Анализ состава минеральных вод

Конференция учащихся муниципальных

образовательных учреждений города Калуги «Старт в науку»

Секция: Химия

Качественный анализ состава минеральных вод, продаваемых на территории

Калужской области

Автор работы:

Рыжова Валерия Евгеньевна, ученица 8 класса

МБОУ «Средняя общеобразовательная

школа №46» г. Калуга

Научный руководитель:

Громова Юлия Сергеевна, учитель химии

МБОУ «Средняя общеобразовательная

школа №46» г. Калуга

г. Калуга, 2014 г.

Содержание

• Введение

• Основная часть

• 1. Значение состава минеральных вод для жизнедеятельности организма.

2. Проведение аналитической работы. Анализ полученных данных.

• Заключение

Выводы

• Рекомендации

• Используемая литература

• Приложения

Введение

Вода (H₂O) - химическое соединение водорода с кислородом; оксид водорода. Чистая вода - бесцветная жидкость без запаха и вкуса. Вода - самое распространенное в природе вещество, на ее долю приходится около 71 % поверхности Земли. Вода - это важнейшее составляющее живого вещества, без которого жизнь невозможна. Она составляет около 75% общей массы тела человека, а химический состав крови человека очень близок к химическому составу морской воды, где первоначально развивалась жизнь[2].

Актуальность работы: В наше время ритм жизни большинства людей очень велик, и часто мы не обращаем должного внимания на свое здоровье, переутомление организма наступает незаметно и наносит нам неожиданный удар. Пополнить баланс жидкости и ионов в организме можно при употреблении минеральной воды, которая, наряду с жидкостью (водой) содержит все необходимые для нормальной работы организма ионы: катионы и анионы. Мне стало интересно, действительно ли все те минеральные воды, которые продаются у нас в городе, содержат тот состав ионов, который заявлен на их этикетках.

Цель исследования: Провести качественный анализ минеральных вод, продаваемых на территории Калужской области на соответствие написанного на этикетке этих вод реальности.

Гипотеза: Возможно, что не все минеральные воды, купленные нами на территории Калуги, действительно имеют ионный состав, отраженный на их этикетке и не содержат посторонних примесей.

Методы исследования: качественный анализ (качественные реакции на анионы и катионы).

Практическая значимость: Полученные результаты помогут разобраться, соответствует ли указанные данные о минеральной воде на этикетке действительности.

Основная часть

1. Значение состава минеральных вод для жизнедеятельности организма

Когда организм получает сильную нагрузку, он в больших количествах теряет жидкость. Обезвоживание - стресс для организма. Оно приводит к таким последствиям как: быстрая утомляемость; головные боли; тошнота; потеря концентрации жизненно необходимых электролитов; увеличение риска получения теплового удара; отсутствие способности к продолжительной физической нагрузке; изменение водного баланса в организме; перегрузка сердечной мышцы; нарушение процесса выработки энергии в мышечной ткани и т.д.

При обезвоживании в организме включаются защитные механизмы, препятствующие выводу натрия (почечные выделения), а также уменьшающие потоотделение (при этом повышается температура тела, происходит сгущение крови и учащение сердцебиения). Это может привести к сосудистой недостаточности и тепловому удару. Пот, испаряющийся с поверхности кожи, содержит большое количество электролитов (Na⁺, Mg²⁺, K⁺, Ca²⁺), и при нагрузках организм теряет часть их.

Обычная вода не подходит для восполнения утраченных электролитов. Она притупляет чувство жажды, но не восполняет организм потерянными веществами, поэтому необходимо пить воду, содержащую в достаточном количестве минералы и соли. Обязательно необходимо обратить внимание на то, минеральная ли это вода или обычная питьевая.

Вода очищенная - вода, доведенная до содержания в ней количества примесей, не превышающего естественного фона или допустимой величины (ПДК).

Вода питьевая - вода, в которой бактериологические, органолептические показатели и показатели токсических химических веществ находятся в пределах норм питьевого водоснабжения.

Воды минерализованные - 1)воды, содержащие в заметном количестве минеральные вещества; 2) природные воды, содержащие соли, растворенные газы, органические вещества в количествах более 1 г/л.

Чаще всего минеральные воды бывают подземного происхождения, нередко обладают повышенными температурой и радиоактивностью.

Минерализация - это процесс постепенного накопления солей в водах.

Различают воды (по количеству растворимых солей):

• Слабоминерализованные (0,5 - 5 г/л);

• Среднеминерализованные (5 - 30 г/л);

• Сильноминерализованные (более 30 г/л)[2].

Существует и другая классификация минеральных вод:

• Столовые минеральные воды (минерализация до 1 г/л);

• Лечебно-столовые минеральные воды (минерализация от 1г/л до 5 г/л);

• Лечебные минеральные воды (не менее 5г/л). Эти воды можно употреблять только после консультации с врачом. Неограниченное употребление вод с большой минерализацией приводит к нарушению солевого баланса в организме.

Лечебно-столовые минеральные воды содержат тот же состав веществ, который присутствует в организме человека, и их целебное действие заключается в восполнении нарушенного солевого баланса. Минеральные лечебно-столовые воды действуют на все гормональные системы и на нервную систему.

Таблица 1 [1]

Некоторые виды минеральных вод и их составНаименование воды (насыщенность CO₂)

Тип

Минерализация, мг/л

Общая жесткость,

мг-экв/л

Химический состав

Катионы, г/мл

Анионы, г/мл

Societe minerale

(не газированная)

столовая

<600

<4

Ca²⁺ <40

Na⁺ <200

Mg²⁺ <15

HCO₃^- <400

БонАква

(сильно газированная)

столовая

<650

<7

Mg²⁺ <40

Ca²⁺ <90

Cl^- <200

SO₄^2- <60

HCO₃^- <60

Аквамариа

(газированная)

столовая

<210

<2,8

Ca²⁺ <27

K⁺ <3

Na⁺ <21

Mg²⁺ <14

Fe_общ <0.1

NO₃^- <3

Cl^- <38

HCO₃^- <98

SO₄^2- <48

Липецкий бювет (газированная)

лечебно-столовая

3300 - 4500

<7

Ca²⁺ 60 - 120

K⁺ <30

Na⁺ 900 - 1200

Mg²⁺ 25 - 50

Cl^- 550 - 850

HCO₃^- 250 - 350

SO₄^2- 1200 - 1700

F^-<0.87

Демидовская Люкс

(не газированная)

столовая

<210

<2,8

Ca²⁺ <32

K⁺ <2

Na⁺ <6

Mg²⁺ <14

Cl^- <3

NO₃^- <1.4

SO₄^2- <116

F^-<0.7

Краинская

(газированная)

лечебно-столовая

2200 - 2800

<7

Ca²⁺ 500 - 600

Mg²⁺ <100

Na⁺+K⁺ <100

SO₄^2- 1400 - 1600

HCO₃^- 200 - 300

Cl^- <25

Эдельвейс

(газированная)

лечебно-столовая

3000 - 4500

<10

Ca²⁺ 80 - 120

K⁺ 500 - 700

Na⁺ 500 - 700

Mg²⁺ <100

Cl^- 750 - 1000

HCO₃^- 280 - 400

SO₄^2- 1200 - 1500

«О!»

вода питьевая негазированная

столовая

100 - 300

1,5 - 2,5

К⁺ и Na⁺ 50 - 200

Са²⁺ 250 - 600

Mg²⁺ 50 - 200

Cl^- 150 - 700

SO₄^2- 300 - 700

HCO₃^- 800 - 1500

«О!»Sport

вода минеральная негазированная

столовая

350 - 800

-

Са²⁺ 70 - 200

HCO₃^- 200 - 400

SO₄^2- 80 - 200

«Витаоксив»

столовая

200 - 300

1,5 - 3,5

Са²⁺ 250 - 750

К⁺ 20 - 100

Mg²⁺ 50 - 150

HCO₃^- 800 - 1800

Святой источник «Спортик»

столовая

100 - 500

<6

К⁺ и Na⁺ <20

Са²⁺ 250 - 800

Mg²⁺ 50 - 200

Cl^- 150 - 1000

SO₄^2- <200

HCO₃^- 500 - 2000

Различают минеральные воды по основному аниону или катиону на:

• хлоридные (Cl^-);

• гидрокарбонатные (HCO₃^-);

• сульфатные (SO₄^2-);

• натриевые (Na⁺);

• калиевые (K⁺);

• кальциевые (Ca²⁺);

• магниевые (Mg²⁺) и т.д.

Считается, что газированная вода полезнее негазированной. Но сравнивать их нельзя, так как вода добывается из источника негазированной. Минеральные воды газируют для того, чтобы придать ей определенный вкусовой колорит. Углекислота служит консервантом. К тому же, "воздушные пузырьки" помогают быстрее утолить жажду [5].

Целью настоящей работы является сравнение результатов проведенных нами исследований образцов минеральных вод с ГОСТами и сведениями, указанными на этикетках.

Качество воды должно удовлетворять определенным нормам, зафиксированным в СанПиН 2.1.4.10749-01 «Питьевая вода. Гигиенические требования к качеству воды», нормах Европейского Сообщества (ЕС) - директива «По качеству питьевой воды, предназначенной для потребления человеком» 98/83/ЕС, в международных рекомендациях Всемирной организации здравоохранения (ВОЗ) «Руководство по контролю качества питьевой воды» 1992г. и в нормах Агентства по охране окружающей среды США (USEPA). При некоторых незначительных отличиях в этих требованиях только такая вода обеспечивает здоровье людей. Повышенное содержание нетоксичных солей или присутствие органических, биологических и неорганических загрязнений в количествах, превышающих указанные в данных нормах, приводит к появлению различных заболеваний [3].

Необходимо учитывать и ПДК - предельно допустимые концентрации вредных веществ в воде. ПДК определяется как максимальные концентрации, при которых вещества не оказывают прямого или опосредованного влияния на состояние здоровья населения при воздействии в течение всей жизни [4].

2. Проведение аналитической работы. Анализ полученных данных

Оборудование и реактивы

- четыре образца минеральных вод:

1. Вода питьевая негазированная «О!».

2. Вода минеральная негазированная «О!» Спорт.

3. Кислородная вода «Витаоксив».

4. Святой источник «Спортик».

- пробирки;

- реактивы;

• спиртовка, пробиркодержатель, кольцо, экран, предметные стекла .

Схема опыта

Качественное определение некоторых ионов

Для проведения качественного анализа нами были выбраны четыре образца минеральных вод среди предлагаемых в наших торговых сетях марок. Мы проводили качественные реакции на те ионы, которые должны содержаться в образцах минеральных вод, так как указаны на их этикетках.

Нами отдельно производились качественные реакции на анионы (сульфат-ионы SO₄^2-, гидрокарбонат-ионы HCO₃^-) и катионы (натрия Na⁺, калия К⁺, магния Mg²⁺ и кальция Са²⁺). Результаты сравнивались.

Ход работы

К контролю и пробам исследуемых образцов минеральных вод приливались реактивы, дающие качественные реакции на ионы, которые были заявлены на этикетке. Контроль обязательно должен содержать определяемый ион и показывает, что реактив работает (вступает в реакцию). При этом наблюдалось изменение окраски раствора или образование осадка, что свидетельствовало о наличии или отсутствии иона в растворе (минеральной воде).

Таблица 2

Ион

Ход эксперимента

Примечание

Катионы

K⁺

1. К 2-3 каплям раствора, содержащего ионы калия, прибавляют2-3 капли раствора NaHC₄H₄O₆ и для ускорения образования осадка потирают стеклянной палочкой по стенкам пробирки. Выпадает белый кристаллический осадок.

2. Окрашивание пламени. Смочить кольцо проволоки исследуемым образцом воды, опустить в пламя спиртовки. Смотреть через синее стекло.

1. Гидротартрат натрия образует с ионами калия при рН 4-5 белый кристаллический осадок KHC₄H₄O₆.

2. Летучие соли калия окрашивают пламя в бледно-фиолетовый цвет.

Na⁺

Окрашивание пламени. Смочить кольцо проволоки исследуемым образцом воды, опустить в пламя спиртовки.

Летучие соли натрия окрашивают пламя в желтый цвет.

Ca²⁺

1. К 2-3 каплям раствора, содержащего ионы кальция, добавляют 2-3 капли раствора реагента. Выпадает белый кристаллический осадок.

2. На черном часовом стекле перемешивают каплю исследуемого раствора с 2-3 каплями раствора реагента, затем добавляют 1-2 капли раствора NH₄Cl, каплю этанола и снова перемешивают. Помутнение или появление кристаллического осадка указывает на присутствие кальция.

3. Окрашивание пламени. Смочить кольцо проволоки исследуемым образцом воды, опустить в пламя спиртовки.

1. Оксалат аммония образует с ионами кальция кристаллический осадок CaC₂O₄∙H₂O.

2. Гексацианоферрат (II) калия при рН>7 в присутствии NH₄Cl взаимодействует с ионами кальция с образованием белого кристаллического осадка состава K_n(NH₄)_mCaFe(CN)₆, где n и m в зависимости от условий могут меняться от 0 до 2. Мешают ионы Mg²⁺

3. Летучие соли кальция окрашивают пламя в кирпично-красный цвет.

Mg²⁺

К 1-2 каплям раствора, содержащего ионы магния, прибавляют 2-3 капли 2М HCl, 1 каплю раствора NaH₂PO₄ и перемешивают, по каплям добавляя 2М NH₃ до появления запаха аммиака. Выпадает белый кристаллический осадок.

Гидрофосфат натрия образует с ионами магния в присутствии NH₃ при рН 9 белый кристаллический осадок MgNH₄PO₄·6 H₂O.

Анионы

Cl^-

К 2-3 каплям раствора, содержащего хлорид-ионы, добавляют 2-3 капли раствора AgNO₃. Образуется белый творожистый осадок.

Нитрат серебра с хлорид-ионом образует белый творожистый осадок AgCl

SO₄^2-

1. К 2-3 каплям раствора, содержащего сульфат-ионы, подкисленного несколькими каплями 2М HCl, добавляют 1-2 капли раствора BaCl₂. Образуется белый осадок.

2. К 2-3 каплям раствора, содержащего сульфат-ионы, подкисленного 2М HCl, добавить равный объем 0,002М KMnO₄ и 2-3 капли BaCl₂. Нагревают раствор и добавляют несколько капель 3% раствора H₂O₂. Раствор обесцвечивается, а окрашенный осадок остается.

1. Хлорид бария с сульфат-ионом образует белый кристаллический осадок BaSO₄

2. Хлорид бария в присутствии KMnO₄ образует с SO₄^2-изоморфные кристаллы, окрашенные в розовый или розово-фиолетовый цвет.

НСО₃^-

К осадкам, образовавшимся при добавлении хлорида бария к образцам, добавляем раствор соляной кислоты. Наблюдается выделение углекислого газа.

Данные исследования были занесены в таблицу 3 и сравнивались с исходными данными (на этикетках).

Таблица 3

Сравнение результатов исследования с данными этикетокНаименование минеральной воды

Минеральный состав вод

Результаты исследований

Катионы

Анионы

Катионы

Анионы

«О!»

вода питьевая негазированная

К⁺ и Na⁺

Са²⁺

Mg²⁺

Cl^-

SO₄^2-

HCO₃^-

К⁺; Na⁺; Са²⁺ и

Mg²⁺

Cl^-; SO₄^2-; HCO₃^-

«О!»Sport

вода минеральная негазированная

Са²⁺

HCO₃^-

SO₄^2-

Na⁺; Ca²⁺

SO₄^2-; HCO₃^-; Cl^-

«Витаоксив»

Са²⁺

К⁺

Mg²⁺

HCO₃^-

Ca²⁺; K⁺; Na⁺; Mg²⁺

Cl^-; HCO₃^-

Святой источник «Спортик»

К⁺ и Na⁺

Са²⁺

Mg²⁺

Cl^-

SO₄^2-

HCO₃^-

К⁺; Na⁺; Са²⁺ и

Mg²⁺

Cl^- ; SO₄^2- и

HCO₃^-

В целом, результаты проведенных нами исследований показывают, что качественный состав взятых для анализа вод соответствует заявленному минеральному составу. Однако некоторые виды исследованных минеральных вод содержат ионы, не указанные в их физико-химической характеристике. В частности присутствие хлорид-ионов и катионов натрия в минеральной воде «О!»Sport, а также в «Витаоксив» явно показывает присутствие в данных водах не свойственных им минеральных солей, или указывает на вероятность их фальсификации.

Заключение

Выводы:

1. В результате проведения исследования четырех образцов минеральных вод с целью сравнения качественного ионного состава этих вод с указанными на этикетках, сильных отклонений не выявено.

2. Все минеральные воды соответствуют ГОСТу.

Рекомендации

Таким образом, можно сделать вывод, что вышеуказанные напитки можно применять в пищу, несмотря на то, что некоторые из них могут содержать ионы, не указанные на упаковке.

Литература:

1. Блинов Л.Н. Химико-экологический словарь-справочник. - СПб.: Издательство «Лань», 2002. - 272с.

2. Ершов А.В., Новиков В.Н., Королев В.Б., Выпханова Г.В. Современная экология. Междисциплинарный понятийно-терминологический словарь-справочник. Калуга. - 2003. - 237 с.

3. www.aquaexpert.ru/catalog

4. www.watermarket.ru/articles/45</</u>

5. Рябчиков Б.Е. Современные методы подготовки воды для промышленного и бытового использования. - М.: ДеЛи принт, 2004. - 328с.