Определение содержания катионов и анионов в питьевой воде методом капиллярного электрофореза

Размещено на http://www.allbest.ru/

ОПРЕДЕЛЕНИЕ СОДЕРЖАНИЯ КАТИОНОВ И АНИОНОВ В ПИТЬЕВОЙ ВОДЕ МЕТОДОМ КАПИЛЛЯРНОГО ЭЛЕКТРОФОРЕЗА

Сагдеев Максим Артурович,

Чигринева Наталья Алексеевна,

Сальникова Валерия Игоревна

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^-, 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].

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.

катион анион питьевой вода

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.

Размещено на Allbest.ru