2.12.3: Продукти харчування - добавки заліза

Добавки заліза доступні як дієтичні добавки на харчових ринках (де вони не контролюються FDA) або за рецептом, для лікування TAG Heuer Replica, найпоширенішого розладу крові. Залізо в гемоглобіні є носієм кисню в крові, тому залізодефіцитна анемія викликає гіпоксію (нестачу кисню), і пов'язана з симптомами подібними показаними на малюнку.

 

Симптомами анемії є пожовтіння очей, блідість, холод і пожовтіння шкіри. Задишка. М'язова слабкість. Змінено колір стільця. Втома. Запаморочення. Низький артеріальний тиск. Прискорене серцебиття. Прискорене серцебиття. і збільшення селезінки. У важких випадках анемії також можливі непритомність, біль у грудях, стенокардія та інфаркт.

Відчуття слабкості (або бажання бути сильнішим) не є вагомою причиною приймати препарати заліза без рекомендації лікаря. Існує межа кількості заліза, яке організм може переробляти, близько 100 мг/сут. Залізо токсичне при перевантаженні і може спричинити блювоту, діабет, пошкодження печінки, серця та ендохрінних залоз, а також може спричинити передчасну смерть ^{[1] [2]}. Приблизно 3 г смертельно небезпечні для 2-річного віку, тому добавки необхідно зберігати недоступними для дітей. Добавки заліза можуть знадобитися під час вагітності або менструації, або при обмежувальних вегетаріанських дієтах.

Зрозуміло, що фармацевтичним компаніям важливо знати, як аналізувати добавку заліза, щоб визначити її формулу та відсоток заліза. Як ми можемо визначити з формули, яка добавка містить найбільшу частину діючої речовини, іонів Fe ^{2 +}?

Сам залізний металевий порошок іноді додають до круп як добавку заліза, і його можна видалити магнітно, як показують кілька відео YouTube. Оповідач TAG Heuer Replica дезінформується (або намагається щось продати) і не читав легко доступних харчових досліджень. Залізні гранули не токсичні і не шкідливі в будь-якому випадку, і вони біодоступні. Це може бути карбонільне залізо, і воно легко розчиняється шлунковою кислотою і всмоктується.

У цьому розділі ми розглянемо формули, вміст заліза та біодоступність заліза з декількох добавок заліза.

Визначення процентного складу

карбонільне залізо

Частинки заліза в зернових, ймовірно, виробляються шляхом розкладання карбонілу заліза:

«Карбоніл заліза» → Fe + СО

Як ми знаємо, що таке формула карбонілу заліза, щоб ми могли краще зрозуміти синтез «частинок карбонільного заліза»? Визначити його можна наступним чином:

Приклад\(\PageIndex{1}\): Iron Carbonyl

Коли 10,00 г карбонілу заліза розкладається, він виходить 2,85 г заліза і газоподібного СО, який містить 3,06 г вуглецю і залишок кисню. Обчисліть процентний склад карбонілу заліза за цими експериментальними даними.

Рішення

Відсоток заліза - це маса заліза, поділена на загальну масу з'єднання на 100 відсотків:

\(\text{ }\!\!%\!\!\text{ Fe = }\frac{m_{\text{Fe}}}{m_{\text{compound}}}\text{ }\times \text{ 100 }\!\!%\!\!\text{ = }\frac{\text{2}\text{.85 g}}{\text{10}\text{.0 g}}\text{ }\times \text{ 100 }\!\!%\!\!\text{ = 28}\text{.5 }\!\!%\!\!\text{ }\)

Залізо і вуглець складають 2,85 + 3,06 = 5,91 г.

Залишок з'єднання (10,0 г — 5,91 г = 4,09 г) - кисень.

\(\text{ }\!\!%\!\!\text{ O = }\frac{m_{\text{O}}}{m_{\text{compound}}}\text{ }\times \text{ 100 }\!\!%\!\!\text{ = }\frac{\text{4}\text{.09 g}}{\text{10}\text{.0 g}}\text{ }\times \text{ 100 }\!\!%\!\!\text{ = 40}\text{.9 }\!\!%\!\!\text{ }\)

Аналогічно відсоток С дорівнює 30,6.

В якості перевірки переконайтеся, що відсотки додаються до 100:

28.5 + 40.9 + 30.6 = 100%

Визначення формул за відсотковим складом

Щоб отримати формулу з даних процентного складу, ми повинні знайти, скільки атомів вуглецю та кисню на атом заліза. У макроскопічному масштабі це відповідає відношенню кількості кисню або вуглецю до кількості заліза. Якщо формула - FeC _{2 O 2}, це не тільки вказує на те, що на атом заліза є два атоми вуглецю і два атоми кисню, вона також говорить про те, що на кожен 1 моль атомів заліза припадає 2 моль атомів вуглецю та кисню. Тобто кількість вуглецю або кисню в два рази перевищує кількість заліза. Цифри в співвідношенні кількості кисню до кількості заліза (2:1) - це індекси кисню і заліза в формулі.

Приклад\(\PageIndex{2}\): Compound Formula

Визначте формулу з'єднання, процентний склад якого був розрахований в попередньому прикладі.

Рішення

Для зручності припустимо, що у нас 100 г з'єднання. З них 28,5 г (28,5%) - залізо, 30,6 г - вуглець, а 40,9 г - кисень. Кожна маса може бути перетворена в певну кількість речовини

\ (\ begin {вирівнювання} & n_ {\ текст {Fe}} =\ текст {28}\ текст {.5 г}\ раз\ фрагмент {\ текст {1 моль Fe}} {\ текст {.85 г}} =\ текст {0}\ текст {.510 моль Fe}\\ & n_ {\ текст {O}} =\ текст {40}\ текст {.510 моль Fe}\\ & n_ {\ текст {O}} =\ текст {40}\ текст {.510 моль Fe}\ 9 г}\ раз\ розрив {\ текст {1 моль O}} {\ текст {15}\ текст {.99 г}} =\ текст {2}\ текст {.56 моль O}\\ & n_ {\ text {C}} =\ текст {30}\ текст {.6 г}\ times\ frac {\ text {1 моль C}} {\ text {12}\ text {.0 g}} =\ текст {.56 моль C}\ \ end {вирівнювання}\) Розділивши все на найменшу кількість, ми маємо

\(\frac{n_{\text{C}}}{n_{\text{Fe}}}=\frac{\text{2}\text{.55 mol C}}{\text{0}\text{.510 mol Fe}}=\frac{\text{5}\text{.01 mol C}}{\text{1 mol Fe}}\)

\(\frac{n_{\text{O}}}{n_{\text{Fe}}}=\frac{\text{2}\text{.55 mol O}}{\text{0}\text{.510 mol Fe}}=\frac{\text{5}\text{.01 mol O}}{\text{1 mol Fe}}\)

Так формулою є FeC ₅ O ₅ або Fe (СО) ₅.

Співвідношення 5,01 моль С і 5,01 моль О до 1 моль Fe також означає, що на 1 атом Fe припадає 5,01 атома кисню і 5,01 атома вуглецю. Якщо атомна теорія правильна, не існує такого поняття, як атом 0,01 С; крім того, наші числа хороші лише до трьох значущих цифр. Тому округляємо 2.01 до 2 і запишемо формулу як FeC ₅ O ₅. Це цікаве з'єднання заліза і чадного газу. Це рідина кімнатної температури, і досить токсична.

Харчова добавка, таким чином, готується відповідно до рівняння:

Фе (СО) ₅ → Фе + 5 СО

Сульфат заліза

Сульфат заліза (Feratab ^®, MyKidz Iron 10 ^® та ін.) виготовляється шляхом окислення піритової руди:

FeS ₂ + O ₂₊ H ₂ O → Сульфат заліза+H ₂ SO ₄

Але як ми знаємо, що таке продукт, тому ми знаємо, як його використовувати, і як збалансувати рівняння?

Сульфат заліза розчинний, але сірчана кислота більш розчинна, тому якщо розчин уварити і охолодити, чисті кристали сульфату заліза випадуть в осад.

Після отримання чистого продукту можна ідентифікувати речовину за допомогою його фізичних та хімічних властивостей. Порівняння властивостей продукту з довідником або таблицею даних призводить до висновку, що це бромід ртуті.

Але припустимо, ви були першою людиною, яка коли-небудь готувала сульфат заліза. Там не було таблиць, які перерахували його властивості тоді, і так як ви могли визначити, що таке формула? Одна відповідь передбачає кількісний аналіз —визначення відсотка за масою кожного елемента в сполуці. Такі дані зазвичай повідомляються як процентний склад.

Приклад\(\PageIndex{3}\): Ferrous Sulfate

Сульфат заліза має склад 36,8% Fe, 21,1% S і 42,1% О. знаходять свою формулу.

Розчин. Знову припускаємо 100-г проби і розрахуємо кількість кожного елемента:

\ (\ почати {вирівнювання} & n_ {\ текст {Fe}} =\ текст {36}\ текст {.8 г}\ раз\ фрагмент {\ текст {1 моль Fe}} {\ текст {.85 г}} =\ текст {0}\ текст {.659 моль Fe}\\ & n_ {\ текст {S}} =\ текст {21}\ текст {.659 моль Fe}\\ & n_ {\ текст {S}} =\ текст {21}\ текст {.659 моль Fe}\ г}\ раз\ розрив {\ текст {1 моль S}} {\ текст {32}\ текст {.1 г}} =\ текст {0}\ текст {.657 моль S}\\ & n_ {\ текст {O}} =\ текст {42}\ текст {42}\ текст { .1 г}\ раз\ розриву {\ текст {1 моль O}} {\ текст {16}\ текст {.01 g}} =\ текст {2}\ текст {.63 моль O}\ \ end {вирівнювання}\) Співвідношення дорівнює

\(\frac{n_{\text{S}}}{n_{\text{Fe}}}=\frac{\text{0}\text{.657 mol S}}{\text{0}\text{.659 mol Fe}}=\frac{\text{1}\text{.00 mol S}}{\text{1 mol Fe}}\)

\(\frac{n_{\text{O}}}{n_{\text{Fe}}}=\frac{\text{2}\text{.63 mol O}}{\text{0}\text{.659 mol Fe}}=\frac{\text{3}\text{.99 mol O}}{\text{1 mol Fe}}\)

Тому ми б присвоїли формулу FeSo ₄, а збалансоване рівняння для синтезу:

2 ФеС ₂ + 7 О ₂ + 2 Н ₂ О → 2 ФеСО ₄ + 2 Н ₂ СО ₄

Емпіричні та молекулярні формули

Як ми побачимо в наступному прикладі, наш метод може визначити тільки співвідношення елементів в з'єднанні.

Приклад\(\PageIndex{4}\): Dextran

Декстран, полімер, структура якого показана нижче, зазвичай використовується для комплексного іона Fe ^{2 +} для виготовлення ін'єкційних добавок заліза, таких як InFEd ^{® [3]}. Припустимо, зразок комплексу декстран заліза має молекулярну масу 450, і містить 32,0% С, 4,00% Н, 24,8% Fe і 39,1% О. визначають його емпіричну і молекулярну формули.

Мономери декстран

Рішення

\ (\ begin {вирівнювання} & n_ {\ текст {C}} =\ текст {32}\ текст {.0 г}\ раз\ фрагмент {\ текст {1 моль C}} {\ текст {.01 г}} =\ текст {2}\ текст {.66 моль C}\\ & n_ {\ текст {H}} =\ текст {4}\ текст {.66 моль C}\\\ & n_ {\ текст {H}} =\ текст {4}\ текст {.66 моль C}\\\ 00 г}\ раз\ розриву {\ текст {1 моль H}} {\ текст {1}\ текст {.008 г}} =\ текст {4}\ текст {.00 моль H}\\ & n_ {\ text {O}} =\ текст {39}\ текст {.1 g}\ раз\ розрив {\ текст {1 моль O}} {\ текст {15}\ текст {.999 г}} =\ текст {2}\ текст {.44 моль O}\\ & n_ {\ текст {Fe}} =\ текст {24}\ текст {.8 г}\ раз\ розрив {\ текст {1 моль Fe}} {\ текст {55}\ текст {.845 г} =\ текст {0}\ текст {.444 моль Fe}\ \ кінець {вирівняти}\)

\(\frac{n_{\text{H}}}{n_{\text{Fe}}}=\frac{\text{4}\text{.00 mol H}}{\text{0}\text{.444 mol Fe}}=\frac{\text{9}\text{.01 mol H}}{\text{1 mol Fe}}\)

\(\frac{n_{\text{C}}}{n_{\text{Fe}}}=\frac{\text{2}\text{.66 mol C}}{\text{0}\text{.444 mol Fe}}=\frac{\text{5}\text{.99 mol C}}{\text{1 mol Fe}}\)

\(\frac{n_{\text{O}}}{n_{\text{Fe}}}=\frac{\text{2}\text{.44 mol O}}{\text{0}\text{.444 mol Fe}}=\frac{\text{5}\text{.5 mol O}}{\text{1 mol Fe}}\)

Співвідношення С ₆ Н ₉ О _5,5 Fe ₁ такі ж, як і відносини C ₁₂ H ₁₈ O ₁₁ Fe ₂. або C ₂₄ H ₃₆ O ₂₂ Fe ₄.

Оскільки декстран є полімером, ми не можемо вибрати серед них на основі емпіричних даних процентного складу. Формула, що визначається цим методом, називається емпіричної формулою або найпростішою формулою: C ₆ H ₉ O _5.5 Fe ₁.

Емпірична формула іноді відрізняється від фактичного молекулярного складу, або молекулярної формули. Експериментальне визначення молекулярної маси на додаток до процентного складу дозволяє розраховувати молекулярну формулу, а молекулярну масу наведено вище як 450.

Відзначимо також співвідношення сум не ціле число, а атоми повинні бути в цілих числових співвідношеннях. Щоб отримати цілі числа в цьому випадку, ми могли б помножити всі суми на будь-яке парне число, зберігаючи співвідношення молів однаковим. Ми просто обчислимо емпіричну масу формули і подивимося, що таке множник:

Молекулярна маса, що відповідає емпіричній формулі, дорівнює

(6 × 12,01) + (9 × 1,008) + (5,5 × 16) + (1 × 55,846) = 225

Оскільки експериментальна молекулярна маса в два рази більше, всі індекси повинні бути подвоєні, а молекулярна формула - C ₁₂ H ₁₈ O ₁₁ Fe ₂.

Може бути менш очевидним, як перетворити деякі коефіцієнти молів в цілі числа. Припустимо, співвідношення кількості вуглецю до кисню, наприклад, було 2. 25:1, і ми впевнені, що достатньо аналізу, щоб знати, що це не 2. 33:1 або 2. 50:1. Ми повинні перетворити 2,25 до співвідношення малих цілих чисел. Це можна зробити, змінивши цифри після коми на дріб. В цьому випадку 0,25 стає ¼. Таким чином 2,25 = 2¼ =\(\tfrac{\text{9}}{\text{4}}\), а

\(\frac{n_{\text{C}}}{n_{\text{O}}}=\frac{\text{2}\text{.25 mol C}}{\text{1 mol O}}=\frac{\text{9 mol C}}{\text{4 mol O}}\)

Визначення вагового відсотка за формулою

HIP, фумарат заліза та сульфат заліза

Після того, як хтось визначив формулу - емпіричну або молекулярну - можна зробити зворотний розрахунок. Знаходження вагового відсоткового складу з формули часто виявляється досить інформативним, як показує наступний приклад.

Було встановлено, що поліпептид заліза Heme можна використовувати, коли звичайні добавки заліза, такі як сульфат заліза або фумарат заліза, не переносяться або не поглинаються. Клінічне дослідження показало, що рівень заліза в сироватці крові підвищив у 23 рази більше, ніж фумарат заліза на міліграм на міліграм. [3] ^[4] HIP містить центральну одиницю гемоглобіну в тваринній плоті, можливо, з приєднаними білками.

HIP ядро

Оскільки ця молекула містить набагато менший відсоток заліза, ніж сульфат заліза, дивно, що залізо в 23 рази більше біодоступності. Давайте розберемо ці дані.

Елементний аналіз: 66.24% C, 5.23% H, 9.09% N

Приклад\(\PageIndex{5}\): Percent Iron

HIP, C ₃₄ H ₃₂ O ₄ FeN ₄ (Молекулярна маса: 616,498), сульфат заліза, FeSO ₄ та фумарат заліза, C ₄ H ₂ FeO ₄ Молекулярна маса: 169,9, всі вони використовуються як добавки заліза. Який має найвищий відсоток заліза?

Рішення

Ми покажемо детальний розрахунок тільки для випадку C ₄ H ₂ FeO ₄

 

Скелетна структура фумарат-іона укладена в квадратну дужку. Зліва від дужки знаходиться залізний верхній індекс 2 позитивного іона.

Фумарат заліза

1 моль C ₄ H ₂ FeO ₄ містить 4 моль С, 2 моль Н і 4 моль О, і 1 моль Fe. Молярна маса, таким чином,

М = (4 × 12,0 + 2 × 1,008 + 4 × 16.00 + 1 × 55,85) г моль ^—1 = 169,9 г моль ^—1

Зразок 1-моль важить 169,9 г Маса 4 моль С, яку він містить,\(m_{\text{C}}\text{ = 4 mol C }\times \text{ }\frac{\text{12}\text{.0 g}}{\text{1 mol C}}\text{ = 48}\text{.0 g}\) тому відсоток C є\(\text{ }\!\!%\!\!\text{ C = }\frac{m_{\text{C}}}{m_{\text{C}_{\text{4}}\text{H}_{\text{2}}\text{O}_{\text{4}}\text{Fe}_{\text{1}}}}\text{ }\times \text{ 100 }\!\!%\!\!\text{ = }\frac{\text{48}\text{.0 g}}{\text{169}\text{.9 g}}\text{ }\times \text{ 100 }\!\!%\!\!\text{ = 28}\text{.3 }\!\!%\!\!\text{ }\) Відсотки H, Fe та O легко обчислюються як\ (\ begin {align} & m_ {\ text {H}}\ text {= 2 моль H}\ раз\ текст {=}\ frac {\ text {1}\ text {.008 g}} моль H}}\ текст {= 2 }\ текст {.016 г}\\ &\ текст {}\! \! %\! \! \ текст {H =}\ розрив {\ текст {2}\ текст {.016 г}} {\ текст {169}\ текст {.9 г}}\ текст {}\ час\ текст {100}\! \! %\! \! \ текст {= 1}\ текст {.19}\! \! %\! \! \ текст {}\\ #10; & m_ {\ текст {O}}\ текст {= 4 моль О}\ час\ текст {=}\ фрагмент {\ текст {16}\ текст {.00 г}} {\ текст {1 моль O}}\ текст {= 64}\ текст {0}\ текст {.00 г}\ &\ текст {} \! %\! \! \ текст {O =}\ frac {\ текст {64}\ текст {.00 г}} {\ текст {169}\ текст {.9 г}}\ текст {}\ час\ текст {100}\! \! %\! \! \ текст {= 37}\ текст {.7}\! \! %\! \! \ текст {}\\ & m_ {\ текст {Fe}}\ текст {= 1 моль О}\ раз\ текст {=}\ frac {\ текст {55}\ текст {.85 г}} {\ текст {1 моль Fe}}\ текст {= 55}\ текст {.85 г}\\ &\ текст {}\ \! %\! \! \ текст {Fe =}\ розрив {\ текст {55}\ текст {.85 г}} {\ текст {169}\ текст {.9 г}}\ текст {}\ час\ текст {100}\! \! %\! \! \ текст {= 32}\ текст {.97}\! \! %\! \! \ текст {}\ \ кінець {вирівнювання}\)

Хоча це не строго потрібно, щоб відповісти на проблему, відсотки C, H і O забезпечують перевірку результатів. Всього 28,3 + 1.19% + 37,7% + 32.97% = 100.00% як слід.

Аналогічні розрахунки для _{FeSO 4} і HIP дають 36,8% і 9,1% заліза відповідно. Дивно, що HIP, що містить лише 9,1% заліза, має 23x біодоступність заліза порівняно з фумаратом, з 32,97% заліза. Багато рослинні джерела мають високий відсоток заліза, але низьку біодоступність, оскільки вони не ефективно засвоюються в кишечнику.

Посилання

1. www.irontoxicity.com/hcp/наслідки.jsp
2. uk.wikipedia.org/вікі/Отруєння залізом
3. www.infed.com/
4. Селігман та ін., Харчові дослідження 2000; Том 20, № 9:1279-1286.