Идентификация неорганических соединений йода методом рентгенофазового анализа

Йод является важнейшим микроэлементом рациона питания, поскольку он принимает участие в синтезе тиреоидных 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 I^-, IO 3 ^- и комплексных органоминеральных соединений, особенно в составе биомассы живых и отмерших организмов. В морской воде присутствует также молекулярный йод (I 2 ) и ги-пойодиты (соли йодноватиcтой кислоты HIO), как результат распада йодидов (соли йодоводородной кислоты HI) и йодатов (соли йодноватой кислоты HIO 3 ), 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.

Рентгеновские лучи (частота 1017 – 1018 Гц, длина волны Xp  10-1 нм) рас сеиваются 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 связана с его энергией:    = c c h , vE v где: Ev – энергия фотона с частотой v; c – скорость света h – постоянная Планка.

стоит быть

Основное условие дифракции сов том, что длина волны X должна 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 ( Z ) рассеивающего атома. Количественно рассеивающую способность атома определяют атомной амплитудой рассеяния f ( ), где – угол рассеяния. Величина f ( ) ² пропорциональна интенсивности излучения I p ( ), рассеянного атомом под углом . Амплитуда рассеяния рентгеновских лучей f p ( ) при малых углах рассеяния пропорциональна Z, а при больших углах - Z ^1/2.

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.

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 межплоскостные расстояния (d) и идентификация линий неорганических соединений йода. Спектры рентгеновского поглощения неорганического йода, содержащегося в ламинарии сушеной представлены на рисунке 1 ( а, б ).

Таблица 1 – Идентификационные линии неорганических соединений йода, содержащихся в исследуемых образцах ламинарии сушеной

Наблюдаемые линии		Табличные данные, KJO 3 , 1-776
d, ангстрем	I/I max	d, ангстрем	I/I max
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

Идентификационные линии, полученные в ходе исследования, характеризуют присутствие в исследуемых образцах ламинарии сушеной неорганической формы йода в виде йодата калия (KIO3). При этом по интенсивности набора линий (спектров рентгеновского поглощения) можно сделать предположение о значительном снижении содержания йодата калия (содержащегося в кристаллической фазе) в ламинарии сушеной после обработки водноспиртовой смесью.

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 KJO 3 .

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 йода в рационе питания для профилактики йодного дефицита.