Методы определения количества нитратов и нитритов в питьевой воде

Федеральное агентство по образованию

Государственное образовательное  учреждение

высшего профессионального  образования

«Вятский государственный  гуманитарный университет»

 

Химический факультет

Кафедра химии 

 

 

 

Выпускная квалификационная работа

 

количественное определение нитратов и нитритов в питьевой воде города Кирова

 

 

 

Выполнила:

студентка 5 курса

химического факультета

                                                                                                   Е. А. Жвакина

____________ (подпись)

 

Научный руководитель:

ассистент А. И. Фокина

____________ (подпись)

 

Рецензент:

ассистент  Т. А. Адамович

____________ (подпись)

 

 

Допущена к защите в ГАК

 

Зав.кафедрой, д.т.н., проф.       __________     (подпись)               Т.Я. Ашихмина

                                                                                           «____»___________2007 г.            

 

Декан факультета, к.п.н., доцент __________ (подпись)                     М.А. Зайцев

                                                                                            «____»___________2007 г.   

 

 

 

Киров 2007

 

Содержание

Введение           3

I. Литературный обзор         

I.1. Вода питьевая, ее качество       5

I.2. Общая характеристика нитратов и нитритов

I.2.1. Нахождение нитратов и нитритов в природе,

их место в круговороте  азота      8

I.2.2. Химия нитратов и нитритов      14

I.2.3. Использование нитратов и нитритов в народном

         хозяйстве. Природные и антропогенные  источники

         их поступления в окружающую  среду    21

I.2.4. Метаболизм нитратов и нитритов в организме человека 25

I.3. Методы качественного и количественного определения

       нитратов  и      нитритов в воде

I.3.1. Методы качественного определения

         нитратов  и нитритов       31

I.3.2. Методы количественного определения

         нитратов  и нитритов       

I.3.2.1. Методы количественного определения содержания

            нитратов        36

I.3.2.2. Методы количественного определения содержания

            нитритов        45

II. Экспериментальная часть

II.1. Пробоотбор и пробоподготовка       53

II.2. Методы определения количества нитратов и нитритов в

       питьевой воде         54

II.3. Результаты и их обсуждение      62

Выводы           67

Литература           68

Приложение          71

Введение

Вода – одно из основных условий нормальной жизни человека. На сегодняшний день необходима оценка качества воды, которая включает в себя совокупность показателей состава и свойств воды, определяющих пригодность ее для конкретных видов водопользования и водопотребления. Вода считается чистой, если ее состав и свойства ни по одному из показателей не выходят за пределы установленных нормативов, а содержание вредных веществ не превышает предельно-допустимых концентраций (ПДК). Существует много показателей оценки качества воды. Одними из загрязняющих воду веществ являются нитраты и нитриты, определение которых имеет немаловажную роль в предупреждении неблагоприятного воздействия их на здоровье людей. В соответствии с требованиями глобальной системы мониторинга состояния окружающей среды нитраты и нитриты входят в программы обязательных наблюдений за составом питьевой воды и являются важными показателями степени загрязнения и трофического статуса природных водоемов.

Как удалось выяснить, в химических лабораториях города Кирова, занимающихся анализом питьевой воды отсутствуют данные по динамике содержания нитратов и нитритов, чаще всего интерес для этих лабораторий представляет соответствие со значением ПДК. Кроме того, не ведется учет содержания нитратов и нитритов в питьевой воде непосредственно употребляемой жителями города Кирова.

Целью работы является определение содержания нитритов и нитратов в питьевой воде г. Кирова.

Цель определила следующие задачи:

1. Сделать литературный обзор по следующим вопросам:
• вода питьевая, ее качество;
• химическая и токсикологическая характеристика нитритов и нитратов.
2. Выбрать и отработать наиболее оптимальные методы определения содержания NO₃^- и NO₂^- в воде.
3. Определить содержание NO₃^- и NO₂^- в водопроводной воде г. Кирова в различные сезоны года.
4. На основе анализа полученных данных оценить качество питьевой воды относительно этих показателей в динамике.

 

I. Литературный обзор

I.1. Вода питьевая, ее качество

Вода – главное  и наиболее распространенное химическое соединение на нашей планете – обязательный компонент всех живых организмов (составляющий до 99 % их массы), главный компонент среды их пребывания, а также большинства продуктов питания. Вода – регулятор климатических условий на Земле, стабилизирующий температуру на ее поверхности, и участник практически всех технологических процессов промышленного и сельхозпроизводства.

Наибольшие запасы воды содержатся в гидросфере – 96 % в мировом  океане, остальные запасы воды –  это реки, озера, ледники подземные  и почвенные воды; 3 % воды – пресные (причем 80 % этой воды находится в виде льда на вершинах гор и ледников на полюсах Земли). Вода покрывает 80 % поверхности Земли и содержится в ее горных породах и минералах, почве, растениях, атмосфере.

Вода – единственное химическое соединение, которое в природе может находиться в жидком, твердом и газообразном состояниях одновременно. Чистая вода – прозрачная, бесцветная жидкость без запаха и вкуса. Многие ее физические свойства и их изменения имеют аномальный характер.

Основными причинами  аномальных свойств воды являются полярность ее молекул и образование объемной системы водородносвязанных структур. Они делают воду весьма реакционным соединением с уникально хорошей растворяющей способностью по отношению к полярным и ионогенным веществам, при этом в воде растворяются все природные соединения.

Вода не бывает абсолютно  чистой. Природная вода содержит многочисленные растворенные вещества – соли, кислоты, щелочи, газы (углекислый газ, азот, кислород, сероводород), продукты отходов промышленных предприятий и нерастворимые частицы минерального и органического происхождения.

Наиболее чистой природной  водой является дождевая; однако и  она содержит до 50 мг/л различных растворенных примесей [18].

Основным потребителем воды является население (81 %). Россия обладает одним из самых высоких водных потенциалов в мире – на каждого жителя России приходится свыше 30000 м³/год воды. Однако в настоящее время из-за загрязнения и засорения около 70 % рек и озер России утратили свои качества как источника питьевого водоснабжения, в результате около половины населения потребляют загрязненную недоброкачественную воду [14].

Питьевая вода – это  вода, которая используется для питьевых целей и хозяйственно-бытовых нужд населения, а также вода, используемая для нужд пищевой промышленности и ряда производств химической промышленности [18].

Большое значение имеет  удовлетворение потребностей населения  в питьевой воде в местах его проживания через централизованные (приоритетно) или нецентрализованные системы питьевого водоснабжения.

Источниками централизованного  водоснабжения служат поверхностные  воды, доля которых в общем объеме водозабора составляет 68 %, а подземные  воды – 32 %. Практически все поверхностные  источники водоснабжения в последние годы подвергаются воздействию вредных антропогенных загрязнений. Качество воды в большинстве из них не отвечает нормативным требованиям. Многолетние наблюдения за динамикой качества поверхностных вод выявили тенденцию к росту их загрязненности. Поэтому в настоящее время очень важное значение имеет оценка качества воды [20].

Понятие качества воды включает в себя совокупность показателей  состава и свойств воды, определяющих пригодность ее для конкретных видов водопользования и водопотребления. Вода считается чистой, если ее состав и свойства ни по одному из показателей не выходят за пределы установленных нормативов, а содержание вредных веществ не превышает предельно-допустимых концентраций (ПДК). Особые требования предъявляют к питьевой воде: она должна обладать хорошими органолептическими свойствами, быть безопасной в эпидемиологическом отношении, иметь безвредный химический состав.

Состав воды оценивают  с помощью физических, химических, санитарно-бактериологических показателей.

К физическим показателям  относят содержание взвешенных частиц, цветность, запахи и привкусы.

Химический состав воды характеризуется ионным составом, жесткостью, щелочностью, окисляемостью, активной концентрацией водородных ионов (рН), сухим остатком, общим солесодержанием, содержанием растворенного кислорода, свободной углекислоты, сероводорода, активного хлора.

Санитарно-бактериологическим показателем качества воды являются коли-титр и коли-индекс, а также общее число содержащихся в воде бактерий.

Каждый из показателей состояния  воды в отдельности, хотя и несет  определенную информацию о ее составе, не может служить единственным критерием качества воды, так как не позволяет судить о значениях других показателей (в результате сравнения фактических концентраций разных ингредиентов с соответствующими ПДК одно и то же состояние воды по разным показателям может быть отнесено к различным классам качества). Кроме того, такая оценка не позволяет проанализировать изменение качества вод в водном объекте за несколько лет, так как содержание одних веществ может снижаться, а содержание других, наоборот, может возрастать.

Следовательно, результатом оценки качества воды должны быть некоторые интегральные показатели, которые охватывали бы основные показатели качества воды (либо те из них, по которым зафиксировано неблагополучие).

В настоящее время Кировским центром по гидрометеорологии и мониторингу окружающей среды определено 32 показателя качества воды. Одними из показателей качества воды является содержание в ней нитратов и нитритов, определение которых в питьевой воде  имеет большое значение в целях предупреждения неблагоприятного воздействия их на здоровье человека. В соответствии с требованиями глобальной системы мониторинга состояния окружающей среды нитраты и нитриты входят в программы обязательных наблюдений за составом питьевой воды [18, 20, 39].

 

I.2. Общая характеристика нитратов и нитритов

I.2.1. Нахождение нитратов и нитритов в природе,

их место  в круговороте азота

Неорганические соединения азота не встречаются в природе  в больших количествах, если не считать  натриевую селитру, образующую мощные пласты на побережье Тихого океана и Чили. Почва содержит незначительное  количество азота, преимущественно в виде солей азотной кислоты.

Основные минералы:

натриевая селитра       NaNO₃

калийная селитра         KNO₃

аммиачная селитра      NH₄NO₃

дарапскит                     Na₃(NO₃)·(SO₄)·H₂O

нитромагнезит             Mg(NO₃)₂·6H₂O

нитрокальцит               Ca(NO₃)₂·4H₂O

нитробарит                   Ba(NO₃)₂

герхардтит                    Cu₂(NO₃)·(OH)₃

ликазит                         Cu₆(NO₃)₂·(PO₄)·(OH)₇

буттгенбахит                Cu₁₉(NO₃)₂·(OH)₃₂·C₁₄·3H₂O

Природные нитраты встречаются  в виде солеобразных масс, выцветов, корочек, налетов. Все селитры хорошо растворяются в воде, обладают охлаждающим вкусом. Значительные месторождения находятся в Чили (провинция Тарапка и Антофагаста), где природные нитраты ассоциируют с галогенидами, сульфатами, селенатами и некоторыми иодатами. В этих месторождениях калийная и натриевая селитры составляют основную часть запасов.

Щелочные нитраты часто формируются при взаимодействии азотистых органических веществ и щелочных солей. Например, налеты натриевой и калиевой селитры в полостях и трещинах пород или высыпки. На современном этапе природные нитраты добываются в ограниченном количестве; главную массу азотных соединений получают химическим путем [6].

Нитраты – одно из важнейших звеньев  природного круговорота азота, без  которого невозможно существование  биоты Земли [19].