Химические методы анализа природных вод

Методы анализа, разработанные для поверхностных пресных и соленых вод, применимы, несомненно, и для анализа других водных объектов, в том числе грунтовых и лизиметрических вод, почвенных растворов и вытяжек.

Аналитическая процедура определения содержаний элементов в водах различного состава включает несколько стадий:

— собственно инструментальный анализ.

В зависимости от концентраций определяемых элементов и возмож­ностей инструментальной техники вышеперечисленные стадии могут быть усложнены введением дополнительных этапов, связанных с консервацией анализируемых образцов, предварительным концентрированием элементов и модернизацией оборудования (например, введением дополнительных приспособлений для ввода пробы, перевода из одного агрегатного состо­яния в другое и т.д.).

Пробоотбор и пробоподготовка как важнейший этап анализа.Отбор пробы воды следует рассматривать как стадию, в значительной степени определяющую правильность последующего анализа, причем ошибки, допущенные в процессе пробоотбора, в дальнейшем не могут быть исправлены даже самым квалифицированным аналитиком. Место и усло­вия отбора пробы воды в каждом случае определяют конкретными задачами исследований, однако основные правила отбора проб носят общий ха­рактер:

— проба воды, взятая для анализа, должна отражать условия и место отбора;

— отбор пробы, ее хранение и транспортировка должны исключать возможность изменения ее первоначального состава (содержаний опре­деляемых компонентов или свойств воды);

-объем пробы должен быть достаточным для проведения анали­тической процедуры в соответствии с методикой.

Отбор проб воды.Отбор проб воды может быть разовым и серийным. Разовый отбор обычно применяют для получения первоначальной информации о качестве ана­лизируемой воды. Принимая во внимание изменяющийся во времени и пространстве состав анализируемых вод, более оправдан серийный отбор, который проводят либо с разных глубин источника, либо в различные моменты времени. При таком отборе можно судить об изменении качества воды во времени или в зависимости от ее расхода.

По своему виду пробы бывают простыми и смешанными. Простая пробаобеспечивается путем однократного отбора всего требуемого для анализа количества воды, при этом полученная информация отвечает составу в данной точке в данный момент времени.Смешанную пробуполучают путем сливания простых проб, отобранных в разные промежутки времени или в различных точках, характеризуя таким образом усреднен­ный состав воды. Если пробу отбирают из открытого водотока, необходимо соблюдать условия, при которых она будет типичной: лучшие места для пробоотбора — бурные участки, где происходит более полное смешение. При отборе пробы сточной воды нужно соблюдать следующие условия:

— скорость отбора не менее 0,5 м/с;

— диаметр отверстия пробоотборника не менее 9-12 мм;

— высокая турбулентность (в случае отсутствия создают искусственно).

При отборе пробы питьевой воды необходимо предварительно спустить воду в течение 15 мин при полностью открытом кране. Перед закрытием сосуда пробкой верхний слой воды сливают так, чтобы под пробкой оставался слой воздуха объемом 5-10 см 3 .

Для отбора и хранения проб используют посуду из стекла, полиэтилена, тефлона. Для определения ультрамикроконцентраций элементов идеальным материалом для отбора и особенно для хранения проб является новый полимер политетрафтор-алкокси-этилен (PFA). Его главные преимущества по сравнению с тефлоном, применяющимся в аналитической химии микро­элементов, — высокая гидрофобность и практически полное отсутствие внутренних пор, а значит и отсутствие эффекта «памяти».

Консервация и хранение.Отобранная проба природной воды представляет собой двухфазную сис­тему, состоящую из раствора и взвешенного вещества. Чтобы избежать потерь микроэлементов за счет биохимических процессов и сорбции на стенках сосуда пробу после фильтрования консервируют, в отдельных случаях даже нефильтрованные образцы, если это согласуется с задачей исследования.

источник

Объем гидрохимических работ, количество, сроки, место и способы взятия проб зависят от целей гидрохимических исследований.

Для рыбохозяйственных целей могут быть выполнены:

1)газовый анализ воды (определяют физические свойства воды, содержание растворенного кислорода, углекислого газа, концентрацию ионов водорода (рН), наличие и количество сероводорода, аммиака);

2)краткий анализ воды (кроме определений, перечисленных в газовом анализе, определяют окисляемость, щелочность, карбонатную жесткость воды и общее содер­жание растворенного железа);

3)полный общий анализ воды, который включает определение физических свойств (температуры, прозрачности, цвета, запаха и вкуса); содержания кислорода, углекислого газа, сероводорода, аммиака; концентрации ионов водорода (рН) и ще­лочности, общей, карбонатной жесткости; окисляемости нефильтрованной и фильт­рованной воды; содержания альбуминоидиого азота, солевого аммиака, нитритов, нитратов, фосфатов, различных форм железа, кремния; сульфатов, хлоридов, кальция и магния.

Целью специальных исследований может быть определение содержания метал­лов и микроэлементов.

Полученные результаты сравнивают с нормативными значениями показателей качества воды, приведенными в таблице.

Большинство природных вод мало минерализовано, поэтому для количественно­го определения многих компонентов, растворенных в воде, требуются точные мето­дики. Вместе с тем они должны быть достаточно простыми, не требующими сложного и дорогостоящего оборудования, доступными для выполнения в полевых условиях и в относительно небольших гидрохимических лабораториях рыбоводных хозяйств.

Методики исследования химического состава воды должны быть едиными при изучении водоемов в различных целях; для того чтобы полученные данные можно было сравнить и использовать.

Определения не должны занимать много времени, так как надо стремиться все необходимые показатели определить в течение 1 -2 сут.

Используемые в настоящее время в практических целях методы химического анализа природных вод можно разделить на:

1) химические (весовые, объемный ана­лиз); 2) электрохимические (потенциометрический, кондуктометрический, поляро­графический); 3) оптические (фотометрические и спектрофотометрические, люминес­центный, спектральный анализ); 4) фотохимические, 5) хроматографичсские (жидко­стная колоночная хроматография, тонкослойная хроматография, газовая хроматография и т.д.).

Наиболее распространены в гидрохимии первые три группы методов. К химиче­ским методам относятся методы, предусматривающие проведение химической реак­ции и последующее количественное определение образующихся продуктов. Из хими­ческих методов при анализе природных вод широко используется метод объемного анализа. Основным преимуществом объемного анализа являются простота, быстрота определения, а также широкие возможности использования разнообразных химиче­ских свойств веществ. Именно благодаря этим достоинствам метода объемного ана­лиза в настоящее время являются основными при определении макрокомпонентов природных вод. Суть объемного метода заключается во взаимодействии исследуемо­го компонента с реактивом, который добавляется в виде раствора определенной концентрации (титрованный раствор) до того момента, когда количество прибавленного реактива не станет эквивалентно количеству определяемого компонента в растворе. Этот процесс называется титрованием, а момент окончания титрования — точкой эквивалентности. Конец титрования обычно устанавливают по изменению цвета индикатора, т.е. вещества, которое изменяет вою окраску при концентрациях реаги­рующих веществ, близких к точке эквивалентности. Индикатор и условия титрования выбирают так, чтобы точка титрования индикатора совпадала с точкой эквивалентно­сти или была, возможно, ближе к последней.

Процесс титрования осуществляется следующим образом.

В коническую колбу помещают исследуемую пробу воды, раствор индикатора, по каплям добавляют из бюретки титрующий раствор при постоянном перемешива­нии. Титрование продолжают до изменения цвета окраски в колбе. Обычно для уста­новления конечной точки титрования используют «свидетель», в качестве которого обычно применяется проба, оттитрованная до эквивалентной точки. Сравнение окра­сок следует производить на белом фоне. По окончании титрования по бюретке отме­чают количество затраченного на титрование раствора.

В зависимости от типа реакций методы объемного анализа делятся на четыре большие группы: 1) кислотно-основное титрование, 2) титрование окислителями и восстановителями; 3) методы осаждения; 4) методы, основанные на образовании ком­плексов.

При кислотно-основном титровании в качестве титрованных растворов обычно применяют кислоты и щелочи. Определять этим методом можно кислоты, щелочи, соли слабых кислот и оснований; в частности, в гидрохимии этим методом определя­ют диоксид углерода и гидрокарбонаты.

Титрование окислителями и восстановителями применяется в гидрохимии в ос­новном при определении растворенного кислорода и окисляемости.

Методы объемного анализа, основанные на реакциях осаждения, используются при определении сульфатов и хлоридов.

Примером титрования с образованием комплексов могут служить реакции взаи­модействия ионов кальция и магния с трилоном Б, которые лежат в основе определе­ния общей жесткости воды.

Электрохимические методы основаны на измерении электрохимических свойств компонентов — окислительного потенциала, электрической проводимости, силы полярографического тока и т.д. Простота выполнения определений, легкость ав­томатизации, высокая чувствительность делают эти методы весьма перспективными в анализе вод.

В основе оптических методовлежит способность всех веществ поглощать лу­чистую энергию в виде квантов, соответствующих определенным длинам волн. Ли­нии или полосы поглощения при этом располагаются в ультрафиолетовой, видимой или инфракрасной областях спектра и могут использоваться для количественной оценки (см. лаб. раб.№2.).

В процессе выполнения анализа записи следует вести в табличной форме. При применении объемного метода рекомендуется форма табл.1(приложение), фотоколо­риметрического — табл.2(приложение) и при определении окисляемости перманганатным методом — табл.3 (приложение).

Такие таблицы позволяют легко произвести расчет, устранить неясности и при необходимости быстро проверить правильность вычислений.

Пользуясь указанными выше методами, результаты анализа выражают в виде

источник

В течение нескольких последних десятилетий аналитическая химия природных вод претерпела весьма существенные изменения, обусловленные как общим развитием естественных наук, так и быстрым расширением и усложнением задач, выдвигаемых практикой. Эти задачи в свою очередь определялись новыми знаниями о свойствах и возможных областях использования водных ресурсов.

Используемые в настоящее время в практических целях методы химического анализа природных вод можно подразделить на: 1) химические; 2) электрохимические; 3) оптические; 4) фотохимические; 5) хроматографические. Такие сложные физико-химические методы анализа, как хромато-масс-спектрометрический, нейтронно-активационный, радиохимический, а также методы низкотемпературной люминесценции, несмотря на их высокую информативность, не нашли пока широкого применения при проведении массовых определений из-за их сложности и дорогостоящей аппаратуры.

В природных условиях вода всегда содержит в своем составе разнообразные химические вещества. Одни из них оказывают вредное влияние на организм животных, другие позволяют косвенно судить о загрязнении воды органическими веществами и тем самым определить степень ее опасности в распространении инфекционных и инвазионных заболеваний.

К гидрохимическим относятся методы, предусматривающие проведение химической реакции и последующее количественное определение образующихся продуктов реакции. В настоящее время это в основном методы объемного анализа. Распространенные ранее весовые методы из-за их трудоемкости и длительности используются изредка в качестве арбитражных, когда возникают разногласия, например, при определении сульфатов, высоких концентраций нефтепродуктов, жиров.

Методы объемного анализа предусматривают взаимодействие исследуемого компонента с реактивом, который добавляется в виде раствора определенной концентрации (титрующий раствор) до того момента, когда количество прибавленного реактива не станет эквивалентно количеству определяемого компонента в растворе. Этот процесс называется титрованием, а момент окончания титрования — точкой эквивалентности. Конец титрования обычно устанавливают по изменению цвета индикатора, то есть вещества, которое изменяет свою окраску при концентрациях реагирующих веществ, близких к точке эквивалентности. Индикатор и условия титрования выбирают так, чтобы точка титрования индикатора совпадала с точкой эквивалентности или была возможно ближе к ней.

Чувствительность методов объемного анализа 10

э -10 4% (массовая доля), погрешность определения 0,5-1,5%. Основным преимуществом объемного анализа являются простота, быстрота определения, а также широкие возможности использования разнообразных химических свойств веществ. Благодаря этим достоинствам методы объемного анализа в настоящее время являются основными при определении макрокомпонентов природных вод. [12]

В зависимости от типа реакций методы объемного анализа делятся на четыре большие группы: 1) кислотно-основное титрование; 2) титрование окислителями и восстановителями; 3) осаждение; 4) титрование с образованием комплексов.

При кислотно-основном титровании в качестве титрованных растворов обычно применяют кислоты и щелочи. В гидрохимии этим методом определяют диоксид углерода и гидрокарбонаты.

Метод определения диоксида углерода основан на количественном переводе угольной кислоты в ионы НС03при титровании пробы щелочью (рН8,2-8,4) в присутствии индикатора фенолфталеина:

Для определения гидрокарбонатных и карбонатных ионов используется их взаимодействие с сильной кислотой в результате чего образуется Н₂С0₃, которая распадается на С0₂и Н₂0. [12]

Метод предусматривает добавление избытка соляной кислоты (до рН-3), удаление образующегося диоксида углерода и последующее оттитровывание избытка кислоты раствором буры Na₂B₄₇ в присутствии смешанного индикатора метилового красного — метиленового голубого.

Титрование окислителями и восстановителями применяется в основном при определении растворенного кислорода и окисляемости. Определение растворенного кислорода основано на взаимодействии гидроксида марганца с растворенным в воде кислородом, в результате чего образуется нерастворимое соединение четырехвалентного марганца коричневого цвета. При подкислении раствора в присутствии избытка йодистого калия образуется йод, количество которого эквивалентно содержанию растворенного кислорода и учитывается титрованием раствора тиосульфата:

Определение бихроматной окисляемости основано на окислении органических веществ бихроматом калия в кислой среде (в присутствии катализатора), избыток которого титруют раствором железо-аммонийных квасцов.

Методы осаждения используются при определении сульфатов и хлоридов. Метод определения сульфатов основан на их взаимодействии с солями свинца, в результате чего образуется слаборастворимый осадок PbS0₄в присутствии индикатора дитизона. В эквивалентной точке окраска индикатора изменяется из сине-зеленой в красно-фиолетовую.

Метод определения хлоридов основан на малой растворимости хлорида серебра AgCl, который выпадает из раствора при добавлении нитрата серебра AgN0₃к воде, содержащей хлоридные ионы:

После полного осаждения хлоридов избыток ионов серебра вступает в реакцию с ионами хромовой кислоты, которую добавляют как индикатор. При этом образуется осадок хромата серебра красного цвета.

Примерами титрования с образованием комплексов могут служить реакции взаимодействия ионов кальция и магния с трилоном Б, с которым эти ионы образуют малодиссоциироваиные комплексы.

Электрохимические методы. Группа электрохимических методов основана на измерении электрохимических свойств компонентов — окислительного потенциала, электрической проводимости, силы полярографического тока. Основные достоинства этих методов — простота выполнения определений, легкость автоматизации, низший предел обнаружения 10 15 — 10 7 %, невысокая погрешность (0,5-5%). [12]

Потенциометрический метод анализа основан на измерении потенциала электрода, изменяющегося в результате химических реакций и зависящего от температуры и концентрации анализируемого раствора. Использование ионселективных электродов, выпускаемых отечественной промышленностью, позволило значительно расширить возможности практического применения метода в аналитическом контроле вод (рН, ионы натрия, кальция, магния, аммония, фториды, хлориды, нитраты и т.д.).

Метод титрования, при котором точку эквивалентности устанавливают по резкому скачку потенциала электрода, погруженного в анализируемый раствор, называют потенциометрическим титрованием. Этот метод преследует чисто прикладную цель количественного определения данного вещества в растворе путем его титрования стандартным раствором соответствующего реагента. При титровании в исследуемый раствор опускают индикаторный электрод, возникновение потенциала на котором обусловливается определяемым веществом непосредственно (если оно электроактивно) или косвенно (если оно неэлектроактивно) в результате химической реакции. В процессе данного взаимодействия за изменением концентрации определяемого вещества следят по изменению потенциала индикаторного электрода.

Для обнаружения скачка потенциала в конечной точке титрования применяются расчетные и графические способы. Первый способ основан на проведении ориентировочного титрования равномерными большими порциями стандартного раствора. Второй способ заключается в построении кривой титрования и нахождении точки перегиба.

Метод потенциометрического титрования используется при определении широкого круга ионов, входящих в состав природных вод в относительно высоких концентрациях: гидрокарбонатов, сульфатов, органических кислот и др. Анализ можно проводить в окрашенных и мутных водах.

Кондуктометрический метод основан на измерении электропроводимости анализируемых растворов электролитов, обусловленной движением ионов под действием электрического тока. Значение электрической проводимости зависит от природы электролита, его температуры и концентрации раствора. В гидрохимии кондуктометрический метод используется при определении общей минерализации.

Полярографический метод основан на измерении тока, изменяющегося в зависимости от напряжения в процессе электролиза, в условиях, когда один из электродов (катод) имеет очень малую поверхность (поляризующийся электрод), а другой (анод) — большую (неполяризующийся электрод). Поляризующимся катодом в классическом варианте являются капли ртути, вытекающие из тонкого отверстия капиллярной трубки. В настоящее время широкое распространение получили катоды: платиновый (вращающийся), графитовый, серебряный, стеклоуглеродный и др. Неполяризующимся анодом является «донная» ртуть или стандартные электроды сравнения с большой поверхностью. Ток, при котором достигается полный разряд всех ионов анализируемого вещества, поступающих в приэлектродное пространство вследствие диффузии, называется предельным диффузионным током.

Различные варианты полярографического метода нашли широкое распространение, главным образом в определении содержания ряда металлов (Си, Zn, Pb, Cd, Ni и др.) в природных водах.

Оптические методы. В основе метода лежит способность всех веществ поглощать лучистую энергию в виде квантов, соответствующих определенным длинам волн. Для количественной оценки концентрации веществ используются линии, или полосы, поглощения, располагающиеся в ультрафиолетовой, видимой или инфракрасной областях спектра.

Спектрофотометрический и фотометрический методы основаны на законе Бугера-Ламберта-Бэра, устанавливающем зависимость между оптической плотностью исследуемого вещества, его концентрацией и толщиной слоя раствора вещества:

где I- интенсивность света, прошедшего через раствор; I— интенсивность падающего на раствор света; е — молярный коэффициент поглощения; С — концентрация поглощающего вещества, моль/л; l — толщина слоя светопоглощающего раствора.

Выполнение определения данным методом включает две основные процедуры: переведение исследуемого компонента в соединение, поглощающее свет, и нахождение его концентрации путем измерения светопоглощения раствора. В зависимости от технических условий концентрацию раствора можно определять:

визуально — путем сравнения цвета и интенсивности окраски исследуемого раствора с цветом и интенсивностью окраски стандартного раствора; этот способ называется колориметрическим и в настоящее время применяется крайне редко;

с помощью прибора, который снабжен фотоприемниками (фото-электроколориметрами), превращающими световую энергию в электрическую, и светофильтрами, выделяющими определенную узкую область спектра; этот способ имеет существенные преимущества перед колориметрическим, поскольку является объективным и не зависит от особенностей зрения наблюдателя, проводящего визуальное сравнение;

спектрофотометрически — с помощью прибора, когда измерения проводят при оптимальной длине волны; в этом случае значительно повышается чувствительность определения.

Спектрофотометрический метод включает измерение светопоглощения по спектру падающего излучения в ультрафиолетовой, видимой и инфракрасной областях спектра при строго определенной длине волны, которая соответствует максимуму кривой поглощения исследуемого вещества.

Фотометрический метод основан на определении спектра поглощения или измерении светопоглощения в видимом участке спектра. В отличие от светофотометрического, в фотометрическом методе используют световое излучение, пропущенное через широкополосные светофильтры.

Концентрацию компонента при фотометрическом и спектрофо-тометрическом определении находят по градуировочному графику.

Достоинствами методов являются их низкий предел обнаружения (массовая доля 10 5 -10

8% ), возможность использования для определения широкого круга веществ; погрешность метода составляет 15-20%. [12]

В настоящее время фотометрические и спектрофотометрические методы используются при определении соединений биогенных элементов, основных групп загрязняющих веществ: фенолов, синтетических поверхностно-активных веществ, нефтепродуктов, жиров и специфических веществ: ксантогенатов, сероводорода, цианидов, метилового спирта, фторидов и т.д.

Люминесцентный метод основан на способности некоторых веществ при определенных условиях поглощать энергию и при переходе из возбужденного состояния в нормальное отдавать часть ее в виде лучистой энергии. Для возбуждения люминесценции обычно используют ультрафиолетовую или фиолетовую часть спектра. Определение концентрации веществ основано на измерении интенсивности люминесценции.

Преимуществами люминесцентного метода являются его очень низкий предел обнаружения (массовая доля 10 15% ), быстрота определения, широкий круг анализируемых веществ.

В анализе природных вод люминесцентный метод используется для определения смолистых компонентов нефти, полициклических ароматических углеводородов, органических кислот, гумусовых веществ и других веществ естественного происхождения.

Методы эмиссионной и атомно-абсорбционной спектрометрии получили распространение в анализе тяжелых металлов. Они основаны на регистрации спектров излучения (фотографически) или спектров поглощения (фотоэлектрически).

О концентрации определяемых металлов судят по изменению интенсивности светового потока на спектральных линиях этих металлов.

Для группового определения тяжелых металлов в водах до сих пор в ряде случаев используется эмиссионный спектральный анализ. Метод основан на концентрировании и извлечении металлов хлороформом в виде их комплексов с диэтилдитиокарбаматом и 8-оксихинолином и последующем спектрографическом определении. Обычно сжигание производится в электрической дуге спектрографа, последующая расшифровка спектров — на микрофотометре.

Метод пламенной фотометрии — частный случай эмиссионной спектроскопии — заключается в следующем. Исследуемая проба с помощью распылителя вводится в виде мелких брызг в пламя горелки, которая работает на смеси горючих газов. В пламени атомы металлов, содержащихся в пробе, возбуждаются, а затем, переходя обратно из возбужденного в нормальное состояние, излучают свет определенных длин волн. Для каждого металла выделяются так называемые аналитические линии, по интенсивности которых судят о концентрациях исследуемых металлов. В гидрохимии этот метод наиболее часто применяют для определения натрия и калия, используя аналитические линии соответственно 589 и 768 нм. [23]

Наиболее перспективным, простым и селективным является атомно-абсорбционный метод. По точности и чувствительности этот метод превосходит многие другие. На результаты анализа практически не влияют посторонние вещества, поэтому отпадает необходимость трудоемкой подготовки пробы и применения методов предварительного разделения.

Фотохимические методы. Фотохимические реакции находят разнообразное применение в аналитической химии. Использование этих реакций в анализе природных вод основано на способности ультрафиолетового (УФ) излучения полностью разлагать органические соединения, содержащиеся в воде.

Установлено, что под действием УФ-излучения в минеральные формы переходят все элементы, способные содержаться в составе органических веществ. Так, углерод переходит в диоксид углерода, фосфор — в фосфаты, азот — в смесь нитритов и нитратов; образующиеся минеральные формы могут быть легко определены количественно существующими методами. Это дает возможность проводить анализ элементного состава органических веществ, не разделяя их на индивидуальные соединения. В гидрохимии фотохимические методы используются для определения органического углерода, органического азота, а также при определении органических форм галогенов, серы и органоминеральных соединений металлов.

Хроматографические методы. Хроматографические методы получили широкое распространение и используются для разделения жидких и газообразных смесей органических веществ, содержащихся в природных водах. Они основаны на различном распределении компонентов смеси между двумя фазами — подвижной и неподвижной.

В самом общем виде хроматографическая система — это сорбент, содержащий неподвижную фазу (или являющийся ею), через который пропускается подвижная фаза. На верху хроматографической системы находится исследуемая проба. По мере пропускания подвижной фазы одни компоненты смеси, более растворимые в ней, увлекаются и идут быстрее, другие, распределяющиеся в неподвижной фазе, отстают. Так происходит разделение компонентов смеси на отдельные хроматографические зоны.

В зависимости от агрегатного состояния исследуемого вещества (газ или жидкость), природы сорбента (твердое вещество или жидкость) и характера взаимодействия между сорбентом и разделяемыми компонентами хроматография делится на несколько видов

В зависимости от способа размещения неподвижной фазы различают варианты тонкослойной и колоночной хроматографии.

В тонкослойной хроматографии порошкообразный твердый сорбент (неподвижная фаза) наносят тонким слоем на пластинку, а жидкая фаза движется вдоль этого слоя под действием капиллярных сил. Тонкослойная хроматография является простым и быстрым методом анализа и в гидрохимии используется при определении нефтепродуктов, полициклических ароматических углеводородов, жиров, органических кислот и других веществ. Наиболее распространенным является вариант колоночной хроматографии с использованием хроматографа.

В зависимости от реализации хроматографического процесса колоночную хроматографию разделяют на жидкостную (в том числе высокоэффективную) и газовую. Преимуществом жидкостной хроматографии является возможность использования практически любых веществ без ограничений по их физико-химическим свойствам. Использование техники высокого давления и чувствительных детекторов в высокоэффективной жидкостной хроматографии существенно повысило эффективность разделения и чувствительность.

Основными видами жидкостной хроматографии являются адсорбционная, распределительная, ионообменная и гельхроматография.

Сущность адсорбционной жидкостной хроматографии состоит в разделении компонентов смеси, основанном на их различной адсорбции из раствора твердым сорбентом при прохождении потока подвижной фазы через колонку. В качестве сорбентов используются силикагель, оксид алюминия, активированный уголь, кизельгур и др.

В распределительной жидкостной хроматографии разделение компонентов происходит вследствие различного распределения молекул веществ между двумя жидкими фазами — неподвижной и подвижной. Колонка состоит из инертного сорбента, играющего роль носителя, на котором сорбируется неподвижная фаза. Подвижная фаза протекает через колонку. При этом происходит перераспределение компонентов смеси между неподвижной и подвижной фазами вследствие их различного сродства к ним. Обычно неподвижной фазой являются полярные соединения (вода, минеральные кислоты), подвижной фазой — значительно менее полярные соединения (органические растворители). Подвижная и неподвижная фазы не должны смешиваться между собой. В гидрохимии этот вид хроматографии используется в основном при разделении органических кислот.

В ионообменной жидкостной хроматографии используются специальные ионообменные сорбенты — иониты, которые способны обменивать в эквивалентных количествах находящиеся в их составе подвижные ионы на другие ионы, содержащиеся в растворе. Ионообменная хроматография используется при отделении аминокислот, сахаров и органических кислот от других соединений, содержащихся в воде.

Гель-хроматография — сравнительно новый метод хроматографии. Разделение в гель-хроматографии основано на различной степени проникновения молекул разделяемых веществ в гель (неподвижную фазу) и обусловлено размерами этих молекул. В процессе разделения небольшие молекулы попадают в сетку полимера и удерживаются в ней, в то время как большие молекулы вымываются из колонки. Носителями в гель-хроматографии являются сефадексы, биогели, другие полимеры и макропористые стекла, способные набухать в воде либо в органических растворителях. Гель-хроматография используется в основном для отделения высокомолекулярных соединений с низкой относительной молекулярной массой, в частности гуминовых и фульвокислот, от других компонентов, содержащихся в природных водах.

Газовая хроматография служит для разделения летучих веществ. Метод основан на распределении вещества между двумя фазами, одна из которых неподвижная, а другая — газ, протекающий через неподвижную фазу. Если неподвижной фазой является твердое вещество (силикагель, активированный уголь и т.д.)» то такой вид хроматографии называется газоадсорбционной хроматографией. Если же неподвижная фаза — жидкость, нанесенная тонкой пленкой на поверхность сорбента, вариант хроматографии называется газожидкостной хроматографией. Сущность метода газовой хроматографии состоит в том, что компоненты смеси наносятся на колонку, где они селективно удерживаются неподвижной фазой, образуя в газе-носителе отдельные зоны, которые затем регистрируются детектором в виде сигналов, являющихся функцией времени. Обычно используют насадочные или капиллярные колонки. Насадочные колонки наполняют сорбентом; при использовании капиллярной колонки ее внутреннюю стенку покрывают слоем жидкости (неподвижная фаза) или пылью сорбента.

Газовая (особенно капиллярная газовая) хроматография является высокоинформативным методом анализа, который позволяет производить разделение сложных смесей веществ, содержащихся в малых количествах (10 -12 -10 -9 мг/мл) в течение нескольких минут. [12]

В гидрохимии метод газовой хроматографии нашел широкое применение при определении пестицидов, органических кислот, аминов и др.

источник

Вода требуется любому организму, но из источника жизни она способна превратиться в причину болезней и отравлений. Помимо полезных микроэлементов, в воде растворяются многие химические соединения и могут развиваться микробы.

В современных условиях нельзя быть уверенным даже в чистоте воды из родника. Прежде чем применять воду для хозяйственных нужд либо питья, следует убедиться в ее качестве и безопасности. Это позволяет сделать лабораторный анализ воды.

Перед применением воды на производстве либо для хознужд проводится предварительная водоподготовка, предполагающая удаление из состава жидкости вредных компонентов, снижение ее жесткости и очистку от тяжелых металлов. Для определения конкретных веществ, подлежащих удалению, существуют химические методы анализа качества воды. Полученные данные позволяют правильно выбрать и установить требуемые очистные установки.

Эффективность работы фильтров проверяется аналогичным способом: анализ проводится повторно, а полученные данные сравниваются с первоначальными результатами. Если показатели улучшились, значит, установленные фильтры выбраны верно.

Для проведения проверки разработаны специальные методы химического анализа воды, при этом каждый из них направлен на установление содержания в жидкости определенного вещества либо группы веществ:

1. Фотометрия и люминесценция. В основе методики лежит эффект свечения. Тестируемая жидкость обрабатывается ультрафиолетом, в ответ на обработку разные вещества светятся по-разному. Зафиксировать реакцию позволяют специальные приборы. Подобная методика дает возможность установить присутствие в воде нитратов, растворенного сероводорода, отравляющих цианидов, анионных веществ и других компонентов.
2. ИК-спектрометрия – используется для выявления присутствия жиров и нефтепродуктов. Через воду пропускается инфракрасное излучение, заставляющее молекулы неравномерно колебаться. Длина волн служит маркером для определения примеси конкретного вещества.
3. Полярография – позволяет установить концентрацию в воде ионов свинца, цинка и органических веществ. Метод основан на движении ионов при проведении электролитической диссоциации.
4. Масс-спектрометрия – анализирует структуру вещества с помощью данных о его массе и заряде ионов. Применяется для определения изотопного состава молекул.
5. Потенциометрия – методика химического анализа воды, позволяющая установить наличие фторидов и водородный показатель (pH). В основе способа лежит измерение электродвижущих сил.
6. Дозиметрия – устанавливает наличие в жидкости радиоактивных примесей.

Многообразие существующих методик позволяет провести общий и полный анализ. При общем качество жидкости проверяется по уровню главных показателей каждой группы. С его помощью делаются выводы о качественном составе воды, однако не определяется концентрация конкретных веществ. Для ее определения проводится полный анализ, предполагающий углубленное исследование исходных образцов.

С помощью общего анализа устанавливаются следующие характеристики:

• Жесткость.
• Органолептика.
• Состав по основным хим. элементам.
• Кислотность.

Полный анализ предполагает углубленные исследования показателей каждой группы, что позволяет определить точную концентрацию веществ в растворе. Данный метод химического анализа питьевой воды можно использовать для проверки жидкости на содержание патогенной микрофлоры, токсинов, химических компонентов.

Для получения достоверных данных анализ любого вида должен выполняться при строгом соблюдении условий, установленных нормативами. То же самое относится к методике отбора проб воды для химического анализа, их хранению и транспортировке.

Для проб воды применяется тара из стекла или пластика, а колпачки должны закрываться герметично. Хранение исходного материала для последующих анализов происходит при условии их консервации в специальном водном растворе. Максимальный срок хранения – две недели.

Оптимальный объем воды для проведения исследований составляет не менее 3,5 дм3. При взятии образцов составляется акт, в котором указываются причины анализа и его назначение, определяются показатели для проверки, отмечается место и время забора жидкости.

При появлении сомнений относительно качества водопроводной воды либо воды, поступающей в дом из колодца и скважины, лучше не рисковать собственным здоровьем, а обратиться в нашу компанию. По результатам выполненной проверки вы сможете понять, есть ли необходимость устанавливать системы очистки воды. Опытные специалисты подберут подходящие фильтры, а также выполнят их монтаж и последующее обслуживание на выгодных условиях.

Автор: Андрей Караим, технический специалист
Дата публикации: 14 Марта 2017 года

Понравилась статья? Расскажите друзьям:

источник

Работаем на рынке
с 2010 года

Предельно понятное
ценообразование

Свыше 5 000 довольных
клиентов по всей России

Нас рекомендуют! каждый третий клиент приходит по рекомендации

Индивидуальная ценовая политика при больших объемах

В состоянии найти комплексное решение даже для сложных задач

• атмосферные (снег, дождь);
• подземные (грунтовые, артезианские, родниковые, колодезные);
• поверхностные (океаны, моря, озера и т.п.).

Как известно, состав природных вод, распределенных по поверхности, имеет некоторые отличия в зависимости от территории на которой они находятся и от источника питания воды. На самом деле, природная вода — это раствор, который имеет в своем составе растворенные газы, и разнообразные химические соединения.

Выделяют четыре вида (или источника) водного питания природных вод: дождевое, снеговое, ледниковое и подземное. При этом источники питания могут быть антропогено-загрязненными.

Опасными загрязнителями являются соли тяжелых металлов(ртути, свинца, железа, меди), а так же нефть и нефтепродукты. Нефтью поражена пятая часть мирового океана. Если размер нефтяного пятна превышает 10 кв.м, то он приводит к смерти живых организмов, птиц и млекопитающих, мешает фотосинтезу и газообмену между атмосферой и гидросферой. Еще одним видом химического загрязнения является высокое содержание в них фосфатов и нитратов. Это приводит к перенасыщению водоемов удобрениями и возникновению в них интенсивного роста микроорганизмов-водорослей. Размножающиеся водоросли поглощают из воды большие объемы кислорода, растения и животные не могут существовать в такой среде и погибают, образовывая микроорганизмы которые способны разлагать растительные и животные ткани, в результатом происходит загнивание водоема — превращение его в болото. Органическое загрязнение — наличие в сточных водах веществ органического происхождения, губительно влияют на водоемы. Оседая на дно, они могут задерживать или прекращать жизнедеятельность микроорганизмов очищающих воду. При гниении остатков образуются отравляющие вещества, которые загрязняют всю воду в водоеме. Также наличие органических остатков мешает проникновению света в глубь воды, замедляя процесс фотосинтеза.

Под загрязненностью понимают такое состояние водного объекта в официально установленном месте его использования, при котором наблюдается отклонение от нормы в сторону увеличения тех или иных нормируемых компонентов. Санитарное состояние водных объектов и качество их воды у мест водопользования должны соответствовать нормативным показателям, т.е. ПДК.

Санитарные правила устанавливают нормируемые параметры воды водоемов: содержание плавающих примесей и взвешенных веществ, запах, привкус, окраска и температура воды, значение pH, состав и концентрация минеральных примесей и растворенного в воде кислорода, биологическая потребность воды в кислороде, состав и ПДК ядовитых и вредных веществ и болезнетворных бактерий.

Анализ природных вод необходим:

• изыскательским, проектно-изыскательскими организациям, предприятиям, объединениям, а также иными юридическим и физическим лицами, осуществляющими деятельность в области инженерных изысканий для строительства на территории Российской Федерации.
• органам государственной власти Российской Федерации, органам государственной власти субъектов Российской Федерации, органам местного самоуправления, юридическим и физическим лицам, хозяйственная и иная деятельность которых оказывает воздействие на окружающую среду.
• субъектам Российской Федерации, муниципальным образованиям, физическим лицам, юридическим лицам у которых в границах земельного участка, принадлежащего им на праве собственности, имеется водный объект.

Основанием для проведения анализа природных вод является требования таких нормативов как:

• СП 11-102-97 Инженерно-экологические изыскания для строительства;
• Федеральный закон «Об охране окружающей среды» от 10.01.2002 г. №7-ФЗ;
• Положение об оценке воздействия намечаемой хозяйственной деятельности на окружающую среду в РФ, утвержденное Приказом Госкомэкологии России от 16.05.2000 г. №372;
• Водный кодекс РФ от 16.10.1995 г. №167-ФЗ, статья 78.

ИЛ «АЛЬФАЛАБ» проводит испытания всех типов вод, включая природные воды. ИЛ «АЛЬФАЛАБ» аккредитованная лаборатория, которая работает на рынке услуг по анализу воды с 2015 года. Область аккредитации ИЛ имеет обширный перечень показателей, определяемых в природных водах.

Для расчета стоимости услуги по анализу природной воды нам необходима следующая информация:

• объемы работ (количество проб);
• перечень показателей;
• требуется ли выезд специалиста для отбора проб;
• территориальное расположение водного объекта;
• периодичность отбора проб, если это требуется.

После получения всей необходимой информации лаборатория обрабатывает запрос и формирует коммерческое предложение. При возникновении, каких либо вопросов заказчик всегда вправе задать их лаборатории и проконсультироваться по вопросу анализа природных вод. После уточнения всех нюансов лаборатория приступает к работам по анализу проб. В течении трех календарных дней лаборатория готова выехать на объект для отбора проб, любого территориального расположения. Лаборатория работает строго согласно методикам испытаний и имеет полное техническое оснащение для проведения анализа «первого дня» на содержание показателей, концентрация которых имеет свойство меняться во времени.

После доставки проб в лабораторию, их регистрируют и передают в аналитические залы для дальнейшего анализа.

Испытание природных вод на содержание различных веществ проводят различными химическими и физико-химическими методами: титриметрический, фотометрический, гравиметрический, спектрометрический, хроматографический и др. методы

В анализе воды титриметриметрия используется для определения следующих показателей: ион хлорида, гидрокарбонаты, сульфаты, определение жесткости и перманганатной окисляемости.

При выполнении весовых определений определяемый компонент смеси, или составную часть (элемент, ион) вещества количественно связывают в такое химическое соединение, в виде которого она может быть выделена и взвешена (так называемая гравиметрическая форма, ранее она именовалась «весовая форма»). Состав этого соединения должен быть строго определённым, то есть точно выражаться химической формулой, и оно не должно содержать каких-либо посторонних примесей.

В анализе различных типов вод гравиметрия используется для определения сухого остатка и взвешенных веществ.

• Атомно-эмиссионный спектральный анализ, который проводится по спектрам излучения атомов, возбужденных различными способами (нагреванием, бомбардировкой ускоренными частицами, электромагнитным излучением и т.д.);
• Атомно-абсорбционной спектральный анализ, осуществляемый по спектрам поглощения при прохождении света сквозь атомные газы или пары;

В анализе вод спектрометрия в первую очередь используется в определение тяжелых металлов: медь, свинец, мышьяк, никель кадмий и тд.

В зависимости от агрегатного состояния подвижной фазы системы, в которой проводят разделение смеси веществ на отдельные компоненты, различают газовую, газожидкостную хроматографию и жидкостную хроматографию. В отличие от газовой и газожидкостной хроматографии, пригодных для разделения только смесей газов и веществ, которые можно перевести в парообразное состояние без разложения, жидкостная хроматография позволяет разделять многочисленные органические и неорганические соединения.

В водной лаборатории хроматография используется для определения различных органических загрязнителей: различных производных бензола и толуола, различных полихлорированных бифенилов, пестицидов и очень опасного соединения обладающего канцерогенными свойствами-бенз(а)пирена.

Результатом работ по анализу природных вод является протоколом испытаний установленной формы, в котором отражена вся необходимая и доступная информация для правильной обработки результатов.

источник

Полевой химический анализ воды имеет большое научное и практическое значение. Он помогает:

• целесообразно направлять и корректировать гидрогеологические работы в процессе их выполнения;

• отбирать наиболее важные пробы для полного анализа;

• на месте определять летучие и быстроизменяющиеся компонен­ты.

В полевой анализ воды входит определение не только летучих (СО₂, Н₂S, О₂), быстроизменяющихся (t, pH, Fe 2+ , NO₂ — ) компонен­тов, но и определение ионов, характеризующих другие ее важнейшие свойства (Са 2+ , Mg 2+ , NH + , Na + , Сl — , SO₄ 2- , NO₃ — , НСО₃ — , СО₃ 2- ). Учи­тывая скорость изменения физических свойств и химического соста­ва, при выполнении полевого анализа воды, соблюдают следующую последовательность определений:

1. температура, рН, запах, прозрачность, цвет;

2. свободная углекислота, сероводород, кислород;

3. нитрат и нитрит ионы, аммоний, железо закисное и окисное;

4. карбонат — и гидрокарбонат-ионы, жесткость, ионы кальция, маг­ния, сульфаты, хлориды и вкус.

Во время учебной практики с помощью полевой лаборатории за 20-30 минут можно выполнить анализ воды, состоящий из определений: рН, Fe 3+ , Fe , Fe 2+ , NO₃ — , NH₄ + , Ca 2+ , Mg 2+ , Сl — , SO₄ 2- , NO₃ — ,HCO₃ — , CO₃ 2- .

рН определяют колориметрическим методом с универсаль­ным индикатором Алямовского.

Ионы Fe 3+ , Fe^ (в виде трехвалентного) определяют колориметрическим методом с роданидом калия или аммония.

Ион Fe 2+ определяют расчетным путем.

Ион NH₄ + определяют колориметрическим методом с реакти­вом Несслера.

Ион NO₂ — определяют колориметрическим методом с реакти­вом Грисса.

Ионы НСО₃ — и СОз 2- определяют объемным методом, если рН раствора меньше 8.2, то такая вода не содержит карбонатов.

Общую жесткость и Са 2+ определяют объемным трилонометрическим методом.

Ион Mg 2+ рассчитывают по разности.

Ион Сl — определяют аргентометрическим капельным методом.

Ион SO₄ 2 » определяют турбидиметрическим методом.

Лабораторная работа № 1

ВИЗУАЛЬНАЯ КОЛОРИМЕТРИЯ

Цель работы

Определение микрокомпонентов (NH4 + , NO₂ — , Fe 3+ ) и концен­трации водородных ионов (рН) в природных водах.

Общие сведения

В визуальных колориметрических методах интенсивность по­тока излучения оценивается на глаз. Ряд визуальных методов приме­няется на практике для определения микрокомпонентов (NH₄ + , NO₂ — , Fe 3+ ) и концентрации водородных ионов (рН) в природных водах. Используемые в визуальных методах для сравнения интен­сивности окраски калиброванные пробирки должны быть одинаково­го диаметра, высоты и с одинаковой прозрачностью стекла.

Для сравнения окраски используют прибор, называемый ком­паратором. Прибор состоит из деревянного куба, в котором сверху просверлены два круглых вертикальных отверстия для пробирок и с боков — горизонтальные сквозные отверстия, пересекающиеся с пер­выми, через которые и сравнивают окраски исследуемого раствора без индикатора и с индикатором. Окраски сравнивают по горизон­тальному направлению, подложив белый фон и держа пробирки в наклонном положению к фону, используя пленочные шкалы.

ОПРЕДЕЛЕНИЕ рН ПРИ ПОМОЩИ РАСТВОРА УНИВЕРСАЛЬНОГО ИНДИКАТОРА

Цель работы

Определение кислой, нейтральной или щелочной среды природ­ной воды через концентрацию водородных ионов с использованием универсального индикатора Алямовского и стандартных окрашен­ных пленочных шкал.

Общие сведения

Водные растворы всегда содержат водородные и гидроксиль-ные ионы. Произведение концентрации водородных и гидроксиль-ных ионов в воде всегда постоянно и зависит только от температуры. Под концентрацией водородных и гидроксильных ионов понимают содержание грамм-эквивалентов соответствующего иона в одном литре раствора.

Если реакция водного раствора нейтральна, концентрация водо­родных и гидроксильных ионов одинакова и равна . Для рас­творов, имеющих кислую реакцию, концентрация водородных ионов будет больше , и, наоборот, если щелочная среда — концентра­ция водородных ионов меньше .

Обычно кислую, щелочную или нейтральную среду определяют через концентрацию водородных ионов. Для характеристики концен­трации водородных ионов пользуются только показателем степени при десяти, отбрасывая отрицательный знак и обозначая символом рН (показатель концентрации водородных ионов).

Колориметрический метод определения рН основан на свойстве ряда индикаторов менять свою окраску в зависимости от концентра­ции ионов водорода, причем для каждого индикатора существуют вполне определенные границы, при которых происходит изменение окраски. В полевых условиях используют универсальный индикатор Алямовского и стандартные окрашенные пленочные шкалы (диапа­зон измерений рН 4-8.0). Чувствительность этого метода 0.1 рН.

Последнее изменение этой страницы: 2016-04-23; Нарушение авторского права страницы

источник

Учебно — исследовательская работа по экологии на тему «Физико — химические методы исследования качества питьевой воды»

Научно – практическая конференция

«Юные исследователи окружающей среды»

физико — химическими методами

Учебно – исследовательская работа по экологии

Муниципальное бюджетное общеобразовательное учреждение

Долгокычинская средняя общеобразовательная школа Администрации МР «Оловяннинский район» Забайкальского края

Горшкова Валерия Сергеевна

Зарубина Наталья Романовна

Цели и задачи исследования…………………………………………….. 4-5

1.1. Подземные воды – источник пресной воды ………………..……… 6-7

1.2. Вода питьевая. Гигиенические требования …………….…….…… 7-8

1.3. Физико – химические свойства воды ………………….…………… 8-13

1.4. Загрязнение воды и загрязнители воды ………………..…………. 13-15

1.5. Социологический опрос …………………………………………….. 15-16

2. Объект и методика исследования.

Определение качества воды методом физико-химического анализа . 16-20

2.1.Определение прозрачности воды ……………………………………..16-17

2.2.Определение цветности воды ………………………………………… 17

2.3. Определение запаха воды ……………………………………………. 17

2.4. Определение жесткости воды……………….……………………….. 17

2.5. Определение рН воды…………………………………………………. 18

2.6. Определение кислорода в воде ……………………………………… 18

2.7. Определение воды на наличие соли ………………………………….. 19

2.8. Определение ионного состава воды………………………………. 18-19

2.9. Результаты исследования ………………………………………….. 19-20

Вода – бесценное природное вещество, необходимое для жизни всего живого на Земле. В современном мире существует множество глобальных проблем, и одна из них – проблема качества питьевой воды. Основой жизни всех живых организмов является вода. С химическим составом воды, используемой для питья, связывают развитие некоторых заболеваний населения. От того какую воду мы потребляем, зависит здоровье человека. По данным Всемирной организации здравоохранения, 85% всех заболеваний в той или иной степени связаны с питьевой водой. Поэтому важно не просто ежедневно пить воду, а пить воду хорошего качества. Это относится и к воде, используемой для приготовления пищи и напитков. Кроме того, вода должна быть не только чистой, но и вкусной. Обходиться без воды человек не может, поэтому важно знать, что мы пьем и какую воду используем для приготовления пищи.

Но какую воду мы с вами пьём? Я выбрала эту тему потому, что мне стало интересно, какую воду лучше использовать без вреда для своего здоровья.

Вода – самое распространенное вещество на планете. Она занимает большую часть нашей планеты. Все живые организмы почти на 90% состоят из воды. В организме человека вода участвует во всех жизненно важных процессах. Большие запасы воды на нашей планете создают впечатление о её неисчерпаемом изобилии. Но разное состояние и различные качества воды, а также особенности её круговорота на Земле приводят к тому, что лишь незначительная часть водных запасов оказывается доступной и пригодной для практического использования.

Подземные воды – это единственный вид полезных ископаемых, запасы которых могут возобновляться в процессе эксплуатации, поскольку они являются сложной динамической системой, взаимодействующей с окружающей средой.

Подземные воды, хотя и скрыты от глаз, но роль их велика как в природе, так и в жизни человека. Родники являются важными источниками питания рек, участвуют в формировании рельефа, снабжают растения влагой, используются для местного водоснабжения, а нередко, при достаточной их мощности и для питания водопроводов. Подземные воды, по сравнению с поверхностными, содержат меньше болезнетворных бактерий, менее подвержены загрязнению, зачастую не требуют специальной очистки. Несмотря на все это на нашей планете возникла проблема чистой воды.

Жители нашего села используют воду из колодцев и водопровода (в летний период) для питья и приготовления пищи.

Я считаю, что выбранная тема моей работы является актуальной. Проблема качества питьевой воды для людей наиболее важна, так как человек ежедневно использует её. Без пищи человек может прожить до сорока дней, а без воды лишь восемь. Люди не задумываются над тем, какую воду они пьют и используют для приготовления пищи, чем, возможно, приносят вред своему здоровью.

Как определить качество питьевой воды, чтобы быть уверенным, что вода, которую мы пьем, не причинит вреда здоровью? Эту проблему я постараюсь разрешить в ходе исследовательской работы.

Цель: изучить физические свойства и химический состав воды в колодцах своего села с целью определения качества питьевой воды, и как влияет химический состав на здоровье человека.

Для достижения цели я наметила план действий и определила ряд задач:

1. Из литературных источников, Интернет ресурсов найти данные о влиянии химических примесей в воде на здоровье человека

2. Провести социологический опрос среди жителей нашего села, школьников о знаниях состава питьевой воды, какую воду используют для своих нужд

3. Подобрать методику для исследования физических свойств и химического состава воды из разных источников в условиях школьной лаборатории.

— исследованию физических показателей воды

— исследованию химического состава воды

5. Сделать выводы о влиянии минерального состава питьевой воды на здоровье человека.

1. Овладеть простейшими методами анализа воды.

2. Освоить навыки ведения экспериментальных наблюдений и оформление результатов.

3. Научиться анализировать полученные данные и делать выводы.

Объект исследования: вода из колодцев села Долгокыча.

Предмет исследования: качество питьевой воды из колодцев.
Гипотеза: допустим, что вода, которую мы пьём, не достаточно качественная, тогда я смогу определить присутствие в ней вредных веществ и принять меры по улучшению её состава, чем буду способствовать укреплению здоровья членов моей семьи и односельчан.

Ожидаемые результаты: распространение знаний об экологических проблемах; развитие интереса к проблеме, обращение к населению, формирование конкретных предложений по вопросу.

Методы исследования: изучение литературных источников, социологический опрос, анализ, опыт, наблюдение, сравнение, обобщение.

Анализ литературы по теме.

Существует обширная литература, посвящённая данной теме. Наиболее подробно представлен материал по требованиям к качеству питьевой воды Буйволова Ю.А. «Физико- химические методы изучения качества природных вод». Главные ионы пресных вод перечислены в книге Евстигнеевой Н.К. «Вода в нашей жизни». Предельно допустимые концентрации элементного состава воды я нашла на сайтах Интернета.

1.1. Подземные воды – источник пресной воды

Пресные водные ресурсы существуют благодаря вечному круговороту воды. В результате испарения образуется гигантский объем воды, достигающий 525 тыс. м3 в год. 86% этого количества приходится на соленые воды Мирового океана и внутренних морей, остальное испаряется на суше. Каждый год испаряется слой воды толщиной примерно 1250 м. Часть её вновь выпадает с осадками в океан, а часть переносится ветрами на сушу и здесь питает реки и озера, ледники и подземные воды. Большая часть пресных вод — 85%-сосредоточена во льдах полярных зон и ледников. Скорость водообмена здесь меньше, чем в океане, и составляет 8000 лет. Поверхностные воды суши обновляются примерно в 500 раз быстрее, чем в океане. Еще быстрее, примерно за 10-12 суток, обновляются воды рек. Наибольшее практическое значение для человечества имеют пресные воды рек. Реки всегда были источниками пресной воды. Большая часть использованной речной воды возвращается в реки и водоемы в виде сточных вод. До сих пор рост очистных сооружений отставал от роста потребления воды. И на первый взгляд в этом заключается корень зла. На самом деле все обстоит гораздо серьезнее. Даже при самой совершенной отчистке, включая биологическую, все растворенные неорганические вещества и до 10% органических загрязняющих веществ остаются в очищенных сточных водах. Такая вода вновь может стать пригодной для потребления только после многократного разбавления чистой пресной водой. И здесь для человека важно соотношение абсолютного количества сточных вод, хотя бы и очищенных, и водного стока рек.

Подземные воды являются основным источником водоснабжения на территории нашего села. Доля подземных вод в общем балансе хозяйственно-питьевого водоснабжения населения составляет 100%.

В нашем поселении население получает воду из системы водоснабжения, питающейся подземными источниками. Система водоснабжения состоит из 5-ти артезианских скважин (колодцев), расположенных в разных частях села. (Приложение 1)

Для водоснабжения населения подземные воды более удобные, чем поверхностные: они мало подвержены загрязнению, не содержат болезнетворных и вредных бактерий и часто не требуют специальной очистки воды. Добираясь из недр до поверхности Земли и проходя через песок и гравий, она подвергается естественной очистке. Но, тем не менее, и колодцы подвержены загрязнению. Поэтому важно знать качество питьевой воды.

1.2. Вода питьевая. Гигиенические требования

При централизованном водоснабжении законодательно определено, что вода, поступающая к потребителю, должна быть приятной в органолептическом отношении и безопасной для здоровья; при этом подразумевается, что содержание вредных веществ в воде не должно превышать предельно допустимых концентраций.

С 1 января 2002 г. гигиенические требования к качеству питьевой воды централизованных систем водоснабжения определяются санитарными правилами и нормами СанПиН 2.1.4.1074-01 «Питьевая вода»:

1.1. Питьевая вода должна быть безопасна в эпидемическом отношении, безвредна по химическому составу и иметь благоприятные органолептические свойства.

1.2. Качество воды определяют ее составом и свойствами при поступлении в водопроводную сеть; в точках водозабора наружной и внутренней водопроводной сети.

1.3. Микробиологические показатели воды

1.3.1. Безопасность воды в эпидемическом отношении определяют общим числом микроорганизмов и числом бактерий группы кишечных палочек.

Вода не должна содержать различимые невооруженным глазом водные организмы и не должна иметь на поверхности пленку.

Всемирной организацией здравоохранения качество питьевой воды определяется по 100 параметрам.

Требования и нормативы к питьевой воде.

На поверхности водоема не должны обнаруживаться плавающие пленки, пятна минералов, масел и скопления других примесей

Вода не должна приобретать запахи и привкусы более 2 баллов, обнаруживающиеся непосредственно, или при последующем хлорировании

Не должна обнаруживаться в столбце высотой 20 см

Не должна выходить за предел рН 6,5-8,5

Не должен превышать по сухому остатку 100 мг/л в т.ч. с 1-350 мг/л и 804 — 500 мг/л

Биохимическая потребность в кислороде

Полная потребность воды при 20°С не более 3 мг/л.

Вода не должна содержать возбудителей кишечных заболеваний. Число бактерий группы кишечных палочек не более 10 000 в/л

Токсические химические вещества

Не должны содержаться в воде в концентрациях, превышающих нормативы

1.3. Физико – химические свойства воды:

Качество — это характеристика состава и свойств воды, определяющая ее пригодность для конкретных видов водопользования.

Показатели качества — это перечень свойств воды, численные значения которых сравнивают с нормами качества воды.

Качество питьевой воды определяется с помощью показателей, которые подразделяются на: физические, химические и санитарно-бактериологические.

К физическим показателям воды относятся: температура, запах, привкус, цветность, мутность, прозрачность, электропроводность.

Чистая вода представляет собой бесцветную прозрачную жидкость. И мало кто задумывается, что за простой формулой H ₂ О скрывается удивительное по своей сути вещество. Плотность воды при переходе её из твердого состояния в жидкое не уменьшается, как почти у всех других веществ, а возрастает. При нагревании воды от 0 до 4°С плотность её также увеличивается. При 4°С вода имеет максимальную плотность, и лишь при дальнейшем нагревании её плотность уменьшается.

Большое значение в жизни природы имеет и тот факт, что вода обладает аномально высокой удельной теплоёмкостью (4200 Дж/кг· 0 С), поэтому в ночное время, а также при переходе от лета к зиме вода остывает медленно, а днем или при переходе от зимы к лету так же медленно нагревается, являясь, таким образом, регулятором температуры на земном шаре.

Температура воды – важнейший фактор, влияющий на протекающие в водоёме физические, химические, биохимические и биологические процессы, от которого в значительной мере зависят кислородный режим и интенсивность процессов самоочищения.

Цветность. Чистая природная вода почти бесцветна. Цвет воды зависит от наличия в ней примесей минерального и органического происхождения – гуминовых веществ, перегноя, которые вымываются из почвы и придают воде окраску от жёлтой до коричневой. Цвет воды может быть связан со сточными водами или органическими веществами. Присутствие в воде растворенного железа или марганца — такая вода первоначально прозрачна, но при отстаивании или нагреве приобретает желтовато — бурую окраску, что является причиной ржавчины подтеков на сантехнике. При повышенном содержании железа вода также приобретает характерный «железистый» привкус. Если вода имеет оттенок, то это значит, что вода непригодна для питья.

Прозрачность воды . Прозрачность и мутность воды определяется по её способности пропускать видимый свет. Степень прозрачности воды зависит от наличия в ней взвешенных частиц минерального и органического происхождения. Вода со значительным содержанием органических и минеральных веществ, становится мутной. Мутная вода плохо обеззараживается, в ней создаются благоприятные условия для сохранения и развития различных микроорганизмов, в том числе и патогенных. Воду в зависимости от степени прозрачности условно подразделяют на: прозрачную, на слабоопалесцирующую, опалесцирующую, слегка мутную, мутную, сильно мутную. Мерой прозрачности служит высота столба воды, при котором можно наблюдать опускаемую в водоем белую пластину определенных размеров или различать на белой бумаге шрифт определенного размера и шрифта.

Запах воды обусловлен наличием в ней летучих пахнущих веществ, которые попадают в нее естественным путем или со сточными водами. На запах подземных и поверхностных вод влияет присутствие в них органических веществ.

Определение основано на исследовании характера и интенсивности запаха воды при 20° и 60°С по 5-балльной шкале.

Вкус и привкус воды , обнаруживаемые непосредственно в воде не должны превышать 2 баллов. Вкус и привкусы оцениваются как качественно, так и количественно по интенсивности в баллах. Различают четыре вида: соленый, горький, сладкий и кислый. Остальные вкусовые ощущения называют привкусами: хлорный, рыбный, металлический и т.п. Для питьевой воды допускаются значения показателей вкуса и привкуса не более 2 баллов.

К химическим показателям относятся: водородный показатель (рН), окислительно-восстановительный потенциал, общая минерализация (сухой остаток), жесткость, кислотность, щелочность, окисляемость, микроэлементы, ионный состав, радиоактивные вещества.

Вода – весьма реакционно-способное вещество. Молекулы воды отличаются большой устойчивостью к нагреванию. Однако при температурах выше 1000 ºC водяной пар начинает разлагаться на водород и кислород:

Процесс разложения вещества в результате его нагревания называется термической диссоциацией. Термическая диссоциация воды протекает с поглощением теплоты. Поэтому, согласно принципу Ле – Шателье, чем выше температура, тем в большей степени разлагается вода. Однако, даже при 2000 ºC степень термической диссоциации воды не превышает 2 %, т.е. равновесие между газообразной водой и продуктами ее диссоциации – водородом и кислородом – все еще остается сдвинутым в сторону воды. При охлаждении же ниже 1000ºC равновесие практически полностью сдвигается в этом направлении.

Оксиды многих металлов и неметаллов соединяются с водой, образуя основания и кислоты:

Некоторые соли образуют с водой кристаллогидраты.

Наиболее активные металлы взаимодействуют с водой с выделением водорода: 2Nа + 2Н ₂ О = 2NаОН + Н ₂

Кислотность воды — определяется рН фактором. Водородный показатель (рН) определяет кислотность воды, информирует о протекающих в воде процессах – как химических, так и биологических.

Для определения показателя кислотности используют различные рН-метры, в частности дорогостоящие электронные приборы. Простым способом определения характера среды является применение индикаторов – химических веществ, окраска которых изменяется в зависимости от рН среды. Наиболее распространенные индикаторы – фенолфталеин, метилоранж, лакмус, а также естественные красители из красной капусты и черной смородины. Достаточно точно показатель кислотности рН измеряется с помощью индикаторной бумаги, содержащей кислотореагирующие пигменты.

— рН = 7 свидетельствует о нейтральности воды;

— рН > 7 означает, что вода щелочная.

В природных водах рН колеблется в пределах от 6,5 до 9,5. Норма –

6,5–8,5. Если рН воды ниже 6,5 или выше 8,5, то это указывает на её загрязнение сточными водами. Стандарт для питьевой воды — рН 6,5. Для воды в хозяйственно-бытовых целях – рН 6.

Жесткость воды — совокупность свойств воды, обусловленная наличием в ней катионов Са 2+ и Mg 2+ . Один из возможных их источников — горные породы (известняки, доломиты), которые растворяются в результате контакта с природной водой. Сумма концентраций Са 2+ и Mg 2+ называется общей жесткостью воды. Она складывается из карбонатной (временной) и некарбонатной (постоянной) жесткости воды. Первая вызвана присутствием в воде гидрокарбонатов Са и Mg, вторая — наличием сульфатов, хлоридов, нитратов этих металлов.

Различают воду мягкую (общая жесткость до 2 ммоль экв/л), средней жесткости (2-10 ммоль экв/л) и жесткую (более 10 ммоль экв/л).

Повышенная жесткость воды способствует усиленному образованию накипи в паровых котлах, отопительных приборах и бытовой металлической посуде. Жесткость воды увеличивает расход мыла при стирке, поскольку часть его образует с катионами Са 2+ нерастворимый осадок. Качество тканей, стираемых в жесткой воде, ухудшается вследствие осаждения на тканях кальциевых и магниевых солей высших жирных кислот мыла. В воде с высокой жесткостью плохо развариваются овощи и мясо, т.к. катионы Са 2+ образуют с белками пищевых продуктов нерастворимые соединения. Большая магниевая жесткость придает воде горький привкус, поэтому содержание катионов Mg 2+ в питьевой воде не должно превышать 100 мг/л. Общая жесткость питьевой воды во избежание ухудшения ее органолептических свойств должна быть не более 7 ммоль экв/л. Потребление жёсткой или мягкой воды обычно не является опасным для здоровья.

Определение воды на наличие соли

Для определения солей в воде необходимо капнуть на стеклянную поверхность, когда вода испарится, на этом месте возникнет белое пятно. Это указывает на наличие соли в воде, чем белее пятно, тем больше концентрация соли.

Калий и натрий (ПДК по 200 мг/л) необходимы для нормальной жизнедеятельности организма, т.к. они являются компонентами калий-натриевого насоса — это структура на мембране каждой клетки, благодаря которой в клетку проникают вещества из межклеточной жидкости, а из клетки выводятся продукты ее жизнедеятельности. Кроме того, особенно важен калий для сердечно-сосудистой деятельности, т.к. он нормализует давление крови и работу сердца.

Особую опасность водорастворимые нитраты представляют для человека, употребляющего такую воду. Использование в пищевых целях воды с повышенным содержанием этих ионов разрушающе действует на сердечно-сосудистую и иммунную системы. Образующиеся в желудочно-кишечном тракте производные нитратов обладают канцерогенными свойствами. Из научной литературы известно, что медики считают причиной трети всех болезней употребление некачественной воды.

Много хлоридов попадает в водоемы со сбросами хозяйственно-бытовых и промышленных сточных вод. Количество хлоридов зависит от характера пород, слагающих водные бассейны. ПДК хлоридов в водоемах допускается до 350 мг/л. Наличие в воде хлоридов и сульфатов природного происхождения придает ей солоноватый привкус и приводит к нарушению пищеварительной системы у людей.

1.4. Загрязнение воды и загрязнители воды

Загрязнения воды, изменения химического и физического состояния или биологических характеристик воды, ограничивают ее дальнейшее употребление. При всех типах водоиспользования меняются либо физическое состояние (например, при нагревании), либо химический состав воды.

Пресные водоемы загрязняются в основном в результате спуска в них сточных вод от промышленных предприятий и населенных пунктов. В результате сброса сточных вод изменяются физические свойства воды (повышается температура, уменьшается прозрачность, появляется окраска, привкусы, запахи); на поверхности водоема появляются плавающие вещества, а на дне образуется осадок; изменяется химический состав воды (увеличивается содержание органических и неорганических веществ, появляются токсичные вещества, уменьшается содержание кислорода, изменяется активная реакция среды и др.);

В нашем селе главный источник загрязнения воды — сточные воды. В растворенном виде в сточных водах присутствуют мыло, синтетические стиральные порошки, дезинфицирующие средства, отбеливатели и другие вещества бытовой химии. Из жилых домов поступают отходы растительной и животной пищи. С улиц стекает дождевая и талая вода.

Б) Промышленность. Из разных отраслей промышленности в воду попадает большое количество загрязнителей. Так, химическая промышленность «обогащает воду» кислотами, красками, мылами, солями, растворителями; пищевая промышленность загрязняет воду отходами от кондитерского производства, ферментированными крахмалами, растворами для мытья бутылок и т.д.

В нашем селе нет промышленности, поэтому загрязнений воды промышленными отходами не может быть.

В) Сельское хозяйство. Вода, используемая для орошения полей, насыщена растворами солей и почвенными частицами, а также остатками химических веществ, способствующих повышению урожайности. К ним относятся инсектициды, фунгициды, гербициды, пестициды, а также органические и неорганические удобрения, содержащие азот, фосфор, калий и иные химические элементы. Кроме химических соединений, в реки попадает большой объем фекалий и других органических остатков с ферм, где выращивается мясомолочный крупный рогатый скот, свиньи или домашняя птица. Много органических отходов также поступает в процессе переработки продукции сельского хозяйства (при разделке мясных туш, обработке кож, производстве пищевых продуктов, консервов и т.д.).

В 1991 году в нашем селе распался колхоз и в настоящее время никакого сельскохозяйственного производства нет, кроме личных подсобных хозяйств, которые хотя и в небольшой степени, но загрязняют воду.

источник