УДК 574.44

ОПРЕДЕЛЕНИЕ СОДЕРЖАНИЯ КАТИОНОВ И АНИОНОВ В ПИТЬЕВОЙ ВОДЕ МЕТОДОМ КАПИЛЛЯРНОГО ЭЛЕКТРОФОРЕЗА

Сагдеев Максим Артурович1, Чигринева Наталья Алексеевна2, Сальникова Валерия Игоревна3
1Оренбургский государственный университет, студент группы 14ФПХ (с) АХ химико-биологического факультета
2Оренбургский государственный университет, студентка группы 14ФПХ (с) АХ химико-биологического факультета
3Оренбургский государственный университет, студентка группы 16ЭкоП (ба) Эк геолого-географического факультета

Аннотация
В данной работе проведена оценка содержания катионов и анионов в питьевой воде различных районов Оренбургской области. Установлены количественные значения катионно-анионного состава воды методом капиллярного электрофореза. Выявлено,что вода не превышает ПДК и пригодна для питья с точки зрения катионно-анионного состава.

Ключевые слова: анионы, капилярный электрофорез, катионы, питьевая вода


A STUDY OF THE CATION-ANIONIC COMPOSITION OF WATER BY THE METHOD OF CAPILLARY ELECTROPHORESIS

Sagdeev Maxim Arturovich1, Chigrineva Natalia Alekseevna2, Salnikovа Valeriya Igorevna3
1Orenburg State University, student group 14FPH(s)AX chemical and biological faculty
2Orenburg State University, student group 14FPH(s)AX chemical and biological faculty
3Orenburg State University, student group 16EkoP(ba)Ek geological and geographical faculty

Abstract
The purpose of this study is to assess the contents of cations and anions in drinking water in different districts of Orenburg region. Quantitative values of the cation-anionic composition were identified by the method of capillary electrophoresys. It has been revealed that the composition of the studied water does not exceed the maximum permissible concentrations and the cation-anionic composition allows to use it for drinking.

Рубрика: 02.00.00 ХИМИЧЕСКИЕ НАУКИ

Библиографическая ссылка на статью:
Сагдеев М.А., Чигринева Н.А., Сальникова В.И. Определение содержания катионов и анионов в питьевой воде методом капиллярного электрофореза // Современные научные исследования и инновации. 2017. № 3 [Электронный ресурс]. URL: http://web.snauka.ru/issues/2017/03/79588 (дата обращения: 26.05.2017).

Питьевая вода – это вода, предназначенная для ежедневного и безопасного пользования человеком и другими живыми организмами. Она должна иметь строго регламентированный стандарт по составу и свойствам, а также  характеризоваться пониженным содержанием солей и сухого остатка. Вода из пресных источников чаще всего непригодна для питья, и для того чтобы она соответствовала санитарным нормам и правилам, её очищают и подготавливают.

Цель данной работы – оценка содержания различных ионов в питьевой воде различных районов Оренбургской области.

Для достижения поставленной цели необходимо решить следующие задачи:

– провести анализ литературы, научных и технических достижений в мировой практике по исследованию содержания катионного и анионного состава воды;

– определить содержание катионов и анионов  в питьевой воде Оренбургской области методом капиллярного электрофореза;

– сравнить полученные результаты по содержанию катионов и анионов в воде с предельно–допустимыми концентрациями.

В качестве пунктов пробоотбора были выбраны следующие:  г.  Новотроицк, г. Орск,  Илекский и Новосергиевский районы.  Пробы  воды  отбирались согласно ГОСТу31862-2012 «Вода питьевая. Отбор проб» [1]. В каждом населенном пункте отбирали по 5 проб. В исследуемых образцах определяли содержание анионов (Cl-, NO2-, SO42-, NO3-, F-, PO43-) и катионов (NH3+, K+, Na+, Mg2+, Ba2+,  Ca2+) методом капиллярного электрофореза [2, 3].

Метод капиллярного электрофореза реализуется  за счёт разделения заряженных компонентов сложной смеси в кварцевом капилляре под действием приложенного электрического поля [4].

Небольшое количество анализируемого раствора вводят в капилляр, предварительно заполненный нужным буферным раствором-электролитом.

Далее к концам капилляра подают высокое напряжение (до 30кВ) и компоненты смеси с разной скоростью в зависимости от заряда и массы начинают двигаться  к зоне детектирования. Информация о прохождении зоны детектирования оцифровывалась и передавалась на компьютер, в виде пиков на электрофореграмме.

Полученная последовательность пиков называется электрофореграммой; качественной характеристикой вещества является время миграции, а количественной – высота или площадь пика, пропорциональная концентрации вещества. Обработка полученных электрофореграмм была  проведена в программе “Мультихром”.

Первым этапом в работе была подготовка буферных растворов. Рабочий буферный раствор для определения неорганических анионов состоит из смеси 2,2-дигидроксиэтиламин (основание) и хромовой кислоты с добавкой катионного ПАВ бромида (или гидроксида) цетилтриметиламмония ЦТАБ или ЦТАОН. Анионы мигрируют в зону детектирования в следующем порядке: хлорид, нитрит, сульфат, нитрат, фторид, фосфат.

В результате проведенных исследований было установлено, что содержание ионов хлора наименьшее в воде г. Орска и составляет 69,66 мг/мл, а наибольшее в воде г. Новотроицка  – 157,72 мг/мл (таблица 1).  Полученные значения не превышают ПДК (350 мг/мл).

Таблица 1 – Содержание анионов в питьевой воде

Анионы, мг/л

Населенный пункт

ПДК

мг/л

г. Орск

г. Новотроицк

Илекский район

Новосергиевский район

Cl-

69,66±1,845

157,72±5,072

114,50±3,96

144,02±5,454

350

NO2-

0,03±0,001

0,00071±0,00003

0,004±0,0002

0,019±0,001

3

SO42-

99,81±4,591

173,11±4,501

142,10±4,24

184,43±5,84

500

NO3-

1,43±0,051

37,06±1,371

4,64±0,19

33,81±0,96

45

F-

0,44±0,001

0,03±0,0012

0,33±0,007

0,16±0,003

1,5

PO43-

108,30±4,589

121,11±2,373

110,82±1,35

122,71±3,013

-

Содержание нитритов минимально в г. Новотроицке (0,00071 мг/мл). Содержание сульфитов, нитратов, фторидов и фосфатов также не превышает ПДК.

Известно [4], что для регистрации пиков катионов, применяют косвенное детектирование, т.е. в состав ведущего электролита вводят поглощающий катион бензимидазола (БИА) в концентрации 0,01 М, которая обеспечивает необходимую оптическую плотность исходного раствора. При разделении катионы пробы эквивалентно замещают в растворе катион бензимидазолия, что в итоге приводит к снижению оптической плотности в зоне каждого катионного компонента.

При электрофорезе в зону детектирования первыми мигрируют катионы калия и аммония. Их электрофоретическая подвижность одинакова, и на электрофореграмме без специальных мер, они выходят одним пиком. Для того чтобы идентификация катионов калия и аммония была возможна, в состав буферного раствора вводят добавку вещества под названием 18-краун-6.18-краун-6 – это макроцикл с гидрофильной внутренней полостью, размер которой практически идентичен размеру ионного радиуса иона калия. В результате взаимодействия краун эфира с катионом калия образуется комплекс, система “гость» – «хозяин”, где “гостем” является катион калия, а “хозяином” – молекула краун-эфира. В результате образования комплекса, подвижность ионов калия снижается, а подвижность других катионов остается без изменений. После миграции катионов калия и аммония с хорошим разрешением мигрируют пики натрия, магния, бария  и кальция.

В таблице 2 представлены результаты исследований катионного состава воды. Видно, что содержание катиона аммония наибольшее в питьевой воде г. Орска, а наименьшее в Новосергиевском районе. Все исследуемые образцы характеризуются низкими значениями концентраций катионов калия и натрия.  Минимальное значение содержания катиона бария обнаружено в воде  Новосергиевского района 0,033 мг/л, при ПДК = 0,7 мг/л.

Таблица 2 – Содержание катионов в питьевой воде

Катионы, мг/л

Населенный пункт

ПДК

мг/л

г. Орск

г. Новотроицк

Илекский район

Новосергиевс-кий район

NH4+

1,50±0,061

0,11±0,003

0,39±0,008

0,29± 0,009

2,0

K+

0,63±0,213

0,77±0,034

1,02±0,022

1,72±0,077

200

Na+

48,33±1,208

52,14±1,042

81,05±2,801

39,26±0,981

Mg2+

14,19±0,681

18,51±0,684

9,01±0,315

11,29±0,422

40

Ba2+

0,21±0,006

0,34±0,012

0,47±0,018

0,033±0,001

0,7

Ca2+

31,61±0,853

22,57±1,037

29,97±1,258

18,38±0,838

160

Общая жесткость (ммоль/л)

2,7

2,6

2,2

1,8

7,0

Общая жесткость воды отражает суммарное содержание ионов кальция и магния. Жесткая вода мало пригодна для хозяйственно-бытовых нужд. Все исследуемые образцы характеризуются мягкой водой со средним значением показателя жесткости 2,3 ммоль/л, что соответствует установленным гигиеническим нормам (СанПиН 2.1.4.1074–01) [5]. Использование слишком мягкой воды может приводить к коррозии труб, так как, в этом случае отсутствует кислотно–щелочная буферность, которую обеспечивает гидрокарбонатная жёсткость. Потребление жёсткой или мягкой воды обычно не является опасным для здоровья, хотя есть данные о том, что высокая жёсткость способствует образованию мочевых камней, а низкая – незначительно увеличивает риск сердечно–сосудистых заболеваний  [6, 7].

Заключение

Результаты исследований свидетельствуют, что показатели качества питьевых вод в целом находятся в пределах нормы. Обнаружены низкие значения концентраций катионов калия и натрия во всех отобранных пробах. Мягкой водой со средним значением показателя жесткости 2,3 ммоль/л характеризуются питьевые воды изученных населенных пунктов.


Библиографический список
  1. ГОСТ 31862-2012. Вода питьевая. Отбор проб.- Введ. 2014-01-01.-Москва: Стандаринформ, 2013. -7с.
  2. ГОСТ 31867-2012. Вода питьевая. Определение содержания анионов методом хроматографии и капиллярного электрофореза. – Введ.2005-01-01. –Москва: ИПК Издательство стандартов, 2004.-10с.
  3. ГОСТ 31869-2012.Вода. Методы определения содержания катионов (аммония, бария, калия, кальция, лития, магния, натрия, стронция) с использованием капиллярного электрофореза. – Введ. 2014-01-01. – Москва: Стандаринформ, 2013. -17с.
  4. Комарова Н. В. Практическое руководство по использованию систем капиллярного электрофореза «КАПЕЛЬ»/ Н.В.Комарова, Я.С.Каменцев, — СПб.: ООО «Веда», 2006. — 212 с.
  5. Санитарные нормы и правила СанПиН 2.1.4.1074 – 01. Питьевая вода. Гигиенические требования к качеству воды централизованных систем водоснабжения. – М: Минздрав РФ, 2001. – 89 с.
  6. Голдовская-Перистая Л. Ф. Гигиеническая оценка качества питьевой воды централизованной системы водоснабжения Белгородской области по некоторым химическим показателям /Л.Ф. Голдовская-Перистая., В.А. Перистый, А.А. Шапошников // Научные ведомости БелГУ. Серия: Естественные науки. 2008. №3 (43)
  7. Косинцев В. И. Применение щелочных растворов и волокнистых фильтров для умягчения воды/В.И.Косинцев, В.М. Беляев, М.В.Куликова М, Н.В. Прокудин, Н.В. Маланова, Н.А. Шадская// Современные наукоемкие технологии. 2010. №7 С.79-80.


Все статьи автора «Чигринева Наталья Алексеевна»


© Если вы обнаружили нарушение авторских или смежных прав, пожалуйста, незамедлительно сообщите нам об этом по электронной почте или через форму обратной связи.

Связь с автором (комментарии/рецензии к статье)

Оставить комментарий

Вы должны авторизоваться, чтобы оставить комментарий.

Если Вы еще не зарегистрированы на сайте, то Вам необходимо зарегистрироваться: