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^-, SO₄^2-, NO₃^-, F^-, PO₄^3-) 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

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

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.