Методы определения количества нитратов и нитритов в питьевой воде

Нитриты являются дезаминирующими  агентами, способствуют окислению аминогрупп нуклеиновых оснований. При этом изменяется структура нуклеиновых оснований в ДНК и их способность к образованию водородных связей, т. е. происходят повреждения в ДНК.

Механизм канцерогенного действия N-нитрозосоединений на молекулярном уровне включает алкилирование нуклеиновых кислот, в первую очередь гуанина.

Канцерогенность нитрозосоединений  для развивающегося плода в 10 раз  выше, чем для взрослых людей, что, возможно, определяется большей активностью нуклеиновых кислот в период эмбрионального развития, а также высокой чувствительностью нервной системы плода.

Изучение биологического действия нитратов и их производных  свидетельствует о том, что повышенные концентрации этих веществ могут отрицательно влиять на все жизненно важные функции человека.

Ингибиторами реакции нитрозирования в организме человека являются аскорбиновая кислота (витамин С), а также токоферолы (витамины группы Е), полифенолы, танин и пектиновые вещества, содержащиеся в овощах.

При соотношении витамина С и  нитратов 2:1 нитрозоамины не образуются. Такое соотношение свойственно многим веществам, что естественным путем предотвращает опасность образования нитрозоаминов. Препятствует образованию нитрозоаминов и клетчатка, подавляющая всасывание их в кровь в толстой кишке. Предполагается, что аскорбиновая кислота оказывает ингибирующее действие и на образование метгемоглобина. Следовательно, необходимо вводить в рацион продукты с высоким содержанием витаминов, особенно витамина С (овощи и фрукты) [1, 28].

 

 

 

I.3. Методы качественного и количественного

определения нитратов и нитритов в воде

I.3.1. Методы качественного определения

 нитратов и нитритов

Качественные  реакции на нитрат-ион

Нитрат-ион является анионом азотной  кислоты, принадлежащей к числу  самых сильных минеральных кислот.

Все нитраты за исключением  основных солей висмута и ртути, а также солей некоторых органических оснований, растворимы в воде. Растворы нитратов, образованных сильными основаниями, имеют нейтральную реакцию, растворы нитратов, образованных слабыми основаниями - кислую реакцию. Вследствие растворимости нитратов для обнаружения NO₃^- применяются почти исключительно вызываемые им реакции окисления.

1. Медь и серная кислота

Металлическая медь в концентрированной  серной кислоте восстанавливает нитрат-ион до оксида азота (II):

2NO₃^- + 8H⁺ + 3Cu¯ ® 3Cu²⁺ + 4H₂O + 2NO­

2NO­ + O₂ = 2NO₂­

К 2-3 каплям раствора нитрата  приливают несколько капель концентрированной  серной кислоты и кусочек металлической меди. Содержимое пробирки нагревают. Выделяется бурый газ (NO₂), который легче заметить, если поместить пробирку над листом белой бумаги и смотреть на нее сверху. Предварительно необходимо убедиться в том, что реакция идет не слишком быстро.

 Условия проведения  опыта.

1. Медные стружки берутся обезжиренные и свободные от загрязнений.
2. При наличии нитрит-ионов их предварительно удаляют нагреванием с NH₄Cl, т.к. они мешают проведению реакции.

 

 

     2.   Сульфат железа (II) FeSO₄

Сульфат железа (II) FeSO₄ с NO₃^- образует в концентрированном растворе серной кислоты комплексную соль бурого цвета [Fe(NO)]SO₄.

В каплю исследуемого раствора нитрата, помещенную на капельную пластинку или на часовое стекло, вносят кристалл FeSO₄ величиной с булавочную головку и прибавляют каплю концентрированной серной кислоты. В присутствии нитрат-ионов вокруг кристалла появляется бурое кольцо вследствие образования комплексного соединения [Fe(NO)]SO₄:

6Fe²⁺ + 2NO₃^- + 8H⁺ ® 6Fe³⁺  + 2NO↑ + 4H₂O

NO + Fe²⁺ + SO₄^2- ® [Fe(NO)]SO₄

6FeSO₄ + 2NaNO₃ + 4H₂SO₄ = 3Fe₂(SO₄)₃ + Na₂SO₄ + 4H₂O + 2NO↑

2NO + 2Fe = 2[Fe(NO)]SO₄

Иодиды и бромиды мешают реакции, т.к. в их присутствии выделяются I₂ и Br₂, CrO₄, MnO₄, [Fe(CN)₆]^4-, [Fe(CN)₆]^3-, SCN^-, S₂O₃^2-, SO₃^2- должны отсутствовать.

3. Восстановление до аммиака

Металлический алюминий в сильнощелочной среде восстанавливает нитраты до аммиака.

В пробирку к 3-4 каплям исследуемого раствора нитрата прибавляют несколько капель 2н раствора NaOH и вносят 1-2 кусочка металлического алюминия. Пробирку закрывают (не слишком плотно) ватным тампоном толщиной около 1 см для задержания брызг щелочи, уносимых  выделяющимися газами. Поверх тампона  помещают кусочек влажной лакмусовой или фенолфталеиновой бумаги и оставляют на несколько минут. Для ускорения реакции содержимое пробирки нужно слегка нагреть, но как только начнется бурное выделение водорода, нагревание следует немедленно прекратить.

В данных условиях NO₃^-  восстанавливается до аммиака NH₃, который вызывает посинение лакмусовой  или покраснение фенолфталеиновой бумаги:

3NO₃^- + 8Al¯ + 5OH^- + 2H₂O ® 3NH₃­ + 8AlO₂^-

Обнаружению NO₃^- этой реакцией мешает NH₄⁺, который должен быть предварительно удален из раствора кипячением со щелочью. Мешают реакции и все другие анионы, содержащие азот, т.е. NO₂^-, SCN^-, [Fe(CN)₆]^4- и [Fe(CN)₆]^3-, также восстанавливающиеся алюминием до аммиака.

     4. Восстановление до нитритов

При действии цинка в  присутствии уксусной кислоты CH₃COOH нитраты восстанавливаются до нитритов:

3NO₃^- + Zn¯ + 2CH₃COOH ® NO₂^- + Zn²⁺ + CH₃COO^- + H₂O

Образование NO₂^- может быть обнаружено его характерными реакциями [17].

5. Дифениламин

Дифениламин (C₆H₅)₂NH с NO₃^- образует соединение интенсивно-синего цвета. На тщательно вымытое и досуха вытертое часовое стекло помещают 4-5 капель раствора дифениламина в концентрированной серной кислоте. Вносят туда же на кончике чистой стеклянной палочки очень немного испытуемого раствора нитрата и перемешивают. В присутствии NO₃^- появляется интенсивно-синяя окраска вследствие окисления дифениламина образующейся азотной кислотой:

                                           _[O]

2C₆H₅−NH−C₆H₅ → C₆H₅−NH−C₆H₄−C₆H₄−NH−C₆H₅ + H₂O

                                                                                          _[O]

C₆H₅−NH−C₆H₄−C₆H₄−NH−C₆H₅ →

C₆H₅−NH−C₆H₄−C₆H₄−NH−C₆H₄=C₆H₄−NH−C₆H₄−C₆H₄−NH−C₆H₅

 Эту же реакцию  дают NO₂^-, CrO₄^2-,MnO₄^-, Fe³⁺, [Fe(CN)₆]^3- и другие окислители, имеющие достаточно высокий стандартный потенциал.

Если присутствуют I^-, серная кислота окисляет их до I₂, а это иногда может маскировать окраску, вызываемую NO₃^-. Для выполнения реакции лучше брать разбавленные растворы испытуемых веществ.

6. Хлорид  марганца MnCl₂

При нагревании исследуемого раствора нитрата с двойным объемом насыщенного раствора MnCl₂ в концентрированной соляной кислоте раствор становится темно-бурым вследствие образования комплексных ионов [MnCl₆]^2-:

3MnCl₂ + 12HCl + 2HNO₃ = 3H₂[MnCl₆] + 4H₂O + 2NO­

Эту же реакцию дают и некоторые другие окислители, например MnO₄^- и CrO₄^2-; ион NO₂^- дает желтую окраску вследствие растворения в жидкости газообразного NO₂ .

       7. Микрокристаллоскопическая реакция

  На каплю исследуемого раствора нитрата действуют каплей 10%-ного раствора органического основания «нитрона» (C₂₀H₁₆N₄) в 5%-ной уксусной кислоте. Выпадают характерные пучки игл нитрата нитрона C₂₀H₁₆N₄·HNO₃. Предельное разбавление 1:120000. Из рассматриваемых анионов кристаллические осадки с нитроном дают также NO₂^-, SCN^- и I^-, однако форма кристаллов другая, чем кристаллов, образуемых NO₃^- .

      8. Раствор бруцина

Раствор бруцина в  концентрированной серной кислоте (0,2г бруцина в 100 мл концентрированной  серной кислоты) дает с нитратами  ярко-розовое окрашивание, переходящее через некоторое время в золотистое.

К испытуемому раствору приливают  тройное по объему количество концентрированной серной кислоты, раствор бруцина и перемешивают. Появление ярко-розового окрашивания указывает на присутствие NO₃^- . Ион NO₂^- этой реакции не дает [2, 17].

Качественные реакции  на нитрит-ион

Нитрит-ион NO₂^- является анионом азотистой кислоты HNO₂.

Все описанные реакции NO₃^- (кроме указанной в пункте 4 и 8) дает также и NO₂^-. Отличить ион NO₂^-  от иона NO₃^-  можно при помощи следующих реакций:

1. Кислоты

Кислоты разлагают все  нитриты с образованием бурого газа NO₂:

2NO₂^- + 2H⁺ ® 2HNO₂

2HNO₂ = NO₂­ + NO­ + H₂O

 

 

 

2. Иодид калия  KI

KI в присутствии разбавленной серной кислоты (или CH₃COOH) окисляется нитритами до свободного йода:

2I^- + 2NO₂^- + 4H⁺ ® I₂ + 2H₂O + 2NO­

К 4-5 каплям подкисленного  серной кислотой раствора нитритов прибавьте  столько же раствора KI. Выделяется свободный йод, который узнается по посинению крахмальной бумаги.

В присутствии минеральных кислот также действуют на I^- и другие окислители с достаточно высоким стандартным потенциалом, например MnO₄^-, CrO₄^2-, [Fe(CN)₆]^3-, AsO₄^3- (в сильнокислой среде) и некоторые другие.

3. Перманганат  калия KMnO₄ 
Поскольку в HNO₂ степень окисления N(+3) имеет промежуточное значение, она может не только понижаться, но и повышаться. Другими словами, NO₂^- может не только окислять (как в рассмотренной выше реакции), но и окисляться. Это наблюдается при действии на нагретый раствор нитрита, подкисленный серной кислотой, раствором KMnO₄:

5NO₂^- + 2MnO₄^- + 6H⁺ ® 5NO₃^- + 2Mn²⁺ + 3H₂О

Реакция сопровождается обесцвечиванием раствора KMnO₄. Перманганат калия обесцвечивается и многими другими восстановителями, имеющими достаточно низкий стандартный потенциал (например, S^2-, SO₃^2- , S₂O₃^2- , C₂O₄^2-, SCN^-, AsO₃^3-, [Fe(CN)₆]^4-, I^-, Br^-). Перманганат в щелочной среде нитрит-ионами не восстанавливается.

4. Сульфаниловая  кислота и a -нафтиламин (реактив Грисса)

Это очень чувствительная реакция на NO₂^- основана на образовании ярко окрашенного азокрасителя. Сульфаниловая кислота H₂N-C₆H₄-SO₃H и a - нафтиламин C₁₀H₇-NH₂  при взаимодействии с NO₂^- образуют окрашенный в красный цвет азокраситель состава:

H₂N-C₁₀H₆-N=N-C₆H₄-SO₃H

К капле нейтрального или (слабо) уксуснокислого исследуемого раствора, находящегося на часовом стекле, прибавьте по 1 капле раствора сульфаниловой кислоты и нафтиламина. В присутствии NO₂^- появляется тотчас или спустя некоторое время (в зависимости от количества NO₂^-) характерная красная окраска. Окислители, которые могут окислить NO₂^-, мешают проведению опыта. Реакцию целесообразно проводить при малых концентрациях аниона NO₂^- в анализируемом растворе [17].

5. Бензидин  и 8-оксихинолин

Бензидин NH₂−C₆H₄−C₆H₄−NH₂ и 8-оксихинолин C₉H₇ON в уксусной среде (рН ~ 3) с нитрит ионом дают ярко-красное окрашивание или осадок. Бензидин диазотируется азотистой кислотой, а образовавшийся диазоний взаимодействует с 8-оксихинолином, давая азокраситель красного цвета. Предел обнаружения нитрита – 14 мкг. Мешает только I^- при рН < 3 (окисляется нитрит-ионом до I₂), при этом раствор буреет.

К капле уксуснокислого раствора бензидина прибавляют каплю  раствора, содержащего нитрит-ионы, 2М CH₃COOH до рН 3, несколько капель этанольного или уксуснокислого раствора 8-оксихинолина и несколько капель раствора CH₃COONa до pH 5 – 7. Появляется ярко-красная окраска или осадок [22].

 

I.3.2. Методы количественного определения

нитратов и  нитритов

I.3.2.1. Методы количественного определения содержания NO₃^-

Химические  методы

Гравиметрические методы

Обычно избегают применения гравиметрических методов при наличии  других, более удобных и быстрых, но все же иногда их учитывают.