Анализ воды

НПП «Томьаналит» для проведения анализа различного типа вод предлагает:

• приборы для определения содержания токсичных микропримесей (ртуть, кадмий, свинец, мышьяк, олово, никель, кобальт, марганец, сурьма, висмут, серебро) и эссенциальных микроэлементов (йод, селен, цинк, медь, железо): анализаторы вольтамперометрические ТА-Lab и ПАН-As$
• оборудование для проведения термоподготовки проб к измерениям: плиты нагревательные и муфельные печи, совмещенные с нагревательными плитами;
• приборы для определения кислотности (рН), нитратов, хлоридов, бромидов, фторидов, сульфидов:  рН-метр/иономер ИТАН.

Проблема качества воды

Проблема качества воды занимает особое, определяющее место в системе охраны природы и здоровья населения. Количество пресной воды на Земле ограничено, а ее качество постоянно подвергается угрозам. Сохранение надлежащего качества пресной воды важно для обеспечения запасов питьевой воды, производства пищевых продуктов и рекреационного водоиспользования. Качеству воды могут угрожать инфекционные агенты, токсические химические вещества и радиологические опасности.

Безопасная и доступная вода — важный фактор здоровья людей, независимо от того, используется ли она для питья, бытовых нужд, приготовления пищи или рекреационных целей. Улучшенная система водоснабжения и санитарии и более эффективное водопользование могут способствовать экономическому росту в странах и вносить существенный вклад в сокращение масштабов нищеты. 

Вопрос охраны водных экосистем и рационального использования их ресурсов – это вопрос жизни на Земле. Принятие решений в этой области должно быть основано на достоверной информации о состоянии водных объектов и тенденциях его изменения. В 2010 году Генеральная Ассамблея ООН четко признала право человека на воду и санитарию. Каждый имеет право на достаточное, непрерывное, безопасное, физически доступное и приемлемое по цене водоснабжение для личных и бытовых нужд.

Нормирование качества воды

Во всех развитых странах качество воды является предметом особого внимания государственных органов, общественных движений, средств массовой информации и широких слоев населения. Сегодня в мире нормированию качества воды уделяется повышенное внимание. Это обусловлено постоянным обнаружением в источниках водоснабжения все новых токсичных веществ, а также получением от медиков новых фактов о связи заболеваний человека с присутствием в воде различных соединений, нормативы допустимого содержания которых еще не определены. Основными международными документами, рекомендации или требования которых принимаются в качестве базовых при разработке национальных документов в большинстве стран мира, являются «Руководство по контролю качества питьевой воды», разработанное Всемирной организацией здравоохранения (Руководство ВОЗ) и  Директива по питьевой воде Европейского Сообщества (Директива ЕС "Директива по Питьевой Воде" (Drinking Water Directive)). Кроме того, ряд стран использует в качестве базовых требований нормативы Агентства по охране окружающей среды США (U.S/ Environmental Protection Agency-EPA). 

Согласно общепринятым нормам, питьевая вода должна быть безвредна по химическому составу, иметь хорошие органолептические показатели, быть безопасна в эпидемическом и радиационном отношении. Присутствие нетоксичных солей, органических, биологических и неорганических загрязнений в количествах, превышающих нормативные, вызывает появление различных заболеваний.

В Российской Федерации качество питьевой воды должно удовлетворять определенным требованиям, установленным СанПиН 2.1.4.10749-01 «Питьевая вода».

10 октября 2014 года на территории Таможенного союза завершилось публичное обсуждение проекта технического регламента Таможенного союза «О безопасности питьевой воды, расфасованной в емкости». Регламент будет контролировать безопасность упакованной питьевой воды, в частности, минеральной воды. 20 марта 2015 проект документа был направлен на обсуждение правительственного уровня, по завершению которого будет установлена дата, после которой начнется официальное применение документа.

Техрегламент ТС на воду питьевую устанавливает достаточно строгие требования к упакованной воде. Практически все ее виды, согласно нормам документа, будут подвергаться после вступления в силу регламента, обязательному декларированию. Исключение составит питьевая продукция, которая будет подлежать госрегистрации по требованию регламента:

- упакованная питьевая вода, которая предназначена для применения детьми (детское питание);

- упакованная вода лечебно-столовая;

- упакованная вода минеральная природная лечебная.

Получение декларации по новому Техрегламенту ТС будет осуществляться в несколько этапов. Вода будет проходить практическую проверку в лаборатории, а документация будет анализироваться в аккредитованных сертификационных органах.

Правовые основы государственной политики в России в области охраны окружающей среды и обеспечения экологической безопасности определяет Федеральный закон «Об охране окружающей среды». Федеральным законом от 21.07.2014 г., вступившим  в силу с 01.01.2015, внесены изменения в Федеральный закон «Об охране окружающей среды» и отдельные законодательные акты Российской Федерации. В новой редакции изложены понятия нормативов допустимых сбросов в водные объекты. Загрязняющие вещества, в отношении которых применяются меры государственного регулирования в области охраны окружающей среды, определяются:

с учетом уровня токсичности, канцерогенных и (или) мутагенных свойств химических и иных веществ, в том числе имеющих тенденцию к накоплению в окружающей среде, а также их способности к преобразованию в окружающей среде в соединения, обладающие большей токсичностью;

• с учетом данных государственного экологического мониторинга и социально-гигиенического мониторинга;
• при наличии методик (методов) измерения загрязняющих веществ.

Перечень загрязняющих веществ, в отношении которых применяются меры государственного регулирования в области охраны окружающей среды, устанавливается Правительством Российской Федерации. В настоящее время подготовлен проект перечня веществ, загрязняющих водоемы, в отношении которых применяются меры государственного регулирования. В перечень включены загрязняющие вещества, летучие органические соединения, радиоактивные изотопы, парниковые и озоноразрушающие вещества, стойкие органические загрязнители, радионуклиды, а также физико-химические и микробиологические показатели:

• по которым наблюдаются превышения гигиенических нормативов качества атмосферного воздуха в городах России;
• количество или концентрация которых в водных объектах РФ превышает установленные нормативы;
• выброс которых составляет более 90 процентов в суммарном выбросе РФ;
• управление которыми входит в международные обязательства РФ.

Утверждение данного перечня позволит природоохранным органам при нормировании сбросов указывать предприятиям, какие из загрязняющих веществ в их сбросах являются наиболее значимыми и подлежат приоритетному снижению.

Анализ воды на содержание микроэлементов

В настоящее время существуют две основные группы аналитических методов для определения микроэлементного состава вод: вольтамперометрические и спектрометрические методы. Среди спектрометрических методов определения тяжелых металлов наиболее часто применяют атомно-абсорбционную спектрометрию с электротермической атомизацией в графической кювете. К спектрометрическим методам, позволяющим проводить определение нескольких элементов одновременно, относятся атомно-эмиссионная спектроскопия с индуктивно связанной плазмой (ИСП-АЭС) и масс-спектрометрия с индуктивно связанной плазмой (ИСП-МС). Несмотря на неоспоримые достоинства спектрометрических методов, в России они применяются реже, чем вольтамперометрические (инверсионная вольтамперометрия) из-за значительно более высоких стоимости оборудования и себестоимости анализа. 

Определение микроэлементов в воде методом инверсионной вольтамперометрии

Одним из наиболее чувствительных электрохимических методов анализа, позволяющим определять содержание элементов на уровне 0,00001-1 мг/л, является метод инверсионной вольтамперометрии (ИВ). В его основе лежит процесс электролиза, состоящий в концентрировании на электродах определяемого вещества из раствора. Аналитическим сигналом в методе ИВ служит максимальный ток электрорастворения концентрата. Регистрацию аналитического сигнала условно можно разделить на четыре стадии: 1) подготовка электродов и раствора к регистрации вольтамперограмм; 2) концентрирование (накопление) определяемого вещества на поверхности рабочего электрода при заданном потенциале; 3) регистрация тока растворения концентрата при изменении потенциала рабочего электрода; 4) расшифровка полученной зависимости тока от потенциала - вольтамперограммы. Ток, вызванный электрорастворением концентрата определяемого вещества с поверхности электрода, на вольтамперограмме регистрируется в виде пика. Положение пика на оси потенциалов, т.е. потенциал пика, характеризует природу определяемого вещества, а высота и площадь зависят от его концентрации в растворе. Таким образом, вольтамперограмма позволяет одновременно получить качественную и количественную информацию о веществах, присутствующих в анализируемом растворе. Вольтамперограмма содержит один пик, если на рабочем электроде концентрируют один элемент. Если подобраны условия одновременного накопления на рабочем электроде не-скольких элементов, то вольтамперограмма может содержать два, три, четыре пика, соответ-ствующие последовательному электрорастворению концентратов определяемых элементов. Это позволяет проводить одновременное определение нескольких элементов (например, кадмия и свинца или цинка, кадмия, свинца и меди).

Метод инверсионной вольтамперометрии легко поддается автоматизации, требует применения легкодоступных реак-тивов в небольшом количестве (от 0,5 до 10 мл на одну пробу) и относительно прост в реализации. По чувствительности метод сравним с атомно-абсорбционной спектроскопией. И хотя точность метода ИВ и уступает точности атомно-абсорбционной спектроскопии, показатели качества большинства вольтамперометрических методик не превышают установленных норм. К преимуществам инверсионной вольтамперометрии следует отнести относительно низкую стоимость оборудования, одновременное определение до четырех элементов и возможность определения форм элементов. Например, при анализе воды на содержание мышьяка можно установить содержание As(III) и As(V), на содержание йода - иодид-ионов, иодат-ионов и йодорганических соединений.  Метод ИВ наряду с неорганическими показателями позволяет определять и органические вещества. Однако это требует более высокой квалификации химика-аналитика и/или использования специальных модифицированных электродов.

Процедура подготовки проб воды при определении токсичных микроэлеменов сводится к частичной или полной минерализации пробы и/или переводу определяемых элементов в электрохимически активное состояние. Пробоподготовка нетрудоемка, занимает не более 2,5 часов (в некоторых методиках – 2-10 мин.) и легко реализуется. При подготовке проб вод к измерениям применяют плиты нагревательные, муфели.

При подготовке проб воды к измерениям большое значение имеет температурный режим. Применение плит нагревательных, позволяющих устанавливать температуру нагревательной поверхности, уменьшает погрешность, связанную с пробоподготовкой. Применение программируемых устройств значительно упрощает процедуру подготовки проб.

Вольтамперометрические анализаторы для анализа воды

Приборы для проведения анализа вольтамперометрическими методами называются вольтамперометрическими (ВА) анализаторами. Иногда вольтамперометрические анализаторы по сложившейся традиции, хотя и не совсем верно по сути, называют полярографами.

На российском рынке аналитического оборудования представлено более десяти модификаций вольтамперометрических анализаторов как российских производителей, так и зарубежных. Большинство российских вольтамперометрических анализаторов по техническим характеристикам не уступают импортным, предназначенным для рутинного анализа. Импортные анализаторы редко применяются в России из-за значительно более высокой стоимости. Все вольтамперометрические анализаторы, кроме специализированных для определения одного элемента, работают под управлением компьютера (персонального или ноутбука) и поставляются с электродами, программным и методическим обеспечением. Схема вольтамперометрического анализатора достаточно проста, однако, требования к чувствительности измерения, необходимость компенсации помех, автоматизация и компьютеризация анализа значительно усложняют прибор. Это же приводит к отличительным особенностям анализаторов, выпускаемым различными предприятиями-изготовителями: количество электрохимических ячеек - одна или три; способ перемешивания раствора: вращение рабочего электрода, вибрация электрода (или электродов), магнитная мешалка; наличие возможности подачи инертного газа в ячейку для деарации раствора; наличие дополнительных устройств, позволяющих проводить обработку анализируемой пробы непосредственно в ячейке анализатора - УФ-облучение, подача озона; особенности конструкции, увеличивающие безопасность и удобство работы; типы используемых электродов и способы модифицирования их поверхности. Перечисленные особенности ограничивают универсальность вольтамперометрических методик анализа. Как правило, каждый из вольтамперометрических анализаторов имеет свое методическое обеспечение, разработанное для данного типа прибора. В ПНД Ф внесено более 25 вольтамперометрических методик определения  цинка,  кадмия, свинца, меди, мышьяка, ртути, марганца, сурьмы, висмута, селена, железа, кобальта, никеля, молибдена, серебра, йода в различных типах вод . Ряд аттестованных методик  наряду с высокой чувствительностью и удовлетворительной точностью имеет привлекательные для рутинного анализа особенности:  одновременное определение цинка, кадмия, свинца и меди; экспресс-определение цинка,  кадмия, свинца, меди, марганца, йода, ртути без предварительной подготовки проб вне анализатора. В 2005 г. введен в действие ГОСТ Р 52180-2003, в котором разработчики объединили наиболее распространенные варианты вольтамперометрических методик определения  цинка, кадмия, свинца, меди, мышьяка, ртути, марганца, сурьмы и висмута в питьевой воде (действовал до 15.02.2015). На основе данного документа подготовлен и с 01.01.2014 введен в действие межгосударственный стандарт ГОСТ 31866-2012. Вода питьевая. Определение содержания элементов методом инверсионной вольтамперометрии.

Анализатор ТА-Lab, выпускаемый НПП «Томьаналит», имеет три электрохимических ячейки и относится к наиболее современным модификациям вольтамперометрических анализаторов. С его помощью проводят определение Zn, Cd, Pb, Cu, Mn, Hg, As, Se, Ni, Co, I, Ag, Sb, Bi, Cr на уровне 1/10 ПДК и ниже методом инверсионной вольтамперометрии. Определение Zn, Cd, Pb, Cu, Mn, Hg, йода в природной, питьевой и очищенной сточной водах проводится  без предварительной подготовки проб к анализу. При определении других элементов и при анализе сточных вод с высоким содержанием органических веществ требуется подготовка проб. Процедура подготовки проб к анализу подробно описана в методиках анализа.