Методы определения количества нитратов и нитритов в питьевой воде

Реактивы:

Аммиак, 25% водный раствор

Квасцы алюмокалиевые  или квасцы алюмоаммонийные

Кислота сульфаниловая

Кислота уксусная

Нитрат натрия

Реактив Грисса

Хлороформ

Вода дистиллированная

Все реактивы должны быть квалифицированы х.ч. или ч.д.а.

Подготовка к анализу

Приготовление основного  стандартного раствора.

1,497 г нитрита натрия NaNO₂, взвешенного с погрешностью не более 0,0005 г, растворяют в мерной колбе вместимостью 1 л в небольшом количестве дистиллированной воды и доводят этой водой до метки. В 1 мл раствора содержится 1 мг нитритов. Раствор консервируют добавлением 1 мл хлороформа, хранят в склянке из темного стекла в течение нескольких месяцев, если нет помутнения, хлопьев, осадка.

Приготовление рабочего стандартного раствора.

1 мл основного стандартного  раствора помещают в мерную  колбу вместимостью 1 л и доводят до метки дистиллированной водой. В 1 мл этого раствора содержится 0,001 мг нитритов. Раствор применяют свежеприготовленным.

Приготовление реактива Грисса, раствора в уксусной кислоте.

10 г сухого реактива Грисса, взвешенного  с погрешностью не более 0,1 г, растворяют в 100 мл 12%-ного  раствора уксусной кислоты. 

Приготовление уксусной кислоты, 12%-ного раствора.

25 мл ледяной уксусной  кислоты разбавляют дистиллированной  водой 

до 200 мл.

Приготовление суспензии  гидроксида алюминия.

125 г алюмокалиевых  квасцов AlK(SO₄)₂×12H₂O, взвешенных с погрешностью не более 0,5 г, растворяют в 1 л дистиллированной воды, нагревают до 60°С и постепенно прибавляют 55 мл 25%-ного раствора аммиака при постоянном перемешивании. После отстаивания осадок переносят в большой стакан и промывают декантацией сначала дистиллированной водой, а затем безаммиачной дистиллированной водой до отсутствия реакции на аммиак.

Ход анализа

К 50 мл исследуемой или осветленной  пробы (или к меньшему объему, содержащему  не более 0,3 мг нитритов, разбавленному  дистиллированной водой до 50 мл) прибавляют 2 мл раствора реактива Грисса, перемешивают. Через 40 минут (или через 10 минут при помещении пробы в водяную баню при температуре 50-60°С) фотометрируют при длине волны 520 нм по отношению к раствору сравнения (дистиллированной воде, в которую добавлен реактив). Массовую концентрацию нитритов находят по калибровочному графику.

Построение  калибровочного графика

В мерные колбы вместимостью 50 мл вносят 0; 0,1; 0,2; 0,5; 1,0; 2,0; 5,0; 10,0; 15,0 мл рабочего стандартного раствора и доводят объем до метки  дистиллированной водой. Получают растворы с содержанием 0; 0,002; 0,004; 0,01; 0,02; 0,04; 0,10; 0,20; 0,30 мг/л нитритов. Далее проводят анализ и фотометрируют, как при исследовании пробы. По полученным результатам рассчитывают уравнение регрессии и строят калибровочный график, откладывая по оси абсцисс массовые концентрации нитритов в мг/л, а по оси ординат соответствующие им значения оптической плотности (см. приложение 2). График должен быть прямолинейным.

Обработка результатов

Массовую концентрацию нитритов (Х₁) в мг/л вычисляют по формуле:

Х₁ = С*50/V, где:

С- массовая концентрация, найденная по калибровочному графику  или рассчитанная по уравнению регрессии, мг/л нитритов;

V- объем пробы, взятый для анализа, мл;

50- объем стандартного  раствора, мл.

За окончательный результат  анализа принимают среднее арифметическое результатов двух параллельных определений, допускаемые расхождения между которыми не должны превышать 10%.

Построение калибровочного графика 

Оптическая плотность  окрашенных растворов измерялась на фотоэлектроколориметре при длине волны 490 нм. В таблице 5 приведены данные для построения калибровочного графика по определению содержания нитритов.

Таблица 5

Данные для калибровочного графика  по определению содержания нитритов

Vстанд. раствора, мл	0,1	0,2	0,5	1,0	2,0	5,0	10,0	15,0	15,0	20,0	30,0
Снитратов, мг/л	0,005	0,007	0,010	0,020	0,040	0,100	0,200	0,300	0,150	0,200	0,300
Dсред.	0,003	0,006	0,010	0,028	0,060	0,153	0,300	0,460	0,700	0,850	0,980

 

По полученным результатам построили  калибровочный график, откладывая по оси абсцисс массовые концентрации нитрит-ионов в мг/л, а по оси ординат – соответствующие значения оптической плотности.

 

II.2. Результаты и их обсуждение

Отбор проб проводился в осенний  – 2005 года; весенний, летний и осенний – 2006 года; зимний и весенний – 2007 года периоды из пяти источников питьевого водоснабжения разных микрорайонов г. Кирова (р-н пл. им. Лепсе, р-н центрального рынка, р-н Центральной гост-цы, р-н Филейки, р-н Чижи). Места отбора проб были выбраны таким образом, чтобы охватить практически всю площадь города. Кроме того, на всю охваченную территорию вода поступает с Корчемкинского водозабора.

В ходе проведения анализа на содержание в питьевой воде нитратов получились следующие результаты, представленные в таблице 6.

Таблица 6

Содержание нитратов в питьевой воде в период

с осени 2005 года по весну 2007 года

Время года	Район отбора  пробы	D			Содержание нитратов, мг/л			Средняя С(NO3-) по точке отбора, мг/л	Средняя С(NO3-) по сезонам года, мг/л
		1	2	3	1	2	3
Осень 2005	Чижи Рынок Филейка Гостиница Лепсе	0,065 0,050 0,060 0,045 0,075	0,060 0,050 0,060 0,050 0,070	0,055 0,045 0,055 0,040 0,075	0,050 0,035 0,045 0,035 0,060	0,045 0,035 0,045 0,035 0,055	0,040 0,030 0,040 0,030 0,060	0,045 0,033 0,043 0,033 0,058	0,042 ± 0,009
Весна 2006	Чижи Рынок Филейка Гостиница Лепсе	0,150 0,150 0,110 0,100 0,130	0,150 0,130 0,130 0,150 0,130	0,140 0,150 0,150 0,130 0,140	0,125 0,125 0,085 0,085 0,110	0,125 0,110 0,110 0,125 0,110	0,115 0,125 0,125 0,110 0,115	0,122 0,120 0,107 0,107 0,112	0,114 ± 0,006
Лето  2006	Чижи Рынок Филейка Гостиница Лепсе	0,030 0,025 0,030 0,040 0,030	0,045 0,040 0,040 0,040 0,035	0,040 0,030 0,035 0,040 0,035	0,025 0,020 0,025 0,030 0,025	0,035 0,030 0,030 0,030 0,025	0,030 0,025 0,025 0,030 0,025	0,030 0,025 0,027 0,030 0,025	0,025 ± 0,002
Осень 2006	Чижи Рынок Филейка Гостиница Лепсе	0,065 0,060 0,075 0,110 0,035	0,070 0,055 0,055 0,150 0,040	0,065 0,060 0,050 0,130 0,040	0,050 0,045 0,055 0,085 0,025	0,055 0,040 0,040 0,115 0,030	0,050 0,045 0,035 0,100 0,030	0,052 0,043 0,043 0,100 0,028	0,053 ± 0,025
Зима 2007	Чижи Рынок Филейка Гостиница Лепсе	0,075 0,070 0,040 0,010 0,020	0,070 0,060 0,030 0,010 0,020	0,075 0,070 0,040 0,020 0,020	0,055 0,055 0,030 0,008 0,015	0,055 0,050 0,025 0,008 0,015	0,055 0,055 0,030 0,015 0,015	0,056 0,053 0,028 0,010 0,015	0,032 ± 0,020
Весна 2007	Чижи Рынок Филейка Гостиница Лепсе	0,130 0,200 0,150 0,200 0,085	0,100 0,200 0,110 0,170 0,095	0,110 0,170 0,140 0,170 0,095	0,103 0,158 0,118 0,158 0,068	0,079 0,158 0,087 0,134 0,075	0,087 0,134 0,110 0,134 0,075	0,090 0,150 0,115 0,150 0,070	0,115 ± 0,032

 

Проанализировав полученные результаты, следует отметить, что содержание нитратов в питьевой воде не превышает, а даже составляет в 300 и более раз значения меньшие, чем установленная ПДК (45 мг/л). Незначительная разница в концентрациях нитрат-ионов между пробами различных точек одного сезона может быть объяснена особенностями водопроводной сети (внутренние поверхности поражены коррозией, покрыты ржавчиной, загрязнение внутренней поверхности из-за проведения ремонтных работ, наличие в водопроводе организмов, приводящих к трансформации нитрат-ионов и др.).

При проведении исследования воды на содержание в ней нитрит-ионов получились следующие результаты, которые представлены в таблице 7.

Таблица 7

Содержание нитритов в питьевой воде в период

с осени 2005 года по весну 2007 года

Время года	Район Отбора пробы	D			Содержание нитритов, мг/л			Средняя С(NO2-) по точке отбора, мг/л	Средняя С(NO2-) по сезонам года, мг/л
		1	2	3	1	2	3
Осень 2005	Чижи Рынок Филейка Гостиница Лепсе	0,020 0,020 0,020 0,018 0,013	0,018 0,018 0,018 0,020 0,011	0,020 0,023 0,023 0,023 0,012	0,014 0,014 0,014 0,013 0,009	0,013 0,012 0,013 0,014 0,007	0,014 0,015 0,015 0,015 0,008	0,014 0,014 0,014 0,014 0,008	0,013 ± 0,003
Весна 2006	Чижи Рынок Филейка Гостиница Лепсе	0,017 0,015 0,011 0,012 0,013	0,018 0,017 0,015 0,013 0,013	0,018 0,016 0,013 0,013 0,013	0,011 0,010 0,007 0,008 0,009	0,012 0,011 0,010 0,009 0,009	0,012 0,011 0,009 0,009 0,009	0,012 0,011 0,009 0,009 0,009	0,010 ± 0,001
Лето  2006	Чижи Рынок Филейка Гостиница Лепсе	0,030 0,085 0,030 0,025 0,040	0,030 0,090 0,032 0,025 0,045	0,030 0,090 0,030 0,025 0,045	0,020 0,057 0,020 0,017 0,027	0,020 0,060 0,021 0,017 0,030	0,020 0,060 0,020 0,017 0,030	0,020 0,059 0,020 0,017 0,029	0,028 ± 0,010
Осень 2006	Чижи Рынок Филейка Гостиница Лепсе	0,020 0,016 0,020 0,015 0,010	0,023 0,015 0,010 0,010 0,010	0,020 0,016 0,010 0,012 0,011	0,014 0,011 0,014 0,010 0,007	0,015 0,010 0,007 0,007 0,007	0,014 0,011 0,007 0,009 0,008	0,014 0,011 0,009 0,009 0,007	0,010 ± 0,003
Зима 2007	Чижи Рынок Филейка Гостиница Лепсе	0,055 0,020 0,010 0,010 0,005	0,050 0,015 0,012 0,007 0,006	0,050 0,011 0,009 0,007 0,004	0,037 0,014 0,007 0,007 0,003	0,034 0,010 0,008 0,005 0,004	0,034 0,007 0,006 0,005 0,003	0,035 0,010 0,007 0,006 0,003	0,012 ± 0,013 (0,006 ± 0,003)*
Весна 2007	Чижи Рынок Филейка Гостиница Лепсе	0,010 0,025 0,015 0,023 0,009	0,015 0,030 0,010 0,020 0,007	0,010 0,025 0,010 0,020 0,008	0,007 0,017 0,010 0,015 0,006	0,010 0,020 0,007 0,014 0,005	0,007 0,017 0,007 0,014 0,006	0,008 0,018 0,008 0,014 0,006	0,011 ± 0,005

^* -  данные результаты приведены без учета содержания нитрит-ионов в водопроводной воде Чижей, так как именно в этой пробе их количество намного больше, чем в остальных.

Проанализировав полученные результаты, следует отметить, что содержание нитритов в питьевой воде за исследуемый период не превышает установленной ПДК (3,3 мг/л) и даже, в 200 и более раз меньше этого значения. Незначительная разница в концентрациях может быть объяснена так же, как и в случае с нитратами – особенностями водопроводной сети.

Динамика содержания нитратов и нитритов в питьевой воде по сезонам года

Анализ полученных результатов  позволяет отметить, что содержание в воде нитратов и нитритов подвержено сезонным колебаниям. Выяснено, что на водозаборе Корчемкино не принимается никаких мер по урегулированию концентрации данных ионов в питьевой воде, если они не превышают уровня ПДК, вода поступает в неизмененном состоянии. Это дает основания предполагать, что колебания содержания нитрат- и нитрит-ионов в водопроводной сети могут зависеть от природных процессов, от деятельности хозяйств, расположенных выше по течению, состояния водопроводной системы и некоторых других обстоятельств. Четкая сезонная динамика, повторяющаяся из года в год, скорее всего, отражает природные процессы, а резкое отклонение от нее может быть следствием антропогенной деятельности.

Содержание нитратов в питьевой воде в динамике изображено на рисунке 1:

 

Рис. 1

Как видно из рис. 1, содержание нитратов колеблется в разные сезоны года. Наблюдается следующая закономерность: количество нитрат-ионов в воде максимально в весенний период и минимально в летний. Вероятно, это связано с тем, что весной происходит интенсивная миграция нитратов с поверхностными стоками талых вод в р. Вятку, а также при минимальном потреблении азота происходит разложение органических веществ и переход азота из органических форм в минеральные. Количество нитратов в питьевой воде в весенний период 2006 и 2007 годов находится примерно на одном уровне и превышает содержание нитратов в другие сезоны годы. Минимальное содержание нитратов летом. В этот период растения интенсивно усваивают нитраты, преобразуя их в белок своего тела. Наблюдается обратная картина перехода азота – из минеральной формы - в органическую. Поступление в воду реки минимально. Это согласуется с литературными данными.

Динамика содержания нитритов в  питьевой воде по сезонам года представлена на рисунке 2:

Рис. 2

Как видно из рис. 2, концентрация нитритов в воде также не постоянна и  подвержена сезонным колебаниям. Здесь  наблюдается следующая картина: максимальное содержание нитритов выявлено летом 2006 года, а между остальными периодами четкой разницы не обнаружено. По литературным данным известно, что для проточных водоемов не характерно сильное колебание в значениях концентраций нитрит-ионов, так как они не устойчивы и быстро переходят в другие соединения. Резкое повышение содержания нитрит-ионов может указывать на их антропогенное поступление. Такое небольшое повышение наблюдалось летом 2006 года, хотя даже при таком увеличении концентраций нитритов намного меньше значения ПДК.

 

 

Выводы

1. В работе дан обзор  свойств нитратов и нитритов, указаны антропогенные и естественные источники их поступления в окружающую среду, биологическое действие, место в круговороте азота.

2. Сделан обзор методов  количественного и качественного  определения нитрат- и нитрит-ионов.

3. Экспериментально исследованы  пробы водопроводной воды, отобранной в различные сезоны года в период с осени 2005 года по весну 2007 года, на территории пяти районов города Кирова. Выявлено содержание нитратов и нитритов и установлена сезонная динамика. И на основании полученных данных оценено качество питьевой воды, прошедшей через систему водоснабжения.

4. Следует отметить, что содержание  нитратов за исследуемый период  в питьевой воде не превышает, а даже составляет в 300 и более раз значения меньшие, чем установленная ПДК. Содержание нитритов в питьевой воде не превышает установленной ПДК и даже, в 200 и более раз меньше этого значения. Незначительная разница в концентрациях определяемых ионов в пробах воды одного сезона может быть объяснена особенностями водопроводной сети.

5. По нитратам наблюдается следующая закономерность: количество нитрат-ионов в воде максимально в весенний период и минимально в летний. По нитритам наблюдается следующая картина: максимальное содержание нитритов выявлено летом 2006 года, а между остальными периодами четкой разницы не обнаружено. Особенности выявленной динамики подтверждаются литературными данными.

 

 

 

 

 

 

 

Литература

1. Агроэкология./ Черников В. А. М.: Колос, 2000. – 536 с.
2. Алексеев В. Н. Курс качественного химического полумикроанализа. М: «Химия», 1973. – 584 с.
3. Аринушкина Е. В. Руководство по химическому анализу почв. М.: Изд-во Моск. ун-та, 1970. – 487 с.
4. Ахметов Н. С. Общая и неорганическая химия: Учебник для вузов. – М.: Высш. школа, 1981. – 679 с.
5. Безносов А. И. О нитратах – для всех: справочник. Ижевск: «Удмуртия», 1991. – 40 с.
6. Большая Советская Энциклопедия: В 30 т.: т. 18 / Гл. ред. А. М. Прохоров. Изд. 3-е. – М.: «Советская энциклопедия», 1974. – 632 с.
7. Возбуцкая А. Е. Химия почвы. М: «Высшая школа», 1968. – 427 с.
8. Глинка Н. Л. Общая химия. Издательство «Химия», 1972. – 712 с.
9. ГОСТ 18826 – 73. Вода питьевая. Методы определения содержания нитратов.
10. ГОСТ 4192 – 82. Вода питьевая. Методы определения минеральных азотсодержащих веществ.
11. Дорохова Е. Н., Прохорова Г. В. Аналитическая химия. Физико-химические методы анализа: Учеб. Для почвенно-агрохим. спец. ун-тов и вузов. – М.: Высш. шк., 1991. – 256 с.
12. Евдокимова Т. А. Накопление нитратов в растениях на почвах с повышенным содержанием тяжелых металлов.// Почвоведение, 1993. №8 – с. 104 – 107.
13. Злотников Э. Г., Эстрин Э. Р. Химико-экологический анализ различных природных сред: Эксперимент. материал для факультатив. и кружковых занятий в сред. школах. – К.: ВГПУ, 1996. – 111 с.
14. Коробкин В. И., Передельский Л. В. Экология. Изд. 4-е, доп. и переработ. – Ростов н/Д: изд-во «Феникс», 2003. – 576 с.
15. Крамаренко В. Ф. Токсикологическая химия. – К.: Вища шк., 1989. – 447 с.
16. Лабораторный практикум по курсу «Экология» / Сост. Е. П. Кремлев и др.; Под общ. ред. Е. П. Кремлева. – Гродно: ГрГУ, 2002. – 159 с.
17. Логинов Н. Л., Воскресенский А. Г., Солодкин И. С. Аналитическая химия. – М.: Просвещение, 1979. – 480 с.
18. Мониторинг природных сред и объектов (Исследовательский практикум для школьников и студентов)./Под ред. профессора Т. Я. Ашихминой – Киров: «Старая Вятка», 2006. – 252 с.
19. Михалева М. В., Мартыненко Б. В., Изилянова Э. М. Экспресс-анализ овощей на содержание нитратов. // Химия в школе. – 2003. - № 1. – с. 54.
20. Новиков Ю. В. Экология, окружающая среда и человек: Учеб. пособие для вузов, а также учащихся средних школ и колледжей. – М.: ФАИР – ПРЕСС, 1999. – 320 с.
21. Общая химия. Биофизическая химия. Химия биогенных элементов: Учеб. для вузов / Ю. А. Ершов, В. А. Попков, А. С. Берменд и др.; Под ред. Ю. А. Ершова. – 5-е изд., стер., - М.: Высш. шк., 2005. – 560 с.
22. Основы аналитической химии. Практическое руководство: Учеб. пособие для вузов / В. И. Фадеева, Т. Н. Шеховцева, В. М. Иванов и др.; Под ред. Ю. А. Золотова. – М.: Высш. шк. 2001. – 463 с.
23. Петербургский А. В. Практикум по агрономической химии, 1968. – 382 с.
24. Пругар Я., Пругарова А. Избыточный азот в овощах / Пер. со словацк. И. Ф. Бугаенко. М.: Агропромиздат, 1991. – 127 с.
25. Райзер Г. И. Определение нитрат-ионов в воде.// Химия в школе. – 1993. – №6. – с. 54.
26. Рубенчик Б. Л. Биохимия канцерогенеза. К.: Здоров´я, 1977. – 185 с.
27. Рубенчик Б. Л., Костюковский Я. Л., Меламед Д. Б. Профилактика загрязнения пищевых продуктов канцерогенными веществами. – К.: Здоров´я, 1983. – 160 с.
28. Скурихин И. М. Нечаев А. П. Все о пище с точки зрения химика: Справ. издание. – М.: Высш. шк. 1991. – 288 с.
29. Соколов О. А. Нитраты в окружающей среде. М.: Просвещение, 1990. – 436 с.
30. Спицин В. И., Мартыненко Л. И. Неорганическая химия. Ч. 1.: Учебник. – М.: Издательство МГУ, 1991. – 476 с.
31. Сударкина А. А., Евсеева И. И., Орлова А. Н. Химия в сельском хозяйстве. М.: Просвещение, 1986. – 143 с.
32. Уильямс У. Дж. Определение анионов. М.: Химия, 1982. – 624 с.
33. Фадеев Г. Н. Пятая вертикаль периодической системы. М.: Просвещение, 1973. – 192 с.
34. Химическая энциклопедия: В 5 т.: т. 3: Меди – Полимерные / Редкол.: Кнунянц И. Л. и др. – М.: Большая Российская энцикл., 1992. – 639 с.
35. Хурса Р. В. Современная пища: еда, яды и противоядия / Р. В. Хурса. – Мн.: Беларусь, - 2003. – 168 с.
36. Чернобаев И. П. Химия окружающей среды: Учеб. пособие. – К.: Выща шк., 1990. – 191 с.
37. Шарло Г. Методы аналитической химии. Количественный анализ неорганических соединений. Ч. 2., М.: Химия, 1969. – 1204 с.
38. Экологический мониторинг: учебно-методическое пособие / Под ред. Т. Я. Ашихминой. М.: Академический проэкт, 2005. – 416 с. – («Gaudeamus»).
39. Экология родного края./ Под ред. Т. А. Ашихминой. – Киров: Вятка, 1996. – 720 с.
40. Эстрин Э. Р. Пособие по основам агрохимии: Материалы к лаборат. занятиям для студентов пед. вузов. Ч. I. – Киров: ВГПУ, 1998. – 56 с.