Анализ методов измерений содержания селена в воде питьевой бутилированной - Студенческий научный форум

XVIII Международная студенческая научная конференция Студенческий научный форум - 2026

Личный портфель

Анализ методов измерений содержания селена в воде питьевой бутилированной

Сысоева А.А. 1, Третьяк Л.Н. 1
1ФГБОУ ВО "Оренбургский государственный университет"
 Комментарии
Текст работы размещён без изображений и формул.
Полная версия работы доступна во вкладке "Файлы работы" в формате PDF

Введение. С каждым годом знание о необходимости самоконтроля человека за потреблением продуктов питания, а тем более за качеством потребляемой воды, становится все более осознанным самыми широкими слоями российского общества. В связи этим актуальным представляется исследование состава и свойств огромного ассортимента бутилированной питьевой воды. В отличие от других аналогичных продуктов бутилированная вода – единственный вид питьевой воды, к которому, кроме требований отсутствия вредности для организма, предъявляются требования к физиологической ценности. С этой целью в бутилированной воде регламентируются нормы содержания целого ряда химических элементов: растворенного кислорода, натрия, калия, хлоридов, кальция, фтора, селена.

Селен, как известно, в малых количествах (концентрациях) полезен для здоровья человека, так как является важнейшим микроэлементом. Селен согласно MP 2.3.1.0253-21 «Нормы физиологических потребностей в энергии и пищевых веществах для различных групп населения Российской Федерации» [1] рекомендуется в суточной норме 70 мкг для мужчин и 50 мкг для женщин. Он участвует в работе иммунной и антиоксидантной систем организма, обладает противовоспалительной активностью, входит в состав многих гормонов и ферментов, стимулирует процессы обмена веществ. Однако повышенное содержание селена в потребляемых продуктах и напитках, в том числе, и питьевой воде, может быть вредно для организма.

Следует согласиться с мнением авторов статьи [2], что «воздействие селена на организм человека изучено явно недостаточно. Промышленной медицине известно, что соединения селена относятся к высокотоксичным ядам. Другие факты подтверждают его незаменимость в организме».

Известно (источник информации: https://myseldon.com/ru/news/index/273679598), что в воде селен может находиться как в органических, так и в неорганических формах, при этом последние более токсичны для организма человека: к ним относятся селенат (селен в степени окисления VI) и селенит (селен в степени окисления IV)».

Наибольшее токсичное воздействие имеют соединения селена в степени окисления IV (например, селенит, Se (IV)), что объясняется его более высокой растворимостью в воде, и, следовательно, биодоступностью для живых организмов, что позволяет им легко попадать в организм и взаимодействовать с биологическими системами.

Учитывая эссенциальную роль селена и его токсичность (так называемый дуализм), необходимо контролировать концентрацию этого элемента в продуктах массового потребления и указывать её на этикетках продаваемых питьевых и минеральных вод.

Все вышеперечисленное определяет практическую необходимость проведения экспертизы бутилированной воды, в том числе на содержание селена, так как вода является продуктом массового потребления. Причем эта экспертиза должна базироваться на достоверных методиках, позволяющих обеспечить требуемую точность и достоверность при выполнении измерений.

Кроме этого, методики, предназначенные для применения в сфере государственного регулирования, установленные в ФЗ от 26.06.2008 №102-ФЗ «Об обеспечении единства измерений» (https://www.consultant.ru/document/cons_doc_LAW_77904/) подлежат обязательной аттестации и должны быть зарегистрированы в Федеральном информационном фонде по обеспечению единства измерений (ФИФ ОЕИ). Для рассматриваемого случая, а именно при определении концентраций селена (как вещества, обладающего не только полезными, но и токсичными свойствами), это требование имеет обязательный статус.

Вышеприведенные факты подтверждают, что методика измерений – важный элемент метрологического обеспечения измерений, так как она гарантирует качество (в том числе достоверность) предоставляемой измерительной информации, необходимой для достижения поставленных целей: в нашем случае обеспечения безопасности и качества бутилированной воды. В основе методик, как известно, лежат методы измерений.

Цель исследования: провести анализ методов как основы существующих стандартизованных методик определения содержания селена в воде питьевой бутилированной.

Методы исследования: для анализа применены методы систематизации и структурирования информации, приведенной в нормативно-правовых документах применительно к методам определения селена в питьевой воде.

Результаты исследования и их обсуждение. На начальном этапе выбора метода определения селена в питьевой воде нами был проведен анализ физических принципов, положенных в основу методов (методик), рекомендованных на межгосударственном и национальном уровнях (таблица 1).

Таблица 1 – Общая характеристика методов определения селена в питьевой воде (систематизировано авторами статьи)

Метод и НД, регламентирующий методику

Краткое описание метода (сущность)

1. Катодная инверсионная вольтамперометрия (КатИВ)

(ГОСТ Р 52315-2005 [3])

Метод КатИВ основан на способности элемента электрохимически осаждаться на индикаторном электроде при заданном потенциале предельного диффузионного тока, а затем растворяться при определенном потенциале, характерном для данного элемента. Регистрируемый на вольтамперограмме аналитический сигнал элемента пропорционален его массовой концентрации в анализируемом растворе при определенных

Продолжение таблицы 1 – Общая характеристика методов определения селена в питьевой воде (систематизировано авторами статьи)

 

условиях. Для проведения измерений содержания селена в растворе пробы требуется его предварительная подготовка. Содержание селена определяют в растворе минерализованной пробы, используя аналитический сигнал селена (IV), полученный при анодной или катодной развертке поляризующего напряжения. Электроактивной формой является селен (IV). Селен (VI), присутствующий в пробах, восстанавливают до селена (IV) соляной кислотой в ходе минерализации пробы [6].

Экстракционно-флуориметрический

метод

(ГОСТ 19413-89 [4])

Основан на взаимодействии селенит-иона с реактивом 2,3-диаминонафталином в кислой среде. В результате образуется соединение 4,5-бензодиазо-селенол, которое при ультрафиолетовом облучении обладает желто-красной флуоресценцией. Интенсивность флуоресценции измеряется флуориметром [4].

Фотометрический метод с о-фенилендиамином

(ПНД Ф 14.1:2:4.203-03 [5])

Основан на взаимодействии селенистой кислоты с о-фенилендиамином с образованием бензоселендиазола. Соединение образуется при pH < 2,5 и экстрагируется бензолом или толуолом. Оптическую плотность полученного раствора измеряют при длине волны 340 нм в кювете с толщиной оптического слоя 10 мм [5].

С целью окончательного обоснования метода на втором этапе нами был проведен анализ преимуществ и недостатков выбранных методов (таблица 2).

Таблица 2 – Сравнение методов определения селена в питьевой воде (систематизировано авторами статьи из доступных литературных источников)

Метод

Преимущества

Недостатки

1 Катодная инверсионная вольтамперометрия (КатИВ)

(ГОСТ Р 52315-2005)

или

Инверсионно-вольтамперометрический

  1. Высокая чувствительность, селективность и быстрота отклика на изменение состава анализируемого объекта.

  2. Удобство в автоматизации.

  3. Не требует дорогостоящего аналитического оборудования.

  4. Может применяться в лабораторных, производственных и полевых условиях.

1. Мешающее влияние кислорода и необходимость его удаления из раствора при анализе;

2. Необходимость смены фонового раствора в процессе измерений и сложная процедура регенерации поверхности индикаторного электрода;

3. «Маскирование» тока пика селена током растворения комплексных ионов золота с электрода при содержании в пробе хлорид-ионов свыше 100 мг/дм³, бромид-ионов – свыше 10 мг/дм³;

4. Применение токсичных ртутных электродов [6].

Продолжение таблицы 2 – Сравнение методов определения селена в питьевой воде (систематизировано авторами статьи из доступных литературных источников)

2 Экстракционно-флуориметрический метод

(ГОСТ 19413-89)

  1. Высокая точность. Метод позволяет с высокой точностью определять концентрацию селена в питьевой воде.

  2. Чувствительность. Чувствительность метода составляет 0,0001 мг/дм³ селена при объёме пробы 100 см³.

  3. Устойчивость результатов. Флуоресценция комплекса селена с реагентом устойчива при хранении в холодильнике, измерение можно проводить на следующий день.

  4. Экспрессность. Метод исключает стадии выпаривания и маскирования примесей, уменьшается время подготовки анализируемой воды к экстракции.

1. Необходимость в специальном оборудовании. Для проведения анализа используют флуориметр с определёнными светофильтрами.

2. Использование кислот. Применение метода основано на взаимодействии с пробой азотной и хлорной кислот, что может быть опасно для оператора из-за возможности взрывного окисления.

3 Фотометрический метод с

о-фенилендиамином

(ПНД Ф

14.1:2:4.203-03)

  1. Диапазон определяемых концентраций - от 0,005 до 0,32 мг/дм³. Если концентрация селена в пробе превышает верхнюю границу диапазона, допускается разбавление пробы.

  2. Отсутствие мешающих элементов. Определению селена не мешают алюминий, мышьяк, барий, кальций, кадмий, кобальт, хром, медь, марганец, молибден, никель, фосфор, свинец, сурьма, олово, титан, ванадий, цинк. Присутствие в пробе железа (III) и вольфрама устраняют фосфорной кислотой, а ЭДТА связывает висмут.

1. Низкая чувствительность.

2. Сложность и продолжительность анализа: продолжительность одного определения составляет 2,5–3,0 часа.

Преимущество вольтамперометрического метода при определении селена было обосновано не только применительно к его определению в воде, но и в пищевых продуктах, продовольственном сырье. Преимущества этого метода при определении селена в БАДах было обосновано и в исследованиях, проведенных на кафедре МСиС ОГУ [7].

Проведенный нами анализ показал, что метод катодной инверсионной вольтамперометрии адаптирован не только к продуктам на молочной основе, но и для воды питьевой, как представлено в ГОСТ Р 52315-2005. Этот факт послужил подтверждением к выбору инверсионно-вольтамперометрического метода как основы методики.

Кроме этого, при сравнении методов (таблица 2) мы учитывали:

- при одинаковом нижнем пределе измерений (0,0050 мг/дм3) у методов катодная инверсионная вольтамперометрии и фотометрическом с о-фенилендиамином, чувствительность первого метода выше;

- если концентрации селена высоки, следует выбрать катодную инверсионную вольтамперометрию, т.е. этот метод позволяет зафиксировать и концентрации селена, существенно превышающие допустимые;

- если лаборатория оснащена необходимым оборудованием и высококвалифицированным персоналом, возможно использование комбинации методов для повышения точности результатов.

Как следует из таблицы 3, для контроля массовых концентраций селена (до 70 мкг) катодная инверсионная вольтамперометрия и фотометрический метод с о-фенилендиамином удовлетворяют нас не только по чувствительности и максимальному (предельному) значению, но и по диапазону измерений. Кроме этого, анализ границ относительных погрешностей, характерных для рассматриваемых методов, позволил исключить из дальнейшего рассмотрения фотометрический метод с о-фенилендиамином, неудовлетворяющий нас как диапазону, так и по точности измерений.

Таблица 3 – Диапазоны и относительные погрешности измерений массовых концентраций селена для рассматриваемых методов

Метод определения селена

Диапазон измерения

Границы относительной

погрешности измерения

1 Катодная инверсионная вольтамперометрия (ГОСТ Р 52315-2005)

от 0,0050 до 0,50 мг/ (от 5 до 500 мкг/ )

25 %

2 Экстракционно-флуориметрический метод

(ГОСТ 19413-89)

От 0,1 до 5 мкг/

25 %

3 Фотометрический метод с

о-фенилендиамином

(ПНД Ф 14.1:2:4.203-03)

От 0,005 до 0,32 мг/дм³

(от 5 до 320 мкг/ )

12 %

Заключение.

Методики измерений – важный элемент метрологического обеспечения, в основе которых лежат методы измерений, выбор которых имеет большое значение обеспечения точности и достоверности получаемых результатов. Выбор метода должен основываться на целях исследования, доступности ресурсов и требуемых показателях точности измерений. Анализ метрологических характеристик, а именно: чувствительности, диапазона измерений и относительной погрешности (неопределенности) показал, что катодная инверсионная вольтамперометрия (инверсионно-вольтамперометрический метод) наиболее точный и достоверный метод для определения содержания селена в воде питьевой бутилированной.

Список литературы

1. Методические рекомендации MP 2.3.1.0253-21 «Нормы физиологических потребностей в энергии и пищевых веществах для различных групп населения Российской Федерации» (утв. Федеральной службой по надзору в сфере защиты прав потребителей и благополучия человека 22 июля 2021 г.) – https://upp.alregn.ru/pharmaceutical-industry/docs/inaya-poleznaya-informatsiya/MP%202.3.1.0253-21.pdf – 04.12.2025.

2. Третьяк Л. Н. Специфика влияния селена на организм человека и животных (применительно к проблеме создания селеносодержащих продуктов питания) / Л. Н. Третьяк, Е. М. Герасимов // Вестник ОГУ. – 2007. – № 12. – С. 136-145.

3. ГОСТ Р 52315-2005 Напитки безалкогольные. Вода минеральная и питьевая. Инверсионно-вольтамперометрический метод определения массовой концентрации селен; https://docs.cntd.ru/document/1200039097 – 05.12.2025.

4. ГОСТ 19413-89, Межгосударственный стандарт Вода питьевая. Метод определения массовой концентрации селена https://ohranatruda.ru/upload/iblock/29a/4294850594.pdf – 05.12.2025.

5. ПНД Ф 14.1:2:4.203-03 Количественный химический анализ вод. Методика выполнения измерений массовой концентрации селена в питьевых, природных и сточных водах фотометрическим методом с о-фенилендиамином https://gostassistent.ru/doc/7adbb0e6-7138-470f-a123-ef10d3994b0d – 05.12.2025.

6. Антонова С.Г., Носкова Г.Н., Колпакова Н.А. Определение селена методом катодной инверсионной вольтамперометрии // Известия Томского политехнического университета, 2009, №3 – С. 23-27.

7. Талипова И.Ф., Третьяк Л.Н. Селен как дефицитный микронутриент: перспективы его применения для обогащения пищевых продуктов и метрологические аспекты определения содержания // Шаг в науку, 2018, №2 – С. 191-195.

Просмотров работы: 8