CC BY
108
УДК 544.07; 544.016 ББК 35.11
ИДЕНТИФИКАЦИЯ НЕОРГАНИЧЕСКИХ СОЕДИНЕНИЙ ЙОДА МЕТОДОМ РЕНТГЕНОФАЗОВОГО АНАЛИЗА
Л.Н. Цуканова1, С.Н. Голубев2
1 Санкт-Петербургский государственный университет сервиса и экономики,
192171, Санкт-Петербург, ул. Седова, дом 55/1
2
Российский научный центр «Прикладная химия»
Разработан способ измерения концентрации соединений йода в порошкообразных веществах с кристаллическим строением методом рентгеноструктурного анализа.
Ключевые слова: электропроводность, электрохимическая Ь-ячейка, управление техно
Йод является важнейшим микроэлементом рациона питания, поскольку он принимает участие в синтезе тирео-идных гормонов имеющих огромное значение для нормального функционирования организма человека. Профилактика йодного дефицита - одно из приоритетных направлений национальной политики в области здравоохранения.
Специалистам известно, что дефицит йода в организме крайне негативно сказывается на состоянии здоровья жителей целых регионов. По последним данным ВОЗ 1,5 миллиарда жителей планеты подвергаются риску йод дефицитных заболеваний, 655 миллионов - страдают различными йод дефицитными заболеваниями. Дефицит йода проявляется, прежде всего, развитием эндемического зоба. Эндемия зоба в России занимает первое место по территориальной экспансии, распространяющейся на проживающее в этих регионах население, которое подвержено, в сущности, тотальному риску заболеть различными формами дисфункций щитовидной железы и связанным с этим множеством психосоматических заболеваний. Около 60% территории России в связи с особенностями геохимического состава почвы находятся в зоне йо-додефицита. Следует отметить, что проблема дефицита йода в питании существует и во многих других странах, в том числе благополучных, и даже тех, которые расположены на морских побережьях.
В природе йод распространен почти повсеместно. Он содержится во всех живых организмах, воде, минеральных водах, минералах, почве. В земной коре его содержится мало. Существует определенная закономерность распространения йода в атмосфере, воде и почвах. Наибольшее его количество сконцентрировано в морской воде, воздухе и почвах приморских районов. В этих же районах отмечается наиболее высокое содержание йода в растительных продуктах - зерновых, овощах, картофеле, фруктах и в продуктах животного происхождения - мясе, молоке, яйцах. Относительно много йода содержится в мясе некоторых морских рыб и устриц. Особенно богаты йодом некоторые виды морских водорослей.
Морские водоросли - древнейшие фотосинтезирующие организмы. В мировом океане сегодня ежегодно продуцируется более 550 млрд. тонн сырой массы морских водорослей. Потребление пищевых морских водорослей в год в сухой массе составляет в Европе (без России) 70 тонн, в том числе во Франции - 27 тонн; в Северной Америке -240 тонн, а в Японии, Корее и Китае от 70 до 90 тыс. тонн. Среди европейских стран лидером использования морских водорослей в питании является Франция. Среднее потребление населением Франции морских водорослей в пищу в расчете на сухое вещество составляет около 10 г на человека в год, что в 100 раз превосходит данный показатель в других европейских странах. И все же
это намного меньше, чем, например, в Японии.
Качественное и количественное содержание макро- и микроэлементов в морских водорослях напоминает макро-и микроэлементный состав человеческой крови, что позволяет рассматривать морские водоросли как сбалансированный источник насыщения организма минеральными веществами и микроэлементами и, в первую очередь, йодом.
По данным исследований, в морской воде йод находится в растворенном состоянии в форме неорганических ионов Г, 103- и комплексных органоминеральных соединений, особенно в составе биомассы живых и отмерших организмов. В морской воде присутствует также молекулярный йод (12) и ги-пойодиты (соли йодноватистой кислоты НЮ), как результат распада йодидов (соли йодоводородной кислоты Н1) и йодатов (соли йодноватой кислоты НЮз), возникающих под влиянием естественных окислителей. Фактически этот процесс является частью постоянно происходящего в воде сложного цикла преобразования йода - окисление йодидов и йодатов до свободного йода в поверхностных слоях, переход (улетучивание) его в атмосферу, а также концентрирование йодидов и йодатов в живых гидробионтах и донных отложениях.
Установлено, что в бурых морских водорослях йод присутствует как в форме йодидов, так и в виде йодоргани-ческих соединений, имеющих большую, по сравнению с йодидами, биологическую ценность для организма человека. Из общего содержания йода в морских водорослях, например в ламинариях, на долю органически связанного йода приходится 20-25%. По данным ряда исследователей считается, что содержание минеральных форм йода в "листьях" водорослей составляет 82-96%.
Из литературы известно, что неорганический йод может присутствовать также в ламинарии в виде йодидов и йодатов, имеющих кристаллическую структуру, т.е. находящихся в кристал-
лической фазе данного вещества. Ламинария - это сложное с точки зрения химического строения вещество, в состав которого входят как органические, так и неорганические соединения.
С целью определения состава кристаллической фазы вещества и ее идентификации в исследованиях часто применяется метод рентгенометрического анализа. Для этой цели в работе был использован рентгеновский дифрактометр ДРОН-3.
Рентгеноструктурный анализ применяется для исследования порошкообразных веществ, находящихся в кристаллическом состоянии. Он основан на изучении дифракции рентгеновских лучей, проходящих через кристаллическую решетку вещества, которая играет роль системы дифракционных решеток.
При попадании рентгеновских лучей на кристалл в некоторых направлениях возникают очень интенсивные
рассеянные лучи.
17
Рентгеновские лучи (частота 10
- 1018 Гц, длина волны Хр « 10"1 нм) рассеиваются электронами атомов и молекул без изменения их энергии, т.е. имеет место упругое рассеяние. Интенсивность рассеяния, просуммированная по всем направлениям, характеризует рассеивающую способность к данному виду излучения. Дифракционная картина рассеяния обусловлена волновыми свойствами излучения и частиц. Длина волны электромагнитного излучения
_ С _ С !
V Е ’
связана с его энергией:
где: Еу - энергия фотона с частотой V; с
- скорость света И - постоянная Планка.
Основное условие дифракции состоит в том, что длина волны X должна быть близка или меньше расстояний между атомами рассеивающего вещества. В рентгенографии рентгеновские лучи используют для исследования конденсированной фазы веществ, т.е. макроскопических объектов.
В связи с различным характером взаимодействия излучения, а также пучков частиц с веществом наблюдается и различная зависимость их рассеяния от атомного номера элемента (22) рассеивающего атома. Количественно рассеивающую способность атома определяют атомной амплитудой рассеяния У(0), где 0 - угол рассеяния. Вели-
I I 2
чина 1У(9) | пропорциональна интенсивности излучения 1р (0), рассеянного атомом под углом 0. Амплитуда рассеяния рентгеновских лучей /р (0) при малых углах рассеяния пропорциональна
2, а при больших углах - 21/2.
Для проведения анализа были взяты для сравнения образцы ламинарии необработанные водно-спиртовой смесью (а) и обработанные водноспиртовой смесью (при температуре до 800С) (б). При данной обработке теряется большая часто неорганических солей, которыми перегружена ламинария, а также снижается содержание йода (до
0,05 % масс.).
Перед исследованием образцы предварительно механически измельчались до мелкодисперсного состояния.
Идентификационные линии, полученные в ходе исследования, характеризуют присутствие в исследуемых образцах ламинарии сушеной неорганической формы йода в виде йодата калия (К103). При этом по интенсивности набора линий (спектров рентгеновского
Определение фазового состава и идентификация неорганических соединений йода проводилась с использованием картотеки PDF (Powder diffraction file).
Исследования показали, что испытуемые образцы (а и б) содержат практически одинаковый набор линий. При этом наиболее интенсивным этот набор линий является в образце (а), а в образце (б) он уже значительно слабее. Так как интенсивность линий любой фазы прямо пропорциональна количественному содержанию этой фазы, очевидно, что в образце (б) кристаллической фазы заметно меньше, чем в образце (а). Поскольку, рентгенофазовый анализ не предназначен для количественного определения того или иного соединения в исследуемом веществе, речь может идти только об относительных изменениях их.
В табл. 1 представлены межпло-скостные расстояния (d) и идентификация линий неорганических соединений йода. Спектры рентгеновского поглощения неорганического йода, содержащегося в ламинарии сушеной представлены на рисунке 1 (а, б).
поглощения) можно сделать предположение о значительном снижении содержания йодата калия (содержащегося в кристаллической фазе) в ламинарии сушеной после обработки водноспиртовой смесью.
Таблица 1 - Идентификационные линии неорганических соединений йода, содержащихся в исследуемых образцах ламинарии сушеной
Наблюдаемые линии Табличные данные, KJO3, 1-776
d, ангстрем l/lmax d, ангстрем ï/ïmax
9,1 25
4,55 7 4,48 50
3,14 100 3,16 100
2,22 60 2,23 30
2,013 10
1,992 5 1,99 20
1,816 15 1,82 30
1,571 7 1,58 8
1,405 10 1,413 10
б)
40°
ІііШ
\уМ
Рис. 1 - Спектры рентгеновского поглощения: а) - образец ламинарии сушеной необработанный водно-спиртовой смесью; б) - образец ламинарии сушеной обработанный водноспиртовой смесью
Таким образом, проведенные исследования по идентификации неорганических соединений йода в ламинарии сушеной позволили сделать вывод о том, что неорганическая форма йода в исследуемых образцах ламинарии сушеной представлена йодатом калия КГОз.
В то же время сравнение интенсивности набора линий спектров рентгеновского поглощения образцов ламинарии сушеной до и после обработки водно-спиртовой смесью говорит о значительном снижении содержания неорганических солей после обработки, что необходимо учитывать при оценке содержания йода в ламинарии сушеной используемой в качестве дополнитель-
ного источника иода в рационе питания для профилактики Йодного дефицита.
ЛИТЕРАТУРА
1. Иванова Р.А. Спектр биологического действия йода от токсичности до дефицита. - СПб., 2001. - С. 406-409.
2. Mahesh D.L., Deosthal Y.G., Rao Narainga B.S. A sensitive kinetic assay for the termination of iodine in foodstuffs // Food Chem.- 1992.-Vol. 43-N 1.- P. 51 - 56.
3. Отто М. Современные методы аналитической химии. В 2-х томах. - М.: Техносфера, 2003.
4. Пентин Ю.А., Вилков Л.В. Физические методы исследования в химии. - М.: Мир, ООО "Издательство АСТ", 2003. -683 с.
1 Цуканова Л.Н.,кандидат технических наук доцент кафедры «Химия», Санкт-Петербургский
государственный университет сервиса и экономики,
2 Голубев С.Н., кандидат химических наук, старший научный сотрудник Российский научный центр «Прикладная химия»
