Ćwiczenie 1 Analiza wagowa: A. Oznaczanie wapnia w preparacie do jonoforezy

Transkrypt

1 Literatura Ćwiczenie 1 Analiza wagowa: A. Oznaczanie wapnia w preparacie do jonoforezy B. Porównanie różnych technik oznaczania zawartości wody w substancjach kosmetycznych - stałych i ciekłych 1. Minczewski J., Marczenko Z., Chemia analityczna. T.2. Chemiczne metody analizy ilościowej. Wyd. 10. PWN, Warszawa Szmal Z.S., Lipiec T., Chemia analityczna z elementami analizy instrumentalnej, Wyd. VII poprawione i unowocześnione, PZWL, Warszawa Persona A.(red.) Chemia analityczna. Wyd. Medyk, Warszawa, Skrypt do ćwiczeń z chemii ogólnej, nieorganicznej i analitycznej, pod redakcją E. Skrzydlewskiej, Uniwersytet Medyczny w Białymstoku, Białystok Molski M., Chemia piękna, Wyd. PWN, Warszawa Peters I.B., Kosmetyka, Podręcznik do nauki zawodu, Poradnik, REA, Warszawa Galus Z., Ćwiczenia rachunkowe z chemii analitycznej. Wyd. 9. WNT, Warszawa Celem ćwiczenia jest poznanie warunków strącania osadów grubokrystalicznych na przykładzie ilościowego oznaczania zawartości chlorku wapnia w preparacie do jonoforezy oraz zapoznanie się z różnymi technikami wykorzystywanymi do ilościowego oznaczania zawartości wody higroskopijnej i krystalizacyjnej w preparatach przeciwgrzybiczych oraz porównanie dokładności wyników otrzymywanych z wykorzystaniem suszarki oraz analizatora wilgoci. Zakres materiału: podstawy teoretyczne i praktyczne dotyczące analizy wagowej, czynniki wpływające na rozpuszczalność osadów, osad w analizie ilościowej, wagi, zasady strącania i przemywania osadów krystalicznych, prażenie, suszenie osadów, sposoby oznaczania zawartości wody higroskopijnej i krystalizacyjnej, znajomość obliczeń chemicznych iloczyn rozpuszczalności i analiza wagowa. Zagadnienia z wykładu ilościowa analiza chemiczna, w tym analiza wagowa. I. Część wprowadzająca ANALIZA ILOŚCIOWA Zadaniem analizy ilościowej jest oznaczanie zawartości składników badanego związku lub mieszaniny. W analizie ilościowej pod względem stosowanych metod pomiarowych wyróżnić można trzy zasadnicze działy: analizę klasyczną, analizę instrumentalną, analizę śladów. Analiza klasyczna (chemiczna analiza ilościowa) obejmuje metody, w których stosuje się: pomiar masy lub pomiar objętości. Metody, w których wykorzystuje się pomiar masy to głównie metody analizy wagowej polegające na dokładnym pomiarze masy osadu trudno rozpuszczalnego związku, który 1

2 otrzymuje się w wyniku wytrącenia oznaczonego składnika i obliczenia jego zawartości na podstawie masy osadu i znajomości jego składu chemicznego. Metody oparte na pomiarze objętości to przede wszystkim metody miareczkowe, w których mierzy się objętość roztworu o znanym stężeniu (titranta), zużytego do przeprowadzenia określonej reakcji chemicznej. ANALIZA WAGOWA Analiza wagowa jest to metoda ilościowego określenia masy oznaczanej substancji (lub jej składnika), przeprowadzonej w trudno rozpuszczalny związek za pomocą odpowiedniego odczynnika strącającego. Jest to najdokładniejsza metoda analizy chemicznej, gdyż opiera się na pomiarach masy otrzymanych osadów z dokładnością rzędu 0,1%. Dla trudno rozpuszczalnego związku A m B n dysocjującego wg równania: stan równowagi można opisać stałą równowagi: A m B n ma n+ + nb m K = n m m n [ A ] [ B ] [ A B ] Ponieważ stężenie fazy stałej A m B n nie ulega zmianie można je przyjąć za 1. Wtedy stałą równowagi można przedstawić w postaci iloczynu rozpuszczalności oznaczanego jako K SO : m K = K SO = [A n+ ] m [B m ] n który można także opisać za pomocą pojęcia rozpuszczalności (S), wyrażonej w molach na litr roztworu: K SO = [A n+ ] m [B m ] n = (ms) m (ns) n = m m n n S (m+n) Iloczyn rozpuszczalności pozwala na stwierdzenie, czy osad związku trudno rozpuszczalnego wytrąci się po zmieszaniu odpowiednich roztworów zawierających związki dobrze rozpuszczalne w wodzie. Jeżeli w roztworze iloczyn stężeń tych jonów ma wartość mniejszą od iloczynu rozpuszczalności roztwór jest nienasycony, wtedy osad nie wytrąca się. Jeżeli iloczyn stężeń jonów jest równy lub większy od iloczynu rozpuszczalności (wartość iloczynu rozpuszczalności zostanie przekroczona), dochodzi do wytrącenia osadu. Czynniki wpływające na rozpuszczalność osadów Wpływ wspólnego jonu. Ponieważ iloczyn stężeń jonów, na które rozpada się dana sól ma być wielkością stałą, to zwiększenie stężenia jednego rodzaju jonów (np. poprzez wprowadzenie tych jonów z zewnątrz) powoduje zmniejszenie stężenia drugiego rodzaju jonów. Prowadzi to do zmniejszenia rozpuszczalności osadu. Efekt solny. Rozpuszczalność soli trudno rozpuszczalnych zwiększa się pod wpływem dodatku elektrolitu (roztworu soli). Wpływ jonów wodorowych. Jony wodorowe zwiększają rozpuszczalność wodorotlenków metali ciężkich oraz soli słabych kwasów. W tym przypadku jony wodorowe wiążą aniony, wytwarzając cząsteczki słabo zdysocjowanych kwasów i tym sposobem zmniejszają stężenie anionów w roztworze, co powoduje zwiększenie rozpuszczalności osadu. Hydroliza osadu. W niektórych przypadkach przyczyną zwiększenia rozpuszczalności osadu jest hydroliza. Występujące w roztworze jony reagując z wodą, wytwarzają cząsteczki n 2

3 słabo dysocjujących kwasów lub zasad co prowadzi do zmniejszenia stężenia tych jonów, a tym samym dochodzi do zwiększenia rozpuszczenia osadu. Wpływ temperatury. Ze wzrostem temperatury rozpuszczalność większości osadów ulega zwiększeniu. Osad w analizie ilościowej Nie wszystkie osady mogą być wykorzystane do oznaczeń ilościowych. Osad wykorzystywany w analizie ilościowej powinien spełniać następujące warunki: powinien mieć jak najmniejszy iloczyn rozpuszczalności, aby składnik oznaczany był praktycznie całkowicie wytrącony z roztworu; w analizie wagowej oznaczane są zwykle związki, których rozpuszczalność (S) jest niższa od mol l 1, powinien mieć ściśle określony skład chemiczny, a czynniki atmosferyczne nie powinny mieć wpływu na skład osadu, powinien mieć postać umożliwiającą szybkie i łatwe odsączenie i przemycie, nie powinien zawierać zanieczyszczeń składnikami roztworu macierzystego, powinien mieć jak największą masę molową, aby udział oznaczanego w niej składnika był możliwie mały, gdyż w ten sposób zmniejsza się błąd podczas ważenia, a ewentualne straty osadu mają mniejszy wpływ na dokładność oznaczenia. Etapy analizy wagowej strącanie osadów sączenie osadów przemywanie osadów suszenie lub prażenie osadów ważenie osadów Strącanie osadów Osady można podzielić na dwie grupy: osady krystaliczne - drobnokrystaliczne - grubokrystaliczne osady bezpostaciowe występujące np. w postaci galaretowatych zawiesin (tzw. osady koloidalne) lub kłaczków. Osady krystaliczne Wielkość cząstek osadu krystalicznego zależy od wzajemnego stosunku dwóch wielkości: szybkości tworzenia się ośrodków krystalizacji tzw. zarodków szybkości narastania kryształu. Jeśli szybkość tworzenia się zarodków jest mała w porównaniu do szybkości narastania kryształu, to tworzy się niewielka liczba kryształów lecz o dużych rozmiarach. W celu uzyskania osadów gruboziarnistych należy możliwie zmniejszyć szybkość tworzenia się zarodków. Często wskazane jest również pozostawienie przez pewien czas wytrąconego osadu w roztworze macierzystym w celu tzw. dojrzewania osadu. Rozpuszczają się wówczas drobniejsze, a jednocześnie wzrastają kryształy większe. W wyniku starzenia się osadu otrzymuje się go zatem w postaci bardziej grubokrystalicznej, a zatem czystszej i łatwiejszej do sączenia. Zachowanie tych warunków pozwala na otrzymanie osadów grubokrystalicznych o wyższym stopniu czystości, łatwiejszych do sączenia i przemywania. Od jakości osadu otrzymanego w toku analizy wagowej zależy dokładność oznaczenia. 3

4 W celu otrzymania osadu grubokrystalicznego należy zastosować: strącanie z roztworów rozcieńczonych przez powolne dodawanie rozcieńczonych odczynników strącających z gorącego roztworu strącanego gorącym odczynnikiem mieszając podczas strącania (wytrącanie i wzrost kryształów zachodzi wówczas równomiernie) z zastosowaniem nadmiaru odczynnika strącającego starzenie osadu Jeżeli celem strącania osadu jest oznaczanie ilościowe, to odsączony i przemyty osad należy: suszyć lub prażyć Suszenie oraz prażenie osadu ma na celu doprowadzenie go do postaci o ustalonym składzie stechiometrycznym. Zachodzą przy tym procesy: usunięcia wody nie związanej (higroskopijnej), usunięcia wody krystalizacyjnej lub konstytucyjnej, przemian chemicznych Jeśli doprowadzenie osadu do postaci o ustalonym składzie stechiometrycznym polega na usunięciu wody higroskopijnej lub krystalizacyjnej wówczas osad poddaje się suszeniu. Jeżeli w celu uzyskania stabilnego osadu konieczne jest usunięcie wody konstytucyjnej lub przeprowadzenie innych przemian chemicznych wówczas osad poddaje się procesowi prażenia. W czasie strącania osadów należy pamiętać o następujących praktycznych zasadach postępowania: osady strąca się najczęściej w zlewkach, wielkość naczynia dobiera się odpowiednio do objętości roztworu, przy czym objętość cieczy nie powinna przekraczać połowy pojemności naczynia, ilość strącanego składnika powinna być tak dobrana, aby otrzymanego osadu nie było zbyt wiele, utrudnia to bowiem jego odsączenie i dobre przemycie, strącanie osadu przeprowadza się mieszając ogrzany roztwór za pomocą bagietki i wkraplając roztwór odczynnika strącającego [najlepiej ogrzanego] z pipety lub cylindra miarowego. Po dodaniu całej ilości odczynnika i opadnięciu wytrąconego osadu na dno naczynia sprawdza się, czy wprowadzona ilość odczynnika jest dostateczna. W tym celu do klarownej cieczy wkrapla się nieco roztworu odczynnika i obserwuje, czy nie pojawia się jeszcze zmętnienie. Jeśli tak, to wkrapla się więcej odczynnika strącającego, miesza roztwór, a po odstaniu się osadu ponownie przeprowadza się próbę na całkowite wytrącenie. Sączenie osadów Strącone osady oddziela się od roztworu sącząc je najczęściej przez sączki z bibuły. W analizie ilościowej używa się tzw. sączków bezpopiołowych, w których masa popiołu otrzymanego po spaleniu takiego sączka jest bardzo mała ( g) i może być pominięta przy ważeniu na wagach analitycznych (które ważą z dokładnością do 10 4 g). Ponadto w zależności od rodzaju osadu używać można sączków o różnym stopniu porowatości: 4

5 sączki twarde o najmniejszych porach, służą do sączenia osadów drobnokrystalicznych, sączki średnie tzw. luźniejsze, służą do sączenia osadów grubokrystalicznych, sączki miękkie służą do sączenia osadów bezpostaciowych (koloidalnych, galaretowatych). Przygotowanie sączka Warunkiem dobrego sączenia jest odpowiednie przygotowanie sączka. Wybrany krążek bibuły składa się na czworo w taki sposób, aby po rozłożeniu można było uzyskać kształt stożka. Złożony sączek umieszcza się w lejku tak, aby górna część rozłożonego sączka przylegała dokładnie do ścianek lejka. Sączenie Przed sączeniem nie należy mieszać roztworu z osadem. Podczas sączenia nóżka lejka powinna dotykać ścianki naczynia, do którego przechodzi przesącz. Nóżka lejka nie powinna dotykać ani zanurzać się w przesączu. Roztwór z osadem wlewa się na sączek po bagietce, którą należy trzymać tuż nad powierzchnią sączka. Wlewanie cieczy po bagietce zapobiega rozpryskiwaniu kropel. Sączek może być napełniony roztworem najwyżej 5 mm poniżej jego krawędzi. Po odsączeniu większości osadu miesza się zawartość zlewki i przenosi resztę roztworu wraz z osadem na sączek. Pozostały w zlewce osad spłukujemy kilkakrotnie małymi porcjami cieczy przemywającej. Jeżeli cząstki osadu przylegają do zlewki, wrzuca się do niej skrawek sączka i za pomocą bagietki ściera się nim resztki osadu. Skrawek sączka z resztkami osadu spłukuje się ze zlewki na sączek, używając cieczy przemywającej osad. Podczas sączenia należy zwracać uwagę na wygląd przesączu. Jeśli jest on mętny, trzeba go przesączyć ponownie przez ten sam sączek. Jeśli w dalszym ciągu przesącz nie jest klarowny, prawdopodobnie albo osad był nieprawidłowo wytrącony, albo użyto niewłaściwego rodzaju sączka. W tych przypadkach analizę należy powtórzyć. Przemywanie osadów Osady mogą być zanieczyszczone jonami, które znajdowały się w roztworze macierzystym i otrzymanie czystego osadu jest często bardzo trudne. Zanieczyszczenia osadów mogą być spowodowane głównie: adsorpcją zatrzymywanie zanieczyszczeń na powierzchni osadu, współstrącaniem tworzenie kryształów mieszanych, powstawanie złożonych połączeń z jonami obecnymi w roztworze, okluzją wchłonięcie zanieczyszczeń do wnętrza kryształu, wytrącaniem następczym postprecypitacja. Część zanieczyszczeń z wytrąconego osadu krystalicznego można usunąć przez: starzenie osadu (polega na pozostawieniu osadu przez pewien czas w roztworze macierzystym, przez co rozpuszczają się małe kryształy, a ich kosztem narastają duże), staranne przemycie, podwójne strącanie (strącony i przemyty osad rozpuszcza się i ponownie strąca tym samym odczynnikiem strącającym). Sposób przemywania osadu oraz roztwór stosowany do tego celu dobierany jest odpowiednio do rodzaju osadu. Osady krystaliczne przemywa się najczęściej na sączku, a do roztworu przemywającego dodaje się związki o wspólnym jonie z osadem. Osad przeniesiony na 5

6 sączek przemywa się kilkakrotnie przygotowanym roztworem, przy czym nową porcję roztworu przemywającego nalewa się na osad po całkowitym spłynięciu poprzedniej porcji. Do ostatniego przemycia często stosuje się wodę. W przypadku osadów koloidalnych, które trudno jest odmyć na sączku stosuje się najczęściej przemywanie przez dekantację. W tym przypadku podczas sączenia zlewa się ostrożnie ciecz, a osad pozostawia w zlewce. Do przemywania osadów koloidalnych stosuje się rozcieńczone roztwory mocnych elektrolitów, które zapobiegają peptyzacji osadu. Do osadu dodaje się małą porcję roztworu przemywającego, miesza się ją z osadem i po odstaniu zlewa ciecz, pozostawiając osad w zlewce. Czynność tę powtarza się kilkakrotnie, przenosząc osad na sączek z ostatnią porcją roztworu przemywającego. Często podczas przemywania osadu przeprowadza się reakcje sprawdzającą, czy przemycie osadu jest wystarczające. W tym celu zbiera się do probówki lub na szkiełko zegarkowe kilka kropli przesączu z ostatniego przemycia i za pomocą odpowiedniej reakcji charakterystycznej sprawdza obecność jonów, które powinny być usunięte z osadu. Suszenie lub prażenie osadu Jeżeli celem strącenia osadu jest oznaczanie wagowe, to odsączony i przemyty osad suszy się lub praży. Ma to na celu doprowadzenie do postaci o ustalonym składzie stechiometrycznym. Suszenie pozbawia osad wody higroskopijnej (wilgoci) oraz całkowicie lub częściowo wody krystalizacyjnej. Natomiast podczas prażenia usuwana jest najsilniej związana woda krystalizacyjna (następuje całkowite odwodnienie związku) i konstytucyjna, w wyniku rozkładu związków chemicznych zawierających w strukturze wodę, oraz mogą zachodzić także inne procesy chemiczne. Suszenie osadu przeprowadza się w suszarkach elektrycznych, natomiast prażenie na palnikach gazowych lub w piecach elektrycznych. Przygotowanie tygla polega na doprowadzeniu go do stałej masy przez wyprażenie w takich samych warunkach, w jakich później będzie prażony z osadem. Po dokładnym umyciu tygiel praży się w płomieniu palnika gazowego przez ok. 30 minut, następnie odstawia się palnik na około 1 minutę. Nagrzanymi nad płomieniem, czystymi szczypcami, przenosi się tygiel do eksykatora, gdzie pozostawia się go, aby uzyskał temperaturę otoczenia, a następnie waży. Aby stygnięcie tygla nie zajmowało zbyt dużo czasu, nie należy wkładać do eksykatora tygla rozżarzonego, lecz zaczekać aż tygiel ochłodzi się do temperatury o C, co nastąpi mniej więcej w ciągu 1 minuty po zniknięciu świecenia. Tygiel w eksykatorze pozostawia się zazwyczaj na minut. Po zważeniu tygla poddaje się go ponownemu prażeniu, np. przez 15 min i znowu waży. Czynności te powtarza się do momentu uzyskania dwóch kolejnych wyników nie różniących się więcej niż g. Spalanie sączka i prażenie. W przygotowanym tyglu umieszcza się odpowiednio złożony sączek z osadem (rysunek 1) i ostrożnie podsusza się go w suszarce lub na trójkącie porcelanowym umieszczonym nad palnikiem (rysunek 2)

7 Rysunek 1. Składanie sączka z osadem. Suszenie przeprowadza się w ukośnym ustawieniu tygla (zapobiega to gwałtownemu unoszeniu się oparów), starając się nie dopuścić do zapalenia sączka (może to bowiem doprowadzić do strat osadu porywanego przez strumień gwałtownie wydobywającego się dymu). Rysunek 2. a) suszenie, b) spalanie i c) prażenie osadu Gdy jednak dojdzie do zapalenia sączka, palnik należy odstawić, co pozwoli na spokojne jego spopielenie (palących się sączków nie należy gasić przez np. dmuchanie). Po wysuszeniu osadu zwiększa się ostrożnie płomień palnika i spala sączek. Po spaleniu sączka przystępuje się do prażenia osadu, które przeprowadza się w pionowym ustawieniu tygla. Prażenie osadu jest często konieczne w celu przeprowadzenia go w postać o ściśle określonym składzie chemicznym. Prażenie osadów przeprowadza się na palnikach gazowych lub w piecach. Osad musi być wyprażony do stałej masy. W celu sprawdzenia czy tygiel uległ całkowitemu wyprazeniu - podobnie jak w przypadku tygla pustego - odsuwa się palnik, czeka chwilę, aby tygiel nieco ostygł, po czym wstawia tygiel do eksykatora i po pewnym czasie waży. Osad uważa się za całkowicie wyprażony, jeśli różnica wyników dwóch kolejnych ważeń nie przekracza g. Przy większej różnicy należy osad wyprażyć jeszcze raz. Ważenie osadów Po wytrąceniu, przesączeniu, przemyciu oraz wysuszeniu/wyprażeniu osadu, aby dokonać jego oceny ilościowej, należy go zważyć. Dokładność oznaczeń ilościowych w dużym stopniu zależy od właściwego i dokładnego ważenia, a znajomość zasad prawidłowego ważenia ma zasadnicze znaczenie. Wielkości charakteryzujące wagę Najważniejszymi wielkościami charakteryzującymi każdą wagę są: czułość, dokładność i nośność. 7

8 Czułość - jest to reakcja wskazań wagi na zmianę pod wpływem minimalnej masy położonej na szalkę. Czułość wagi zależy od obciążenia, przy czym wraz ze zwiększeniem obciążenia maleje czułość bezwzględna, a zwiększa się czułość względna, czyli maleje stosunek przeciążenia wywołującego odchylenie o jedną działkę skali do obciążenia szalki. Nośność wagi jest to największe, dopuszczalne obciążenie szalki. Dokładność wagi określa zgodność otrzymanego wyniku z wynikiem rzeczywistym im mniejszy błąd tym większa dokładność pomiaru. W celu zważenia badanej substancji, zależnie od wymaganej czułości i dokładności, na pracowni chemicznej stosuje się różne rodzaje wag, które można w różny sposób sklasyfikować. Pomiaru masy dokonuje się przy użyciu elektronicznej wagi analitycznej. Zasady prawidłowego postępowania podczas przygotowywania naważki analitycznej Masa naważki analitycznej powinna być wyznaczona z dokładnością do 0,1mg (0,0001g). Wszystkie ważenia dotyczące jednej analizy powinny być wykonane na tej samej wadze analitycznej. Przed przystąpieniem do ważenia należy: o sprawdzić czy waga jest wypoziomowana, o sprawdzić czy waga jest czysta, o wagę wyzerować /wytarować/. Wyzerowywanie wagi o na środku szalki wagi ustawić naczynko do odważania substancji i po ustabilizowaniu się wskazania nacisnąć przycisk TARE (wskazanie masy wróci do zera), o stan stabilizacji wagi jest sygnalizowany poprzez zaświecenie się diody lub pojawienie się określonego symbolu na wyświetlaczu wagi. Ważenie o naczynko wagowe zdjąć z szalki i umieścić w nim ważoną substancję za pomocą łyżki lub łopatki, a następnie naczynko umieścić ponownie na szalce wagi, o w czasie przenoszenia próbki, należy uważać, aby próbka nie uległa rozpyleniu, o do ważenia substancji, które łatwo ulegają rozpyleniu, sublimacji, czy też parowaniu, należy stosować naczynka z przykrywką, zwracając uwagę na właściwy dobór przykrywki, o odważanie cieczy oraz stałych substancji higroskopijnych można przeprowadzać tylko w zamkniętych naczynkach, o należy pamiętać aby przedmioty ustawiane na szalce wagi były całkowicie suche i miały temperaturę otoczenia, o po upływie czasu stabilizacji wskazania wagi (około 2 s), odczytać wynik ważenia, o nie wolno obciążać wagi powyżej jej nośności, o podczas odczytywania wyników szafka wagi powinna być zamknięta, o wynik ważenia powinien być odczytany z dokładnością co najmniej 0,1 mg, o po zakończeniu ważenia wagę pozostawia się czystą, nieobciążoną i z zamkniętą szafką wagi. Naważkę przesypać ilościowo do erlenmajerki/kolby używając lejka. Po przesypaniu naważki, naczynko wagowe, a następnie lejek należy kilkakrotnie przepłukać wodą destylowaną, w celu ilościowego przeniesienia zawartości. Naczynia do odważania W zależności od tego, jaką substancję odważamy, można korzystać z różnego typu naczynek wagowych: 8

9 do odważania substancji sypkich, które nie ulegają sublimacji, nie absorbują wilgoci z powietrza bądź nie pylą, używa się tzw. łódeczek wagowych, szkiełek zegarkowych lub papierków wagowych. Naczynka te mogą być wykonane ze szkła, porcelany lub tworzyw sztucznych, do odważania substancji zmieniających swoją masę na powietrzu stosuje się szczelnie zamykane naczyńka wagowe, do odważania cieczy stosuje się pipetki wagowe z kranem, do odważania substancji żrących stosuje się ampułki wagowe, których końcówka zostaje zatopiona przed przystąpieniem do ważenia. a b c d Rysunek 3. Łódeczki wagowe szklane (a) jednorazowe naczynka (b) do odważania substancji sypkich oraz naczynka wagowe do odważania substancji pylących i higroskopijnych (c, d) Woda w substancjach stałych W substancjach stałych woda może występować w następujących postaciach: woda higroskopijna zaadsorbowana (skondensowana) na powierzchni ciała; wodę tę łatwo można usunąć, umieszczając substancję np. w eksykatorze ze środkiem suszącym lub ogrzewając w temperaturze ok C, woda krystalizacyjna tworzy dość trwałe połączenia z daną substancją, wchodząc w skład jej sieci krystalicznej w ściśle określonym stosunku stechiometrycznym; powstają wówczas tzw. hydraty (wodziany), np.: CuSO 4 5H 2 O, BaCl 2 2H 2 O, H 2 C 2 O 4 2H 2 O woda konstytucyjna jest integralną częścią związku chemicznego i wydzielona jest tylko w czasie termicznego rozkładu tego związku np.: Ca(OH) 2 CaO + H 2 O 9

10 II. Część doświadczalna 1. Oznaczenie zawartości chlorku wapnia w preparacie do jonoforezy Zasada oznaczenia Aby oznaczyć wapń wytrąca się go jako jednowodny szczawian wapnia. W tym celu do zakwaszonego kwasem solnym gorącego roztworu soli wapnia dodaje się szczawian amonu lub kwas szczawiowy i zobojętnia otrzymany roztwór amoniakiem: Ca 2+ + C O + H 2 O CaC 2 O 4 H 2 O Osad szczawianu wapnia praży się w wysokiej temperaturze aż do uzyskania tlenku wapnia: CaC 2 O 4 H 2 O CaO + CO +CO 2 + H 2 O Aby zapobiec rozpuszczaniu się osadu szczawianu wapnia, którego rozpuszczalność zwiększa się w obecności chlorku amonowego (efekt solny) należy stosować duży nadmiar jonów szczawianowych, które zmniejszają rozpuszczalność szczawianu wapnia. Na zimno szczawian wapnia wytrąca się w postaci bardzo drobnego osadu, który nie nadaje się do sączenia i przemywania. Dlatego też wytrącanie należy prowadzić na gorąco rozpoczynając zachodzenie reakcji w środowisku kwaśnym, a następnie wprowadzając amoniak powoduje się powolne wydzielanie szczawianu amonu osad jest wówczas grubokrystaliczny. Podczas prażenia osadu, w miarę wzrostu temperatury zachodzą następujące reakcje: CaC 2 O 4 H 2 O CaC 2 O 4 + H 2 O powyżej 120 o C (1) CaC 2 O 4 CaCO 3 + CO powyżej 350 o C (2) CaCO 3 CaO + CO 2 powyżej 650 o C (3) Tlenek wapnia jest substancją silnie higroskopijną, dlatego też osad ten powinien być przechowywany w eksykatorze (zawierającym środek suszący) przez czas niezbędny do ostygnięcia, a ważenie należy przeprowadzać szybko, aby kontakt osadu z powietrzem był jak najkrótszy. Wykonanie oznaczenia Przygotowanie tygla Przygotowanie tygla obejmuje następujące etapy: wstawienie tygla do czystego trójkąta kaolinowego umieszczonego w pierścieniu statywu, prażenie tygla w płomieniu palnika gazowego przez 30 minut, zdjęcie tygla i odstawienie go na płytkę krzemową, przeniesienie tygla do eksykatora, nagrzanymi nad płomieniem, czystymi szczypcami metalowymi (po ok. 1 minucie, po zaniku jego świecenia), wystudzenie tygla do temperatury otoczenia (30 40 minut), zważenie tygla na wadze analitycznej z dokładnością do 0,1 mg, ponowne prażenie (15 minut) studzenie ważenie, czynności te powtarza się do osiągnięcia przez tygiel stałej masy, tzn. do momentu, kiedy różnica otrzymana w wyniku ważenia masy tygla nie będzie przekraczała 0,0002 g. Otrzymywanie osadu tlenku wapnia próbkę preparatu do jonoforezy [o stężeniu 1,5% w/v], przenieść przy pomocy pipety do zlewki o pojemności 250 ml, rozcieńczyć roztwór wodą do objętości ok. 100 ml, przy użyciu cylindra miarowego, dodać 2 ml stężonego HCl, kilka kropli oranżu metylowego (roztworu o stężeniu 0,1%) i 25 ml nasyconego roztworu szczawianu amonu, 10

11 ogrzać roztwór do temperatury ok. 80 o C (aż do pojawienia się pierwszych pęcherzyków powietrza) i mieszając dodawać powoli 3% roztwór amoniaku aż do zmiany barwy wskaźnika na żółtą, roztwór z osadem pozostawić na 1 godzinę (dojrzewanie osadu), osad zdekantować przez sączek i przemywać 0,1% roztworem szczawianu amonu aż do zaniku reakcji na jony chlorkowe (sprawdzenie obecności jonów chlorkowych: do ok. 2 ml przesączu dodaje się w probówce taką samą ilość HNO 3 o stężeniu 2 mol l 1 oraz 0,5 ml roztworu azotanu srebra o stężeniu 0,1 mol l 1 ; może się pojawić tylko słaba opalizacja), sączek z osadem umieścić w tyglu porcelanowym, spalić i wyprażyć w temperaturze 900 o C do stałej masy. Obliczenie zawartości wapnia w próbie: Z równań reakcji (1) (3) wynika, że z 1 mola szczawianu wapnia (zawierającego 1 mol wapnia) otrzymuje się 1 mol tlenku wapnia, zatem ilość sześciowodnego chlorku wapnia wziętego do otrzymania roztworu do jonoforezy można obliczyć na podstawie proporcji, w której a oznacza masę osadu CaO (różnica masy tygla z osadem i masy tygla pustego) z 219,10 g CaCl. 2 6H 2 O otrzymuje się 56,08 g CaO z x g CaCl. 2 6H 2 O otrzymuje się a g CaO a 219,10 x 56,08 a. 3,9 g CaCl 2. 6H 2 O Obliczenie błędu oznaczenia zawartości sześciowodnego chlorku wapnia Błąd bezwzględny różnica pomiędzy wartością rzeczywistą i otrzymaną; wyrażony jest w takich samych jednostkach jak wielkość mierzona. E bwz. = y μ Błąd względny iloraz błędu bezwzględnego i wartości rzeczywistej; wyrażony jest w %. y μ E wz. = 100% μ gdzie: y oznaczona zawartość sześciowodnego chlorku wapnia w próbce μ wartość rzeczywista 2. Porównanie różnych technik oznaczania zawartości wody w substancjach stałych 2.1. Oznaczenie zawartości wody krystalizacyjnej w CuSO 4 5H 2 O stanowiącego surowiec do sporządzania preparatów przeciwgrzybiczych z wykorzystaniem analizatora wilgoci (częściowe odwodnienie) oraz suszarki laboratoryjnej (całkowite odwodnienie) Zasada oznaczania Oznaczanie wody krystalizacyjnej polega na ilościowym określeniu zawartości wody w soli uwodnionej siarczanie (VI) miedzi (II) [CuSO 4. 5 H 2 O] na podstawie ubytku masy powstałego podczas suszenia. Każdej cząsteczce siarczanu miedzi(ii) towarzyszy 5 11

12 cząsteczek wody krystalizacyjnej, które w całości usuwane są w całości dopiero w temperaturze powyżej C. W pięciowodnym siarczanie miedzi [CuSO 4. 5H 2 O] występują 4 cząsteczki wody związane z jonem miedzi kationowa woda krystalizacyjna [liczba koordynacyjna Cu 2+ wynosi 4], a piąta cząsteczka wody anionowa woda krystalizacyjna połączona jest z anionem siarczanowym za pomocą dwóch wiązań wodorowych i równocześnie jest związana wiązaniami wodorowymi z dwiema skoordynowanymi przez jon miedzi (II) cząsteczkami wody. W temperaturze ok C zachodzi proces częściowego odwodnienia (sól przekształca się do postaci monohydratu), który można przyspieszyć stosując temperaturę ok C. Woda krystalizacyjna badanego związku uwalnia się w temperaturze: CuSO 4 5H 2 O C CuSO 4 H 2 O + 4H 2 O (częściowe odwodnienie) CuSO 4 H 2 O C Wykonanie oznaczenia Suszenie naczynka wagowego do stałej masy CuSO 4 + H 2 O (całkowite odwodnienie) wymyte i suche naczynko wagowe wstawić na ok minut do suszarki ogrzanej do temp C, wysuszone naczynko umieścić w eksykatorze, na ok minut w celu ostudzenia, a następnie zważyć je. ponownie suszyć naczynko przez okres 30 minut, ostudzić i zważyć, czynności te należy powtarzać do uzyskania stałej masy naczynka. Różnica masy naczynka podczas kolejnych ważeń nie powinna przekraczać g. naczynko wykorzystać do oznaczania zawartości anionowej wody krystalizacyjnej przy użyciu suszarki laboratoryjnej. Oznaczenie zawartości kationowej wody krystalizacyjnej w CuSO 4 5H 2 O z wykorzystaniem analizatora wilgoci (częściowe odwodnienie) Analizator wilgoci Analizator wilgoci używany jest do oznaczania zawartości wilgoci w niemal wszystkich substancjach. Przyrząd pracuje wykorzystując zasadę termograwimetrii, tzn. wilgoć oznaczana jest z ubytku masy próbki suszonej w procesie ogrzewania. Przyrząd składa się z dwóch urządzeń: wagi precyzyjnej oraz modułu grzejnego. Na początku pomiaru analizator wilgoci wyznacza ciężar próbki. Następnie próbka jest ogrzewana przez wbudowany moduł grzejny i wilgoć odparowuje. Podczas procesu suszenia przyrząd w sposób ciągły mierzy ciężar próbki i wyświetla ubytek wilgoci. Po zakończeniu suszenia jako końcowy wynik wyświetlana jest zawartość wilgoci lub suchej masy. W praktyce czynnikiem decydującym jest szybkość ogrzewania oraz równomierne ogrzewanie powierzchni próbki. Moduł grzejny przyrządu potrzebuje tylko krótkiego czasu do uzyskania swojej maksymalnej mocy grzania. Pozwala także na stosowanie wysokich temperatur, dodatkowego czynnika skracającego czas suszenia. Jednolite ogrzewanie materiału próbki zapewnia dobrą powtarzalność wyników suszenia i umożliwia używanie mniejszych próbek. 12

13 Wykonanie oznaczenia z zastosowaniem analizatora wilgoci 1. Włączyć przyrząd. Ikona statusu wskazuje stan początkowy przyrządu, gdy moduł grzejny jest zamknięty. 2. Ustawić parametry analizy zawartości wody krystalizacyjnej (częściowe odwodnienie) temperatura suszenia C, czas 25 minut. 3. Otworzyć moduł grzejny. Ikona statusu wskazuje, że należy nałożyć pusty talerzyk pomiarowy. 4. Umieścić pusty talerzyk pomiarowy w uchwycie talerzyka. - włożyć uchwyt talerzyka do osłony przeciwwiatrowej. - upewnić się, że rączka uchwytu talerzyka znajduje się dokładnie w wycięciu w osłonie przeciwwiatrowej (talerzyk musi swobodnie spoczywać na w wsporniku talerzyka). - uchwytu talerzyka należy używać przez cały czas pracy, co chroni przed oparzeniami gorącym talerzykiem pomiarowym. 5. Zamknąć moduł grzejny. Wbudowana waga zostanie automatycznie ustawiona na zero. Ikona statusu wskazuje, że należy nałożyć próbkę na talerzyk pomiarowy. 6. Otworzyć moduł grzejny. 7. Nałożyć próbkę na talerzyk pomiarowy. Około 1 g próbki równomiernie rozłożyć na talerzyku pomiarowym. Minimalna wielkość próbki wynosi 0.5 g. Odczytać masę związku m. Ikona statusu wskazuje, że można teraz rozpocząć proces suszenia. 8. Rozpocząć etap suszenia. Po włączeniu przycisku start nastąpi usuwanie czterech cząsteczek wody krystalizacyjnej. Ikona statusu pokazuje unoszące się kropki, co symbolizuje proces suszenia 9. Podczas suszenia na wyświetlaczu widoczne są poniższe wartości, które aktualizowane są w sposób ciągły: - aktualna masa próbki - aktualna temperatura w module grzejnym - upływający czas od początku procesu pomiarowego 10. Po upływie zdefiniowanego czas pomiaru, sygnalizowanego sygnałem dźwiękowym, odczytać wynik - wartość m Ostrożnie wyjąć uchwyt z talerzykiem pomiarowym z komory próbki. Próbka i talerzyk są gorące! Przed wyjęciem talerzyka z uchwytu poczekać aż ostygnie!. 12. Wyłączyć przyrząd i zamknąć układ suszący. 13

14 Obliczenie zawartości kationowej wody krystalizacyjnej (częściowe odwodnienie) %H 2 O krys. = m m 1 m 100% Teoretyczna zawartość wody krystalizacyjnej. %H 2 O krys. = M H 2 O M hydr. 100% %H 2 O krys. = 72,08 249,72 100% %H 2 O krys. = 28,86% Obliczenie błędu oznaczenia zawartości wody krystalizacyjnej Błąd bezwzględny różnica pomiędzy wartością teoretyczną i otrzymaną; wyrażony jest w takich samych jednostkach jak wielkość mierzona. E bwz. = x μ Błąd względny różnica pomiędzy wartością teoretyczną i otrzymaną podzielona przez wartość teoretyczną i pomnożona przez 100%; wyrażony jest w %. E wz. = x μ 100% μ gdzie: x i wynik pomiaru zawartości wody μ wartość teoretyczna Oznaczenie zawartości anionowej wody krystalizacyjnej w CuSO 4 H 2 O z wykorzystaniem suszarki laboratoryjnej (całkowite odwodnienie) do naczynka wagowego o znanej stałej masie przenieść ilościowo częściowo odwodniony hydrat - CuSO 4. H 2 O i zważyć z dokładnością do10 4 g (m 1 ), naczynko z solą wstawić do suszarki (temp C) na 40 minut, a następnie po ostudzeniu w eksykatorze zważyć, czynności: suszenie, studzenie i ważenie powtarzać aż do uzyskania stałej masy (m 2 ), obliczyć wg. podanego wzoru procentową zawartość anionowej wody krystalizacyjnej, w hydracie CuSO 4 H 2 O Obliczenie zawartości anionowej wody krystalizacyjnej (całkowite odwodnienie) %H 2 O = m H 2 O m 100% = m 1 m 2 m 100% Teoretyczna zawartość wody krystalizacyjnej %H 2 O krys. = M H 2 O M hydr. 100% 14

15 %H 2 O krys. = 18,02 249,72 100% %H 2 O krys. = 7,22% Obliczenie błędu oznaczenia zawartości wody krystalizacyjnej Błąd bezwzględny różnica pomiędzy wartością teoretyczną i otrzymaną; wyrażony jest w takich samych jednostkach jak wielkość mierzona. E bwz. = x μ Błąd względny różnica pomiędzy wartością teoretyczną i otrzymaną podzielona przez wartość teoretyczną i pomnożona przez 100%; wyrażony jest w %. E wz. = x μ 100% μ gdzie: x wynik pomiaru wody μ wartość teoretyczna 2.2. Oznaczanie zawartości wody w kosmetykach o różnej gęstości z wykorzystaniem analizatora wilgoci lub suszarki laboratoryjnej Zasada oznaczania Woda stanowi element składowy niemal wszystkich kosmetyków. Może jej być od 10 do 99%. W zależności od rodzaju kosmetyku można się spodziewać następujących ilości wody: w kremach 10-70% (im krem bogatszy w składniki odżywcze, tym mniej ma wody w składzie); kremy nawilżające mają w składzie objętościowo 50-70%, natomiast kremy tłuste ok % wody w szamponach zawartość sięga 60-90% w żelach (peelingach) do kąpieli jest jej 30-80% w żelach do włosów występuje w ilości 85-99% w mydle w płynie jej zawartość jest w zakresie 40-90%. Ocena zawartości wody w preparatach kosmetycznych odbywa się na podstawie wyznaczenia ubytku masy powstałego podczas suszenia określonego preparatu w temperaturze 103 o C. Oznaczanie zawartości wody w kosmetykach z wykorzystaniem analizatora wilgoci: Wykonanie oznaczenia 1. Włączyć wagosuszarkę. 2. Ustawić parametry analizy zawartości wody w badanym preparacie kosmetycznym temperatura suszenia C, czas analizy 30 minut. 3. Otworzyć moduł grzejny. 4. Umieścić pusty talerzyk pomiarowy w uchwycie talerzyka. 5. Zamknąć moduł grzejny (wbudowana waga zostanie automatycznie ustawiona na zero). 6. Otworzyć moduł grzejny. 15

16 7. Około 4 g próbki (krem (serum), szampon, żel do włosów, żel (peeling) do kąpieli, mydło w płynie) oraz 10 g piasku morskiego równomiernie rozłożyć na talerzyku pomiarowym po czym wszystko delikatnie wymieszać szpatułką w celu uzyskania jednolitej masy. 8. Zamknąć moduł grzejny, odczytać masę próbki m 1 i wcisnąć przycisk start. 9. Po upływie zdefiniowanego czasu pomiaru, odczytać wynik - wartość m Ostrożnie wyjąć uchwyt z talerzykiem pomiarowym z komory próbki. 11. Wyłączyć przyrząd i zamknąć układ suszący. Oznaczanie zawartości wody w kosmetykach z wykorzystaniem suszarki laboratoryjnej: 1. Na wadze analitycznej zważyć talerzyk wagowy z dokładnością do 0,0001 g; masę pustego talerzyka zapisać. 2. Około 4 g próbki (krem (serum), szampon, żel do włosów, żel (peeling) do kąpieli, mydło w płynie) oraz 10 g piasku morskiego równomiernie rozłożyć na talerzyku pomiarowym po czym wszystko delikatnie wymieszać szpatułką w celu uzyskania jednolitej masy. 3. Ustawić parametry analizy zawartości wody w badanym preparacie kosmetycznym temperatura suszenia 103 o C, czas analizy 30 minut. 4. Po upływie czasu analizy próbkę bardzo ostrożnie wyjąć z suszaki i zważyć na wadze analitycznej z dokładnością do 0,0001g. Obliczenie zawartości wody w preparacie kosmetycznym %H 2 O = m H 2 O 100% = m 1-m 0 100% m 1 m 1 gdzie: m 1 masa kosmetyku wzięta do oznaczenia m 0 masa kosmetyku po suszeniu m H20 masa wody zawarta w kosmetyku 16

17 A. Obliczenia w analizie wagowej 1. 1,5 g krystalicznej soli do kąpieli wysuszono do stałej masy i otrzymano pozostałość o masie 0,8265 g. Oblicz procentową zawartość wody krystalizacyjnej. [44,9%] 2. Oblicz procentową zawartość wody w soli do kąpieli wiedząc, że masa próbki przed suszeniem wynosiła 2,2 g, a po wysuszeniu 1,7580g. [20,09%] 3. Jaką objętość 5% HCl o gęstości 1,023 g/ml potrzeba do wytrącenia srebra w postaci AgCl z 4g kremu zawierającego 18% AgCl? [4,76ml] 4. Podczas oznaczania jonów fluorkowych w płynie do płukania ust, z próbki 100 g roztworu strącono fluorek wapnia który po wysuszeniu miał masę 0,534 g. Jaka jest zawartość procentowa fluoru w płynie. [0,246%] 5. Jakie było stężenie molowe BaCl 2 w płynie stosowanym do utrwalania kosmetyków, jeśli do analizy pobrano próbkę płynu o objętości 20 cm 3, a zawarte w niej jony Ba 2+ wytrącono w postaci siarczanu baru, uzyskując 1,3250 g osadu? [0,2839mol/dm 3 ] 6. Ile procent jonów Cl - zawiera sól do kąpieli, jeżeli z odważki o masie 0,4718 otrzymano 0,1561 g osadu AgCl? [8,18%] 7. Ile ml roztworu H 2 C 2 O 4 o stężeniu 0,25 mol/l potrzeba do całkowitego wytrącenia wapnia z roztworu 0,4273 g pudru zawierającego 22,4% Ca? [9,5715 ml] 8. Oblicz procentową zawartość siarki w mydle, jeżeli wiadomo, że z 1,7850g mydła otrzymano 0,0222g BaSO 4. [1,71%] 9. O ile procent zmniejszyła się masa odważki Na 2 C 2 O 4 w peelingu jeżeli po wyprażeniu otrzymano Na 2 CO 3? [20,89%] 10. Ile procent jonów magnezu zawiera sól do kąpieli solankowych, jeżeli z odważki o masie 0,5689 g otrzymano 0,0845 g osadu MgCl 2? [3,74%] 17

18 IV. Aspekt kosmetologiczny Znaczenie wapnia w kosmetologii Wapń (Ca) to pierwiastek chemiczny z grupy metali alkalicznych [II grupa układu okresowego], który odgrywa istotną rolę w budowie i funkcjonowaniu organizmu człowieka. Jest składnikiem mineralnym występującym w organizmie człowieka w największej ilości, stanowiąc aż 40% wszystkich zawartych w organizmie minerałów i ok. 1% całej masy ciała człowieka (ok.1 kg). Z tego 99% stanowią apatyty [Ca 5 (PO 4 )(OH, F, Cl)] budujące tkankę kostną i zębinę, a pozostały 1% wapnia występuje we krwi i tkankach miękkich (mięśnie i nerwy), gdzie bierze udział w przekazywaniu impulsów nerwowych, regulacji wydzielania hormonów, a także w przekazywaniu informacji dotyczących np. skurczów i rozkurczów naczyń krwionośnych i mięśni. Wapń jest też aktywatorem wielu białek enzymatycznych dzięki czemu bierze udział wraz z magnezem w reakcjach krzepnięcia krwi. Największe stężenie wapnia poza jego zawartością w zębach i kościach, obserwuje się w skórze i jej wytworach, takich jak włosy i paznokcie, dlatego ma on duży wpływ na ich strukturę i kondycję. Razem z witaminą C wspomaga budowanie włókien kolagenowych tkanki łącznej, co pomaga utrzymać młody wygląd skóry. Odpowiada za gęstość oraz stan naczyń krwionośnych, także w tkance podskórnej. Wapń jest składnikiem niezbędnym do utrzymania spójności keratynocytów. Stymuluje regenerację komórek aktywując syntezę lipidów, szczególnie ceramidów. Będąc elementem budulcowym naskórka, wpływa na jego spoistość, jędrność i poziom nawilżenia. Jego duże ilości znajdują się w warstwie ziarnistej naskórka, gdzie odgrywa istotną rolę w procesach różnicowania komórek. Dzięki tym wszystkim działaniom skóra staje się bardziej zwarta i napięta. Wapń występuje w wielu składnikach pokarmowych i jest wchłaniany z przewodu pokarmowego w obecności witaminy D 3. Jednakże jego wchłanianie maleje wraz z wiekiem, czemu towarzyszy zwiększona suchość skóry, łamliwość paznokci i wypadanie włosów. Dlatego wapń jest składnikiem kosmetyków, przeznaczonych zwłaszcza dla osób starszych, których zadaniem jest stymulacja odnowy komórkowej oraz stymulacja syntezy kolagenu działającego przeciwzmarszczkowo, poprawiającego jędrność i sprężystość skóry zwłaszcza w przypadku skóry suchej i zniszczonej. Przenikające w głąb skóry związki wapnia odnawiają naskórek stymulując działanie cytokeratyn, ułatwiają komunikację między komórkami oraz zapewniają ochronę przeciw szkodliwym czynnikom zewnętrznym. Wykazano, że aplikowany powierzchniowo wapń pomaga wzmocnić skórę i wzmóc produkcję sebum, którego ilość wraz z wiekiem ulega zmniejszeniu. Pacjenci dermatologiczni z suchą, szybko starzejącą się i łuszczącą skórą reagują pozytywnie na kremy z wysoką zawartością wapnia. Wapń ma również właściwości antyalergiczne i łagodzące podrażnioną skórę oraz hamuje stany zapalne skóry. Dlatego wykorzystywany jest w leczeniu alergii, wysypek skórnych i uszkodzeń skóry. Stosowany naskórnie działa efektywnie, zwłaszcza w przypadku tzw. skóry trądzikowej, którą wysusza i łagodzi. Efektywne przenikanie wapnia do głębszych warstw skóry umożliwia jonoforeza. Jonoforeza jest zabiegiem elektroleczniczym, w trakcie którego wykorzystuje się działanie prądu stałego (galwanicznego), który poprzez wprowadzanie do tkanek jonów działa leczniczo na organizm człowieka. Jony wprowadzone do skóry tą drogą gromadzą się na granicy naskórka i skóry właściwej, skąd zostają odprowadzone z prądem krwi w głąb ustroju. Do wskazań dotyczących skóry zalicza się terapię blizn, terapię przebarwień skóry, nadpotliwość, a także terapię naczyń krwionośnych. Jonoforezę możemy stosować także przy trądziku zwykłym, różowatym, terapii zmarszczek, naczyń krwionośnych, stanach zapalnych skóry oraz odmładzaniu, ujędrnianiu, nawilżaniu skóry, łojotoku i odmrożeniach. Jonoforeza z jonami wapnia jest metodą zapobiegającą poszerzaniu naczynek krwionośnych wykorzystującą prąd stały. Korzystając z fal ultradźwiękowych zwiększamy odstępy między 18

19 komórkami, a dzięki odpychaniu elektrycznemu wspomagamy bardziej efektywne wnikanie w skórę substancji biologicznie aktywnych z kosmetyków. W związku z powyższym różne związki wapnia wykorzystywane są przez przemysł kosmetyczny: jako substancje wypełniające do wyrobu szminek i kredek (CaSO 4 siarczan wapnia), jako składniki pudru do twarzy (CaCO 3 węglan wapnia), w preparatach do depilacji (CaS siarczek wapnia, Ca(SH) 2 wodorosiarczek wapnia) w kosmetykach [głównie w kremach], które mają działanie odczulające i łagodzące (CH 3 CHOHCOO) 2 Ca 5H 2 O - mleczan lub (C 4 H 6 NO 4 ) 2 Ca 4H 2 O - wodoroasparaginian wapnia), w pastach do zębów jako substancje zapobiegające powstawaniu próchnicy (CaF 2 fluorek wapnia), do wyrobu proszków, mydeł i past do zębów (CaO - tlenek wapnia, CaCO 3 węgla wapnia), w środkach do higieny jamy ustnej (CaCO 3 węglan wapnia, Ca 3 (PO 4 ) 2 fosforan wapnia, CaSO 4 siarczan wapnia), w preparatach do jonoforezy (CaCl 2 chlorek wapnia), stosuje się w celu uszczelnienia naczyń krwionośnych, przy leczeniu trądziku, przy stanach zapalnych skóry, na przebarwienia, działa również odczulająco i przeciwzapalnie. Wykorzystywanie chlorku wapnia [CaCl 2 ] w kosmetologii o składnik żelu do ultradźwięków, jonoforezy, mezoterapii bezigłowej, o 1,5% roztwór wodny do jonoforezy, o składnik serum wykorzystywany zarówno do jonoforezy jak i do stosowania bez użycia aparatu do jonoforezy (stosowanie: 1-2 razy dziennie przez tydzień do dwóch tygodni), o surowiec farmaceutyczny do receptury aptecznej (gramatura 50g) - chlorek wapnia sześciowodny (łac.calcii chloridum hexahydricum), wykorzystywany przy sporządzaniu leków. Znaczenie miedzi w kosmetologii Miedź występuje powszechnie w wielu organizmach roślinnych i zwierzęcych. Jako mikroelement jest niezbędna dla życia wielu organizmów, biorąc udział m.in. w fotosyntezie i oddychaniu. Miedź występuje w centrach aktywnych wielu enzymów, w tym dysmutazy ponadtlenkowej, która chroni komórki przed wolnymi rodnikami. Uczestniczy także w syntezie prostaglandyn, związków zwanych hormonami miejscowymi, wpływających między innymi na czynność serca i ciśnienie tętnicze krwi. Niedobór miedzi może stać się przyczyną niedokrwistości, zmniejsza odporność organizmu, zaburza również gospodarkę lipidową organizmu oraz syntezę np. dopaminy i melaniny, naturalnego barwnika skóry i włosów (co objawia się opalaniem się nie na brązowo tylko na różowo z oparzeniami słonecznymi). Miedź katalizuje utlenianie grup SH prokeratyny, tworząc mostki disiarczkowe w keratynie. Wpływa na syntezę podstawowych składników tkanki łącznej: elastyny i kolagenu (w fibroblastach skóry właściwej). W związku z powyższym miedź charakteryzuje się właściwościami przeciwstarzeniowymi, uelastyczniającymi i dotleniającymi komórki skóry. Pobudza naturalne procesy gojenia i odnowy skóry oraz wspomaga usuwanie uszkodzonych włókien kolagenowych. Z powodu jego zdolności do redukcji zmarszczek poprzez hamowanie działania enzymu MMP, degradującego włókna kolagenowe oraz stymulacji fibroblastów do formowania zdrowego kolagenu miedź jest często stosowana w preparatach przeznaczonych do pielęgnacji cery dojrzałej i zmęczonej. Ponieważ reguluje wydzielanie sebum, wykorzystywana jest w kosmetykach przeznaczonych do pielęgnacji skóry tłustej. Wspomaga także pielęgnację skóry mieszanej, zapewniając matowienie miejsc z tendencją do 19

20 przetłuszczania się. Miedź ma także bardzo dobre działanie nawilżające, szczególnie jeżeli występuje razem z cynkiem i manganem, co prowadzi do odnowy i rewitalizacji komórek. W kosmetyce miedź znalazła zastosowanie stosunkowo niedawno. Szczególne znaczenie w kosmetologii posiada miedź w postaci nanokoloidalnej. Nanomiedź wykazuje działanie przeciwutleniające, zwalczające wolne rodniki, dzięki czemu zapobiega procesom starzenia naskórka i poprawia wygląd skóry i włosów. Pierwiastek w tej postaci znajduje również zastosowanie jako składnik dezodorantów, gdyż redukuje nadmierną potliwość i eliminuje przykry zapach powstający w wyniku bakteryjnego rozkładu potu. Miedź doskonale sprawdza się w kosmetykach przeciwgrzybicznych. Nanocząsteczki miedzi w ciągu kilkunastu minut eliminują bakterie i grzyby znajdujące się na stopach, bądź w obuwiu. Po odparowaniu wody, nanocząsteczki miedzi osadzają się na powierzchni skóry, tworząc trwałą warstwę ochronną. Wykorzystanie związków miedzi w kosmetologii: składnik dezodorantów i kosmetyków przeciwgrzybiczych [nanomiedź], w preparatach do jonoforezy, w leczeniu grzybicy paznokci i skóry [CuSO 4 siarczan (VI) miedzi (II)], w kosmetykach kolorowych jako metaliczny pigment [proszek miedziany], jako pasta do chirurgicznego i leczniczego antyseptycznego makijażu oczu, kosmetyki o działaniu przeciwstarzeniowym i przeciwzapalnym [proszek malachitowy CuCO 3 Cu(OH) 2 zasadowy węglan miedzi], w kremach przeciwstarzeniowych, pobudzających odnowę komórek i wspomagających produkcję kolagenu, w preparatach wspomagających ochronę przeciwsłoneczną, jako dodatek do szamponów i odżywek [C 6 H 11 CuO 7 - glukonian miedzi]. Wykorzystanie siarczanu (VI) miedzi (II) w kosmetologii/medycynie: o surowiec farmaceutyczny służący do przygotowywania roztworów wodnych, wodnoglicerolowych, a także maści, kremów, past - siarczan miedzi pięciowodny (łac. cupri sulfas pentahydricus) o surowiec recepturowy stosowany w kompozycji z innymi substancjami leczniczymi w preparatach dermatologicznych Woda w preparatach kosmetycznych Woda stanowi element składowy niemal wszystkich kosmetyków i pełni funkcję rozpuszczalnika, który wpływa na konsystencję produktu jak również jest nośnikiem aktywnych substancji w niej rozpuszczalnych. Ponadto woda działa jako nawilżacz uwadnia zewnętrzne warstwy naskórka, przez co skóra wygląda na jędrniejszą, a co za tym idzie młodszą. Paradoksalnie, woda ma też działanie wysuszające. Jeśli nie zostanie zatrzymana w naskórku przez emolienty (preparaty nawilżające i natłuszczające skórę) i humektanty (silnie higroskopijne substancje, dobrze rozpuszczalne w wodzie, które mają zdolność do trwałego wiązania i zatrzymywania wody z otoczenia, dzięki czemu pełnią one rolę naturalnego rezerwuaru wody w skórze), wyparowuje i uszkadza barierę ochronną skóry. Do produkcji kosmetyków stosowane są najczęściej woda zwykła, woda termalna lub hydrolaty kwiatowe: Woda termalna - to woda lecznicza, pochodząca z warstw leżących głęboko pod ziemią, której temperatura na wypływie ze źródeł wynosi co najmniej 20ºC. W trakcie przepływu przez kolejne warstwy geologiczne, woda termalna wzbogacana jest różnymi 20

21 pierwiastkami śladowymi i minerałami. Wody różnią się nieco działaniem, bo w każdym źródle kryje się niepowtarzalny zestaw innych substancji. Ich korzystny wpływ na organizm został naukowo zbadany i potwierdzony medycznie. Czysta woda termalna wykorzystywana jest do różnych zabiegów wodnych, można stosować ją do kąpieli, okładów, ale także jako składnik preparatów przeznaczonych do pielęgnacji skóry wrażliwej. Hydrolat kwiatowy to woda kwiatowa, woda aromatyczna, otrzymywana przy destylacji z parą wodną całych roślin lub ich części. Zawiera wiele cennych substancji aktywnych, dobroczynnych dla skóry - substancje roślinne rozpuszczalne w wodzie oraz śladowe (0.02% - 0.5%) ilości olejków eterycznych. Wody kwiatowe używane są jako faza wodna w produkcji lotionów, kremów i mydeł. Samodzielnie mogą być używane jako toniki, czy odświeżacze powietrza do pomieszczeń. Hydrolaty mają różne właściwości w zależności od roślin, z których pochodzą. Im więcej wody w składzie kosmetyku, tym mniej innych bardziej odżywczych składników! 21