kiadó, Budapest, 1999

186

A RÉZ KORRÓZIÓJÁNAK VIZSGÁLATA KÉNSAVAS OLDATOKBAN INHIBÍTOR JELENLÉTÉBEN

Lengyel Ákos és Lengyel Boglárka Felkészítő tanárok: Dr.Vastag Gyöngyi, Máriás Ildikó Zentai Gimnázium, Zenta, Szerbia Kutatásunk témájául a fémek korrózióvédelmét választottuk. Nem véletlenül, hiszen régóta foglalkoztat bennünket az elektrokémia, valamint ezen belül a korrózió. Az elektrokémia a XIX. század végén vált igazán nagy gyakorlati jelentőségűvé. Számos területen alkalmaznak elektrokémiai folyamatok segítségével nyert elektromos energiát, számos anyagot állítanak elő elektromos energia segítségével, valamint elméleti magyarázatot ad a fémek korróziójára, és lehetővé teszi a védekezést ez ellen. Gyakorlati munkánk során olyan szerves vegyületet kerestünk, amely segítségével lelassíthatók a réz korróziós folyamatai. Választásunk a tiazol vegyületekre esett. Szem előtt tartottuk, hogy olcsó, kis mennyiségben ható és környezetvédelmi szempontból is megfelelő inhibítort találjunk. Gravimetriás és potenciosztatikus mérésekkel ellenőriztük az inhibítor hatását. Témánk gyakorlati jelentősége igen nagy, mivel az ember régóta igyekszik tárgyai, szerszámai és járművei fémalkatrészeinek korrodálását, tönkremenetelét megakadályozni, vagy legalább lelassítani ezt a káros folyamatot. Felhasznált irodalom: 1. Sekowski, Stefan-Harc a korrózió ellen – [Bp : Műszaki K, ] 1980. 2. Rozenfeld, Iosif Lvovic -A korrózió inhibitorai/I. L. Rozenfeld Budapest: Műszaki K., 1981. 3. Korrózió oktatási segédlet- Dr. Báder Imre Miskolc 1999 (7.-50. oldal) 4. Gy.Vastag-New inhibitors for copper corrosion 2001 5. E.Szőcs, Gy.Vastag, A.Shaban-Electrochemical behavior of inhibitor film formed on copper surface 2002

187

FÜSTGÁZOK NITROGÉN-OXID TARTALMÁNAK ÁRTALMATLANÍTÁSA Mátéffy Kornél Felkészítő tanárok: Dr. Lónyi Ferenc, Szórád Endre Bolyai Tehetséggondozó Gimnázium és Kollégium, Zenta, Szerbia Magas hőmérsékletű égés során pl. a belsőégésű motorokban, erőművekben, forralókban keletkező, a környezetre rendkívül káros nitrogén-oxidok (NOx) kibocsátásának csökkentésére világszerte jelentős erőfeszítéseket tesznek. A legelőnyösebb megoldásként az NOx katalitikus átalakítása kínálkozik a környezetet nem terhelő inert nitrogénné. Kézenfekvő eljárás lenne a nitrogén-oxidok katalitikus bontása nitrogénné és oxigénné (pl.: 2 NO → N2 + O2), azonban ehhez a reakcióhoz használható, megfelelő aktivitású katalizátor ezidáig nem ismert. A másik, sokkal inkább megvalósítható eljárás az NOx katalitikus redukciója redukáló szer, például valamilyen szénhidrogén jelenlétében. Az NOx kibocsátáshoz jelentős mértékben hozzájáruló földgáztüzelésű erőműveknél redukáló szerként az olcsó és könnyen hozzáférhető metán alkalmazása lehet különösen előnyös (2 NO + O2 + CH4 → N2 +CO2 + H2O). Kutatásaim főleg az ebben a reakcióban aktív katalizátorok fejlesztésére irányultak.

188

CUKORINVERZIÓ SEBESSÉGI ÁLLANDÓJÁNAK MEGHATÁROZÁSA POLARIMETRIÁS MÉRÉSSEL

Mátéffy Kristóf Felkészítő tanár: Szórád Endre Bolyai Tehetséggondozó Gimnázium és Kollégium, Zenta, Szerbia A szacharóz inverziója szőlőcukorrá (D-glukóz) és gyümölcscukorrá (D- fruktóz) vizes közegben lassú folyamat. A reakciót sav katalizálja. A kiindulási anyag és a termékek is optikailag aktív anyagok, ezért a reakció az oldaton áthaladó polarizált fény elforgatási szögének mérésével követhető. A szacharóz és a D-glükóz jobbra, a D-fruktóz pedig balra forgató. Az inverzió kellően hosszú idő alatt teljessé válik. Mivel a rendszerben a víz koncentrációja a szacharózéhoz viszonyítva lényegesen nagyobb és a hidroxónium-ion koncentráció állandó, a reakció elsőrendűnek tekinthető. Ha ismerjük az elforgatás szögének időbeni változását, akkor a kísérleti adatokból a sebességi állandó meghatározható anélkül, hogy ismernénk a fajlagos forgatóképességet. Kutatásom során ezen módszerek kidolgozásával foglalkozok.

189

A VÖRÖSISZAP BIOLÓGIAI HATÁSAI Ürmös Bettina Felkészítő tanár: Mukliné Kostyál Irén Szilvási Nevelési-Oktatási Központ Felsőszilvási Általános Iskola, Komló, Magyarország Erről a katasztrófáról először az iskolában hallottam. Nagyon megérintett, amikor megtudtam, hogy gyermek áldozatok is voltak. Amikor mondták, hogy mekkorák a károk egyszerűen alig bírtam feldolgozni, hihetetlen volt, hogy ez itt nálunk Magyarországon történt! Október 4-e óta foglalkoztat, hogy ez a „veszélytelen anyag” milyen hatást gyakorol az élőlényekre, az azokat felépítő anyagokra, ill. a „kártalanítás” vegyszerei nem okozhatnake újabb bajt. Ekkor döntöttem el, hogy erről írok pályázatot. Először utána néztem – 8. osztályban úgyis tanulok róla – Mi is a vörösiszap, melyek a hatásai? Mi a vörösiszap, miből áll? A vörösiszap az alumínium előállítás során használt eljárás (timföld közti termék gyártása) mellékterméke. Amikor a nyersanyagból, a bauxitból lúggal kivonják az alumíniumtartalmú anyagokat, az ekkor visszamaradó maradék a nátronlúg oldattal alkotja az úgynevezett vörösiszapot. A nevét az iszapszerű állagáról és a színéről kapta, amit a bauxitban jelenlevő vas(III)-oxid okoz. A vas-oxid számos célra, például vörös festékek színezőanyagaként használják. A saját, ezzel kapcsolatos kísérleteim és tapasztalataim Mivel nagyon szeretem az élőlényeket ezért az élővilágból származó anyagokkal végeztem kísérleteimet. Ezeket az anyagokat azért választottam, mert nemcsak a vörösiszap, hanem a kártalanításra használt anyagok (ecetsav, gipsz) biológiai hatására is kíváncsi voltam. Kísérletek: 1. 2. 3. 4. 5.

13 pH-jú NaOH oldatba tojásfehérjét tettünk. tojásfehérje + ecetsav oldat 20%-os tojásfehérje + gipsz tojáshéj + ecetsav 20%-os közömbösítés: a nátrium-hidroxid oldatot „közömbösítem” (fenolftalein indikátor) 6. NaOH + CaSO4 7. csirkebőrdarab + 13 pH-jú nátrium-hidroxidoldat

ecetsavval

190 Tapasztalataim (Megfigyelések) 1. 2. 3. 4. 5. 6. 7.

A fehérje kicsapódott 5 másodperc múlva. Kicsapódott a fehérje 10 másodperc múlva. A fehérje enyhén kicsapódott 8 másodperc múlva. 2,2 g → 1,9g A CaCO3 „kioldódott” pH 13 → 7-re változott, lúgos → semleges (semlegesítettem) pH 13 → 9-re változott, erős lúgos → enyhén lúgos A bőr teljesen szétmállott

Magyarázatok: 1+2+3: Savas, lúgos kémhatású anyagokban a fehérjék szerkezete maradandóan változik (irreverzibilis kicsapódás). 4. CaCO3 + 2CH3 - COOH → H2CO3 + Ca (CH3COO)2

5. 6. 7.

CO2 H2O NaOH + CH3COOH = H3C - COONa + H2O (univerzális indikátor jelez) Gipsszel csak némiképp tudtuk csökkenteni a lúgos kémhatást A bőr fehérjéit roncsolta szét a lúgos anyag.

Összegzés: Sajnos szomorúan tapasztaltam, hogy a hírekben hallott információk nagy része igaz, a helytelenül kezelt vörösiszap nagyon veszélyes anyag, s a kártalanítás sem mindegy mivel, hogyan történik! Remélem nem csak én, de a felnőttek is tanultak ebből a katasztrófából s legközelebb jobban odafigyelnek. Annál is elkeserítőbb ez, mert sok helyen a világon már megoldják a vörösiszap hasznosítását. Nálunk mikor lesz már végre nem a pénz az első!

191

MUTATÓK DIÁKOK Andrási Barbara ............... 37 Andres Violetta ................ 43 Angi Borbála.................... 65 Anitics Tamás ................ 173 Azzouz Levente ............... 95 Bánlaki Eszter .................. 96 Baricz Anita ..................... 19 Birtalan Andrea................ 75 Bodosi Eszter ................... 97 Borsi-Lakatos Boglárka ..... 5 Börzsei Péter .................. 128 Csicsiri Dorottya .............. 73 Csiki Barbara ................... 37 Csobán Eszter................. 113 Darvas Lilla.................... 174 Demeter Dóra..................... 6 Dobi Réka ...................... 129 Egyed Bálint................... 119 Együd Bence .................. 134 Eördög Ádám ................... 11 Faragó Zsolt ........... 144, 177 Farkas József.................. 154 Fejdi Emma.................... 160 Fekete Ádám .................... 12 Fekete Krisztián ............. 170 Fényszárosi Sára .............. 74 Fülöp Laura.................... 179 Gálffy Gergely ................. 92 Geréd Juliánna ............... 161 Gulyás Dávid ................. 126 Gulyás Noémi ................ 126 Gyarmati Dénes ............... 18 György Botond................. 19 Halmos László ................. 22 Hazai Viktor................... 127

Ilyés Norbert ....................75 Jezsó Bálint ......................78 Keresztes Réka...............161 Kiovszky Evelyn ..............73 Kiss Zsófia .......................96 Kovács Gyöngyvér.........113 Krähling Ákos ................134 Lengyel Ákos ...........23, 186 Lengyel Boglárka.....23, 186 Mátéffy Kornél...............187 Mátéffy Kristóf ..............188 Mátyás Botond-Barna ....163 Molnár Dániel ................165 Moós Gergely.................179 Nagy Rebekka..................65 Para Attila ........................97 Patus Eszter......................24 Prokaj Miklós.................128 Pünkösti Zsolt ................163 Réz Dóra ............................5 Rózsa Tibor....................170 Sikesdi Petra...................128 Simon Dominika ................6 Sör Kristóf........................83 Szabó Ákos ......................18 Szferle Ildikó....................87 Szombathelyi Tamás ......127 Szonda Gellért................163 Takács Gergő ...................26 Ürmös Bettina ................189 Ürögi Barbara...................92 Vámi Tamás Álmos .........27 Vass Ákos ........................26 Végh Nimród ...................93 Vladár Róbert...................95

192 TANÁROK Abaffy Zoltán ......................126, 127, 128 Baranyi Ilona .......................................165 Benkőné Di Giovanni Rita ..126, 127, 128 Bodáné Gálosi Márta.............................43 Ferenczyné Molnár Márta .....................87 Fodor Andrea.......................................134 Göbl László .........................................177 Heng Li..................................................22 Kerekes Zsófia.....................................161 Dr. Kunsági-Máté Sándor................11, 22 Kiss Arnold......................................19, 75 Kiss Loránd .....................................19, 75 Kiss Szilvia..............................26, 92, 170 Dr. Lónyi Ferenc .................................187 Máriás Ildikó ...........................23, 74, 186 Matisz Gergely ......................................11 Mostbacher Éva .........................11, 22, 43 Mukliné Kostyál Irén...........................189 Dr. Murányi Zoltán..............................129

Nagy Judit ........................................... 154 Neizer Zita .............. 78, 95, 113, 134, 179 Dr. Németh Zoltán ................................ 27 Nyisztor Zsolt........................................ 22 Oláh Gábor Péter......................... 5, 73, 96 Dr. Peles-Lemli Beáta ........................... 22 Prokainé Hajnal Zsuzsanna Dr............ 129 Riedel Miklósné Dr. Hobinka Ildikó .... 12 Sebestyén Zoltán ................................... 24 Szabó Kornélia.............................. 83, 177 Szabó Ünige .......................................... 97 Szórád Endre......... 18, 160, 173, 187, 188 Dr. Tompos András............................. 173 Tölgyesné Kovács Katalin .................. 119 Újfalvi Irma................................... 93, 163 Újszászy Kálmán ................................ 129 Dr. Varga Márta .................. 6, 37, 65, 174 Dr. Vastag Gyöngyi .............................. 23 Wohlgangné Dr. Pretz Valéria ............ 144

ISKOLÁK Batthyány Lajos Gimnázium, Nagykanizsa.................................................................... 24 Bolyai Farkas Elméleti Líceum, Marosvásárhely ......................................................... 154 Bolyai Tehetséggondozó Gimnázium és Kollégium, Zenta ........... 18, 160, 173, 187, 188 Bonyhádi Petőfi Sándor Evangélikus Gimnázium, Ozora.............................................. 27 Ciszterci Rend Nagy Lajos Gimnáziuma és Kollégiuma, Pécs .......................... 11, 22, 43 Dobó István Gimnázium, Eger...................................................................................... 129 Eötvös József Gimnázium, Budapest .............................................................................. 87 Fasori Evangélikus Gimnázium, Budapest ................................................... 126, 127, 128 Fazekas Mihály Fővárosi Gyakorló Általános Iskola és Gimnázium, Budapest ............ 12 Kodály Zoltán Alapiskola, Dunaszerdahely .................................................... 26, 92, 170 Kós Károly Építőipari Szakközépiskola és Szakmunkásképző, Csíkszereda............... 161 Mikes Kelemen Elméleti Líceum, Sepsiszentgyörgy ..................................................... 97 Patrona Hungariae Gimnázium, Budapest ............................................................ 5, 73, 96 Pollack Mihály Műszaki Szakközépiskola, Szakiskola és Kollégium, Pécs .. 83, 144, 177 Református Kollégium Sepsiszentgyörgy, Sepsiszentgyörgy......................................... 93 Sövér Elek Iskolaközpont, Gyergyóalfalu ................................................................ 19, 75 Székely Mikó Kollégium, Sepsiszentgyörgy ................................................................ 163 Szilvási Nevelési-Oktatási Központ Felsőszilvási Általános Iskola, Komló................ 189 Szinyei Merse Pál Gimnázium, Budapest ................. 6, 37, 65, 78, 95, 113, 134, 174, 179 Táncsics Mihály Gimnázium, Dabas ............................................................................ 165 Zentai Gimnázium, Zenta.................................................................................. 23, 74, 186 Zrínyi Miklós Gimnázium, Zalaegerszeg ..................................................................... 119

193