XVII Международный конкурс научно-исследовательских и творческих работ учащихся

Старт в науке

Анализ свойств питьевой воды из разных источников в г. Пермь

• Авторы
• Руководители
• Файлы работы
• Наградные документы

Городецкий Е.Г. 1

---

1МАОУ "Гимназия №6" г. Перми, класс 4 б

Короткова А.Ю. 1

---

1МАОУ "Гимназия №6" г. Перми, класс 4 б

Работа в формате PDF

607.9 KB

Автор работы награжден дипломом победителя III степени

Диплом школьникаСвидетельство руководителя

ВВЕДЕНИЕ.

Антуан де Сент-Экзюпери сказал: «Вода! Вода, у тебя нет ни вкуса, ни цвета, ни запаха, тебя не возможно описать, тобой наслаждаются, не ведая, что ты такое! Нельзя сказать, что ты необходима для жизни: ты-сама жизнь. Ты наполняешь нас радостью, которую не объяснить нашими чувствами… Ты самое большое богатство на свете…»

Вода — одно из самых распространенных веществ в природе и главная составная часть всех живых организмов. Она покрывает около 2/3 поверхности нашей планеты. Без воды жизнь на Земле была бы невозможна.

Все живые существа на 70-90 % состоят из воды. Это самый необходимый элемент живой природы. Вода постоянно совершает круговорот между морями, атмосферой и сушей, создавая условия, в которых может существовать и развиваться жизнь.

Вода транспортирует тепло, растворяет и переносит колоссальные массы химических веществ и элементов, разрушает и перераспределяет горные породы, образует формы рельефа и даже участвует в образовании полезных ископаемых. Кроме того, вода задействована в ряде метеорологических явлений, таких как осадки, туманы, облака. Она участвует в создании течений, волнений, перемещении русел рек и формировании водоемов. А еще она является средой жизни для множества организмов.

Всего на земном шаре 1390 млн км3 воды, больше всего её в морях и океанах — 96,4%. На суше вода спрятана в ледниках и постоянных снегах — около 1,86%. Вечным льдом покрыты Антарктида, остров Гренландия и многие другие острова в высоких широтах. В горах на больших высотах образуются горные ледники. Под землёй воды немного — всего около 1,7% от общего объёма, а на воды суши (реки, озёра, болота, водохранилища) приходится примерно 0,02%. В живых организмах и в атмосфере тоже есть вода. А вот пресной воды, так необходимой нам для жизни, на планете мало — только 2,64%.

Именно она, как важнейшая составляющая ежедневной жизни человека, и стала объектом нашего исследования.

В прошлой работе мы коснулись важности получения организмом минеральных веществ. Изучая эту тему, мы узнали, что для транспортировки к тканям, усвоения и растворения полезных минералов, а также для вывода токсинов и протекания химических и физических реакций организму человека нужна вода. В достаточном количестве и, главное, хорошего качества.

А как же оценить качество питьевой воды? На этот вопрос, а так же на вопрос какую именно воду в нашем городе полезнее всего пить, мы и решили ответить в процессе данного исследования.

ТЕМА ИССЛЕДОВАНИЯ: характеристики питьевой воды и их значение для здоровья человека

ЦЕЛЬ: анализ питьевой воды из различных источников и выбор наиболее полезной питьевой воды

ЗАДАЧИ:

1. Изучить литературу и интернет-ресурсы о питьевой воде, её свойствах и показателях, важных для здоровья человека

2. Провести пробу ключевых показателей питьевой воды из нескольких источников в домашних условиях

3. Проанализировать полученные результаты

4. Сделать выводы на основе произведенного исследования.

ОБЪЕКТ ИССЛЕДОВАНИЯ: питьевая вода

ПРЕДМЕТ ИССЛЕДОВАНИЯ: выбор пригодной для употребления питьевой воды в домашних условиях

ГИПОТЕЗА: среди выбранных образцов есть один наиболее подходящий для ежедневного питья.

ОСНОВНАЯ ЧАСТЬ

ТЕОРЕТИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ

Роль воды в жизни человека

Вода — удивительная жидкость. У неё нет ни цвета, ни вкуса, ни запаха. Калорийность воды равна нулю. В воде удивительным образом сочетается как простота, так и сложность. Казалось бы: в молекуле воды всего три атома — один кислорода, и два водорода. Тем не менее, учёным всё ещё не ясно до конца, как действуют эти молекулы. Например, на сегодняшний день научно доказана, но совершенно не изучена теория о структуре воды. Но точно известно одно: не будет воды — не будет и жизни на Земле. Вода в жизни человека играет огромную роль. Каждый живой организм примерно на 80 % состоит из воды. Без неё не вырастет урожай на полях, а соответственно — не будет продуктов питания. Итак, совершенно очевидно: без воды жизнь на планете невозможна.

Подавляющая часть воды на Земле находится в океанах и морях. Но, как известно, морская вода содержит в себе большое количество соли. Она не пригодна ни для питья, ни для сельского хозяйства, ни для промышленного использования.

Только пресная вода по-настоящему ценна для жизнедеятельности человека. Но её у нас не так и много — менее 3 % от общего объёма всей воды на планете. И в основном вся пресная вода (на 99 %) сосредоточена в ледниках, на горных вершинах и протекает в глубинах земли. Выходит, что человечество располагает только одним процентом от всех запасов пресной воды. Много это или мало? Вот что по этому вопросу писалось в научном журнале «People & the Planet»: «Этого количества, при условии равномерного распределения, в два и даже в три раза больше, чем достаточно для сегодняшнего населения Земли».

Вода играет исключительно важную роль в организме человека:

является средой, в которой протекают все физико-химические процессы.

участвует в процессах окисления, гидролиза и др.

необходима для растворения различных веществ в организме.

выполняет транспортную, выделительную функцию.

участвует в терморегуляции.

Вода входит в состав всех клеток и тканей тела; в ней протекают все биохимические процессы. Живая клетка без воды – это уже не живая клетка. Из 26 кг – в нашем теле на внутриклеточную воду приходится 18 кг.

Вода служит основой крови и лимфы.

Вода является той средой, где совершаются процессы пищеварения. Без воды пища не может ни проходить по желудочно-кишечному тракту, ни усваиваться организмом.

– На процессы пищеварения и выделения у нас расходуется около 6 л воды.

– За сутки через наши почки перегоняется 100 л жидкости.

– За сутки через наше сердце проходит 5000 л крови, то есть в 150 раз больше массы нашего тела.

– В среднем за всю свою жизнь человек потребляет и выделяет около 80 000 л воды.

– При потере воды в количестве всего 6% от массы человека повышается температура, учащается сердцебиение, появляется слабость и головокружение.

– При потере воды в количестве 20-25% от массы тела человек погибает.

Свойства питьевой воды и нормы для человека

Наиболее важными для жизни и здоровья человека являются следующие показатели питьевой воды:

- pH

- TDS

- ES

- ORP (ОВП)

Рассмотрим каждый подробнее.

PH воды

Показатель pH говорит о кислотно-щелочном балансе воды. Важность кислотно-щелочного баланса питьевой воды заключается в том, что он определенным образом влияет на состояние человеческого организма.

В зависимости от показателя pH вода делится на следующие группы:

pH<3 - сильнокислая;

pH 3–5 - кислая;

pH 5–6,5 - слабокислая;

pH 6,5–7,5 - нейтральная;

pH 7,5–8,5 - слабощелочная;

pH 8,5–9,5 - щелочная;

pH >9,5 - сильнощелочная.

Границы нормальных значений pH домашней воды указаны в СанПине Российской Федерации, нормативах Всемирной организации здравоохранения и рекомендациях для стран ЕС. Согласно документам, значения не должны выходить за границы 6-9 пунктов.

Но ученые считают, что pН воды должен приблизительно соответствовать pН крови человека, равной 7,4. За счет употребления чистой питьевой воды с нормальным уровнем pH достигается множественный благоприятный эффект для организма:

улучшение обмена веществ;

увеличение общей продолжительности жизни;

оптимизация кислородного обмена;

предотвращение развития серьезных заболеваний, в том числе, онкологических.

Щелочная среда защищает организм. В ней не развиваются вирусы, бактерии и, самое главное — не образуются раковые клетки. Но почти вся жизнедеятельность человека сводится к закислению. Многое из того, что мы едим и пьем, очень кислое:

мясо, рыба, птица;

хлебобулочные изделия и выпечка;

молочные продукты;

газированные напитки;

сладости и шоколад;

алкоголь.

Шлаки, засоряющие ЖКТ тоже кислые. Все это закисляет организм и ему приходится «думать» о том, как сбалансировать излишек кислых продуктов. Если это не удается, начинаются проблемы со здоровьем.

Полноценная жизнедеятельность организма возможна только в том случае, если кровь слабощелочная, то есть показатель ее pН составляет от 7,35 до 7,45. Если в кровь и межклеточную жидкость проникают кислоты, кислотно-щелочной баланс нарушается, что может привести к сбою работы органов и систем. Длительное понижение pН до значения 6,95 провоцирует кому и серьезный риск для жизни. Поэтому следует знать о том, какой pН у воды, которую вы пьете. Определить его помогут следующие методы.

Лакмусовая бумага. Измерить уровень pН воды можно с помощью лакмусовой бумаги, меняющей свой оттенок при погружении в воду или другую изучаемую среду. Красный оттенок лакмусовой полоски будет означать повышенную кислотность, синий - большое содержание щелочей. Затем необходимо сравнить цвет со шкалой, где каждый оттенок указывает на конкретный уровень pН.

РН-метр. Это более дорогостоящий прибор, чем лакмусовая бумага, но он позволяет выяснить уровень pН жидкости максимально точно.

Тест-полоски. Эти приспособления редко бывают в продаже и стоят довольно дорого.

TDS (сухой остаток или минерализация воды)

Термин TDS расшифровывается как “total dissolved solids” и означает общее количество растворенных в воде частиц, другими словами — общую минерализацию. TDS — это «сухой остаток» воды.

Показатель TDS воды измеряется в мг/л в России и в PPM (parts per million) в западных странах. Это равнозначные величины.

TDS измеряют с помощью TDS-метра.

Нормальный уровень TDS воды — 75–250 мг/л (ppm).

Вода с TDS ниже нормы будет слишком мягкой. Вода с нулевым TDS — это дистиллят.

Оптимальным для питья и готовки можно считать уровень минерализации до 100 мг/л. Правда, в спортзале или горячем цеху оптимальным будет совсем другой уровень, значительно более высокий, от 1500 мг/л, потому что при физических нагрузках человек «обессоливается».

По рекомендациям ВОЗ минерализация питьевой воды не должна превышать 1000 ppm. То есть вариант для среднестатистического человека на каждый день — это вода низкой минерализации. Для воды, которая используется в лечебно-профилактических целях, предусмотрен отдельный ГОСТ.

Итак, по мнению ученых, вода должна содержать минералы, но их не должно быть слишком много, иначе они будут оседать на костях и суставах. Когда их нет совсем, в принципе, это не плохо, но и ничего полезного из такой воды мы не получаем.

Гравиметрический метод является наиболее точным для измерения уровня TDS воды. Он предполагает, вначале взвешивание образца воды. Затем, данный образец воды нагревают до полного испарения. Твердые вещества, оставшиеся после испарения, дополнительно высушиваются до полного удаления влаги. Уровень TDS рассчитывается как разность между весом образца воды и весом оставшегося сухого остатка после высушивания.

Метод электропроводности. Электропроводность воды измеряется с помощью профессионального прибора. Поскольку электропроводность находится в зависимости от количества положительно и отрицательно заряженных растворенных ионизированных твердых веществ в воде, электропроводность может быть использована для приблизительного определения уровня TDS.

В общем, несмотря на то, что гравиметрический метод проверки уровня TDS является самым точным, это очень длительный процесс. По этой причине, метод электропроводности используется чаще, особенно в домашних условиях.

Электропроводность (ES) измеряется в μS/cm (микро-сименс/cm)

Нормальная проводимость свежей воды, и воды в водоеме составляет от 300 до 1200 µS/cm. При проводимости ниже указанного уровня отмечается недостаток ионов, что означает заниженные буферные свойства воды, низкую сопротивляемость внешним факторам: постоянные колебания уровня pH. Воду, с проводимостью выше 1200 µS/cm, уже нельзя назвать свежей.

ОВП окислительно-восстановительный потенциал воды

Кандидат физико-математических наук, эксперт в области водоподготовки, водоотведения и доочистки питьевой воды Валерий Грищук в своем интервью подчеркивает: сегодня общественность достаточно хорошо знакома с такими характеристиками воды (а также с их влиянием на человеческий организм) как минерализация или уровень Ph, но до сих пор рядовому потребителю мало известно о еще одной не менее важной характеристике воды – ее окислительно восстановительном потенциале – ORP

В мире, который нас окружает, мы этого не видим, но происходит непрерывный обмен электронами, который происходит между веществами в воздухе, на земле, в воде и в наших телах. Это явление известно как ионный обмен.

В попытке достичь состояния стабильности вещества, в которых отсутствуют электроны, отчаянно ищут электроны везде, где они могут быть: эти вещества называют окислителями. Напротив, вещества, которые имеют избыток электронов, способны отдавать свои дополнительные электроны: эти вещества называются восстановителями или антиоксидантами.

Окислительно-восстановительный потенциал (или ОВП) - это измерение, которое показывает степень, в которой вещество способно окислять или восстанавливать другое вещество. Диапазон значений от –2000 до +2000, а единицы измерения - «мВ» (милливольт).

Положительное значение ОВП указывает на то, что вещество является окислителем. Чем выше значение, тем больше оно окисляется. Таким образом, вещество с показаниями ОВП +400 мВ окисляет в 4 раза больше, чем вещество с показаниями ОВП +100 мВ.

Отрицательное значение ОВП указывает, что вещество является восстановителем. Чем ниже значение, тем больше антиоксидантов. Таким образом, вещество с показаниями ОВП -400 мВ в 4 раза больше восстанавливает, чем вещество с показаниями ОВП -100 мВ.

Почти вся вода, которая нам доступна, включая водопроводную воду и бутилированную воду, являются окислителями, поскольку их значение ОВП является положительным. Для сравнения можно привести значения ОВП питьевой воды, он колеблется от +40 до +300 mV, а иногда доходит и до +550 mV.

ОВП организма человека, измеренная на платиновом электроде, во время эксперимента составляла от -100 mV (милливольт) до -200 mV. Это показатель восстановленного состояния жидкой среды.

Давно замечена прямая связь между качеством питьевой воды и продолжительностью жизни человека. По данным ВОЗ все места компактного проживания долгожителей имеют одно общее — это вода. Не так сама вода, как некоторые её свойства. Так в реке Хунза в Гималаях ОВП воды -400 мВ.

Знаете, какая средняя продолжительность жизни народа Хунзакуты, живущих в долине этой реки? 130 лет. 

К сожалению, приобрести воду с отрицательным ОВП невозможно, т.к. отрицательно заряженная вода очень быстро приобретает положительный заряд при хранении. Такую воду можно попить только из природных источников. А ещё её можно приготовить в домашних условиях. Есть несколько способов:

1. Овсяной напиток

Зерна овса при замачивании и настойке меняют ОВП с положительного на отрицательный показатель.

Зерна (150 гр.) промыть несколько раз от примесей, поместить в банку и залить 2 литрами питьевой воды. Закупорить банку полиэтиленовой пленкой и оставить в темноте на 10-12 часов. После того, как часть зерен опустится на дно, выдержать еще 11 часов в холодильнике. Напиток готов, когда появится приятный запах. Срок хранения — 3 суток в холодильнике.

2. Ионизаторы воды

Насыщают воду активными ионами водорода, в процессе электролиза, вода становится отрицательно-заряженной.

ПРАКТИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ

Калибровка прибора.

Д
ля проведения анализа воды был приобретен прибор с функцией PH/TDS/ES/ORP-метра (фото 1, 2):

Фото 1 Фото 2

Перед использованием проведена калибровка прибора в соответствии с инструкцией (фото 3):

Фото 3

Далее мы перешли к проверке воды по исследуемым показателям.

Для исследования были выбраны 10 образцов: дистиллированная вода, водопроводная вода, вода после очистки обратным осмосом, кипяченая вода. Несколько вариантов питьевой и минеральной воды популярных марок и, ради любопытства, газированный сладкий напиток.

Для наглядности представлены фото замеров дистиллированной воды и газировки. (фото 4-11):

Фото 4 Фото 5 Фото 6 Фото 7

Фото 8 Фото 9 Фото 10 Фото 11

Результаты остальных замеров представлены в Таблице №1.

Таблица №1 Результаты замеров показателей питьевой воды

Анализ полученных результатов

После проведения замеров по всем изученным показателям, мы смогли проанализировать воду на пригодность к употреблению и пользу для организма.

Наиболее высокий показатель pH оказался у бутилированной воды марки «Образец 5». Более того, показатель pH-баланса соответствовал указанному на этикетке. Эту воду рекомендуют к употреблению нутрициологи, но пить её следует в ограниченных количествах, не более 1 л в день.

«Проиграла» в данной категории сладкая газировка, она обладает pH 3.01, что говорит о том, что этот напиток сильно окисляет организм.

А самым близким к значениям pH крови оказалась вода, полученная путем очистки через фильтр обратного осмоса. Показатель водопроводной воды тоже очень хороший.

По уровню минерализации лидером стала минеральная газированная вода «Образец 6». Но такое содержание солей недопустимо для ежедневного употребления, поэтому данную воду можно пить не часто или при необходимости восполнения солевого баланса.

Рассмотрим содержание солей без учета тех образцов, которые рекомендованы к ограниченному или ситуационному употреблению:

Среди этих образцов в пределах нормы оказались «Образец 1» и «Образец 3», а вот в воде из-под крана и сладкой газировке примесей слишком много.

Что касается показателей ОВП исследуемых образцов, они, ожидаемо оказались положительными. Наименьшее значение у «Образца 5», а самый высокий окислительный эффект оказывает сладкая газировка.

Изучив результаты замеров, мы пришли к выводу, что все образцы (за исключением сладкой газировки) пригодны для питья. При этом нет одного идеального для постоянного питья образца.

Таким образом, наша гипотеза не подтвердилась. А наиболее безопасным для здоровья по результатам нашего исследования является употребление воды, очищенной при помощи фильтра с обратным осмосом, в сочетании с водой марки «Образец 5», а также периодическим употреблением минеральной воды. Подтверждение этому выводу мы находим в работах нутрициолога Анастасии Коржовой, которая советует пить разную воду для достижения наилучшего эффекта для здоровья организма.

Еще одним выводом стало отсутствие в доступе воды с отрицательным ОВП, столь важным для здоровья человека. Ведь «пригодная для употребления» вода не значит «полезная».

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В результате проведенной работы, были достигнуты следующие результаты:

Изучена информация о значимости качества питьевой воды и способах его оценки.

Проведены замеры ключевых показателей у 10 образцов.

Проведен анализ полученных результатов и выбраны лучшие образцы для питья.

Изучены способы изготовления питьевой воды с отрицательным ОВП.

СПИСОК ИСТОЧНИКОВ ИНФОРМАЦИИ

1. 1.) Химия. 9 класс : учебник / О. С. Габриелян. – 6-е изд.,

стереотип. – М. : Дрофа, 2018.

2. А. М. Рубинштейн. Химия вокруг нас.- М.: Государственное издательство технико-теоретической литературы.

Интернет-ресурсы:

1. https://ru.wikihow.com/

2. https://vione.ru/blog/vse-o-vodorodnoy-vode/ovp-vody/

3. https://kvanta.ru/analiz-vody/standarty-i-normy-ph-dlya-pitevoj-vody8

4. Источник: https://replyon.net/151-rol-vody-v-zhizni-cheloveka.html

5. https://moemgorod.com/blog/174/

6. https://www.13min.ru/medicina/ovp-vody-kak-sdelat-otriczatelnym-doma/