تقدیری متوسطه 1 بانو امین

در نهمین جشنواره پروژه های دانش آموزی تبیان

پژوهشگران جوان متوسطه 1 بانو امین به مدیریت سرکار خانم اکرم ایرانمنش در نهمین دوره جشنواره پروژه‌های دانش آموزی تبیان حضور داشتند.

پروژه ی بررسی میزان نیترات در کاهو با رنگبندی برگ متفاوت از این مدرسه جز تقدیری های سمینار های این دوره از جشنواره شد. فاطمه ثقفی و فاطمه فتحی پژوهشگران عزیزی هستند که این پروژه را با راهنمایی سرکار خانم سمانه باذلی محبوب انجام داده اند. در زیر خلاصه ای از این پژوهش ارایه می گردد.

چکیده:

در سال های اخیر در کشورهای مختلف توجه زیادی به جذب نیترات توسط سبزی ها شده است. برخی از کشورها نیز حدود مجاز برای غلظت نیترات در گیاهان خوراکی مخصوصاً سبزی ها تعیین کرده اند.

در ایران تحقیقات انجام گرفته در این مورد بسیار اندک بوده و به دلیل بالا بودن مصرف کاهو ها در کشور ما نیاز است این مسئله مورد توجه قرار گیرد.

بنابراین هدف اولیه این طرح تعیین غلظت نیترات در قسمت خوراکی کاهوها با رنگ بندی مختلف است. ابتدا کاهو را از نظر رنگ به سه دسته ی سبز، سبز و زرد، و زرد روشن تفکیک کردیم، پس از خشک کردن آن را عصاره گیری کردیم سپس غلظت هر دسته اندازه گیری شد. که نتایج آن به طور مفصل در مقاله موجود می باشد. این پروژه به صورت تجربی و در آزمایشگاه محیط زیست دانشکده عمران دانشگاه امیرکبیر، انجام گرفته است.

مقدمه:

با توجه به رشد روز افزون جمعیت در ایران، تقاضا برای مواد غذایی روز به روز افزایش می یابد. به همین دلیل در بسیاری از نقاط برای تولید بیشتر در واحد سطح استفاده بی رویه از کودهای شیمایی و آلی بسیار رایج است. مقدار کود مصرفی برای هر گیاه حدود 5 تا 8 برابر نیاز واقعی گیاه است.

استفاده بی رویه از مواد شیمایی می تواند از نظر اقتصادی و هم چنین از نظر زیست محیطی مشکلات فراوانی ایجاد کند. ازت پر مصرف ترین عنصر مورد نیاز گیاه است که در کشاورزی از آن به مقدار زیاد استفاده می شود. استفاده بی رویه از کودهای ازته ممکن است باعث آلودگی آب های زیرزمینی و جذب زیاد نیترات به وسیله گیاه شود.

مصرف این آب ها و گیاهان باعث ورود مقادیر زیاد نیترات به بدن شده و سبب بروز بیماری های متعددی در انسان می شود. یکی از این گیاهان کاهو بوده و احتمال دارد سم نیترات در آن تجمع پیدا کرده باشد.

این تجمع ممکن است بر اساس رنگ بندی برگ ها متفاوت باشد با انجام این پروژه می توان استفاده صحیح از سموم را تصویه نمود و اثرات آن ها را بر روی گیاهان بررسی کرد.

میزان نیترات موجود در برگ کاهو به عنوان متغیر وابسته و رنگ بندی برگ های آن به عنوان متغیر مستقل در نظر گرفته شده است. در انجام این پروژه مناطق تهیه و کشت کاهو به عنوان متغیر کنترل بود و سعی شد با تهیه کاهو از منطقه شهریار تفاوت محل کشت کاهو جبران گردد. متغیر مزاحم در این پروژه زمان کم، میزان بالای انجام تست ها و عدم داشتن زمان کافی برای تکرار آزمایش های صورت گرفته بود.

نیترات چیست؟

نیترات ( NO-₃ ) یکی از آنیون های معدنی است که در نتیجه اکسیداسیون نیتروژن عنصری حاصل می شود این ماده یکی از عناصر بسیار ضروری برای سنتز پروتئین در گیاهان و نقش مهمی را در چرخه نیتروژن دارد.

دومین محصول چرخه ی نیتروژن که از آمونیاک حاصل می شود نیتریت است.

انواع کاهو:

کاهوی پیچ گرد

برگ های این کاهو به طور نسبتاً فشرده روی هم قرار می گیرند. برگ های داخلی سفید رنگ و برگ های بیرونی سبز رنگند. یکی از بهترین ارقام کاهو برای انتقال به مناطق دور می باشد.

کاهوی پیچ معمولی

این نوع کاهو ایستاده است و شاید ارتفاع بوته به 30 – 40 سانتی متر برسد. برگ های بیرونی سبز و نرم بوده و برگ های داخلی سبز مایل به سفید بوده که لطیف و شکننده است. این نوع کاهو در ایران استفاده زیادی دارد.

کاهوی پرک یا کاهوی معمولی

در این نوع کاهو برگ ها روی همدیگر قرار نمی گیرند و از همدیگر جدا هستند. برگ ها حالت شکنندگی ندارد و لبه های آن ها حالت دندانه دار دارد. این نوع کاهو در ایران طرفدار چندانی ندارد و به آن کاهوی برگ نرم هم گفته می شود. رنگ برگ ها هم سبز روشن است.

کاهوی ساقه

در این نوع کاهو ساقه آن قابل استفاده است ولی گاهاً برگ های لطیف و کوچک آن نیز مورد مصرف واقع می شوند. این نوع کاهو در ایران مورد استفاده ندارد.

کودهای ازته:

کودهایی هستند که ماده اصلی آن ها عنصر نیتروژن می باشد مانند کود اوره (46%) ازت خالص نیترات آلومینیوم و ... از بین کودهای ازته کود اوره بیشترین درصد ازت خالص را دارا می باشد و در مواردی که کودهای اوره را با پوششی از گوگرد پوشانده اند میزان ازت خالص آن (45%) خواهد بود.

در صورت کمبود ازت ابتدا برگ های پایین بوته (برگ های پیر) کم رنگ شده و در صورت ادام کمبود رنگ برگ ها در تمام گیاه به طور یکنواخت به زردی تمایل پیدا می کند. در همین حال برگ های جوان انتهایی کوچک و کم رنگ شده و رنگ عمومی گیاه کاهش می یابد.

علاوه بر این برگ های مسن پایینی پیش از موقع می ریزند و میوه ها کوچک و در مواردی مانند خیار گلخانه ای میوه ها نوک باریک و کشیده می شوند. زیادی ازت در خاک باعث تلخی میوه می گردد کودهای شیمایی ازت دار رایج در گلخانه عبارتند از :

1-  اوره (46%)

2-  سولفات آمونیاک (23%) ازت

3-  نیترات آلومینیوم با (18%) ازت

روش اندازه گیری نیترات

اسپکتروفتومتری:

در روش های اسپکتروفتومتری (طیف سنجی)، تأثیر محلول ها بر امواج الکترومغناطیسی مورد مطالعه قرار می گیرد. محدوده طیف الکترومغناطیس می تواند از اشعه ماورای بنفش تا امواج رادیویی باشد. مقدار نور جذب شده توسط محلول، تابع قوانین Beer و Lambert است و از رابطه A=elc محاسبه می شود.

طبق قانون بیر، هر گاه یک اشعه نور تک رنگ از درون محلولی با رنگ مکمل عبور کند، مقدار نور جذب شده توسط محلول، با غلظت آن نسبت مستقیم دارد. طبق قانون لامبرت، مقدار نور جذب شده توسط لایه های مختلف محلول همواره ثابت بوده و با شدت نور تابیده شده بستگی ندارد. براساس قوانین بیر و لامبرت رابطه غلظت محلول و نور جذب شده به صورت خطی است و معمولاً در محدوده ای که جذب با غلظت رابطه خطی دارد، تعیین غلظت مواد انجام می شود. اگر غلظت نمونه و استاندارد به هم نزدیک باشد و غلظت ها هم در محدوده خطی باشند، می توان با استفاده از تناسب محاسبات را انجام داد. دستگاه اسپکتروفتومتر از دو بخش اسپکترومتر و فتومتر تشکیل شده است.

اسپکترومتر بخشی است که نور منوکروم را ایجاد کرده و دارای منبع نور، عسی، شکاف ها، منوکروماتور (صافی یا منشور) می باشد. بخش فتومتر دارای اسباب سنجش نور است.

مواد و روش کار:

مرحله اول:

تفکیک کاهوها از نظر رنگ بندی و خشک کردن آن ها.

برای انجام این مرحله قطعاً لازم بود که برگ کاهوها خشک گردد، زیرا میزان نیترات با خشک کردن کاهو در آن تثبت می گردید. در تحقیقات معمولاً خشک کردن توسط آون انجام می پذیرد، اما به دلیل در دسترس نبودن این وسیله چند روش علمی و سنتی انجام پذیرفت که یکی از آنها به نتیجه رسید.

اولین اقدام خشک کردن کاهو به صورت برگ برگ و ساده بود که کاهوها بعد از 2 روز سیاه و خراب شد. در اقدام بعدی از روش خشک کردن با فشار و همراه با گرما استفاده شد. اما متأسفانه بعد از چند روز کاهوها خراب شده و گندیدند.

دست آخر تصمیم گرفتیم که کاهوها را خرد کرده و در معرض باد ملایم پنکه و در جای گرم و تاریک خشک نماییم. پس از 3 روز کاهوها به میزان مورد نیاز و بسیار مناسب خشک گردیده بود.

مرحله دوم:

مشاوره و یافتن آزمایشگاه جهت انجام آزمایش ها:

مشاوره حضوری با آقای مهندس نزل آبادی در راستای روش کار، موضوع پروژه و بازدید از آزمایشگاه دانشگاه امیر کبیر، آشنایی با دستگاه اسپکتروفتومتری و وسایل کار.

مرحله سوم:

انجام کار عملی در آزمایشگاه امیرکبیر:

برای عصاره گیری از کاهو و استخراج نیترات موجود در آن، از روش عصاره گیری در آب استفاده شد زیرا نیترات در آب محلول بوده و به راحتی از برگ ها جدا می گردد. کاهوهای خشک شده را برای اینکه به مقدار کافی ریز شده و بهتر عصاره گیری شود در هاون کوبیدیم.

0/5 گرم کاهوی خشک شده را با 50 سی سی آب مقطر مخلوط کرده به مدت 45 دقیقه با استفاده از دستگاه همزن (shaiker) و با سرعت180 دور در دقیقه عصاره گیری گردید. در این مرحله باید به این نکته توجه شود که بعد از عصاره گیری به سرعت غلظت نیترات در نمونه ها تعیین شود تا از رشد میکروارگانیسم ها در عصاره جلوگیری گردد. ما نیز پس از 45 دقیقه به سرعت نمونه را برای مراحل بعد آماده کردیم.

پس از عبور دادن مخلوط آب و گیاه از کاغذ صافی واتمن 42، با استفاده از پمپ خلاء، عصاره مورد نظر استخراج گردید.

عصاره به دست آمده دارای رنگ بود که در انجام تست های اسپکت ما را دچار مشکل می کرد. در نتیجه تصمیم گرفتیم راه حلی برای از بین بردن و یا کم کردن شدت رنگ بیابیم.

مرحله چهارم:

یافتن راهی جهت از بین بردن رنگ عصاره

با مطالعه مقالاتی که در این زمینه انجام گرفته بود هیچ راه حل علمی و درستی را جهت از بین بردن این معضل نیافتیم سپس با سرکار خانم مهندس زیارتی مشورت نموده تا بتوانیم جهت حل معضل خود راهی را پیدا کنیم.

ایشان استفاده از آب اکسیژنه 6% را به ما پیشنهاد دادند.

کلیه مراحل قبل را با حضور دوباره در آزمایشگاه امیرکبیر انجام داده و عصاره تهیه شده را با آب اکسیژنه 6% رنگبری کردیم که برای این کار میزان زیادی آب اکسیژنه مصرف گردید که می توانست در کار خطای زیادی ایجاد نماید. با این حال محلول به دست آمده را توسط دستگاه اسپکترو فتومتر اندازه گیری کردیم که حدس ما درست بود و با خطای ایجاد شده میزان درستی خوانده نمی شد. (بالاتر از 135 ppm)

مرحله پنجم:

پیدا کردن راهی جهت خطای ایجاد شده:

با بررسی متون و مقالات و پیدا کردن چند راه حل و انجام یک مشورت تلفنی با سر کار خانم مهندس زیارتی، تصمیم به رقیق کردن عصاره تا 50 درصد وزنی گرفته و از معرف شین جهت از بین بردن تداخلات آب اکسیژنه استفاده نمودیم. این بار مشکل پیش آمده در مرحله قبل مرتفع گردید، اما نتایج بسیار نگران کننده بود.

طبق فرضیه مطرح شده ما میزان اندازه نیترات بر طبق رنگ بندی برگ های کاهو متفاوت بود اما میزان نیترات موجود در برگ ها از حد استاندارد جهانی بسیار بالاتر بود که در جدول ذیل موجود است:

آنالیز نمونه ها:

جدول میانگین اندازه ها:

نمودار مقایسه ای:

یافته ها:

در گیاه مورد مطالعه (کاهو) میزان نیترات به شدت بالا بود که می تواند ناشی از استفاده از کودهای ازته هنگام کشت این گیاه باشد. بر طبق فرضیه ارایه شده میزان تجمع نیترات در برگ های کمرنگ تر در کاهو کمتر بوده ولی هم چنان از میزان استاندارد اعلام شده از سوی سازمان بهداشت جهانی غذا و دارو بیشتر می باشد. طبق جدول زیر هر انسان بالغ با وزن تقریب 80 کیلو مجاز به مصرف حد پیش بینی شده ای از نیترات در روز می باشد.

که در صورت مصرف بیش از اندازه به مرور زمان نیترات اضافی در رگ ها رسوب نموده و ایجاد انوع کم خونی ها از جمله مت-هموگلوبینمی می نماید. نیترات یک تهدید مهم برای سلامتی نوزادان است، چرا که بیماری مت-هموگلوبینمیا (Methemoglobinemia) یا سندروم نوزاد کبود (Syndrome Blue Baby) را ایجاد می کند که بر رشد نوزاد اثر گذشته و اگر سریعاً به آن رسیدگی نشود منجر به مرگ نوزاد خواهد شد.

هم چنین بر اساس گزارش های موجود، افزایش نیترات مصرف در مادران باردار، خطر سقط جنین را افزایش می دهد. هنگامی که نیترات با خوردن غذا و نوشیدن آب وارد بدن می شود، در روده به نیتریت تبدیل شده، با هموگلوبین خون ترکیب می شود و توانایی انتقال اکسیژن خون را به شدت کاهش می دهد. وجود بیش از حد نیترات در آب آشامیدنی می تواند باعث ایجاد اختلالاتی مانند درد ناحیه قلب، تنگی نفس و حتی ایجاد سرطان های مختلف شود.

حداکثر مقدار مجاز برای آلاینده نیترات در آب های آشامیدنی براساس استانداردهای معتبر بین المللی شامل استاندارد سازمان بهداشت جهانی و استاندارد سازمان حفاظت محیط زیست آمریکا برابر با 50 میلی گرم بر لیتر (براساس نیترات) یا 10 میلی گرم بر لیتر نیترات (براساس نیتروژن) است.

هم چنین براساس استاندارد ملی ارایه شده از سوی مۆسسه استاندارد و تحقیقات صنعتی ایران حداکثر مجاز این آلاینده 50 میلی گرم بر لیتر (ppm) (براساس نیترات) تعیین شده است. تحقیقات علمی نشان می دهد که میزان نیترات موجود در آب های آشامیدنی بسیاری از شهرهای دنیا از حد مجاز استاندارد بیشتر است. متأسفانه بالا بودن غلظت این آنیون خطرناک، در آب آشامیدنی تعدادی از مناطق شهرهای مختلف کشور ما نیز گزارش شده است.

جدول استاندارد میزان نیترات بر حسب mg/kg

منابع:

-  آب آشامیدنی، ویژکی های فیزیکی و شیمیایی، استاندارد شماره 1053 ، ویرایش پنجم، سال 1388

- مقاله بررسی میزان تجمع نیترات در محصول سیب زمینی و گوجه فرنگی نوشته ی سرکار خانم فاطمه دوستی 1389

-  مقاله دستورالعمل و روش های اندازه گیری عوامل فیزیک و شیمیایی و مواد شیمایی معدنی سمی در آب آشامیدنی تهیه و ترجمه: مهندس پروین بینای مطلق 1389

-  مقاله غلظت نیترات در برخی از فرآورده های گیاهی اصفهان نوشته ی مهندس سهیل سبحان اردکانی 1384

بخش پژوهش های دانش آموزی تبیان، تهیه سارا خرّمی نژاد

تنظیم: نسرین صادقی

مطالب مرتبط

حذف نیترات از پساب با استفاده از آفتاب گردان

روش های موجود در حذف یون نیترات در آب آشامیدنی

نیترات به عنوان آلاینده

استوکیومتری در محلول ها