Исследование химического состава минеральных вод
УДК 54.06
ИССЛЕДОВАНИЕ ХИМИЧЕСКОГО СОСТАВА МИНЕРАЛЬНЫХ ВОД
Студентка 2-курса
Научный руководитель: к. х.н., доцент
Казахский Государственный Женский Педагогический Университет, г. Алматы
*****@***ru
Аннотация. Минеральные воды — это природные воды, являющиеся продуктом сложных геохимических процессов. Они оказывают на организм человека лечебное действие, обусловленное либо повышенным содержанием полезных биологически активных компонентов, их ионного или газового состава, либо общим ионно-солевым составом воды. Казахстан имеет необычные целебные источники, в котором огромное количество целебной воды, отличающейся своими минеральными показателями и химическим составом. На территории Казахстана всего известно более пятисот родников с минеральной водой. В частности, 1170 предприятия – занимаются производством минеральных вод. Из них в качестве объекта исследования были взяты минеральные воды торговых марок «ASU», «Turan», «Сарыағаш». Были проведены pH метрические, ареометрические, пикнометрические методы исследования. Обнаружение содержание различных ионов определены титриметрическим методом исследование. Результаты исследований были сравнены с предельно – допустимой концентрацией (ПДК). Сравнение показали следующие показатели: по предельно – допустимому концентрацию ионы карбоната в минеральной воде «Сарыағаш» превышает в 2 раза; ионы магния в минеральной воде «Turan» превышает в незначительном количестве; содержание ионов карбоната превышается во всех пробах. В частности, в минеральной воде «Turan» - в 3 раза, в минеральной воде «ASU» - в 2 раза, в минеральной воде «Сарыағаш» - в 8 раз.
Ключевые слова: минеральная вода, титриметрический анализ, pH – метрия, ареометр, пикнометр, ионы, химический состав, «ASU», «Turan», «Сарыағаш».
Минеральные воды – сложные растворы, в которых вещества содержатся в виде ионов, недиссоциированных молекул, газов, коллоидных частиц. Процессы, при которых происходит образование минеральных вод, все еще недостаточно изучены и довольно сложны. При изучении этого вопроса исследуют причины, приведшие к появлению данной массы воды, образовавшейся под землей, а затем выясняют происхождение ее ионно-солевого состава и процессы образования растворенных в ней газов.
Состав минеральной воды определяется историей геологических процессов, на нее оказывают влияние характер тектонических структур, геотермические условия и другие особенности территории, где образуется месторождение[1].
Актуальность выбранной темы обоснована тем, что люди часто увлекаются употреблением минеральной воды, не учитывая, что в ее состав входит свой неповторимый набор химических элементов, что и определяет ее пользу или вред. Лечебное действие минеральных вод при питьевом лечении определяется в основном следующими факторами: общей минерализацией, ионным составом, наличием активных ионов, органических веществ и газов, температурой, активной реакцией среды и радиоактивностью.
Человеку необходима не только простая вода, но и минеральная. Минеральная вода содержит много полезных компонентов, которые необходимы человеку для развития и здоровья. Минеральная вода обладает различными целебными свойствами. Когда в воде содержится кремний, то она подходит пожилым людям и применяется для лечения кожных заболеваний. Высокий уровень радона помогает при проблемах с суставами, щитовидной железой, атеросклерозе. Минералы брома и магния оказывают положительное действие при заболеваниях нервной системы, а повышенное содержание ионов натрия благоприятствует пищеварению. Также на ее основе делаются ингаляции при бронхитах и простуженном горле. Наличие углекислоты улучшает работу желудка, нормализует обменные процессы, поэтому можно применять людям которые страдают сахарным диабетом. С другой стороны, сильное насыщение углеродом растягивает стенки желудка у здорового человека, а у людей, имеющих проблемы желудочно-кишечного тракта, может вызвать прободение язвы, обострение при заболеваниях почек и желчного пузыря[2].
Целью исследования является изучение химического состава минеральных вод из различных источников. Используя экспериментальные исследования веществ методом количественного анализа.
Объектом исследований использованы Казахстанские газированные минеральные воды марок «ASU» - природная вода гор Заилийского Алатау, «Turan» - природная вода заповедного края Боровое, «Сарыағаш» - минеральная вода Южного Казахстана, курорта Сарыагаш.
Всего в справочнике на 17.11.2016 зарегистрировано 411 378 юридических лиц, классифицированные на крупные, средние, малые предприятия; а также по видам хозяйственной деятельности: АО, ТОО, филиалы, государственные учреждения, за исключением ИП.
Из них 1170 – занимаются производством минеральных вод и других безалкогольных напитков[5].
В немецкой «Курортной книге», изданной в 1907 г., анализы вод минеральных источников впервые были представлены в виде ионных таблиц. Такая же книга об австрийских курортах была издана в 1914 г. Этот тип представления минеральных вод принят в Европе в настоящее время.
Таблица 1. Основной состав минеральной воды указанный на этикетке(мг/л)
Ионы (мг/л) | «ASU» | «Сарыағаш» | «Turan» |
HCO3- | 50,0 | 250-450 | 180 |
Cl- | 75,0 | 70-90 | 70 |
SO42- | 30,0 | 91,7 | 40 |
F- | 1,2 | 1,2 | 1,2 |
Na++K+ | 55 | 100-250 | 80-0,6 |
Ca2+ | 10,0 | 1-5 | 40 |
Mg2+ | 3,0 | 0,9 | 20 |
Таблица 2. Критерии физиологической полноценности питьевой воды по макро - и микроэлементному составу (СТ РК 1432-2005)[3]
Показатели (основные биологически активные элементы), (мг/л) | Нормативы физиологической полноценности воды, от – до. |
Минерализация | 100-1000 |
Жесткость, мг-экв/л | 1,5-7,0 |
Гидрокарбонаты | 30-400 |
Кальций | 25-130 |
Магний | 5-65 |
Калий | - |
Фтор | 0,5-1,5 |
Йод | 0,01-0,125 |
Кислород | не менее 5 |
Таблица 3. Основные компоненты минерального состава воды[4]
Компонент минерального состава воды | Предельно - допустимая концентрация (ПДК), мг/л |
ГРУППА 1 | |
| Катионы | |
Кальций | 200 |
Натрий | 200 |
Магний | 100 |
| Анионы | |
Гидрокарбонат | 1000 |
Сульфат | 500 |
Хлорид | 350 |
Карбонат | 100 |
ГРУППА 2 | |
| Катионы | |
Аммоний | 2,5 |
Тяжелые металлы | 0,001 моль/л |
Железо | 0,3 |
| Анионы | |
Нитрат | 45 |
Ортофосфат | 3,5 |
Нитрит | 0,1 |
Для определения значения кислотно-щелочного баланса (pH) минеральных вод использовался pH-метр. Использование специального прибора — pH-метра позволяет измерять pH в более широком диапазоне и более точно (до 0,01 единицы pH), чем с помощью индикаторов. Показатель pH определено с помощью прибора pH-метр марки «И-160-МИ». Каждое государство имеет свои стандарты показателей щелочности питьевой воды. Данными ВОЗ (Всемирная организация здравоохранения) определены следующие показатели pН.
- pH менее 3 – сильнокислые воды;
- pH от 3 до 5 – кислые воды;
- pH от 5 до 6,5 – слабокислые воды;
- pH от 6,5 до 7,5 – нейтральные воды;
- pH от 7,5 до 8,5 – слабощелочные воды;
- pH от 8,5 до 9,5 – щелочные воды;
- pH более 9,5 – сильнощелочные воды[6].
Для определения плотности минеральных вод осуществлялся два наиболее широко используемые методы определения: ареометрический и пикнометрический.
Для обнаружения содержания гидрокарбонат ионов использовался титриметрический метод исследование. В качестве титранта использовался 0,1н раствор соляной кислоты, а в качестве индикатора метиловый оранжевый. Титрование продолжалось до изменение цвета с желтого до розового.
При обнаружении содержании кальций и магний ионов использовался один из методов количественного анализа: титриметрический метод. В обоих случаях в качестве титранта служил 0,05н раствор Трилона-Б. Для ионов магния индикатором служил Эриохром черный Т, в присутствии аммиачно-буферного раствора. Для ионов кальция индикатором служил мурексид, в присутствии 10% раствора гидроксида натрия. В обоих случаях титрование продолжалось до изменение цвета с лилового до небесно-синего.
Для обнаружение содержании хлор ионов так же был использован титриметрический метод исследования. В качестве титранта был использован 0,02 М раствор нитрата серебра. Индикатором послужил раствор фенолфталеин. Титрование продолжалась до изменение цвета с желтого до кирпично-оранжевого.
Для определение ионов карбоната использовался титриметрический метод исследование. Титрантом послужил раствор 0,1 н гидроксида натрия, индикатором являлся фенолфталеин. Титрование продолжалась до изменение цвета в бледно-розовый[7].
За окончательный результат определения содержания ионов в минеральной воде принимают среднее арифметическое значение оттитрованной минеральной воды в три пробы. Разница между результатами не должно превышать 2%.
Таблица 4. Физические показатели исследованных минеральных вод
Наименование продукции | pH | Показатель преломление (n) | Плотность (г/мл) | |
по ареометру | по пикнометру | |||
«Turan» | 4,874 | 1,33.10 | 0,990 | 1,000 |
«Сарыағаш» | 4,999 | 1,33.00 | 1,000 | 1,000 |
«ASU» | 4,050 | 1,33.00 | 1,000 | 1,000 |
Таблица 5. Показатели химического состава исследованных минеральных вод(мг/л)
Наименование продукции | HCO3- | Ca2+ | Mg2+ | Cl- | CO2 |
«Turan» | 561,2 | 70,14 | 115,5 | 67,45 | 242 |
«Сарыағаш» | 1039 | 100,2 | 54,6 | 85,2 | 396 |
«ASU» | 285,48 | 50,1 | 36,5 | 74,55 | 198 |
Проведенные исследования показали, что 3 пробы газированных минеральных вод «ASU», «Turan» и «Сарыағаш» являются кислыми минеральными водами. Плотность определено по пикнометрическому и ареометрическому методу. Результаты исследование показали, что плотности по обоим методом аналогичны. Показатели преломление определены специальным аппаратом – рефрактометром марки «ИРФ-454Б». Результаты исследование так же показали аналогичность 3 проб по показателю преломление.
По показателю содержания гидрокарбонат ионов все пробы не соответствует основному составу указанному в этикетке. В газированной минеральной воде «Сарыағаш» содержания гидрокарбонат ионов превышает предельно – допустимую концентрацию и в 2 раза больше указанного количества в этикетке.
По показателю содержания ионов кальция все пробы не соответствует основному составу указанному в этикетке. Показатели всех проб не превышает предельно – допустимую концентрацию, которая составляет 200 мг/л.
По показателю содержания ионов магния все пробы намного превышает основному составу указанному в этикетке. Газированная минеральная вода «Turan» незначительно превышает предельно – допустимую концентрацию содержания ионов магния, которая составляет 100 мг/л. Минеральные воды «ASU» и «Сарыағаш» соответствует предельно – допустимому концентрацию содержания иона магния.
По показателю содержания хлорид ионов все пробы минеральных вод соответствует основному составу указанному в этикетке. Кроме газированной минеральной воды «Turan», которая в незначительном количестве меньше указанному количеству в этикетке. Все пробы минеральных вод соответствует критерию предельно – допустимой концентрации, которая составляет 350 мг/л.
По показателю содержания карбонат ионов, все пробы минеральных вод не соответствует и намного превышает предельно – допустимую концентрацию, которая составляет 100 мг/л. В частности, содержания карбонат ионов в газированной минеральной воде «Turan» превышается в 3 раза. В газированной минеральной воде «ASU» превышает в 2 раза. В газированной минеральной воде «Сарыағаш» превышает предельно – допустимую концентрацию в 8 раз.
ЛИТЕРАТУРА
1. Лечение минеральными водами. — Пятигорск: Прайс, 2004
2. Популярная библиотека химических элементов. Под ред. акад. -Соколова. — М.: Наука, 1983
3. Технический регламент Республики Казахстан «Требования к безопасности питьевой воды, включая природные минеральные воды, расфасованной в емкости» № 000 от 9 июня 2008 года
4. http://anchem. ru/literature/books/muraviev
5. http://-kazakhstan-12-otrasl-napitki-predpriyatiya
6. ГОСТ 13273-88 «Воды минеральные питьевые лечебные и лечебно-столовые. Технические условия. Межгосударственный стандарт». (Drinking medicinal and medicinal - table mineral water. Specifications).
7. «Аналитическая химия промышленных сточных вод» - Издательство «Химия», 1984 г.
REFERENCES
1. Merkusheva N. V. Lechenie mineral’nimi vodami. – Pyatigorsk: Prays, 2004
2. Populyarnaya biblioteka himicheskih elementov. Pod red. Akad. I. V. Petryanova-Sokolova. – M.:Nauka. 1983
3. Tekhnicheskiy reglament Respubliki Kazakhstan «Trebovanie k bezopasnosti pit’evoy vodi, vklyuchaya prirodnie mineral’nie vodi, rasfasovannoy v yomkosti» № 000 ot 9 iyunya 2008 goda
4. http://anchem. ru/literature/books/muraviev
5. http://-kazakhstan-12-otrasl-napitki-predpriyatiya
6. GOST 13273-88 «Vodi mineral’nie pit’evie lechebnie b lechebno-stolovie. Tekhnicheskie usloviya. Mezhgosudarstvenniy standart». (Drinking medicinal and medicinal - table mineral water. Specifications).
7. Lur’e Yu. Yu. «Analiticheskaya khimia promishlenniy stochnih vod» – Izdatel’stvo «Khimia», 1984
Түйіндеме
МИНЕРАЛДЫ СУЛАРДЫҢ ХИМИЯЛЫҚ ҚҰРАМЫН ЗЕРТТЕУ
Минералды сулардың химиялық құрамын анықтаудың сандық талдау әдістері келтірілген. Зерттелетін минералды сулардың pH – көрсеткіші және тығыздығын анықтау әдістемесі жасалған. Минералды сулардың құрамындағы иондар саны титриметриялық әдіспен анықталды.
Тірек сөздер: минералды су, титриметриялық талдау, pH-метр, ареометр, пикнометр, иондар, химиялық құрам.
Summary
K. B. Tazhikulova
RESEARCH CHEMICAL COMPOSITION OF MINERAL WATERS
Methods of quantitative analysis of mineral waters are presented. The methods of determining the pH and density of researching mineral waters are given. The content ions in mineral waters is determined by the titration.
Key words: mineral water, titration, pH-meter, areometer, pycnometer, ions, chemical composition, «ASU», «Turan», «Сарыағаш».
