##plugins.themes.bootstrap3.article.main##
Анотація
В роботі теоретично обгрунтовано підходи до оцінювання стабільності ортокремнієвої кислоти у фасованих природних мінеральних кремнієвих і кремнійвмісних водах під час підготовки до розливу та зберігання. Актуальність роботи зумовлена тим, що здатність живого організму засвоювати кремній із води залежить не лише від його загального вмісту, а й від того, в якій хімічній формі він перебуває. На основі аналізу наукових публікацій, нормативних документів і методик аналітичного контролю систематизовано уявлення про мономерні, олігомерні, колоїдні та осаджені форми кремнію у водних системах. Запропоновано уніфікувати кількісне представлення результатів аналізу шляхом перерахунку концентрацій, виражених через Si, SiO2, H2SiO3 та H4SiO4, до єдиного показника. Узгоджено трактування показників загального, розчиненого, молібдат-реактивного, молібдат-нереактивного та колоїдного кремнію. Обгрунтована доцільність окремого визначення ортокремнієвої кислоти. Узагальнено вплив таких фізико-хімічних чинників, як початкова концентрація ортокремнієвої кислоти, рН, температура, мінералізація, іонна сила, ступінь перенасичення відносно аморфного кремнезему, вміст багатозарядних катіонів, тривалість перебування води за заданих умов і наявність контактних поверхонь на стабільність мономерної кремнієвої кислоти. Систематизовано та класифіковано фізико-хімічні чинники, які впливають на стабільність ортокремнієвої кислоти, за переважним механізмом дії на такі групи: термодинамічні, кінетичні та чинники колоїдної стабільності та поверхневих взаємодій. Оцінено можливий вплив процесів видобування, транспортування і накопичення води, її аерації, фільтрування та охолодження, насичення води СО2, контакту з обладнанням і тарою та зберігання готової продукції на стабільність ортокремнієвої кислоти. Показано, що умови здійснення технологічних процесів можуть змінювати співвідношення між формами кремнію у воді без істотної зміни його загальної концентрації. Обгрунтовано необхідність поетапного контролю форм кремнію в технологічному ланцюгу та протягом регламентованого терміну зберігання для подальшого удосконалення технології розливу природних мінеральних кремнієвих та кремнійвмісних вод.
Ключові слова:
природна мінеральна вода, ортокремнієва кислота, сполуки кремнію, біодоступність і стабільність, фізико-хімічні чинники, підготовка води до розливу, технологічні процеси, аналітичний контроль
##plugins.themes.bootstrap3.article.details##
Як цитувати
Коваленко, О., & Березецький, Р. (2026). СТАБІЛЬНІСТЬ ОРТОКРЕМНІЄВОЇ КИСЛОТИ У ФАСОВАНИХ МІНЕРАЛЬНИХ ВОДАХ: ФІЗИКО-ХІМІЧНІ ЧИННИКИ, ТЕХНОЛОГІЧНІ ПРОЦЕСИ ТА АНАЛІТИЧНИЙ КОНТРОЛЬ. Scientific Works, 90(1), 22-38. https://doi.org/10.15673/swonaft.v90i1.3610
Розділ
Статті
Посилання
1. Mokiienko, A. V. (2020). Kremnii u vodi. Hihiienichni ta medyko-biolohichni aspekty [Silicon in water: Hygienic and biomedical aspects]. Feniks.
2. DSTU 878-93. Vody mineralni fasovani. Tekhnichni umovy [DSTU 878-93. Bottled mineral waters. Specifications]. (1993/2022). Amendment No. 34 (IPS No. 5-2022).
3. Dragomiretska, N. V., Zabolotna, I. B., & Izha, G. M. (2022). Pryntsypy zastosuvannia v umovakh sanatorno-kurortnykh ta ambulatornykh zakladiv mineralnykh vod u khvorykh z patolohiieiu orhaniv travlennia, shcho perenesly koronavirusnu infektsiiu [Principles of the use of mineral waters in sanatorium-resort and outpatient facilities in patients with digestive system disorders after coronavirus infection] (N. V. Dragomiretska, Ed.). State Institution Ukrainian Research Institute of Medical Rehabilitation and Resort Therapy of the Ministry of Health of Ukraine.
4. Martin, K. R. (2007). The chemistry of silica and its potential health benefits. The Journal of Nutrition, Health & Aging, 11(2), 94–97.
5. Munjas Jurkić, L., Cepanec, I., Kraljević Pavelić, S., & Pavelić, K. (2013). Biological and therapeutic effects of ortho-silicic acid and some ortho-silicic acid-releasing compounds: New perspectives for therapy. Nutrition & Metabolism, 10, Article 2. https://doi.org/10.1186/1743-7075-10-2
6. Sripanyakorn, S., Jugdaohsingh, R., Dissayabutr, W., Anderson, S. H. C., Thompson, R. P. H., & Powell, J. J. (2009). The comparative absorption of silicon from different foods and food supplements. British Journal of Nutrition, 102(6), 825–834. https://doi.org/10.1017/S0007114509311757
7. Sjöberg, S. (1996). Silica in aqueous environments. Journal of Non-Crystalline Solids, 196, 51–57. https://doi.org/10.1016/0022-3093(95)00562-5
8. Belton, D. J., Deschaume, O., & Perry, C. C. (2012). An overview of the fundamentals of the chemistry of silica with relevance to biosilicification and technological advances. FEBS Journal, 279(10), 1710–1720. https://doi.org/10.1111/j.1742-4658.2012.08531.x
9. Sarabian, E., Birkett, G., & Pratt, S. (2023). Synergistic effect of calcium and magnesium on silica polymerization and colloidal silica fouling in bench-scale reverse osmosis filtration. Desalination and Water Treatment, 308, 1–17. https://doi.org/10.5004/dwt.2023.29923
10. Smith, A., Abir, F. Z., El Hafiane, Y., Launay, Y., Faugeron-Girard, C., Gloaguen, V., Devers, T., Raynaud, A., Moine, C., Sainte-Laudy, J., Latour, T., Hausman, J.-F., & Guerriero, G. (2020). Fractal structures and silica films formed by the Treignac water on inert and biological surfaces. Nanoscale Advances, 2(9), 3821–3828. https://doi.org/10.1039/D0NA00377H
11. Yan, B., Xiao, C., Liang, X., & Wu, S. (2017). Influences of pH and CO₂ on the formation of metasilicate mineral water in Changbai Mountain, Northeast China. Applied Water Science, 7, 1657–1667. https://doi.org/10.1007/s13201-015-0317-8
12. Pasenko, O., Mandryka, A., Khrupchyk, Ye., & Vereshchak, V. (2022). Stable solutions of orthosilicic acid. Voprosy Khimii i Khimicheskoi Tekhnologii, (4), 56–60. https://doi.org/10.32434/0321-4095-2022-143-4-56-60
13. Icopini, G. A., Brantley, S. L., & Heaney, P. J. (2005). Kinetics of silica oligomerization and nanocolloid formation as a function of pH and ionic strength at 25 °C. Geochimica et Cosmochimica Acta, 69(2), 293–303. https://doi.org/10.1016/j.gca.2004.06.038
14. Scott, S., Galeczka, I. M., Gunnarsson, I., Arnórsson, S., & Stefánsson, A. (2024). Silica polymerization and nanocolloid nucleation and growth kinetics in aqueous solutions. Geochimica et Cosmochimica Acta, 371, 78–94. https://doi.org/10.1016/j.gca.2024.02.017
15. Giammarioli, S., Mosca, M., & Sanzini, E. (2005). Silicon content of Italian mineral waters and its contribution to daily intake. Journal of Food Science, 70(8), S509–S512. https://doi.org/10.1111/j.1365-2621.2005.tb11526.x
16. Tateda, M., Okada, K., Sekifuji, R., & Le Van, C. (2026). Qualitative characterization of silica phases in commercially bottled “silica water”. Japanese Journal of Water Treatment Biology, 62(2), 27–36. https://doi.org/10.2521/jswtb.62.27
17. Jugdaohsingh, R. (2007). Silicon and bone health. The Journal of Nutrition, Health & Aging, 11(2), 99–110.
18. Nasibullin, B. A., Gushcha, S. G., Polschakova, T. V., Oleshko, A. Ya., Bakholdina, E. I., Prokopchuk, Yu. V., Yaroshenko, N. A., Koyeva, K. A., Arabaji, M. V., & Demenko, E. V. (2018). Zastosuvannia kremniievykh mineralnykh vod Ukrainy ta yikh shtuchnykh analohiv u korektsii eksperymentalnoho hastrytu [Application of silicon mineral waters of Ukraine and their artificial analogues in the correction of experimental gastritis]. Voda: Hihiiena ta Ekolohiia, (1–4[6]), 40–45. https://doi.org/10.5281/zenodo.2567402
19. Davenward, S., Bentham, P., Wright, J., Crome, P., Job, D., Polwart, A., & Exley, C. (2013). Silicon-rich mineral water as a non-invasive test of the “aluminum hypothesis” in Alzheimer’s disease. Journal of Alzheimer’s Disease, 33(2), 423–430. https://doi.org/10.3233/JAD-2012-121231
20. Dragomiretska, N., Zabolotna, I., Gushcha, S., Sierpińska, L., Izha, G., Plakida, A., & Bezverhnyuk, T. (2023). The advantages of drinking mineral water in the rehabilitation of patients with viral hepatitis C with accompanying non-alcoholic fatty liver disease after suffering from COVID-19. Annals of Agricultural and Environmental Medicine, 30(2), 266–272. https://doi.org/10.26444/aaem/168673
21. U.S. Environmental Protection Agency. (1994). Method 200.7: Determination of metals and trace elements in water and wastes by inductively coupled plasma–atomic emission spectrometry (Revision 4.4).
22. ASTM International. (2021). Standard test method for silica in water (ASTM D859-16(2021)e1). https://doi.org/10.1520/D0859-16R21E01
23. White, D. E., Brannock, W. W., & Murata, K. J. (1956). Silica in hot-spring waters. Geochimica et Cosmochimica Acta, 10(1–2), 27–59. https://doi.org/10.1016/0016-7037(56)90010-2
24. MVV 081/12-0015-01. Poverkhnevi vody. Metodyka vykonannia vymiriuvan masovoi kontsentratsii rozchynenykh spoluk kremniiu u vyhliadi zhovtoi kremnemolibdenovoi heteropolikysloty [MVV 081/12-0015-01. Surface waters. Method for measuring the mass concentration of dissolved silicon compounds in the form of yellow silicomolybdic heteropoly acid]. (2002). Ministry of Environmental Resources of Ukraine.
25. HSTU 34.013-96. Vody vyrobnychi teplovykh elektrostantsii. Metod vyznachennia vmistu kremniievoi kysloty [HSTU 34.013-96. Industrial waters of thermal power plants. Method for determining silicic acid content]. (1996). Ministry of Energy and Electrification of Ukraine.
26. DSTU ISO 3696:2003. Voda dlia zastosovuvannia v laboratoriiakh. Vymohy ta metody pereviriannia (ISO 3696:1987, IDT) [DSTU ISO 3696:2003. Water for analytical laboratory use. Specification and test methods]. (2003).
27. Nikipelova, O. M., Filipenko, T. H., & Solodova, L. B. (2002). Posibnyk z metodiv kontroliu pryrodnykh mineralnykh vod, shtuchno-mineralizovanykh vod ta napoiv na yikh osnovi. Chastyna 1. Fizyko-khimichni doslidzhennia [Manual of methods for the control of natural mineral waters, artificially mineralized waters, and beverages based on them. Part 1. Physicochemical studies]. UNESCO-SOTSIO.
28. Wilhelm, S., & Kind, M. (2014). On the relation between natural and enforced syneresis of acidic precipitated silica. Polymers, 6(12), 2896–2911. https://doi.org/10.3390/polym6122896
29. Taulis, M., & Milke, M. (2013). Chemical variability of groundwater samples collected from a coal seam gas exploration well, Maramarua, New Zealand. Water Research, 47(3), 1021–1034. https://doi.org/10.1016/j.watres.2012.11.003
30. Vesper, D. J., & Edenborn, H. M. (2012). Determination of free CO₂ in emergent groundwaters using a commercial beverage carbonation meter. Journal of Hydrology, 438–439, 148–155. https://doi.org/10.1016/j.jhydrol.2012.03.015
31. Fleming, B. A. (1986). Kinetics of reaction between silicic acid and amorphous silica surfaces in NaCl solutions. Journal of Colloid and Interface Science, 110(1), 40–64. https://doi.org/10.1016/0021-9797(86)90351-6
32. Swedlund, P. J., Miskelly, G. M., & McQuillan, A. J. (2010). Silicic acid adsorption and oligomerization at the ferrihydrite-water interface: Interpretation of ATR-IR spectra based on a model surface structure. Langmuir, 26(5), 3394–3401. https://doi.org/10.1021/la903160q
2. DSTU 878-93. Vody mineralni fasovani. Tekhnichni umovy [DSTU 878-93. Bottled mineral waters. Specifications]. (1993/2022). Amendment No. 34 (IPS No. 5-2022).
3. Dragomiretska, N. V., Zabolotna, I. B., & Izha, G. M. (2022). Pryntsypy zastosuvannia v umovakh sanatorno-kurortnykh ta ambulatornykh zakladiv mineralnykh vod u khvorykh z patolohiieiu orhaniv travlennia, shcho perenesly koronavirusnu infektsiiu [Principles of the use of mineral waters in sanatorium-resort and outpatient facilities in patients with digestive system disorders after coronavirus infection] (N. V. Dragomiretska, Ed.). State Institution Ukrainian Research Institute of Medical Rehabilitation and Resort Therapy of the Ministry of Health of Ukraine.
4. Martin, K. R. (2007). The chemistry of silica and its potential health benefits. The Journal of Nutrition, Health & Aging, 11(2), 94–97.
5. Munjas Jurkić, L., Cepanec, I., Kraljević Pavelić, S., & Pavelić, K. (2013). Biological and therapeutic effects of ortho-silicic acid and some ortho-silicic acid-releasing compounds: New perspectives for therapy. Nutrition & Metabolism, 10, Article 2. https://doi.org/10.1186/1743-7075-10-2
6. Sripanyakorn, S., Jugdaohsingh, R., Dissayabutr, W., Anderson, S. H. C., Thompson, R. P. H., & Powell, J. J. (2009). The comparative absorption of silicon from different foods and food supplements. British Journal of Nutrition, 102(6), 825–834. https://doi.org/10.1017/S0007114509311757
7. Sjöberg, S. (1996). Silica in aqueous environments. Journal of Non-Crystalline Solids, 196, 51–57. https://doi.org/10.1016/0022-3093(95)00562-5
8. Belton, D. J., Deschaume, O., & Perry, C. C. (2012). An overview of the fundamentals of the chemistry of silica with relevance to biosilicification and technological advances. FEBS Journal, 279(10), 1710–1720. https://doi.org/10.1111/j.1742-4658.2012.08531.x
9. Sarabian, E., Birkett, G., & Pratt, S. (2023). Synergistic effect of calcium and magnesium on silica polymerization and colloidal silica fouling in bench-scale reverse osmosis filtration. Desalination and Water Treatment, 308, 1–17. https://doi.org/10.5004/dwt.2023.29923
10. Smith, A., Abir, F. Z., El Hafiane, Y., Launay, Y., Faugeron-Girard, C., Gloaguen, V., Devers, T., Raynaud, A., Moine, C., Sainte-Laudy, J., Latour, T., Hausman, J.-F., & Guerriero, G. (2020). Fractal structures and silica films formed by the Treignac water on inert and biological surfaces. Nanoscale Advances, 2(9), 3821–3828. https://doi.org/10.1039/D0NA00377H
11. Yan, B., Xiao, C., Liang, X., & Wu, S. (2017). Influences of pH and CO₂ on the formation of metasilicate mineral water in Changbai Mountain, Northeast China. Applied Water Science, 7, 1657–1667. https://doi.org/10.1007/s13201-015-0317-8
12. Pasenko, O., Mandryka, A., Khrupchyk, Ye., & Vereshchak, V. (2022). Stable solutions of orthosilicic acid. Voprosy Khimii i Khimicheskoi Tekhnologii, (4), 56–60. https://doi.org/10.32434/0321-4095-2022-143-4-56-60
13. Icopini, G. A., Brantley, S. L., & Heaney, P. J. (2005). Kinetics of silica oligomerization and nanocolloid formation as a function of pH and ionic strength at 25 °C. Geochimica et Cosmochimica Acta, 69(2), 293–303. https://doi.org/10.1016/j.gca.2004.06.038
14. Scott, S., Galeczka, I. M., Gunnarsson, I., Arnórsson, S., & Stefánsson, A. (2024). Silica polymerization and nanocolloid nucleation and growth kinetics in aqueous solutions. Geochimica et Cosmochimica Acta, 371, 78–94. https://doi.org/10.1016/j.gca.2024.02.017
15. Giammarioli, S., Mosca, M., & Sanzini, E. (2005). Silicon content of Italian mineral waters and its contribution to daily intake. Journal of Food Science, 70(8), S509–S512. https://doi.org/10.1111/j.1365-2621.2005.tb11526.x
16. Tateda, M., Okada, K., Sekifuji, R., & Le Van, C. (2026). Qualitative characterization of silica phases in commercially bottled “silica water”. Japanese Journal of Water Treatment Biology, 62(2), 27–36. https://doi.org/10.2521/jswtb.62.27
17. Jugdaohsingh, R. (2007). Silicon and bone health. The Journal of Nutrition, Health & Aging, 11(2), 99–110.
18. Nasibullin, B. A., Gushcha, S. G., Polschakova, T. V., Oleshko, A. Ya., Bakholdina, E. I., Prokopchuk, Yu. V., Yaroshenko, N. A., Koyeva, K. A., Arabaji, M. V., & Demenko, E. V. (2018). Zastosuvannia kremniievykh mineralnykh vod Ukrainy ta yikh shtuchnykh analohiv u korektsii eksperymentalnoho hastrytu [Application of silicon mineral waters of Ukraine and their artificial analogues in the correction of experimental gastritis]. Voda: Hihiiena ta Ekolohiia, (1–4[6]), 40–45. https://doi.org/10.5281/zenodo.2567402
19. Davenward, S., Bentham, P., Wright, J., Crome, P., Job, D., Polwart, A., & Exley, C. (2013). Silicon-rich mineral water as a non-invasive test of the “aluminum hypothesis” in Alzheimer’s disease. Journal of Alzheimer’s Disease, 33(2), 423–430. https://doi.org/10.3233/JAD-2012-121231
20. Dragomiretska, N., Zabolotna, I., Gushcha, S., Sierpińska, L., Izha, G., Plakida, A., & Bezverhnyuk, T. (2023). The advantages of drinking mineral water in the rehabilitation of patients with viral hepatitis C with accompanying non-alcoholic fatty liver disease after suffering from COVID-19. Annals of Agricultural and Environmental Medicine, 30(2), 266–272. https://doi.org/10.26444/aaem/168673
21. U.S. Environmental Protection Agency. (1994). Method 200.7: Determination of metals and trace elements in water and wastes by inductively coupled plasma–atomic emission spectrometry (Revision 4.4).
22. ASTM International. (2021). Standard test method for silica in water (ASTM D859-16(2021)e1). https://doi.org/10.1520/D0859-16R21E01
23. White, D. E., Brannock, W. W., & Murata, K. J. (1956). Silica in hot-spring waters. Geochimica et Cosmochimica Acta, 10(1–2), 27–59. https://doi.org/10.1016/0016-7037(56)90010-2
24. MVV 081/12-0015-01. Poverkhnevi vody. Metodyka vykonannia vymiriuvan masovoi kontsentratsii rozchynenykh spoluk kremniiu u vyhliadi zhovtoi kremnemolibdenovoi heteropolikysloty [MVV 081/12-0015-01. Surface waters. Method for measuring the mass concentration of dissolved silicon compounds in the form of yellow silicomolybdic heteropoly acid]. (2002). Ministry of Environmental Resources of Ukraine.
25. HSTU 34.013-96. Vody vyrobnychi teplovykh elektrostantsii. Metod vyznachennia vmistu kremniievoi kysloty [HSTU 34.013-96. Industrial waters of thermal power plants. Method for determining silicic acid content]. (1996). Ministry of Energy and Electrification of Ukraine.
26. DSTU ISO 3696:2003. Voda dlia zastosovuvannia v laboratoriiakh. Vymohy ta metody pereviriannia (ISO 3696:1987, IDT) [DSTU ISO 3696:2003. Water for analytical laboratory use. Specification and test methods]. (2003).
27. Nikipelova, O. M., Filipenko, T. H., & Solodova, L. B. (2002). Posibnyk z metodiv kontroliu pryrodnykh mineralnykh vod, shtuchno-mineralizovanykh vod ta napoiv na yikh osnovi. Chastyna 1. Fizyko-khimichni doslidzhennia [Manual of methods for the control of natural mineral waters, artificially mineralized waters, and beverages based on them. Part 1. Physicochemical studies]. UNESCO-SOTSIO.
28. Wilhelm, S., & Kind, M. (2014). On the relation between natural and enforced syneresis of acidic precipitated silica. Polymers, 6(12), 2896–2911. https://doi.org/10.3390/polym6122896
29. Taulis, M., & Milke, M. (2013). Chemical variability of groundwater samples collected from a coal seam gas exploration well, Maramarua, New Zealand. Water Research, 47(3), 1021–1034. https://doi.org/10.1016/j.watres.2012.11.003
30. Vesper, D. J., & Edenborn, H. M. (2012). Determination of free CO₂ in emergent groundwaters using a commercial beverage carbonation meter. Journal of Hydrology, 438–439, 148–155. https://doi.org/10.1016/j.jhydrol.2012.03.015
31. Fleming, B. A. (1986). Kinetics of reaction between silicic acid and amorphous silica surfaces in NaCl solutions. Journal of Colloid and Interface Science, 110(1), 40–64. https://doi.org/10.1016/0021-9797(86)90351-6
32. Swedlund, P. J., Miskelly, G. M., & McQuillan, A. J. (2010). Silicic acid adsorption and oligomerization at the ferrihydrite-water interface: Interpretation of ATR-IR spectra based on a model surface structure. Langmuir, 26(5), 3394–3401. https://doi.org/10.1021/la903160q