Министерство образования Республики Беларусь

Учреждение образования

“Гомельский государственный университет имени Франциска Скорины”

Биологический факультет

КАФЕДРА

физиологии человека и животных

ИЗУЧЕНИЕ ВЛИЯНИЯ РАЗЛИЧНЫХ ФАКТОРОВ НА СОРБЦИОННЫЕ СВОЙСТВА КЛЕТЧАТКИ ОТНОСИТЕЛЬНО ЦЕЗИЯ-137

Курсовая работа

Исполнитель: студентка гр. Б-42 ________________Печура Л.В.

Научный руководитель: ассистент _________________Тороп Е.И.

Гомель 2003

РЕФЕРАТ

Курсовая работа 34 страницы, 1 рисунок, 5 таблиц, 29 источников.

Ключевые слова: цезий-137, целлюлоза, лигнин, цезиевые сорбенты, ферроционид, солома, радионуклиды.

Объект исследования: цезий связывающие препараты.

Целью данной работы является изучение влияния t и pH среды на сорбционные свойства клетчатки соломы различных видов относительно Cs-137.

Метод, который был использован в данной работе, предложен Бересфордом и Синглетоном и основан на экстрагировании радионуклидов из кормов. В ходе спектрометрии проб был использован прибор МКС-1315 с границей погрешности 0,95 Бк/кг.

Новизна работы заключается в том, что в связи со сложившейся ситуацией ученые вынуждены вести активный поиск веществ (сорбентов), которые можно успешно использовать для связывания радионуклидов в ЖКТ животных, что как следствие снижает уровень их содержания в продуктах животноводства, которые потребляется в пищу человека.

В результате проведенной работы было выяснено, что наибольшими сорбционными свойствами из всех исследуемых видов грубых кормов является пшеничная солома. Экспериментальные данные подтверждаются тем, что в пшеничной соломе содержится 34,2 % клетчатки.

Практическая значимость работы. Эти результаты могут быть применены в сельском хозяйстве для снижения поступления радионуклидов в продукты животноводства. Применение природных сорбентов экономически более выгодно, нежели применение искусственно созданных сорбентов.

СОДЕРЖАНИЕ

Введение

1 Обзор литературы

1. История открытия Cs-137

2. Общая характеристика Cs -137

3. Строение, свойства и значение клетчатки

4. Цезиевые сорбенты

5. Применение ферроцина

1. Объект, программа и методика исследования

   1. Характеристика соломы, как носителя клетчатки

      1. Способы обработки соломы

   2. Солома, как объект исследования

   3. Программа исследований

2. Методика исследования

   1. Результаты исследования и их обсуждение

   2. Изучение сорбционных свойств клетчатки различных видов соломы относительно Cs-137

   3. Влияние t и pH среды на сорбционные свойства клетчатки относительно Cs-137

   4. Расчет экономических затрат на использование различных сорбентов относительно Cs-137

Выводы

Список использованных источников

ПЕРЕЧЕНЬ СОКРАЩЕНИЙ И УСЛОВНЫХ ОБОЗНАЧЕНИЙ

ЖКТ – желудочно-кишечный тракт

КСР – крупный рогатый скот

НИИ – научный исследовательский институт

Cs-137 – изотоп цезий-137

ЧАЭС – Чернобыльская Атомная Электростанция

ВВЕДЕНИЕ

Оценка современного состояния изучаемой проблемы. После аварии на Чернобыльской АЭС громадные территории загрязненных радионуклидами сельхозугодий, лесов, рек и водохранилищ стали фактически естественной лабораторией для новых исследований в области радиационной экологии. / 1 /

Изучение состояния проблемы загрязнения не стоит на месте. В результате постоянных наблюдений и многолетних исследований выявлено, что за время, прошедшее после аварии на ЧАЭС, общая радиологическая ситуация на территории Гомельской области несколько улучшилась. Получены новые научные данные о миграции радионуклидов в трофической цепи «почва – корм - животные-продукты животноводства», а также о содержании минеральных элементов в нормах, заготавливаемых и используемых на загрязненных радионуклидами территориях. / 2 /

Актуальность данной темы заключается в том, что загрязнение сельскохозяйственных угодий радиоактивными веществами может быть фактором, усложняющим ведение сельскохозяйственного производства, особенно в связи с большим разнообразием почвенно-климатических и хозяйственно-экономических условий нашей страны.

Степень опасности загрязнения сельскохозяйственных угодий определяется, прежде всего, тем, какие радионуклиды находятся в почвенном покрове. Физиохимические свойства радионуклидов – один из основных факторов, определяющих их поведение в почвах, биологическую подвижность в системе почва – растение и способность к мигрированию по кормовым и пищевым цепочкам. С точки зрения источников происхождения радионуклидов и возможности появления в окружающей среде Сs-137 относится к продуктам деления тяжелых ядер урана и плутония.

Целью данной работы является изучение влияния t и pH среды на сорбционные свойства клетчатки соломы различных видов относительно Сs-137 .

Новизна полученных результатов заключается в активном поиске веществ (сорбентов), которые можно успешно использовать для связывания радионуклидов в ЖКТ животных, что в свою очередь снижает уровень их содержания в продуктах животноводства, используемых в пищу человека.

В данном случае ведется поиск природных сорбентов. К таковым относятся грубые корма с высоким содержанием клетчатки.

Практическая значимость основана на эффективности использования грубых кормов, в регионе загрязненном радионуклидами, в рационе КРС в силу их сорбирующей способности, а также экономически выгодное положение в целях снижения поступления Сs-137 в продукцию животноводства.

1. Обзор литературы

1. История открытия Cs-137

Цезий имеет интересную историю открытия. В 1860г. в лабораторию немецкого ученого Бунзепа врачи прислали воду со шварцвальских источников. Испаривши воду, ученый внес раствор в пламя газовой горелки и стал рассматривать в спектроскоп. Обнаружил, что в пламени появилось новое вещество цвета небесной голубизны. Оно было названо цезием, что в переводе с латинского обозначает «небесно голубой» цезий – один из очень редких элементов, который находится в горных породах, морской воде, небольшая часть его находится в сахарной свекле, зернах какао, чайных листах. Знаком с ним и курильщик: об этом свидетельствует 2 голубые линии в спектре табачного дыма. / 2 /

Цезий давно изучается учеными. Ученые с индийского института геофизических исследований пришли к выводу, что высокая концентрация в воде может быть приметой магматической активности недров.

Повышенная концентрация радиоактивного изотопа Cs-137 обнаружено в деревьях, которые сохранились в районах Тунгунского взрыва, причем изменения характерные для тех слоев ствола, которые относятся к 1908г., когда это произошло. / 3 /

1. Общая характеристика Cs-137

Изотоп Cs-137 является фактически единственным источником гамма-излучения, применяющимся в агрономических исследованиях для определения плотности и влажности почв, несмотря на то, что имеются и другие источники гамма-излучения. Удобство этого источника усиливается еще и тем, что он имеет 30-летний период полураспада, вследствие чего отпадает необходимость в ежедневной корректировке радиоактивного распада. Относительно низка также стоимость этого изотопа. / 4 /

Радиоактивные изотопы цезия, являющиеся химическими аналогами калия, отличаются высокой биологической подвижностью. При наличии в почвах они интенсивно поступают в растение. Размеры перехода радионуклидов из почвы в растения часто определяют величиной коэффициента накопления (КН) растениями.

Коэффициент накопления представляет собой отношение содержания радионуклида в единице растительной массы (Ср) к содержанию радионуклида в единице массы почвы (Сп):

(1)

В таблицу 1 занесены коэффициенты о накоплении радионуклидов в соломе на различных видах почвы.

Таблица 1- Коэффициент накопления радионуклидов в соломе

Радионуклид	Дерново-подзолистые почвы		Серая песчаная почва	Выщелоченный чернозем
	супесь	суглинок
Цезий-137	2,3	0,6	0,18	0,13

Так, при поступлении из почвы в растения коэффициент накопления

Cs-137 может достигать 2. / 2 /

Исходя из пяти основных рационов КРС, полученных из кормов, выращенных на основных четырех типах почв (дерново-подзолистые песчаные, супесчаные, суглинистые, и торфяно-болотные) проведены расчеты предельно-допустимого уровня (ПДУ) загрязнения сельскохозяйственных угодий радионуклидами Cs-137 в зависимости от содержания обменного калия в почве (80-500 мг/кг).

ПДУ Cs-137, где в почве содержалось 80 и менее мг/кг калия для дерново-подзолистых песчаных и супесчаных почв составили 0,37-1,09 МБк/м² , суглинистых 0,51-1,53 МБк/м² ,торфяно-болотистых (калий 250 мг/кг и менее) 0,09-0,14 МБк/м² ./6/

Цезий – химический элемент 1 группы периодической системы Д.И.Менделеева. Щелочной металл. Атомная масса 132,91. В природе существует один стабильный изотоп Cs-133. Встречается главным образом в рассеянном состоянии в минералах лепирлите и карполлите. Образует и самостоятельные минералы поллуцит и родицит.

Цезий серебристо-белый металл, мягкий, тягучий. Во всех соединениях одновалентен. Плотность 1,903 г/см³ (при 20º С), температура плавления

28,5ºС, температура кипения 670ºС. Обладает селективным фотоэлектрическим эффектом. На воздухе моментально воспламеняется с образованием перекиси Сs₂Оз. Воспламеняется при взаимодействии с галогенами. С серой и фосфором взаимодействует со взрывом, так же протекает взаимодействие его с кислотой и водой. При 300ºС разрушает стекло и кварц, вытесняя кремний. Простые соли цезия (хлориды, сульфаты и др.), хорошо растворимы в воде, двойные и комплексные – плохо. Цезий извлекается из природных минералов вместе с рубидием. В разных почвах действие цезия различно: в глинистых, выщелоченных, обедненных калием он закрепляется прочно, плохо поступает из них в корни растений, в почвах, богатых органикой, хорошо усваивается корневой системой растений (частично этому способствует большая обменная катионная емкость органических почв). Цезий легко передвигается в самих растениях. Накапливается в лишайниках (иногда в 10 раз больше, чем в растениях юга), осоке, хвощах. / 7 /

Среднее содержание его в растениях примерно 0,022% сухого вещества. В значительных количествах он накапливается в организме беспозвоночных животных – 0,0138% (на сухое вещество), в организме позвоночных его в 4 раза меньше. Цезий поступает в организм животных преимущественно с растительной пищей, легко всасывается в желудочно-кишечном тракте (50-80%) и свободно циркулирует по всему телу. Основная часть его депонируется в мышцах (80%) и костях (около 8%). Причем более активные мышцы поглощают цезий в больших количествах. У лактирующих животных значительная доля цезия переходит в молоко, у кур - в яйца. Выводится из организма с мочой и калом. Жвачные выводят цезий в больших количествах, чем другие животные. / 8 /

Из пищевых продуктов цезием богаты хлеб, картофель, различная зелень. При парентеральном введении в организм выведение его с мочой и калом значительно увеличивается при обогащении рациона калием, и наоборот, снижение содержания калия в рационе приводит к снижению выведения цезия. О токсическом действии цезия в условиях его непрерывного поступления в организм с рационом данных нет. У разных видов животных уровни накопления различные. Например, в тканях коровы цезия значительно больше, чем в тканях овцы, поскольку масса мягких тканей у коровы примерно в 7 раз больше. / 9 /

Радиоактивный изотоп Cs-137бета - излучатель. Распадается с испусканием двухкомпонентного бета-спектра. Ев = 511,7 кэВ (94,8%), Ев = 1173,4 кэВ (5,2%). Максимальная энергия 0,52 Мэв, средняя 179 кэВ. Этому изучению сопутствует гамма-излучение, испускаемое дочерним радиоактивным барием, с энергией 661,662 кэВ и рентгеновские лучи с энергией 32-36,5 кэВ. Поскольку цезий при попадании в организм циркулирует по всему телу, дозы облучения всех органов примерно одинаковы, и поэтому возможны генетические и соматические повреждения. Влияние Cs-137 на продолжительность жизни и другие эффекты одинаково при разных путях поступления в организм. При попадании на кожу Cs-137 всасывается по кровеносным сосудам и лимфатическим капиллярам, период полувыведения его из кожи равен одним суткам. Период полувыведения Cs-137 из организма различен у разных видов животных, например, у собак он равен 42 суткам, а у крыс 6 . При инкорпорации Cs-137 в организм возможно развитие лейкемии, рака молочной железы и печени, подавление лимфоидного кроветворения, угнетение функции костного мозга, опухоли кожи.

Допустимые уровни активности Cs-137 в открытых водоемах 1,5 10-8 Ки/л (555 Бк/л), воздуха рабочей зоны – 1,4 10 –11 Ки/л (0,52 Бк/л), в атмосферном воздухе – 4,9 10-13 Ки/л (0,02 Бк/л). / 10 /

1. Строение, свойства и значение клетчатки

Клетчатка – основной структурный полисахарид растений. Из клетчатки (целлюлозы) состоят в основном стенки растительных клеток. В древесине содержится до 60% целлюлозы, в вате и фильтровальной бумаге до 90%.

Чистая целлюлоза – белое твердое вещество, нерастворимое в воде и обычных органических растворителях, но хорошо растворимое в аммиачном растворе гидроксида меди II (ректив Швейцара). Из этого раствора кислоты осаждают целлюлозу в виде волокон (гидрат целлюлоза). / 11 /

Состав целлюлозы выражается формулой (С₆Н₁₀О₅)n .Значение n в некоторых видах целлюлозы достигает 40000, а молекулярная масса доходит до нескольких миллионов. Молекулы ее имеют линейное (неразветвленное) строение, вследствие чего целлюлоза образует волокна. Макромолекулы целлюлозы состоят из остатков молекул бета - глюкозы.

Клетчатка является - полигликозидом, так как остатки глюкозы соединены друг с другом -1,4 – гликозидными связями. / 12 /

Целлюлоза – структурный компонент растений их линейный полисахарид, состоящий из остатков глюкозы. Значение ее для организма заключается в том, что она активирует моторику желудка и кишечника, стимулирует выделение пищеварительных соков и создает чувство сытости./13/