Определение содержания кальция и магния в минеральных питьевых водах

Размещено на http://www.allbest.ru/

ЮГОРСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ

ИНСТИТУТ ПРИРОДОПОЛЬЗОВАНИЯ

КАФЕДРА ХИМИИ

Курсовая работа по аналитической химии

Определение содержания кальция и магния в минеральных питьевых водах

Выполнил студент 2-го курса

Элимханов Х.Х.

Научный руководитель

Клименко Л.С.

г.Ханты-Мансийск

2013 г.

Введение

"Вода стоит особняком в истории нашей планеты. Нет природного тела, которое могло бы с ней сравниться по влиянию на ход основных, самых грандиозных геологических процессов. Не только земная поверхность, но и глубокие -- в масштабе биосферы -- части планеты определяются, в самых существенных своих проявлениях, ее существованием и ее свойствами".

Академик В. И. Вернадский

Вода - это древний универсальный символ чистоты, плодородия, источник самой жизни и хранитель тайн. Согласно многим гипотезам, сама жизнь на Земле зародилась в воде. Во всех известных религиях воду сравнивают с животворящей силой, с очищением и мудростью, с источником спасения, вода находит пути через любое препятствие.

Мудрецы Востока утверждают, что ничто не может так заворожить человека, как созерцание горящего огня и воды, журчащей и переливающейся в лоне ручья.

Один из первых исследователей - врач Архигенес, живший в 1в. н. э., утверждал, что лечебная сила подземных вод зависит от их состава. Писали о свойствах минеральной воды и такие великие врачи древнего мира, как Гиппократ и Гален.

Сегодня человек многого лишен: купаться в чистых водоемах, гулять под теплым летним дождем, а самое страшное то, что человечество лишено возможности пить и безгранично использовать для своих нужд чистую пресную воду.

От качества воды зависит качество нашей жизни. Проблема качественной питьевой воды в мире всегда стояла особенно остро. Наиболее доступная нам сегодня водопроводная вода мало похожа на живительную влагу. И "благодарить" за это нужно ржавые трубы, архаические системы очистки и безнадежно устаревшие ГОСТы, допускающие хлорирование.

Как известно, именно с водой мы получаем до 25% суточной потребности химических веществ организма. И эта химия имеет более высокую физиологическую ценность, чем поступающая с продуктами питания. Таким образом, избыток впрочем, как и регулярный недостаток того или иного химического элемента с необыкновенной легкостью может превращать друга - воду в заклятого врага. И жесткость воды усиленно привлекает к себе внимание в связи с выявленной обратной зависимостью между жесткостью воды и смертностью от сердечно-сосудистых заболеваний.

Конечно, это не полный список опасностей, которые подстерегают человека при использовании некачественной воды. Но при использовании качественной воды, человек оказывает себе неоценимую услугу. Именно поэтому исследование воды на сегодняшний день очень актуально.

Целью данной работы является проведение анализа минеральных вод "Родники России", "Ессентуки №4", "Обуховская -13" на содержание указанных катионов, таких как Ca²⁺, Mg²⁺. В ходе работы мы определим жесткости, а так же сравним данные с ПДК.

1. Литературный обзор

1.1 Виды питьевых минеральных вод

Минеральные воды имеют важное бальнеологическое значение и их широко используют в санаторно-курортном лечении. Минеральные воды используют для так называемого питьевого лечения и для ванн, купаний, душей, проводимых в бальнеолечебницах и в лечебных бассейнах, а также для ингаляций и полосканий при заболеваниях носоглотки и верхних дыхательных путей, для орошений при гинекологических болезнях, для промываний, главным образом при заболеваниях органов пищеварения, нарушениях обмена веществ и т. д. Для того, чтобы минеральные воды помогали при лечениях, а не наносили еще больший вред, нужно уметь различать их: на каждой бутылке помимо источника разлива указывается и вид минеральной воды.

В зависимости от концентрации солей, природные минеральные воды делят на:

-столовые

-лечебно-столовые

-лечебные

Столовая вода.

Минерализация природной столовой воды не превышает 1 г/л. Эта MB не содержит микрокомпонентов, оказывающих существенное терапевтическое воздействие, поэтому ее можно использовать без ограничений для утоления жажды и стимулирования пищеварения.

Такая вода добывается из природных подземных источников, свойства которых хорошо изучены. При правильной технологии приготовления она не должна подвергаться ни дополнительной обработке, ни длительной перекачке. Чтобы сохранить чистоту и качество воды, ее нужно разливать в бутылки недалеко от источника - вода должна доходить до потребителя по возможности необработанной. Поэтому гарантией качества является способ, которым производится разлив.

Своя минеральная вода есть во многих регионах нашей страны. Столовую воду, прошедшую природную фильтрацию в экологически чистом месте, рекомендуется использовать и для приготовления пищи: блюда всегда будут значительно вкуснее и полезнее. Такая MB выводит шлаки, помогает снизить вес и замечательно тонизирует. На российском рынке представлено достаточно и отечественных ("Сенежская", "Селивановская", "Святой источник", "Сарова" и пр.), и зарубежных минеральных вод.

Экологически чистых природных источников немного. Поэтому не секрет, что в продаже появляются искусственные минеральные воды- Bonaqua, Aqua minerale, многочисленные отечественные марки. Производство такой воды проходит две стадии. Сначала ее скачивают из артезианской скважины, а чаще - из водопровода, а затем подвергают глубокой очистке. Тщательная фильтрация убивает не только вредные примеси, но к сожалению и все полезные соли и минералы. Чтобы такую воду все же можно было назвать минеральной, ее подвергают дальнейшей обработке, искусственно "прививают" полезные свойства, насыщают солями. На выходе получается не активная живая среда, а элементарный раствор солей. Такая вода никакого отношения к минеральным водам не имеет. Главное требование, предъявляемое ей - приятный вкус и безвредность.

По химическому составу различается шесть классов минеральных вод: гидрокарбонатные, хлоридные, сульфатные, смешанные, биологически активные и газированные. Но есть и другая трактовка этой классификации -- по ионному составу:

* гидрокарбонатные (щелочные) -- предназначены для тех, кто занимается спортом (оказывают благоприятное влияние при усиленной мышечной работе, восстанавливая резервную щелочность крови, а также при диабете, инфекционных заболеваниях). Применяются при лечении мочекаменной болезни и подагры. Противопоказания -- гастрит (т.к. выделяющийся при распаде гидрокарбонатов углекислый газ стимулирует секрецию желудочного сока);

* сульфатные -- рекомендуются тем, у кого наблюдаются проблемы с печенью и желчного пузыря (в качестве желчегонного, а также как слабительное), ожирение и сахарный диабет. Категорически нельзя употреблять такую воду детям и подросткам, так как сульфаты препятствуют росту костей, связывая кальций пищи в просвете ЖКТ в нерастворимые соли;

* хлоридные -- способствуют регулировке работы кишечника, желчевыводящих путей и печени. Противопоказания к применению (категорически) -- повышенное давление;

* магниевые -- помогают при стрессовых ситуациях. Противопоказания

-- склонность к расстройству желудка и т.д.

Лечебно-столовые воды:

Лечебно-столовая вода с общей минерализацией от 1 до 10г/л содержит биологически активные компоненты: железо - 10 мг/л; мышьяк - 0,7 -- 1,5 мг/л; бор - 35 мг/л ( в перерасчете на ортоборную кислоту); кремний - 50 мг/л (в перерасчете на метакремниевую кислоту); бром - 25мг/л; йод - 5 мг/л; органические вещества 8-30 мг/л (в перерасчете на углерод).

Лечебно-столовые воды не пригодны для приготовления пищи и их лучше пить в ограниченных количествах (доза зависит от состояния человеческого организма). Этот тип воды преобладает в России, к нему относятся большинство широко известных марок: "Боржоми", "Нарзан", "Славяновская" и др. Они обладают лечебным и физиологическим действием, но не стоит прислушиваться к рекомендациям, приведенным на этикетках, так как совет может дать только врач-бальнеолог. Самолечение может привести к нарушению солевого баланса в организме и к обострению хронических заболеваний. Воздействие даже одной и той же воды может быть противоположным. Взять хотя бы "Нарзан": если пить его прохладным (16-18°С), маленькими глотками, то желудок с ослабленной секреторной функцией станет работать лучше. А если данная функция избыточна, "Нарзан" следует пить теплым, быстро и большими глотками.

Нужно не забывать и о том, что лечебно-столовые воды, также как и лечебные, нельзя пить при заболеваниях желудка и кишечника.

Лечебные воды:

Отличительная особенность лечебной воды - повышенное содержание солей и биологически активных элементов, придающих ей целебные свойства. Если на этикетке написано, что содержание солей превышает 10мг/л, то эту воду можно отнести к разряду лечебных. Причем, если есть указание: "Возможен естественный осадок минеральных солей", это означает, что вода ими перенасыщена. При систематическом употреблении такой воды, соли могут накапливаться в мышцах и суставах, вызывая различные осложнения. Пить лечебную воду нужно строго по рекомендации врача. Не случайно во многих странах лечебная минеральная вода только в аптеках и только по рецепту врача. Более осторожного отношения требует минеральная вода с повышенной концентрацией мышьяка, бора, железа, которую употребляют строго по рекомендации специалиста. Предназначение таких минеральных вод, заключается в лечении желудочно-кишечного тракта, печени и почек. В такой воде присутствуют все необходимые организму микро- и макроэлементы, сбалансированные самой природой. Так, кальций, находящийся в гидрокарбонатных водах обладает противовоспалительным действием, магний -- спазмолитическим.

1.2 Комплексонометрическое титрование

Комплексонометрия (трилонометрия) - титриметрический метод анализа, основанный на реакциях взаимодействия комплексонов (чаще всего трилона Б), катионами щелочноземельных и тяжелых металлов, которые приводят к образованию растворимых в воде бесцветных прочных внутрикомплексных соединений.

В аналитической химии широко применяется метод анализа, основанный на использовании реакций, сопровождающихся образованием внутрикомплексных (хелатных) соединений с органическими соединениями - комплексонами. Комплексонами называют аминополикарбоновые кислоты и их производные.

Из большого числа комплексонов в титриметрическом анализе особенно широко используются этилендиаминтетрауксусная кислота (H4Y)/. Сама кислота малорастворима в воде, поэтому применяют ее двунатриевую соль Na₂H₂Y*2H₂0 (ЭДТА, комплексон III, трилон Б).

Будучи полидентатным лигандом, этилендиаминтетраацетат-ион с ионами практически всех металлов дает прочные комплексы. Взаимодействии ионов металлов с ЭДТА проходят реакции:

Ме²⁺ + H₂Y^2- = MY^2- + 2Н⁺

Ме³⁺+ H₂Y^2- = MY^- + 2Н⁺

Ме⁴⁺ + Н₂Y^2- = MY + H⁺

Эти реакции показывают, что независимо от заряда иона образуются комплексы состава 1:1, поэтому молярные массы эквивалентов ЭДТА и определяемого иона металла равны их молярным массам.

При проведении титрования следует особое внимание обратить на то, что степень протекания реакций комплексообразования с комплексонами в значительной степени зависит от pH и константы устойчивости комплексов. Это учитывают, проводя расчет условной (кажущейся) константы устойчивости, описывающей равновесие для определенного значения pH, по формуле lgв'MY=lgвMY - Ig бY. Если учитывать и побочную реакцию комплексообразования с присутствующим в растворе другим лигандом (например, NH3), то lgв'MY=lgвMY - Ig бY - Ig бM

В таблице 1.1 приведены значения lgaY для ЭДТА в области pH от 1 до 12.

Таблица 1.1

Для фиксирования точки эквивалентности используются металлохромные индикаторы, которые при взаимодействии с катионами образуют комплексные соединения, но менее прочные, чем комплексные соединения катионов с комплексонами.

На практике выполняется работа по определению кальция и магния в воде. При титровании солей кальция и магния раствором ЭДТА для фиксирования точки эквивалентности используется краситель эриохромовый черный Т (H3Ind).

При pH = 7-11 этот органический краситель, относящийся к классу металлохромных индикаторов, образует с катионом окрашенные комплексные соединения:

Са²⁺ + Hind^2- (синий) = Calnd^- (красный) + Н⁺

Mg²⁺ + Hind^2- (синий) = Mglnd^- (красный)+ Н⁺

Igв (Calnd^-) =5.4

lgв (CaY^2-) = 10.70

lgв (MgInd^-) =7.0

lgв (MgY^2-) =8.69

Учитывая, что Ca²⁺ и Mg²⁺ образуют более устойчивые комплексы с комплексоном III, чем соответствующие комплексы с индикатором, при титровании последние разрушаются:

Calnd^- + H₂Y^2- = Hind^2- + CaY^2- + H⁺

Mglnd^- + H₂Y^2- = Hind^2- + MgY^2- + H⁺

Появление чистой синей окраски свободного иона индикатора указывает на окончание реакции и, следовательно, конец титрования.

1.3 Жесткость воды

Жесткость воды представляет собой природное свойство воды, зависящее от наличия главным образом в ней растворенных солей кальция и магния. Суммарное содержание этих солей называют общей жесткостью.

Комплексонометрическое определение с хромоген черным:

Метод предназначен для анализа неокрашенных и слабо окрашенных вод с величиной жесткости свыше 0,5 ОЖ. Метод основан на титровании пробы трилоном Б в щелочной среде с индикатором хромоген черным.

Раствор комплексона III образует с ионами кальция и магния малодиссоциированные комплексы. Поскольку соединения кальция комплексоном III менее диссоциировано по сравнению с комплексным соединением магния, при титровании трилоном Б сначала связываются ионы кальция, а затем магния.

Индикатор хромоген черный (Na2Hind) образует с ионами магния малодиссоциируемый комплекс красно-фиолетового цвета, который при добавлении комплексона III как более диссоциированный разрушается. Магний при этом переходит в соединение с комплексоном III и окраска индикатора хромоген черного переходит в голубую.

Поскольку окраска раствора зависит не только от изменения содержания магния, но и от величины pH, последнюю необходимо поддерживать около 10, добавлением буфера.

2. Экспериментальная часть

минеральный комплексонометрический реагент хромоген

Определение кальция и магния при совместном присутствии.

Определение общей жесткости воды.

1. Комплексон III, Na₂H₂y. 2Н₂O, 0,0500 н. раствор.

2. Аммиачная буферная смесь с pH = 10 (67 г. NH₄CI и 570 мл 25%-ного NH₃ в 1л р-ра)

3. Натрий гидроксид, NaOH, 2М раствор.

4.Эриохром черный Т(ЭХЧ-Т), смесь с NaCl в отношении 1:200

5. Мурексид, смесь с NaCl в отношении 1:200

Выполнение работы:

1.Отбирают пипеткой 10 мл исследуемой воды и переносят в коническую колбу, прибавляют 15 мл аммиачного буфера, перемешивают раствор и прибавляют на кончике ложечки около 0,05 г индикатора ЭХЧ-Т. Раствор перемешивают и титруют 0,05н. раствором комплексона III до перехода красной окраски в синюю. Записывают значение V1, соответствующее объему комплексона III, пошедшего на титрование пробы воды. Жесткость воды рассчитывают по формуле:

Ж=(1000*C_H(Na₂H₂Y)* V(Na₂H₂Y))/V_АЛммоль-экв/л (3.1)

2. Отбирают пипеткой 10 мл исследуемого раствора, добавляют 2-Змл NaOH, мурексид на кончике ложечки до окрашивания раствора в розовый цвет и титруют раствором комплексона III до изменения розовой окраски раствора в сине-фиолетовую. Записывают значение V2. Полученные данные используют для расчета количества Са²⁺ в пробе. Разность (V₂-V₁) можно использовать для определения количества магния в растворе.

Массу магния и кальция рассчитываем по формулам:

m(Са) = (С(ЭДТА)*V₂*М(Са))/ 1000 (3.2)

m(Mg)=(С(ЭДТА)*(V₁-V₂)*M(Mg))/1000 (3.3)

3 .Анализ минеральной воды

(обсуждение результатов проведенной работы)

Для анализа были взяты пробы пяти минеральных вод различных торговых марок: "Родники России", "Ессентуки №4", "Обуховская -13"

2.1 Определение кальция и магния

Для определения катионов кальция и магния использовали комплексонометрическое титрование. Метод определения кальция и магния при совместном присутствии заключается в том, что одну порцию раствора титруют в присутсвии эриохрома черного Т. При этом оттитровывают кальций и магний. Другую порцию раствора титруют с мурексидом. Мурексид является индикатором и на кальций и на магний, но если перед титрованием ввести в титруемый раствор едкий натр, то магний осаждается в виде гидроксида и не титруется ЭДТА, титруется только кальций. Количество магния определяют по разности титрования суммы кальция и магния в присутствии ЭХЧ-Т и титрования гидроксида кальция в присутствии мурексида. Результаты титрования записываем в таблицу 2.1.

Таблица 2.1.

По формулам 3.2 и 3.3 рассчитываем содержание кальция и магния в минеральной воде и записываем полученные результаты в таблицу 2.2

Таблица 2.2

Сравниваем полученные результаты с результатами на этикетке. Исходя из этого, можем сделать вывод: содержание кальция и магния в минеральных водах "Родники России", "Ессентуки №4", "Обуховская -13" соответствует указанному содержанию на этикетке.

По формуле 3.1 рассчитываем общую жесткость минеральной воды:

Таблица 2.3

Заключение

В ходе проделанной работе провели анализ минеральных питьевых вод на содержание катионов кальция и магния и их соответствие содержанию, указанному на этикетке. Наилучшее совпадение показателей установлено для минеральной воды "Родники России" и "Ессентуки №4". Для минеральной воды "Обуховская -13" имеется незначительное несоответствие.

Литература

1. Основы аналитической химии. В 2 кн. Методы химического анализа: Учебник для вуза/ Ю.А.Золотов, Е.А.Дорохов, В.И. Фадеева и др. / под ред. Ю.А. Золотова. - 3-е издание, перераб. и доп. - М.:Высш.шк. 2004. - 503 с.

2. Васильев В.П. Аналитическая химия. Лабораторный практикум: Учебное пособие для вузов/В .П.Васильев, Р.П.Морозова, Л.А.Кочергина; под ред. В.П. Васильева. - 3-е изд., стереотип. - М.: Дрова, 2006. - 414с.

3. Лабораторный практикум по аналитической химии. В 2-ух частях.Часть1/ Л.С.Клименко. - Ханты-Мансийск: Информационно¬издательский центр ЮГУ, 2010. - 101с.

4. Шемякин Ф.М. Аналитическая химия. Изд. 3-е. М.: "Высш.школа", 1973.-559с.

5. Унифицированные методы анализа вод. Под ред. Ю.Ю.Лурье. - М.: "Химия", 1973. - 375с.

6. Н.Е. Клюкова. Осадительное и комплексонометрическое титрование. У.: УлГТУ, 2002, с. 1-32.

Размещено на Allbest.ru