Методи якісного та кількісного аналізу мінеральних вод
Вступ
мінеральний вода натрій кальцій
Аналітична хімія серед хімічних наук посідає одне з визначних місць. В останній час особливо підвищені вимоги до якості матеріалів і продукції народного господарства, до посилення охорони навколишнього середовища, до діагностики захворювань людини й тварин. Аналітична хімія стала фундаментальною наукою, яка створила основу для прикладних видів хімічного аналізу: технічного, харчового, сільськогосподарського, біохімічного, фармацевтичного, токсикологічного, санітарно-хімічного і ін.
Аналітична хімія вивчає методи якісного і кількісного аналізу речовини або їх сумішей. Якісний аналіз - включає ідентифікацію окремих елементів, іонів або сполук, що знаходяться в суміші. Кількісний аналіз - включає визначення кількісного вмісту окремих складових частин в речовині або в окремих речовин в зразку, що досліджується.
Мета цієї роботи: закріпити кількісний та якісний аналіз іонів; навчитися визначати рН та вміст солей натрію, калію, кальцію полуменево-фотометричним методом; освоїти визначення НСО3 - та СО32 - титриметричним методом; навчитися визначати у воді загальний вміст сполук феруму.
Завданнями роботи було ознайомитися з методами: полуменево-фотометричного визначення натрію, калію та кальцію у мінеральній воді методом добавок; визначення концентрації калію (натрію, кальцію) у природній воді способом градуювального графіка (ГГ); аналізу мінеральної води на вміст НСО3 - та СО32 - титриметричним методом; фотоколориметричного визначення заліза у мінеральній воді; визначення магній - та кальцій-іонів у воді комплексонометричним титруванням.
Робота складається з шести розділів у яких присутні рівняння реакції та опис проведення аналізу тих йонів, які містяться у мінеральних водах.
1. Характеристика мінеральних вод
Мінеральні води - природні чи штучні води, що містять підвищену кількість мінеральних чи органічних речовин і мають специфічні фізико-хімічні властивості і використовуються з лікувально-профілактичною метою. Лікувальний ефект залежить від правильності вибору води, правил її використання (доза, періодичність, звязок із вживанням їжі), температури та ін. Тому лікування мінеральними водами (особливо в домашніх умовах) слід проводити за призначенням лікаря у суворій відповідності з його вказівками.
Мінеральні води зазвичай розділяють за такими класифікаційними ознаками: походження, мінералізація, хімічний склад, наявність газів і специфічних елементів, температура джерела і застосування. За походженням мінеральні води поділяються на природні, що є продуктом звичайної мінералізації в результаті їх проходження крізь підземні гірські породи з більш-менш постійним мінералогічним та хімічним складом, і штучні, які отримують розчиненням у прісній питній воді певної комбінації мінеральних солей.
За мінералізацією (загальний вміст солей, г/дм3) мінеральні води поділяються на слабко-мінералізовані - із загальною мінералізацією до 2 г/дм3, мало-мінералізовані - від 2 до 5 г/дм3 і середньо-мінералізовані - від 5 до 15 г./дм3, а також води змішаного складу, отримані шляхом змішування у певному співвідношенні природних вод різної мінералізації. Крім цього, питні мінеральні води, розлиті у пляшки і призначені для аптечної мережі, класифікуються за лікувально-профілактичною дією на: столові - мінералізація до 2 г/дм3, лікувально-столові - мінералізація 2-8 г./дм3, лікувальні - мінералізація 8-12 г./дм3.
В залежності від наявності аніонів і катіонів води бувають: гідро-карбонатні, хлоридні, натрієві, сульфатні, йодо-вмісні, кремнієві, сульфідні, води, що містять кальцій, магній, бром. У свою чергу, ці типи мінеральних вод поділяються на різноманітні групи залежно від вмісту основних аніонів (НСО3-, SО42-, Cl-) і катіонів деяких хімічних елементів (Ca2+, Mg2+, Na+, K+). За наявністю газів і специфічних елементів мінеральні води поділяються на вуглекислі, сірководневі, азотні, бромисті, йодисті, радонові тощо. За температурою джерела мінеральні води поділяються на: холодні - нижче 20°С, субтермальні (теплі) - 20-37°С, термальні (гарячі) - 37-42°С і гіпертермальні - вище 42°С.
Гідрокарбонатні води (Боржомі, Лужанська, Поляна купель, Поляна квасова і інші) позитивно впливають на жовчоутворюючу та жовчовивідну функції печінки та жовчних шляхів, поліпшують вуглеводний і білковий обмін, мають протизапальну дію. Гідрокарбонати гальмують рівень кислото-утворення у шлунку, тому їх рекомендують при гіперацидних станах. Вони поліпшують засвоєння мікро- і макроелементів. Слід відмітити, що стимулюючий або гальмуючий вплив на секреторну і рухому функцію шлунка залежить від методики застосування води (час застосування, температура води).
Хлоридні води (Трускавець, Миргородська, Куяльник, Слав`янська, Друскінінкай) показані при захворюваннях печінки і жовчних шляхів з супутніми хронічними гастритами, секреторною недостатністю і ентероколітами.
Гідрокарбонатні, хлоридні, натрієві води мають виражений холеретичний і холекінетичний ефект.
Сульфатні мінеральні води (Слав`янський, Смірновський джерела, Кисловодський сульфатний нарзан тощо) гальмують процеси всмоктування в кишечнику, посилюють перистальтику і секрецію, що обумовлює їх послаблюючу дію. Після нормалізації роботи кишечника поліпшується функціональний стан печінки, тому, що сульфати гальмують кислото-утворення у шлунку і це дає можливість застосовувати їх у пацієнтів з патологіями печінки і супутніми захворюваннями шлунка, що протікають з підвищеною кислотністю.
Є дані про вплив сульфат- і магній-вміщуючих вод на функціональний стан печінки, в першу чергу, за рахунок відновлення функції гепатоцитів.
Магній в мінеральних водах зустрічається рідко. Іони магнію всмоктуються у шлунку і початкових відділах тонкої кишки, попадають у печінку, де частково депонуються. Магній діє жовчогінно, здатний зменшувати рівень холестерину в крові та жовчі. Солі магнію діють спазмолітично, сприяють нормалізації тонусу гастродуоденальної зони, жовчного міхура.
Магній приймає участь у ферментативних процесах, відкладаючись у м`язах, активізує обмін вуглеводів, каталізує діяльність трипсину, ерипсину та інших ферментів травного каналу, понижує збудливість центральної нервової системи, проявляє виражений послаблюючий ефект.
До мінеральних вод, що вміщують магній в кількості більше 20 г./дм3, відносяться Баталінська, Кримський нарзан, Московська, Моршинська, Нафтуся, води - аналоги Кисловодських.
При супутніх гастритах з секреторною недостатністю показані води, які вміщують, крім сульфатів, іони хлору і натрію. Натрій сприяє регуляції обміну і осмотичного тиску в тканинах, стимулює жовчоутворюючу і особливо жовчовивідну і секреторну функцію залоз органів травлення, посилює перистальтику кишечника.
Хлоридно-кальцієві води діють протизапально, зменшують набряки тканин, підвищують рівень обмінних процесів. Кальцій зменшує збудливість і тонус гладкої мускулатури (антиспастична дія).
Хлоридно-натрієві води, що вміщують кальцій, поліпшують ліпідний обмін, тому вони показані хворим на хронічний гастрит з секреторною недостатністю.
До вод, що вміщують кальцій, відносяться: Країнка, Амурська, Буковинська, Березовська, Нафтуся тощо.
До вод, що вміщують калій, відноситься Моршинська, Мелітопольська. Зменшення вмісту калію в організмі супроводжується порушенням діяльності органів травлення, що проявляється пониженням апетиту, нудотою, блюванням, проносом, зменшенням перистальтики кишечника.
Кремнієві мінеральні води (Березовська, Харківська, Шаянська) проявляють адсорбційні, в`яжучі властивості, седативну, болезаспокійливу, протизапальну дію завдяки наявності в них кремнієвої кислоти. Такі води показані при патології травного каналу, печінки і жовчних шляхів.
Під впливом сульфідних вод (Немирів, Черче тощо) поліпшується білковий обмін у печінці. Сульфідні води показані при захворюваннях серцево-судинної і нервової системи, при ревматизмі і захворюваннях суглобів, при гінекологічних захворюваннях. Їх дія визначається концентрацією сірководню і мінералізацією, наявністю органічних речовин і мікроелементів. Є дані про активацію запальних процесів на фоні застосування сульфідних вод, тому застосовувати ці води при загостренні процесів (наприклад, активному гепатиті) слід обережно.
До мінеральних вод, що вміщують марганець, відносяться Кваси, Шаянська. Марганець входить до складу протеолітичних ферментів, приймає участь в окисно-відновних процесах і регуляції кровотворення, в білковому та вуглеводному обміні, впливає на вміст вітамінів (аскорбінової та нікотинової кислот).
Йодо-вмісні води (Майкопська, Семигорська, Ахтирська) сприяють розсмоктуванню рубців і регенерації, приймають участь в окисно-відновних процесах, проявляють бактерицидну дію. Показані хворим з патологією органів травлення при концентрації йоду 5 мг/дм3 в 200 см3 мінеральної води міститься 1 мг йоду, здатного проявляти фармакологічну дію. У високо-мінералізованих водах йод часто сполучається з бором (Поляна Квасова, Драговська, Свалявська, Семігорська).
Поляна квасова, яка вміщує 126 мг/дм3 бору, зменшує кількість жовчі і концентрацію холестерину в неї, тобто понижує жовчовиділення.
Бром позитивно впливає на функціональний стан центральної нервової системи. До бромних вод відносяться Лугельська, Нальчик, Талицька. Ці води призначаються при багатьох захворюваннях органів травлення. Але оскільки вони понижують рівень обміну речовин, то їх не слід призначати хворим на ожиріння.
До мінеральних вод, що вміщують органічні речовини, відносяться Нафтуся, Березовська, мінеральна вода села Селятин, деякі води Закарпаття, Буковини, Моршину, Миргороду та інші.
Характер активної реакції води (рН) впливає на лікувальну дію. Вода з рН<5,5 і рН>8,6 для внутрішнього застосування не рекомендується. Для питтєвого лікування застосовують тільки слабко-кислі, нейтральні та слабко-лужні води.
. Застосування мінеральних вод
При лікування захворювань шлунково-кишечного тракту велике значення має час прийому мінеральної води і температура. При більшості захворювань органів травлення мінеральну воду слід пити повільно, що забезпечує більш тривалий контакт води з рецепторами слизової оболонки порожнини рота. Для посилення послаблюючої дії ї при запорах воду слід пити залпом зранку натще серце. Згідно з даними літератури, для досягнення лікувального ефекту при захворюваннях печінки і жовчних шляхів мінеральну воду рекомендується пити до прийому їжі.
Мінеральні води при прийманні за 1-1,5 год до прийому їжі швидко покидають шлунок, переходять до 12-палої кишки і гальмують секрецію шлункового соку. Тому при підвищеній секреції та кислотності шлункового соку мінеральну воду п`ють за 1-1,5 год до їжі, підігрітою до температури тіла (35-40°С), щоб вона звільнилася від надлишку вуглекислоти. П`ють швидко, великими ковтками. При наявності у хворих виразки 12-палої кишки з супутніми явищами гастриту 1/2 або 1/3 дози мінеральної води призначають за 1,5 год до їжі, а решту - на висоті травлення.
Якщо мінеральна вода приймається за 10-15 хв до їжі або під час їжі, то вона затримується у шлунку і стимулює секрецію шлункового соку. Тому пацієнтам з хронічним гастритом і секреторною недостатністю мінеральну воду рекомендують приймати за 10-15 хв до їжі або під час приймання їжі. П`ють повільно, маленькими ковтками, вода повинна бути кімнатної температури. При нормальній кислотності - за 30-40 хв до прийому їжі. П`ють повільно, вода тепла або кімнатної температури.
Слід відмітити, що вуглекислі, хлоридні, гідрокарбонатні хлоридні води, води з більш високою мінералізацією незалежно від часу їх прийому, переважно стимулюють шлункову секрецію. Мінеральні гідрокарбонатно-сульфатні та гідрокарбонатні води гальмують процес кислотоутворення.
При захворюваннях, що супроводжуються спазмом, що затрудняє евакуацію їжі із шлунка і викликають сильну печію, відригування кислотою, додатково слід пити воду після їжі - 2-3 рази невеликими порціями (не більше 1/4 склянки).
При схильності до проносів мінеральну воду п`ють підігрітою до 45-50°C; при запорах - прохолодну. Як правило, воду п`ють 3 рази на день, починаючи з 100-150 см3 (1/2-3/4 склянки) на прийом, потім збільшують до 200-300 см3 (1-1,5 склянки).
При захворюваннях жовчного міхура для посилення жовчовиділення воду п`ють у великих кількостях (до 400-500 см3), але у 2 прийоми протягом 30-40 хв. Вода повинна бути теплою.
При захворюваннях сечовивідних шляхів воду п`ють 5-6 разів на день по 200-300 см3 на прийом. Крім 3-х звичайних прийомів перед їжею, воду п`ють 2-3 рази через 2,5-3 год після їжі, якщо немає порушень серцево-судинної системи і водно-сольового обміну.
Тривалість курсу лікування водами 3-6 тижнів.
3. Якісний аналіз мінеральних вод
Окремі реакції на Na+-катіони
1) Дія діоксоуран(VI) діацетату (ураніл ацетату) UO2(СН3СОО)8 (мікро-кристалоскопічна реакція). При взаємодії з іонами натрію при pН = 7 утворюються тетраедричні чи октаедричні кристали жовтого кольору NaMg(UO2)3(СН3СОО)8∙6,5Н2О:
Na+ + Mg(UO)2(CH3COO)8 + CH3COO - +6,5 H2O = NaMg(UO2)3(СН3СОО)8∙6,5Н2О.
Виявленню натрій-іонів заважають іони Ag(I), що дають осад з реагентом. Аніони РО43 - утворюють малорозчинні фосфати цинку і тому руйнують реагент. Іони K(I), NH4+, Са(II), Ва(II), Pb(II), Zn(II), Мn(II), Со(II), Ni(II), Hg(II), Al(III), Fe(III) заважають проведенню реакції при концентрації більше 5 г/дм3. Їх можна видалити дією К2СО3.
Проведення реакції: на предметне скло наносять краплю розчину, що містить іони натрію, поруч наносять розчин реагенту і скляною паличкою з'єднують краплі. Через кілька хвилин розглядають кристали, що утворилися, під мікроскопом.
) Дія калій гексагідроксостибату(V) К [Sb(OH)6]. Концентровані розчини солей натрію при взаємодії з реагентом утворюють білий кристалічний осад натрій гексагідроксостибіату(V):
+ + [Sb(OH)6]- = Na [Sb(OH)6]↓.
Реакцію проводять в нейтральному або слабко-лужному середовищі. У кислому середовищі К [Sb(OH)6] розкладається з утворенням білого аморфного осаду метастибієвої кислоти НSbO3, який помилково приймають за Na [Sb(OH)6]. Розчинність Na [Sb(OH)6] зростає з підвищенням температури. Заважають іони NH4+, у присутності яких реагент розкладається, і іони Мg(II) утворюють білий кристалічний осад з реагентом. Проведення реакції: до 3-4 крапель розчину, що містить іони натрію, додають 3-4 краплі розчину К [Sb(OH)6] і для прискорення утворення осаду потирають скляною паличкою по стінках пробірки. Пробірку охолоджують водопровідною водою. Випадає білий кристалічний осад.
) Забарвлення полум'я: леткі солі натрію забарвлюють полум'я газового пальника в жовтий колір.
Окремі реакції на К+-катіони
1) Дія натрій гідрогентартрату NaНС4Н4О6 з утворенням з іонами калію при рН 4-5 білого кристалічного осаду:
К+ + НС4Н4О6- = КНС4Н4О6↓.
Осад калій гідрогентартрату здатний утворювати пересичені розчини. Осад розчиняється в лугах, сильних кислотах:
КНС4Н4О6 + HCl = КCl + H2С4Н4О6;
КНС4Н4О6 + КOH = К2С4Н4О6 + Н2О.
Заважають іони амонію, що утворюють аналогічний осад. Іони важких металів, як правило, утворюють при надлишку тартрат-іонів розчинні комплексні сполуки.
Проведення реакції: до 2-3 крапель розчину, що містить іони калію, додають 2-3 краплі розчину NaHC4H4O6 і для прискорення утворення осаду потирають скляною паличкою по стінках пробірки. Випадає білий кристалічний осад. При використанні як реагенту винної кислоти необхідно додати 2-3 краплі розчину натрій ацетату CH3COONa.
) Дія натрій гексанітрокобальтату (III) Na3[Co(NO2)6] з утворенням з іонами калію при рН 4-5 жовтого осаду:
a+ + K+ + [Co(NO2)6]3- = K2Na [Co(NO2)6]↓.
Заважають іони амонію, оскільки утворюють аналогічний жовтий осад; йодиди через окиснення нітритом до I2; окисники, оскільки руйнують реагент. Іони лужноземельних елементів, Fе (II, III), А1 (III), Zn(II) та деякі інші не утворюють осадів.
Проведення реакції: до 2-3 крапель розчину, що містить іони калію, додають 2-3 краплі розчину реагенту, при необхідності нагрівають. Утворюється жовтий осад. Якщо розчин кислий, необхідно додати розчин CH3COONa до pH = 4-5.
) Забарвлення полум'я: леткі солі калію забарвлюють полум'я газового пальника в фіолетовий колір. Розглядаючи полумя через синє скло можна виявити калій-іони у присутності іонів натрію, тому що синє скло поглинає жовті промені.