Наночастицы в артезианских водах
Предложена классификация наночастиц в природных водах по механизму образования и химическому составу. Получены данные по размерному спектру и содержанию микроэлементов алюмосиликатных частиц артезианских вод....
Gespeichert in:
| Datum: | 2011 |
|---|---|
| Hauptverfasser: | , , , , , , |
| Format: | Artikel |
| Sprache: | Russian |
| Veröffentlicht: |
Інститут колоїдної хімії та хімії води ім. А.В. Думанського НАН України
2011
|
| Schriftenreihe: | Химия и технология воды |
| Schlagworte: | |
| Online Zugang: | https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/130632 |
| Tags: |
Tag hinzufügen
Keine Tags, Fügen Sie den ersten Tag hinzu!
|
| Назва журналу: | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| Zitieren: | Наночастицы в артезианских водах / В.В. Гончарук, В.Б. Лапшин, О.В. Карпов, Е.В. Лесников, Д.М. Балаханов, Д.А. Данькин, А.В. Сыроешкин // Химия и технология воды. — 2011. — Т. 33, № 3. — С. 235-242. — Бібліогр.: 29 назв. — рос. |
Institution
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine| id |
nasplib_isofts_kiev_ua-123456789-130632 |
|---|---|
| record_format |
dspace |
| spelling |
nasplib_isofts_kiev_ua-123456789-1306322025-02-09T15:13:43Z Наночастицы в артезианских водах Nanoparticles in artesian waters Гончарук, В.В. Лапшин, В.Б. Карпов, О.В. Лесников, Е.В. Балаханов, Д.М. Данькин, Д.А. Сыроешкин, А.В. Физическая химия процессов обработки воды Предложена классификация наночастиц в природных водах по механизму образования и химическому составу. Получены данные по размерному спектру и содержанию микроэлементов алюмосиликатных частиц артезианских вод. Запропоновано класифікацію наночастинок у природних водах за механізмом утворення та хімічним складом. Отримані дані по розмірному спектру і змісту мікроелементів алюмосилікатних частинок артезіанських вод. The paper proposed a classification of nanoparticles in natural waters by the mechanism of formation and chemical composition. The data on size spectra and trace element content of aluminosilicate particles artesian water. 2011 Article Наночастицы в артезианских водах / В.В. Гончарук, В.Б. Лапшин, О.В. Карпов, Е.В. Лесников, Д.М. Балаханов, Д.А. Данькин, А.В. Сыроешкин // Химия и технология воды. — 2011. — Т. 33, № 3. — С. 235-242. — Бібліогр.: 29 назв. — рос. 0204-3556 https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/130632 543.3:535.379 ru Химия и технология воды application/pdf Інститут колоїдної хімії та хімії води ім. А.В. Думанського НАН України |
| institution |
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| collection |
DSpace DC |
| language |
Russian |
| topic |
Физическая химия процессов обработки воды Физическая химия процессов обработки воды |
| spellingShingle |
Физическая химия процессов обработки воды Физическая химия процессов обработки воды Гончарук, В.В. Лапшин, В.Б. Карпов, О.В. Лесников, Е.В. Балаханов, Д.М. Данькин, Д.А. Сыроешкин, А.В. Наночастицы в артезианских водах Химия и технология воды |
| description |
Предложена классификация наночастиц в природных водах по механизму образования и химическому составу. Получены данные по размерному спектру и содержанию микроэлементов алюмосиликатных частиц артезианских вод. |
| format |
Article |
| author |
Гончарук, В.В. Лапшин, В.Б. Карпов, О.В. Лесников, Е.В. Балаханов, Д.М. Данькин, Д.А. Сыроешкин, А.В. |
| author_facet |
Гончарук, В.В. Лапшин, В.Б. Карпов, О.В. Лесников, Е.В. Балаханов, Д.М. Данькин, Д.А. Сыроешкин, А.В. |
| author_sort |
Гончарук, В.В. |
| title |
Наночастицы в артезианских водах |
| title_short |
Наночастицы в артезианских водах |
| title_full |
Наночастицы в артезианских водах |
| title_fullStr |
Наночастицы в артезианских водах |
| title_full_unstemmed |
Наночастицы в артезианских водах |
| title_sort |
наночастицы в артезианских водах |
| publisher |
Інститут колоїдної хімії та хімії води ім. А.В. Думанського НАН України |
| publishDate |
2011 |
| topic_facet |
Физическая химия процессов обработки воды |
| url |
https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/130632 |
| citation_txt |
Наночастицы в артезианских водах / В.В. Гончарук, В.Б. Лапшин, О.В. Карпов, Е.В. Лесников, Д.М. Балаханов, Д.А. Данькин, А.В. Сыроешкин // Химия и технология воды. — 2011. — Т. 33, № 3. — С. 235-242. — Бібліогр.: 29 назв. — рос. |
| series |
Химия и технология воды |
| work_keys_str_mv |
AT gončarukvv nanočasticyvartezianskihvodah AT lapšinvb nanočasticyvartezianskihvodah AT karpovov nanočasticyvartezianskihvodah AT lesnikovev nanočasticyvartezianskihvodah AT balahanovdm nanočasticyvartezianskihvodah AT danʹkinda nanočasticyvartezianskihvodah AT syroeškinav nanočasticyvartezianskihvodah AT gončarukvv nanoparticlesinartesianwaters AT lapšinvb nanoparticlesinartesianwaters AT karpovov nanoparticlesinartesianwaters AT lesnikovev nanoparticlesinartesianwaters AT balahanovdm nanoparticlesinartesianwaters AT danʹkinda nanoparticlesinartesianwaters AT syroeškinav nanoparticlesinartesianwaters |
| first_indexed |
2025-11-27T05:47:13Z |
| last_indexed |
2025-11-27T05:47:13Z |
| _version_ |
1849921306141655040 |
| fulltext |
ISSN 0204–3556. Химия и технология воды, 2011, т. 33, №3 235
В.В. ГОНЧАРУК, В.Б. ЛАПШИН, О.В. КАРПОВ, Е.В. ЛЕСНИКОВ, Д.М. БАЛАХАНОВ,
Д.А. ДАНЬКИН, А.В. СЫРОЕШКИН, 2011
ФИЗИЧЕСКАЯ ХИМИЯ ПРОЦЕССОВ ОБРАБОТКИ ВОДЫ
УДК 543.3:535.379
В.В. Гончарук, В.Б. Лапшин, О.В. Карпов, Е.В. Лесников,
Д.М. Балаханов, Д.А. Данькин, А.В. Сыроешкин
НАНОЧАСТИЦЫ В АРТЕЗИАНСКИХ ВОДАХ
Предложена классификация наночастиц в природных водах по механизму об-
разования и химическому составу. Получены данные по размерному спектру и
содержанию микроэлементов алюмосиликатных частиц артезианских вод.
Ключевые слова: артезианские воды, микроэлементы, наночастицы,
Введение. Наночастицы, содержащиеся в природных водах и при-
земном (приводном) слое атмосферы, генерируется по следующим ос-
новным механизмам:
1. Процессы диспергирования минералов (выветривания) при взаи-
модействии с атмосферой и водой [1].
2. Генерации аэрозолей водной поверхностью при ветроволновом
взаимодействии, а также иных видах механохимического возмущения
поверхностного микрослоя (разрушение пузырьков, насыщение поверх-
ностного микрослоя взвешенными частицами, явление электротермодиф-
фузии при колмогоровской диссипации кинетической энергии) [2, 3].
3. Биогенные процессы [4], связанные с выделением живыми орга-
низмами продуктов метаболизма, субклеточных структур, специальных
секреторных выделений. Значительная часть биогенных наночастиц пред-
ставляет собой субклеточные структуры, полученные при гибели одно-
клеточных организмов (бактерии, микроводоросли, простейшие) и от-
мирании тканей многоклеточных организмов: от белков и
липопротеидных комплексов до обломков полимеров клеточных стенок.
Отдельной фракцией наночастиц являются нуклеопротеидные комплек-
сы – в основном непатогенные для человека и животных вирусы, являю-
щиеся наименее изученным объектом в природных водах [5, 6].
4. Химические процессы формирования наночастиц, связанные с
хорошо известными механизмами образования коллоидных систем, ко-
торые в природных средах часто сопряжены с окислительными процес-
сами и требуют ядер конденсации, затравок при полимеризации или иных
неоднородностей в условно гомогенном элементе объема среды. Водные
наноаэрозоли зарождаются при ионизации молекул газовой составляю-
щей атмосферы [7, 8]. Формирование коллоидных частиц в водных ра-
236 ISSN 0204–3556. Химия и технология воды, 2011, т. 33, №3
створах наиболее часто сопряжено c уже имеющимися наноструктура-
ми, сформированными по механизмам 1 – 3.
5. Генерация наночастиц вследствие нанотехнологической револю-
ции на рубеже нашего века и поступление уже техногенных наночастиц
в водную среду и атмосферу. Так, загрязнение водной среды и воздуха
углеродными наночастицами является одним из новых вызовов эколо-
гической безопасности [9 – 15].
В технологических средах (дистиллированная вода, лекарственные
вещества в простейшей лекарственной форме (водные растворы)) нано-
частицы появляются либо при процессах "выветривания" стенок прибо-
ров и тары, либо при неполной очистке природных вод. Современными
методами очистки воздуха наночастицы размерами < 200 нм практичес-
ки не удаляются [8, 16]. Внутрикомнатный аэрозоль при пассивной вы-
тяжной вентиляции в значительной мере сформирован за счет биоген-
ных аэрозолей человека, выделяемых при дыхании, слущивании кожи и
других физиологических проявлениях [17].
Кинетика рассеяния наночастиц в водной среде и атмосфере отлича-
ется от обычных (надмикронных) дисперсных систем пренебрежимо
малой скоростью седиментации и наличием химических и физических
процессов старения наночастиц, связанных с их укрупнением и коагуля-
цией. Так, в частности, большинство наночастиц, полученных при вы-
ветривании алюмосиликатов, отличаются повышенной реакционной спо-
собностью, приводящей к активной сорбции органических (гуминовые
кислоты, протеогликаны и др.) и неорганических веществ и нанокатали-
зу многих оксидоредуктазных процессов. Наиболее мощными источни-
ками наночастиц являются водная поверхность морей и водоемов суши
(путь переноса наночастиц вода – воздух), а также минералы при их "вы-
мывании" подземными и поверхностными водами [1, 18]. Следующий
по мощности источник – аридные зоны.
Согласно перечисленным механизмам генерации наночастиц в при-
родных и технологических средах их основные фракции по доминирую-
щему химическому составу следующие:
– первая группа. Алюмосиликатные и силикатные наночастицы. Алю-
мосиликатные наночастицы включают d-элементы в соотношениях, от-
ражающих их кварки в минерале. Тяжелые металлы, аналитически от-
крываемые при кислотной пробоподготовке природных вод, очищенных
от взвесей и суспензий, являются количественными индикаторами при-
сутствия алюмосиликатных наночастиц [1, 19 – 21];
– вторая группа. Биогенные наночастицы. Химически крайне разно-
родны, что отражает разнообразие биополимеров. Необходимо отметить
наночастицы, содержащие полипетиды и нуклеопротеидные частицы [5,
6, 22, 23], постоянно генерируемые в местах активной биогеохимичес-
ISSN 0204–3556. Химия и технология воды, 2011, т. 33, №3 237
кой деятельности живого вещества (лесные биоценозы, планктонные и
бентосные сообщества, скопления птиц и млекопитающих, а также го-
родские урбоэкосистемы). Значительно распространены лигнинсодержа-
щие и гуминовые наночастицы [24, 25]. В прибрежных зонах распрост-
ранены наночастицы из неполностью окислившихся углеводородов
позднейших стадий эволюции разливов и сбросов нефтепродуктов;
– третья группа. Неорганические наночастицы, включающие в ос-
новном оксиды железа и других металлов [25];
– четвертая группа. Углеродные наночастицы естественного ( в том
числе и биогенного) и техногенного происхождения.
Необходимо подчеркнуть, что возможны сложные комбинации меж-
ду перечисленными группами наночастиц. Часто адсорбированные со-
единения или окклюзия примесей при укрупнении наночастиц могут
изменить доминирующий компонент в их химической композиции. В
районах сброса сточных вод коммунального хозяйства, промышленных
предприятий, горных выработок возможно формирование групп наноча-
стиц, не относящихся к указанным группам.
Размеры природных наночастиц:
– первая группа – полидисперсна в интервале от 10 до 200 нм [26];
– вторая группа – может иметь несколько популяций с одномодаль-
ным распределением [19];
– третья группа (так же, как и первая) – полидисперсна в интервале
от 10 до 200 нм [26, 27];
– четвертая группа (так же, как первая и третья) – полидисперсна
в интервале от 10 до 200 нм, но при наличии значимой техногенной
составляющей может иметь несколько популяций с одномодальным рас-
пределением [28].
Согласно перечисленным данным о химическом составе и размерах
природных наночастиц нами предложена номенклатура ГСО и МИ (го-
сударственные стандратные образцы и методические инструкции), кото-
рые позволят учесть размеры природных наночастиц, доминирующие
компоненты в химическом составе и безграничные возможности их ре-
комбинации в гидросфере и атмосфере, включая урбоэкосистемы. Пере-
чень ГСО и МИ составлен также с учетом проблем определения поли-
дисперсной смеси наночастиц. Он включает несколько популяций
разнородного химического состава, имеющих совершенно различные
оптические свойства.
Методика эксперимента. Были исследованы три вида минеральной
питьевой воды: Новотерская целебная (гидрокарбонатно-сульфатная каль-
циево-натриевая, производитель ЗАО "Кавминводы", общая минерали-
зация – 4 г/дм3), Нарзан (сульфатно-гидрокорбанатовая магниево-каль-
циевая, производитель ОАО "Вимм-Билль-Данн Продукты питания",
238 ISSN 0204–3556. Химия и технология воды, 2011, т. 33, №3
общая минерализация – 12 г/дм3), Ессентуки №17 (хлоридно-гидрокар-
бонатная натриевая, производитель ОАО "Нарзан", общая минерализа-
ция – 2 г/дм3). Образцы указанных минеральных вод приобретали в
аптеках и магазинах торговой сети.
Перед анализом минеральные воды были предварительно дегазиро-
ваны и отфильтрованы. Дисперсный анализ проводили в одноразовых пла-
стиковых кюветах на анализаторе Malvern типа ZetaSizer Nano ZS. Пока-
зания прибора снимали по три раза. Температура воды при измерении –
25°С, угол рассеяния излучения – 173°.
Содержание микроэлементов в образцах минеральных вод опреде-
ляли с помощью атомно-абсорбционного спектрометра SpectrAA-800 с
электротермической атомизацией и эффектом Зеемана по протоколу
фирмы "Varian" [29]. Расширенная неопределенность измерений при
k = 2 (P = 95%) не превышала 20%. При анализе содержания микроэле-
ментов применяли внешний лабораторный контроль качеcтва (QA/QC
control) при помощи референс-образцов МАГАТЭ (№ IEAE-405). Исполь-
зовали два вида пробоподготовки: 1 – подкисление "царской водкой" не-
посредственно перед измерением без СВЧ-минерализации; 2 – СВЧ-ми-
нерализация в "царской водке" и плавиковой кислоте. Результаты
измерений содержания микроэлементов (Ni, Mn, Cr) в минеральных во-
дах при различных процедурах пробоподготовки приведены в таблице.
Зависимость результатов измерения концентрации микроэлементов в
образцах минеральных вод от процедуры пробоподготовки
Концентрация, мг/дм3
Ni Mn Cr
Вид пробоподготовки
Вода
1 2 1 2 1 2
Новотерская (n=5) 5,1 6,4 21,4 94,4 <0,05 3,5
Нарзан (n=5) 3,9 8,2 51,1 51,9 <0,05 4,7
Ессентуки №17
(n=5) 5,5 10,8 7,2 20,5 0,1 15,9
Результаты и их обсуждение. Важную роль в формировании хими-
ческого состава подземных вод играют разнообразные свойства и про-
цессы природной геологической среды, в которой оказывается вода. Боль-
ISSN 0204–3556. Химия и технология воды, 2011, т. 33, №3 239
шая часть микроэлементов в природных водах находится в составе час-
тиц дисперсной фазы (в том числе в алюмосиликатных наночастицах) в
адсорбированном или окклюдированном виде. Поэтому контроль дис-
персной фазы является очень важным в анализе минеральных вод и по-
зволяет делать выводы о происхождении воды и её свойствах. Результа-
ты анализа данных динамического светорассеяния (рисунок) подтверждают
наличие наночастиц в природных минеральных водах. Причём для вод
разной географической локализации наблюдаются расхождения в разме-
рах частиц. Так, по численному и объёмному распределению в образцах
вод Ессентуки №17 обнаруживаются частицы размерами 0,6; 6; и 250 нм в
диаметре, Нарзан – 1,5 и 4 и Новотерская целебная – 1,2 нм.
Увеличение "открываемости" микроэлементов при СВЧ-минерали-
зации в сильных кислотах и введении плавиковой кислоты прямо указы-
вает на включение микроэлементов природных подземных водах в сос-
тав алюмосиликатных частиц. Учитывая тот факт, что воды были
профильтрованы через нанофильтры, размеры этих микроэлементов дол-
жны лежать в нанодиапазоне. Химическое выявление алюмосиликатных
наночастиц (по микроэлементным маркерам) является независимым тес-
том, дополняющим метод анализа наночастиц в подземных водах по ди-
намическому рассеянию света.
Выводы. Как свидетельствуют полученные данные, каждый тип ми-
неральной воды имеет свой характерный спектр дисперсного распреде-
ления взвешенных наночастиц, что может служить идентификационным
признаком при сертификации минеральных вод, а материалы нашей ра-
боты – хорошей основой для разработки и создания методики иденти-
фикации и сертификации природных минеральных вод.
Резюме. Запропоновано класифікацію наночастинок у природних
водах за механізмом утворення та хімічним складом. Отримані дані по
розмірному спектру і змісту мікроелементів алюмосилікатних частинок
артезіанських вод.
V.V. Goncharuk, V.B. Lapshin, О.V. Karpov, E.V. Lesnikov,
D.M. Balakhanov, D.А. Dankin, A.V. Syroeshkin
NANOPARTICLES IN ARTESIAN WATERS
Summary
The paper proposed a classification of nanoparticles in natural waters by
the mechanism of formation and chemical composition. The data on size spectra
and trace element content of aluminosilicate particles artesian water.
240 ISSN 0204–3556. Химия и технология воды, 2011, т. 33, №3
Размерные спектры численного распределения частиц образцов
минеральных вод: а – Новотерская целебная, б – Нарзан, в – Ессентуки
№ 17. Показаны огибающие к усреднённым гистограммам распределения
по размерам (n= 29)
ISSN 0204–3556. Химия и технология воды, 2011, т. 33, №3 241
1. Суздалева О.С., Плетенева Т.В., Сыроешкин А.В. // Вест. ОГУ
(Приложение "Биоэлементология "). – 2004. – 29, №4. – С. 82 – 83.
2. Гончарук В.В., Смирнов А.Н., Лапшин В.Б., Балышев А.В. и др. // Химия и
технология воды. – 2005. – 27, №2. – C. 11 – 37.
3. Успенская Е.В., Сыроешкин А.В., Смирнов А.Н., Гончарук В.В. и др. //
Фармация. – 2007. – № 5. – С.21 – 23.
4. Wigginton N.S., Haus K.L., Hochella M.F. // J. Environ. Monit. – 2007. – 9,
N12. – P. 1306 – 1316.
5. Гребенникова Т.В., Матвеева И.С., Мусиенко М.И., Забережный А.Д.,
Сыроешкин А.В. // Молекул. генетика, микробиология и вирусология. –
2006. – №1. – С. 20 – 23.
6. http://www.uea.ac.uk/env/solas/ss04/science
7. http://zhurnal.ape.relarn.ru/articles/2007/027.pdf
8. Пат. 2175880 Россия, MПК 7 В01D5/00 / В.Б. Лапшин, А.А. Палей,
И.С. Попова, А.А. Огарков. – Опубл. 20.11.2001.
9. Fujitani Y., Hirano S. // Nippon Eiseigaku Zasshi. – 2008. – 63, N3. – P. 663 –
669.
10. Hassellоv M., Readman J.W., Ranville J.F., Tiede K. //Ecotoxicology. – 2008. –
17, N5. – P. 344 – 361.
11. Mueller N.C., Nowack B. // Environ. Sci. and Technol. – 2008. – 42, N12. –
P. 4447 – 4453.
12. Navarro E., Baun A., Behra R. et al. // Ecotoxicology. – 2008. – 17, N5. –
P. 372 –386.
13. Rogers E.J., Bello D., Hsieh S. // Inhal. Toxicol. – 2008. – 20, N9. – P. 895.
14. Tiede K., Boxall A.B., Tear S.P. et al. // Food Addit. Contam. Pt.A. Chem.
Anal. Control Expo. Risk. Assess. – 2008. – 25, N7. – P. 795 – 821.
15. Zhang W., Qiao X., Chen J., Wang H. // J. Colloid. Interface Sci. – 2006. – 302,
N1. – P. 370 – 373.
16. Pui D.Y., Qi C., Stanley N., Oberdцrster G., Maynard A. // Environ. Health
Perspect. – 2008. – 116, N7. – P. 863 – 866.
17. Srikanth P., Sudharsanam S., Steinberg R. // Ind. J. Med. Microbiol. – 2008. –
26, N4. – P. 302 – 312.
18. Лапшин В.Б., Сыроешкин А.В., Орадовский С.Г., Яблоков М.Ю. и др. //
Тр. Гос. океанограф. ин-та. – М., 2007. – Вып. 210. – С. 126 – 137.
19. Holm J., Roberts J.T. // Langmuir. – 2007. – 23, N22. – P. 11217 – 11224.
20. Khlebtsov B.N., Khanadeev V.A., Khlebtsov N.G. // Ibid. – 2008. – 24, N16. –
P. 8964 – 8970.
21. Ostraat M.L., Swain K.A., Krajewski J.J. // J. Occup. Environ. Hyg. – 2008. – 5,
N6. – P. 390 – 398.
22. Carazzone C., Raml R., Pergantis S.A. // Anal. Chem. – 2008. – 80, N15. –
P. 5812 – 5818.
23. Dufresne A. // J. Nanosci. Nanotechnol. – 2006. – 6, N2. – P. 322 – 330.
24. De Momi A., Lead J.R. // Sci. Total Environ. – 2008. – 405, N1/3. – P. 317 – 323.
25. Wiesner M.R., Hotze E.M., Brant J.A., Espinasse B. // Water Sci. and Tech-
nol. – 2008. – 57, N3. – P. 305 – 310.
242 ISSN 0204–3556. Химия и технология воды, 2011, т. 33, №3
26. Gligorovski S., Van Elteren J.T., Grgic I. // Sci. Total Environ. – 2008. – 407,
N1. – P. 594 – 602.
27. Kaegi R., Wagner T., Hetzer B., Sinnet B., Tzvetkov G., Boller M. // Water
Res. – 2008. – 42, N10/11. – P. 2778 – 2786.
28. Duncan L.K., Jinschek J.R., Vikesland P.J. // Environ. Sci. and Technol. – 2008. –
42, N1. – P. 173 – 188.
29. Coquery M., Villeneuve J.P. EU Project Number ENVRUS9602. – Amster-
dam: ICWS, 2001. – 51с.
Ин-т коллоид. химии и химии воды
им. А.В. Думанского НАН Украины,
г. Киев, Украина;
Гос. ун-т им. М.В. Ломоносова, г. Москва;
ФГУП "Всерос. научно-исслед. ин-т
физико-техн. и радиотехн. измерений",
пос. Менделеево, Москов. обл.;
Ун-т дружбы народов, г. Москва,
Россия Поступила 28.01.2011
|