Качественный анализ минеральной воды различных производителей региона Кавказские минеральные воды

XIII Международный конкурс научно-исследовательских и творческих работ учащихся
Старт в науке. Летняя площадка 2021

Качественный анализ минеральной воды различных производителей региона Кавказские минеральные воды

Никоненко А.А. 1
1МБОУ СОШ №5, г. Пятигорск
Болотина В.В. 1
1МБОУ СОШ№5, г. Пятигорск
Автор работы награжден дипломом победителя III степени
Текст работы размещён без изображений и формул.
Полная версия работы доступна во вкладке "Файлы работы" в формате PDF

Введение

Кавказские Минеральные Воды по праву слывут жемчужиной Кавказа. Как бальнеологический курорт они известны с глубокой древности. В XIX веке сюда стремились со всех сторон России. Сегодня Кавказские Минеральные Воды России — это крупнейший курортный регион федерального значения, который по богатству, разнообразию, количеству и ценности минеральных вод и лечебной грязи не имеет аналогов на Евро-Азиатском континенте. В этом уникальном на нашей планете курортном уголке сто двадцать минеральных источников, природный радон и целебная грязь озера Тамбукан.

Минеральная вода — одно из древнейших природных лекарств, употребляемых людьми. Природные полезные свойства минеральной воды уникальны, ведь они формировались в недрах земли, в совершенно особых условиях. Они проходят естественную обработку различными горными породами, высокими температурами, растворенными газами, всевозможными энергетическими полями. Эти воды несут огромную информацию в своем составе, структуре и свойствах. Именно этим объясняются их неповторимые вкусовые и  оздоравливающие качества. А поскольку искусственно воссоздать условия подземной природной лаборатории невозможно, никакой комплекс минералов не сравнится с природной минеральной водой.

Так как наш край богат природными минеральными источниками, на его территории действует большое количество заводов, в том числе и частных по розливу минеральной воды природных источников, поставляющие минеральную воду в бутылках по всему миру.

Актуальность: Рынок питьевой и минеральной воды на сегодняшний день является одним из самых быстрорастущих потребительских рынков России. Лечебно-столовые и питьевые минеральные воды являются мощным фактором восстановительного лечения, они зарекомендовали себя эффективным средством в системе реабилитации больных, особенно широко применяются питьевые минеральные воды при заболеваниях органов пищеварения.[2]

Гипотеза: Мы исследуем минеральную воду местных производителей и предполагаем, что вся эта вода полезна для человека и потребителям на этикетке отображается достоверная информация о продукте.

Цель исследования: Исследовать химический состав столово-питьевых минеральных вод местных производителей, взятых с прилавков магазинов и сравнить полученные данные с данными, заявленными от производителей, Изучить воздействие минеральных вод на живые клетки растений.

Объект исследования: лечебные, лечебно-столовые и столово-питьевые минеральные воды региона КМВ, реализующиеся в торговых сетях области и за ее пределами.
Задачи исследования:
1.Изучить всю имеющуюся информацию, в том числе литературные источники по данному вопросу;
2.Изучить биологическую роль минеральных вод на здоровье человека;
3.Провести исследования химического состава разных марок минеральных вод;
4.Сравнить данные с этикеток с данными экспериментального исследования;

5. Изучение влияния минеральной воды на развитие живых организмов.

6.Воспитать бережное отношение к собственному здоровью и к правильному использованию минеральных вод

1. Теоретическая часть

1.1 Химические элементы, входящие в состав минеральных вод

При покупке минеральной воды нужно ориентироваться не только на её вкусовые качества, но и на химический состав. Химический состав минеральной воды представляет собой, в первую очередь, разнообразные комбинации из шести основных компонентов: натрий (Na), кальций (Са),магний (Мg), хлор (Сl), сульфат (SO4) гидрокарбонат (НСО3).

Двуокись углерода) также является важным компонентом минеральной воды, так как за счёт взаимодействия углекислого газа с подземными породами и формируются лечебные свойства воды. Углекислый газ, кроме того, смягчает вкус напитка и способствует лучшему утолению жажды. Он также стабилизирует химический состав минеральной воды, поэтому для сохранения всех полезных свойств её перед розливом дополнительно насыщают двуокисью углерода.

В небольших количествах в минеральной воде содержится почти вся таблица Менделеева в микро- и ультра микродозах. В наибольшем количестве в ней представлены: железо, йод, фтор, бром, мышьяк, кобальт, молибден, медь, марганец и литий.

Хлор влияет на выделительную функцию почек. Калий и натрий  поддерживают необходимое давление в тканевых и межтканевых жидкостях организма. Йод активизирует функцию щитовидной железы, участвует в процессах рассасывания и восстановления. Бром усиливает тормозные процессы, нормализуя функцию коры головного мозга. Железо входит в структуру гемоглобина, его недостаток в организме приводит к анемии. Медь помогает железу переходить в гемоглобин.

1.2 Классификация минеральных вод

а) По содержанию минеральных веществ минеральные воды делятся на:

Столовые - уровень минерализации не превышает 1 г/л. Способны нормализовать функцию пищеварительных органов; ценны чистотой и безвредностью для организма; можно использовать без консультации врача, пить без ограничений, сочетая природный вкус и пользу для здоровья.
Лечебно-столовые - уровень минерализации в рамках 1-10 г/л, отличаются
приятными вкусовыми качествами, оказывают не лечебное, а скорее профилактическое, воздействие на организм; могут потребляться на нерегулярной основе относительно здоровыми людьми.
Лечебные - уровень минерализации более 10 г/л, не подходят для утоления жажды, а только для лечения и принимаются по назначению врача в соответствующей дозировке при определенной методике потребления.

б) По температуре различаются:

холодные, t < 20°С;

теплые, t = 21-36°С;

горячие (термальные), t=37-42°С;

очень горячие (высокотермальные), t > 42°С минеральные воды.

в) Классификация минеральных вод в зависимости от газового состава и наличия специфических элементов:

Углекислые (кислые) минеральные воды

Сульфидные (сероводородные) минеральные воды

Бромистые минеральные воды

Йодистые минеральные воды

Мышьяковистые минеральные воды

Радиоактивные (радоновые) минеральные воды

г) Классификация по ионному составу

Бикарбонатная вода (содержит: более 600 мг бикарбонатов на литр).

Сульфатная вод (содержит: более 200 мг сульфатов на литр).

Хлоридная вода (содержит: более 200 мг хлоридов на литр).

Магниевая вода (содержит: более 50 мг магния на литр).

Фторная вода (содержит: более 1 мг фтора на литр).

Железистая вода (содержит: более мг железа на литр).

Кислая вода (содержит: более 250 мг ангидридов углекислоты на литр).

Натриевая вода (содержит: более 200 мг натрия на литр).

1.3Состав и применение минеральных вод, взятых для исследования

В таблице 1 представлено содержание о минеральных водах из этикеток.

Таблица 1.

 

страна-изготовитель

наименование источника

тип - газированная или негазированная

наименование фирмы-изготовителя и ее адрес

объем в литрах

товарный знак

химический состав воды

назначение воды

условия хранения

 

Образец 1

+

+

+

+

+

+

+

+

+

Образец 2

+

+

+

+

+

+

+

+

+

Образец 3

+

+

+

+

+

+

+

+

+

Образец 4

+

+

+

+

+

+

+

+

+

Образец 5

+

+

+

+

+

+

+

+

+

Анализ таблицы показал, что этикетки содержат полную информацию о минеральных водах.

1) Образец 1 лечебная хлоридно-гидрокарбонатная натриевая, борная природная питьевая минеральная вода высокой минерализации (10,0–14,0 г/л).

Анионы , мг/л.

Катионы, мг/л.

гидрокарбонат HCO3 — 4900–6500

кальций Ca2+ — 50–200

сульфат SO42− — менее 25

магний Mg2+ — менее 150

хлорид Cl — 1700–2800.

натрий + калий Na++K+ — 2700–400

 

Борная кислота H3BO3 — 40–90.

 

Растворенный в добываемой воде углекислый газ — 500–2350

Минерализация 10-14 г/ , показана для лечения следующих заболеваний (вне фазы обострения):

хронические гастриты с нормальной и пониженной кислотностью

синдром раздраженной кишки, дискинезия кишечника

заболевания печени, желчного пузыря и желчевыводящих путей

сахарный диабет

ожирение

2. Образец 2– вода минеральная питьевая лечебно – столовая. Газированная хлоридно-гидрокарбонатная, борная, натриевая.

Анионы, , мг/л.

Катионы, мг/л.

сульфат SO42−  < 30

натрий + калий Na++K+  - 1900-2500

хлорид Cl – 1000-1600

кальций Ca2+  <100

гидрокарбонат HCO3 – 3900 - 4000

магний Mg2+  <100

Минерализация 7,0-9,5г/ , показана для лечения следующих заболеваний (вне фазы обострения):

Язвенная болезнь желудка и 12-перстной кишки

Хронический гастрит

Заболевания кишечника

Болезни печени, Болезни желчного пузыря

Хронический панкреатит

Восстановление после операционного вмешательства по поводу язвы желудка

3. Образец 3– природная лечебно- столовая минеральная вода, относится к углекислым сульфатно-гидрокарбонатным кальциево – натриевым водам средней минерализации.

Анионы, мг/л.

Катионы, мг/л.

сульфат SO42−  800-1000

натрий + калий Na++K+  <600-800

хлорид Cl – 250-350

кальций Ca2+ — 250-350

гидрокарбонат HCO3 – 1200-1500

магний Mg2+  < 50

Общая минерализация 3,0-4,0 мг/л., показана для лечения следующих заболеваний (вне фазы обострения):

хронические гастриты с нормальной и повышенной секреторной функцией желудка; язвенная болезнь желудка и двенадцатиперстной кишки;

болезни кишечника (синдром раздраженного кишечника, дискинезия кишечника);

болезни печени, желчного пузыря и желчевыводящих путей;

болезни поджелудочной железы (хронический панкреатит)

нарушение органов пищеварения после оперативных вмешательств по поводу язвенной болезни желудка; постхолецистэктомические синдромы;

болезни обмена веществ;

4. Образец 4– вода минеральная природная лечебно-столовая, газированная, гидрокарбонатно-сульфатная кальциево-натриевая, кремнистая.

Анионы (мг/л:)

Катионы (мг/л:)

сульфат SO42−  1200-1600

натрий + калий Na++K+  50300-1100

хлорид Cl – 300-500

кальций Ca2+ — 300-400

гидрокарбонат HCO3 – 1300-1600

магний Mg2+   <100

Кремниевая кислота 50-70

 

Минерализация, г/л: 4,0-5,3 .

Показана для лечения следующих заболеваний (вне фазы обострения): хронический гастрит с нормальной и повышенной секреторной функцией желудка; язвенная болезнь желудка и 12-перстной кишки, синдром раздраженного кишечника, хронические панкреатиты; нарушение органов пищеварения после оперативных вмешательств по поводу язвенной болезни желудка, сахарный диабет, ожирение, хронический пиелонефрит, мочекаменная болезнь, хронический цистит.

5. Образец 5– столовая, природная питьевая вода, с низкой минерализацией. Химический состав, мг/л:

Анионы

Катионы

сульфат SO42−  < 90

натрий + калий Na++K+  <120-250

хлорид Cl – <80

кальций Ca2+ — < 20

гидрокарбонат HCO3 – 220-500

магний Mg2+  - < 10

Минерализация, г/л: 0,5 - 0,8.За счет слабой минерализации , ее можно пить и использовать для приготовления пищи каждый день.

2. Практическая часть

2.1 Определение состава минеральной воды

Для практической части были взята минеральная вода различных производителей, каждому образцу присвоен номер от одного до пяти.

Для того что бы понять полезной ли является минеральная вода или же приносит вред, мы провели качественный анализ состава минеральной воды, на предмет соответствия его составу, заявленному производителем. Согласно этому составу были поставлены следующие опыты.

2.1.1Определение pHминеральной воды

Величина рН определяется количественным соотношением в воде ионов Н+ и ОН образующихся при диссоциации воды. Если ионы ОН- в воде преобладают, то рН > 7, и вода будет иметь щелочную среду, а при повышенном содержании ионов Н+ , рН < 7,исреда кислая. В дистиллированной воде эти ионы будут уравновешивать друг друга и рН будет приблизительно равен 7. Это идеальный уровень кислотности минеральной воды, т.е. среда нейтральная. При растворении в воде различных химических веществ, как природных, так и антропогенных, этот баланс нарушается, что приводит к изменению уровня рН.

Для определения среды реакции использован индикатор лакмус
универсальный.

Зависимость водородного показателя и окраски индикатора.Таблица № 2

Среда

Показатель pH

Окраска индикатора
« Лакмус универсальный»

сильнокислые воды

< 3

темно -красный

кислые воды

3 - 5

красный

слабокислые воды

5 - 6.5

розовый

нейтральные воды

6.5 - 7.5

желтый, светло-зеленый

слабощелочные воды

7.5 - 8.5

зеленоватый

щелочные воды сильнощелочные вод

9-9.5

> 9.5

синий, темно-синий

Для определение рН мы брали 5 пробирок и наливали в каждую пробирку по одному виду минеральной воды и помещали в качестве индикатора в воду лакмусовую бумажку[1]. После 3-4 минут мы сравнили результаты со школой ph . После чего записывали результаты в таблицу №3. В результате проведения опытов мы определили, что ph растворов минеральных вод ближе к слабо-щелочному или нейтральному и является доказательством того что вода является безопасной для внутренней среды организма (Приложение, рис.1).

Таблица 3

 

ph

норма

среда

Образец 1

8,5

8,6

слабощелочная

Образец 2

>8

6.7

слабощелочная

Образец 3

7

7,1

нейтральная

Образец 4

7

6,7

нейтральная

Образец 5

6

6

нейтральная

Вывод: При определении pH среды, образцы: 1, 3,4,5 подтверждают данные, заявленные производителем на этикетках. Образец № 2 показал слабощелочную среду, а не нейтральную, что не соответствует показателю источника Ессентуки №4

2.1.2 Определение сульфат - ионов в минеральной воде

Для определения сульфат-ионов использовали Ba, при их наличии выпадает белый осадок BaSO4, нерастворимый при добавлении кислот.

В пробирки налили по 5 мл Ba, затем добавили несколько капель исследуемой воды.

Таблица 4

   

HNO3+

Инф. производителя

Образец 1

помутнение

Не раств.

25

Образец 2

помутнение

Раств.

< 30

Образец 3

осадок

Не раств.

800-1000

Образец 4

осадок

Не раств.

1200-1600

Образец 5

Видимых признаков нет

 

<90

После добавления HNO3, в образцах 1, 3, 4 садок не растворился, что указывает на наличие сульфат-ионов. В образце № 2 помутнение исчезло, значит оно было вызвано не сульфат, а карбонат ионами, не заявленными производителем. А сульфат-ионы отсутствуют(Приложение, рис 2).

Вывод: при обнаружении анионов первой группы образцы : 1,3,4,5 подтверждают данные, которые на этикетках. Образец № 2 в своем составе не содержит анион SO42-, но содержит анион СО32-, что не указано производителем .

2.1.3.Обнаружение гидрокарбонат-ионов НCO3-
Опыт: В пробирку вносим 10 мл исследуемой воды, к ней прилили 0,5 мл соляной кислоты (1:5).

Таблица 5

 

Наблюдение

Вывод

Образец 1

В большом количестве выделяется CO2

В растворе присутствуют ионы НCO3-

Образец 2

В большом количестве выделяется CO2

В растворе присутствуют ионы НCO3-

Образец 3

В небольшом количестве выделяется CO2

В растворе присутствуют ионы НCO3-

Образец 4

В небольшом количестве выделяется CO2

В растворе присутствуют ионы НCO3-

Образец 5

Не выделился

-

Вывод: При проведении опыта на обнаружение ионов НCO3- были получены следующие результаты. В образцах 1-,4 были обнаружены ионы НCO3-, что является подтверждающим данных на этикетки. У образца 5 ионы НCO3 обнаружен не был, что также соответствует данным производителя.

2.1.4. Определение хлорид - ионов в минеральной воде.

Опыт: В пробирку налить 5 мл образца и добавляют 3 капли 10%-ного раствора нитрата серебра (Приложение, рис 3). Данные занесли в таблицу.

Таблица 6

   

Результат

Образец 1

осадок

Присутствуют анионы Cl-

Образец 2

осадок

Присутствуют анионы Cl-

Образец 3

осадок

Присутствуют анионы Cl-

Образец 4

осадок

Присутствуют анионы Cl-

Образец 5

помутнение

В незначительном количестве присутствуют анионы Cl-

Вывод: При проведении химического анализа на определение анионов третьей группы были получены следующие результаты: все исследуемые образцы подтверждают данные по наличию аниона Cl-, заявленные производителем

2.1.5. Обнаружение катионов первой группы Mg2+
Опыт: В пробирку налить 10 мл образца, 0,5 мл 5% раствора гидроксида натрия

(Приложение, рис 4). Результаты опыта занесены в таблицу 7

Таблица 7

 

Наблюдение

Вывод

Инф. произв.

Образец 1

Осадок прозрачный хлопьевидный

присутствует Mg2+

< 150

Образец 2

Осадка нет

отсутствует Mg2+

< 50

Образец 3

Осадок прозрачный хлопьевидный

присутствует Mg2+

< 50

Образец 4

Осадок прозрачный хлопьевидный

присутствует Mg2+

<100

Образец 5

Осадка нет

отсутствует Mg2+

< 10

Вывод: При проведении лабораторного анализа было выявлено: Образцы № 1, 3, 4, 5 соответствуют заявленному составу. Образец № 2 не подтвердил заявленный состав, в воде отсутствуют катионы Mg2+

2.1.6. Обнаружение катионов второй группы Ag+
Опыт: В пробирку налить 5 мл образца и добавляют 3 капли 10%-ного раствора HCl. В результате выпадает осадок хлорида серебра. (Приложение, рис 5)

Таблица 8

 

Наблюдение

Вывод

Образец 1

Осадок отсутствует

Отсутствуют катионы Ag

Образец 2

Есть осадок

Присутствуют катионы Ag

Образец 3

Осадок отсутствует

Присутствуют катионы Ag

Образец 4

Есть осадок

Присутствуют катионы Ag

Образец 5

Осадок отсутствует

Отсутствуют катионы Ag--

Вывод: при произведении лабораторного анализа были получены следующие данные: Образцы № 1,3,5 соответствуют заявленному составу. Образцы № 2,4 не подтвердили заявленные составы, так как в воде обнаружены катионы второй группы Ag, не заявленные производителем.

Результаты экспериментов обобщили в сводной таблице.

Таблица 9

Аноны/ катионы

Образец 1

Образец 2

Образец 3

Образец 4

Образец 5

Инф. произв.

Рез. эксп..

Инф. произв.

Рез. эксп..

Инф. произв.

Рез. эксп.

Инф. произв

Рез. эксп..

Инф. произв.

Рез. эксп.

pH

8,5

8,6

>8

6.7

7

7,1

7

6,7

6

6

 

+

+

+

Не подт.

+

+

+

+

-

-

НCO3-

+

+

+

+

+

+

+

+

-

-

 

+

+

+

+

+

+

+

+

+

+

Mg2+

+

+

+

Не подт.

+

+

+

+

-

-

Ag+

-

-

-

+

-

-

-

+

-

-

Наиболее не соответствующими фактическим, казались результаты исследования образца № 2.

2.2 Влияние минеральной воды на растения

Для того чтобы понять действительно ли безвредной является минеральная вода мы решили взять семена кабачков сорт "Аспирант" и салата листового. Для проведения эксперимента мы использовали чашки Петри, вату, смоченную минеральной водой, на которую поместили по 20-30 семян. Результаты занесли в таблицу 10.

Таблица 10

Наблюдаемые явления

№1

№2

№3

№4

№5

посадка

28.02

28.02

28.02

28.02

28.02

набухли

01.03

01.03

01.03

01.03

01.03

появление побега

-

-

-

05.03

05.03

Из-за слишком большой концентрации солей в образце №1, №2, № 3 семена набухли, но появление проростка не произошло. Семена, поливаемые водой образцов №4(слабоминерализованная) и №5 (питьевая) проросли. Тот факт, что все семена набухли и не погибли, говорит о том, что ни в одном образце нет опасных для организмов веществ, не заявленных производителем (Приложение, рис 6).

Выводы

1.Был изучен состав, назначение и свойства минеральных вод 5 марок. Образец №1 является лечебной, образец 5 - питьевой, остальные воды – лечебно столовые.

2. Провели анализ состава минеральных вод. Так, в образце № 4 содержались, по результатам исследования, катионы серебра, не заявленные производителем. Вода образца № 2 более всего отличалась по фактическому составу; не соответствовал PH, не обнаружены сульфат-ионы, не обнаружены катионы магния, но обнаружены катионы серебра. Исследования показали, что не всегда фактически состав минеральной воды соответствует данным на этикетке.

3. Влияние минеральной воды на живые организмы показал,образцы под номерами 4, 5 провзаимодействовали с семенами, семена дали побеги. Это объясняется тем, что образец № 5 лечебно-столовая слабоминерализованная вода содержание соей в ней не превышают 10г на литр, а образец №5 – питьевая вода, также содержание солей в ней минимально . А чашках 1-4 семена набухли, но не проросли, образцы минеральных вод 1-4 содержат остаточное количество солей, что препятствует прорастанию семян. Ни в одном образце не содержится опасных для организмов веществ, не заявленных производителем.

Литература.

Методы обнаружения и разделения элементов/ [И. П. Алимарина]. – Москва, Московский государственный университет, 1984. – 208 с.

Минеральные воды/[ИА. Лидин]. - Москва, «Феникс» 2009г. – 256 с.

Научный журнал «География и природные ресурсы» №2 СО РАН, Новосибирск, 1999 г.

www.edabezvreda.ru

http://minvody.ucoz.ru

http://www.mineral.tj

Приложение

Рис. 1 Определение pHминеральной воды

   

Рис. 2 Определение сульфат – ионов

Рис.3 Определение хлорид – ионов

Рис.4. Определение катионов Mg2+

   

Рис.5. Определение катионов Ag+

   

Рис. 6 Влияние минеральной воды на растения

Просмотров работы: 31