Химико-аналитические методы исследования состава воды

В. М. Шестаков, С. А. Брусиловский

Отбор проб воды осуществляется в основном из водозаборных скважин. Для изучения возможностей продвижения загрязняющих компонентов (особенно бактерий и вирусов) к водозабору следует также определять соответствующие показатели в наблюдательных скважинах, располагаемых между областью питания и водозаборными скважинами.

Важнейшим условием получения достоверной информации о составе воды является соблюдение правил отбора, транспортировки и хранения проб, различающихся в зависимости от цели аналитического исследования, объекта контроля и комплекса химических определений (Р. 51592-2000. Вода. Общие требования к отбору проб. Р. 51593-2000. Вода питьевая. Отбор проб. ГОСТ 17.1.5.05-83. Общие требования к отбору проб поверхностных и морских вод, льда и атмосферных осадков) [6], [8]. Основными требованиями являются: представительность пробы в пространстве и времени (отобранная проба в момент отбора и в пункте отбора должна с возможной полнотой представлять контролируемый поток подземных вод), неизменность состава в период от отбора до анализа и достаточный объем для запланированных определений. В программе отбора регламентируется аппаратура для отбора и ее подготовка, требуемый объем воды, методы консервации - в зависимости от определяемых параметров химического состава и методов аналитических определений, условия и предельные сроки хранения, транспортировки.

При отборе проб из скважин необходимо исключить влияние на химический состав металла труб, являющегося сильным восстановителем, что обеспечивается прокачкой нескольких объемов воды в стволе скважины перед отбором. Как показали наши исследования, невыполнение этого требования приводит к значительным ошибкам при определении железа, марганца, тяжелых металлов и др. компонентов. (Указание на предельное суммарное содержание окисного железа при рН > 5 - 17 мкг/л справедливо лишь при отсутствии неорганических и органических комплексообразователей даже в низких концентрациях [11, 12], не обнаруживаемых органолептически).

При необходимости определения неустойчивых при новых термодинамических условиях компонентов состава (при отборе пробы меняются температура, давление, окислительно-восстановительные условия, что может приводить к выпадению осадков, потери растворенных газов), желательно пользоваться методами полевого анализа непосредственно у источника воды сразу после отбора пробы. Если это невозможно, следует пользоваться методами консервации для неустойчивых компонентов. Перспективным является проведение анализа без отбора пробы непосредственно в скважине (после прокачки) с использованием многоканальных зондов [10], в том числе портативных полевых приборов фирмы Тосиба.

Количество и периодичность проб воды в местах водоотбора, отбираемых для лабораторных исследований по гидрологическим и гидрохимическим показателям, определяется типом источников воды, категорией пункта контроля и видом программы контроля, согласно СанПиН 2.1.4.1074-01 и ГОСТ 17.1.3.07-82.

При проведении регулярных контрольных замеров рекомендуется одновременно проводить отбор проб для анализа по сокращенной программе, включающей определение органолептических показателей, наиболее характерных для данного водозабора загрязняющих веществ. Для определения неустойчивых компонентов состава при этом рационально использовать полевые методы анализа[8].При обнаружении существенного превышения ПДК, или суммарного показателя загрязнения, превышающего единицу, необходимо проводить более частые анализы загрязняющих веществ до стабилизации показателей. При специальных обследованиях, проводящихся, в частности, при аварийных сбросах загрязняющих веществ в водоем, отбираются пробы для проведение полного химического исследования качества воды.

Для аналитического определения показателей качества природных вод нормативными документами (ГОСТы и др.) рекомендовано более 20 различных методов, причем для ряда компонентов допускается применение до 5 методик, отличающихся по своим метрологическим характеристикам.

Выбор метода предоставляется на усмотрение руководства аналитической лаборатории и, как правило, определяется, в первую очередь, уровнем приборного обеспечения и квалификацией аналитиков. Серьезной проблемой является разновременное введение в действие ГОСТов на различные методы анализа и, соответственно, переход на поступающие новые ГОСТы в различных лабораториях, что затрудняет сопоставление результатов при региональных обобщениях и анализа многолетних рядов наблюдений. К тому же при предоставлении аналитической информации обычно не указывается использованная методика анализа.

В связи с этим при создании и пополнении банка данных аналитических определений по результатам мониторинга необходимо обязательно указывать применяющуюся методику определения и ее метрологические характеристики, подтвержденные результатами параллельных анализов и определения стандартных растворов. Метрологическое обеспечение контроля качества вод регламентируется нормативными документами: ГОСТ Р 8.563-96, ГОСТ 17.0.0.02-79 и ГОСТ 27384-87, в которых указываются рекомендуемые методики для каждого из параметров состава, обеспеченные отдельными ГОСТами, диапазон измерений и допустимые погрешности [6].

Общие требования к организации и методам контроля качества питьевой воды регламентируются ГОСТом Р 51232-98, введенным в действие 17.12.1998. Стандарт распространяется на питьевую воду централизованных систем водоснабжения, содержит все необходимые нормативные ссылки на соответствующие документы, общие положения, указания на производственный контроль, включая перечень методов анализа 53 показателей со ссылками на ГОСТы по аналитическим методам и публикации, требования к внутреннему оперативному контролю с правилами расчета характеристик погрешностей, обширную библиографию.

При выборе из ряда имеющихся методов анализа какого-либо компонента состава воды необходимо руководствоваться с одной стороны возможностями приборного обеспечения лаборатории, с другой - требованиями к характеристикам метода: чувствительности, воспроизводимости, правильности, избирательности, универсальности, экономичности, оперативности, требуемому объему пробы. Практически приходится находить разумный компромисс между различными требованиями. Следует подчеркнуть, что для пользователя аналитической информацией необходим не только результат анализа, но и характеристики аналитического метода, без которых невозможна корректная обработка и интерпретация результатов.

Следует обратить особое внимание на методику измерения окислительно-восстановительного потенциала (Eh) - важнейшей характеристики среды, во многом определяющей поведение элементов переменой валентности в подземных водах. Аттестованная методика определения Eh отсутствует. Сложность определения связана с необходимостью использования герметически закрытой ячейки для измерения, обеспечивающей возможность перемешивания воды, медленном установлении равновесного значения потенциала на измерительных электродах (иногда требуются многие часы), желательном достижении равновесия <снизу> и <сверху>, для чего необходимо минимум два предварительно разно поляризованных измерительных электрода. Без соблюдения этих условий реальные ошибки при измерении могут достигать сотен милливольт.

Требования к представлению и обработке результатов анализа:

макрокомпоненты состава воды должны быть представлены в весовой (мг/л), эквивалентной (мг-экв/л) и процент-эквивалентной (%экв) форме; для мезо- и микрокомпонентов состава достаточна весовая (мг/л, мкг/л) форма;

число значащих цифр в результатах анализа должно отражать реальную точность анализа;

должны быть отмечены или отбракованы анализы, при проверке которых методами контроля, указанными выше, результаты выходят за допустимые по нормативам пределы.

При оценке качества воды наряду с обычными формами выражения концентраций рационально для компонентов, превышающих или близких к значениям ПДК или ОБУВ представлять результаты в кратностях ПДК, а также использовать для интегральной оценки загрязненности суммарную формулу (сумма нормированных по ПДК значений не должна превышать единицу).