Измерение нитратов в питьевой воде иономером AI-125
Что такое нитраты ?
Нитраты - это неорганическое соединение состоящее из одного атома азота (N) и трех атомов водорода (O). Химическая формула нитратов - NO3
Воздействие нитратов на организм человека
В организм человека нитраты попадают через воду и пищу. Если рассматривать продукты питания, то больше всего нитратов содержится в овощах. Сами по себе нитраты безвредны для человека. Но постоянное нахождение нитратов в желудке приводит к редуцированию их в нитриты (NO2). Нитриты опасны для здоровья.
Для взрослого человека нечастое употребление продуктов, содержащих даже граничные дозы нитратов, скорее всего, пройдет без каких-либо негативных последствий - благодаря свойству нитратов хорошо растворяться в воде и выводиться из организма вместе с уриной.
Единственное условие - употребляемая регулярно вода должна быть "чистой" от нитратов.
Кратковременное употребление питьевой воды с уровнем нитратов выше предельно допустимого, в основном, может вызвать проблемы со здоровьем только у маленьких детей. Дети употребляют большое количество воды относительно своего маленького веса, как в чистом виде, так и смешанной с разнообразными порошкообразными смесями детского питания.
Условия трансформации нитратов в нитриты в желудочках детей, из-за низкой кислотности более благоприятны, чем у взрослых. Нитриты связывают гемоглобин в красных клетках крови (эритроцитах) в метагемоглобин порождая при этом заболевание крови называемое метагемоглобинемия (кислородное голодание).
Какие основные источники загрязнения нитратами?
- Удобрения содержащие азот в нитратной форме. Укрепляют иммунитет и способствуют росту сельскохозяйственных культур. Вносятся в почву с целью получения высоких урожаев.
- Промышленные, канализационные стоки.
- Неуклонно растущий автопарк.
- Нитраты вырабатываемые растениями и животными.
Какой естественный уровень нитратов в питьевой воде?
При отсутствии загрязняющих факторов, массовая концентрация нитратов в питьевой воде, обычно не превышает, 8 мг/л.
Какой предельно допустимый уровень нитратов в питьевой воде?
Предельно допустимая концентрация нитратов в питьевой воде - 45 мг/л.
Образцы воды
Это обычная столовая питьевая негазированная вода, приобретенная в супермаркете. Вода из пластиковых бутылок емкостью от 0,5 до 20 л. Удалось найти 12 неповторяющихся названий воды, которые представляют 11 фирм-производителей. Также, одна проба воды была взята с локального водопровода.
Вся питьевая вода позиционируется производителями как экологически чистая не содержащая вредных для здоровья человека химических элементов и соединений.
Инструменты для измерений
Измерять массовую концентрацию нитратов в питьевой воде будем профессиональным иономером AI-125 (производство ООО "ВП ДИЛИС") с применением нитрат-селективного электрода. Из множества доступных на рынке электродов выберем ЭЛИС-121NO3 (производства НПО "Измерительная техника"), по следующим критериям:
- неплохая повторяемость результатов измерений (при соблюдении рекомендаций фирмы-производителя);
- хорошее подавление хлоридов (коэффициент селективности 0,005);
В качестве электрода сравнения используем хлор-серебряный электрод ЭСр10101. В дальнейшем пару нитратный электрод-электрод сравнения будем называть электрохимической ячейкой.
Датчик температуры - платиновый pT-1000 Honeywell из комплекта поставки иономера.
Подготовка электродов к работе
Новый нитрат-селективный электрод необходимо подготовить к эксплуатации. Для этого помещаем рабочую мембрану электрода в раствор азотнокислого калия (KNO3) с концентрацией 0,01 моль/л и оставляем на сутки.
В электроде сравнения проверяем наличие протока электролита через мембрану.
Градуировка
Градуировка - это процедура определения параметров электрохимической ячейки.
Информацию полученную в процессе градуировки иономер использует в последующих расчетах активности и концентрации.
Градуировку выполняем по двум буферным растворам /БР/ (растворам сравнения, рабочим образцам) KNO3 известной концентрации - 0,01 моль/дм3 (рNO3 = 2) и 0,0001 моль/дм3 (рNO3 = 4). Где pNO3 - активность нитратов.
Из основного меню входим в режим градуировки. Соответствующими кнопками выбираем один из восьми доступных измерительных каналов. В нашем случае, канал с номером 1 запрограммирован на измерение нитратов. Помещаем электроды и датчик температуры (ДТ) в первый БР с pNO3 = 4.
Наблюдаем ЭДС и температуру БР1 пока не завершится обратный отсчет времени.
Иономер автоматически определяет БР1, отображая значение активности.
Окно появляется в случае если иономер не смог распознать БР. Также, при необходимости, пользователь всегда может выбрать значение буферного раствора из списка.
Извлекаем электроды и ДТ с БР1. Промываем дистиллированной водой и осушиваем поверхность фильтровальной бумагой. Аккуратно обращаемся с рабочей мембраной нитрат-селективного электрода.
На приглашение иономера опускаем электроды и ДТ во второй БР с pNO3 = 2.
Наблюдаем ЭДС и температуру БР2 пока не завершится обратный отсчет времени.
Иономер автоматически определяет БР2, отображая значение активности.
Последний шаг в процедуре градуировки иономера - вывод результатов. Значок в левом верхнем углу сообщает, что параметры электрохимической ячейки в норме.
Градуировка иономера, по каждому каналу, автоматически сохраняется в энергонезависимой памяти и доступна для просмотра через соответствующий пункт меню в настройках.
Измерение нитратов в аттестованных образцах
Результаты измерения активности в аттестованных образцах не должны отклоняться более чем на ±0,02 от номинального значения, тогда погрешность измерения концентрации нитратов не будет превышать ±10%
После градуировки иономера выполняем контрольное измерение активности нитратов в растворе KNO3 известной концентрации - 0,001 моль/дм3 (рNO3 = 3,00).
По истечении некоторого времени, выполняем контрольные измерения в аттестованных образцах с pNO3 = 4,00 и pNO3 = 2,00. Последние измерения позволяют оценить временную стабильность электрохимической ячейки.
Выбор метода измерения концентрации
Иономер AI-125 предлагает два метода для измерения концентрации - "Прямая потенциометрия" и "Известная добавка". Метод известной добавки, реализованный в иономере, позволяет точно измерять концентрацию искомого химического элемента, как в сложных, так и в простых по химическому составу растворах.
В тоже время этот метод, по сравнению с методом "Прямая потенциометрия" занимает больше времени на подготовку проб к измерениям. Учитывая, что измерения проводятся в питьевой воде, где практически отсутствуют мешающие ионы, воспользуемся более "быстрым" методом.
Измеряем нитраты иономером AI-125
Измерить концентрацию нитратов иономером AI-125 достаточно просто. Для этого:
Помещаем электрохимическую ячейку и ДТ в емкость с анализируемой водой и входим в режим измерения концентрации.
Экран отображает всю информацию о текущей пробе - температуру, ЭДС, активность нитратов и время оставшееся до окончания измерения.
Подтверждение коэффициента. По стандартной методике измерения нитратов для воды (сока) выбираем 62. Выполняем команду "Далi".
Результат измерения массовой концентрации нитратов в образце питьевой воды.
Результаты измерений
Измерения массовой концентрации нитратов выполнялись с учетом рекомендаций по измерениям в пробах с малой концентрацией.
Для всех наименований воды проводилось минимум 3 измерения, каждый раз со свежей пробой. При этом, была установлена высокая повторяемость результатов измерения концентрации нитратов - разница между последующими измерениями одного наименования воды не превышала 0,2 мг/л.
По окончанию основного цикла измерений, был выполнен ряд дополнительных измерений в образцах с наименьшей и наибольшей концентрацией нитратов.
В таблице приведены результаты нитратного анализа питьевой воды в порядке проведения измерений. Погрешность измерения массовой концентрации нитратов, не более ±2%.
№ пробы
Массовая концентрация NO3, мг/л
Емкость, л
Название
Торговая марка
1
6,6
20,0
2
2,8
1,0
3
2,4
0,5
4
5,8
1,5
5
1,9
0,5
6
16,3
1,0
7
3,7
1,0
8
7,7
1,5
9
3,2
1,5
10
4,1
5,0
11
6,6
0,5
12
5,4
2,0
13
11,5
-
Прокоментируем полученные результаты измерений нитратов в питьевой воде без привязки к производителям.
Концентрация нитратов во всех рассмотренных образцах воды в разы меньше предельно допустимой. В тоже время, в двух образцах, наблюдаем повышенное содержание нитратов, по сравнению с остальными участниками теста.
Проба №6 с концентрацией нитратов 16,3 мг/л представленна регионом в котором расположено большое количество индустриальных и сельскохозяйственных предприятий. Также, необходимо отметить, что это единственная проба воды из промышленного региона.
Проба №13 с концентрацией нитратов 11,5 мг/л была взята с локального водопровода. Повышенную концентрацию нитратов в водопроводной воде, по результатам теста, можно отнести к сезонным явлениям - измерения выполнялись ранней весной в период массового таяния снега.
Концентрация нитратов в остальных образцах воды не превышает естественный уровень. Наилучшие результаты представлены областями в которых отсутствует какая-либо производственная (в том числе и сельскохозяйственная) деятельность человека. Также, хорошие результаты показали производители с экологически чистых регионов, имеющие именные, глубоководные скважины.
