Виды анализов минеральный состав воды. Минеральные воды в курортном лечении
УДК: 613.31: 543.3 (048.8) ХИМИЧЕСКИЙ СОСТАВ МИНЕРАЛЬНЫХ ВОД БЕЛГОРОДСКОЙ ОБЛАСТИ
Проведено исследование химического состава 12 видов расфасованных минеральных вод, производимых в Белгородской области. Определена активная концентрация воды (рН), ее общая жесткость, установлено содержание ионов кальция, магния, гидрокарбонат-, сульфат-, хлорид-, фторид-, йодид-ионов и общего железа (II и III). Проведено сравнение указанных показателей качества воды с аналогичными для воды централизованных систем питьевого водоснабжения. Дана биохимическая оценка полученным результатам.
Ключевые слова: минеральная вода, катионно-анионный состав, нормативы качества, физиологическая полноценность питьевой воды.
Л.Ф. Голдовская-Перистая, И.В. Индина, ВА Перистый, М.Н. Япрынцев
Белгородский государственный национальный исследовательский университет, Россия, 308015, Белгород, ул. Победы, 85
E-mail: [email protected]
Введение
К минеральным водам относятся подземные (иногда поверхностные) природные воды, которые характеризуются повышенным содержанием биологически активных компонентов и обладают специфическими физико-химическими свойствами (температура, химический состав, радиоактивность и т. д.) .
Минеральные воды используются в лечебных и промышленных целях. К лечебным относят такие воды, которые вследствие своих физических и химических особенностей оказывают целебное воздействие на человеческий организм (углекислые, сероводородные и др.). К промышленно-ценным относят воды, из которых могут быть извлечены компоненты, полезные в народном хозяйстве (поваренная соль, бром, йод, бор) .
Для отнесения природных вод к минеральным разработаны специальные критерии, которые характеризуют физиологическое, а, следовательно, лечебное, действие вод . В число таких критериев входят:
Активная реакция вод, характеризуемая величиной рН;
Температура вод;
Ионный состав минеральных вод;
Газонасыщенность вод;
Радиоактивность вод.
В зависимости от качества воды, улучшенного относительно гигиенических требований к воде централизованного водоснабжения, а также дополнительных медико-биологических требований, расфасованную воду подразделяют на 2 категории.
Первая категория - вода питьевого качества (независимо от источника ее получения) безопасная для здоровья, полностью соответствующая критериям благоприятности органолеп-тических свойств, безопасности в эпидемическом и радиационном отношении, безвредности химического состава и стабильно сохраняющая свои высокие питьевые свойства.
Высшая категория - вода безопасная для здоровья и оптимальная по качеству (из самостоятельных, как правило, подземных, предпочтительно родниковых или артезианских водоисточников, надежно защищенных от биологического и химического загрязнения).
При сохранении всех критериев для воды 1-й категории питьевая вода оптимального качества должна соответствовать также критерию физиологической полноценности по содержанию основных биологически необходимых макро- и микроэлементов и более жестким нормативам по ряду органолептических и санитарно-токсикологических показателей .
Химический состав минеральных вод определяется содержанием трех анионов - НСО3-, 5042_, С1- и трех катионов - Са2+, Мд2+, Ыа+. Соотношение указанных шести элементов определяет основные свойства подземных вод - щелочность, соленость и жесткость . По анионному составу минеральные воды классифицируют на:
Хлоридные (С1-);
Сульфатные (5042-);
Гидрокарбонатные (НСО3-);
Промежуточные (гидрокарбонатно-сульфатные, сульфатно-хлоридные, хлоридно-сульфатные и более сложного состава).
По катионному составу минеральные воды могут быть:
Натриевыми (№а+);
Кальциевыми (Са2+);
Магниевыми (Мд2+);
Смешанными.
Химический состав подземных вод, в том числе минеральных, формируется под влиянием многих природных факторов и в различных географических зонах имеет свои региональные особенности. Он редко сбалансирован в благоприятном для организма человека соотношении и обычно характеризуется избыточным или недостаточным содержанием тех или иных макро- или микроэлементов .
На территории Белгородской области минеральные подземные воды открыты попутно при разведке месторождений твердых полезных ископаемых. Выделяют следующие группы минеральных вод: бальнеологические, минеральные лечебные, минеральные питьевые лечебно-столовые и минеральные столовые . К первой группе (бальнеологических вод) относят радоновые воды, которые используются в виде радоновых ванн. Месторождения минеральных лечебных вод распространены в Белгородском, Старооскольском, Шебекинском, Чернянском районах . Минеральные питьевые лечебно-столовые распространены в Белгородском, Шебекинском, Борисовском и Ракитянском районах. Минеральные столовые воды выявлены на территории Белгородского, Яковлевского, Прохоровского и Шебекинского районов. Их называют экологически чистыми подземными водами, поскольку они достаточно хорошо защищены от загрязнения. Такие минеральные подземные воды могут использоваться для розлива без специальной реагентной водоподготовки как в натуральном виде, так и с насыщением углекислым газом (газированная вода), а также для приготовления безалкогольных напитков, соков, детского питания и т. д.
Целью данной работы явилась оценка качества минеральных питьевых лечебно-столовых и столовых вод Белгородской области по активной реакции (рН) и ионному составу.
Методы исследования
Для исследования были взяты 12 видов расфасованных минеральных вод, производимых в Белгородской области: Аква Футури, Благодатный источник, Красиво, Крещенский Родник, Майская Хрустальная, Путь к вершине, Родник Белогорья, Рождественская, Санинская, Стандарт Белогорья, Хрусталь Белогорья, Ясный колодец.
Общую жесткость, содержание ионов кальция, магния, гидрокарбонат-, сульфат- и хлорид-ионов определяли титриметрическим методом по соответствующим ГОСТам . Активную реакцию вод, характеризуемую величиной рН, определяли потенциометрическим методом. Концентрацию микроэлементов (йодид- и фторид-ионов) определяли по стандартным методикам . Для определения концентрации йодид-ионов использовали фотометрический метод, основанный на катализирующем действии йодид-иона на реакцию окисления роданид-иона железа (III). Концентрацию фторид-ионов в воде определяли ионометрическим методом с использованием Б-селективного электрода. Концентрацию общего железа (II и III) определяли спектрофотометрическим методом по соответствующему ГОСТу .
Результаты и их обсуждение
В таблице 1 представлена общая характеристика исследуемых минеральных вод. Класс воды заявлен производителем, а водородный показатель определен нами экспериментально.
Минеральные воды Белгородской области добываются из артезианских скважин на глубине от 320 до 737 м.
Таблица 1
Общая характеристика исследуемых минеральных вод
№ п/п Наименование воды Глубина артезианской скважины, м Класс воды по анионо-катионному составу рН Производитель минеральной воды
1 Аква-Футури 320 первой категории 7-34 г. Валуйки, ОАО «Валуй-ский ликеро-водочный завод»
2 Благодатный источник 737 столовая, гидрокарбонатная натриевая 8.67 Белгородский р-н, с. Веселая Лопань, «Весе-лолопанский спиртзавод»
3 Красиво 679 столовая, гидрокарбонатная натриевая, лечебная 8.66 Борисовский р-н, санаторий «Красиво»
4 Крещенский Родник 320 столовая, гидрокарбо-натно-хлоридная натриевая 7.72 г. Валуйки, ОАО «Валуй-ский ликеро-водочный завод»
5 Майская Хрустальная 640 столовая, гидрокарбонатная натриевая 8.45 г. Белгород, п. Майский, ОАО «Белые горы»
6 Путь к вершине 320 высшей категории 5.21 г. Валуйки, ОАО «Валуй-ский ликеро-водочный завод»
7 Родник Белогорья 500 столовая, гидрокарбонатная натриевая 8.58 г. Короча, ОАО «Белогорье и К»
8 Рождественская 465 столовая, сульфатно-гидрокарбонатная натриевая 8.25 Яковлевский р-н, г. Строитель, ООО «Родник»
9 Санинская 385 столовая, гидрокарбонатная кальциево-натриевая 8.05 Корочанский р-н, с. Гремячье, ОАО «Агропродукт»
10 Стандарт Белогорья - столовая, сульфатно-гидрокарбонатная натриевая 8.29 г. Белгород, ООО «Водный мир»
11 Хрусталь Белогорья 496 столовая, гидрокарбонатная натриевая 8.43 г. Белгород, ОАО «Элгаз-Плюс»
12 Ясный колодец - столовая, гидрокарбонатная кальциевая 7.83 г. Короча, ООО «Белогорье и К»
Нормативы качества расфасованных питьевых вод Первая категория - 6,58,5 -
Наши исследования показали, что рН исследуемых минеральных вод составляет 7.348.67. Значение рН минеральной воды «Путь к вершине» в расчет не берется, так как эта вода продается только в газированном виде и сравниваться по этому показателю с другими водами не может. Большинство исследованных минеральных вод соответствует гигиеническим требованиям и нормативам качества питьевых вод, расфасованных в емкости, рН которых должен составлять 6.5-8.5 . Однако минеральные воды «Благодатный источник» и «Красиво» незначительно превышают указанный норматив. По кислотно-основным свойствам исследуемые минеральные воды относятся к слабощелочным, для которых значение рН = 7.2-8.5 .
Многие авторы отмечают, что очень важно пить воду со щелочным значением рН, т. к. большинство биологических жидкостей организма человека имеют щелочную реакцию среды: рН артериальной крови 7.35-7.45, венозной крови - 7.26-7.36, лимфы - 7.35-7.40, межклеточной жидкости - 7.26-7.38, сок поджелудочной железы - 7.50-8.0, желчь в протоках - 7.4-8.5 и др. .
В таблице 2 приведены результаты определения химического состава 12 минеральных вод Белгородской области. Сравним их с гигиеническими требованиями и нормативами качества питьевых вод, расфасованных в емкости .
По значению общей жесткости более половины исследованных минеральных вод относится к группе очень мягких природных вод, жесткость которых меньше нижнего значения норматива качества вод высшей категории и норматива физиологической полноценности
питьевой воды, т. е. меньше 1.5 ммоль/л. Жесткость остальных вод удовлетворяет указанным нормативам (1.5-7 ммоль/л) .
Таблица 2
Химический состав минеральных вод Белгородской области
№ п/п Наименование воды Ж, ммоль /л Са2+, мг/л Mg2+ мг/л НСО3 -мг/л 8042-, мг/л С1-, мг/л Б-, мг/л мг/л Бе (общ), мг/л
1 Аква-Футури 1.40 23.6 2.6 51.7 33.93 18.9 0.44 0.010 0.017
2 Благодатный источник 0.10 2.0 Не обнаружено 328.5 2.79 30.2 1.67 0.031 0.024
3 Красиво 0.10 2.2 0.8 265.7 38.52 39.5 1.12 0.015 0.066
4 Крещенский Родник 4.33 56.6 18.0 184.5 44.91 279. 5 1.83 0.021 0.006
6 Путь к вершине 1.97 28.4 6.6 62.7 35.53 34.1 1.04 0.009 0.011
7 Родник Белого-рья 0.20 4.0 Не обнаружено 175.3 104.39 22.0 0.99 0.025 0.002
8 Рождественская 0.37 6.0 0.8 145.8 100.0 0 16.3 0.60 0.025 0.002
9 Санинская 1.95 27.5 6.9 132.9 56.89 15.6 0.35 0.016 0.003
10 Стандарт Белого-рья 0.50 8.0 1.2 155.0 41.12 37.6 0.69 0.007 0.023
11 Хрусталь Белого-рья 0.40 6.0 1.2 199.3 24.15 27.0 1.56 0.012 0.038
12 Ясный колодец 5.57 102.0 5.6 179.0 32.33 27.0 0.12 0.014 0.018
Нормативы качества расфасованных питьевых вод Первая категория 7 130 65 400 250 250 1.5 0.125 0.3
Нормативы физиологической полноценности питьевой воды, в пределах 1.5-7 25130 5-65 30400 - - 0.51.5 0.010.125 -
Результаты определения содержания ионов кальция и магния в минеральных водах показывают, что более половины исследованных вод характеризуется малым содержанием ионов кальция и магния и не достигает нижнего значения физиологической полноценности 25-130 мг/л (для ионов кальция) и 5-65 мг/л (для ионов магния). Только минеральные воды «Крещенский Родник», «Путь к вершине», «Санинская» и «Ясный колодец» удовлетворяют нормативам физиологической полноценности питьевой воды. По содержанию этих ионов воды «Крещенский Родник», «Путь к вершине» и «Санинская» соответствуют и нормативу качества вод высшей категории (25-80 мг/л (для кальция) и 5-50 мг/л (для магния)).
В результате исследований ряда авторов были установлены минимальные и максимальные концентрации ионов кальция и магния в питьевых водах, вызывающие нарушение функции органов и систем организма человека . Для вод гидрокарбонатного класса оптимальными следует считать концентрации: Са2+ - 60 мг/л, Мд2+ - 26 мг/л . Содержание кальция и магния в исследуемых минеральных водах не соответствует указанному оптимальному соотношению.
Ранее нами было установлено превышение гигиенических нормативов качества воды централизованных систем питьевого водоснабжения (ЦСПВ) Белгородской области по общей жесткости и концентрации ионов кальция. Общая жесткость воды ЦСПВ составляет 5.8-11.4 ммоль/л (в различных районах области). Выявлено несоответствие воды ЦСПВ требованиям качества по жесткости в 20 районных центрах из 21 (95% проб). Жесткость белгородской водопроводной воды в основном обусловлена ионами кальция, концентрация которых составляет 104-174 мг/л. Содержание ионов магния значительно меньше (7-58 мг/л), чем ионов
кальция. Однако по содержанию ионов магния вода во всех районных центрах удовлетворяет гигиеническим требованиям .
Сравнение исследованных минеральных вод с водой ЦСПВ Белгородской области показывает, что общая жесткость и содержание ионов кальция в минеральных водах значительно меньше, чем в водопроводной воде, что можно, с одной стороны, считать благоприятным фактором, так как высокая жесткость питьевой воды является одной из причин мочекаменной и гипертонической болезней. Однако, с другой стороны, постоянное использование мягкой воды с низким содержанием ионов кальция может отрицательно сказаться на костной системе . В отличие от воды ЦСПВ более половины исследованных видов минеральных вод по содержанию ионов магния не удовлетворяют нормативам качества расфасованных питьевых вод. Незначительное содержание магния в питьевых минеральных водах не позволяет считать их полной альтернативой водопроводной воде, так как постоянное применение таких минеральных вод может негативно сказаться на сердечно-сосудистой системе .
Содержание гидрокарбонат-ионов в исследуемых минеральных водах соответствует нормативу физиологической полноценности и нормативу качества для вод высшей категории. Более высокие концентрации гидрокарбонат-ионов принадлежат водам «Благодатный источник» (328.5 мг/л), «Майская Хрустальная» (308.5 мг/л), «Красиво» (265.7 мг/л). Большинство исследованных минеральных вод можно отнести к классу гидрокарбонатных. Минеральные воды «Аква-Футури» и «Путь к вершине» имеют низкие концентрации гидрокарбонат-ионов, равные 51.7 и 62.7 мг/л соответственно.
Известно, что минеральные воды, содержащие гидрокарбонатные ионы, нормализуют секреторную и двигательную функции желудка и кишечника. Под влиянием гидрокарбонатных вод в организме уменьшается содержание ионов водорода, которые являются исходным материалом для выработки соляной кислоты. Присутствие в воде ионов HCO3- способствует лучшему всасыванию в кишечнике некоторых микроэлементов, в частности железа .
Содержание сульфат-ионов в исследуемых водах колеблется в широких пределах от 2.8 до 104.4 мг/л, что не превышает значений рассматриваемых нормативов для вод первой и высшей категории. Минеральная вода «Стандарт Белогорья» заявлена производителем как сульфатная, но концентрация сульфат-ионов в ней составляет всего 41.12 мг/л. Только две минеральные воды содержат значительное количество сульфат-ионов: «Родник Белогорья» (104.39 мг/л) и «Рождественская» (100 мг/л), что позволяет отнести их к сульфатным водам.
Из литературных данных известно, что сульфатные минеральные воды заметно снижают активность желудочной секреции, обладают выраженным влиянием на кишечник и повышают обменные процессы в организме .
Хотя по концентрации хлорид-ионов минеральные воды, производимые в Белгородской области, значительно отличаются друг от друга, но практически все они удовлетворяют нормативу качества для вод высшей категории. В целом, содержание хлорид-ионов в них невелико и поэтому они не могут быть отнесены к классу хлоридных. Избыток хлорид-ионов наблюдается только в минеральной воде «Крещенский Родник» (279.5 мг/л), что значительно превышает норматив качества для вод высшей категории (150 мг/л) и норматив качества вод первой категории (250 мг/л). Такая хлоридная минеральная вода должна повышать обменные процессы, вызывать желчегонный эффект, а при длительном приеме способствовать увеличению кислотности желудочного сока. И в сочетании с ионами кальция, содержание которых в воде «Крещенский Родник» составляет 56.6 мг/л, она может оказывать противовоспалительное действие, снижать проницаемость клеточных мембран, уменьшать кровоточивость, оказывать благоприятное действие на рост костной ткани и зубов .
По концентрации фторид-ионов (0.12-1.83 мг/л) исследованные минеральные воды значительно отличаются друг от друга. Практически половина из них соответствует нормативу физиологической полноценности и нормативу качества для вод высшей категории. Недостаток фторид-ионов установлен в минеральных водах «Аква-Футури» (0.44 мг/л), «Санинская» (0.35 мг/л) и «Ясный колодец» (0.12 мг/л). Значительное превышение ПДК по содержанию фторид-ионов зафиксировано в минеральных водах «Крещенский Родник» (1.83 мг/л), «Благодатный источник» (1.67 мг/л), «Майская Хрустальная» (1.63 мг/л), что не позволяет отнести их к водам первой и высшей категории по данному показателю.
Как известно из литературных данных, к проявлениям недостаточности фтора относится остеопороз и кариес зубов, а следствием избытка фтора является флюороз, внешне выражаемый в пятнистости зубов .
Ранее проведенные нами исследования показали дефицит фторид-ионов в водопроводной воде практически всех районов Белгородской области . Следовательно, во избежание отрицательных последствий для здоровья можно рекомендовать для употребления вместо во-
допроводной воды питьевые столовые минеральные воды, которые по содержанию фторид-ионов удовлетворяют нормативам качества (см. табл. 2).
Исследованные минеральные воды характеризуются небольшим содержанием йодид-ионов, концентрация которых примерно составляет 0.01-0.03 мг/л, что ближе к нижней границе физиологической полноценности питьевой воды и не соответствует нормативам качества расфасованных питьевых вод высшей категории (0.04-0.06 мг/л). Наименьшая концентрация йодид-ионов (0.007 мг/л) отмечается в минеральной воде «Стандарт Белогорья».
Для воды ЦСПВ также ранее была установлена слабая степень йодной недостаточности . Последствием дефицита йода является заболевание щитовидной железы (эндемический зоб) .
Для сравнения отметим, что в водопроводной воде всех районных центров Белгородской области наблюдается превышение предельно допустимой концентрации железа (0.3 мг/л)
Железо относится к эссенциальным микроэлементам, необходимым для здоровья человека. Широко известна функция гемоглобина, содержащего железо (II), в переносе кислорода. Железо входит в состав более 70 различных ферментов . О негативном влиянии недостатка и избытка железа на организм человека более подробно описано в наших предыдущих публикациях .
Проведенное исследование 12 видов расфасованных минеральных вод, производимых в Белгородской области, позволяет дать им следующую оценку.
Исследованные минеральные воды относятся к группе слабощелочных, мягких, гидрокарбонатных вод.
Более половины минеральных вод характеризуется недостаточным содержанием ионов кальция и магния, соотношение концентраций которых не является оптимальным для здоровья человека.
Концентрация сульфат- и хлорид-ионов не превышает общепринятых нормативов.
50% минеральных вод по содержанию фторид-ионов соответствуют нормативам качества для вод высшей категории и нормативам физиологической полноценности питьевой воды.
Для всех исследованных минеральных вод установлена слабая степень йодной недостаточности.
Концентрация общего железа (II и III) не превышает предельно допустимого значения.
Оптимальной по катионно-анионному составу можно считать минеральную воду «Путь к вершине», все показатели которой, кроме недостаточности йода, соответствуют нормативам качества расфасованных питьевых вод.
Список литературы
1. Никаноров А.М. Гидрохимия: учебник. - 2-е изд. - СПб: Гидрометеоиздат, 2001. - 444 с.
2. Посохов Е.В., Толстихин Н.И. Минеральные воды (лечебные, промышленные и энергетические). - Л.: Недра, 1977. - 240 с.
3. Новиков Ю.В., Сайфутдинов М.М. Вода и жизнь на Земле. - М.: Наука, 1981. - 184 с.
4. СанПиН 2.1.4. 1116-02 «Питьевая вода. Гигиенические требования к качеству воды, расфасованной в емкости. Контроль качества». - Москва, 2002.
5. Плотников Н.И. Подземные воды - наше богатство. - М.: Недра, 1990. - 206 с.
6. Хрисанов В.А., Петин А.Н., Яковчук М.М. Геологическое строение и полезные ископаемые Белгородской области: учеб. пособие. - Белгород: Изд-во БелГУ, 2000. - 245 с.
7. Атлас «Природные ресурсы и экологическое состояние Белгородской области»: учебно-справочное картографическое пособие / Под ред. Ф.Н. Лисецкого. - Белгород: Изд-во БелГУ, 2005. -179 с.
8. Государственный контроль качества воды. - М.: ИПК. Изд-во стандартов, 2001. - 698 с.
9. ГОСТ 23268.3-78 «Воды минеральные питьевые лечебные, лечебно-столовые и природные столовые. Методы определения гидрокарбонат-ионов», 1978.
10. ГОСТ 4389-72 «Вода питьевая. Методы определения содержания сульфат-ионов», 1974.
11. ГОСТ 23268.17-78 «Воды минеральные питьевые лечебные, лечебно-столовые и природные столовые. Методы определения хлорид-ионов», 1978.
12. ГОСТ 4011-72 «Вода питьевая. Методы измерения массовой концентрации общего железа»,
13. Киссин И.Г. Вода под землей. - М.: Наука, 1976. - 230 с.
14. Общая химия. Биофизическая химия. Химия биогенных элементов / Под ред. Ю.А. Ершова. -М.: Высшая школа, 2000. - 560 с.
15. http://bydzdrav.ru/aboutwater/article1
16. Гигиеническое нормирование минимального уровня магния в питьевой воде / Ю.В. Новиков, С.И. Плитман, А.И. Левин, Ю.А. Ноаров // Гигиена и санитария. - 1983. - №9. - С. 7-11.
17. Лугой Г.Ф. Химический состав питьевой воды и здоровье населения // Гигиена и санитария. -1992. - №1. - С. 13-15.
18. Голдовская-Перистая Л.Ф., Перистый В.А., Шапошников А.А. Гигиеническая оценка качества питьевой воды централизованной системы водоснабжения Белгородской области по некоторым химическим показателям // Научные ведомости БелГУ. - 2008. - №3 (43). Сер. «Естественные науки». Вып. 6. -С. 140-146.
19. Оценка качества питьевой воды Белгородской области по химическому составу и свойствам / Л.Ф. Голдовская-Перистая, В.А. Перистый, А.А. Шапошников, Е.А. Денисов // Научные ведомости Бел-ГУ.- 2008. - №7 (47). Сер. «Естественные науки». Вып. 7. - С. 66-70.
20. СанПиН 2.1.4. 1074-01 «Питьевая вода. Гигиенические требования к качеству воды централизованных систем питьевого водоснабжения. Контроль качества». - Москва, 2002 г.
21. Мудрый И.В. О влиянии минерального состава питьевой воды на здоровье населения (обзор) // Гигиена и санитария. - 1999. - №1. - С. 15-18.
22. Микроэлементозы человека: этиология, классификация, органопатология / А.П. Авцын, А.А. Жаворонков, М.А. Риш, Л.С. Строчкова. - М.: Медицина, 1991. - 496 с.
23. Окружающая среда России на рубеже тысячелетий. Популярный доклад о состоянии окружающей природной среды в России / И.А. Панкеев, Н.Г. Рыбальский, А.Д. Думнов и др. - М.: РЭФИА, НИА-Природа, 2003. - 80 с.
CHEMICAL COMPOSITION OF MINERAL WATERS OF BELGOROD REGION
L.F. Goldovskaya-Peristaya, I.V. Indina, VA Peristy, M.N. Yapryntsev
Belgorod State National Research Uiversity, Pobedy St.,85, Belgorod, 308015, Russia
The chemical composition of 12 kinds prepacked mineral waters produced in the Belgorod region has been investigated. Activity of the solvated hydrogen ions, total hardness, content of calcium-, magnesium-, bicarbonate-, sulfate-, chloride-, fluoride-, iodide-ions and total ferrum (II and III) have been defined. These water quality indicators of mineral waters with those of water from centralized water supply system have been compared. Biochemical estimate of the results has been given.
E-mail: [email protected]
Key words: mineral water, cation-anion composition, water quality target, physiological usefulness of drinking water..
Минеральный состав воды – это результат взаимодействия воды как физической фазы и среды жизни с другими фазами или средами: твердой, то есть береговыми и подстилающими, почвообразующими минералами и породами; газообразной (воздушной средой) и содержащейся в ней влагой и минеральными компонентами.
Кроме того, минеральный состав обусловлен протекающими физико-химическими и физическими процессами: растворением, пептизацией, коагуляцией, седиментацией, испарением, конденсацией и т.д.
Пресной считается вода, имеющая общее солесодержание или минерализацию не более 1 г/л.
Среди пресных вод в зависимости от величины солесодержания выделяют (в мг/л):
Ультрапресные (< 100);
Маломинерализованные (100 – 200);
Среднеминерализованные (200 – 500);
Повышенной минерализации (500 – 1000).
При величине солесодержания от 1 до 25 г/л воду считают солоноватой.
Основные компоненты минерального состава вод приведены в табл. 10.
Таблица 10. Основные компоненты минерального состава вод
* ПДК приведены для воды поверхностных источников хозяйственно-бытового назначения.
Соли группы 1, так называемые главные ионы, определяются в первую очередь. Соли группы 2 необходимо учитывать при оценке качества воды, хотя они вносят незначительный вклад в солесодержание пресных вод.
Соотношение концентрации в воде «главных ионов» определяет типы химического состава воды (в мг-экв/л). В зависимости от преобладающего вида анионов (³ 25 % эквивалента при условии, что
суммы ммоль анионов и катионов принимаются равными 50 % соответственно каждая) различают воды гидрокарбонатного, сульфатного
и хлоридного типа.
Иногда выделяют также воды смешанных или промежуточных типов.
В зависимости от преобладающего вида катионов выделяют группы кальциевых, магниевых, натриевых или калиевых вод.
Анализ воды на содержание минеральных компонентов проводят в различные периоды:
для поверхностных вод – в зимнюю межень, в весеннее половодье (пик), летне-осеннюю межень, летне-осенний паводок;
для вод заболоченных участков – в зимнюю межень и весеннее половодье;
для почвенных вод – в зимнюю межень, весеннее половодье и летне-осеннюю межень.
Минеральный состав определяют, как правило, химическими методами, титриметрическими и колориметрическими. Концентрацию некоторых катионов (например, К + , Na +) можно оценить расчетными методами при наличии данных о значениях концентраций других катионов и анионов.
3.7.1. Карбонаты и гидрокарбонаты
Карбонаты и гидрокарбонаты представляют собой компоненты, определяющие природную щелочность воды. Их содержание обусловлено растворением углекислого газа атмосферы, взаимодействием воды с известняками, протекающими в воде жизненными процессами дыхания всех водных организмов.
При анализе этих анионов используют титриметрию, основанную на их реакции с ионами водорода в присутствии фенолфталеина (для СО 3 2-) или метилового оранжевого (для НСО 3 -) в качестве индикаторов.
При использовании этих двух индикаторов наблюдается две точки эквивалентности: в первой точке (рН = 8,0 – 8,2) в присутствии фенолфталеина полностью завершается титрование СО 3 2- , а во второй
(рН = 4,1 – 4,5) - НСО 3 - . Для титрования обычно используют титрованные растворы HCl с концентрацией 0,05 или 0,1 г-экв/л.
При титровании по фенолфталеину также можно определить концентрацию ионных форм ОН - , а при титровании по метиловому оранжевому ОН - , СО 3 2- и НСО 3 - .
В результате титрования СО 3 2- и НСО 3 - , которое выполняется как параллельно в разных пробах, так и последовательно в одной и той же пробе, для расчета необходимо определить общее количество кислоты (V 0), израсходованное на титрование СО 3 2- (V К) и НСО 3 - (V ГК). Причем по метиловому оранжевому (V МО) оттитровывают последовательно СО 3 2- и НСО 3 - , то есть V МО содержит долю СО 3 2- в исходной пробе, перешедших после реакции с Н + в НСО 3 - и не характеризует полностью концентрацию НСО 3 - в исходной пробе.
Следовательно, при расчете концентрации основных ионных форм, необходимо учитывать относительное потребление кислоты при титровании по фенолфталеину (V Ф) и метиловому оранжевому (V МО). При анализе возможны случаи:
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 3) 2V 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 V Ф, потребление кислоты V МО; 4) 2V 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 или загрязненных водах. Массовые концентрации анионов (не солей) рассчитываются на основании 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, израсходованный на титрование карбоната и гидрокарбоната соответственно, мл; Н
– точная концентрация титрованного раствора соляной кислоты (нормальность), г-экв/л; V А
– 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. 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. 3.7.2. Сульфаты 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): 2SO 2 +O 2 =2SO 3 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 воздействия на человека, однако ухудшают вкус воды: ощущение вкуса сульфатов возникает при их концентрации 250–400 мг/л. ПДК SO 4 2- в воде водоемов хозяйственно-питьевого назначения составляет 500 мг/л, лимитирующий показатель вредности – органолептический. Метод определения массовой концентрации сульфат-аниона основан на реакции сульфат-анионов с катионами бария с образованием нерастворимой суспензии сульфата бария по реакции: Ba 2+ +SO 4 2– = BaSO 4
Для определения массовой концентрации сульфат-аниона используется большое число методов. Наиболее часто применяют турбидиметрию, гравиметрию (ГОСТ 4389-72 «Вода питьевая. Методы определения содержания сульфатов»), иодометрию и др. Иодометрический метод Комаровского основан на взаимодействии хромата бария с сульфат-ионами в кислой среде, в результате реакции выделяются бихромат-ионы в количестве эквивалентном сульфат-ионам: 2SO 4 2- + 2BaCrO 4 + H + ® 2BaSO 4 ¯ + Cr 2 O 7 2- + H 2 O Образующиеся бихромат-ионы определяются иодометрическим методом. Для этого к раствору добавляют иодид калия, соляную кислоту, а выделившийся йод оттитровывают тиосульфатом натрия в присутствии крахмала в качестве индикатора: Cr 2 O 7 2- + 6I - + 14H + ® 2Cr 3+ + 7H 2 O + 3I 2 2S 2 O 3 2- + I 2 ® S 4 O 6 2- + 2I - Из реакций следует, что на 1 ион SO 4 2- приходится 3 атома выделившегося йода, следовательно, грамм-эквивалент SO 4 2- составляет 1/3 его веса – 32,02. Концентрацию сульфат-ионов С (в мг/л) рассчитывают по формуле где V – количество раствора тиосульфата натрия, израсходованное на титрование, мл; N – нормальность раствора тиосульфата натрия; 2,5 – пересчетный коэффициент на объем мерной колбы в случае, если мерная колба была на 250 мл, а для титрования взято 100 мл пробы; а – объем исследуемой воды, взятый для анализа, мл; Е – эквивалент SO 4 2- (32,02). Этот метод применим для вод с содержанием SO 4 2- не менее 50 мг/л. 3.7.3. Хлориды Хлориды присутствуют практически во всех пресных поверхностных и грунтовых водах, а также в питьевой воде в виде солей металлов. Если в воде присутствует хлорид натрия, она имеет соленый вкус уже при концентрациях свыше 250 мг/л; в случае хлоридов кальция и магния соленость воды возникает при концентрациях свыше 1000 мг/л. Именно по органолептическому показателю – вкусу установлена ПДК для питьевой воды по хлоридам (350 мг/л), лимитирующий показатель вредности – органолептический. Большие количества хлоридов могут образовываться в промышленных процессах концентрирования растворов, ионного обмена, высаливания и т.д., образуя сточные воды с высоким содержанием хлорид-аниона. Высокие концентрации хлоридов в питьевой воде не оказывают токсического воздействия на человека, хотя соленые воды очень коррозионно активны по отношению к металлам, пагубно влияют на рост растений, вызывают засоление почв. Метод определения массовой концентрации хлорид-аниона описан в ПНД Ф 14.1:2.96-97 (издание 2004 г.) «Методика выполнения измерений содержаний хлоридов в пробах природных и очищенных сточных вод аргентометрическим методом» и ИСО 9297:1989 «Качество воды. Определение содержания хлорида. Титрование нитратом серебра с хроматным индикатором (метод Мора)». Он основан на титровании хлорид-анионов раствором нитрата серебра, в результате чего образуется суспензия практически нерастворимого хлорида серебра. Уравнение химической реакции записывается как Ag + + Cl - ® AgCl¯ В качестве индикатора используется хромат калия, который реагирует с избытком нитрата серебра с образованием хорошо заметного оранжево-бурого осадка хромата серебра по уравнению Ag + + CrO 4 - ® Ag 2 CrO 4 ¯ оранжево-бурый Данный метод получил название метода аргентометрического титрования. Титрование можно выполнять в пределах 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. 3.7.4. Сухой остаток Сухой остаток характеризует содержание в воде нелетучих растворенных веществ (главным образом минеральных) и органических веществ, температура кипения которых превышает 105 - 110°С. Сухой остаток определяют гравиметрическим (ПНД Ф 14.1:2.114-97 (издание 2004 г.) «Методика выполнения измерений массовой концентрации сухого остатка в пробах природных и очищенных сточных вод гравиметрическим методом») и расчетным методами. Перед определением сухого остатка пробу необходимо фильтровать либо отстаивать для отделения от взвешенных веществ. Гравиметрический (весовой) метод основан на определении веса высушенного остатка, полученного после выпаривания пробы. Сначала проводят выпаривание основной массы пробы, которая может составлять 250–500 мл. Далее оставшуюся часть пробы высушивают во взвешенной, доведенной до постоянной массы чашке (стакане, тигле) в сушильном шкафу в стандартных условиях в два этапа. На первом этапе высушивание проводят при температуре 103 - 105°С в течение 1–2 часов. При этом удаляются влага и все летучие органические вещества, однако сохраняется почти вся кристаллизационная вода солей – кристаллогидратов. На втором этапе высушивание проводят при температуре 178 - 182°С также в течение 1–2 часов. В этих условиях разлагаются кристаллогидраты, более полно испаряются и разлагаются органические вещества, разлагаются также некоторые соли, например гидрокарбонаты до карбонатов и далее до оксидов (частично или полностью). Величину сухого остатка определяют по разности масс остатка пробы до и после высушивания, причем иногда выполняют промежуточное взвешивание – после высушивания при температуре 103–105°С. Взвешивание выполняют на аналитических весах с погрешностью не более ±1 мг (лучше ±0,1 мг). Перед взвешиванием тигель необходимо охладить до комнатной температуры. Для определения сухого остатка поверхностных природных вод обычно достаточно высушивания при температуре 103 - 105°С. Высушивание при температуре 178 - 182°С применяется при детальном исследовании природных или сточных вод. Величину сухого остатка можно также оценить расчетным методом. При этом необходимо суммировать полученные в результате анализов концентрации растворенных в воде минеральных солей, а также органических веществ (гидрокарбонат-ион суммируется в количестве 50%). Для питьевой и природной воды величина сухого остатка практически равна сумме массовых концентраций анионов (карбоната, гидрокарбоната, хлорида, сульфата) и катионов (кальция и магния, а также определяемых расчетным методом натрия и калия). Величина сухого остатка для поверхностных вод водоемов хозяйственно-питьевого и культурно-бытового водопользования не должна превышать 1000 мг/л (в отдельных случаях допускается до 1500 мг/л). 3.7.5. Общая жесткость, кальций и магний Жесткость воды – одно из важнейших свойств, имеющих большое значение при водопользовании (см. п.1.4.4). Если в воде находятся ионы металлов, образующие с мылом нерастворимые соли жирных кислот, то в такой воде затрудняется образование пены при стирке белья или мытье рук. Жесткость воды приводит к образованию накипи на трубопроводах в тепловых сетях. Величина жесткости может варьироваться в широких пределах, в зависимости от типа пород и почв, слагающих бассейн водосбора, а также от сезона года и погодных условий от 0,1-0,2 ммоль/л в озерах и реках тундры до 80-100 ммоль/л в морях и океанах. Допустимая величина общей жесткости для питьевой воды и источников централизованного водоснабжения составляет не более 7 ммоль-экв/л (в отдельных случаях – до 10 ммоль-экв/л), лимитирующий показатель вредности – органолептический. В России используется ПНД Ф 14.1:2.98-97 (издание 2004 г.) «Методика выполнения измерений жесткости в пробах природных и очищенных сточных вод титриметрическим методом». Метод основан на реакции солей кальция и магния с трилоном Б (динатриевой солью этилендиаминтетрауксусной кислоты) в аммиачном буферном растворе с рН = 10,0 – 10,5 в присутствии эриохрома черного Т в качестве индикатора: Ca 2+ + Na 2 H 2 R ® Na 2 CaR + 2H + Mg 2+ + Na 2 H 2 R ® Na 2 MgR + 2H + , где R – радикал этилендиаминтетрауксусной кислоты (- OCCH 2) 2 NCH 2 CH 2 N(CH 2 CO -) 2 . Общую жесткость С ОЖ (в ммоль-экв/л) вычисляют по формуле где С ОЖ – общая жесткость воды, ммоль-экв/л; С 1 – концентрация раствора трилона Б, моль-экв/л; V 1 – объем раствора трилона Б, израсходованного на титрование анализируемой пробы, мл; V – объем пробы воды, взятой для определения, мл. Метод определения массовой концентрации катиона кальция согласно РД 52.24.403-2007 «Массовая концентрация кальция в водах. Методика выполнения измерений титриметрическим методом с трилоном Б» и ИСО 6058:1984 «Качество воды. Определение содержания кальция комплексонометрическим титриметрическим методом» аналогичен методу определения общей жесткости с той разницей, что анализ проводится в сильнощелочной среде (рН = 12 – 13) в присутствии индикатора мурексида. Определению кальция мешают карбонаты и диоксид углерода, удаляемые из пробы при ее подкислении. Для определения содержания магния в незагрязненных поверхностных и грунтовых природных водах применяют расчетный метод, основанный на разности результатов определения общей жесткости и концентрации катиона кальция. Для анализа загрязненных вод на содержание магния необходимо применять его прямое определение. 3.7.6. Натрий и калий Массовую концентрацию катиона натрия С Na (в мг/л) определяют расчетным методом согласно формуле С Na = (А-С ОЖ)×23, (17) где А – сумма массовых концентраций главных анионов, определяемая с использованием данных табл. 12, мг-экв/л; С ОЖ – значение общей жесткости, моль-экв/л; 23 – эквивалентная масса натрия. Концентрацию катиона калия для природных вод условно учитывают в виде концентрации катиона натрия С KNa . 3.7.7. Общее солесодержание Для расчета общего солесодержания по сумме концентраций главных анионов в ммоль-эквивалентной форме их массовые концентрации, определенные при анализе и выраженные в мг/л, умножают на коэффициенты, приведенные в табл. 11, после чего суммируют. Таблица 11. Коэффициенты пересчета концентраций из мг/л в ммоль-экв/л 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. Заключение
Итак, в заключении можно сделать вывод: к минеральным (лечебным) водам относятся природные воды, которые могут оказывать на организм человека лечебное действие, обусловленное либо повышенным содержанием полезных, биологически активных компонентов ионно-солевого или газового состава, либо общим ионно-солевым составом воды. Минеральные воды не являются каким-либо определенным генетическим типом подземных вод. К ним относятся воды весьма различные по условиям формирования и отличаются по химическому составу. В лечебных целях используют воды с минерализацией от долей грамма на 1 л до высококонконцентрированных рассолов, разнообразного ионного, газового и микрокомпонентного состава, различной температуры. Среди подземных вод, относящихся к минеральным, выделяют инфильтрационные и седиментационные, а также воды, в той или иной мере связанные с современной магматической деятельностью. Они распространены в различных гидродинамических и гидротермических зонах земной коры, в условиях разнообразной геохимической обстановки и могут быть приурочены к водоносным горизонтам, распространенным на обширных площадях или могут представлять собой строго локализованные трещинно-жильные воды. Список литературы
1. 1. Кусков А.С. Рекреационная геграфия: Учебно-методический комплекс / А.С. Кусков, В.Л. Голубева, Т.Н. Одинцова. –М.: Флинта: МПСИ, 2008. – 496 с. 2. 2. Кусков А.С., Лысинкова О.В. Курортология и оздоровительный туризм: Учебное пособие. – Ростов н/Д: «Феникс», 2004. – 320 с. 3. 3. Лукомский И.В. и др. Физиотерапия. Лечебная физкультура. Массаж: / И.В. Лукомский, Э.Э. Стэх, В.С. Улащик; Под. ред. проф. В.С. Улащика. – 2-е изд.- Мн.: Высш. шк.,2009.- 335 с. 4. 4. Романов А.А., Саакянц Р.Г. География туризма: Учебное пособие. – М.: Советский спорт, 2009. – 464 с. 5. 5. Волошин Н.И. Правовое регулирование в туризме: Учебник. – 2-е изд., испр. и доп. – М.: Советский спорт, 2004-408 с. 6. 6. Исмаев Д. К. Россия на мировом рынке туризма. М., 2008. Иcследование химического состава минеральных вод
Покупая в магазине минеральную воду, мы подчас даже не задумываемся о её целебных свойствах. Можно ли пить ее просто для утоления жажды? Не нанесет ли она вред человеку здоровому? Каковы её состав и свойства? Вся ли она одинакова, и в чем причина её полезных свойств? Правильно ли пьют минеральнуюводу наши друзья и знакомые, и какую предпочитают? Вода из бюветов и открытых источников имеет более интенсивный вкус и запах, в сравнении с бутилированной, хотя тоже относится к категории лечебно-столовых. Такая вода часто насыщена сероводородом, что придает ей специфический запах и вкус. Кисловодская и кабардино-балкарская вода содержит железо, которое через некоторое время выпадает в виде бурого осадка. В некоторых источниках, например, на Поляне нарзанов, вода обладает природной газацией. Результаты гидрохимического исследования бутилированной воды: Результаты гидрохимического исследования воды, отобранной из природных источников(диаграмма 2): Наибольшее количество сульфатов содержится в воде из бювета источника № 17 г. Пятигорска, хлориды преобладают в Красноармейской воде. Три вида воды из шести исследованных относятся к гидрокарбонатным. Вода источника №2 г. Пятигорска отличается наличием карбонатов, что подтверждено экспериментально. Кисловодская и кабардино-балкарская вода содержит железо.В целом, данные, полученные опытным путем, подтверждают химический состав природной минеральной воды. Этот факт свидетельствует о том, что исследование проведено качественно, хотя некоторые анализы приходилось проводить повторно. Гидрокарбонатные воды предназначены для тех, кто занимается спортом (оказывают благоприятное влияние при усиленной мышечной работе, а также при диабете, инфекционных заболеваниях). Применяются при лечении мочекаменной болезни и подагры. 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: 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.
SO 3 +H 2 O=H 2 SO 4
Авторы: Кононов Илья, Субботина Яна, 10 кл.,МКОУ СОШ №9 п. Уралец, Свердловская область. Руководитель: Терещенко Л.Н.
Цель исследования: изучение химического состава минеральных вод из различных источников и условий правильного применения.
Объект исследования:минеральная вода.
Предмет исследования: качество и химический состав минеральной воды, информация на этикетке.
Задачи исследования:
- познакомиться с происхождением минеральных вод, их классификацией и значением для здоровья человека;
- определить наличие анионов в минеральной воде;
- сравнить полученные данные с информацией на этикетке;
-изучить особенности правильного применения минеральной воды;
- отработать навыки экспериментального исследования веществ методом количественного анализа.
Методы исследования – гидрохимические.
Органолептический метод – основан на определении показателей при помощи органов чувств.(Цветность, прозрачность, запах, вкус и привкус, пенистость, количество взвешенных веществ).
Визуально – колориметрический метод – основан на сравнении интенсивности окрашивания полученного раствора визуальным способом с контрольной пленочной шкалой (определение водородного показателя, общего железа). Дополнительно для определения водородного показателя использовался рН-метр.
Титриметрический метод– основан на количественном определении объема раствора одного или двух веществ, вступающих между собой в реакцию, причем концентрация одного из них точно известна – титрант (титрованный раствор). При помощи титриметрического метода были проведены исследования на количественное содержание в минеральной воде анионов: кабонат- и гидрокарбонат-ионов, сульфат-ионов, хлорид-ионов.
Исследование проводилось в течение двух недель во время Межрегиональной экологической экспедиции школьников России, организованной «Учительской газетой» и межрегиональным клубом «Учитель года России», при поддержке Федерального агентства по образованию.
Целью экспедиции является обучение методике и практике исследований экологического характера в полевых мастерских, а также ознакомление с природными комплексами особо охраняемых территорий Российской Федерации и широкий обмен опытом в области естественных наук между учителями России. Более подробно, мы остановимся на экспедиции 2013 года, которая проходила в Ставропольском крае, на территории Кавказских Минеральных Вод.Кавказские Минеральные Воды - самый известный курорт России, на котором осуществляется лечение минеральными водами. Запасы минеральной воды, сосредоточенные в этом районе, огромны и разнообразны.
Поэтому одной из мастерских в рамках экспедиции была «На100%ящая вода» под руководством Терещенко Людмилы Николаевны, учителя химии и биологии МКОУ СОШ №9 п. Уралец и Вережниковой Оксаны Николаевны, учителя химии лицея №3 г.Сарова. В данном проекте мы хотим обобщить результаты работы, проделанной во время работы мастерской. Занятия проводились с использованием мини-лаборатории фирмы «Christmas+». Систематизированные и представленные нами материалы – это итог не только нашей работы, но и труд многих участников экспедиции.
В ходе работы нами были исследованы четыре разновидности бутилированной минеральной воды, приобретенные в пунктах розничной торговли г. Пятигорска и вода «Обуховская – 11», купленная в п. Уралец, а также шесть разновидностей воды из бюветов и открытых источников.
В целом, данные на этикетках соответствуют требованиям, предъявляемым к упаковкам продуктов, хотя на этикетке воды «Нагутская – 26» не указано наименование предприятия-изготовителя. Общая минерализация соответствует типу минеральной воды. Анализ позволяет предположить подлинность продукта и возможность безопасного употребления, согласно рекомендациям.
Органолептические свойства воды
К органолептическим свойствам относятся такие характеристики:
цветность, прозрачность, запах, вкус и привкус, пенистость, количество взвешенных веществ.
Результаты органолептических исследований представлены в таблицах 1, 2:
Исследование показало отсутствие карбонат-ионов в воде (наличие этого иона не указано на этикетке). Экспериментальные данные подтверждают анионный состав, заявленный изготовителем. Значение водородного показателя позволяет отнести все виды воды к кислым. Мы считаем, что вся минеральная вода является качественной и пригодной для употребления.
Данные количественного анализа приведены ниже:
Сульфатные рекомендуются тем, у кого наблюдаются проблемы с печенью и желчного пузыря (в качестве желчегонного, а также как слабительное), ожирение и сахарный диабет.
Хлоридные- способствуют регулировке работы кишечника, желчевыводящих путей и печени.
Противопоказания к применению - повышенное давление.
Наше исследование было направлено на изучение химического состава и свойств минеральных вод различных источников, а также условий правильного применения минеральной воды. Мы считаем, что в ходе работы над проектом, полностью достигли поставленной цели.
Органолептический и химический анализ широкого спектра минеральных вод позволил классифицировать и подтвердить подлинность образцов, оценить вкусовые качества и полезность использования минеральной воды в повседневной жизни, а также в лечебных целях.
Продуктами нашего исследования являются:
- буклет, включающий полезную информацию о составе, свойствах и применении минеральной воды; - рекомендации по правильному выбору и использованию минеральной воды. Данная информация будет полезна, например, учащимся нашей школы, которые, как показал проведенный нами соцопрос, обладают недостаточными знаниями в данной области. Работа над проектом позволила нам расширить свой кругозор, а также усовершенствовать навыки проведения химического эксперимента. Использование полевой мини-экспресс-лаборатории «Крисмас+» открыло широкие возможности ее применения для проведения различных химических исследований, например, в области экологического мониторинга воды, почвы, воздуха.
За время участия в экспедициях и туристических походах, мы научились видеть ценность и красоту того, что нас окружает. Результаты наших исследований позволяют помочь людям понять необходимость сохранения нашего главного богатства – природы. Теперь мы можем сказать, что минеральная вода – это уникальный дар, который необходимо беречь, чтобы использовать его на службу нашему здоровью.
Источники информации в литературе и Интернете
1. ГОСТ 51232-98 «Вода минеральная».
2. Алексеев С.В., Беккер А.М. Изучаем экологию экспериментально.– С-Петербург, 1993.
3. Кавказские Минеральные Воды // Под общ.ред. М. С. Сартаковой. - М.: Вокруг света, 2006.
4. Меркушева Н. Б. Лечение минеральными вода¬ми. - Пятигорск: Прайс, 2004.
5. Ганейзер Г. Е. « Подземные воды нашей Земли», М., Просвещение, 1990
6. Черникова А. П. « Какую воду мы пьем», М., Просвещение, 1999
7. Научный журнал «География и природные ресурсы» №2 СО РАН, Новосибирск, 1999г.
См. также