Виды анализов минеральный состав воды. Определение минерального состава вод

Минеральные воды - сложные растворы, в которых вещества содержатся в виде ионов, недиссоциированных молекул, газов, коллоидных частиц.

Долгое время бальнеологи не могли прийти к единому мнению о химическом составе многих вод, поскольку анионы и катионы минеральных вод образуют очень нестойкие соединения. Как говорил Эрнст Резерфорд, «ионы - это веселые малыши, вы можете наблюдать их едва ли не воочию». Еще в 1860-х гг. химик О. Тан указал на неправильность солевого изображения минеральных вод, из-за чего Железноводск долго считали курортом с «неустановившейся репутацией». Вначале минеральные воды Железноводска причисляли к щелочно-железистым, затем стали комбинировать карбонаты со щелочами, а сульфаты - со щелочными землями, называя эти воды «щелочно-железистыми (содержащие натрий углекислый и железо) с преобладанием гипса (сульфата кальция) и соды (гидрокарбоната натрия). Впоследствии состав вод стали определять по основным ионам. Уникальные Железноводские источники по составу принадлежат к углекислым гидрокарбонатно-сульфатным кальциево-натриевым высокотермальным водам, мало содержащим хлористый натрий, что исключает опасность раздражения почечной ткани при их питьевом использовании. В настоящее время Железноводск считается одним из лучших «почечных» курортов. Железа в минеральных водах этого курорта содержится сравнительно мало, до 6 мг/л, т.е. меньше, чем в специфических железистых водах, в которых должно быть не менее 10 мг/л.

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. Как пример приводим ионный состав вод одного из самых популярных источников французского курорта Виши, известного со времен Римской империи - Vichy Celestins (М - 3,325 г./л; pH - 6,8).

Критерии для отнесения вод к «минеральным» в той или иной степени отличаются у разных исследователей. Всех их объединяет происхождение: то есть минеральные воды - это воды, добытые или вынесенные на поверхность из земных недр. На государственном уровне, в ряде стран ЕС законодательно утверждены определенные критерии причисления вод к категории минеральных. В национальных нормативных актах относительно критериев минеральных вод нашли свое отображение гидрогеохимические особенности территорий, которые присущи для каждой страны.

В нормативных актах ряда стран Европы и международных рекомендациях - «Кодекс Алиментариус», Директивах Европейского парламента и Европейского совета для стран - членов ЕС определение «минеральные воды» приобрело более широкое содержание.

Например, «Кодекс Алиментариус» дает следующее определение природной минеральной воды: природной минеральной водой является вода, которая четко отличается от обычной питьевой воды, так как:

• · она характеризуется своим составом, включающим определенные минеральные соли, в определенном их соотношении, и наличием определенных элементов в следовых количествах или других компонентов;
• · ее непосредственно получают из природных или пробуренных источников из подземных водоносных слоев, для чего необходимо соблюдение всех мер предосторожности в пределах зоны защиты во избежание попадания любого загрязнения либо внешнего влияния на химические, физические свойства минеральных вод;
• · она характеризуется постоянством своего состава и стабильностью дебита, определенной температурой и соответствующими циклами второстепенных природных колебаний.

В России принято определение В.В. Иванова и Г.А. Невраева, данное в работе «Классификация подземных минеральных вод» (1964 г.).

К минеральным питьевым водам (в соответствии с ГОСТ 13273-88), относятся воды с общей минерализацией не менее 1 г/л или при меньшей минерализации, содержащие биологически активные микрокомпоненты в количестве не ниже бальнеологических норм.

Питьевые минеральные воды в зависимости от степени минерализации и интенсивности воздействия на организм разделяют на лечебно-столовые с минерализацией 2-8 г./л (исключением являются Ессентуки №4 с минерализацией 8-10 г./л) и лечебные воды с минерализацией 8-12 г./л, редко выше.

Минеральные воды, отнесенные в установленном порядке к категории лечебных, используются прежде всего в лечебных и курортных целях. Разрешение на использование лечебных минеральных вод для других целей в исключительных случаях выдается органами исполнительной власти субъектов Российской Федерации по согласованию со специально уполномоченным государственным органом управления использованием и охраной водного фонда, специально уполномоченным государственным органом, осуществляющим управление курортами, и федеральным органом управления государственным фондом недр.

В зависимости от развития представлений о составе и свойствах природных вод и их лечебном значении на протяжении многих лет разрабатывались критерии, позволяющие относить ту или иную воду к минеральной. Оценка минеральных вод проводится по разным квалификационным показателям. В качестве основных критериев оценки лечебной ценности минеральных вод в курортологии приняты особенности их химического состава и физических свойства (показатель общей минерализации, преобладающие ионы, повышенное содержание газов, микроэлементов, величина кислотности и температура источника) которые одновременно служат важнейшими показателями для их классификации.

МИНЕРАЛЬНЫЕ ВОДЫ - природные воды, химический состав и физические свойства к-рых (содержание различных минеральных, реже органических, компонентов, газов, радиоактивность, кислая или щелочная реакция и др.) позволяют применять их в лечебно-профилактических целях.

СОСТАВ, РАСПРОСТРАНЕНИЕ И ЭКСПЛУАТАЦИЯ МИНЕРАЛЬНЫХ ВОД

Хим. свойства М. в. определяются содержанием в них различных минеральных веществ, гл. обр. в виде анионов - хлора (Cl), сульфата (SO 4), гидрокарбоната (HCO 3) и катионов - натрия (Na), магния (Mg), кальция (Ca) и др., что и обусловливает основной ионный состав вод. М. в. содержат также газы - азот (Na), метан (CH 4), углекислый газ (CO 2), реже сероводород (H 2 S) и др. Во многих М. в. присутствуют в виде ионов или не диссоциированных молекул специфические биологически активные компоненты и микрокомпоненты - углекислый газ (CO 2), сероводород (H 2 S), гидросульфид (HS), бром (Br), йод (I), мышьяк (As), железо (Fe), кремниевая к-та (H 2 SiO 3) и гидросиликат (HSiO 3 -), углерод органический (C) и нек-рые другие, придающие водам важные в бальнеол. отношении особенности. Суммарное содержание в М. в. всех указанных выше веществ (без газов) составляет минерализацию вод.

К физ. свойствам М. в. относится температура, радиоактивность, обусловленная содержанием радона (Rn). Кислотно-щелочное состояние вод определяется величиной pH.

Для подробной характеристики М. в. служат полные анализы их ионно-солевого состава (содержание катионов, анионов в г/л, мг-экв, экв.% и недиссоциированных молекул в г/л) и газового состава (содержание растворенных и спонтанных, т. е. свободно выделяющихся, газов, а также сумма этих газов в мл на 1 л воды и в об.%). Для краткого выражения состава М. в. применяется условная формула в виде псевдодроби, предложенная в первоначальном виде в 1928 г. М. Г. Курловым. В начале формулы указываются специфические, биологически активные компоненты, в т. ч. газы (в г/л, радон в нкюри/л), далее - минерализация (М) воды, выраженная в г/л. В числителе псевдодроби представлены анионы, в знаменателе - катионы, содержащиеся в количествах не менее 20 экв.% от сумм экв.% каждой из указанных групп анионов и катионов (при этом сумма каждой из этих групп принимается за 100 экв. %). В конце формулы приводится величина pH и температура воды. Напр., формула физ.-хим. состава воды Ессентуки № 17 записывается:

При оценке вод по газовому составу учитываются те газы, к-рые содержатся в количестве не менее 10 об.% от всех газов, растворенных и спонтанных.

Наименование М. в. по газовому и ионному составу дается в определенной последовательности: в порядке нарастания содержания отдельных компонентов, т. е. от меньшего к большему. Так, напр., при содержании азота - 20 и метана - 70 об.%, сульфата -25, хлора - 60, кальция -30 и натрия -65 экв. % вода называется азотно-метановой сульфатно-хлоридной кальциево-натриевой.

Основные критерии и нормы оценки минеральных вод

На основе изучения хим. состава и свойств М. в. и большого опыта их леч. применения в СССР разработаны критерии и нормы опенки М. в, по хим. составу и физ, свойствам; эти данные представлены в таблице 1.

В соответствии с особенностями хим. состава и физических свойств М. в. и характером их воздействия на организм выделяют воды для наружного и внутреннего применения. М. в. для наружного применения часто обладают высокой минерализацией и нередко обогащены специфическими компонентами.

Питьевые М. в. имеют обычно небольшую минерализацию (2 - 12 г/л) и оказывают леч. действие благодаря своему ионному составу и наличию специфических компонентов. При наличии в составе М. в. нек-рых специфических компонентов, напр, органических веществ или железа, лечебными питьевыми считаются воды с минерализацией и менее 2 г/л (Нафтуся. Марциальные Воды и др.). В зависимости от степени минерализации питьевые М. в. разделяют на лечебно-столовые воды с минерализацией 2-8 г/л (исключение - Ессентуки № 4 с минерализацией 8-10 г/л) и лечебные воды с минерализацией 8-12 г/л, редко выше (напр., Лугела -52 г/л).

Запретительные критерии и санитарная оценка минеральных вод

В связи с тем, что питьевые М. в. могут содержать в повышенных концентрациях вещества, оказывающие вредное действие на организм, ГОСТ 13273 - 73 установлены ПДК этих веществ (табл. 2).

Все М. в., используемые в леч. целях, должны соответствовать установленным сан. требованиям как в самих источниках (каптажах), так и в местах потребления вод. Число колоний микроорганизмов в водах для внутреннего и наружного применения не должно превышать 100 на 1 мл воды, коли-титр питьевых М. в. должен составлять не менее 300, вод наружного применения - не менее 100 (ГОСТ 13273-73; ГОСТ 18963-73). Важным показателем хорошего сан. состояния питьевых М. в. является также низкое содержание в них нитратов (NO 3), нитритов (NO 2) и аммония (NH 4)- соответственно 50,0; 2,0 и 2,0 мг/л.

Классификация минеральных вод

Согласно принятой в СССР классификации, предложенной В. В. Ивановым, Г. А. Невраевым (1964), а также «Правилам разработки месторождений минеральных лечебных вод СССР» (1976) М. в. делят на следующие основные бальнео л. группы. А. Воды без специфических компонентов и свойств. Б. Углекислые. В. Сульфидные. Г. Железистые, мышьяксодержащие и «полиметаллические» (с повышенным содержанием нескольких металлов -марганца, меди, свинца, цинка и др.). Д. Бромные, йодные, йодобромные. Е. Радоновые (радиоактивные). Ж. Кремнистые термальные. 3. Слабоминерализованные с высоким содержанием органических веществ - типа Нафтуси и др. В указанных группах М. в. выделяются подгруппы по газовому составу (азотные, метановые, азотно-метановые и др.), классы по анионному составу (гидрокарбонатные, сульфатные, хлоридные, гидрокарбонатно-хлоридные и др.), подклассы по катионному составу- (кальциевые, натриевые, магниево-кальциевые и др.), градации по минерализации.

Основные закономерности распространения минеральных вод

В соответствии с особенностями геологического строения отдельных регионов СССР и условиями формирования в них подземных М. в. выделяют ряд крупных территорий (провинций минеральных вод), в к-рых распространены определенные типы вод.

Провинция термальных вод областей новейшего вулканизма (Камчатка, Курильские о-ва, М. Кавказ). В этой провинции широко распространены разнообразные по составу термальные воды: сильнокислые, сероводородно-углекислые, сульфатные и сульфатно-хлоридные (Кислый Ключ и др.), азотно-углекислые хлоридные «перегретые» (Горячий Пляж, Паужетские и др.), углекислые кремнистые (Джермук, Истису и др.). азотные слабоминерализованные термальные воды (Начикинские, Паратунские и др.).

Провинция углекислых вод областей молодой магматической деятельности (Закарпатье, Кавказ, в т. ч. р-н Кавказских Минеральных Вод, Восточные Саяны, Южное Приморье. Центральная Камчатка и др.). В этой провинции широко распространены разнообразные по ионному составу и минерализации углекислые, иногда термальные воды (в т. ч. Боржоми, Ессентуки, Железноводские, Пятигорские, Дарасунские и др.). Нек-рые углекислые воды обогащены мышьяком, железом, бором. Отдельные месторождения углекислых вод встречаются также вне провинции углекислых вод (Кожановское, Мухенское, Синегорское, Терсинское и др.).

Провинция термальных вод областей молодых тектонических движений - разломов в земной коре (Тянь-Шань, Алтай, Прибайкалье, Дальний Восток). Основной тип М. в.- азотные слабоминерализованные (минерализация до 1 г/л), кремнистые щелочные термальные воды (Кульдур, Талая, Ходжа-Обигарм и др.). На Чукотке и сев. побережье Охотского моря распространены азотные кремнистые высокоминерализованные и рассольные (минерализация до 40 г/л) термальные воды.

Провинция азотных, азотно-метановых и метановых вод артезианских бассейнов занимает большую часть территории СССР. В этой провинции широко распространены М. в. разнообразного ионного состава (сульфатные, сульфатно-хлоридные и хлоридные, магниево-кальциевые, кальциево-натриевые, натриевые и др.) и различной минерализации - от 2-5 до 35-350 г/л (Ижевские, Краинские, Московские, Старорусские и др.). Нек-рые хлоридные и гидрокарбонатно-хлоридные воды являются бромными, йодобромными, иногда йодными (Кудепстинские, Семигорские, Хадыженские и др.). Наибольшее леч. значение среди М. в. этой провинции имеют сульфидные воды, представленные разнообразными по ионному составу, минерализации и содержанию сульфидов (от 10-50 до 500-1000 мг/л) типами вод (Кемери, Краснокамские, Мацестинские, Сергиевские И др.).

Провинция радоновых кислородно-азотных вод массивов кислых кристаллических пород. Радоновые слабоминерализованные холодные воды, в к-рых радон является единственным леч. компонентом, широко распространены в Карелии, на Украине, в Забайкалье и в ряде других р-нов СССР. Вне провинции этих вод известен ряд месторождений радоновых вод (Белокурихинское, Джеты-Огузское, Молоковское, Пятигорское и др.), в к-рых радон сочетается с другими ценными в бальнео л. отношении компонентами и свойствами вод (температура, содержание углекислоты, минерализация).

Эксплуатация и охрана минеральных вод

В СССР в леч. целях используются различные М. в. более 400 месторождений. Их эксплуатация и охрана регламентируются рядом законодательных и нормативных документов: «Основами водного законодательства СССР и союзных республик» (1970); «Положением о курортах» (1973) и инструкцией по применению «Положения о курортах» (1974), содержащей раздел о сан. охране курортов; ГОСТ 13273-73 «Воды минеральные питьевые лечебные и лечебно-столовые» (1973); «Правилами разработки месторождений минеральных лечебных вод СССР» (1976) и др.

Эксплуатационные запасы М. в. утверждаются Государственной комиссией но полезным ископаемым при Совете Министров СССР. В целях горной и сан. охраны месторождений М. в. устанавливаются специальные округа, в пределах к-рых осуществляются необходимые санитарно-оздоровительные мероприятия и поддерживается определенный сан. режим, направленные на сохранение природных леч. факторов (см. Зоны санитарной охраны , Курорты).

Розлив минеральных вод

В СССР разливают в бутылки на специальных заводах и в цехах розлива более 125 природных лечебно-столовых и леч. вод. При розливе воды искусственно насыщают углекислым газом до 0,3% по массе (железистые - до 0,4%), что повышает их вкусовые качества и обеспечивает лучшую сохранность хим. состава, к-рый наряду с порядком, методами и техникой розлива М. в. регламентируется ГОСТ 13273-73.

Искусственные минеральные воды. В леч. учреждениях, не располагающих природными М. в., широко используют искусственные М. в. для наружного применения преимущественно трех типов - углекислые, сульфидные и радоновые (см. Ванны). Искусственные питьевые М. в. в СССР не производятся.

ОСНОВНЫЕ АСПЕКТЫ МЕДИЦИНСКОГО ИСПОЛЬЗОВАНИЯ МИНЕРАЛЬНЫХ ВОД

М. в. широко используются в комплексной терапии при ряде заболеваний для наружного (общие и местные ванны, души, купания и плавание в бассейнах с минеральной водой) и внутреннего применения (питье, промывание желудка, кишечника, микроклизмы и др.), а также для ингаляций.

Действие М. в. на организм определяется их физ.-хим. свойствами: основным ионным составом, а также компонентами, придающими воде специфические свойства (газы, биологически активные компоненты и микрокомпоненты, органические вещества и др.), температурой и pH.

Наружное применение минеральных вод

При наружном применении наряду с хим. составом М. в. существенное значение в бальнеол. действии имеют температура, pH и гидростатическое давление. Ионы солей, находящихся в М. в., вызывают раздражение кожных рецепторов как во время процедуры, так и после нее за счет осаждения на коже тончайшего слоя солей («солевого плаща»), длительно на ней сохраняющегося. Все газы и ионы нек-рых микрокомпонентов (брома, йода, мышьяка и др.) проникают через неповрежденную кожу, попадают в ткани и кровь и непосредственно влияют на функцию органов и систем организма. Т. о. складывается нейрогуморальный механизм действия М. в., специфичность к-рого зависит от преимущественного влияния тех или иных хим. веществ. Подробнее специфический и неспецифический механизм действия М. в. при наружном их использовании, методика применения, а также показания и противопоказания - см. Азотные кремнистые термальные воды , Бальнеотерапия , Ванны , Железистые воды , Йодобромные воды , Мышьяковистые воды , Радоновые воды , Сульфидные воды , Углекислые воды , ХЛОРИДНО-НАТРИЕВЫЕ ВОДЫ .

Внутреннее применение минеральных вод

Наиболее распространенным методом использования М. в. является питьевое лечение. При этом М. в. применяют в комплексе с медикаментозным, диетическим и другими методами лечения.

Питьевое лечение

Основные показания к питьевому лечению : хрон, заболевания жел.-киш. тракта в стадии ремиссии, болезнь оперированного желудка (через 2-3 мес. после операции по поводу язвенной болезни при хорошей эвакуаторной функции и отсутствии кровотечений); хрон, заболевания печени, желчного пузыря, желчных путей и поджелудочной железы, мочевыводящих путей, мочекаменная болезнь (при наличии небольших камней, к-рые не создают препятствий для оттока мочи и могут выделяться через мочевыводящие пути), нек-рые болезни обмена и эндокринные заболевания (сахарный диабет в компенсированной форме, особенно в сочетании с различными заболеваниями жел.-киш. тракта, гипер- и гипотиреоз, ожирение, подагра), атеросклероз в начальных стадиях без выраженных нарушений кровообращения и водносолевого обмена; нек-рые заболевания опорно-двигательного аппарата (остеоартроз, спондилез и др.), хрон, заболевания периферических нервов, сопровождающиеся болями. Более подробные показания к применению М. в. различного состава, обусловленные спецификой механизма действия вод, изложены ниже, при описании этих вод.

Основные противопоказания к питьевому лечению : обострение воспалительного процесса в различных отделах жел.-киш. тракта и других органах; резко выраженное нарушение моторно-эвакуаторной функции желудка и кишечника, требующее оперативного вмешательства; резко выраженный атеросклероз и заболевания сердечно-сосудистой системы, сопровождающиеся отеками, нарушениями функции почек. Не показано питье щелочных вод при щелочной реакции мочи, т. к. это может вызвать нежелательные сдвиги кислотно-щелочного равновесия организма в сторону алкалоза, и при всех заболеваниях мочевыводящих путей, требующих оперативного вмешательства.

Механизм действия питьевых минеральных вод проявляется целым рядом физиол, реакций, в основе к-рых лежат нейрорефлекторные и гуморальные процессы, обусловленные влиянием различных факторов: температурой воды, скоростью поступления ее в желудок и временем пребывания в разных отделах жел.-киш. тракта, химическим составом.

Стимулирующее действие М. в. на желудочную секрецию при попадании в желудок, связанное с раздражением слизистой оболочки желудка, было установлено экспериментальными работами в лаборатории И. П. Павлова и получило название пилорического действия. При переходе в двенадцатиперстную кишку большинство М. в. оказывает более сложное действие: сначала происходит ощелачивание желудочного содержимого, затем кислотность возвращается к исходному уровню, а еще через нек-рое время снижается. Возникает так наз. дуоденальное действие- снижение желудочной секреции, рефлекторно обусловленное раздражением нервных окончаний слизистой оболочки двенадцатиперстной кишки.

Исходя из этого, в методике питьевого лечения М. в. чрезвычайно важно создать такие условия, при к-рых можно было бы получать преимущественно пилорическое пли преимущественно дуоденальное действие. М. в., выпитая незадолго до приема пищи, смешиваясь с ней, не успевает быстро перейти в двенадцатиперстную кишку; дольше задерживаясь в желудке, она раздражает его слизистую оболочку и оказывает преимущественно пилорическое действие. Большинство М. в., принятых задолго до приема пищи, не задерживается в желудке, переходит в двенадцатиперстную кишку и оказывает преимущественно дуоденальное действие. Как пилорическое, так и дуоденальное действие может быть ослаблено или усилено минеральной водой соответствующего состава.

Скорость перехода М. в. из желудка в кишечник зависит и от ее температуры. Холодная вода усиливает двигательную функцию желудка и переходит в кишечник быстрее, теплая уменьшает ее и эвакуируется медленнее. Выпитая М. в., воздействуя на нервные окончания слизистой оболочки как желудка, так и кишечника, оказывает выраженное рефлекторное действие на деятельность других органов пищеварительной системы. Всасывание М. в. и ее поступление в гуморальное русло в основном происходит в верхних отделах кишечника; раздражая нервные окончания кровеносных сосудов, она оказывает т. о. и гуморальное влияние на различные функции организма. Воздействуя на процессы осмоса и диффузии, поверхностного натяжения, электрический заряд клеток, на кислотно-щелочное равновесие организма, обменные процессы, М. в. оказывает влияние на уровень реактивности клеток и тканей. Степень выраженности и характер этих изменений во многом зависят от хим. состава М. в., поэтому выбор ее при питьевом лечении имеет определенное значение.

Специфичность действия М. в. при питьевом лечении зависит от их основного ионного состава (анионного - гидрокарбонат, хлор и сульфат), и катионного (натрий, кальций и магний). Ниже кратко приводятся особенности механизма действия питьевых М. в. в зависимости от преимущественного содержания в них тех или иных ионов пли их сочетания (воды сложного состава).

Гидрокарбонатные воды характеризуются высоким содержанием гидрокарбонатного иона. При наличии в таких водах, кроме того, и катиона натрия они оказывают ощелачивающее действие на содержимое желудка, а также способствуют изменению кислотно-щелочного равновесия в организме в сторону алкалоза (см). Изменение щелочного резерва крови влияет на реабсорбцию жидкости в почечных канальцах.

Присущее всем М. в. свойство вызывать в зависимости от времени их приема по отношению к приему пищи либо пилорическое (стимулирующее секрецию желудочного сока), либо дуоденальное (тормозящее ее) действие особенно четко выражено при соответствующей методике приема гидрокарбонатных вод. Такое двоякое действие гидрокарбонатных вод на секрецию желудочного сока позволяет считать их «универсальными». Гидрокарбонатные воды способствуют разжижению и более легкому удалению патол, слизи со слизистой оболочки желудка, моче выводящих и дыхательных путей, уменьшая при этом явления воспаления. В связи с ощелачиванием жидкостных сред организма повышается растворимость мочевой к-ты, что при усиленном диурезе способствует выведению ее из организма. Вследствие снижения ацидоза улучшается углеводный обмен, что важно при лечении больных сахарным диабетом. Присутствие в гидрокарбонатных водах кальция способствует их противовоспалительному, а магния - спазмолитическому действию, что учитывается при лечении больных с заболеваниями жел.-киш. тракта воспалительного характера со склонностью к спазмам.

За счет нормализации двигательной функции жел.-киш. тракта уменьшаются диспептические явления. К классу гидрокарбонатных вод относятся: Авадхара, Боржоми, Дилижан, Лужанская № 1, Поляна Квасова, Саирме, Уцера и др.

Хлоридные воды . Анион хлора в М. в. чаще находится в сочетании с катионами натрия (хлоридные натриевые воды), реже кальция (хлоридные кальциевые воды). Лечение хлоридными натриевыми водами способствует повышению обменных процессов, оказывает желчегонное действие, улучшает секреторную функцию желудка, поджелудочной железы. Поскольку анион хлора участвует в выработке соляной к-ты париетальными гландулоцитами (обкладочными клетками) желудка, эти воды в основном назначают при заболеваниях жел.-киш. тракта с пониженной секреторной функцией. К основным хлоридным натриевым водам относятся Вярска № 2, Долинская, Минская, Миргородская, Тюменская. Хлоридные кальциевые воды, оказывающие противовоспалительное действие, уменьшают проницаемость клеточных оболочек. К таким водам относится вода Лугела.

Ионы йода и брома, часто входящие в состав хлоридных вод (напр, Нижне-Сергинская, Талицкая, Хадыженекая и др.), позволяют применять их более широко. Так, бром, регулируя функц, состояние нервной системы, способствует устранению спастических явлений в желудке и кишечнике, нормализации (путем рефлекторного воздействия) функций печени и желчного пузыря; йод - нормализации функций щитовидной железы, уменьшению воспалительных явлений в желудочно-кишечном тракте.

Сульфатные воды характеризуются преобладанием ионов сульфатов, к-рые в соединении с катионами натрия или магния, нередко присутствующими в этих водах, образуют соли, плохо всасывающиеся в кишечнике. Эти воды оказывают выраженное раздражающее действие на слизистую оболочку кишечника, сопровождающееся усилением его моторной функции. Сульфатные воды, особенно содержащие катионы магния, усиливают желчеобразование (см.) и желчевыделение (см.), уменьшают вязкость желчи, нормализуют при длительном их применении содержание в желчи билирубина и жирных к-т. Улучшается печеночный кровоток, повышаются обменные, репаративные процессы и барьерная функция печени. Это способствует ликвидации воспалительного процесса в желчных путях, предупреждению камнеобразования, улучшению оттока желчи из желчного пузыря и его протоков. На желудочную секрецию эти воды оказывают преимущественно тормозящее действие. Сульфатные воды несколько снижают всасывание белков и жиров, уменьшают содержание холестерина и фосфолипидов, нормализуют концентрацию свободных жирных к-т, уровень беталипопротеидов и общих липидов в сыворотке крови. В результате лечения водами данного состава отмечено активирование окислительных процессов в организме, нормализация содержания общего азота и мочевины в моче. Сульфатные воды применяют при заболеваниях печени, желчевыводящих путей, сахарном диабете, ожирении. К этим М. в. относятся Баталинская, Лысогорская.

Воды сложного состава . Многие М. в., употребляемые для питьевого лечения, характеризуются сложным хим. составом. Преобладающие в М. в. анионы сочетаются друг с другом, действие их как бы суммируется, благодаря чему расширяются показания к их применению. Это имеет важное значение в леч. практике, т. к. при длительном течении заболевания какого-либо отдела жел.-киш. тракта отмечается в той или иной степени нарушение функции и других органов пищеварительной системы.

В водах сложного состава часто сочетаются ионы хлора и гидрокарбоната (напр., Арзни, Джава, Ессентуки № 4 и № 17, Рычал-Су) либо ионы гидрокарбоната и сульфата (напр., Джермук, Ессентуки № 20, Истису, Славяновская). При назначении вод сложного состава действие того или иного иона проявляется и усиливается в зависимости от методики назначения. Гидрокарбонатно-хлоридные воды назначают при хрон, гастрите как с повышенной, так и с пониженной секрецией.

Сочетание сульфатного иона и иона хлора (хлоридно-сульфатные и сульфатно-хлоридные воды, напр. Алма-Атинская, Вярска № 1, Липецкая, Нижне-Ивкинская № 4, Угличская и др.) обусловливает благоприятное действие М. в. при заболеваниях желудка преимущественно с пониженной секрецией с одновременным поражением печени и желчевыводящих путей, а также при заболеваниях кишечника, протекающих с запорами.

Сочетание гидрокарбонатного и сульфатного ионов [гидрокарбонатно-сульфатные и сульфатно-гидрокарбонатные воды, напр. Ачалуки, Истису (Нижний), кисловодский Нарзан, Славяновская, Смирновская и др.] обусловливает тормозящее действие на желудочную секрецию и вызывает послабление. Эти воды применяют при заболеваниях желудка с повышенной секреторной функцией и сопутствующим поражением печени и кишечника.

Специфичность действия М. в. обусловлена не только их основным ионным составом, но и содержанием биологически активных веществ и компонентов либо в виде ионов, либо в виде недиссоциированных молекул. Так, воды различного ионного состава с содержанием железа (см. Железистые воды) - Бадамлы, Дарасун, Кука, Марциальная, Полюстровская - способствуют повышению содержания гемоглобина в крови, улучшению общего состояния, нормализации функции жел.-киш. тракта. Воды, содержащие йод (Семигорская, Хадыженская, Тюменская и др.), полезны при заболеваниях органов пищеварения с сопутствующим атеросклерозом и нарушением функции щитовидной железы (гипертиреоз). Бромные воды (Лугела, Нижне-Сергинская, Талицкая и др.) способствуют нормализации функц, состояния ц. н. с. (см. Йодобромные воды); мышьяксодержащие воды (Авадхара, Джермук и др.) - улучшению кроветворения (см. Мышьяковистые воды). Борные воды (Бжни, Кармадон, Поляна Квасова, Поляна Купель и др.) при их систематическом применении могут снижать интенсивность окислительных процессов в организме; их не назначают людям, склонным к полноте. Воды, содержащие кремний [Истису (Нижний), Саирме и др.], обладают противовоспалительным действием, а также усиливают антитоксическую функцию печени, что обусловлено адсорбционными свойствами кремниевой к-ты, находящейся в коллоидальном состоянии (см. Азотные кремнистые термальные воды).

Газы, содержащиеся в питьевых М. в., также оказывают специфическое действие на организм. Так, углекислота стимулирует секреторную и моторную функции желудка и кишечника. Сульфидные воды увеличивают содержание сульфгидрильных соединений в тканях печени, что играет важную роль в осуществлении белкового обмена в печени. Эти воды применяют при заболеваниях жел.-киш. тракта, печени и эндокринных заболеваниях, в т. ч. сахарном диабете.

Введение М. в. в двенадцатиперстную кишку методами дуоденального зондирования, дуоденального дренажа или тюбажа и трансдуоденальных промываний способствует уменьшению воспалительного процесса в печени и желчных путях, повышению выделения желчи и ее более энергичному оттоку.

При дуоденальном зондировании 50-100 мл М. в. вводят после взятия всех порций желчи; при дуоденальном дренаже - от 250 до 400- 500 мл М. в. в течение процедуры, интервал 4-5 дней, на курс до 6-8 процедур. При тюбаже М. в., к-рый целесообразно проводить 1 раз в 5-7 дней, больной выпивает 500 мл М. в. в течение 30 - 40 мин. Методика проведения тюбажа М. в. аналогична общепринятой методике тюбажа лекарственными веществами (см. Тюбаж). Оптимальная температура воды при всех указанных процедурах 40-45°. При энтероколитах, протекающих с обострениями, и при заболеваниях печени для всех перечисленных выше процедур введения М. в. в двенадцатиперстную кишку используют преимущественно маломинерализованную воду (до 5 г/л) t° 37-40°; при гипотонии и атонии кишечника температуру воды снижают до 30-25" и применяют воду более высокой минерализации (от 5 до 15 г/л). При трансдуоденальных промываниях объем вводимой М. в, 1-2 л, на курс лечения 4-5 промываний с интервалом 5-6 дней. Методики проведения трансдуоденальных промываний, показания и противопоказания - см. Кишечные промывания .

Микроклизмы из М. в. назначают больным колитами с преимущественным поражением дистального отдела толстой кишки (проктиты, прокто-сигмоидиты и др.). Проводят их после очистительной клизмы ежедневно или через день на ночь, температура воды 38-40°, на курс 5-8 процедур, объем воды для первой клизмы 100-150 мл, для последующих - до 200-250 мл.

При сочетании питьевого лечения с другими перечисленными методами применения М. в. следует исходить из характера заболевания, его течения, стадий и особенностей. Так, для лечения диспептической формы хрон, гастрита с обильной секрецией слизи, при хрон, гастрите с секреторной недостаточностью в стадии компенсации и субкомпенсации, при выраженных воспалительных явлениях, гипокинезии желчных путей питьевое лечение сочетают с промыванием желудка, при наличии болей - с микроклизмами, при дискинезии кишечника с преобладанием гипокинезии - с кишечными промываниями.

В стадии обострения язвенной болезни желудка и двенадцатиперстной кишки применяют только микроклизмы из М. в. и лишь при затухании процесса наряду с микроклизмами назначают питье М. в. В стадии ремиссии (при зарубцевавшейся язве желудка), но с явлениями воспаления слизистой оболочки и диспептических расстройствах, кроме питья М. в., проводят промывание желудка, а при гастрите, сопровождающемся поражением кишечника,- подводные кишечные промывания по щадящей методике. При хрон, заболеваниях кишечника, сопровождающихся дискинезиями с преобладанием гипокинезии, питье М. в. сочетают с кишечными промываниями. Если при дискинезиях преобладают гиперкинетические расстройства, питьевое лечение целесообразно сочетать с микроклизмами.

В дни проведения кишечных промываний питье М. в. отменяют, т. к. при любом способе кишечных промываний организм получает значительную дозу М. в.

М. в. применяют также для ингаляций (см.) в виде аэрозолей при поражениях верхних дыхательных путей: при хрон, субатрофическом и атрофическом рините, риносинусите, хрон, тонзиллите, хрон, атрофических катарах верхних дыхательных путей, озене. Для ингаляции используют преимущественно слабо- и среднеминерализованные гидрокарбонатные натриевые и хлоридно-гидрокарбонатные натриевые воды, содержащие углекислоту, кальциевые гидрокарбонатные сульфатные воды, содержащие сульфиды, а также кальциевые йодистые натриевые воды. Воды указанного состава повышают двигательную активность мерцательного эпителия, разжижают густую и вязкую слизь, способствуют ее более легкому откашливанию, уменьшают сухость, раздражение слизистой оболочки.

Питье М. в. можно сочетать в один день с применением гальванизации, лекарственного электрофореза, импульсного тока, тока и полей ВЧ, УВЧ, СВЧ, общих минеральных ванн, местного грязе-, парафино- или озокеритолечения, ингаляций, климатолечебных процедур.

Таблицы

Таблица 1. Основные нормы оценки ii наименование минеральных вод в зависимости от минерализации, газонасыщенности, содержания специфических компонентов, реакции воды и ее температуры

Таблица 2. Предельно допустимые концентрации некоторых химических веществ в питьевых минеральных водах

Библиография: Иванов В. В. и Невраев Г. А. Классификация подземных минеральных вод СССР, М., 1964, библиогр.: Исследование механизма влияния бальнеологических факторов на регулирующие системы организма, под ред. Л. К. Шауцуковой и др., Нальчик, 1976; Кипиани Т. И. Минеральные воды и деятельность пищеварительной системы, Л., 1974, библиогр.; Кулаков В. Я. и др. Лечебные минеральные воды, Свердловск, 1970, библиогр.; Курортное лечение заболеваний органов пищеварения и обмена веществ, под ред. Р. Л. Школенко, Пятигорск, 1973; Лечебные минеральные воды, под ред. Е. А. Смирнова-Каменского, Пятигорск, 1971, библиогр.; Минеральные воды СССР, под ред. В. В. Иванова, М., 1974, библиогр.; Саакян А. Г. Курортное лечение колитов и заболеваний прямой кишки, Ставрополь, 1975: Труды 6-го Всесоюзного съезда физиотерапевтов и курортологов, G. 439, М., 1973.

М. И. Антропова; В. В. Иванов (гидрогеология).

Лечебными минеральными водами называются природные воды, которые содержат в повышенных концентрациях те или другие минеральные (реже органические) компоненты и газы и (или) обладают какими-нибудь физическими свойствами (радиоактивность, реакция среды и др.), благодаря чему эти воды оказывают на организм человека лечебное действие в той или иной степени, которое отличается от действия «пресной» воды.

Критерии для отнесения вод к «минеральным» в той или иной степени отличаются у разных исследователей. Всех их объединяет происхождение: то есть минеральные воды – это воды, добытые или вынесенные на поверхность из земных недр. На государственном уровне, в ряде стран ЕС законодательно утверждены определенные критерии причисления вод к категории минеральных. В национальных нормативных актах относительно критериев минеральных вод нашли свое отображение гидрогеохимические особенности территорий, которые присущи для каждой страны.

В нормативных актах ряда стран Европы и международных рекомендациях – «Кодекс Алиментариус», Директивах Европейского парламента и Европейского совета для стран – членов ЕС определение «минеральные воды» приобрело более широкое содержание.

Например, «Кодекс Алиментариус » дает следующее определение природной минеральной воды : природной минеральной водой является вода, которая четко отличается от обычной питьевой воды, так как:

· она характеризуется своим составом, включающим определенные минеральные соли, в определенном их соотношении, и наличием определенных элементов в следовых количествах или других компонентов;

· ее непосредственно получают из природных или пробуренных источников из подземных водоносных слоев, для чего необходимо соблюдение всех мер предосторожности в пределах зоны защиты во избежание попадания любого загрязнения либо внешнего влияния на химические, физические свойства минеральных вод;

· она характеризуется постоянством своего состава и стабильностью дебита, определенной температурой и соответствующими циклами второстепенных природных колебаний.

В России принято определение В.В. Иванова и Г.А. Невраева, данное в работе «Классификация подземных минеральных вод» (1964 г.).

К минеральным питьевым водам (в соответствии с ГОСТ 13273–88 ), относятся воды с общей минерализацией не менее 1 г/л или при меньшей минерализации, содержащие биологически активные микрокомпоненты в количестве не ниже бальнеологических норм.

Питьевые минеральные воды в зависимости от степени минерализации и интенсивности воздействия на организм разделяют на лечебно-столовые с минерализацией 2–8 г./л (исключением являются Ессентуки №4 с минерализацией 8–10 г./л) и лечебные воды с минерализацией 8–12 г./л, редко выше.

Минеральные воды, отнесенные в установленном порядке к категории лечебных, используются прежде всего в лечебных и курортных целях. Разрешение на использование лечебных минеральных вод для других целей в исключительных случаях выдается органами исполнительной власти субъектов Российской Федерации по согласованию со специально уполномоченным государственным органом управления использованием и охраной водного фонда, специально уполномоченным государственным органом, осуществляющим управление курортами, и федеральным органом управления государственным фондом недр.

Из истории применения минеральных вод для лечения болезней

«Минеральных вод соляных, железистых, серных, йодистых, углекислых и т.д. для излечения недугов существует такое же бесчисленное множество, как и песку на дне морском», – писал сто лет тому назад, М. Платен в своем «Руководстве для жизни согласно законам природы, для сохранения здоровья и для лечения без помощи лекарств».Термин «минеральные воды » вошел в употребление в XVI в., однако в обиходе чаще употреблялось слово «воды », причем, так же как и в Древнем Риме «aquae », — во множественном числе. Происхождение слова «aquae » относится к тому времени, когда Фалес Милетский (ок. 624 — ок. 546 гг. до н.э.) — греческий философ и математик из Милета, пытаясь определить основу материального мира, пришел к выводу о том, что ею является вода. Слово «a qua » — вода, состоит из двух греческих слов - «a» и «qua», буквальный перевод – от которой (подразумевается omnia constant — все произошло, все состоит).

Первая попытка классифицировать минеральные воды по составу принадлежит греческому ученому Архигену (II в). Он выделял четыре класса вод: aquae nitrose, aluminose, saline и sulfurose (щелочные, железистые, соленые и сернистые). Л.А. Сенека выделял воды серные, железные, квасцовые и считал, что вкус указывает на их свойства. Архиген рекомендовал серные ванны при подагре, а при болезнях мочевого пузыря назначал питье минеральных вод до 5 л в день. Он считал, что достаточно знать состав воды, чтобы назначить ее для лечения. Следует заметить, что состав воды в то время не мог быть известен даже приблизительно.

О составе минеральных вод говорит Г. Фаллопий, автор одного из первых руководств о минеральных водах, дошедших до наших времен, изданного после его смерти («De thermalibus aquis atque metallis », 1556 г.). Однако состав вод Италии, описанных Фаллопием, был далек от истинного, поскольку науке XVI в. еще не были известны многие химические элементы. Настоящий прорыв в учении о минеральных водах произошел в XVIII в., после революционных открытий в химии, которые в основном связывают с именем А. Лавуазье. Само понятие «минеральные воды» (от лат. minari – рыть) формировалось на протяжении ХІХ—ХХ столетий, когда закладывались основы бальнеологиии (курортологии) и научное обоснование использования подземных вод для медицинских целей.

Первый курорт в России был построен по Указу Петра Великого на источниках железистых Марциальных вод. Петр I по возвращению из Бельгии, где он успешно лечился водами курорта Спа. В честь Российского императора на курорте был построен питьевой павильон – «Pouhon Pierre Le Grand». Воды бельгийского курорта Петр I назвал источником спасения, а вернувшись в Россию издал указ, искать в России ключевые воды, коими можно пользоваться для лечения болезней. Первый российский курорт был построен в Карелии на Олонецких водах, названых Марциальными. Марциальные воды по содержанию двухвалентного закисного железа - до 100 мг/л превосходят все известные железистые источники мира. Содержание железа в водах бельгийского родоначальника курортов – Спа, всего 21 мг/л (железистые воды – Fe 10 мг/л).

Первый кадастр минеральных вод России был составлен учеными Минералогического общества, созданного в 1817 г. в Санкт-Петербурге. Среди его учредителей были академик В.М. Севергин и профессор Д.И. Соколов. По данным исследований многочисленных академических экспедиций конца XVIII и начала XIX вв. В.М. Севергин описал минеральные источники и озера России, привел их классификацию по совокупности признаков и составил указания по их исследованиям. Результаты исследований были обобщены в книге «Способ испытывать минеральные воды, сочиненный по новейшим о сем предмете наблюдениям», изданной в Санкт-Петербурге в 1800 г. В 1825 г. была опубликована работа русского химика Г.И. Гесса «Изучение химического состава и целебного действия минеральных вод России», ставшая основой его диссертации на степень доктора медицины.

Важную роль в изучении лечебных минеральных вод сыграло основание в 1863 г. Русского бальнеологического общества на Кавказе по инициативе директора управления курортов Кавказских Минеральных Вод, профессора С.А. Смирнова. После 1917 г. (после национализации курортов) началось интенсивное развитие бальнеологии. В 1921 г был создан Бальнеологический институт на Кавказских Минеральных Водах (в , в 1922 г. — Томский бальнеофизиотерапевтический институт, а в 1926 г. открыт Центральный институт курортологии и физиотерапии в Москве.

Химический состав минеральных вод

Минеральные воды – сложные растворы, в которых вещества содержатся в виде ионов, недиссоциированных молекул, газов, коллоидных частиц.

Долгое время бальнеологи не могли прийти к единому мнению о химическом составе многих вод, поскольку анионы и катионы минеральных вод образуют очень нестойкие соединения. Как говорил Эрнст Резерфорд, «ионы – это веселые малыши, вы можете наблюдать их едва ли не воочию». Еще в 1860-х гг. химик О. Тан указал на неправильность солевого изображения минеральных вод, из-за чего Железноводск долго считали курортом с «неустановившейся репутацией». Вначале минеральные воды Железноводска причисляли к щелочно-железистым, затем стали комбинировать карбонаты со щелочами, а сульфаты - со щелочными землями, называя эти воды «щелочно-железистыми (содержащие натрий углекислый и железо) с преобладанием гипса (сульфата кальция) и соды (гидрокарбоната натрия). Впоследствии состав вод стали определять по основным ионам. Уникальные Железноводские источники по составу принадлежат к углекислым гидрокарбонатно-сульфатным кальциево-натриевым высокотермальным водам, мало содержащим хлористый натрий, что исключает опасность раздражения почечной ткани при их питьевом использовании. В настоящее время Железноводск считается одним из лучших «почечных» курортов. Железа в минеральных водах этого курорта содержится сравнительно мало, до 6 мг/л, т.е. меньше, чем в специфических железистых водах, в которых должно быть не менее 10 мг/л.

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. Как пример приводим ионный состав вод одного из самых популярных источников французского курорта Виши, известного со времен Римской империи - Vichy Celestins (М – 3,325 г/л; pH — 6,8).

Критерии для отнесения вод к «минеральным»

Критерии для отнесения вод к «минеральным» в той или иной степени отличаются у разных исследователей. Всех их объединяет происхождение: то есть минеральные воды — это воды, добытые или вынесенные на поверхность из земных недр. На государственном уровне, в ряде стран ЕС законодательно утверждены определенные критерии причисления вод к категории минеральных. В национальных нормативных актах относительно критериев минеральных вод нашли свое отображение гидрогеохимические особенности территорий, которые присущи для каждой страны.

В нормативных актах ряда стран Европы и международных рекомендациях — «Кодекс Алиментариус», Директивах Европейского парламента и Европейского совета для стран — членов ЕС определение «минеральные воды» приобрело более широкое содержание.

Например, «Кодекс Алиментариус » дает следующее определение природной минеральной воды : природной минеральной водой является вода, которая четко отличается от обычной питьевой воды, так как:

• она характеризуется своим составом, включающим определенные минеральные соли, в определенном их соотношении, и наличием определенных элементов в следовых количествах или других компонентов
• ее непосредственно получают из природных или пробуренных источников из подземных водоносных слоев, для чего необходимо соблюдение всех мер предосторожности в пределах зоны защиты во избежание попадания любого загрязнения либо внешнего влияния на химические, физические свойства минеральных вод;
• она характеризуется постоянством своего состава и стабильностью дебита, определенной температурой и соответствующими циклами второстепенных природных колебаний.

В России принято определение В.В. Иванова и Г.А. Невраева, данное в работе «Классификация подземных минеральных вод» (1964 г.).

Лечебными минеральными водами называются природные воды, которые содержат в повышенных концентрациях те или другие минеральные (реже органические) компоненты и газы и (или) обладают какими-нибудь физическими свойствами (радиоактивность, реакция среды и др.), благодаря чему эти воды оказывают на организм человека лечебное действие в той или иной степени, которое отличается от действия «пресной» воды.

К минеральным питьевым водам (в соответствии с ), относятся воды с общей минерализацией не менее 1 г/л или при меньшей минерализации, содержащие биологически активные микрокомпоненты в количестве не ниже бальнеологических норм.

1. Водоемы и показатели качества воды

1.2. Показатели экологического состояния водоемов и качества поверхностных вод

1.2.4. Минеральный состав воды

Минерализация – суммарное содержание всех найденных при химическом анализе воды минеральных веществ; обычно выражается в мг/дм 3 (до 1000 мг/дм 3) и ‰ (промилле или тысячная доля при минерализации более 1000 мг/дм 3).

Минерализация природных вод, определяющая их удельную электропроводность, изменяется в широких пределах (табл. 7). Большинство рек имеет минерализацию от нескольких десятков миллиграммов в литре до нескольких сотен. Минерализация подземных вод и соленых озер изменяется в интервале от 40–50 мг/дм 3 до 650 г/кг (плотность в этом случае уже значительно отличается от единицы). Минерализация атмосферных осадков составляет от 3 до 60 мг/дм 3 .

Таблица 7

Классификация природных вод по минерализации

Многие производства, сельское хозяйство, предприятия питьевого водоснабжения предъявляют определенные требования к качеству вод, в частности, к минерализации, так как воды, содержащие большое количество солей, отрицательно влияют на растительные и животные организмы, технологию производства и качество продукции, вызывают образование накипи на стенках котлов, коррозию, засоление почв.

В соответствии с гигиеническими требованиями к качеству питьевой воды суммарная минерализация не должна превышать величины 1000 мг/дм 3 . По согласованию с органами департамента санэпиднадзора для водопровода, подающего воду без соответствующей обработки (например, из артезианских скважин), допускается увеличение минерализации до 1500 мг/дм 3).

Минеральный состав воды интересен тем, что отражает результат взаимодействия воды как физической фазы и среды жизни с другими фазами (средами): твердой, т.е. береговыми подстилающими, а также почвообразующими минералами и породами; газообразной (с воздушной средой) и содержащейся в ней влагой и минеральными компонентами. Кроме того, минеральный состав воды обусловлен целым рядом протекающих в разный средах физико-химических и физических процессов – растворения и кристаллизации, пептизации и коагуляции, седиментации, испарения и конденсации и др. Большое влияние на минеральный состав воды поверхностных водоемов оказывают протекающие в атмосфере и в других средах химические реакции с участием соединений азота, углерода, кислорода, серы и др.

Можно выделить две группы минеральных солей, обычно встречающихся в природных водах (табл. 8).

Таблица 8

Основные компоненты минерального состава воды

Как видно из табл. 8, основной вклад в минеральный состав вносят соли 1-й группы (они образуют так называемые «главные ионы»), которые определяют в первую очередь. К ним относятся хлориды, карбонаты, гидрокарбонаты, сульфаты. Соответствующими катионами для названных анионов являются калий, натрий, кальций, магний. Соли 2-й группы также необходимо учитывать при оценке качества воды, т.к. на каждую из них установлено значение ПДК, хотя они вносят незначительный вклад в солесодержание природных вод.

Соотношение концентрации в воде главных ионов (в мг-экв/л) определяет типы химического состава воды. В зависимости от преобладающего вида анионов (>25 % эквивалента при условии, что суммы мг-экв анионов и катионов принимаются равными 50 % соответственно каждая) различают воды гидрокарбонатного класса (концентрация НСО 3 >25 % экв. анионов), сульфатного (SО 4 >25 % экв.), хлоридного (С1 >25 %, экв.). Иногда выделяют также воды смешанных, или промежуточных, типов. Соответственно, среди катионов выделяются группы кальциевых, магниевых, натриевых или калиевых вод.

Минерализация воды имеет важнейшее значение при характеристике химического состава вод. При этом проводят анализы воды на содержание минеральных компонентов в различные периоды: для поверхностных вод – в зимнюю межень, весеннее половодье (пик), летне-осеннюю межень, летне-осенний паводок; для вод заболоченных участков – в зимнюю межень; весеннее половодье, для почвенных вод – в зимнюю межень, весеннее половодье и летне-осеннюю межень.

Концентрации растворенных в воде минеральных солей, определяют, как правило, химическими методами – титриметрическим, колориметрическим. Концентрации некоторых компонентов (например, катионов натрия, калия) в воде можно оценить расчетными методами, имея данные о значениях концентраций других катионов и анионов.

Жесткость. Жесткость воды представляет собой свойство природной воды, зависящее от наличия в ней главным образом растворенных солей кальция и магния. Из всех солей, относящихся к солям жесткости, выделяют гидрокарбонаты, сульфаты и хлориды. Суммарное содержание растворимых солей кальция и магния называют общей жесткостью . Общая жесткость подразделяется на карбонатную , обусловленную концентрацией гидрокарбонатов (и карбонатов при рН 8,3) кальция и магния, и некарбонатную – концентрацию в воде кальциевых и магниевых солей сильных кислот. Поскольку при кипячении воды (точнее при температуре более 60 0 С) гидрокарбонаты переходят в карбонаты, которые выпадают в осадок, карбонатную жесткость называют временной или устранимой . Остающаяся после кипячения жесткость (обусловленная хлоридами или сульфатами) называется постоянной .

Жесткость воды - одно из важнейших свойств, имеющее большое значение при водопользовании. Если в воде находят ионы металлов, образующие с мылом нерастворимые соли жирных кислот, то в такой воде затрудняется образование пены при стирке белья или мытье рук, в результате чего возникает ощущение жесткости. Жесткость воды пагубно сказывается на трубопроводах при использовании воды в тепловых сетях, приводит к образованию накипи. По этой причине в воду приходится добавлять специальные «смягчающие» химикаты.

В естественных условиях ионы кальция, магния и других щелочноземельных металлов, обусловливающих жесткость, поступают в воду в результате взаимодействия растворенного диоксида углерода с карбонатными минералами и других процессов растворения и химического выветривания горных пород. Источником этих ионов являются также микробиологические процессы, протекающие в почвах на площади водосбора, в донных отложениях, а также сточные воды различных предприятий.

Жесткость воды колеблется в широких пределах. Ввиду того, что солями жесткости являются соли разных катионов, имеющие разную молекулярную массу, концентрации солей жесткости, или жесткость воды, измеряется в единицах эквивалентной концентрации – количеством г-экв/л или мг-экв/л. Вода с жесткостью менее 4 мг-экв/дм 3 считается мягкой, от 4 до 8 мг-экв/дм 3 – средней жесткости, от 8 до 12 мг-экв/дм 3 – жесткой и выше 12 мг-экв/дм 3 – очень жесткой. Общая жесткость колеблется от единиц до десятков, иногда сотен мг-экв/дм 3 , причем карбонатная жесткость составляет до 70–80 % от общей жесткости.

Обычно преобладает жесткость, обусловленная ионами кальция (до 70 %); однако в отдельных случаях магниевая жесткость может достигать 50–60 %. Жесткость морской воды и океанов значительно выше (десятки и сотни мг-экв/дм 3). Жесткость поверхностных вод подвержена заметным сезонным колебаниям, достигая обычно наибольшего значения в конце зимы и наименьшего в период половодья.

Высокая жесткость ухудшает органолептические свойства воды, придавая ей горьковатый вкус и оказывая действие на органы пищеварения.

Допустимая величина общей жесткости для питьевой воды и источников централизованного водоснабжения составляет не более
7 мг-экв/л (в отдельных случаях – до 10 мг-экв/л), лимитирующий показатель вредности – органолептический.

Предлагаемый метод определения общей жесткости как суммарной массовой концентрации катионов кальция и магния основан на реакции солей кальция и магния с реактивом – трилоном Б (двунатриевой солью этилендиаминтетрауксусной кислоты):

где R – радикал этилендиаминтетрауксусной кислоты.

Анализ проводят в аммиачном буферном растворе при рН 10,0-10,5 титриметрическим методом в присутствии индикатора хрома темно-синего кислотного.

Общую жесткость (С ож) в мг-экв/л вычисляют по формуле:

где: V TP – объем раствора трилона Б, израсходованного на титрование, мл;

Н – концентрация титрованного раствора трилона Б с учетом поправочного коэффициента, г-экв/л;

V A – объем воды, взятой на анализ, мл;

1000 – коэффициент пересчета единиц измерения из г-экв/л в мг-экв/л.

Определение общей жесткости воды

Оборудование и реактивы

Баня водяная; ножницы; палочка стеклянная; пипетка на 2 мл или на
5 мл с резиновой грушей (медицинским шприцем) и соединительной трубкой; пипетка-капельница; склянка с меткой «10 мл».

Вода дистиллированная; раствор буферный аммиачный; раствор индикатора хром темно-синего кислотного; раствор трилона Б (0,05 г-экв/л).

Выполнение анализа

1. В склянку налейте 10 мл анализируемой воды.

2. Добавьте в склянку пипетками 6-7 капель раствора буферного аммиачного и 4-5 капель раствора индикатора хрома темно-синего кислотного.

3. Герметично закройте склянку пробкой и встряхните для перемешивания.

4. Постепенно титруйте содержимое склянки раствором трилона Б до перехода окраски в точке эквивалентности из винно-красной в ярко-голубую. Периодически встряхивайте склянку для перемешивания пробы. Определите объем раствора, израсходованный на титрование общей жесткости (V ож, мл).

5. Рассчитайте величину общей жесткости (С ож) в мг-экв/л по формуле: C ож = V ож × 5.

Примечание. После изменения окраски пробу необходимо выдержать еще 0,5 мин. для полного протекания реакции, после чего принять решение об окончании титрования (окраска раствора может несколько восстановиться. В этом случае необходимо добавить еще некоторое количество раствора трилона Б).

Кальций. Главными источниками поступления кальция в поверхностные воды являются процессы химического выветривания и растворения минералов, прежде всего известняков, доломитов, гипса, кальцийсодержащих силикатов и других осадочных и метаморфических
пород.

Растворению способствуют микробиологические процессы разложения органических веществ, сопровождающиеся понижением рН.

Большие количества кальция выносятся со сточными водами силикатной, металлургической, стекольной, химической промышленности и со стоками с сельскохозяйственных угодий, особенно при использовании кальцийсодержащих минеральных удобрений.

Характерной особенностью кальция является склонность образовывать в поверхностных водах довольно устойчивые пересыщенные растворы CaCO 3 . Ионная форма (Ca 2+) характерна только для маломинерализованных природных вод. Известны довольно устойчивые комплексные соединения кальция с органическими веществами, содержащимися в воде. В некоторых маломинерализованных окрашенных водах до
90-100 % ионов кальция могут быть связаны гумусовыми кислотами.

В речных водах содержание кальция редко превышает 1 г/дм 3 . Обычно же его концентрации значительно ниже.

Концентрация кальция в поверхностных водах подвержена заметным сезонным колебаниям. В период понижения минерализации (весной) ионам кальция принадлежит преобладающая роль, что связано с легкостью выщелачивания растворимых солей кальция из поверхностного слоя почв и пород.

ПДК вр кальция составляет 180 мг/дм 3 .

Довольно жесткие требования по содержанию кальция предъявляются к водам, питающим паросиловые установки, поскольку в присутствии карбонатов, сульфатов и ряда других анионов кальций образует прочную накипь. Данные о содержании кальция в водах необходимы также при решении вопросов, связанных с формированием химического состава природных вод, их происхождением, а также при исследовании карбонатно-кальциевого равновесия.

Метод определения массовой концентрации катиона кальция (ГОСТ 1030) аналогичен методу определения общей жесткости с реактивом трилоном Б с той разницей, что анализ проводится в сильнощелочной среде (рН 12-13) в присутствии индикатора мурексида.

Массовую концентрацию кальция рассчитывают по результатам титрования по такой же формуле. Определению кальция мешают карбонаты и диоксид углерода, удаляемые из пробы при ее подкислении.

Определение кальция

Оборудование и реактивы

Баня водяная; ножницы; палочка стеклянная; пипетка на 2 мл или на
5 мл со шприцем и соединительной трубкой; пипетка-капельница
(0,5 мл); склянка с меткой «10 мл».

Бумага индикаторная универсальная; вода дистиллированная; индикатор мурексид в капсулах (по 0,03 г); раствор буферный аммиачный; раствор гидроксида натрия (10 %); раствор соляной кислоты (1:100); раствор трилона Б (0,05 г-экв/л).

О приготовление растворов см. приложение 3.

Выполнение анализа

1. В склянку с меткой «10 мл» налейте до метки анализируемую воду.

2. Далее из раствора удаляется гидрокарбонат-анион. Для этого в склянку прибавьте по каплям раствор соляной кислоты (1:100) при интенсивном перемешивании стеклянной палочкой до достижения величины рН раствора 4-5 (при перемешивании удаляется и большая часть диоксида углерода, мешающего определению).

Примечание. После изменения окраски пробу необходимо выдержать еще 0,5 мин. для полного протекания реакции, после чего принять решение об окончании титрования (окраска раствора может несколько восстановиться. В этом случае необходимо добавить еще некоторое количество раствора трилона Б).

Магний . В поверхностные воды магний поступает в основном за счет процессов химического выветривания и растворения доломитов, мергелей и других минералов. Значительные количества магния могут поступать в водные объекты со сточными водами металлургических, силикатных, текстильных и других предприятий.

ПДК вр ионов Мg 2+ составляет 40 мг/дм 3 .

Для определения содержания магния в незагрязненных поверхностных и грунтовых природных водах, как и в большинстве речных вод, можно применять расчетный метод по разности результатов определения общей жесткости и концентрации катиона кальция. Для анализа загрязненных вод на содержание магния необходимо применять прямое определение магния.

Определение магния

Массовую концентрацию катиона магния (С мг) в мг/л определяют расчетным методом, производя вычисления по формуле:

где С ОЖ и С КА – результаты определения общей жесткости (мг-экв/л) и массовой концентрации катиона кальция (мг/л) соответственно; 0,05 – коэффициент пересчета концентрации катиона кальция в миллиграмм-эквивалентную форму; 12,16 – эквивалентная масса магния.

Полученный результат округлите до целых чисел (мг/л).

Карбонаты и гидрокарбонаты. Основным источником гидрокарбонатных и карбонатных ионов в поверхностных водах являются процессы химического выветривания и растворения карбонатных пород типа известняков, мергелей, доломитов, например:

Некоторая часть гидрокарбонатных ионов поступает с атмосферными осадками и грунтовыми водами. Гидрокарбонатные и карбонатные ионы выносятся в водоемы со сточными водами предприятий химической, силикатной, содовой промышленности и т.д.

По мере накопления гидрокарбонатных и особенно карбонатных ионов последние могут выпадать в осадок:

Как отмечалось выше (в разделе «Щелочность и кислотность»), карбонаты и гидрокарбонаты представляют собой компоненты, определяющие природную щелочность воды. Их содержание в воде обусловлено процессами растворения атмосферного СО 2 , взаимодействия воды с находящимися в прилегающих грунтах известняками и, конечно, жизненными процессами дыхания всех водных организмов.

Определение карбонат- и гидрокарбонат-анионов является титриметрическим и основано на их реакции с водородными ионами в присутствии фенолфталеина (при определении карбонат-анионов) или метилового оранжевого (при определении гидрокарбонат-анионов) в качестве индикаторов. Используя эти два индикатора, удается наблюдать две точки эквивалентности: в первой точке (рН 8,0-8,2) в присутствии фенолфталеина полностью завершается титрование карбонат-анионов, а во второй (рН. 4,1-4,5) – гидрокарбонат-анионов. По результатам титрования можно определить концентрации в анализируемом растворе основных ионных форм, обуславливающих потребление кислот (гидроксо-, карбонат- и гидрокарбонат-анионов), а также величины свободной и общей щелочности воды, т.к. они находятся в стехиометрической зависимости от содержания гидроксол-, карбонат- и гидрокарбонат-анионов. Для титрования обычно используют титрованные растворы соляной кислоты с точно известным значением концентрации 0,05 г-экв/л либо 0,1 г-экв/л.

Определение гидрокарбонат-анионов основано на реакции:

СО 3 2- + Н + =НСО 3 .

Присутствие карбонат-аниона в концентрациях, определяемых аналитически, возможно лишь в водах, рН которых более 8,0-8,2. В случае присутствия в анализируемой воде гидроксо-анионов при определении карбонатов протекает также реакция нейтрализации:

ОН - +Н + =Н 2 О.

Определение гидрокарбонат-анионов основано на реакции:

НСО 3 - +Н + =СО 2 +Н 2 О.

Таким образом, при титровании по фенолфталеину в реакции с кислотой участвуют анионы ОН - и СО 3 2- , а при титровании по метиловому оранжевому – ОН - , СО 3 2- и НСО 3 - .

Величина карбонатной жесткости рассчитывается с учетом эквивалентных масс участвующих в реакциях карбонат- и гидрокарбонат-анионов.

При анализе карбонатных природных вод правильность получаемых результатов зависит от величины потребления кислоты на титрование по фенолфталеину и метилоранжу. Если титрование в присутствии фенолфталеина обычно не вызывает трудностей, т.к. происходит изменение окраски от розовой до бесцветной, то в присутствии метилового оранжевого, при изменении окраски от желтой до оранжевой, определить момент окончания титрования иногда довольно сложно. Это может привести к значительной ошибке при определении объема кислоты, израсходованной на титрование. В этих случаях, для более четкого выявления момента окончания титрования, определение полезно проводить в присутствии контрольной пробы, для чего рядом с титруемой пробой помещают такую же порцию анализируемой воды (во второй склянке), добавляя такое же количество индикатора.

В результате титрования карбоната и гидрокарбоната, которое может выполняться как параллельно в разных пробах, так и последовательно в одной и той же пробе, для расчета значений концентраций необходимо определить общее количество кислоты (V 0) в миллилитрах, израсходованной на титрование карбоната (V K) и гидрокарбоната (V ГК). Следует иметь в виду, что при определении потребления кислоты на титрование по метилоранжу (V мо) происходит последовательное титрование и карбонатов, и гидрокарбонатов. По этой причине получаемый объем кислоты V мо содержит соответствующую долю, обусловленную присутствием в исходной пробе карбонатов, перешедших после реакции с катионом водорода в гидрокарбонаты, и не характеризует полностью концентрацию гидрокарбонатов в исходной пробе. Следовательно, при расчете концентраций основных ионных форм, обусловливающих потребление кислоты, необходимо учесть относительное потребление кислоты при титровании по фенолфталеину (V ф) и метилоранжу (V мо). Рассмотрим несколько возможных вариантов, сопоставляя величины V ф и V мо.

1. V ф = 0. Карбонаты, а также гидроксо-анионы в пробе отсутствуют, и потребление кислоты при титровании по метилоранжу может быть обусловлено только присутствием гидрокарбонатов.

2. V ф ¹ 0, причем 2V ф < V мо. В исходной пробе отсутствуют гидроксо-анионы, но присутствуют и гидрокарбонаты, и карбонаты, причем доля последних эквивалентно оценивается как V К = 2V Ф, а гидрокарбонатов – как V ГК = V МО – 2V Ф.

3. 2 V Ф = V мо. Гидрокарбонаты в исходной пробе отсутствуют, и потребление кислоты обусловлено содержанием практически только
карбонатов, которые количественно переходят в гидрокарбонаты. Именно этим объясняется удвоенное, по сравнению с У ф, потребление кислоты V мо.

4. 2 V Ф > V мо. В данном случае в исходной пробе гидрокарбонаты отсутствуют, но присутствуют не только карбонаты, но и другие потребляющие кислоту анионы, а именно – гидроксо-анионы. При этом содержание последних эквивалентно составляет V он = 2V ф – V мо. Содержание карбонатов можно рассчитать, составив и решив систему уравнений:

5. V Ф = V мо. В исходной пробе отсутствуют и карбонаты, и гидрокарбонаты, и потребление кислоты обусловлено присутствием сильных щелочей, содержащих гидроксо-анионы.

Присутствие свободных гидроксо-анионов в заметных количествах (случаи 4 и 5) возможно только в сточных водах.

Массовые концентрации анионов (не солей!) рассчитываются на основе уравнений реакций потребления кислоты карбонатами (С к) и гидрокарбонатами (С гк) в мг/л по формулам:

где V к и V гк – объем раствора соляной кислоты, израсходованной на титрование карбоната и гидрокарбоната соответственно, мл; Н – точная концентрация титрованного раствора соляной кислоты (нормальность), г-экв/л; V A – объем пробы воды, взятой для анализа, мл; 60 и 61 – эквивалентная масса карбонат- и гидрокарбонат-аниона соответственно, в соответствующих реакциях; 1000 – коэффициент пересчета единиц измерений.

Результаты титрования по фенолфталеину и метилоранжу позволяют рассчитать показатель щелочности воды, который численно равен количеству эквивалентов кислоты, израсходованной на титрование пробы объемом 1 л. При этом потребление кислоты при титровании по фенолфталеину характеризует свободную щелочность, а по метилоранжу – общую щелочность, которая измеряется в мг-экв/л. Показатель щелочности используется в России, как правило, при исследовании сточных вод. В некоторых других странах (США, Канаде, Швеции и др.) щелочность определяется при оценке качества природных вод и выражается массовой концентрацией в эквиваленте СаСО 3 .

Следует иметь в виду, что при анализе сточных и загрязненных природных вод получаемые результаты не всегда корректно отражают величины свободной и общей щелочности, т.к. в воде, кроме карбонатов и гидрокарбонатов, могут присутствовать соединения некоторых других групп (см. «Щелочность и кислотность»).

Оборудование и реактивы

Пипетка на 2 мл или на 5 мл с резиновой грушей (медицинским шприцем) и соединительной трубкой; пипетка-капельница, склянка с меткой «10мл».

Раствор индикатора метилового оранжевого 0,1 %-ный; раствор индикатора фенолфталеина; раствор соляной кислоты титрованный (0,05 г-экв/л).

О приготовлении растворов см. приложение 3.

Выполнение анализа

1. Титрование карбонат-аниона

5. Добавьте пипеткой 1 каплю раствора метилового оранжевого.

Примечание. Для более четкого определения момента окончания титрования определение полезно проводить в присутствии контрольной пробы, для чего рядом с титруемой пробой помещают такую же порцию анализируемой воды (во второй склянке), добавляя такое же количество индикатора.

6. Постепенно титруйте пробу с помощью мерного шприца с наконечником раствором соляной кислоты (0,05 г-экв/л) при перемешивании до перехода желтой окраски в розовую, определяя общий объем раствора, израсходованного на титрование по метилоранжу
(V мо, мл). При использовании раствора после определения карбонат-аниона необходимо определить суммарный объем, израсходованный на титрование карбоната и гидрокарбоната.

Обязательно перемешивайте раствор при титровании!

Момент окончания титрования определяйте по контрольной пробе.

3. Определение ионных форм, обусловливающих потребление кислоты на титрование

В зависимости от соотношения между количествами кислоты, израсходованными на титрование по фенолфталеину (V ф) и метилоранжу (V мо), по табл. 9 выберите подходящий вариант для вычисления ионных форм, обусловливающих потребление кислоты при титровании. Раствор после титрования карбонат-аниона оставьте для дальнейшего определения в нем массовой концентрации гидрокарбонат-аниона.

Таблица 9

Определение ионных форм, обусловливающих потребление кислоты
на титрование

Примерный порядок использования табл. 9. Выполните действия и ответьте на следующие вопросы.

1. Имеет ли раствор нулевую свободную щелочность? (т.е. при прибавлении фенолфталеина раствор не приобретает окраски или слегка розовеет). Если да, то потребление кислоты обусловлено присутствием только гидрокарбонатов – см. графу 1 табл.9.

2. Является ли потребление кислоты при титровании по фенолфталеину равным общему потреблению кислоты при титровании? Если да, то потребление кислоты обусловлено присутствием только гидроксил-анионов - см. графу 5 табл. 9.

3. Умножьте полученное потребление кислоты при титровании по фенолфталеину на 2 и сравните произведение с общим потреблением кислоты для граф 2-4 табл. 9. В каждом случае определите вклад присутствующих ионных форм в потребление кислоты.

Пример расчета . В первой пробе определили количество раствора кислоты, израсходованное на титрование по фенолфталеину
(V = 0,10 мл). Во второй пробе определили количество кислоты, израсходованное на титрование по метилоранжу: V мо = 0,25мл. Сопоставляем величины . Следовательно, в пробе присутствуют и карбонат-, и гидрокарбонат-анионы, причем потребление кислоты карбонатами составляет , а гидрокарбонатами – V гк =V мо -2V ф =0,25-0,20=0,05 мл.

4. Проверьте результаты расчета: сумма потребления кислоты на все три формы должна быть равна общему потреблению кислот.

4. Расчет массовой концентрации карбонат- и гидрокарбонат-анионов

1. Определите по табл. 9 вклад различных ионных форм в потребление кислоты при титровании (V к, V гк).

2. Рассчитайте массовую концентрацию карбонат-аниона (С к) в мг/л по формуле: С к = V к 300.

Полученный результат округлите до целых чисел.

3. Рассчитайте массовую концентрацию гидрокарбонат-аниона (С гк) в мг/л по формуле: С гк = V гк 305. Полученный результат округлите до целых чисел.

5. Расчет карбонатной жесткости

Определите карбонатную жесткость (Ж к) в мг-экв/л по формуле:

Ж к =С к 0,0333+С гк 0,0164.

6. Расчет щелочности

Значение свободной щелочности (Щ св) в мг-экв/л рассчитайте по формуле:

Щ св = V ф 5.

Значение общей щелочности (Щ О) в мг-экв/л рассчитайте по уравнению:

Щ о = V мо 5

Величина карбонатной жесткости для поверхностных природных вод принимается равной величине общей щелочности (мг-экв/л).

Биогенные элементы. Биогенными элементами (биогенами) традиционно считаются элементы, входящие, в значительных количествах, в состав живых организмов. Круг элементов, относимых к биогенным, достаточно широк, это – азот, фосфор, сера, железо, кальций, магний, калий и др.

Вопросы контроля качества воды и экологической оценки водоемов внесли в понятие биогенных элементов более широкий смысл: к ним относят соединения (точнее, компоненты воды), которые являются, во-первых, продуктами жизнедеятельности различных организмов и, во-вторых, являются «строительным материалом» для живых организмов. В первую очередь к ним относятся соединения азота (нитраты, нитриты, органические и неорганические аммонийные соединения), а также фосфора (ортофосфаты, полифосфаты, органические эфиры фосфорной кислоты и др.).

Нитраты. Присутствие нитратных ионов в природных водах связано:

· с внутриводоемными процессами нитрификации аммонийных ионов в присутствии кислорода под действием нитрифицирующих бактерий;

· атмосферными осадками, которые поглощают образующиеся при атмосферных электрических разрядах оксиды азота (концентрация нитратов в атмосферных осадках достигает 0,9 – 1 мг/дм 3);

· промышленными и хозяйственно-бытовыми сточными водами, особенно после биологической очистки, когда концентрация достигает 50 мг/дм 3 ;

· со стоком с сельскохозяйственных угодий и со сбросными водами с орошаемых полей, на которых применяются азотные удобрения.

Главными процессами, направленными на понижение концентрации нитратов, являются потребление их фитопланктоном и денитрифицирующими бактериями, которые при недостатке кислорода используют кислород нитратов на окисление органических веществ.

В поверхностных водах нитраты находятся в растворенной форме. Концентрация нитратов в поверхностных водах подвержена заметным сезонным колебаниям: минимальная в вегетационный период, она увеличивается осенью и достигает максимума зимой, когда при минимальном потреблении азота происходит разложение органических веществ и переход азота из органических форм в минеральные. Амплитуда сезонных колебаний может служить одним из показателей эвтрофирования водного объекта.

При длительном употреблении питьевой воды и пищевых продуктов, содержащих значительные количества нитратов (от 25 до 100 мг/дм 3 по азоту), резко возрастает концентрация метгемоглобина в крови. Крайне тяжело протекают метгемоглобинемии у грудных детей (прежде всего, искусственно вскармливаемых молочными смесями, приготовленными на воде с повышенным – порядка 200 мг/дм 3 – содержанием нитратов) и у людей, страдающих сердечно-сосудистыми заболеваниями. Особенно в этом случае опасны грунтовые воды и питаемые ими колодцы, поскольку в открытых водоемах нитраты частично потребляются водными растениями.

Присутствие нитрата аммония в концентрациях порядка 2 мг/дм 3 не вызывает нарушения биохимических процессов в водоеме; подпороговая концентрация этого вещества, не влияющая на санитарный режим водоема, 10 мг/дм 3 . Повреждающие концентрации соединений азота (в первую очередь, аммония) для различных видов рыб составляют величины порядка сотен миллиграммов в 1 дм 3 воды.

В воздействии на человека различают первичную токсичность собственно нитрат-иона; вторичную, связанную с образованием нитрит-иона, и третичную, обусловленную образованием из нитритов и аминов нитрозаминов. Смертельная доза нитратов для человека составляет
8-15 г; допустимое суточное потребление по рекомендациям ФАО/ВОЗ – 5 мг/кг массы тела.

Наряду с описанными эффектами воздействия немаловажную роль играет тот факт, что азот – это один из первостепенных биогенных (необходимых для жизни) элементов. Именно этим обусловлено применение соединений азота в качестве удобрений, но, с другой стороны, с этим связан вклад вынесенного с сельскохозяйственных земель азота в развитие процессов эвтрофикации (неконтролируемого роста биомассы) водоемов. Так, с одного гектара орошаемых земель выносится в водные системы 8-10 кг азота.

Нитраты являются солями азотной кислоты и обычно присутствуют в воде. Нитрат-анион содержит атом азота в максимальной степени окисления «+5». Нитратобразующие (нитратфиксирующие) бактерии превращают нитриты в нитраты в аэробных условиях. Под влиянием солнечного излучения атмосферный азот (N 2) превращается также преимущественно в нитраты посредством образования оксидов азота. Многие минеральные удобрения содержат нитраты, которые при избыточном или нерациональном внесении в почву приводят к загрязнению водоемов. Источниками загрязнения нитратами являются также поверхностные стоки с пастбищ, скотных дворов, молочных ферм и т.п.

Повышенное содержание нитратов в воде может служить индикатором загрязнения водоема в результате распространения фекальных либо химических загрязнений (сельскохозяйственных, промышленных). Богатые нитратными водами сточные канавы ухудшают качество воды в водоеме, стимулируя массовое развитие водной растительности (в первую очередь – сине-зеленых водорослей) и ускоряя эвтрофикацию водоемов. Питьевая вода и продукты питания, содержащие повышенное количество нитратов (табл. 10), также могут вызывать заболевания, и в первую очередь у младенцев (так называемая метгемоглобинемия). Вследствие этого расстройства ухудшается транспортировка кислорода с клетками крови и возникает синдром «голубого младенца» (гипоксия). Вместе с тем растения не так чувствительны к увеличению содержания в воде азота, как фосфора.

Таблица 10

Значения предельно допустимых концентраций нитратов
для овощей и фруктов , мг/кг

Предлагаемый метод определения нитратов основан на способности салициловой (ортогидроксибензойной) кислоты в присутствии концентрированной серной кислоты вступать в реакцию нитрования с образованием нитросалициловой кислоты, которая в щелочной среде образует окрашенную в желтый цвет соль.

Определению мешают хлорид-анион при массовой концентрации более 500 мг/л и соединения железа при массовой концентрации более
0,5 мг/л. От влияния соединений железа освобождаются, добавляя сегнетову соль (соль винной кислоты, тартрат калия-натрия KNaC 4 H 4 O 6 4H 2 O); при концентрации хлоридов более 500 мг/л анализируемую воду разбавляют и определение повторяют.

ПДК нитратов в воде водоемов и питьевой воде составляют 45 мг/л (или 10 мг/л по азоту), лимитирующий показатель вредности – санитарно-токсикологический.

Оборудование и реактивы

Баня водяная; ножницы; палочка стеклянная; пипетка на 2 мл или на 5 мл с резиновой грушей (медицинским шприцем) и соединительной трубкой; пипетка-капельница; склянка с меткой «10мл»; стаканчик на 25-50 мл для выпаривания. Защитные очки; перчатки резиновые.

Вода дистиллированная; кислота серная концентрированная; раствор гидроксида натрия (20 %) водный; раствор салициловой кислоты (10 %) спиртовый; сегнетова соль (тартрат калия-натрия) в капсулах по 0,1 г.

Контрольная шкала образцов окраски для определения нитрат-аниона (0,0; 5,0; 15; 30; 50 мг/л) из состава тест-комплекта или приготовленная самостоятельно.

Внимание! В данном определении используются едкие вещества – концентрированная серная кислота и крепкий раствор гидроксида натрия! С ними необходимо работать на поддоне в резиновых перчатках и защитных очках, соблюдая осторожность. Недопустимо попадание растворов в глаза, на кожу, одежду, мебель.

Выполнение анализа

1. Поместите с помощью пипетки 1,0 мл анализируемой воды в стаканчик для выпаривания. Если в воде содержатся соединения железа в концентрации свыше 0,5 мг/л, в стаканчик вносят также содержимое одной капсулы (0,1 г) сегнетовой соли.

2. Содержимое стаканчика выпарьте досуха на кипящей водяной бане в течение 10-15 мин.

3. Охладите стаканчик до комнатной температуры в течение
5-10 мин.

4. Добавьте в стаканчик пипеткой-капельницей 4-5 капель раствора салициловой кислоты так, чтобы смочить весь сухой остаток.

5. Добавьте другой пипеткой 26-27 капель концентрированной серной кислоты (около 0,5 мл).

Соблюдайте осторожность при добавлении концентрированной серной к ислоты! Работать следует в защитных очках и резиновых перча тках!

6. Сухой остаток смешайте с кислотой стеклянной палочкой и разотрите его по дну и стенкам стаканчика.

7. Не вынимая палочку из стаканчика, оставьте его содержимое на 5 минут.

8. Добавьте пипеткой 3-4 мл дистиллированной воды таким образом, чтобы обмыть изнутри стенки стаканчика.

9. Добавьте к содержимому стаканчика 4-5 мл 20 %-ного раствора гидроксида натрия. (Для дозировки раствора гидроксида натрия удобно использовать пробирку с меткой «5 мл»). При наличии в анализируемой воде нитрат-анионов раствор в стаканчике сразу окрашивается в желтый цвет.

Соблюдайте осторожность при добавлении раствора гидрокси да натрия! Работать следует в защитных очках и резиновых перчатках!

10. Содержимое стаканчика по стеклянной палочке слейте в склянку с меткой «10 мл», ополосните стаканчик и палочку небольшими порциями дистиллированной воды и доведите объем раствора в склянке до 10 мл.

Примечание. При наличии осадка (основных солей магния) раствор оставьте для отстаивания на несколько минут.

11. Окраску раствора в склянке сравните с контрольной шкалой образцов окраски на белом фоне. За результат анализа принимайте значение концентрации нитрат-анионов в мг/л того образца шкалы, который более всего соответствует окраске полученного раствора.

Если окраска содержимого склянки для колориметрирования окажется интенсивнее крайнего образца (50 мг/л), анализируемую воду разбавляют в 5 раз дистиллированной водой и определение повторяют. При вычислении результатов учитывают степень разбавления пробы.

Контроль точности анализа

Контроль точности при определении нитратов проводят с использованием контрольных растворов (см. приложение 1) либо с использованием поверенного (образцового) нитратомера.

Аммоний. Содержание ионов аммония в природных водах варьирует в интервале от 10 до 200 мкг/дм 3 в пересчете на азот. Присутствие в незагрязненных поверхностных водах ионов аммония связано главным образом с процессами биохимической деградации белковых веществ, дезаминирования аминокислот, разложения мочевины под действием уреазы. Основными источниками поступления ионов аммония в водные объекты являются животноводческие фермы, хозяйственно-бытовые сточные воды, поверхностный сток с сельхозугодий в случае использования аммонийных удобрений, а также сточные воды предприятий пищевой, коксохимической, лесохимической и химической промышленности. В стоках промышленных предприятий содержится до
1 мг/дм 3 аммония, в бытовых стоках – 2-7 мг/дм 3 ; с хозяйственно-бытовыми сточными водами в канализационные системы ежесуточно поступает до 10 г аммонийного азота (на одного жителя).

При переходе от олиготрофных к мезо- и эвтрофным водоемам возрастают как абсолютная концентрация ионов аммония, так и их доля в общем балансе связанного азота.

Присутствие аммония в концентрациях порядка 1 мг/дм 3 снижает способность гемоглобина рыб связывать кислород. Признаки интоксикации – возбуждение, судороги, рыба мечется по воде и выпрыгивает на поверхность. Механизм токсического действия – возбуждение центральной нервной системы, поражение жаберного эпителия, гемолиз (разрыв) эритроцитов. Токсичность аммония возрастает с повышением pH среды. Содержание аммония в водоемах с различной степенью загрязненности приведено в табл. 11.

Таблица 11

Повышенная концентрация ионов аммония может быть использована в качестве индикаторного показателя, отражающего ухудшение санитарного состояния водного объекта, процесса загрязнения поверхностных и подземных вод, в первую очередь, бытовыми и сельскохозяйственными стоками.

Соединения аммония содержат атом азота в минимальной степени окисления «-3». Катионы аммония являются продуктом микробиологического разложения белков животного и растительного происхождения. Образовавшийся таким образом аммоний вновь вовлекается в процесс синтеза белков, участвуя тем самым в биологическом круговороте веществ (цикле азота). По этой причине аммоний и его соединения в небольших концентрациях обычно присутствуют в природных водах.

Существуют два основных источника загрязнения окружающей среды аммонийными соединениями. Аммонийные соединения в больших количествах входят в состав минеральных и органических удобрений, избыточное и неправильное применение которых приводит к загрязнению водоемов. Кроме того, аммонийные соединения в значительных количествах присутствуют в нечистотах (фекалиях). Не утилизированные должным образом нечистоты могут проникать в грунтовые воды или смываться поверхностными стоками в водоемы. Стоки с пастбищ и мест скопления скота, сточные воды от животноводческих комплексов, а также бытовые и хозяйственно-фекальные стоки всегда содержат большие количества аммонийных соединений. Опасное загрязнение грунтовых вод хозяйственно-фекальными и бытовыми сточными водами происходит при разгерметизации системы канализации. По этим причинам повышенное содержание аммонийного азота в поверхностных водах обычно является признаком хозяйственно-фекальных загрязнений.

Предложенный метод определения массовой концентрации катиона аммония (приведен в ГОСТ 1030) основан на его реакции с реактивом Несслера с образованием окрашенного в щелочной среде в желтый цвет соединения:

Мешающее влияние железа устраняют добавлением к пробе сегнетовой соли: КСОО(СНОН)СООNа.

Концентрацию катионов аммония определяют визуально-колори-метрическим методом, сравнивая окраску раствора с контрольной шкалой образцов окраски.

ПДК аммиака и ионов аммония в воде водоемов составляет 2,6 мг/л (или 2,0 мг/л по аммонийному азоту). Лимитирующий показатель вредности – общесанитарный.

Оборудование и реактивы

Ножницы, пипетка на 2 мл, пробирка колориметрическая с меткой
«5 мл», шприц медицинский с соединительной трубкой.

Реактив Несслера, сегнетова соль в капсулах по 0,1 г.

Контрольная шкала образцов окраски для определения катиона аммония (0; 0,2; 0,7; 2,0; 3,0 мг/л) из состава тест-комплекта или приготовленная самостоятельно.

О приготовлении растворов см. приложение 3.

Проведение анализа

1. Налейте анализируемую воду в колориметрическую пробирку до метки «5 мл».

2. Добавьте в воду содержимое одной капсулы (около 0,1 г) сегнетовой соли и туда же пипеткой – 1,0 мл реактива Несслера. Содержимое пробирки перемешайте встряхиванием.

3. Оставьте смесь на 1-2 мин. для завершения реакции.

4.Окраску раствора в склянке сравните на белом фоне с контрольной шкалой образцов окраски.

Контроль точности анализа

Контроль точности анализа при определении аммония проводят с использованием контрольных растворов с известным содержанием катионов аммония (см. приложение 1) либо поверенным (образцовым) прибором для измерения концентрации аммония потенциометрическим методом.

Нитриты. Нитриты представляют собой промежуточную ступень в цепи бактериальных процессов окисления аммония до нитратов (нитрификация – только в аэробных условиях) и, напротив, восстановления нитратов до азота и аммиака (денитрификация – при недостатке кислорода). Подобные окислительно-восстановительные реакции характерны для станций аэрации, систем водоснабжения и собственно природных вод. Кроме того, нитриты используются в качестве ингибиторов коррозии в процессах водоподготовки технологической воды и поэтому могут попасть и в системы хозяйственно-питьевого водоснабжения. Широко известно также применение нитритов для консервирования пищевых продуктов.

В поверхностных водах нитриты находятся в растворенном виде. В кислых водах могут присутствовать небольшие концентрации азотистой кислоты (HNO 2) (не диссоциированной на ионы). Повышенное содержание нитритов указывает на усиление процессов разложения органических веществ в условиях более медленного окисления NO 2 - в NO 3 - , что указывает на загрязнение водного объекта, т.е. является важным санитарным показателем.

Сезонные колебания содержания нитритов характеризуются отсутствием их зимой и появлением весной при разложении неживого органического вещества. Наибольшая концентрация нитритов наблюдается в конце лета, их присутствие связано с активностью фитопланктона (установлена способность диатомовых и зеленых водорослей восстанавливать нитраты до нитритов). Осенью содержание нитритов уменьшается.

Одной из особенностей распределения нитритов по глубине водного объекта являются хорошо выраженные максимумы, обычно вблизи нижней границы термоклина и в гиполимнионе, где концентрация кислорода снижается наиболее резко.

В соответствии с требованиями глобальной системы мониторинга состояния окружающей среды (ГСМОС/GEMS) нитрит- и нитрат-ионы входят в программы обязательных наблюдений за составом питьевой воды и являются важными показателями степени загрязнения и трофического статуса природных водоемов.

Нитриты благодаря способности превращаться в нитраты, как правило, отсутствуют в поверхностных водах. Поэтому наличие в анализируемой воде повышенного содержания нитритов свидетельствует о загрязнении воды, причем с учетом частично прошедшей трансформации азотистых соединений из одних форм в другие.

Предлагаемый метод определения массовой концентрации нитрит-аниона соответствует приведенному в ГОСТ 1030 . Метод основан на реакции нитрат-аниона в среде азотистой кислоты с реактивом Грисса (смесью сульфаниловой кислоты и 1-нафтиламина). При этом протекают реакции диазотирования и азосочетания, в результате которых образуется азосоединение (азокраситель), имеющее пурпурную окраску.

Концентрацию нитрит-анионов определяют визуально-колориметри-ческим методом, сравнивая окраску раствора с контрольной шкалой образцов окраски.

Реактивы и оборудование

Ножницы, пробирка колориметрическая с меткой «5 мл». Реактив Грисса в капсулах по 0,05 г.

Контрольная шкала образцов окраски для определения нитрит-аниона (0; 0,02; 0,10; 0,50; 1,0 мг/л) из состава тест-комплекта или приготовленная самостоятельно.

О приготовлении реактива Грисса см. приложение 3.

Выполнение анализа

1. Налейте анализируемую воду в колориметрическую пробирку до метки «5 мл».

2. Добавьте содержимое одной капсулы (около 0,05 г) реактива Грисса в пробирку. Перемешайте содержимое пробирки встряхиванием до растворения смеси.

3. Оставьте пробирку на 20 мин. для завершения реакции.

4. Проведите визуальное колориметрирование пробы. Окраску раствора в пробирке на белом фоне сравните с контрольной шкалой образцов окраски.

Контроль точности анализа

Контроль точности анализа при определении нитритов проводят с использованием контрольных растворов с известным содержанием нитрит-аниона (см. приложение 1) либо с использованием поверенного (образцового) нитритомера потенциометрическим методом.

Азот общий . Под общим азотом понимают сумму минерального и органического азота в природных водах.

Сумма минерального азота . Сумма минерального азота – это сумма аммонийного, нитратного и нитритного азота.

Повышение концентрации ионов аммония и нитритов обычно указывает на свежее загрязнение, в то время как увеличение содержания нитратов – на загрязнение в предшествующее время. Все формы азота, включая и газообразную, способны к взаимным превращениям.

Аммиак . В природной воде аммиак образуется при разложении азотсодержащих органических веществ. Хорошо растворим в воде с образованием гидроксида аммония.

Фосфаты и общий фосфор. Под общим фосфором понимают сумму минерального и органического фосфора. Так же, как и для азота, обмен фосфором между его минеральными и органическими формами, с одной стороны, и живыми организмами – с другой – является основным фактором, определяющим его концентрацию. В природных и сточных водах фосфор может присутствовать в разных видах. В растворенном состоянии (иногда говорят – в жидкой фазе анализируемой воды) он может находиться в виде ортофосфорной кислоты (Н 3 РО 4) и ее анионов (Н 2 РО 4 - , НРО 4 2- , РО 4 3-), в виде мета-, пиро- и полифосфатов (эти вещества используют для предупреждения образования накипи, они входят также в состав моющих средств). Кроме того, существуют разнообразные фосфорорганические соединения – нуклеиновые кислоты, нуклеопротеиды, фосфолипиды и др., которые также могут присутствовать в воде, являясь продуктами жизнедеятельности или разложения организмов. К фосфорорганическим соединениям относятся также некоторые пестициды.

Фосфор может содержаться и в нерастворенном состоянии (в твердой фазе воды), присутствуя в виде взвешенных в воде труднорастворимых фосфатов, включая природные минералы, белковые, органические фосфорсодержащие соединения, остатки умерших организмов и др. Фосфор в твердой фазе в природных водоемах обычно находится в донных отложениях, однако может встречаться, и в больших количествах, в сточных и загрязненных природных водах. Формы фосфора в природных водах представлены в табл. 12.

Концентрация общего растворенного фосфора (минерального и органического) в незагрязненных природных водах изменяется от 5 до
200 мкг/дм 3 .

Таблица 12

Формы фосфора в природных водах

Фосфор – важнейший биогенный элемент, чаще всего лимитирующий развитие продуктивности водоемов. Поэтому поступление избытка соединений фосфора с водосбора в виде минеральных удобрений с поверхностным стоком с полей (с гектара орошаемых земель выносится 0,4-0,6 кг фосфора), со стоками с ферм (0,01-0,05 кг/сут на одно животное), с недоочищенными или неочищенными бытовыми сточными водами (0,003-0,006 кг/сут. на одного жителя), а также с некоторыми производственными отходами приводит к резкому неконтролируемому приросту растительной биомассы водного объекта (это особенно характерно для непроточных и малопроточных водоемов). Происходит так называемое изменение трофического статуса водоема, сопровождающееся перестройкой всего водного сообщества и ведущее к преобладанию гнилостных процессов (и, соответственно, возрастанию мутности, солености, концентрации бактерий).

Один из вероятных аспектов процесса эвтрофикации – рост сине-зеленых водорослей (цианобактерий), многие из которых токсичны. Выделяемые этими организмами вещества относятся к группе фосфор- и серосодержащих органических соединений (нервно-паралитических ядов). Действие токсинов сине-зеленых водорослей может проявляться в возникновении дерматозов, желудочно-кишечных заболеваний; в особенно тяжелых случаях – при попадании большой массы водорослей внутрь организма – может развиваться паралич.

В соответствии с требованиями глобальной системы мониторинга состояния окружающей среды (ГСМОС/GEMS) в программы обязательных наблюдений за составом природных вод включено определение содержания общего фосфора (растворенного и взвешенного, в виде органических и минеральных соединений). Фосфор является важнейшим показателем трофического статуса природных водоемов. Основной формой неорганического фосфора при значениях pH водоема больше 6,5 является ион HPO 4 2- (около 90 %). В кислых водах неорганический фосфор присутствует преимущественно в виде H 2 PO 4 - .

Содержание соединений фосфора подвержено значительным сезонным колебаниям, поскольку оно зависит от соотношения интенсивности процессов фотосинтеза и биохимического окисления органических веществ. Минимальные концентрации фосфатов в поверхностных водах наблюдаются обычно весной и летом, максимальные – осенью и зимой, в морских водах – соответственно весной и осенью, летом и зимой.

Общее токсическое действие солей фосфорной кислоты возможно лишь при весьма высоких дозах и чаще всего обусловлено примесями фтора.

Без предварительной подготовки проб колориметрически определяются неорганические растворенные и взвешенные фосфаты.

Полифосфаты . Полифосфаты можно описать следующими химическими формулами:

Me n (PO 3) n , Me n+2 P n O 3n+1 , Me n H 2 P n O 3n+1 .

Полифосфаты применяются для умягчения воды, обезжиривания волокна, как компонент стиральных порошков и мыла, ингибитор коррозии, катализатор, в пищевой промышленности.

Полифосфаты малотоксичны. Токсичность полифосфатов объясняется их способностью к образованию комплексов с биологически важными ионами, особенно с кальцием.

Фосфаты определяются, как правило, колориметрическим методом (ГОСТ 18309, ИСО 6878) по реакции с молибдатом аммония в кислой среде:

Образующийся при этом комплекс, продукт желтого цвета, далее под действием восстановителя – хлорида олова (II) – превращается в интенсивно окрашенный синий краситель сложного состава – «молибденовую синь». Концентрацию ортофосфатов в анализируемой воде определяют по окраске пробы, визуально сравнивая ее с окраской образцов на контрольной шкале или измеряя оптическую плотность проб с помощью фотоколориметра.

В данную реакцию из всех присутствующих в воде фосфатов непосредственно вступают только ортофосфаты. Для определения полифосфатов их необходимо предварительно перевести в ортофосфаты путем кислотного гидролиза в присутствии серной кислоты. Многие сложные эфиры фосфорной кислоты также могут быть определены после их кислотного гидролиза в тех же условиях, что и полифосфаты. Реакция кислотного гидролиза на примере пирофосфата протекает следующим образом:

Na 4 Р 2 О 7 +2Н 2 SО 4 +Н 2 О=2Н 3 РО 4 +4Na + +2SО 4 2- .

Некоторые фосфорсодержащие органические соединения могут быть определены только после их минерализации, называемой иногда также «мокрым сжиганием». Минерализация фосфорсодержащих органических соединений проводится при кипячении пробы с добавлением кислоты и сильного окислителя – персульфата или перекиси водорода. В случае использования для этой цели персульфата калия реакция протекает по уравнению:

где R и R 1 – органические фрагменты.

Минерализация приводит к превращению в ортофосфаты все, даже труднорастворимые, формы фосфатов в воде. Таким образом определяется содержание общего фосфора в любой воде (этот показатель можно определять как для растворенных фосфатов, так и для нерастворимых соединений фосфора). Однако для природных вод, не содержащих или содержащих незначительное количество трудногидролизующихся фосфатов в твердой фазе, минерализации обычно не требуется, и полученный при анализе гидролизованной пробы результат может с хорошим приближением быть принят за содержание общего фосфора.

Влияние некоторых примесей, которые могут присутствовать в сточных водах – силикатов (более 50 мг/л), соединений железа (III) (более
1 мг/л), сульфидов и сероводорода (более 3 мг/л), снижает точность анализа, что устраняют добавлением к пробе специальных реагентов, входящих в состав тест-комплекта, или изменением операций обработки пробы.

Возможное влияние нитритов (до 25 мг/л) устраняется за счет прибавления к пробе раствора для их связывания (раствора сульфаминовой кислоты). Проведению анализа мешают большие количества хлоридов, нитритов, хроматов, арсенатов, танина.

При анализе фосфатов в гидролизованной пробе непосредственно определяются сумма ортофосфатов и полифосфатов; концентрация же полифосфатов рассчитывается как разность между результатами анализа гидролизованной и негидролизованной пробы. Гидролиз полифосфатов протекает также и при проведении минерализации, т.к. ее проводят в сильнокислой среде.

ПДК полифосфатов (триполифосфат и гексаметафосфат) в воде водоемов составляет 3,5 мг/л в пересчете на ортофосфат-анион РО 4 3- , лимитирующий показатель вредности – органолептический.

Диапазон определяемых концентраций ортофосфатов в воде при визуально-колориметрическом определении – от 0,2 до 7,0 мг/л, при фотометрическом определении – 0,001 – 0,04 мг/л. Определение визуально-колориметрическим методом возможно и при концентрации ортофосфатов более 7,0 мг/л после соответствующего разбавления пробы чистой водой.

Оборудование и реактивы

Колба коническая термостойкая (Эрленмейера) на 150 мл со шлифом, мерная склянка с делениями (5,10,20 мл) с пробкой, холодильник обратный со шлифом, кипелки (стеклянные капилляры, зерна силикагеля), колба мерная вместимостью 50 мл, плитка электрическая с закрытым нагревательным элементом, пипетка-капельница, чашка фарфоровая на
200-500 мл, шприц-дозатор медицинский на 1 мл с соединительной трубкой.

Вода дистиллированная, перманганат калия кристаллический, раствор восстановителя, раствор для связывания нитритов, раствор молибдата, раствор серной кислоты (10 %-ный) водный, раствор серной кислоты (1:3) водный, персульфат аммония в капсулах по 0,5 г.

Контрольная шкала образцов окраски для концентраций ортофосфатов (0; 0,2; 1,0; 3,5; 7,0 мг/л) из состава тест-комплекта или приготовленная самостоятельно.

О приготовлении растворов см. приложение 3.

Выполнение анализа

А. Определение ортофосфатов в питьевой и природной воде

1. Отберите в мерную склянку 20 мл профильтрованной или отстоянной анализируемой воды (пробы), предварительно ополоснув ее 2-3 раза той же водой.

Примечание. При ожидаемой концентрации ортофосфатов более 5 мг/л рекомендуется отбирать 5 мл пробы (склянкой) или 1 мл (шприцем-дозатором), доводя объем раствора в склянке до 20 мл чистой водой, не содержащей ортофосфатов.

2. Добавьте к пробе пипеткой-капельницей 10 капель раствора для связывания нитритов и затем шприцем-дозатором 1 мл раствора молибдата. Склянку закройте пробкой и встряхните для перемешивания раствора.

Раствор молибдата содержит серную кислоту. Соблюдайте осторожность при выполнении данной операции!

3. Оставьте пробу на 5 мин. для полного протекания реакции.

4. Добавьте к пробе пипеткой-капельницей 2-3 капли раствора восстановителя. Склянку закройте пробкой и встряхните для перемешивания раствора. При наличии в воде ортофосфатов раствор приобретает синюю окраску.

Раствор восстановителя содержит соляную кислоту. Соблюдай те осторожность при выполнении данной операции!

5. Оставьте пробу на 5 мин. для полного протекания реакции.

6. Проведите визуальное колориметрирование пробы. Для этого мерную склянку поместите на белое поле контрольной шкалы и, освещая склянку рассеянным белым светом достаточной интенсивности, определите ближайшее по окраске поле контрольной шкалы и соответствующее ему значение концентрации ортофосфатов в мг/л.

При получении результата анализа учтите разбавление пробы чистой водой, введя поправочный коэффициент (например, при разбавлении пробы в 4 раза, т.е. при отборе 5 мл анализируемой воды, полученное по шкале значение концентрации умножьте на 4).

В. Дополнительные операции при определении ортофосфатов в загрязненных поверхностных и сточных водах

При анализе сточных вод выполняются операции, позволяющие устранить мешающее влияние силикатов, соединений железа (III), сульфидов и сероводорода, а также танина.

Для этого выполните следующие операции:

1. Определите универсальной индикаторной бумажкой рН анализируемой воды. При наличии сильнощелочной среды пробу необходимо нейтрализовать раствором серной кислоты до значений рН 4-8.

2. Если в анализируемой воде ожидается присутствие сили катов (более 50 мг/л) и соединений железа ( III ) (более 1 мг/л), разбавьте пробу перед анализом либо отберите 5 мл воды и доведите объем пробы до 20 мл чистой водой.

3. Если в анализируемой воде ожидается присутствие сульфидов и сероводорода (более 3 мг/л), приготовьте разбавленный (слегка розовый) раствор перманганата калия и добавьте несколько капель его в пробу. При этом проба должна приобрести слабую розовую окраску (при значительной окраске раствора пробу можно разбавить анализируемой водой).

4. Если в анализируемой воде ожидается присутствие хроматов (более 3 мг/л), измените порядок прибавления растворов: первым прибавьте к пробе раствор восстановителя, а затем – раствор для связывания нитритов и раствор молибдата.

5. Если в анализируемой воде ожидается присутствие та нина, его можно удалить фильтрованием через колонку с активированным углем.

С. Определение гидролизующихся полифосфатов и эфиров фосфорной кислоты

1. Пробу анализируемой воды объемом 50 мл (может быть отобрана с использованием мерной колбы или цилиндра) поместите в коническую колбу.

2. Добавьте к пробе шприцем-дозатором 1 мл раствора серной кислоты (10 %) и несколько кипелок.

3. Присоедините к колбе обратный холодильник. Поместите колбу на электроплитку и кипятите смесь при минимальной мощности нагревания 30 мин.

4. После охлаждения смесь количественно перенесите в мерную колбу. В процессе кипячения происходит потеря растворителя – воды (около
5-10 мл). Потерю воды восполните добавлением в мерную колбу до метки (50 мл) дистиллированной воды, которой предварительно ополосните коническую колбу.

5. Из полученного раствора отберите пробу (20 мл) в мерную склянку и анализируйте ее на содержание ортофосфатов. Полученный результат будет представлять сумму концентраций ортофосфатов и полифосфатов (С с) в пересчете на ортофосфат-анион (РО 4 3-).

6. В отдельной пробе анализируемой воды, не подвергая ее кислотному гидролизу, определите концентрацию ортофосфатов С 0ф, как описано выше.

7. Рассчитайте концентрацию гидролизовавшихся фосфатов (С пф) в мг/л по формуле: С пф = С с – С оф,

где: С с – суммарная концентрация полифосфатов, гидролизовавшихся органических фосфатов и ортофосфатов, определенная в условиях гидролиза, мг/л;

С оф – концентрация ортофосфатов, мг/л.

D . Минерализация и определение общего фосфора

1. В фарфоровую чашку поместите 50 мл анализируемой воды (или меньший объем, разбавленный до 50 мл).

Контроль точности анализа

Контроль точности при анализе на содержание фосфатов и общего фосфора может быть выполнен путем тестирования специально приготовленного раствора ортофосфата при концентрациях, равных значениям, приведенным для образцов на контрольной шкале. Для этой цели рекомендуется использовать калий фосфорнокислый однозамещенный КН 2 РО 4 , обработанный по ГОСТ 4212 . Контрольные растворы приготавливают весовым методом в лабораторных условиях.

Соединения серы.

Сульфаты. Сульфаты присутствуют практически во всех поверхностных водах и являются одними из важнейших анионов. Главным источником сульфатов в поверхностных водах являются процессы химического выветривания и растворения серосодержащих минералов, в основном гипса, а также окисления сульфидов и серы:

2FeS 2 + 7O 2 + 2H 2 O = 2FeSO 4 + 2H 2 SO 4 ;

2S + 3O 2 + 2H 2 O = 2H 2 SO 4 .

Значительные количества сульфатов поступают в водоемы в процессе отмирания организмов, окисления наземных и водных веществ растительного и животного происхождения и с подземным стоком. В больших количествах сульфаты содержатся в шахтных водах и в промышленных стоках производств, в которых используется серная кислота, например, окисление пирита. Сульфаты выносятся также со сточными водами коммунального хозяйства и сельскохозяйственного производства.

Ионная форма SO 4 2- характерна только для маломинерализованных вод. При увеличении минерализации сульфатные ионы склонны к образованию устойчивых ассоциированных нейтральных пар типа CaSO 4 , MgSO 4 .

Сульфаты активно участвуют в сложном круговороте серы. При отсутствии кислорода под действием сульфатредуцирующих бактерий они восстанавливаются до сероводорода и сульфидов, которые при появлении в природной воде кислорода снова окисляются до сульфатов. Растения и другие автотрофные организмы извлекают растворенные в воде сульфаты для построения белкового вещества. После отмирания живых клеток гетеротрофные бактерии освобождают серу протеинов в виде сероводорода, легко окисляемого до сульфатов в присутствии кислорода.

Концентрация сульфатов в поверхностных водах подвержена заметным сезонным колебаниям и обычно коррелирует с изменением общей минерализации воды. Важнейшим фактором, определяющим режим сульфатов, является меняющееся соотношение между поверхностным и подземным стоками. Заметное влияние оказывают окислительно-восстановительные процессы, биологическая обстановка в водном объекте и хозяйственная деятельность человека.

ПДК сульфатов в воде водоемов хозяйственно-питьевого назначения составляет 500 мг/дм 3 , лимитирующий показатель вредности – органолептический.

Не замечено, чтобы сульфат в питьевой воде влиял на процессы коррозии, но при использовании свинцовых труб концентрация сульфатов выше 200 мг/дм 3 может привести к вымыванию в воду свинца.

Сульфаты – распространенные компоненты природных вод. Их присутствие в воде обусловлено растворением некоторых минералов – природных сульфатов (гипс), а также переносом с дождями содержащихся в воздухе сульфатов. Последние образуются при реакциях окисления в атмосфере оксида серы (IV) до оксида серы (VI), образования серной кислоты и ее нейтрализации (полной или частичной):

2SО 2 + О 2 = 2SО 3 ,

SО 3 + Н 2 О = Н 2 SО 4 .

Наличие сульфатов в промышленных сточных водах обычно обусловлено технологическими процессами, протекающими с использованием серной кислоты (производство минеральных удобрений, производства химических веществ). Сульфаты в питьевой воде не оказывают токсического эффекта для человека, однако ухудшают вкус воды: ощущение вкуса сульфатов возникает при их концентрации 250-400 мг/л. Сульфаты могут вызывать отложение осадков в трубопроводах при смешении двух вод с разным минеральным составом, например, сульфатных и кальциевых, в осадок выпадает СаSО 4 .

Метод определения массовой концентрации сульфат-аниона основан на реакции сульфат-анионов с катионами бария с образованием нерастворимой суспензии сульфата бария по реакции:

Ва 2 + SО 4 2- = ВаSО 4 .

О концентрации сульфат-анионов судят по количеству суспензии сульфата бария, которое определяют турбидиметричес ким методом. Предлагаемый, наиболее простой вариант турбидиметрического метода основан на измерении высоты столба суспензии по его прозрачности и применим при концентрации сульфат-анионов не менее 30 мг/л.

Анализ выполняют в прозрачной воде (при необходимости воду фильтруют). Для работы необходим мутномер – несложное приспособление, которое может быть изготовлено и самостоятельно (см. рис.).

Оборудование и реактивы

Мутномер, пипетка на 2 мл или на 5 мл с резиновой грушей (медицинским шприцем) и соединительной трубкой, пипетка-капельница, пробирки мутномерные с рисунком-точкой на дне и резиновым кольцом-фиксатором, пробка для мутномерной пробирки.

Раствор нитрата бария (насыщенный), раствор соляной кислоты (20%).

О приготовлении растворов см. приложение 3.

Подготовка к анализу

Экран мутномера устанавливают под углом около 45 ° к подставке. Работа проводится при рассеянном, но достаточно сильном (200-500 Лк) дневном (искусственном, комбинированном) освещении экрана мутномера.

В каждое отверстие мутномера вставляют мутномерную пробирку с надетым на нее резиновым кольцом в положении, фиксирующем пробирку таким образом, чтобы нижняя ее часть была выдвинута в вырез мутномера на расстояние около 1 см (при этом дно пробирки окажется на требуемом расстоянии – около 2 см от экрана).

Выполнение анализа

1. Поместите в отверстия мутномера две пробирки с рисунком на дне. В одну из пробирок налейте анализируемую воду до высоты
100 мм (20–30 мл).

2. Добавьте к содержимому пробирки пипетками 2 капли раствора соляной кислоты и 14–15 капель раствора нитрата бария. Соблюдайте осторожность: нитрат бария токсичен!

3. Герметично закройте пробирку пробкой и встряхните, чтобы перемешать содержимое.

4. Пробирку с раствором оставьте на 5–7 мин. для образования белого осадка (суспензии).

5. Закрытую пробирку снова встряхните, чтобы перемешать содержимое.

6. Пипеткой переносите образовавшуюся суспензию во вторую (пустую) пробирку до тех пор, пока в первой пробирке не появится изображение рисунка на дне. Измерьте высоту столба суспензии в первой пробирке (Н р мм). Наблюдение проводите, направляя свет на вращающийся экран мутномера, установленный под углом 45°.

7. Продолжайте переносить суспензию до тех пор, пока в ней не скроется изображение рисунка. Измерьте высоту столба суспензии во второй пробирке.

8. Рассчитайте среднее арифметическое измерений высоты столба суспензии (h) по формуле:

9. По табл. 13 определите концентрацию сульфат-аниона в мг/л.

Таблица 13

Определение концентрации сульфат-аниона

Хлориды. В речных водах и водах пресных озер содержание хлоридов колеблется от долей миллиграмма до десятков, сотен, а иногда и тысяч миллиграммов на литр. В морских и подземных водах содержание хлоридов значительно выше – вплоть до пересыщенных растворов и рассолов.

Хлориды являются преобладающим анионом в высокоминерализованных водах. Концентрация хлоридов в поверхностных водах подвержена заметным сезонным колебаниям, коррелирующим с изменением общей минерализации воды.

Первичными источниками хлоридов являются магматические породы, в состав которых входят хлорсодержащие минералы (содалит, хлорапатит и др.), соленосные отложения, в основном галит. Значительные количества хлоридов поступают в воду в результате обмена с океаном через атмосферу, взаимодействия атмосферных осадков с почвами, особенно засоленными, а также при вулканических выбросах. Возрастающее значение приобретают промышленные и сточные воды.

В отличие от сульфатных и карбонатных ионов хлориды не склонны к образованию ассоциированных ионных пар. Из всех анионов хлориды обладают наибольшей миграционной способностью, что объясняется их хорошей растворимостью, слабо выраженной способностью к сорбции взвешенными веществами и потреблением водными организмами. Повышенное содержание хлоридов ухудшает вкусовые качества воды, делает ее малопригодной для питьевого водоснабжения и ограничивает применение для многих технических и хозяйственных целей, а также для орошения сельскохозяйственных угодий. Если в питьевой воде есть ионы натрия, то концентрация хлорида выше 250 мг/дм 3 придает воде соленый вкус, в случае хлоридов кальция и магния это наблюдается при концентрациях свыше 1000 мг/дм 3 . Концентрации хлоридов и их колебания, в том числе суточные, могут служить одним из критериев загрязненности водоема хозяйственно-бытовыми стоками.

Предлагаемый метод определения массовой концентрации хлорид-аниона основан на титровании хлорид-анионов раствором нитрата серебра, в результате чего образуется суспензия практически нерастворимого хлорида серебра. Уравнение химической реакции записывается следующим образом:

Аg + +С1 =АgСl.

В качестве индикатора используется хромат калия, который реагирует с избытком нитрата серебра с образованием хорошо заметного оранжево-бурого осадка хромата серебра по уравнению:

Аg + + CrO 4 =Аg 2 СгО 4 ,

Оранжево-бурый

Данный метод получил название метода аргентометри ческого титрования. Титрование можно выполнять для вод с рН 5,0-8,0.

Массовую концентрацию хлорид-аниона (С хл) в мг/л вычисляют по уравнению:

где V хл – объем раствора нитрата серебра, израсходованный на титрование, мл;

Н – концентрация титрованного раствора нитрата серебра с учетом поправочного коэффициента, г-экв/л;

V A – объем воды, взятой на анализ, мл;

35,5 – эквивалентная масса хлора;

1000 – коэффициент пересчета единиц измерений из г/л в мг/л.

Оборудование и реактивы

Пипетка на 2 мл или на 5 мл с резиновой грушей (медицинский шприц) и соединительной трубкой; пипетка-капельница, склянка с меткой «10 мл» с пробкой.

Раствор нитрата серебра (0,05 г-экв/л) титрованный, раствор хромата калия (10 %).

О приготовлении растворов см. приложение 3.

Выполнение анализа

1. В склянку налейте 10 мл анализируемой воды.

2. Добавьте в склянку пипеткой-капельницей 3 капли раствора хромата калия.

3. Герметично закройте склянку пробкой и встряхните, чтобы перемешать содержимое.

4. Постепенно титруйте содержимое склянки раствором нитрата серебра при перемешивании до появления неисчезающей бурой окраски. Определите объем раствора, израсходованный на титрование (V хл, мл).

5. Рассчитайте массовую концентрацию хлорид-аниона (С хл, мг/л) по формуле: С хл =V хл 178. Результат округлите до целых чисел.

Активный хлор. Хлор, присутствующий в воде в виде хлорноватистой кислоты или иона гипохлорита, принято называть свободным хлором . Хлор, существующий в виде хлораминов (моно- и ди-), а также в виде треххлористого азота, называют связанным хлором. Общий хлор – это сумма свободного и связанного хлора.

В зависимости от условий, таких как pH, температура, количество органических примесей и аммонийного азота, хлор может присутствовать и в других формах, включая ион гипохлорита (OCl -) и хлорамины.

Активный хлор должен отсутствовать в воде водоемов, лимитирующий показатель вредности – общесанитарный.

Хлор может находиться в воде не только в составе хлоридов, но и в составе других соединений, обладающих сильными окислительными свойствами. К таким соединениям хлора относятся свободный хлор (С1 2), гипохлорит-анион (СlO -), хлорноватистая кислота (НСO), хлорамины (вещества, при растворении в воде которых образуются монохлорамин NН 2 С1, дихлорамин NНС1 2 , трихлорамин NС1 3). Суммарное содержание этих соединений называют термином «активный хлор». Содержащие активный хлор вещества подразделяют на две группы: сильные окислители – хлор, гипохлориты и хлорноватистая кислота – содержат так называемый «свободный активный хлор», и относительно менее слабые окислители – хлорамины – «связанный активный хлор». Благодаря сильным окислительным свойствам соединения, имеющие активный хлор, используются для обеззараживания (дезинфекции) питьевой воды и воды в бассейнах, а также для химической очистки некоторых сточных вод. Кроме того, некоторые содержащие активный хлор соединения (например, хлорная известь) широко используются для ликвидации очагов распространения инфекционных загрязнений. Наиболее широко для дезинфекции питьевой воды используется свободный хлор.

В природной воде содержание активного хлора не допускается; в питьевой воде его содержание установлено в пересчете на хлор на уровне 0,3-0,5 мг/л в свободном виде и на уровне 0,8-1,2 мг/л в связанном виде. Активный хлор в указанных концентрациях присутствует в питьевой воде непродолжительное время (не более нескольких десятков минут) и нацело удаляется даже при кратковременном кипячении воды. По этой причине анализ отобранной пробы на содержание активного хлора следует про водить немедленно.

Интерес к контролю содержания хлора в воде, особенно в питьевой воде, возрос после осознания того факта, что хлорирование воды приводит к образованию заметных количеств хлоруглеводородов, вредных для здоровья населения. Особую опасность представляет хлорирование питьевой воды, загрязненной фенолом. ПДК для фенолов в питьевой воде при отсутствии хлорирования питьевой воды установлена 0,1 мг/л, а в условиях хлорирования (при этом образуются гораздо более токсичные и имеющие резкий характерный запах хлорфенолы) – 0,001 мг/л. Аналогичные химические реакции могут протекать с участием органических соединений природного или техногенного происхождения, приводя к различным токсичным хлорорганическим соединениям – ксенобиотикам.

Предлагаемый йодометрический метод основан на свойстве всех содержащих активный хлор соединений в кислой среде выделять из йодида калия свободный йод:

Свободный йод оттитровывают тиосульфатом натрия в присутствии крахмала как описано при определении растворенного кислорода. Реакцию проводят в буферном растворе при рН 4,5, и тогда определению не мешают нитриты, озон и другие соединения. Однако мешающими определению веществами являются другие сильные окислители, которые также выделяют йод из йодида калия – хроматы, хлораты и др. Концентрации, в которых указанные окислители оказывают мешающее действие, могут присутствовать в сточных водах, но маловероятны в питьевой и природной воде. Метод может использоваться для анализа также мутных и окрашенных вод.

Концентрацию активного хлора (С АХ) в мг/л рассчитывают по результатам титрования, для которого обычно используется раствор тиосульфата натрия с концентрацией 0,005 г-экв/л. Расчет проводят по формуле:

где V T – количество раствора тиосульфата натрия с концентрацией 0,005 г-экв/л, израсходованного на титрование, мл; К – поправочный коэффициент, учитывающий отклонение точной фактической концентрации тиосульфата от значения 0,005 г-экв/л (для большинства случаев значение К принимается равным 1); 0,177 – содержание активного хлора в мг, соответствующее 1 мл раствора тиосульфата с концентрацией
0,005 г-экв/л; V A – объем пробы воды, взятой для анализа, мл; 1000 – коэффициент пересчета единиц измерения из миллилитров в литры.

Чувствительность метода – 0,3 мг/л при объеме пробы 250 мл, однако при использовании растворов тиосульфата с различной концентрацией объем пробы может составлять, в зависимости от требуемой чувствительности определения, от 500 до 50 мл воды и менее. Лимитирующий показатель вредности для активного хлора – общесанитарный.

Оборудование и реактивы

Колба коническая на 250-500 мл с градуировкой по объему (если колба не отградуирована, тогда необходим также мерный цилиндр), бюретка или пипетка градуированная на 2-5 мл со шприцем и соединительной трубкой, шприц-дозатор (пипетка) на 1 мл (2 шт.), ножницы.

Калий йодистый в капсулах по 0,5 г, раствор буферный ацетатный (рН 4,5), раствор тиосульфата натрия титрованный (0,005 г-экв/л), раствор крахмала (0,5 %).

О приготовлении растворов см. приложение 3.

1. Налейте в коническую колбу анализируемую воду до метки (например, 50 мл) либо с помощью мерного цилиндра. Колбу предварительно ополосните анализируемой водой.

2. Поместите в колбу при помощи шприца-дозатора или пипетки 1,0 мл ацетатного буферного раствора, содержимое колбы перемешайте.

3. Добавьте в коническую колбу содержимое одной капсулы (около 0,5 г) йодида калия. Перемешайте содержимое колбы до растворения соли.

4. Оттитровывайте выделившийся йод раствором тиосульфата. Для этого в бюретку (пипетку), закрепленную в штативе и соединенную через трубку со шприцем, наберите 2-5 мл раствора тиосульфата и титруйте пробу до слабожелтой окраски.

5. Добавьте другим шприцем-дозатором (пипеткой) 1 мл раствора крахмала (раствор в колбе синеет) и продолжайте титрование до полного обесцвечивания раствора.

Примечание. После изменения окраски пробу необходимо выдержать еще 0,5 мин. для полного протекания реакции. В случае восстановления окраски необходимо добавить еще некоторое количество раствора титранта.

6.Определите общий объем раствора тиосульфата, израсходованный на титрование (как до, так и после добавления раствора крахмала).

7. Рассчитайте концентрацию суммарного остаточного активного хлора (С АХ) в мг/л по формуле, приведенной выше.

При необходимости анализ повторите, уменьшив (увеличив) объем пробы.

В качестве экспрессной портативной полевой модификации метода с чувствительностью не менее 0,3-0,5 мг/л для определения активного хлора в питьевой, водопроводной и природной воде может быть рекомендовано использование раствора тиосульфата с концентрацией 0,0025 г-экв/л, при отборе пробы 50 мл и титрование с помощью калиброванной пипетки-капельницы. В этом случае концентрация активного хлора (С АХ) в мг/л рассчитывается по формуле:

где: N – количество капель раствора тиосульфата натрия, израсходованного на титрование;

0,1 – количество остаточного активного хлора в мг, соответствующее содержанию в 1 капле раствора тиосульфата натрия с концентрацией 0,0025 г-экв/л с учетом титрования пробы воды объемом 50 мл;

К- поправочный коэффициент для данной пипетки-капельницы, установленный экспериментальным путем и учитывающий разницу в объемах капель, отрывающийся от разных пипеток (обычно значение К близко 1).

Пример расчета . При анализе водопроводной воды в результате титрования пробы объемом 50 мл раствором тиосульфата с концентрацией 0,0025 г-экв/л с помощью калиброванной пипетки-капельницы (К=0,92) на титрование израсходовано 11 капель раствора тиосульфата. Следовательно, содержание активного хлора в воде составляет:

Натрий . Натрий является одним из главных компонентов химического состава природных вод, определяющих их тип. Основным источником поступления натрия в поверхностные воды суши являются изверженные и осадочные породы и самородные растворимые хлористые, сернокислые и углекислые соли натрия. Большое значение имеют также биологические процессы, протекающие на водосборе, в результате которых образуются растворимые соединения натрия. Кроме того, натрий поступает в природные воды с хозяйственно-бытовыми и промышленными сточными водами и с водами, сбрасываемыми с орошаемых полей.

Массовую концентрацию катиона натрия (С НА) в мг/л определяют расчетным методом, производя вычисление по формуле:

С НА = (А-С ОЖ) 23,

где: А – сумма массовых концентраций главных анионов (определяется с использованием данных табл. 14), мг-экв/л;

С ОЖ – значение общей жесткости, мг-экв/л;

23 – эквивалентная масса натрия.

Калий . Калий – один из главных компонентов химического состава природных вод. Источником его поступления в поверхностные воды являются геологические породы (полевой шпат, слюда) и растворимые соли. Различные растворимые соединения калия образуются также в результате биологических процессов, протекающих в коре выветривания и почвах. Для калия характерна склонность сорбироваться на высокодисперсных частицах почв, пород, донных отложений и задерживаться растениями в процессе их питания, роста. Это приводит к меньшей подвижности калия по сравнению с натрием, и поэтому калий находится в природных водах, особенно поверхностных, в более низкой концентрации, чем натрий.

В природные воды калий поступает также с хозяйственно-бытовыми и промышленными сточными водами, а также с водой, сбрасываемой с орошаемых полей, и с поверхностным водным стоком с сельскохозяйственных угодий.

Концентрация в речной воде обычно не превышает 18 мг/дм 3 , в подземных водах колеблется от миллиграммов до граммов и десятков граммов в 1 дм 3 , что определяется составом водовмещающих пород, глубиной залегания подземных вод и другими условиями гидрогеологической обстановки.

ПДК вр калия составляет 50 мг/дм 3 .

Фтор (фториды). В речные воды фтор поступает из пород и почв при разрушении фторсодержащих минералов (апатит, турмалин) с почвогрунтовыми водами и при непосредственном смыве поверхностными водами. Источником фтора также служат атмосферные осадки. Повышенное содержание фтора может быть в некоторых сточных водах предприятий стекольной и химической промышленности (производство фосфорных удобрений, стали, алюминия), в некоторых видах шахтных вод и в сточных водах рудообогатительных фабрик.

В природных водах фтор находится в виде фторид-иона F - и комплексных ионов 3- , - , 2- , 3- , 3- , 2- и др.

Миграционная способность фтора в природных водах в значительной степени зависит от содержания в них ионов кальция, дающих с ионами фтора малорастворимое соединение (произведение растворимости фторида кальция L = 4·10 -11). Большую роль играет режим углекислоты, которая растворяет карбонат кальция, переводя его в гидрокарбонат. Повышенные значения рН способствуют увеличению подвижности фтора.

Фтор является устойчивым компонентом природных вод. Внутригодовые колебания концентрации фтора в речных водах невелики (обычно не более, чем в 2 раза). Фтор поступает в реки преимущественно с грунтовыми водами. Содержание фтора в паводковый период всегда ниже, чем в меженный, так как понижается доля грунтового питания.

Повышенные количества фтора в воде (более 1,5 мг/дм 3) оказывают вредное действие на людей и животных, вызывая костное заболевание (флюороз). Кроме того, избыток фтора в организме осаждает кальций, что приводит к нарушениям кальциевого и фосфорного обменов. Однако очень низкое содержание фтора в питьевых водах (менее 0,01 мг/дм 3) также вредно сказывается на здоровье, вызывая опасность заболевания кариесом зубов. По этим причинам определение концентрации фтора в питьевой воде, а также грунтовых водах (например, воде колодцев и артезианских скважин) и воде водоемов хозяйственно-питьевого назначения является очень важным.

Предлагаемый метод определения фтора в воде основан на реакции фторидов с лантанализаринкомплексоном. При этом образуется окрашенное в синий цвет тройное комплексное соединение фторида, трехвалентного лантана и ализаринкомплексона.

Определению мешают соединения алюминия, железа и повышенное содержание органических веществ. Алюминий связывает фторид-ионы с образованием комплексов А1F 2+ и А1F 2 + . Ввиду того, что содержание алюминия в питьевой и природных водах, имеющих обычно рН 6-8, как правило, очень незначительно, влиянием алюминия пренебрегают.

На определение фтора в данной модификации метода оказывают заметное влияние соединения железа при концентрации более 2 мг/л. Поэтому в сильно железистых водах определение фтора данным методом не проводят (для этой цели используют потенциометрический
метод).

При повышенном содержании в анализируемой воде растворенных органических веществ колориметрируемая жидкость приобретает другую (маскирующую) окраску, отличающуюся по цвету от окраски, вызываемой только фторидами. Для устранения этого явления пробу предварительно следует очистить от органических веществ – встряхивать воду с небольшим количеством порошкообразного активированного угля, после чего отфильтровать от угля и только после этого анализировать на содержание фтора.

Оборудование и реактивы

Колориметрическая пробирка с меткой «5 мл», ножницы.

Буферная смесь янтарно-борная в капсулах по 0,1 г, лантанализаринкомплексоновый лак.

Контрольная шкала образцов окраски для определения фторид-иона (0; 0,5-1,2; 1,5-2,0 мг/л) из состава тест-комплекта либо приготовленная самостоятельно.

О приготовлении растворов см. приложение 3.

Выполнение определения

1. Налейте в колориметрическую пробирку анализируемую воду до метки (5 мл).

2. Добавьте содержимое одной капсулы (около 0,1 г) буферной смеси. Перемешайте пробирку встряхиванием до растворения смеси (до рН 5).

3. Добавьте с помощью шприца с наконечником-пипеткой 2,0 мл лантанализаринкомплексонового лака, после чего смесь снова перемешайте.

4. Оставьте смесь на 20 мин. для завершения реакции.

5. Окраску раствора в склянке сравните на белом фоне с контрольной шкалой образцов окраски.

В случае, если окраска пробы окажется интенсивнее образца
«2,0 мг/л», анализируемую воду разбавьте в 2-5 раз дистиллированной водой и определение повторите. При вычислении результата учтите величину разбавления пробы.

Контроль точности анализа

Контроль точности анализа при определении фторидов проводят с использованием контрольных растворов с известным содержанием фторид-аниона (см. приложение 1) либо с использованием поверенного (образцового) ионселективного электрода потенциометрическим методом.

Общее солесодержание. Для расчета общего солесодержания по сумме концентраций главных анионов в миллиграмм-эквивалентной форме их массовые концентрации, определенные при анализе и выраженные в мг/л, умножьте на коэффициенты, указанные в табл. 14, после чего просуммируйте (ГОСТ 1030).

Таблица 14

Коэффициенты пересчета концентраций из мг/л в мг-экв/л

Концентрацию катиона калия в данном расчете (для природных вод) условно учитывают в виде концентрации катиона натрия. Полученный результат округлите до целых чисел (мг-экв/л).