XXI Международный конкурс научно-исследовательских и творческих работ учащихся

Старт в науке

Химический анализ и сравнительная характеристика минеральной воды разных торговых марок

• Авторы
• Руководители
• Файлы работы
• Наградные документы

Гуж А.Н. 1

---

1МБОУ "СОШ № 97" г.Кемерово

Кирякова О.В. 1

---

1МБОУ "СОШ № 97" г.Кемерово

Работа в формате PDF

1.1 MB

Автор работы награжден дипломом победителя II степени

Диплом школьникаСвидетельство руководителя

ВВЕДЕНИЕ

Минеральная вода – это древнейшее природное лекарство, которое употребляется людьми. У её источников строили купальни, лечебницы, курортные зоны, оздоровительные центры, пансионаты. У минеральной воды есть уникальные свойства, которые позволяют ей быть полезной для организма человека. Она формировалась в глубинах земли под воздействием природной обработки высокими температурами, различными горными породами, растворенными газами, энергетическими полями. Это объясняет вкусовые и оздоровительные свойства минеральной воды. Никакой комплекс минералов не сравнится с природной минеральной водой. В настоящее время её ассортимент поражает своим разнообразием.

Цель: сделать химический анализ и провести сравнительную характеристику минеральной воды различных торговых марок.

Задачи:

1. Изучить литературу по теме исследования.

2. Провести анкетирование по данной теме.

3. Исследовать химический состав минеральной воды, сравнив данные этикеток с данными экспериментального исследования.

4. Сделать выводы.

Гипотеза: невсе виды минеральной воды одинаково полезны, не всегда благотворно влияют на организм человека, могут употребляться как в бытовых, так и в лечебных целях лишь в ограниченном количестве.

Объект исследования: минеральная вода торговых марок Образец 1, Образец 2, Образец 3.

Предмет исследования: химический состав минеральной воды торговых марок Образец 1, Образец 2, Образец 3.

Методы исследования: анализ источников информации, анкетирование, химический эксперимент, сравнение, анализ.

Место исследования: кабинет химии

Сроки проведения исследования: ноябрь – декабрь 2023 года.

Актуальность: Многообразие минеральной воды способно ввести в заблуждение кого угодно. Важно научиться правильно выбирать минеральную воду в соответствии с потребностями и требованиями, предъявляемыми к ней.

Новизна: сравнительный комплексный анализ минеральной воды различных торговых марок.

В своей работе я использовала материалы: ГОСТ Р 54316-2020 Национальный стандарт Российской Федерации. Воды минеральные природные питьевые. Общие технический условия: - дата введения 2020-03-13; Федеральное агентство по техническому регулированию и метрологии. – Изд. Официальное. – Москва: Стандартинформ, 2020; Минеральный источник – это… Минеральные источники России. [Электронный ресурс]. – Режим доступа: http://fb.ru/article/ 322024/mineralnyiy-istochnik---eto-mineralnyie-istochniki-rossii (дата обращения 22.11.2023).

ОСНОВНАЯ ЧАСТЬ

Глава 1. ТЕОРЕТИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ

Минеральная вода – вода, содержащая биологически активные минеральные и органические компоненты, обладающая специфическими физико-химическими свойствами. Минеральная вода поступает из природных источников, в её растворе содержатся полезные соли. Источники бьют из земли и часто имеют высокую температуру.

При покупке минеральной воды следует ориентироваться не только на её вкусовые качества, но и на химический состав. Он представляет собой разнообразные сочетания из шести основных составляющих: натрий (Na⁺), кальций (Ca²⁺), магний (Mg²⁺), хлор (Cl^-), сульфат (SO₄^2-) и гидрокарбонат (HCO₃^-). Двуокись углерода (CO₂) также является важной составляющей минеральной воды, так как за счёт соединения углекислого газа с подземными породами и формируются лечебные свойства воды. Углекислый газ смягчает вкус воды, способствует утолению жажды и стабилизирует химический состав минеральной воды, поэтому для сохранения всех полезных свойств её перед розливом дополнительно насыщают двуокисью углерода.

В минеральной воде в небольших количествах содержится почти вся таблица Менделеева. В наибольшем количестве в ней представлены: железо, йод, фтор, бром, мышьяк, кобальт, молибден, медь, марганец и литий. Они также оказывают влияние на человека. Хлор влияет на выделительную функцию почек. Калий и натрий поддерживают оптимальное давление в тканевых и межтканевых жидкостях организма. Йод активизирует функцию щитовидной железы, участвует в процессах рассасывания и восстановления. Бром нормализует функцию коры головного мозга. В структуру гемоглобина входит железо и недостаток его в организме приводит к анемии. Медь помогает железу переходить в гемоглобин.

Для деления минеральной воды на группы анализируют такие показатели, как уровень минерализации, ионный и газовый составы, температура, кислотность или щелочность, радиоактивность.

Классификация по содержанию минеральных веществ:

- столовые (до 2 г соли на литр) – можно пить в неограниченных количествах;

- лечебно-столовые (2 – 8 г соли на литр) – пригодны для питья и в лечебных целях, прописывает врач;

- лечебные (9 - 10 г соли на литр) – лекарство, применяется по рекомендации врача;

- для наружного применения (для ванн): высокоминерализованные с М = 10,1 – 35 г/л; рассольные с М = 35,1 - 150 г/л; крепкие рассолы с М = 150,1 – 600 г/л; очень крепкие рассолы с М > 600 г/л.

Классификация минеральной воды по температуре: холодные (ниже 20 градусов); тёплые (от 21 до 36 градусов); термальные (от 37 до 42 градусов); - высокотермальные (от 43 до 90 градусов).

Классификация в зависимости от газового состава и наличия специфических элементов: углекислые, сульфидные, бромистые, йодистые, мышьяковистые, радиоактивные.

Классификация по ионному составу:

- фторная – содержит более 1 миллиграмма фтора на литр;

- бикарбонатная – более 600 миллиграммов бикарбонатов на литр;

- сульфатная – более 200 миллиграммов сульфатов на литр;

- хлоридная – более 200 миллиграммов хлоридов на литр;

- магниевая – более 50 миллиграммов магния на литр;

- железистая – более 1 миллиграмма железа на литр;

- кислая – более 250 миллиграммов ангидридов углекислоты на литр;

- натриевая – более 200 миллиграммов натрия на литр.

Глава 2. ПРАКТИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ

2.1. Анкетирование и его анализ

Анкетирование было проведено выборочно среди 69 учащихся 8 классов в МБОУ СОШ № 97 города Кемерово.

Задавались следующие вопросы:

1. Полезна ли по вашему мнению минеральная вода?

2. Потребляете ли вы минеральную воду?

3. Как часто вы её употребляете?

4. Читаете ли вы информацию на этикетке перед тем, как купить воду?

5. Знаете ли вы, что различные минеральные воды отличаются по составу, свойствам и действию на организм?

6. Как вы считаете, минеральную воду можно пить в ограниченном или неограниченном количестве?

Результаты анкетирования наглядно представлены на диаграммах (Приложение №№ 1-3).

Большинство анкетируемых считают минеральную воду полезной (90%).

78% анкетируемых употребляют минеральную воду.

Почти половина (46%) употребляют минеральную воду 1-2 раза в месяц, 17% - ежедневно, 16% - 2-3 раза в неделю и лишь 9% - раз в неделю.

Очень многие (80%) не читают информацию на этикетке перед тем, как купить воду и лишь 20% обращают внимание на информацию на этикетке.

2/3 анкетируемых (67%) не знают, что различная минеральная вода отличается по составу, свойствам и действию на организм. Хотя 1/3 из числа опрошенных (33%) об этом знают.

Почти половина анкетируемых (47%) знают, что минеральную воду можно пить в ограниченном количестве, но 20% считают, что минеральную воду можно пить в неограниченном количестве, а 33% затруднились ответить.

2. 2. Экспериментальные исследования и их анализ

В своей работе мною были исследованы состав минеральной воды следующих торговых марок: Образец 1, Образец 2, Образец 3.

Прежде всего мною были изучены данные этикеток (Приложение № 4 таблица № 1). Внешний вид этикеток удовлетворительный, информация читается отчётливо, на этикетках всех образцов заявлен ГОСТ.

Таким образом, вся вода произведена согласно ГОСТу.

Также мною были изучены степень минерализации исследуемой воды. Характеристика каждого вида представлена в приложении. (Приложение № 5 таблица № 2). Образцы можно классифицировать следующим образом:

- лечебно-столовая минеральная вода – Образец 2, Образец 3;

- лечебная минеральная вода – Образец 1.

Таким образом, классификация образцов минеральной воды по степени минерализации соответствует заявленному на этикетках.

Минеральная вода широко используется для лечения многих заболеваний. Мною была изучена информация на этикетках о медицинских показаниях к употреблению исследуемой минеральной воды. Эта информация представлена в приложении. (Приложение № 6 таблица № 3).

Таким образом, все три исследуемых образца минеральной воды применяется при хроническом гастрите с нормальной и пониженной секреторной функцией желудка; болезни печени, желчного пузыря и желчевыводящих путей; болезней поджелудочной железы; болезни обмена веществ, а Образец 2 и Образец 3 ещё и при язвенной болезни желудка и двенадцатиперстной кишки; постхолецистэктомические синдромы; болезни мочевыводящих путей. Вся минеральная вода применяется вне фазы обострения вышеуказанных болезней.

Чтобы определить органолептические характеристики исследуемой минеральной воды мною были изучены прозрачность, вкус, цвет, запах, насыщенность диоксидом углерода.

Прозрачность и цвет определялись визуально при дневном свете.

Для определения запаха исследуемая минеральная вода в бутылках выдерживалась в ёмкости с водой при температуре 20-30°С в течение часа. Затем наполнила стакан и проанализировала запах.

Для определения вкуса исследуемой минеральной воды, я опустила бутылки в воду со льдом и выдерживала в течение часа при температуре 12°С.

Насыщенность диоксидом углерода определялась визуально при открытии бутылок.

Результаты органолептических характеристик исследуемой минеральной воды представлены в приложении (Приложение № 7 таблица 4).

Таким образом, по органолептическим показателям минеральная вода Образец 1, Образец 2, Образец 3 - прозрачные, бесцветные жидкости, без посторонних включений, не имеющие естественного осадка, не имеют запаха. Образец 1 имеет солёный привкус за счёт солей, содержащихся в минеральной воде, Образец 2 и Образец 3 - слабый соленый вкус. При первом открытии бутылок выделяется большое количество пузырьков двуокиси углерода.

Для определения качественного состава минеральной воды и сравнения его с химическим составом, заявленным на этикетке, мною были проведены следующие эксперименты.

1. Измерение pH в исследуемых пробах минеральной воды.

Величина pH определяется количественным соотношением в воде ионов H⁺ и OH^-. Если ионы OH^- в воде преобладают, то pH > 7, вода будет иметь щёлочную среду, при повышенном содержании ионов H+, pH < 7, среда – кислая. Идеальный уровень кислотности воды, когда pH = 7, т.е. среда нейтральная. При растворении в воде различных химических веществ этот баланс нарушается, это приводит к изменению уровня pH. В зависимости от уровня pH воды можно условно разделить на несколько групп (Приложение № 8 таблица № 5). Для определения среды я использовала индикаторную лакмусовую бумагу. Результат данного опыта представлен в приложении (Приложение № 9 таблица № 6 и Приложение № 10 фото № 1).

Таким образом, слабощелочная вода – Образец 3, нейтральная – Образец 2, щелочная – Образец 1.

2. Определение содержания анионов SO₄^2- в исследуемых пробах минеральной воды.

Методика проведения эксперимента: для определения наличия анионов SO₄^2- я налила в пробирку 5 мл BaCl₂, добавила несколько капель исследуемой минеральной воды. При этом наблюдается выпадение белого осадка или помутнение.

уравнение химической реакции: Ba²⁺ + SO₄^2- = BaSO₄↓

Результаты определения содержания анионов SO₄^2- представлены в приложении (Приложение № 11 таблица № 7 и Приложение № 12 фото № 2). Больше всего анионов SO₄^2- содержится в Образце 2, так как там наблюдалось сильное помутнение воды, а в Образце 1 и в Образце 3 – слабое помутнение воды.

Таким образом, содержание SO₄^2-, заявленное на этикетках исследуемой минеральной воды, подтвердилось в ходе проведенного эксперимента.

3. Определение содержания анионов HCO₃^- в исследуемых пробах минеральной воды.

Методика проведения эксперимента: в пробирку я налила 10 мл исследуемой минеральной воды и 0,5 мл соляной кислоты (HCl). При этом наблюдается бурное выделение пузырьков газа (CO₂↑).

уравнение химической реакции: H⁺ + HCO₃^- = CO₂↑ + H₂O

Результаты определения содержания анионов HCO₃^- представлены в приложении (Приложение № 13 таблица № 8 и Приложение № 14 фото № 3). Больше всего анионов HCO₃^- содержится в Образце 1, так как там наблюдалось бурное выделение пузырьков газа. В Образце 3 было слабое выделение пузырьков газа, следовательно, содержание анионов HCO₃^- гораздо меньше. А в Образце 2 выделение пузырьков газа не наблюдалось совсем, что говорит о минимальном содержании анионов HCO₃^-.

Таким образом, содержание HCO₃^-, заявленное на этикетках исследуемой минеральной воды, подтвердилось в ходе проведенного эксперимента. На этикетках Образца 1 и Образца 3 минеральная вода заявлена как гидрокарбонатная, что также нашло своё подтверждение в ходе проведённого эксперимента.

4. Определение содержания анионов Cl^- в исследуемых пробах минеральной воды.

Методика проведения эксперимента: в пробирку я налила 5 мл исследуемой минеральной воды и добавила 3 капли 10%-ного раствора нитрата серебра (AgNO₃). При этом наблюдается выпадение белого творожного осадка (AgCl↓), нерастворимого при добавлении HNO₃.

уравнение химической реакции: Ag⁺ + Cl^- = AgCl↓

Результаты определения содержания анионов Cl^- представлены в приложении (Приложение № 15 таблица № 9 и Приложение № 16 фото № 4). Больше всего анионов Cl^- содержится в Образце 1, так как там наблюдался творожистый осадок. Также белый осадок присутствовал в Образце 3, что говорит о содержании анионов Cl^-, но в значительно меньшем количестве. Легкое помутнение заметно в Образце 2, следовательно, в этом образце содержится меньше анионов Cl^-, чем в предыдущих образцах.

Таким образом, содержание Cl^-, заявленное на этикетках исследуемой минеральной воды, подтвердилось в ходе проведенного эксперимента. На этикетках Образца 1 и Образца 3 минеральная вода заявлена как хлоридная, что также нашло своё подтверждение в ходе проведённого эксперимента.

5. Определение содержания анионов Mg²⁺ в исследуемых пробах минеральной воды.

Методика проведения эксперимента: в пробирку налила 10 мл исследуемой минеральной воды и добавила 0,5 мл 5%-ного раствора гидроксида натрия (NaOH). При этом наблюдается выпадение прозрачного хлопьевидного осадка.

уравнение химической реакции: Mg²⁺ + 2OH^- = Mg(OH)₂↓

Результаты определения содержания анионов Mg²⁺ представлены в приложении (Приложение № 17 таблица № 10 и Приложение № 18 фото № 5). Больше всего анионов Mg²⁺ содержится в Образце 2, так как там наблюдалось наибольшее помутнение. В Образце 3 изменений не обнаружено, так как содержание анионов Mg²⁺ минимальное.

Таким образом, содержание Mg²⁺, заявленное на этикетках исследуемой минеральной воды, подтвердилось в ходе проведенного эксперимента. На этикетке Образца 2 минеральная вода заявлена как магниевая, что также нашло своё подтверждение в ходе проведённого эксперимента.

6. Определение содержания анионов Ca²⁺ в исследуемых пробах минеральной воды.

Методика проведения эксперимента: в пробирку я налила 10 мл исследуемой минеральной воды и добавила 0,5 мл 5%-ного раствора фосфата натрия (Na₃PO₄). При этом наблюдается помутнение.

уравнение химической реакции: 3Ca²⁺ + 2PO₄ ^3- = Ca₃(PO₄)₂↓

Результаты определения содержания анионов Ca²⁺ представлены в приложении (Приложение № 19 таблица № 11 и Приложение № 20 фото № 6). Больше всего анионов Ca²⁺ содержится в Образце 2, так как там наблюдалось наибольшее помутнение. В Образце 3 изменений не обнаружено, так как содержание анионов Ca²⁺ минимальное.

Таким образом, содержание Ca²⁺, заявленное на этикетках исследуемой минеральной воды, подтвердилось в ходе проведенного эксперимента.

7. Определение содержания анионов Na⁺, K⁺ в исследуемых пробах минеральной воды.

Методика проведения эксперимента: прокалённую медную проволоку я поместила в исследуемую минеральную воду и внесла в пламя спиртовки. При этом если наблюдается цвет пламени жёлтый – это означает присутствие Na⁺, если цвет пламени бледно-фиолетовый – присутствие K⁺.

Результаты определения содержания анионов Na⁺, K⁺ представлены в приложении (Приложение № 21 таблица № 12 и Приложение № 22 фото № 7). Больше всего анионов Na⁺, K⁺ содержится в Образце 1.

Таким образом, содержание Na⁺, K⁺, заявленное на этикетках исследуемой минеральной воды, подтвердилось в ходе проведенного эксперимента. На этикетках всех образцов минеральная вода заявлена как натриевая, что также нашло своё подтверждение в ходе проведённого эксперимента.

Результаты качественного определения анионов образцов минеральной воды и сравнения его с химическим составом, заявленным на этикетке представлены в приложении (Приложение № 23 таблица № 13).

Таким образом, исходя из данных таблицы, все исследуемые образцы полностью подтвердили состав, указанный на этикетке.

8. Определение влияния общей минерализации воды на свойства живых организмов.

Методика проведения эксперимента: для определения влияния концентрации солей, содержащихся в исследуемых пробах минеральной воды, на клетки живых организмов мною был проведен эксперимент по проращиванию семян огурцов. Так как клетки животных и растений похожи, то и взаимодействие на живые организмы должны быть похожи. Для проведения эксперимента я взяла семена огурцов и замочила их в исследуемых образцах минеральной воды и простой воде Образец 4. (Приложение № 24 фото № 8).

На третий день я увидела, что лучше всего проросли семена в простой воде Образец 4. В Образце 2 и Образце 3 семена проросли, но значительно меньше. А в Образце 1 так и не проросли (Приложение № 25 фото № 9).

Можно сделать вывод, что минерализация минеральной воды играет большую роль в процессе роста и развития клеток живых организмов. Минеральная вода оказывает различное влияние на процесс прорастания семян. В минеральной воде Образца 2 и Образца 3, где минерализация незначительная, семена проросли, хотя и меньше, чем в простой воде. Это говорит о благоприятном влиянии комплекса минеральных солей определенной концентрации на рост и развитие клеток живых организмов. В минеральной воде с большим содержанием солей Образца 1 проросшие семена отсутствовали. Это говорит о том, что минеральная вода с большим содержанием солей не может употребляться регулярно, бесконтрольно и в неограниченном количестве. Употребление такой минеральной воды должно быть согласовано с лечащим врачом.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Для изучения состава минеральной воды я не ограничилась лишь изучением данных о качественном составе, содержащемся на этикетках исследуемых образцов. В своей работе мною была проведена целая серия экспериментов, в ходе которых качественный состав образцов минеральной воды, заявленный на этикетках, нашёл своё подтверждение в процессе исследования.

На основании проведенного анкетирования и экспериментального исследования можно сделать следующие выводы:

1. Большинство людей употребляют минеральную воду и считают её полезной.

2. Многие не читают информацию на этикетке перед тем, как купить минеральную воду и не знают, что она различается по составу.

3. Половина анкетируемых знают, что минеральную воду можно пить в ограниченном количестве.

4. Все исследуемые образцы полностью подтвердили состав, указанный на этикетке.

5. Минеральную воду с большим содержанием солей не следует употреблять регулярно, бесконтрольно и в неограниченном количестве. Употребление такой минеральной воды должно быть согласовано с лечащим врачом.

В процессе моей работы, выдвинутая в начале исследования гипотеза подтвердилась: невсе виды минеральной воды одинаково полезны, не всегда благотворно влияют на организм человека, могут употребляться как в бытовых, так и в лечебных целях лишь в ограниченном количестве.

В ходе проведенных исследований я пришла к выводу, что приём минеральной воды в лечебных целях необходимо согласовывать с врачом. При минимальной минерализации воды ограничений в её применении нет. Минеральная вода является уникальным источником полезных микроэлементов и при правильном использовании может исцелить многие болезни. Также её можно использовать как средство профилактики различных заболеваний. Но при неправильном употреблении может не только не оказать нужного действия, но и навредить. Таким образом, выдвинутая мной гипотеза подтвердилась.

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ И ЛИТЕРАТУРЫ:

1. ГОСТ Р 54316-2020 Национальный стандарт Российской Федерации. Воды минеральные природные питьевые. Общие технический условия: - дата введения 2020-03-13; Федеральное агентство по техническому регулированию и метрологии. – Изд. Официальное. – Москва: Стандартинформ, 2020. – 46 с.

2. Минеральный источник – это… Минеральные источники России. [Электронный ресурс]. – Режим доступа: http://fb.ru/article/322024/ mineralnyiy-istochnik---eto-mineralnyie-istochniki-rossii (дата обращения 22.11.2023).

ПРИЛОЖЕНИЯ

Приложение № 1

Диаграмма 1,2

Результаты анкетирования вопросов № 1, 2

Приложение № 2

Диаграмма 3,4

Результаты анкетирования вопросов № 3, 4

Приложение № 3

Диаграмма 5, 6

Результаты анкетирования вопросов № 5, 6

Приложение № 4

Таблица № 1 «Результат изучения данных этикеток»

Приложение № 5

Таблица № 2 «Результат классификации по степени минерализации воды»

Приложение № 6

Таблица № 3 «Информация о медицинских показаниях по применению»

Приложение № 7

Таблица № 4 «Органолептические характеристики исследуемых проб минеральной воды»

Приложение № 8

Таблица № 5 «Зависимость водородного показателя и окраски индикатора»

Приложение № 9

Таблица № 6 «Результат анализа среды»

Приложение № 10

Фото № 1 «Результат анализа среды»

Приложение № 11

Таблица № 7 «Результаты определения содержания анионов SO₄^2- в исследуемых пробах минеральной воды»

Приложение № 12

Фото № 2 «Результаты определения содержания анионов SO₄^2- в исследуемых пробах минеральной воды»

Приложение № 13

Таблица № 8 «Результаты определения содержания анионов HCO₃^- в исследуемых пробах минеральной воды»

Приложение № 14

Фото № 3 «Результаты определения содержания анионов HCO₃^- в исследуемых пробах минеральной воды»

Приложение № 15

Таблица № 9 «Результаты определения содержания анионов Cl^- в исследуемых пробах минеральной воды»

Приложение № 16

Фото № 4 «Результаты определения содержания анионов Cl^- в исследуемых пробах минеральной воды»

Приложение № 17

Таблица № 10 «Результаты определения содержания анионов Mg²⁺ в исследуемых пробах минеральной воды»

Приложение № 18

Фото № 5 «Результаты определения содержания анионов Mg²⁺ в исследуемых пробах минеральной воды»

Приложение № 19

Таблица № 11 «Результаты определения содержания анионов Ca²⁺ в исследуемых пробах минеральной воды»

Приложение № 20

Фото № 6 «Результаты определения содержания анионов Ca²⁺ в исследуемых пробах минеральной воды»

Приложение № 21

Таблица № 12 «Результаты определения содержания анионов Na²⁺, K²⁺ в исследуемых пробах минеральной воды»

Приложение № 22

Фото № 7 «Результаты определения содержания анионов Na²⁺, K²⁺ в исследуемых пробах минеральной воды»

Приложение № 23

Таблица № 13 «Результаты качественного определения анионов в исследуемых пробах минеральной воды»

Приложение № 24

Фото № 8 «Первый день опыта определения влияния общей минерализации воды на свойства живых организмов»

риложение № 25

Фото № 9 «Третий день опыта определения влияния общей минерализации воды на свойства живых организмов»