XX Международный конкурс научно-исследовательских и творческих работ учащихся

Старт в науке

Исследование бутилированной воды

• Авторы
• Руководители
• Файлы работы
• Наградные документы

Тимошенко Д.Д. 1

---

1МБОУ "Лицей №27" имени Героя Советского Союза И.Е.Кустова

Новикова Е.А. 1

---

1МБОУ "Лицей №27" имени Героя Советского Союза И.Е.Кустова

Работа в формате PDF

99.9 KB

Автор работы награжден дипломом победителя III степени

Диплом школьникаСвидетельство руководителя

Основная часть

Что значит термин «бутилированная вода.

Это жидкость, которая на производстве прошла все ступени водоподготовки (очистки) и проверки, а также прошла фасовку в заранее подготовленные емкости. Бутылки изготавливаются из определенного сырья (пластик, стекло), которое также проходит химическую и термическую обработку, отвечает всем санитарно-гигиеническим нормам. Кроме чистой формулы Н2О, могут быть некоторые специализированные добавки, которые продлевают период консервации, а также дополнительно придают цвет или запах (ароматизаторы, красители). Подсластители и вкусовые добавки меняют категорию напитка, превращая его в лимонад.

Кроме указанного, можно встретить такие названия: минерализованная, очищенная, лечебная, столовая, питьевая и пр. Она может быть газированной и негазированной. Самой популярной считается газировка. А наиболее полезной – менее вкусная из-за содержания минералов, но очень хорошая для здоровья минеральная вода. Она должна продаваться в аптеках и применяться только по показанию врача (для профилактики и лечения заболеваний).

Категории

После очистки все напитки можно поделить по качеству (содержание примесей) на две категории:

• Первая. Она полностью безопасна для здоровья, пригодна для повседневного использования. Источник может быть совершенно разный. При этом если используется как начальный ресурс из водопровода, то в нем могут остаться следы от хлорирования. Как известно, обработка хлорсодержащими веществами – наиболее распространенный метод обеззараживания. Но даже в этом случае концентрация хлора настолько невелика, что совершенно не вредит здоровью.

• Высшая. Она добывается из источников, которые защищены от какого-либо негативного биологического или химического воздействия. Содержание примесей более четко регламентировано, предъявляются наиболее строгие правила к проверке. Требования касаются не только максимально допустимых значений веществ (как в водичке первой категории). Таким образом, если изначально ресурс недостаточно обогащен минералами, то их дополнительно вводят в состав, так получается физиологически полноценная жидкость, которая идеально подходит для питья, отлично справляется с профилактикой обезвоживания, а также утоляет чувство жажды.

Также можно встретить на этикетках надпись «детская», то есть предназначенная для употребления детьми до 3 лет. По своему составу она соответствует всем требованиям к высшей категории, однако, дополнительно она не должна содержать консервантов, в качестве которых чаще всего применяют ионы серебра или диоксид углерода. Эти компоненты могут негативно сказаться на работе ЖКТ у малыша. Также уровень фтора снижен, поскольку его концентрация получается слишком высокой на небольшую массу тела ребенка.

Состав бутилированной питьевой воды

Все мы знаем со школы формулу Н2О. Но на деле такого чистого сочетания углерода с кислородом в природе не встречается. В микроскопических долях, десятых частях от одного процента, а также в концентрации и того меньше будут встречаться минеральные примеси. Одни из них хорошо воздействуют на здоровье человека, поскольку насыщают организм микроэлементами, необходимыми для поддержания рН (водно-солевого баланса), другие – негативно сказываются, оседают на стенках ЖКТ и в органах мочевыделительной системы. Обычно это около 50 разных веществ. Полный их перечень, конечно, не будет указан на этикетке, но, скорее всего, будет отмечено содержание основных элементов, а также уровень минерализации – низкий, средний, высокий. Для ежедневного потребления в неограниченном количестве подойдет жидкость с минералами от 200 до 500 миллиграмм на литр. Если выпивать 2 л в день, как и рекомендуют врачи, то только из одной питьевой воды можно получить 20% от суточной нормы кальция, 25% – магния, 50-80% – фтора и 50% – йода, что очень значительно для рациона обычного человека.

В зависимости от того, какой именно минерал (или их совокупность) в наибольшей концентрации, напиток подходит для профилактики и лечения разного рода заболеваний.

Обычное питье считается слабоминерализованным, поскольку для ежедневного употребления вредно как слишком высокое количество примесей, так и чрезмерно низкое. Но если убрать компоненты можно с помощью разных систем водоподготовки, то экологи больше волнуются за источники с «бедным» минеральным составом.

Однако жесткий ресурс (чаще всего таким бывает водопроводный без дополнительной фильтрации) тоже не всегда лучше, чем слишком мягкий. Он плох для решения повседневных задач. Зато в бутылках жесткость зачастую привлекает потребителей. Наличие солей делает такой напиток вкуснее, он напоминает влагу из природного источника.

Виды бутилированной воды: международная классификация.

Эту систему разделения разработали в США, но ее придерживаются изготовители продукции по всему миру. Согласно ее правилам, различают водный ресурс семи типов.

Артезианская

Ее добыча происходит на глубинных слоях между горными породами. В среднем глубина источника варьируется между 35 и 250 метрами – это зависит от конкретного протекания потока в этом месте. Процесс гидродобычи происходит достаточно просто благодаря тому, что струя выходит под давлением. Поэтому часто такие точки обустраиваются на частных участках.

Питьевая

Это любая жидкость, разлитая в бутылку, которая не имеет вкуса и запаха, а также различных химических добавок в составе. А если они есть (например, какие-либо эссенции). то их содержание не должно превышать 1%. натриевых солей также минимальное количество, их фактически нет.

Минеральная бутилированная вода – что это означает

Это не обогащенный минералами напиток, а естественный. То есть все вещества находятся в составе еще до процесса гидродобычи. Это источники, которые могут считаться лечебными в зависимости от концентрации примесей. Обычно это от 0,25 мг на 1 литр влаги. Такой допустимый процент предлагает уже российская классификация (стандарт ГОСТ 13272-88).

Очищенная

Это влага, которая прошла сильную фильтрацию через систему обратного осмоса или с помощью дистилляции, деионизации. Она считается очень мягкой, прекрасно подходит для работы разных технических агрегатов, но не пригодна для ежедневного употребления в пищу, поскольку совсем не содержит микроэлементы, которые необходимы организму.

Для домашнего очищения можно использовать очистительные системы от компании «Вода Отечества». Правильно подобранное оборудование для фильтрации удалит марганец, железо, кальций, магний, микроорганизмы, органические остатки и осадок, механические частицы, запах и растворенный сероводород. Питьевая жидкость после этого не будет вредна для организма, а накипь на спиралях чайника и тэнах бытовой техники перестанет накапливаться.

Игристая или газированная

В ней даже после очистки остается диоксид углерода, или углекислый газ, который и способствует появлению пузырьков. Классическая содовая или сельтерская являются бутилированной водой, в то время как при добавлении подсластителей или ароматизаторов она становится лимонадом.

Ключевая

Ее второе название – родниковая. Фактически она проходит только механическую очистку, то есть от грубых загрязнений, если после проведенного анализа подтверждено, что состав пригоден для питья. А по остальным своим качествам и свойствам такой ресурс остается в первозданном виде. Многие потребители отмечают прекрасный вкус.

Колодезная

По названию уже понятно, что ее добывают из источников искусственного происхождения, очищают, а затем разливают по бутылкам. Стоит также отметить, что такого типа жидкость можно получать в частном доме, если устроить индивидуальную точку гидродобычи и оснастить ее хорошей скважинной системой фильтрации. Заказать разработку и установку фильтров можно на сайте ovteh.ru. тогда получать чистую влагу из источника вы будете непосредственно через водопроводный кран.

Классификация по потребительским свойствам

Кроме обычной питьевой очищенной, которая встречается повсюду в магазинах, есть также столовая. В ней увеличенный уровень минерализации до 1 грамма на литр. Противопоказаний для ежедневного потребления практически нет, но если вы гипертоник или имеете другие хронические заболевания сердечно-сосудистой или мочевыделительной систем, лучше проконсультироваться со специалистом.

Есть также лечебно-столовые и лечебные напитки. Они включают повышенное количество минералов. Их нельзя употреблять ежедневно, допустимо использование только в терапевтических целях и по наставлению врача.

Классификация по ионному составу и полезным свойствам

В зависимости от того, какие ионы содержатся в большем количестве, различают воду:

• гидрокарбонатную – она снижает кислотность желудка, помогает при изжоге и других заболеваниях ЖКТ;

• хлоридную – улучшает обменные процессы в пищеварительном тракте;

• сульфатную – благотворно воздействует на печень и желчный пузырь;

• магниевую – оказывает положительное воздействие на сердце;

• натриевую – нормализует давление;

• калиевую – помогает почкам и сердечно-сосудистой системе.

Польза и вред бутилированной воды: можно ли ее пить
Качественная продукция предполагает, что состав жидкости более безопасен, чем у водопроводного ресурса, поскольку в ней нет вредных микроорганизмов, а также сбалансировано количество добавок. Она:

• насыщает организм требуемыми микроэлементами;

• утоляет жажду;

• подходит для повседневного питья и приготовления пищи;

• укрепляет иммунитет и положительно воздействует на большинство систем.

Негативный эффект может сказываться только в нескольких случаях:

• при употреблении некачественного продукта;

• если выпивать каждый день больше нормы (1,5-2,5 литра);

• при индивидуальной непереносимости микроэлементов.

Проведение исследований

Я решила провести исследование 6 проб бутилированной воды:

1. Образец 1

2. Образец 2

3. Образец 3

4. Образец 4

5. Образец 5

6. Образец 6

Было проведено 4 исследования всех образцов воды:

1.Определение активной реакции воды (рН).

2.Определение щелочности воды.

3.Определение окисляемости воды.

4.Определение карбонатной (временной) жёсткости (Жк).

1. Определение активной реакции воды (рН).

Величина pH является важной характеристикой оценки качества воды, она же служит вспомогательной величиной при различных аналитических расчетах. Знание pH необходимо для выбора правильного режима обработки воды, определения ее коррозийного действия и выбора способа обеззараживания. Сохранение pH близким к нейтральному необходимо для нормального протекания некоторых процессов ее очистки и для использования в быту и промышленности.

Приборы, посуда

Лабораторный иономер И-160МИ

Стакан химический на 50 мл

Дистиллированная вода

Фильтровальная бумага

Электрометрическое определение рН с помощью иономера. Иономер предназначен для измерения показателя активности ионов водорода (рН) и других одновалентных анионов и катионов (рХ), а также массовой молярной концентрации и массовой доли ионов (сХ), окислительно-восстановительного 70 потенциала (Еh ), электродвижущей силы электродной системы и температуры водных растворов. Прибор осуществляет индикацию результатов измерений на цифровом дисплее и преобразует измеренные величины в пропорциональные аналоговые и цифровые сигналы. В основу работы иономера положен потенциометрический метод измерений рН (рХ) и Еh анализируемого раствора. При измерении используется электродная система, состоящая из измерительного электрода и электрода сравнения. Перед началом работы иономер включают в сеть и прогревают в течение 15 мин. Для того чтобы включить прибор, нужно нажать кнопку Θ и удерживать ее в течение 1–2 с. После включения прибора автоматически устанавливается режим измерений. В химический стакан вместимостью 50 мл наливают тщательно перемешанную анализируемую воду, опускают поворотный столик, заменяют стакан с дистиллированной водой стаканом с исследуемым раствором и возвращают столик в начальное положение. После установления стабильных показаний считывают результат измерения с дисплея, расположенного на лицевой панели иономера. После окончания измерения заменяют стакан с исследуемой водой стаканом с дистиллированной водой. Электроды и термометр перед и после каждого погружения в используемый раствор необходимо промывать дистиллированной водой и удалять ее остатки фильтровальной бумагой. Между определениями и по окончании работы с прибором электроды должны оставаться погруженными в стакан с дистиллированной водой.

Результаты

Образец	Ph
1.Образец №1	6,79(нейтральная)
2.Образец №2	5,32(слабокислая)
3.Образец №3	7,20(нейтральная)
4. Образец №4	6,97(нейтральная)
5. Образец №5	4,06(кислая)
6. Образец №6	6,19(слабокислая)

2. Определение щелочности воды.

Щелочностью называют содержание в воде веществ, вступающих в реакцию с сильными кислотами, т. е. с ионами водорода.

Приборы, посуда

Колбы конические термоустойчивые на 250 мл

Бюретки на 25 мл

Пипетка на 100 мл

Капельницы для индикаторов

Реактивы

Соляная кислота HCl — 0,1 Н раствор

Индикатор метиловый оранжевый — 0,1 % раствор

Индикатор фенолфталеин — 0,5 % раствор

Едкий натр NаОН — 0,1 Н раствор

Общая щелочность выражается в мг-экв кислоты, необходимой для нейтрализации ее до значения рН = 4, что достигается титрованием пробы воды 0,1 Н соляной кислотой с индикатором метиловым оранжевым. В коническую колбу на 250 мл помещают мерным цилиндром 100 мл исследуемой воды, добавляют три капли раствора метилового оранжевого и титруют 0,1 Н раствором HCl до перехода окраски индикатора из желтой в золотисто-розовую.

Общую щелочность (Що ) (в мг-экв/дм3 ) вычисляют по формуле:

Що=V1*Н*1000/V2

где V1 — объем 0,1 Н HCl, пошедший на титрование, мл; Н — нормальность раствора кислоты; V2 — объем воды, взятой для определения, мл.

Результаты

Образец	Щёлочность
1. Образец №1	0,8 мг-экв/дм3
2. Образец №2	2 мг-экв/дм3
3. Образец №3	1 мг-экв/дм3
4. Образец №4	0,6 мг-экв/дм3
5. Образец №5	0,4 мг-экв/дм3
6. Образец №6	0,4 мг-экв/дм3

3. Определение окисляемости воды.

Приборы, посуда

Колбы конические плоскодонные термоустойчивые на 250 мл

Пипетки на 5, 10 мл

Воронки стеклянные маленькие с обрезанной трубкой

Бюретки на 25 мл

Цилиндр мерный на 100 мл

Плитка электрическая

Реактивы

Перманганат калия KMnO4 — 0,01 Н

раствор Щавелевая кислота С2 Н2 О4 — 0,01 Н раствор

Серная кислота H2 SО4 — разбавленная 1 : 2

Дистиллированная вода

Органические вещества, содержащиеся в исследуемой воде, при кипячении в присутствии серной кислоты окисляются перманганатом калия. К пробе заведомо прибавляют избыточное количество раствора KMnO4 определенной концентрации. Для получения более точных результатов используют обратное титрование: к прокипяченной пробе прибавляют избыток щавелевой кислоты, при этом часть ее окисляется оставшимся перманганатом калия, а остальное количество кислоты титруют KMnO4 . В коническую колбу на 250 мл отмеряют мерным цилиндром 100 мл воды, приливают 5 мл раствора разбавленной серной кислоты и точно 10 мл 0,01 Н раствора перманганата калия. Колбу закрывают воронкой, нагревают содержимое на плитке до кипения и кипятят точно 10 мин. Сняв колбу с плитки, вливают в нее 10 мл 0,01 Н щавелевой кислоты, перемешивают и титруют обесцвеченную жидкость раствором перманганата до слабо-розового окрашивания. Если раствор при кипячении обесцветился или побурел или расход на титрование превысил 6 мл, определение повторяют с разбавленной пробой (при этом расход перманганата должен быть не менее 2 мл). Если определение производится с разбавлением пробы, то проводят холостой опыт, т. е. параллельно с определением окисляемости анализируемой воды таким же образом определяют окисляемость дистиллированной воды в объеме, взятом для разбавления пробы. Для определения поправочного коэффициента раствора перманганата в ту же колбу после окончания титрования к еще горячему раствору приливают 10 мл 0,01 Н раствора щавелевой кислоты и снова титруют раствором перманганата до такого же цвета, сохраняющегося в течение 1 мин. Поправочный коэффициент вычисляют по формуле:

K=10/V

где V — объем перманганата калия, пошедший на второе титрование, мл.

Перманганатную окисляемость (Оп ) (в мг/дм3 ) вычисляют по формуле:

Оп=0,08*K*V1*1000/V

где 0,08 — количество кислорода, соответствующее 1 мл 0,01 Н раствора перманганата калия; К — поправочный коэффициент перманганата калия; V1 — расход 0,01 Н раствора перманганата калия на титрование избытка щавелевой кислоты, мл; V — объем анализируемой воды, взятой для определения, мл.

В случае разбавления пробы дистиллированной водой окисляемость вычисляют по формуле

Oп=(V1-V2)*0,08*K*1000/V

где V2 — расход 0,01 Н раствора перманганата калия на титрование холостой пробы, мл.

Результаты

Образец	Окисляемость
1. Образец №1	1,6 мг/дм3 (очень малая)
2. Образец №2	3,4 мг/дм3 (очень малая)
3. Образец №3	2,1 мг/дм3 (очень малая)
4. Образец №4	1,7 мг/дм3 (очень малая)
5. Образец №5	3,5 мг/дм3 (очень малая)
6. Образец №6	2,4 мг/дм3 (очень малая)

4. Определение карбонатной (временной) жёсткости (Жк).

При титровании кислотой, добавленной в воду, индикатор метилоранж изменяет свою окраску, когда в растворе появляется небольшой избыток кислоты. Отмерьте 100 мл воды и перенесите в стакан для титрования, прибавьте 1-2 капли метилоранжа. Для удобства определения точки эквивалентнности, в другой колбе приготовить раствор «свидетеля» – к 100 мл дистиллированной воды прибавить по 1-2 капли метилоранжа и соляной кислоты. В первую колбу приливают из пипетки по каплям 0,1Н раствор соляной кислоты до тех пор, пока от одной капли кислоты окраска из жёлтой перейдёт в оранжево-розовую (цвет сравнивают с окраской «свидетеля»). Титрование повторяют 2-3 раза до схождения в 0,1. Для расчётов принимают средний результат.

Расчёт временной жёсткости воды проводят по формуле:

Жк= Vк*Ск*1000/Vв

Где Жк – временная жёсткость воды, ммоль/л экв Ca2+ и Mg2+, Vк – объём раствора кислоты, израсходованной на титрование, Ск – молярная концентрация эквивалента кислоты, Vв - -объём воды,мл.

Результаты

Образец	Жёсткость
1. Образец №1	1,7 ммоль/л экв (мягкая)
2. Образец №2	4,9 ммоль/л экв (средней жёсткости)
3. Образец №3	3,2 ммоль/л экв (мягкая)
4. Образец №4	1 ммоль/л экв (очень мягкая)
5. Образец №5	0,5 ммоль/л экв (очень мягкая)
6. Образец №6	0,7 ммоль/л экв (очень мягкая)

Вывод

Таким образом, я выяснила, что проведенные исследования шести производителей бутилированной воды по показателям: жесткости, Рh нейтральности, щёлочности и окисляемости - все представленные образцы  соответствуют основным нормативным документам.

Список литературы

1. Ахманов М. Вода, которую мы пьем / М. Ахманов. – СПб.: Невский проспект, 2012. – 192 с. 

2. Красовский Г.Н. Гармонизация гигиенических нормативов с зарубежными требованиями к качеству питьевой воды / Г.Н. Красовский, H.A. Егорова//Гигиена и санитария. 2015. - №2. – С.10-13.

3. Бадаева Т.В. Качество питьевой воды как фактор риска здоровью населения / Т.В. Бадаева, М.П. Грачева, Ю.П. Тихомиров, H.A. Матвеева – Вестник Российской военно-медицинской академии. — 2011, Часть 2, №3. - С. 438.

4. Методические указания по внедрению и применению санитарных правил и нормативов СанПиН 2.1.4.1116-02 "Питьевая вода. Гигиенические требования к качеству воды, расфасованной в емкости. Контроль качества". МУ 2.1.4.1184-03. - М.: Федеральный центр Госсанэпиднадзора Минздрава России, 2013.

5. Алексеев А.И. Химия воды/ А.И. Алексеев, А.А Алексеев. - С-Пб: Химиздат, 2007.- 42с.