лабораторная работа № 8 - Автоматизированная

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ
РЕСПУБЛИКИ КАЗАХСТАН
ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ
имени ШАКАРИМА города СЕМЕЙ
Инженерно-технологический факультет
Кафедра химии
МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ
К ВЫПОЛНЕНИЮ ЛАБОРАТОРНЫХ РАБОТ
ПО ДИСЦИПЛИНЕ «ЭКОЛОГИЧЕСКАЯ ХИМИЯ»
для студентов специальностей «5В060600-Химия», «5В072000-Химическая
технология неорганических веществ»
Семей 2014
ВВЕДЕНИЕ
Экология как наука, охватывающая круг явлений в биосфере, тесно
связана с вопросами биологии, химии, химической технологии, сельского
хозяйства и др. Специалисты-химики должны иметь достаточно ясное
понимание вопросов взаимоотношения современного технизированного
общества и окружающей среды, функционирования биосферы в условиях все
усиливающегося антропогенного давления, методов анализа природных
объектов, контроля качества окружающей среды и места химии в
экологической науке.
Существует аспект взаимоотношения химии и экологии, который изучает
качественный и количественный состав антропогенных загрязнений биосферы
в результате производственной и сельскохозяйственной деятельности человека
и механизмы химических превращений веществ в окружающей среде. Эта
область знаний получила название экологической химии, под которой
понимается наука об антропогенных химических загрязнениях и о механизмах
их превращений в биосфере. Задача экологической химии - максимальное
уменьшение уровня нагрузки антропогенных воздействий за счет разработки
новых или модификации существующих технологических процессов,
разработки способов эффективной очистки отходов производств, разработки
способов прогнозирования и регуляции уровня химического загрязнения в
объектах окружающей среды. Сюда же относят: рекомендации по разработке
новых препаратов, употребляемых в сельском хозяйстве и бытовой химии;
рекомендации по профилактике других процессов, приводящих к загрязнению
окружающей среды; решение вопросов, связанных с порчей пищевых
продуктов, деструкцией конструкционных материалов и др.
Для решения проблем охраны окружающей среды необходимы
исследования того, как ведут себя в ней, к каким последствиям приводят новые
виды химических соединений, попадающих в круговорот веществ в биосфере в
результате человеческой деятельности, то есть требуется качественно новый
подход к оценке взаимодействия человека с окружающей средой и его влиянию
на скорость и направление антропогенных и природных факторов. Наряду с
констатацией происходящих в природе часто негативных изменений нужно
переходить к прогнозированию и управлению качеством среды обитания.
Цель изучения дисциплины: изучение трансформации химических
соединений в окружающей среде, прогноз возможных последствий таких
изменений и формирование навыков принятия решений с учетом
экологических требований.
Основная задача изучения дисциплины: изучение закономерностей
накопления, пространственно-временного распределения и физико-химических
превращений загрязнителей окружающей среды, и их активное применение для
решения актуальных проблем экологической химии природоохранных задач.
В задачи выполнения лабораторных работ входит приобретение навыков
работы с лабораторным оборудованием, в том числе с современным
оборудованием.
В ходе выполнения лабораторных работ студенты приобретают
следующие профессиональные компетенции:
1. Знание теории фундаментальных разделов экологической химии.
2. Умение применять основные законы экологической химии при обсуждении
полученных результатов, в том числе с привлечением информационных баз
данных.
3. Навыки химического эксперимента, навыки использования физикохимических методов исследования систем и процессов, протекающих во
времени.
4. Навыки работы на современной учебно-научной аппаратуре при проведении
химических экспериментов.
5. Владение методами регистрации и обработки результатов физикохимических экспериментов применительно к системам, изменяющимся во
времени.
6. Понимание необходимости безопасного обращения с химическими
веществами с учетом их физических и химических свойств.
В соответствии с программой дисциплины, каждый студент в течение
семестра должен выполнить и защитить 14 лабораторных работ,
представленных в следующей таблице (по объему времени 15 ч):
Тема лабораторного занятия
Кол-во
часов
Введение. Правила ТБ и оказания первой медицинской помощи.
1
Оформление лабораторного журнала. Определение содержания
нитратов в продуктах питания
Определение содержания тяжелых металлов в почве
2
Определение содержания нефтепродуктов в воде
1
Определение показателя витамина С в соке
1
Определение количества иода в иодированной соли
1
Отбор проб воздуха. Расчет оптимального объема воздуха при
1
отборе проб и результатов анализа
Отбор проб, предварительная обработка, хранение и
1
консервация проб воды и снега. Изучение физико-химических
свойств воды
Водородный показатель. Определение взвешенных веществ и
1
сухого остатка в пробах воды. Изучение органолептических
свойств воды
Определение растворенного в воде кислорода. Определение
1
жесткости воды
Отбор проб, предварительная обработка, хранение проб почвы.
1
Особенности химического анализа почв. Определение
влажности почвы
Определение органических веществ в почве. Определение
капиллярного поднятия воды в почве
Моделирование парникового эффекта
Моделирование выпадения кислотных осадков
Вегетационные опыты по фиторемедиации почв, загрязненных
тяжелыми металлами
1
1
1
1
Лабораторные работы в соответствии с графиком учебного процесса
проводятся 1 раз в неделю. На первом занятии студенты проходят инструктаж
по технике безопасности в химической лаборатории. Каждое занятие
завершается защитой выполненной работы. Студенты, защитившие работу,
приступают к выполнению следующей.
ТРЕБОВАНИЯ К ВЫПОЛНЕНИЮ,
ОФОРМЛЕНИЮ И ЗАЩИТЕ ЛАБОРАТОРНЫХ РАБОТ
Перед тем как приступить к выполнению лабораторных работ, требуется
получить допуск. Для этого необходимо подготовить письменно основную
теорию по заданной работе, уяснить цели, задачи, порядок проведения
эксперимента. Для подготовки достаточно использовать теоретический
материал, приведенный в учебниках и данном практикуме непосредственно
внутри каждой лабораторной работы.
После выполнения эксперимента по лабораторной работе, расчета
необходимых величин, построения графиков работа защищается.
Оформленные в соответствии со стандартом лабораторные работы
должны содержать следующие пункты:
1. Цель работы.
2. Краткое теоретическое введение.
3. Описание методики эксперимента.
4. Результаты исследования и расчеты.
5. Выводы по работе с обоснованием возможных отклонений от теоретических
величин.
Защита лабораторных работ проводится во время аудиторного занятия.
На защите лабораторной работы проверяются выполненные расчеты,
оцениваются качество оформления и правильность построения графиков,
анализируется логичность выводов, оцениваются ответы на теоретические
вопросы, предполагающие знание лекционного материала по данной теме. Если
по теме лабораторной работы на момент ее защиты лекций не было, то при
подготовке теории следует руководствоваться контрольными вопросами,
приведенными в конце лабораторных работ.
К выполнению следующей лабораторной работы не допускаются те, кто
не защитил сделанную.
Общие правила работы в лаборатории. Техника безопасности
Перед тем как преступить к выполнению лабораторных работ,
необходимо ознакомиться с правилами работы в лаборатории.
Без преподавателя или лаборанта в верхней одежде в лабораторию
входить не разрешается. Все личные вещи, не являющиеся необходимыми для
выполнения работы, убираются в специально отведенный для этого шкаф.
К выполнению лабораторных работ не допускаются пришедшие без
средств индивидуальной защиты: хлопчатобумажный халат и кислотостойкие
резиновые перчатки (в случае работы с концентрированными кислотами).
При работе в лаборатории должны находиться не менее 2 человек.
Во время работы в лаборатории необходимо соблюдать чистоту, тишину,
порядок и правила техники безопасности. На рабочих столах и вокруг
работающих не должно быть ничего лишнего.
На рабочем месте запрещается принимать пищу, пить воду, курить и
использовать химическую посуду как пищевую.
Нельзя приступать к работе до полного уяснения всей техники ее
выполнения.
Запрещается приступать к работе, не согласовав план работы с
руководителем.
Опыты нужно проводить только в чистой химической посуде. После
окончания эксперимента посуду сразу же следует вымыть.
В процессе работы необходимо соблюдать чистоту и аккуратность,
следить, чтобы вещества не попадали на кожу лица и рук, т.к. многие вещества
вызывают раздражение кожи и слизистых оболочек.
Никакие вещества в лаборатории нельзя пробовать на вкус.
Нюхать вещества можно, лишь осторожно направляя на себя пары или
газы легким движением руки, не наклоняясь к сосуду.
Сосуды с веществами или растворами необходимо брать одной рукой за
горлышко, а другой снизу поддерживать за дно.
Категорически запрещается затягивать ртом в пипетки органические
вещества и их растворы, а также концентрированные кислоты.
Во время нагревания жидких и твердых веществ в пробирках и колбах
нельзя направлять их отверстия на себя и соседей. Нельзя также заглядывать
сверху в открытые нагреваемые сосуды во избежание возможного поражения
кожи и глаз при выбросе горячей массы.
Категорически запрещается выливать в раковины концентрированные
растворы кислот и щелочей, а также различные органические растворители,
сильно пахнущие и огнеопасные вещества. Все эти отходы нужно сливать в
специальные бутыли с надписью «Слив ____» или «Отработанная ____».
После окончания работы, уходя из лаборатории, нужно убрать рабочее
место, выключить нагревательные приборы и тщательно вымыть руки.
Правила работы с кислотами
и горючими веществами
Разбавление кислот производить приливанием кислоты в воду и только в
жаростойких и фарфоровых стаканах, т.к. при этом происходит значительное
выделение тепла. Склянки с концентрированными кислотами можно
переносить только в ведре.
Едкие щелочи следует растворять путем медленного прибавления к воде
небольших кусочков, которые нужно брать щипцами или шпателем.
Переливать концентрированные кислоты можно только при включенной
тяге в вытяжном шкафу. Дверцы шкафа должны быть по возможности
прикрыты.
Запрещается при работе с этиловыми эфиром, спиртом, бензолом,
ацетоном,
уксусно-этиловым
эфиром
и
другими
горючими
и
легковоспламеняющимися жидкостями (ЛВЖ) проводить нагревание на
открытом огне, на сетке, вблизи открытого пламени или в открытых сосудах.
Следует иметь в виду, что легколетучие органические жидкости могут
воспламеняться при отсутствии открытого пламени, при падении на сильно
нагретую поверхность.
Запрещается ЛВЖ выливать в ведра, банки для мусора во избежание
пожара от случайно брошенной спички.
Разлитые кислоты и щелочи следует немедленно нейтрализовать и лишь
после этого проводить уборку.
Запрещается набирать растворы кислот и щелочей, всасывая их ртом в
пипетку.
Первая помощь в лабораториях при ожогах и отравлениях
При термических ожогах следует немедленно делать неоднократные
примочки в месте ожога спиртовым раствором таннина (можно также
смачивать раствором KMnO4 или С2Н5ОН и покрывать мазью от ожогов –
сульфидиновой эмульсией).
При ожогах кислотами сначала нужно хорошо промыть обожженное
место проточной водой, а затем раствором Nа2СО3.
При ожогах едкими щелочами требуется хорошо промыть обожженное
место водой, а затем разбавленной уксусной или борной кислотой.
В случае вдыхания хлора или паров брома следует вдыхать пары спирта,
а затем выйти на свежий воздух.
При попадании в глаза различных химических реагентов нужно
немедленно промыть глаза большим количеством воды в течение 3–5 мин, а
затем раствором HBr (при попадании щелочных реагентов) или раствором
Na2CO3 (при попадании кислых реагентов). После этих мер первой помощи
необходимо немедленно обратиться к врачу.
Тушение местного пожара и горящей одежды
Каждый работающий должен знать, где находятся в лаборатории средства
противопожарной защиты.
При возникновении пожара следует немедленно выключить газ и
электроприборы по всей лаборатории, убрать все горючие вещества подальше
от огня, засыпать песком или накрыть войлочным, шерстяным одеялом или
асбестом очаг пожара. Большое пламя тушат при помощи огнетушителя.
Если на ком-либо загорится одежда, тушить ее нужно обливанием водой
из душа или немедленно повалить человека на пол и накрыть войлочным
одеялом, которое не снимать до тех пор, пока не погаснет пламя.
ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 1
Тема: Введение. Правила ТБ и оказания первой медицинской помощи.
Оформление лабораторного журнала. Определение содержания нитратов в
продуктах питания (1 час)
Цель работы: Загрязнение пищевых продуктов нитратами и их
определение в овощных культурах в зависимости от вида, сорта, органа,
ткани
Оборудование, реактивы, материалы:
1) ступки малые с пестиками; 2) предметные стекла; 3) марлевые салфетки;
4) мелкие емкости - пузырьки из-под пенициллина с пробками; 5) пипетки
химические на 5 мл; 6) пипетки медицинские; 7) скальпели; 8) 1%-ный раствор
дифениламина в концентрированной серной кислоте; 9) исходный раствор
NaNO3 для построения калибровочной кривой; 10) дистиллированная вода; 11)
термостойкий химический стакан на 0,5-1 л для кипячения овощей; 12)
электроплитка; 13) части различных овощей, содержащих наибольшее
количество нитратов, с неокрашенным соком (капуста, огурцы, кабачки,
картофель, дыня и др.).
Ход работы
За несколько дней до занятия студентам дается задание принести
различные овощи, купленные в магазине или с собственного участка. Овощи
следует вымыть и обсушить.
В один из пузырьков наливают 10 мл исходного раствора NaNO3
соответствующего по концентрации максимальному содержанию нитратов в
овощах - 3000 мг на кг. Следует отметить, что в отдельных органах растений
встречаются и значительно большие концентрации.
Готовят серию калибровочных растворов путем разбавления пополам
предыдущего (например, к 3 мл исходного раствора прибавляется 3 мл
дистиллированной воды, взбалтывается и т. д.) Получают серию растворов с
разным содержанием нитратов: 3000, 1500, 750, 375, 188, 94, 47, 23 мг/кг.
Под предметное стекло подкладывается лист белой бумаги, на стекло
капают две капли изучаемого раствора и две такие же капли дифениламина в
трехкратной повторности. Описывают реакцию согласно следующей градации,
которую можно использовать как для калибровочных растворов, так и для двух
типов анализов (по Церлинг, 1965).
Таблица. Градация содержания нитратов по характеру окраски
Содержание
Балл
Характер окраски
нитратов,
мг/кг
6
Сок или срез окрашиваются быстро и интенсивно в
>3000
иссиня-черный цвет. Окраска устойчива и не пропадает
5
Сок или срез окрашиваются в темно-синий цвет. Окраска
3000
сохраняется некоторое время
4
Сок или срез окрашиваются в синий цвет. Окраска
1000
наступает не сразу
3
Окраска светло-синяя, исчезает через 2-3 минуты
500
2
1
0
Окраска быстро исчезает, окрашиваются главным
образом проводящие пучки
Следы голубой, быстро исчезающей окраски
Нет ни голубой, ни синей окраски. На целых растениях
возможно порозовение
250
100
0
Следует отметить, что основой для определения содержания нитратов в
соке должны быть собственные исследования, а не вышеприведенная таблица,
т. к. окраска может варьировать в зависимости от качества реактивов, срока их
годности, температуры в помещении и др.
Овощи и плоды расчленяют на части: зона, примыкающая к плодоножке,
кожура, периферийная часть, серединная часть, кочерыжка (у капусты), жилки,
лист без жилок. Вырезанные части мелко режут ножом и быстро растирают в
ступке, сок отжимают через 2-3 слоя марли. 2 капли сока капают на чистое
предметное стекло, положенное на белую бумагу, добавляют 2 капли
дифениламина. Быстро описывают все наблюдаемые реакции согласно схеме.
Повторность опыта 3-кратная. В случае сомнений в содержании нитратов в той
или иной части овощной продукции капают рядом калибровочный раствор с
известной концентрацией вещества и повторяют реакцию с дифениламином.
Анализ начинают с сока капусты и картофеля, затем помещают эти овощи
в термостойкий химический стакан с кипящей дистиллированной водой и
кипятят 10-15 мин, после чего анализируют и отварные овощи, и отвар. За
время варки делают анализ различных частей других овощей и плодов (не
менее четырех видов за занятие). Записывают таблицу в тетради.
Таблица « Содержание нитратов в различных овощах и плодах»
Исследуемое
Содержание нитратов,
Часть
Баллы
растение
мг/кг
а) Под кожурой
Картофель свежий б)
Серединная
часть
а) Под кожурой
Картофель
б)
Серединная
отварной
часть
Капуста
а) Жилки
б) Кочерыжка
в) Лист
а) Жилки
Капуста отварная б) Кочерыжка
в) Лист
Отвар
Предельно допустимое содержание нитрат-ионов в овощах и фруктах
(мг/кг)
Овощи, фрукты
ПДС NO3- в мг/кг
Картофель
250
Капуста поздняя
500
Томаты
150
Огурцы
150
Лук репка
80
Яблоки
60
Груши
60
Вода питьевая
40
Контрольные вопросы:
1) Что такое нитраты?
2) Какие болезни в организме человека могут вызывать нитраты?
3) Что такое нитрозоамины? Какие витамины являются ингибиторами
образования нитрозосоединений?
4) Назовите методы определения нитратов в пищевых продуктах.
5) Почему в условиях защищенного грунта накопление нитратов идет
интенсивнее, чем в открытом грунте?
6) Влияет ли сорт на накопление нитратов в овощах?
7) Специфика накопления нитратов в сельскохозяйственных продуктах.
8) Содержание нитратов в клубнях картофеля составляет 400 мг/кг.
Возможно ли его использование в пищу? Если нет, то что необходимо
сделать для использования его в питании?
9) Допустимое суточное поступление (ДСП) нитратов в организм человека
составляет 4,5 мг на кг живого веса. Найдите количество яблок (при
содержании нитратов 60 мг/кг), которое человек без риска здоровью
может потреблять в течение суток, если они составляют 1/20 часть его
рациона питания.
10)
Объясните, почему дробное внесение азотных удобрений не
приводит к накоплению нитратов в продуктах растениеводства?
11)
Изменяется ли содержание нитратов в зависимости от способов
хранения овощей?
12)
Почему в плодах соленых томатов количество нитратов
увеличивается по сравнению со свежими?
13)
Поясните причину того, что при уборке в вечернее время
содержание нитратов в листовых овощах бывает меньше, чем при уборке
в утренние часы?
14)
Назовите растения с наиболее высоким содержанием нитратов.
15)
Почему в хлебных продуктах нитратов содержится меньше, чем в
овощных?
ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 2
Тема: «Определение содержания тяжелых металлов в почве» (2 часа)
Цель работы:
1. Приготовление реактивов для определения меди.
2. Приготовление почвенной вытяжки (водорастворимой, кислоторастворимой).
3. Определение меди.
1 Приготовление реактивов (Cu)
1. Раствор дитизона. Перед растворением порошок дитизона насыпают
на листочек гладкой бумаги - кальки и, закрыв таким же листком, все крупинки
раздавливают шпателем. Затем берут 0,025-0,05 г размельченного дитизона,
растворяют по возможности полнее в стакане в 20 мл разбавленного NH4ОН
(1:1) и приливают 10 мл 1%-ного водного раствора аскорбиновой кислоты, 80100 мл дистиллированной воды и фильтруют в делительную воронку емкостью
0,5-1,0 л. Фильтрат в воронке промывают 1-2 раза 10-15 мл ССl4, каждый раз
взбалтывая и сливая ССl4. Далее приливают 200 мл СС14 и подкисляют 1 н НС1
до позеленения раствора и выпадения осадка дитизона. При взбалтывании в
водной фазе выпавший осадок дитизона полностью растворяется в СС14.
Раствор дитизона является исходным концентрированным раствором для
приготовления раствора рабочей концентрации.
Для сохранения раствор переливают в бутылку из тёмного стекла и
добавляют 1%-ный водный раствор аскорбиновой кислоты в таком количестве,
чтобы над слоем дитизона образовался слой водного раствора толщиной 1,5-2,0
см.
Раствор рабочей концентрации готовят визуально по пулевому
делению шкалы. Для этого концентрированный раствор с СС14 разбавляют в 10
раз, а затем добавлением небольших количеств СС14 или исходго раствора
дитизона добиваются полного соответствия интенсивности окраски раствора
окраске нулевого деления шкалы раствора минеральных солей. Сопоставление
проводят в пробирке, диаметр которой одинаков с ампулами шкалы.
Приготовление рабочего раствора дитизона по весу. Имеющийся в
продаже дитизон растворяется в различных растворителях не полностью,
поэтому его предварительно обрабатывают следующим образом: 0,5-0,6 г
размельченного дитизона обливают 300-400 мл разбавленного NH4ОН (2:100),
взбалтывают около 5 мин и фильтруют через беззольный фильтр. Фильтрат
помещают, в литровую делительную воронку, добавляют 10 мл 1%-ного
водного раствора аскорбиновой кислоты и НС1 (1:1), подкисляют до выпадения
зеленого осадка дитизона. Осадок дитизона отфильтровывают через фильтр со
стеклянной фильтрующей пластинкой № 4, отсасывая жидкость при
разрежении. Осадок промывают 1 раз 0,1%-ным водным раствором
аскорбиновой кислоты, высушивают при температуре 40-50С, размельчают,
раздавливая между листами кальки все крупинки.
Далее взвешивают 0,05 г приготовленного дитизона, полностью
растворяют в 10 мл разбавленного NH4ОН (1:1), раздавливая комочки
палочкой, и добавляют 90 мл дистиллированной воды.
Затем в делительную, воронку на 0,5 л наливают 100-150 мл
дистиллированной воды, 50 мл приготовленного раствора дитизона, 5 мл 1 %ного раствора аскорбиновой кислоты, 250мл СС14, разбавленной 1:10 НСl
подкисляют до слабокислой реакции и выпавший осадок дитизона переводят в
ССl4. Этот раствор с содержанием 10 мг дитизона в 100 мл ССl4 является
исходным. Для сохранения его переливают в бутылку из темного стекла и
приливают 40-50 мл 1%-ного водного раствора аскорбиновой кислоты (с целью
предотвращения окисления).
Для приготовления раствора дитизона рабочей концентрации 10 мл
исходного раствора разбавляют 180 мл СС14. Раствор дитизона рабочей
концентрации готовят в объеме, необходимом для анализов в течение одного
дня; хранить его долго не рекомендуется.
Если приготовленный раствор имеет синеватый оттенок (загрязнение Zn),
то перед употреблением его взбалтывают в делительной воронке с 30-40 мл
разбавленной 1:10 НСl.
2. Раствор цитрата натрия. 125 г трехзамещенного лимоннокислого
натрия растворяют в дистиллированной воде (приблизительно в 400 мл)
добавлением НС1 (1:1), доводят рН раствора до 6,6-6,7 и доливают
дистиллированной водой до 500 мл. Приготовленный раствор переливают в
делительную воронку (на 1 л), прибавляют 20-30 мл концентрированного
раствора дитизона и сильно встряхивают в продолжение 1-2 мин. Если цвет
раствора дитизона меняется, слой ССl4 отделяют, приливают новую порцию
дитизона и снова встряхивают. Так продолжают до тех пор, пока цвет раствора
дитизона не перестанет изменяться. Затем раствор очищенного цитрата вместе
с 5-10 мл зеленого дитизона переливают в склянку для хранения. Дитизон
служит индикатором повторного загрязнения, что может произойти в связи с
выщелачиванием Сu и Zn из стекла склянки, а присутствие в растворе СС14
предохраняет от развития в нем микроорганизмов - грибов.
3. Разбавленная соляная кислота. К 500 мл концентрированной НСl
добавляют 500 мл дистиллированной воды.
4. Буферный раствор (Сu). В 40 мл дистиллированной воды растворяют
15 г СН3СООNa, 7,5 г Na2НР04 и 2,5 г КСNS, затем, раствор подкисляют
концентрированной НС1 до получения реакции среды рН 2,0 (что
устанавливают по индикаторной бумаге) и доводят до 100 мл.
Приготовление исходной шкалы стандартных растворов меди
Приготавливая исходный стандартный раствор с содержанием меди 0,1
мг/мл
0,3933 г химически чистого перекристаллизованного СuS04•5Н20
растворяют в 500-600 мл дистиллированной воды, добавляют 5 мл.
концентрированной НS04 и дистиллированной водой доводят до 1 л.
Рабочий стандартный раствор с содержанием меди 0,0005 мг/мл
получают из 5 мл исходного раствора, разбавляя его дистиллированной водой
до 1 л.
В 10 калиброванных пробирок с притертыми пробками стандартный
раствор наливают по следующей схеме:
Пробирки
Показатель
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
0
1,0
2,0
3,0
3,5
4,0
4,5
5,0
5,5
6,0
в
0
0,5
1,0
1,5
1,75
2,0
2,25
2,5
2,75
3,0
Концентрация Cu
в 1 мл раствора
дитизона, 
0
0,1
0,2
0,3
0,35
0,4
0,45
0,5
0,55
0,6
Кол-во
стандартного
раствора, мл
Кол-во
Cu
пробирке, 
Затем в пробирки приливают дистиллированной воды до объема б мл,
добавляют 2 мл комплексного буферного раствора (реактив 4) и 5 мл раствора
дитизона в СС14 (реактив I), после чего пробирки в течение 2 мин сильно
встряхивают до появления неизменяющейся окраски.
Приготовление невыцветающей шкалы растворов минеральных солей
Для приготовления шкалы растворов, минеральных солей необходимы
указанные ниже растворы:
I) 20 г СuS04 • 5Н20 растворяют в 80 мл дистиллированной воды, добавляют 2,5
мл концентрированной Н2S04 и водой доводят до емкости 100 мл;
2) 25 г NiS04 • 7H2О растворяют в 80 мл дистиллированной воды, добавляют 2,5
мл концентрированной Н2S04 и водой доводят до емкости 100 мл;
3) 10 г СоS04 • 7Н20 растворяют в 80 мл дистиллированной воды, добавляют 2,5
мл концентрированной Н2S04 и водой доводят до емкости 100 мл;
4) к 80 мл воды добавляют 2,5 мл концентрированной Н2S04 и водой доводят
до емкости 100 мл;
Для приготовления шкалы растворы наливают в 10 калиброванных
пробирок по схеме:
Пробирки
Показатель
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
CuSO4, мл
3,
3
3,
9
4,1
4,2
4,0
3,7
3,6
3,5
3,3
3,0
NiSO4, мл
5,
5
4,
2
3,2
2,4
2,8
3,0
3,0
3,4
3,8
4,0
CoSO4, мл
0,
3
0,
4
0,5
0,7
1,4
2,0
2,6
2,6
2,7
2,8
Концентрация
Cu
соответствую
щая окраске, 
0
0,
1
0,2
0,3
0,35
0,4
0,4
5
0,5
0,5
5
0,6
Для уточнения шкалу растворов минеральных солей сопоставляют со
шкалой стандартных растворов и в случае расхождения поправляют
следующим образом: для увеличения зеленого оттенка раствора шкалы
добавляют немного раствора NiSO4, красного оттенка – небольшое количество
раствора CoSO4, синего оттенка - немного одного раствора CuSO4 или вместе с
раствором CоSO4.
Для сохранения растворы переливают в ампулы одинакового диаметра
(15 мм) и запаивают.
2. Приготовление почвенной вытяжки (водорастворимой,
кислоторастворимой)
Фракционирование осуществляется из отдельных навесок почвы массой 5
г. соотношение почва: экстрагент составляет 1:10, время экстракции – 1 час.
Пробы встряхиваются на ротаторе в течение одного часа, после
экстрагирования суспензии фильтровали и в фугате определяют содержание
ТМ в вытяжках дитизоновым методом с фотоколориметрическим окончанием.
Были определены подвижные формы элементов: кислоторастворимая
(экстрагент 1н НСl), обменная (экстрагент ацетатно-аммонийный буфер с рН
4,8), водорастворимая (экстрагент бидистиллированная вода).
3 ОпределениеCu
Медь определяют дитизоновым методом по разработанной Ринькисом
модификации. Определение основано, на образовании красного дитизоната
меди при взбалтывании - экстракции кислого (рН2-3) раствора анализа с
раствором дитизона в ССl4. В этом, процессе в зависимости от наличия меди
красный дитизонат ее вместе с остатком зеленого дитизона образует различные
переходы окраски слоя ССl4 - от зеленого до красного. Количественный учет
проводят сопоставлением окраски анализа с окраской серии стандартов (шкал)
без удаления избытка реактива, т. е. по смешанной окраске.
Ход определения меди
В пробирку с притертой пробкой, диаметр которой одинаков с ампулами
шкалы, наливают 2 мл анализируемого раствора, добавляют 2 мл цитрата
натрия (реактив 2) и разбавленной HCl (реактив 3), доводят рН раствора до 2,22,5. Для проверки реакции раствора при подкислении влажной пробкой пробирки после добавления 5-6 капель кислоты и перемешивания содержимого
пробирки на узкую полоску бумаги универсального индикатора наносят пятно,
окраску которого сравнивают с индикаторной шкалой. Практически
необходимое количество кислоты устанавливают только для одного образца из
очередной серии, а к остальным, вследствие их одинаковых концентраций и
объемов, добавляют то же количество, что и к первому образцу. Далее
приступают к экстракции меди: добавляют 1 мл раствора дитизона (реактив 1),
встряхивают 20-30 сек и сравнивают окраску слоя ССl4 с окраской делений
шкалы. Если цвет экстракта одинаков или краснее последнего деления шкалы,
добавляют еще 2 мл дитизона, снова встряхивают и сравнивают со шкалой.
Добавление раствора дитизона и взбалтывание повторяют до тех пор, пока
окраска экстракта не перестанет изменяться и по оттенку не окажется в
пределах средних делений шкалы. Сопоставление анализируемого раствора с
двумя начальными и последними делениями шкалы нежелательно, ибо цвета
окраски в этих пределах менее резки, а полноту экстракции труднее установить.
Для контрольного анализа берут те же количества исходного раствора и
раствора цитрата, что для изучаемого. Необходимый объем раствора дитизона
обычно не превышает 1 мл.
Вычисление результатов
Для вычисления результатов пользуются формулой: Х = (а • б - а контр• бконтр.) •
в
н•г• (2)
где X - Сu, мг на 1 кг растений или 1 л почвы;
а - Сu, /мл по совпадающему делению шкалы;
б - объем израсходованного для экстракции раствора дитизона, мл;
в - общий объем анализируемого раствора, мл;
н - взятый для анализа объем почвы (см3) или навеска растений (г);
г - взятый для определения Cu объем анализируемого раствора, мл;
2 - коэффициент для сокращения вдвое объема исходной вытяжки при
определении Cu в почве.
Контрольные вопросы:
А) Какие металлы относятся к тяжелым металлам?
Б) Выявить источники поступления тяжелых металлов в организм человека?
В) Выяснить реакцию организма на недостаток и избыток металлов?
ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 3
ТЕМА: Определение содержания нефтепродуктов в воде (1 час)
Определение концентрации нефтепродуктов
фотоколориметрическим методом
1. Влияние нефтепродуктов на водные объекты
Проблема загрязнения рек, морей и океанов нефтепродуктами привлекает
все большее внимание исследователей, которые, рассматривая случаи
загрязнения водоемов, отмечают, что большинство из них можно было
предотвратить с помощью элементарных технических мероприятий,
предупреждающих попадание нефтепродуктов во внешнюю среду.
Необходимо отметить, что 1 т нефтепродуктов растекается по
поверхности воды тонкой пленкой в 2-3 км². Нефтяная пленка существенно
нарушает естественный обмен энергией, теплом, газами, влагой между
атмосферой и водоемами, что отрицательно влияет на процессы естественного
самоочищения водоемов. Прибиваясь к берегам, нефтяная пленка загрязняет их
и прибрежную растительность.
Запах нефтепродуктов в воде ощущается уже в небольших
концентрациях: пороговые концентрации для большинства нефтепродуктов
составляют 0,1-0,3 мг/л.
Окисленные нефтепродукты оседают на дно водоемов, накапливаются в
природном слое, и длительное время являются стабильным источником
вторичного загрязнения отдельных участков водоема, делая его непригодным
для применения в хозяйственно-питьевых, культурно-оздоровительных и
рыбохозяйственных целях. Содержащиеся в воде нефтепродукты сорбируются
донными отложениями, наибольшей сорбционной способностью обладают
глинистые илы.
Загрязнение нефтепродуктами рыбохозяйственных водоемов приводит к
ухудшению качества рыбы (появлению окраски, запаха, привкуса); гибели
взрослых рыб, молоди, личинок и икры; сокращению кормовых запасов
(бентоса, планктона); мест обитания, нереста и нагула рыб; нарушению
миграции рыб, молоди, личинок и икры.
Токсичность нефти в значительной степени зависит от состава нефти ее
физического состояния в воде: возрастание дисперсности и эмульгирования
повышает ее токсичность. Неблагоприятное действие нефтепродуктов может
проявиться различно, например, угнетением деятельности жаберных аппаратов
у рыб. Нефть и продукты ее распада поражают обонятельные органы у рыб, что
нарушает процесс их питания, препятствует опознаванию врагов, размножению
и пр. Можно предположить, что нефть и нефтепродукты или вещества,
образующиеся при их распаде, могут внедряться в организм рыб и оказывать
токсическое действие.
При изучении состояния органических компонентов нефти при переходе
от одних представителей водной фауны к другим обнаружено, что
углеводороды не только стабильны при движении по цепочке водных
животных, но и могут накапливаться в организме некоторых из них,
являющихся продуктами питания, и оказаться небезразличными для человека.
Согласно данным лабораторных исследований в первые моменты после
попадания нефтепродуктов на поверхности воды собирается от 80 до 90 % об
щего их количества. Одновременно с образованием поверхностного слоя
начинается испарение легких фракций углеводородов. В дальнейшем
количество нефтепродуктов в воде уменьшается преимущественно за счет
процессов химического и биохимического окисления.
Интенсивность самоочищения вод от поступившей в них нефти в
значительной степени зависит от температуры: при 20-25°С за 20 суток
окисляется 50-80% общего количества поступившей нефти, тогда как при 5°С
лишь 10-20%.
Максимальная скорость очищения пресных вод от пленок
нефтепродуктов отмечается во время дождя, когда большая часть
нефтепродуктов потребляется и захватывается донными осадками. При
изменении метеорологических условий потопленная нефть способна
циркулировать между дном и поверхностью водоема вплоть до полного ее
разложения. При изучении самоочищения воды от нефтепродуктов установлена
несомненная роль водной растительности. При этом выявлено, что в
присутствии некоторых видов высшей водной растительности нефтяная пленка
разрушается в 2-3 раза быстрее.
В качестве лимитирующего показателя вредности для нефти определили
органолептический показатель – запах. Оказалось, что при пороговых
концентрациях нефти по запаху не обнаруживается образование нефтяных
пленок на воде; нет также торможения процесса самоочищения воды в водоеме,
что особенно важно, пороговые концентрации по запаху в сотни раз меньше доз
и концентраций, которые могут оказаться вредными для здоровья человека.
Предельно допустимая концентрация нефти и нефтепродуктов в
растворенном и эмульгированном состоянии для водоемов рыбохозяйственного
водопользования нормирована на уровне 0,05 мг/л, а для морских водоемов
0,01 мг/л.
Нефть и нефтепродукты относятся к числу наиболее распространённых
токсичных веществ, вызывающих техногенное загрязнение водных объектов,
донных отложений и почв, что влечет за собой тяжелые экологические
последствия. В соответствии с ГОСТ 17.1.4.01-80 (Охрана природы.
Гидросфера. Общие требования к методам определения нефтепродуктов в
природных и сточных водах) под нефтепродуктами понимаются неполярные
и
малополярные
углеводороды
(алифатические,
ароматические,
ациклические), составляющие главную и наиболее характерную часть нефти
и продуктов её переработки. В соответствии с ГОСТ 17.4.1.02-83 нефть и
нефтепродукты относятся к первому классу опасности – вещества
высокоопасные. Основными источниками загрязнения поверхностных вод
нефтепродуктами
являются
сточные
воды
предприятий
нефтеперерабатывающей, химической, металлургической промышленности,
хозяйственно-бытовые сточные воды, а также транспорт. Нефтепродукты
находятся
в
различных
миграционных
формах:
растворенной,
эмульгированной, сорбированной на твердых частицах взвесей и донных
отложений, в виде пленки на поверхности. Нефтепродукты оказывают
неблагоприятное воздействие, как на организм человека, так и на
окружающую среду в целом: в присутствии нефтепродуктов вода
приобретает специфический вкус и запах, изменяется ее цвет, рН среды,
ухудшается газообмен с атмосферой. Наибольшую опасность представляют
полициклические углеводороды, например, 3,4-бензпирен, обладающий
канцерогенными свойствами, присутствие которых в воде недопустимо.
Для нефти и нефтепродуктов целым рядом нормативных документов
установлены предельно-допустимые концентрации для разных типов вод:
Таблица №1
Тип воды
ПДК, мг/дм3
Нормативный документ
Питьевая вода
0,1
СанПин 2.1.4.1074-01
Водные объекты, имеющие
рыбохозяйственное
значение
Вода водных объектов
жилищного фонда
Прочие абоненты
0,05
Приказ № 96 от 28.04.99
Приказ № 201 от 25.11.96
Комитета по управлению
городским хозяйством и
0,7
администрацией СПб.
Жилищный фонд.
ГОСТ 27384-2002 устанавливает нормы погрешности для методов
измерения массовой концентрации нефти и нефтепродуктов для различных
типов вод:
Тип воды
Диапазон измеряемых
Нормы погрешности,
значений массовой
±δн, %
концентрации нефти и
НП, мг/дм3
Воды природные, питьевые
От 0,01 до 0,9
50
включительно
0,3
Свыше 0,9
25
Воды сточные
До 0,1включительно
60
Свыше 0,1 до 0,5
42
Свыше 0,5 до 50
25
Свыше 50
17,5
Существует несколько методов определения содержания нефтепродуктов
в воде. Сущность применяемых методов анализа заключается в экстракции
нефтепродуктов из анализируемых вод и почв органическими растворителями,
отделение от полярных соединений других классов на хроматографической
колонке, заполненной окисью алюминия и количественном определении
гравиметрическим,
фотоколориметрическим,
флюоресцентным
или
спектрометриическим
методом.
Арбитражным
методом
является
гравиметрический, наиболее простым и поточным методом является
фотоколориметрический метод.
Основы колориметрического анализа
Окрашенные растворы обладают способностью поглощать свет определенной длины волны. Степень ослабления интенсивности проходящего через
раствор света зависит от концентрации растворенного вещества. Это свойство
окрашенных растворов используют в колориметрическом анализе.
При пропускании луча света с интенсивностью I0 через окрашенный
раствор вследствие поглощения его интенсивность снизится до I1
(интенсивностью окрашенного света можно пренебречь).
Зависимость между концентрацией растворенного вещества, толщиной
окрашенного слоя и степенью ослабления интенсивности монохроматического
света выражается законом Ламберта-Бера:
Lg I0 / I1 = k C h ,
где k – мольный коэффициент поглощения, зависящий от природы
растворенного вещества, температуры и длины волны светофильтра; C –
концентрация окрашенного вещества, моль/л; h – толщина окрашенного слоя,
см.
Величина Lg I0 / I1 указывает степень ослабления интенсивности света
при прохождении его через окрашенный раствор, называется оптической
плотностью.
Для измерения оптической плотности растворов используется фотоэлек
троколориметр. Действие его основано на выравнивании световых потоков,
падающих на фотоэлементы при помощи регулируемой щелевой диафрагмы,
соединенной со шкалой прибора. Компенсация фототоков регистрируется
гальванометром, соединенным с фотоэлементами.
Цель работы: Определить концентрацию нефтепродуктов в заданном
водном растворе фотоколориметрическим методом.
Химическая посуда, приборы и реактивы:
1. Фотоэлектроколориметр КФК-3.
2. Делительная воронка.
3. Цилиндр, объем 250 мл.
4. Пипетки, объем 10, 20 мл.
5. Штатив.
6. Гексан, х.ч.
7. Фильтровальная бумага.
Ход работы:
Исследуемую воду количественно перенести в делительную воронку,
сделав отметку объема исследуемой жидкости. Емкость, где находилась
исследуемая вода, ополоснуть гексаном (10-20 мл), гексан количественно
перенести в делительную воронку с исследуемой жидкостью.
В течение 30 секунд произвести активное перемешивание жидкостей в
делительной воронке и оставить до разделения слоев. Нижний водный слой
слить в раковину, прозрачный верхний слой перенести в кювету (h = 5 см) и
выполнить измерение оптической плотности на приборе КФК-3, применяя
светофильтр (λ = 540 нм). В случае сильного загрязнения экстрагент
необходимо разбавить и выполнить повторные измерения. Расчет выполнить с
учетом коэффициента разбавления.
Массовую концентрацию нефтепродуктов в экстрагенте определить по
калибровочному графику.
Обработка результатов
Массовую концентрацию нефтепродуктов (Х) в мг/л вычислить по
формуле:
Х = k ⋅С ⋅v / V, мг/л,
где С – концентрация нефтепродуктов, найденная по калибровочному
графику,
мг/л; V – объем пробы воды, мл; v – объем гексана, мл; k – коэффициент раз-
бавления;
Гравиметрический метод анализа воды на содержание нефтепродуктов
Ход определения: пробу сточной воды объемом 100 - 3000 мл вносят в
делительную воронку, прибавляют соляную кислоту плотностью 1,19 г/мл до
значения рН < 5, приливают 20 мл экстрагента (гексан, четыреххлористый
углерод, петролейный эфир) и сильно встряхивают несколько минут. Затем
разделяют, а водный слой обрабатывают второй порцией экстрагента.
Соединенные экстракты высушивают, всыпая в них около 1 г
прокаленного сульфата натрия и присоединив колбу к холодильнику, отгоняют
растворитель до тех пор, пока в колбе не останется несколько мл жидкости.
Остаток переливают в колонку с сорбентом, под которую подставляют
маленькую сухую колбу. Пропускают через колонку небольшими порциями
чистый растворитель (40-45 мл), обмывая им предварительно стенки колбы, где
был экстракт и собирают элюат в подставленную под колонку колбу.
Взвесив вместе с крышкой маленький бюкс, помещают его в вытяжной
шкаф на расстоянии 25-30 см от комнатного вентилятора, вливают в бюкс на
три четверти полученный раствор нефтепродуктов в органическом
растворителе и включают вентилятор. По мере испарения - подливают новые
порции. Когда в бюксе останется 0,5 мл испарение продолжается без
вентилятора. Бюкс взвешивают каждые 2 минуты до достижения постоянной
массы. Расчет: Х = (m1–m2)×1000/V мг/л, где m1 -масса бюкса с остатком после
удаления экстрагента; m2 - масса пустого бюкса; V - объем пробы.
Контрольные вопросы:
1. Влияние нефтепродуктов на гидробионты.
2. По какому показателю определяют уровень загрязнения водоемов?
3. Влияние пленочного загрязнения поверхности водоемов на биоценоз этого
водоема.
4. Причины загрязнения водоемов нефтепродуктами.
5. Влияние физического состояния нефтепродуктов на биоценоз водоемов.
6. Условия попадания нефтепродуктов в «пищевую цепь».
7. Предельно-допустимые концентрации нефтепродуктов для водоемов общего
пользования, рыбохозяйственных водоемов, морских вод?
8. Перечислить методы определения концентрации нефтепродуктов в воде.
9. Основы колориметрического метода анализа.
10. Понятие оптической плотности.
11. Коэффициент разбавления. Правила разбавления пробы.
ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 4
ТЕМА: Определение содержания витамина С в продуктах (1 час)
Наша пища – это топливо и сырьевой материал для образования
необходимых живому организму веществ. Энергию дает практически любая
пища, но углеводы содержат ее больше других продуктов. Основной
строительный материал – белки. Абсолютно необходимы, хоть и в небольших
количествах, витамины и минеральные соли. Витамины выполняют крайне
специфическую функцию. Это биомолекулы, которые нужны в небольших
количествах для роста, воспроизводства, здоровья и жизни. Несмотря на всю их
важность, общее количество всех витаминов, необходимых организму,
составляет 0,2 г в день.
Витамин С относится к водорастворимым витаминам. Он очень
неустойчив. Легко реагирует с кислородом и теряет активность под действием
света и тепла.
Анализ основывается на взаимодействии витамина С с йодом. Раствор
йода способен окислять аскорбиновую кислоту с образованием бесцветной
дегидроаскорбиновой кислоты, ионов водорода и иодид-ионов:
I2(водн.)+C6H8O6= C6H6O6+2H+(водн.)+2I-(водн.)
витамин С
дегидроаскорбиновая
кислота
Анализ выполняется методом титрования. Конечная точка титрования
определяется по началу появления свободного йода в растворе, который при
взаимодействии с крахмалом дает синюю окраску.
Перед началом титрования в анализируемую жидкость добавляют
крахмал. Раствор йода медленно прикапывают из бюретки. Пока в жидкости
имеется аскорбиновая кислота, йод быстро превращается в иодид-ионы и
глубокого окрашивания не наблюдается. Как только витамин С окислится,
следующая капля раствора йода вызовет образование синей окраски. Таким
образом, появление устойчивой синей окраски означает конец титрования.
Сначала необходимо оттитровать раствор витамина С известной
концентрации. Это позволит определить коэффициент пересчета, выражающий
массу аскорбиновой кислоты, реагирующей с 1 мг раствора йода. На основании
полученных данных рассчитывают, сколько витамина С содержится в 25 мл
исследуемого раствора.
Заполните следующую таблицу:
Напиток
Количество
Коэффициент
Количество
исследуемого
пропорциональности витамина С в 25
раствора, мл
мл напитка, мг
Ход работы:
Определение коэффициента пересчета:
Отмерьте 25 мл раствора витамина С в колбу емкостью 125 мл. Добавьте
10 капель 1%-ного раствора суспензии крахмала. Наполните бюретку
раствором йода. Запишите ее начальный объем. Медленно по каплям
добавляйте раствор йода к анализируемому раствору, постоянно взбалтывая
его. Продолжайте добавлять, пока не достигнете конечной точки титрования
(синяя окраска устойчива в течение 20 сек). Рассчитаете коэффициент
пересчета, разделив 25 мг витамина С на объем используемого раствора йода.
Внесите это значение в таблицу (размерность: мг витамина С/мл раствора
йода).
Определение витамина С в напитках:
Отмерьте 25 мл образца в колбу емкостью 125 мл. Выполните действия в
соответствие с предыдущей методикой. Окраска анализируемого раствора
может изменять цвет комплекса крахмала с йодом. Например, красный цвет
раствора в сочетании с синей окраской комплекса приведет к тому, что в конце
титрования появится фиолетовое окрашивание. Выполните расчеты,
необходимые для определения массы витамина С (мг), находящегося в 25 мл
образца.
Контрольные вопросы:
1. Запишите химическую формулу изучаемого витамина и дайте его название
(буквенное и химическое).
2. Распространение витамина в природе и пищевом сырье.
3. Биологическая роль данного витамина и состояние авитаминоза.
ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 5
ТЕМА: Определение количества йода в йодированной соли (1 час)
Йод – единственный из микроэлементов, участвующих в образовании
гормонов щитовидной железой. Гормоны, которые она вырабатывает в кровь,
стимулируют обмен веществ во всех клетках, поддерживают работу сердца,
головного мозга, мышц, опорно-двигательного аппарата и репродуктивной
системы. Соответственно, заболевание этой железы влечет за собой сбой в
жизнедеятельности всего организма. Дефицит йода детям и подросткам грозит
задержкой физического развития, приводит к расстройствам нервной системы и
психики, умственной отсталости, а также является одной из причин
низкорослости, людям всех возрастных групп – снижением интеллекта и
формированием зоба.
Эндемический зоб - заболевание, поражающее население в
географических регионах, биосфера которых бедна йодом, развитие которого
достаточно просто предупредить путем всеобщего йодирования поваренной
соли, что уже было достигнуто в более чем 70 странах мира, включая
Казахстан.
Использование обогащенной йодом соли - наиболее простой и доступный
метод профилактики йододефицитных состояний, в т.ч. и для ВосточноКазахстанской области. Йодирование соли достигается путем внесения солей
йода (йодида или йодата калия). Практически каждый человек потребляет 5-6 г
соли в день (рекомендуемое суточное потребление соли) 5-10 морской, поэтому
использование обогащенной йодом соли - это дополнительное регулярное
потребление 100 - 150 мкг йода. При этом отсутствует какой-либо риск
«передозировки». Необходимая суточная потребность в йоде для различных
групп населения приведена ниже.
Группы населения
Младенцы до 3 мес.
Младенцы от 4 до 12 мес.
Дети от 1 до 3 лет
Дети от 4 до 6 лет
Дети от 6 до 10 лет
Дети от 11 до 14 лет
Дети от 15 лет и старше
Взрослые
Беременные, кормящие
Потребность в йоде, мкг/сут
50
60
70
100
110
130
140
150
180-200
В нашей стране контроль за содержанием йода и качеством хранящейся
на складах йодированной соли осуществляется на местах.
В последнее время в литературных источниках появляются сведения о
потерях йода при транспортировке и хранении соли, сокращениях поставок в те
или иные очаги зобной эндемии, о некачественном йодировании в процессе
производства соли, отсутствии адекватных упаковочных материалов, строгого
контроля всего процесса - от качества йодированной соли до ее доставки
потребителю.
Поэтому актуальным становится контроль за качеством соли, т.к. не
всегда уровень йода, указанный на упаковках, соответствует нормативным
документам.
Целью исследования: определение содержания йода в образцах
йодированной соли, приобретенных в магазинах г. Семея; проведение
сравнительной оценки ассортимента и стоимости йодированной соли разных
производителей.
Выполнение работы:
1) Качественное определение йода в поваренной соли
А) Метод «пятна» для йодида
Данный метод основан на следующих превращениях:
2NaNO2 + Н2S04 → 2НNО2 + Na2SO4
2HNO2 + 2I- → I2 + 2NO + Н2О
I2 + крахмал → синяя окраска
50 мл 0,5%-ного раствора крахмала (0,5 г растворимого или рисового
крахмала кипятят в 100 мл деионизированной воды) смешивают с 10 каплями
(0,5 мл) 1%-ного раствора нитрита натрия (0,25 г в 25 мл воды) и 10 каплями
(0,5 мл) 20%-ного раствора серной кислоты (2 мл Н2SО4 + 8 мл воды).
Полученный раствор пригоден для анализа в течение 2-3 дней. Небольшое
количество поваренной соли помещают в блюдце и увлажняют 2 каплями
полученного раствора. Соль, содержащая йодид, сразу же становится синей,
причем окраска сохраняется в течение нескольких минут.
Б)Метод «пятна» для йодата
IO3- + 5I- + 6Н+ → 3I2 + ЗН2О
I2 + крахмал → синяя окраска
25 мл раствора крахмала (см. выше) смешивают с 25 мл 12%-го раствора
йодида калия (3 г в 25 мл воды) и 12 каплями (0,6 мл) раствора 5 н. соляной
кислоты (10 мл концентрированной НСl + 15 мл деионизированной воды).
Полученный раствор пригоден для анализа в течение 2-3 дней. Небольшое
количество поваренной соли помещают в блюдце и увлажняют двумя каплями
полученного раствора. Соль, содержащая йодат, мгновенно становится
серой/синей (окраска сохраняется в течение нескольких минут).
2) Количественное определение содержания йода в виде йодата
Метод основан на взаимодействии йодата калия с йодидом калия в
кислой среде (1), титровании выделившегося йода тиосульфатом натрия (2).
IO3- + 5I- + 6H+ → 3I2 + ЗН2О (1)
(из соли) (из КI) (из Н2SО4)
2Na2S2O3 + I2 → 2NaI + Na2S4O6 (2)
тиосульфат натрия йод йодид натрия тетратионат натрия
Оборудование и реактивы:
1.Весы лабораторные технохимические.
2. Пипетки стеклянные, вместимостью 10см3, 5см3, 1см3.
3. Колбы конические, вместимостью 250см3.
4. Бюретки, вместимостью 25см3.
5. Фильтры бумажные диаметром 9мм.
6. Вода дистиллированная.
7. Калий йодистый (КI).
8. Кислота серная (H2SO4).
9. Натрий серноватистокислый пятиводный (тиосульфат натрия, Na2S2O3
x5H2O) или фиксанал 0,1г – экв.
10. Крахмал растворимый.
11. Хлорид натрия, ЧДА.
Приготовление реактивов:
1) 0,005М тиосульфат натрия (Na2S2O3 x5H2O). 1,24г Na2S2O3 x5H2O развести
в 1000 мл дистиллированной свежепрокипяченной воды. Т.к. кристаллический
тиосульфат, при хранении набирает влагу, что требует введения поправки на
его титр, то в случае возникновения сомнений рекомендуется использовать
фиксанал
Na2S2O3x5H2O
0,1г-эквивалент,
который
растворяют
в
дистиллированной воде, доводя конечный объем до 1000мл, и полученный
раствор разводят в 20 раз (50 мл раствора + 950 мл воды) до конечной
концентрации 0,005М.
Полученный раствор хранят в прохладном темном месте. Его объем достаточен
для анализа 100-200 проб в зависимости от содержания в них йода. При
соблюдении условий хранения, раствор стабилен не менее одного месяца.
2) 2 н. серная кислота (Н2SO4). 6мл концентрированной H2SO4 медленно
доливают в 90мл воды, затем доводят раствор водой до конечного объема
100мл. Полученное количество достаточно для анализа 100 проб. Раствор
сохраняет свои свойства неопределенно долгое время.
Примечание. Во всех случаях кислоту надо наливать в воду, а не
наоборот, во избежание чрезмерного повышения температуры смеси и
разбрызгивания кислоты. Во время добавления кислоты раствор следует
непрерывно перемешивать.
3) 10% йодид калия (КI) свежеприготовленный – 10г КI растворяют в 100мл
воды. Хранят в прохладном темном месте. Его количества достаточно для
анализа 20 проб.
4) Насыщенный раствор хлорида натрия (NaCl). В колбу объемом 250мл с
80мл воды постепенно добавляют при перемешивании и/или нагревании NaCl
до тех пор, пока не прекратится его растворение. Хранят под пробкой. Раствор
сохраняет своя свойства по крайней мере в течение года.
5) Индикаторный раствор крахмала. В колбу объемом 250мл вносят 1г
растворимого крахмала, добавляют 10мл воды и нагревают до растворения
крахмала. В полученную горячую смесь добавляют 90мл насыщенного
раствора NaCl и перемешивают. Полученного объема достаточно для анализа
50 проб. Готовый раствор хранят в прохладном темном месте. Раствор остается
стабильным на протяжении месяца.
Примечание. В день проведения анализа раствор необходимо прогреть
(но не кипятить) для ресуспендирования возможного осадка.
Выполнение работы:
Этап 1. Навеску исследуемой пробы массой 10г растворяют в
100см3 дистиллированной воды в конической колбе объемом 250см3. Если
полученный раствор мутный, его необходимо профильтровать.
Этап 2. К полученному раствору добавляют 1см3 H2SO4, перемешивают,
добавляют 5мл 10% KI, перемешивают, закрывают колбу пробкой и помещают
на 10 мин в темное место.
Этап 3. К исследуемому раствору, приобретшему темно-желтую окраску,
добавляют из бюретки при перемешивании 0,005 M Na2S2O3 до перехода
окраски в светло-желтую. Добавляют в исследуемый раствор примерно 2мл
индикаторного раствора крахмала, от чего смесь должна приобрести темносинюю окраску, и продолжают титрование до тех пор, пока не исчезнет.
Отмечают объем раствора тиосульфата, пошедший на титрование.
Требование к безопасности:
- до начала титрования реакционную смесь следует хранить в темном месте
ввиду возможности побочного процесса под воздействием света, который
вызывает окисление ионов йодида до йода;
- при использовании не вполне остывшего раствора крахмала точность
определений понижается;
- если индикаторный раствор добавлен слишком рано, происходит образование
прочного, очень медленно реагирующего комплекса йода с крахмалом, что
приводит к завышению результатов анализа;
- реакция должна проходить при умеренной комнатной температуре (ниже
300С), поскольку йод характеризуется повышенной летучестью, а
индикаторный раствор при нагревании теряет чувствительность.
Обработка результатов:
Количество йода в мг на 1кг исследуемой соли вычисляют по формуле:
𝑥=
V ∗ 0,1057 ∗ 100
= V ∗ 10,57(мг/кг)
10
Где V-объем 0,005М Na2S2O3, пошедший на титрование, см3;
10-навески соли, взятой на анализ, г;
1000-пересчет на 1кг соли;
0,1057-количество йода из йодата калия исследуемого образца соли,
соответствующее 1см3 пошедшего на титрование этого образца 0,005М
Na2S2O3.
Примечание. Из уравнений реакций (1) и (2), лежащих в основе данного
метода определения йода в соли, обогащенной КIO3, следует, что из общего
количества йода, оттитровываемого тиосульфатом натрия в исследуемой пробе,
на долю йода, происходящего из КIO3, приходится 1/6 часть, т.е. не 0,6345, а
0,1057мг.
Для облегчения расчета количества йода в исследуемой соли можно
также пользоваться переводной таблицей.
Таблица перевода показаний шкалы бюретки в концентрацию йода в
пробе (мг/г)
Таблица 1.
Показания
шкалы
мг/г
Показания
шкалы
мг/г
Показания
шкалы
мг/г
0,0
0,00
3,4
0,0349
6,7
0,0698
0,1
0,001
3,5
0,0360
6,8
0,0709
0,2
0,0021 3,6
0,0370
6,9
0,0719
0,3
0,0032 3,7
0,0381
7,0
0,0730
0,4
0,0042 3,8
0,0391
7,1
0,0741
0,5
0,0053 3,9
0,0402
7,2
0,0751
0,6
0,0063 4,0
0,0413
7,3
0,0762
0,7
0,0074 4,1
0,0423
7,4
0,0772
0,8
0,0085 4,2
0,0434
7,5
0,0783
0,9
0,0095 4,3
0,0444
7,6
0,0794
1,0
0,0106 4,4
0,0455
7,7
0,0804
1,1
0,0116 4,5
0,0466
7,8
0,0815
1,2
0,0127 4,6
0,0476
7,9
0,0825
1,3
0,0138 4,7
0,0487
8,0
0,0836
1,4
0,0148 4,8
0,0497
8,1
0,0846
1,5
0,0159 4,9
0,0508
8,2
0,0857
1,6
0,0169 5,0
0,0519
8,3
0,0868
1,7
0,0180 5,1
0,0529
8,4
0,0878
1,8
0,0190 5,2
0,0540
8,5
0,0889
1,9
0,0201 5,3
0,0550
8,6
0,0899
2,0
0,0212 5,4
0,0561
8,7
0,0910
2,1
0,0222 5,5
0,0571
8,8
0,0920
2,2
0,0233 5,6
0,0582
8,9
0,0930
2,3
0,0243 5,7
0,0592
9,0
0,0942
2,4
0,0254 5,8
0,0603
9,1
0,0952
2,5
0,0265 5,9
0,0614
9,2
0,0963
2,7
0,0275 6,0
0,0624
9,3
0,0973
2,8
0,0286 6,1
0,0635
9,4
0,0984
2,9
0,0296 6,2
0,0645
9,5
0,0995
3,0
0,0307 6,3
0,0656
9,6
0,1005
3,1
0,0317 6,4
0,0667
9,7
0,1016
3,2
0,0328 6,5
0,0677
9,8
0,1026
3,3
0,0339 6,6
0,0688
9,9
0,1037
Экспресс – тест на йододефицит, составленный немецкими
учеными-эндокринологами
1. Испытываете ли вы такое чувство, будто у вас комок в горле?
2. Страдал ли кто – нибудь из ваших родителей болезнями щитовидки?
3.Снизился ли ваш вес за последнее время?
4. Повысился ли ваш вес в последнее время?
5. Увеличился ли у вас аппетит?
6. Потеряли ли вы аппетит?
7. Не замечали ли вы, что стали чаще потеть?
8. Мёрзнете ли вы в последнее время независимо от погоды?
9. Вы обратили внимание, что у вас в последнее время горячие руки?
10. У вас в последнее время постоянно холодные руки и ноги?
11. Овладевает ли вами смутное беспокойство?
12. У вас появилась сонливость, медлительность, постоянная усталость?
13. Всё чаще появляется непонятная дрожь?
14. Не участился ли ваш пульс?
15. Ваша кожа стала сухой?
16. Стал ли более обильным ваш стул?
17. Страдаете ли вы от запоров?
Если человек дает 6 положительных ответов, то он, скорее всего,
принадлежит к людям, которые испытывают дефицит йода в организме.
Поэтому, ему нужно обязательно проконсультироваться у врача –
эндокринолога.
ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 6
ТЕМА: Отбор проб воздуха. Расчет оптимального объема воздуха при
отборе проб и результатов анализа (1 час)
Цель занятия: Изучить методику отбора
оптимального объема воздуха для химического анализа.
проб
и
расчета
Ответственным этапом санитарно-химического анализа воздуха является
отбор пробы. От правильного отбора зависит получаемый результат.
Правильность отбора пробы определяется не только тщательностью
технического выполнения операции, но и учетом ряда важных факторов,
например, агрегатного состояния вещества в момент отбора пробы, физикохимических свойств улавливаемой смеси, соответствия скорости и
отбираемого объема воздуха составу поглотительного раствора и
чувствительности применяемой реакции.
Для атмосферного воздуха установлено, что наиболее достоверные
данные, отражающие загрязнение воздуха газами и пылью, достигаются при
непродолжительном отборе пробы (Э. В. Рихтер, 1973). В этом случае
фиксируются с достаточной точностью максимальные концентрации,
представляющие наибольший интерес с экологической точки зрения.
При исследовании атмосферного воздуха на расстоянии до 3 км от
источника загрязнения, пробу рекомендуется отбирать жидкостным
поглотителем Рихтера модели 7Р в течение 4-5 минут, со скоростью аспирации
20 л/мин. На расстоянии до 10 км - в течение 2-3 минут поглотительным
прибором 10Р, со скоростью аспирации 50 л/мин.
Техника отбора проб, следуя запросом промышленной гигиены и тесно
связанная с применяемым методом анализа, непрерывно видоизменяется.
Совершенствуется аппаратура для отбора проб: поглотительные приборы,
воздухозаборные устройства, наблюдается стремление к замене жидких
поглотительных сред твердыми сорбентами, обладающими большой активной
поверхностью.
Санитарно-химический контроль атмосферного воздуха к настоящему
времени предусматривает отбор разовых и среднесуточных проб, что
находит отражение, как в способах отбора, так и в применяемой для этой цели
аппаратуре.
Для широкого диапазона скоростей аспирации воздуха к настоящему
времени разработаны следующие модели поглотительного прибора Рихтера
(табл.1, рис. 1):
Таблица 1
Скорость аспирации воздуха различными типами моделей
прибора Рихтера
Тип модели
1Р
Пределы скорости аспирации воздуха, л/мин
0,5 - 5
3Р
7Р
10Р
12Р
1-15
2-20
2-50
3-100
Модернизирован
поглотительный
прибор
Зайцева,
широко
применяемый в анализе воздушной среды. Оптимальная скорость аспирации
через этот прибор составляла, как известно, 0,5 л/мин. В целях повышения
скорости аспирации до 3 л/мин изменена конструкция прибора. Размеры
модернизированного поглотительного прибора Зайцева приведены на рис. 2.
Быстрым и эффективным способом отбора проб является аспирация
воздуха через «кипящий» псевдоожиженный слой сорбента, небольшое
сопротивление которого позволяет доводить скорость аспирации до 20
л/мин. Для этого предложены поглотительные приборы, изображенные на
рис. 3.
Точность химического анализа атмосферных загрязнений в значительной
степени зависит от правильности измерения расхода воздуха, проходящего
через поглотительный прибор.
Наиболее
распространенными
расходомерами
при
анализе
атмосферного воздуха являются ротаметры с различной формой поплавка.
Проверка градуировки ротаметров для снижения систематических и случайных
погрешностей при отборе проб воздуха, производится следующим образом.
Собирают установку по рис. 4.
Газовую пипетку на 0,5-1 л предварительно калибруют весовым
способом или с использованием мерной колбы. Отметки ставят на уровнях:
0; 0,5; 1 л. При измерении расходов менее 1 л/мин вместо пипетки
применяют мерную бюретку на 100-200 мл. Резиновую грушу на 10-25 мл
заполняют 5-10 % раствором любого моющего средства. В поглотительный
прибор наливают 6 мл дистиллированной воды, присоединяют его к тройнику,
включают электроаспиратор и, сжимая грушу, выдавливают немного раствора
до уровня разветвления тройника. Образующиеся мыльные пленки
увлекаются потоком воздуха в пипетку.
Устанавливают на ротаметре заданную скорость и по секундомеру
отмечают время прохождения мыльной пленкой расстояния от метки до
метки. Расходы на остальных ротаметрах в это время должны соответствовать
примерно двум третям их шкал. На основании полученных данных вычисляют
действительных расход воздуха.
Основные поверяемые интервалы для различных ротаметров приведены в
таблице 2:
Таблица 2
Поверяемые интервалы ротаметров
Шкала ротаметра, л/мин
Поверяемые интервалы, л/мин
0-1
0,25; 0,5; 1,0
0-2
0,25; 0,5; 1,0; 2,0
0-3
0,5; 1,0; 2,0; 3,0
0-5
1,0; 2,0; 3,0; 4,0
Для отбора проб на газообразные примеси предложено немало моделей
приборов аспирационного типа - аппарат Мигунова (модель 822), В.Н-2, В.Л-П,
Малыш -1, Малыш - 2, ПРУ-4-150. Эти приборы имеют общий недостаток малую производительность.
В этих же целях предлагается использование микрокомпрессор МК-1
производства завода «Мосавтоприбор», предназначенный для аэрации воды в
аквариумах. Незначительные конструктивные изменения - примонтирование
штуцера к засасывающему отверстию помпы, включение в систему ротаметра
РС-3А и переключателя, позволили использовать микрокомпрессор для
просасывания воздуха через жидкостные поглотители (Петри, Полежаева,
Рихтера и др.)
Проба исследуемого воздуха засасывается в результате колебательных
движений диафрагмы помпы, создаваемых электромагнитом помпы.
Основными частями прибора (рис. 5) являются компрессор 1, ротаметр 2
и переключатель 3. Скорость потока воздуха через поглотительные растворы
регулируется винтом ротаметра или винтовым зажимом на резиновой трубке,
соединяющей ротаметр с поглотителями. Допускается замена ротаметра РС3А заводского изготовления пневмометром, реометром, пенником или
другими приборами, позволяющими учитывать скорость потока воздуха в
пределах 0,1 - 1 л/мин.
Технические данные прибора:
Масса компрессора с ротаметром, г ................................................. 600
Мощность электроэнергии, Вт .............................................................. 5
Длительность непрерывной работы, ч..................................................1,5 -2,0
Скорость протягивания воздуха через 4-5 поглотителей, содержащих по 10
мл раствора, л/мин............................................................................................0,4-0,6
Допустимое расстояние от прибора до места отбора (длина
соединительной трубки), м ...................................................8 - 10
Малые габариты приборов позволяют смонтировать их секционно (по
два, четыре, шесть) в одном футляре.
Для отбора проб воздуха в помещениях взрыво- и пожароопасных
категорий могут использоваться лишь такие типы аспираторов, при работе
которых исключается искрообразование. Наиболее совершенным для этой
цели прибором является АЭРА, обеспечивающий отбор проб воздуха на
запыленность, содержание газообразных веществ, паров и высокодисперсных
аэрозолей с переменной скоростью от 0,1 до 20 л/мин. Прибор портативен,
прост в обращении, надежен в работе и пригоден для отбора проб в любых
условиях.
Расчет оптимального объема воздуха при отборе проб и результатов
анализа
Отбор проб предполагает полное улавливание анализируемого вещества
из воздуха, причем количество этого вещества должно быть достаточным
для его надежного определения принятым методом анализа. Минимальная
концентрация вещества, поддающаяся четкому и надежному определению,
зависит от количества воздуха, пропущенного при отборе проб через
поглотительную систему. Аспирация излишних объемов воздуха приводит к
неоправданному усреднению результатов, при недостаточном объеме воздуха
снижается точность анализов.
Оптимальный объем воздуха, необходимый для определения токсичной
примеси, можно рассчитать по следующей формуле
V0 = aхV/ C0хV1 , где V0 - объем воздуха при 0 0С и атмосферном давлении,
м3; a - чувствительность определения, мкг вещества в анализируемом
объеме пробы (обычно соответствует содержанию вещества в первой
пробирке стандартной шкалы); V - общий объем пробы, мл; V1 - объем
пробы, взятый на анализ, мл; C0 - предельно допустимая концентрация
3
анализируемого вещества, мг/ м .
Так как пробы воздуха для анализа отбирают при разных температурах
и барометрическом давлении, то необходимо взятый воздух привести к
нормальным условиям (0 0С и атмосферной давление).
Приведение объема воздуха к нормальным условиям основано на законах
Бойля- Мариотта и Гей-Люссака и производится по формуле V0 = V1х273хP/
(273 + t)х760, где V1 - объем исследуемого воздуха, л; P - барометрическое
давление во время отбора пробы, мм рт. ст.; t - температура воздуха во время
отбора пробы, 0С.
Расчет результатов анализа
Предельно допустимые концентрации токсичных веществ в воздухе
выражают в миллиграммах на 1 м3. Поэтому результаты анализа вычисляют по
следующим формулам:
Х = aхb/cхV0
(1)
где a - общий объем исследуемого раствора, мл; b - количество вещества,
найденное в анализируемом объеме раствора, мкг; c - объем исследуемого
раствора, взятый для анализа, мл; V0 - объем исследуемого воздуха,
приведенного к нормальным условиям, л.
Х = aхbх1000 /cхV0
(2)
где a - общий объем исследуемого раствора, мл; b - количество вещества,
найденное в анализируемом объеме, мг; c - объем исследуемого раствора,
взятый для анализа, мл; V0 - объем исследуемого воздуха, приведенный к
нормальным условиям, л.
Х = a/V0
(3)
где a - количество вещества, найденное во всем объеме исследуемого
раствора, мкг; V0 - объем исследуемого воздуха, приведенного к нормальным
условиям, л.
Х = aх1000 / V0
(4),
где a - количество вещества, найденное во всем объеме исследуемого раствора,
мг; V0 - объем исследуемого воздуха, приведенного к нормальным условиям, л.
Контрольные вопросы:
1. Факторы, влияющие на правильность отбора проб атмосферного воздуха.
2. Виды поглотительных приборов для отбора проб воздуха.
3. Модели поглотительных приборов Рихтера и их особенности.
4. Отбор проб аэрозолей и твердых частиц с использованием фильтров АФА.
5. Расчет оптимального объема воздуха при отборе проб.
6. Расчет результатов анализа проб воздуха.
7. Устройство ротаметра и определение скорости аспирации воздуха.
8. Поглотители Зайцева и поглотители с пористой пластинкой, их особенности.
9. Перечислите все возможные
источники, включая
и естественные,
появления в атмосфере: CO, O2, CH4, NO.
10.
Опишите все способы окисления SO2 и SO3. Как влияет на
окружающую среду это окисление?
11.
Образование в атмосфере сернокислотных дождей возможно
фотохимическим путем:
12. SO2 + h= SO ; SO + O = SO + O; SO + H O = H SO ; Объясните
2
2
2
3
3
2
2
4
возможность указанных реакций.
13.
Плотная дымка, окутывающая многие промышленные районы,
представляет собой распыленный сульфат аммония. Объясните его
образование.
14.
В выхлопных газах автомобиля имеется NO. Объясните
возможность его образования, имея в виду, что в цилиндре автомобильного
двигателя достигается высокое давление и температура порядка 2400 К. В
какие реакции вступает NO в воздухе?
15.
Для уменьшения содержания NO в выхлопных газах применяют
катализаторы, которые способствуют реакции NO с Н2 или с СО. Составьте
уравнения реакций.
16.
Под действием атмосферного SO2 мрамор превращается в гипс.
Составьте уравнения реакции, приводящей к разрушению мрамора.
17.
Почему в каждом аэропорту вы найдете объявление, запрещающее
провозить в самолете ртуть в любом виде?
ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 7
ТЕМА: «Отбор проб, предварительная обработка, хранение и консервация
проб воды и снега. Изучение физико-химических свойств воды» (1 час)
Отбор проб
Отбор проб является ответственной частью анализа, от которой зависит
достоверность получаемой информации. Выбор места отбора, частота и
техника
отбора
должны
в
определенной
степени
обеспечивать
представительность проб, на основе анализа которых в дальнейшем делаются
выводы о состоянии водного объекта. Объем отбираемой пробы, необходимой
для анализа, зависит от числа определяемых компонентов и обычно
колеблется от 1 до 2 литров. Пробы воды на химический анализ следует брать
на стреже потока с поверхности (0,2-0,5 м), при этом проба воды
осторожно зачерпывается (без взбалтывания) каким-либо большим сосудом
(тазом, ведром), который во избежании загрязнений пробы должен
употребляться только для этих целей. Для взятия глубинных проб
употребляются специальные приборы - батометры, снабженные краном.
Предварительная обработка, хранение и консервация проб
Подавляющее число компонентов и свойств воды необходимо
определять по возможности быстро, в только что отобранной пробе, чтобы
избежать нарушения равновесия ионов, потери растворенных газов,
разложения
органических
веществ,
вызываемых
деятельностью
микроорганизмов. В том случае, когда немедленный анализ пробы
невозможен по какой-либо причине, пробы должны быть подвергнуты
предварительной обработке и законсервированы. Предварительная обработка
пробы заключается в фильтрации ее через плотный бумажный фильтр для
устранения взвесей. Универсального способа консервации проб не
существует, поэтому пробу делят на несколько частей и консервируют
различными способами (см. табл. 1). Для стабилизации легко разрушающихся и
быстро разлагающихся компонентов воды рекомендуется охлаждение воды до
3-4 0С, а иногда и глубокое замораживание (–15-20 0С).
Таблица 1
Способы консервации проб воды для определения различных компонентов
Максимальное
Определяемый
Посуда для
Способ
время между
компонент
отбора
консервирования
отбором и
анализом
Вкус
стеклянная
охлаждение при 4 0С
6-24 ч
Цвет
полиэтилен или
стекло
охлаждение при 4 0С
24 ч
pH
полиэтилен или
стекло
охлаждение при 4 0С
сразу
Растворенный
кислород
стеклянная
охлаждение при 4 0С
сразу
Хлориды
полиэтилен или
стекло
не консервируют
7 суток
Аммонийные
соли и аммиак
полиэтилен или
стекло
охлаждение при 4 0С,
2-4 мл хлороформа на
1 литр воды
1-3 суток
Нитриты
полиэтилен или
стекло
охлаждение при 4 0С,
2-4 мл хлороформа на
1 литр воды
1-3 суток
Нитраты
полиэтилен или
стекло
охлаждение при 4 0С,
2-4 мл хлороформа на
1 литр воды
1-3 суток
Железо
полиэтилен или
стекло
охлаждение при 4 0С,
2-4 мл хлороформа на
1 литр воды
1-3 суток
Сульфаты
полиэтилен или
стекло
Не консервируют
7 суток
Изучение физико-химических свойств воды
1) Качественное определение содержания хлоридов с приближенной
количественной оценкой
Метод основан на осаждении хлорида серебра: Cl- AgNO AgCl NO3 .
3
В пробирку поместите 5 см3 исследуемой воды, если проба мутная, ее
следует отфильтровать. В пробирку с пробой (или фильтратом) добавьте 3
капли раствора нитрата серебра. Используя табл. 2, определите приближенное
содержание хлорид-анионов.
Таблица 2
Осадок или муть
Опалесценция или слабая муть
Сильная муть
Образуются хлопья, но осаживаются не сразу
Белый объемистый осадок
2) Определение катионов свинца
Метод основан на осаждении сульфида свинца:
2
Pb  Na S PbS 2Na
2
Концентрация Cl¯, мг/дм3
1…10
10…50
50…100
Более 100
В пробирку поместите 5 см3 исследуемой воды, если проба мутная, ее
следует отфильтровать. Добавьте 1 см3 соляной кислоты (1:5) и 3 капли
раствора сульфида натрия. Выпадение черного осадка свидетельствует о
наличии в пробе солей свинца.
3) Определение содержания сульфатов-анионов
Метод основан на осаждении сульфата бария:
2
4
SO  BaCl
BaSO 2Cl.
2
4
В пробирку внесите 10 см3 исследуемой воды, если проба мутная, ее
следует отфильтровать. Добавить 5 см3 соляной кислоты (1:5) и 2 см3 раствора
хлорида бария, полученный раствор перемешать.
Приблизительное содержание сульфатов определить по аналитическому
эффекту, используя данные табл. 3.
Таблица 3
Характер осадка
Концентрация SO4 , мг/дм3
Отсутствие осадка
Слабая муть, проявляющаяся через несколько
мин
<5
5 – 10
2-
Слабая муть, проявляющаяся сразу после
добавления хлорида бария
Сильная муть, быстро осаждающаяся
10 – 100
>100
4) Определение содержания катионов железа
Метод основан на образовании роданида железа по уравнению:
3
Fe  3KSCN Fe(SCN) 3K
3
В пробирку налейте приблизительно 10 см3 исследуемой воды, если
проба мутная, ее следует отфильтровать. Добавьте 2 – 4 капли HCl, несколько
кристаллов персульфата калия и 4 – 5 капель раствора KSCN. После внесения
каждого реактива содержимое пробирки тщательно перемешайте.
Приближенное содержание солей железа определите в соответствии с табл. 4.
Таблица 4
Окрашивание при
рассмотрении сбоку
Окрашивания нет
Окрашивание при
рассмотрении сверху вниз
Окрашивания нет
Содержание железа, мг/дм3
<0,05
Едва заметное желтоваторозовое
Очень слабое желтоваторозовое
0,10
Очень слабое желтоваторозовое
Слабое желтовато-розовое
Слабое желтовато-розовое
0,25
Светло-желтовато-розовое
0,50
Светло-желтовато-розовое
Желтовато-розовое
1,00
Сильное желтовато-розовое
Желтовато-красное
2,00
Светло-желтовато-красное
Ярко-красное
>2,00
ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 8
ТЕМА: «Водородный показатель. Определение взвешенных веществ и
сухого остатка в пробах воды. Изучение органолептических свойств воды»
(1 час)
Цель занятия: изучить водородный показатель, взвешенные вещества, сухой
остаток и органолептические свойства исследуемой пробы воды.
Водородный показатель
Определение величины водородного показателя (pH) служит важным
показателем кислотности или щелочности природной воды и является
результирующей величиной кислотно-основного взаимодействия ряда ее
минеральных и органических компонентов. Определение проводится либо
колориметрически, либо электрометрически. Приближенное значение pH
пробы воды можно получить, используя универсальную индикаторную
бумагу, погрузив конец полоски в пробу на 1-5 минут. Вынув полоску из
пробы нужно сравнить ее со шкалой, изображенной на обложке пакетика с
индикаторной бумагой.
Определение взвешенных веществ
Оборудование:
1. Прибор Олихова для фильтрования;
2. Мебранные фильтры №7–6. Фильтры для работы подготавливаются
кипячением в дистиллированной воде в течение 5–10 минут (два - три
раза сливая воду) и высушиванием в сушильном шкафу в течение 1 часа
0
при 60 С.
Ход определения
Подготовленный фильтр, взвешенный на аналитических весах и
помеченный карандашом, помещают в прибор для фильтрования. Через фильтр
пропускают 100–500 мл воды. Если фильтрат недостаточно прозрачен,
процедуру повторяют еще раз. По окончании фильтрования фильтр
0
подсушивают на воздухе, а затем в сушильном шкафу при 60 C в течение 1
часа, после чего взвешивают.
Рассчитывают содержание взвешенных веществ по формуле:
𝑥=
[(а – b)х1000]
V
где а - масса фильтра с осадком, мг;
b - масса фильтра без осадка, мл;
V - объем профильтрованной воды, мл.
Определение сухого остатка
Сухой
остаток - масса
остатка,
получаемого
выпариванием
профильтрованной пробы сточной или природной воды и высушиванием при
0
0
103–105 C или 178–182 C.
Ход определения
В прокаленную, охлажденную и взвешенную фарфоровую или кварцевую
чашку помещают 50–250 мл анализируемой воды, предварительно
профильтрованной. Воду выпаривают на водяной бане досуха. Затем переносят
чашку с остатком в сушильный шкаф и высушивают при 103–105 оC или 178–
182 оC до постоянной массы.
Рассчитывают по формуле:
𝑥=
[(а – b)х1000]
V
где a - масса чашки с сухим остатком, мг;
b - масса пустой чашки, мг;
V- объем анализированной сточной воды, мл.
Изучение органолептических свойств воды
Температура
Измерение температуры пробы воды производят во время отбора пробы
ртутным термометром с ценой деления 0,1-0,5 0С, который опускают на
заданную глубину и выдерживают в течении 3-10 мин. После извлечения
термометра тотчас измеряют показания.
Прозрачность
Измерение прозрачности с помощью шрифта проводят в лабораторных
условиях. Для измерения используют стеклянный цилиндр с внутренним
диаметром 2,5 см и высотой около 50 см. В качестве стандартного шрифта
используют шрифт ГОСТа 3551-46 с высотой букв 3,5 мм. Проба воды
рассматривается при рассеянном дневном свете. Мерой прозрачности служит
высота столба воды в см, при котором можно наблюдать на белой бумаге
шрифт.
Цветность
Цветность воды (кажущаяся) определяется в не фильтрованной пробе
воды путем сравнения цвета анализируемой воды со стандартной окраской
имитационной шкалы.
Приготовление имитационной шкалы
Готовят два раствора. Раствор 1 - в мерной колбе с объемом 1 литр
растворяют в дистиллированной воде 0,0875 г K2Cr2O7 и 2 г CoSO4х7H 2 O ,
добавляют 1 мл конц. H2SO4 хч и доливают колбу дистиллированной водой до
метки. Раствор 2 - 1 мл конц. H2SO4 хч разбавляют дистиллированной водой и
доводят объем до 1 литра. Смешивая растворы 1 и 2 в нижеуказанных
соотношениях, получают имитационную шкалу цветности.
р-р 1
р-р 2
0
1
2
3
4
5
6
8 10
100 99 98 97 96 95 94 92 90
градусы
0
5 10
15
20
25
30
40
50
12
88
14
86
16
84
60
70
80
Определение цветности с помощью шкалы стандартов
В чистый сухой цилиндр отмеривают 100 мл исследуемой воды и
просматривая его сверху, сравнивают окраску воды с окраской стандартных
растворов, налитых в такие же цилиндры. При совпадении окрасок цветность
определяется градусом данного стандарта шкалы.
Запах воды
Запах воды определяется после определения вкуса и характеризуется по
виду и интенсивности в баллах (см. табл. 2 и 3).
Таблица 2
Виды запаха
Сокращение
Классификация запаха
А
Ac
B
Bg
Bn
Bs
Bv
C
ароматный или пряный
огуречный
бальзамический или цветочный
гераниевый
настурциевый
сладковатый
фиалковый
химический
Cc
Ch
Cm
Cs
D
Df
хлорный
углеводородный
лекарственный
сернистый
неприятный или очень неприятный
рыбный
Примеры или возможные
источники происхождения запаха
камфара, гвоздика, лимон
Synura
герань, ирис, ваниль
Asteronella
Aphanizomanon
Coclosphaerium
Mallomonas
промышленные сточные воды или
химическая обработка
свободный хлор
стоки нефтеочистительных заводов
фенол и йодоформ
сероводород
Uroglenopsis, Dinobryon
навозный
гнилостный
землистый
торфяной, травянистый
затхлый
плесневый
овощной
Dp
Ds
Е
Ep
M
Mm
V
Anabaena
застоявшиеся сточные воды
сырая земля
торф
преющая солома
сырой подвал
корни овощей
Таблица 3
Определение интенсивности запаха воды
Интенсивность
запаха
0
1
Характеристика
Проявление запаха
никакого запаха
очень слабый
2
слабый
3
заметный
4
отчетливый
5
очень сильный
отсутствие ощутимого запаха
запах не замечаемый потребителем, но
ощутимый специалистом
запах, обнаруживаемый потребителем,
если обратить внимание на это
запах легко обнаруживаемый; может быть
причиной того что вода непригодна для
питья
запах обращающий на себя внимание;
может заставить воздержаться от питья
запах настолько сильный, что делает воду
непригодной для питья
Для определения используют 250 мл пробы, помещенной в коническую
колбу при 20 0С, которую закрывают пробкой, несколько раз сильно
взбалтывают, затем открывают и тотчас же органолептически определяют
характер запаха и его интенсивность. Такое же определение выполняют при
60 0С, подогревая колбу на водяной бане, накрытую часовым стеклом и
воронкой.
ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 9
ТЕМА: «Определение растворенного в воде кислорода.
Определение жесткости воды» (1 час)
Цель работы: ознакомление с методикой определения и расчета
концентрации кислорода, растворенного в воде; методами определения и
устранения жесткости воды.
1. Содержание кислорода в воде является одним из важных химических
показателей, по которому определяются санитарно-гигиенические и
технические качества воды и количество загрязнений, допустимых к сбросу в
водоемы.
Кислород, растворенный в воде, играет большую биологическую и
техническую роль, Концентрация его в природных водах зависит от
температуры вода, давления растворяющегося газа и природы веществ,
содержащихся в воде.
При всех прочих равных условиях концентрация кислорода в чистых
водах всегда выше, чем в загрязненных. Содержание растворенного кислорода
в воде при учете ее температуры и интенсивности аэрации дает возможности
судить о степени загрязнения воды минеральными и органическими
восстановителями и определять по этим показателям санитарно-гигиенические
качества воды.
Растворенный кислород не должен содержаться в воде для питание
паровых котлов высоких давлений, т.к. при концентрации его больше 0,1 мг/л и
высоких температурах наблюдается коррозия металлических деталей.
Определение концентраций кислорода в воде по методу Винклера
основано на способности гидроксида марганца (П) окисляться за счет
растворенного кислорода до гидроксида марганца (Ш), которым затем
окисляют ионы йода /I-/ до свободного состояния (I2). Последний может быть
оттитрован раствором тиосульфата натрия в присутствии крахмала в качестве
индикатора. По эквивалентному количеству израсходованного тиосульфата
натрия определяется концентрация кислорода в воде.
Выполнение работы:
Получив у преподавателя пробу исследуемой воды, наполнить ею
кислородную склянку, которую слегка прикрыть пробкой, чтобы выдавить
небольшое количество воды. Затем к отобранной пробе цилиндром прибавить 1
мл смеси, представляющей собой водный раствор гидроксида натрия и иодида
калия, и другим цилиндром или пипеткой ввести 1 мл раствора хлорида
марганца (П).
Осторожно закрыв кислородную склянку пробкой таким образом, чтобы в
воду не попали пузырьки воздуха, тщательно перемешать полученный раствор;
переворачивая склянку примерно 10-15 раз. При этом происходит
взаимодействие гидроксида натрия с хлоридом марганца (II) с образованием
гидроксида марганца (П) телесного цвета, который окисляется кислородом,
содержащемся в воде, до гидроксида марганца (III).
Написать уравнения соответствующих процессов.
Оставить склянку с образовавшимися веществами до их полного
оседания. Затем ее осторожно открыть и прибавить цилиндром или пипеткой 3
мл серной кислоты (1:3), снова закрыть и тщательно перемешать до
растворения осадка. При этом происходит процесс, схема которого
представлена ниже. Необходимо составить полное и электронно-ионные
уравнения этого процесса, протекающего по следующей схеме:
Mn(OH)3 + H2SO4 + KI  MnSO4 + I2 + H2O + K2SO4
Вылить полученный раствор, окрашенный за счет йода в бурый цвет, в
коническую колбу, добавить в качестве индикатора 1 мл 1%-ного крахмала.
Раствор приобретает синюю окраску. Оттитровать его децинормальным (0,1 н)
раствором тиосульфата натрия до полного обесцвечивания. При этом
происходит процесс окисления тиосульфата натрия и восстановление йода по
следующей схеме:
I2 + Na2S2O3  NaI + Na2S4O6
Соcтавить полное и электронно-ионные уравнения процесса.
Исходя из закона эквивалентов, рассчитать концентрацию кислорода мг/л, по
следующей формуле:
,
где
нормальность тиосульфата;
объем тиосульфата
выделившегося йода, мл;
натрия,
пошедшего
на
титрование
объем исследуемой воды, мл;
миллиэквивалентная масса кислорода – 8;
коэффициент перевода концентрации к 1 литру – 1000.
Полученный результат проверить у преподавателя и написать отчет по
работе.
2. Жесткость воды.
Состав природных вод.
Вода – одно из наиболее важных и распространенных химических
соединений на нашей планете. Она покрывает 80% поверхности Земли и
содержится во многих ее объектах: входит в состав горных пород и минералов,
присутствует в почве и атмосфере, содержится во всех живых организмах. Ее
важность заключается в том, что она является регулятором климатических
условий на земле и универсальным растворителем в процессах, происходящих
как в живой, так и неживой природе. Хорошая растворяющая способность
воды, обусловленная полярностью ее молекул, приводит к тому, что в природе
она чаще всего встречается не в виде индивидуального химического
соединения, а в виде сложной многокомпонентной системы, в состав которой
входят минеральный вещества, газы, коллоидные и крупнодисперсные частицы,
а также различные микроорганизмы. Растворенные в воде компоненты
находятся друг с другом в равновесии, образуя комплексы различного состава.
Содержание или концентрация тех или иных компонентов в природной
воде зависит от вида водоисточника, температуры, времени года и многих
других факторов.
Природные водоемы, находящиеся вблизи промышленных центров,
содержат еще и вещества, являющиеся результатом деятельности человека. Это
выбросы шахт, заводов, фабрик. Большинство из них являются вредными
веществами, делающими часто непригодными природные водоемы для
жизнедеятельности человека.
Основными газами, содержащимися в природной воде, являются СО2, О2,
СН4, СО, Н2, N2. Следует отметить, что относительное содержание кислорода в
воде выше, чем в воздухе.
Среди основных минеральных веществ, присутствующих в природной воде
– гидрокарбонаты, сульфаты, хлориды кальция и магния. Их источником
являются горные породы – известняки, доломиты, растворяющиеся в
результате контакта с природной водой в ходе ее круговорота.
Наличие в воде растворенных веществ увеличивает температуру ее
кипения и понижает температуру замерзания. Последнее используется широко
в практике для предотвращения образования льда зимой: на дорогах рассыпают
соль, понижая тем самым температуру замерзания воды.








Виды жесткости и единицы ее измерения.
Воду с растворенными в ней солями называют жесткой, а совокупность
свойств такой воды – жесткостью. Жесткая вода образует накипь на стенках
паровых котлов, отопительных приборов и бытовой металлической посуды.
Она не пригодна для производства бумаги и крашения тканей, для
приготовления пищи и напитков. В жесткой воде не пенится мыло, плохо
развариваются овощи и мясо.
Согласно ГОСТ 6055 – 86 различают:
карбонатную жесткость – это совокупность свойств воды, обусловленных
присутствием в ней гидрокарбонатов кальция, магния и железа. Часто этот вид
жесткости называют временной или устранимой;
некарбонатную жесткость – совокупность свойств воды, обусловленных
присутствием в ней сульфатов, хлоридов, силикатов, нитратов и фосфатов
кальция, магния и железа. Этот вид жесткости также называют постоянной или
неустранимой;
общую жесткость, складывающуюся из карбонатной и некарбонатной
жесткости. Она равна сумме концентраций ионов Са2+, Mg2+, Fе2+.
Количественно жесткость воды выражают единицами жесткости. За
единицу жесткости принимают жесткость воды в одном литре которой
содержится один миллимоль (ммоль) эквивалент ионов Са2+ или Mg2+. Числовое
значение жесткости, выраженное в ммоль/л, совпадает со значением в моль/м3.
Одна единица жесткости соответствует массовой концентрации ионов Са2+,
равной 20, 4 мг/л или ионов Mg2+, равной 12, 15 мг/л.
По величине жесткости различают воду:
очень мягкую
< 1, 5 единиц (ммоль экв/л);
мягкую
1, 5 – 3 единиц;
среднюю
3, 6 – 6, 0 единиц
жесткую
6, 0 – 9, 0 единиц
очень жесткую
> 9, 0 единиц.
Методы устранения и снижения жесткости воды.
Устранение или снижение жесткости воды называют умягчением. Его
осуществляют различными методами.
1 Термическая обработка воды.
Сущность этого метода заключается в предварительном нагревании воды
до 70 – 80 оС или ее кипячении. Метод позволяет устранить только временную
(карбонатную) жесткость, обусловленную наличием в воде хорошо
растворимых гидрокарбонатов кальция, магния и железа. При этом катионы
Са2+, Mg2+, Fe2+ осаждаются в виде нерастворимых соединений.
Распад гидрокарбонатов магния и железа, в отличии от гидрокарбоната
кальция, протекает сложнее: он одновременно сопровождается процессами
гидролитического разложения их карбонатов. Это объясняется тем, что
карбонаты магния и железа, в отличие от карбоната кальция, более растворимы,
чем их гидроксиды.
Если временная жесткость предварительно не была устранена, то
вышеприведенные процессы протекают при нагревании воды в паровых котлах,
системах водяного отопления и охлаждения, бытовой металлической посуде с
образованием в них слоя накипи из нерастворимых соединений. Это снижает
коэффициенты
теплопередачи
и
ухудшает
их
теплотехнические
характеристики. При этом происходит перерасход топлива и перегрев
металлических поверхностей. Чем больше железа содержится в воде, тем более
бурым является цвет накипи.
При термической обработке воды удается также снизить и содержание в
ней растворимых газов, т. к. их растворимость с увеличением температуры
падает.
2 Химическая обработка воды (реагентный метод).
Этот метод позволяет устранить как временную жесткость, так и
постоянную. Сущность его заключается в обработке воды специальными
реагентами, образующими ионами, вызывающими жесткость, малорастворимые
соединения.
К числу таких реагентов относятся: сода Na2CO3, негашеная CaO и
гашеная Ca(OH)2 извести, различные фосфаты натрия (Na3PO4, Na6P6O18) и др.
При обработке воды известью (гашеной или негашеной) происходит
устранение ее временной жесткости и одновременное снижение ее щелочности.
Процесс называется известкованием или декарбонизацией.
Обработка известью позволяет связать и растворенный в воде углекислый
газ. Использование фосфатов натрия предпочтительнее, так как образующие
фосфаты кальция, магния и железа менее растворимы, чем соответствующие их
карбонаты и гидроксиды.
Для одновременного устранения карбонатной и некарбонатной жесткости
широкое распространение в промышленности получил известково – содовый
метод: обработка воды смесью СаО и Nа2СО3. Вода, умягченная этим способом,
имеет остаточную жесткость равную 0, 5 – 0, 1 ммоль зкв/л. Он становится еще
более эффективным, если его проводить при нагревании, сочетая достоинства
химического и термического методов.
3 Ионообменный метод.
Это современный физико – химический метод, широко используемый в
промышленности, особенно в гидрометаллургии. Использование его для
умягчения и деминерализации воды позволяет не только уменьшить ее
жесткость, но достичь ее глубокой очистки. Вода, подвергшаяся такой
обработке, практически не содержит посторонних ионов: ни катионов, ни
анионов. Метод основан на способности некоторых веществ, не растворимых в
воде, стехиометрически обменивать свои ионы на ионы внешней среды (воды,
растворов электролитов). Вещества, обладающие такими свойствами, называют
ионообменниками (ионообменными сорбентами) или сокращенно ионитами.
Большинство ионитов – твердые, ограниченно набухающие вещества,
аморфной или кристаллической структуры. Они состоят из каркаса (матрицы) и
закрепленных на нем иогенных (активных функциональных) или
комплексообразующих групп. Эти группы диссоциируют, давая полионы
(фиксированные ионы, ковалентно связанные с каркасом) и эквивалентное
число подвижных противоионов, способных к обмену и компенсирующих
своими зарядами заряды полионов.
По знаку заряду подвижных противоионов, т. е. по знаку заряду
обменивающихся ионов, иониты делятся на катиониты, аниониты и амфолиты,
по химической природе каркаса – на неорганические, органические и
минерально – органические.
Выполнение работы:
а) Определение временной жесткости воды.
Пипеткой на 100 мл отберем в две чистые плоскодонные конические
колбы (на 250 мл) по 100 мл водопроводной воды.
В каждую из колб добавим по 3 капли раствора индикатора – метилового
оранжевого (щелочной раствор имеет желтую окраску, а кислый – красную).
В бюретку на 50 мл нальем до приблизительного 0 значения 0, 1н раствор
соляной кислоты и запишем точное значение начального положения уровня
кислоты (по нижнему уровню мениска).
Поставим обе колбы на лист белой бумаги. Одну из них оставим в сторону,
она будет служит контрольным образцом для сравнения цвета растворов.
Во вторую по каплям, при непрерывном вращательном перемешивании
прильем из бюретки 0, 1 н раствора соляной кислоты до перехода окраски
раствора от желтой до оранжево – красной и сравним с цветом раствора,
находящимся в первой колбе.
В момент изменения окраски запишем значение положения уровня
раствора кислоты (по нижнему краю мениска) в бюретке и вычислим
израсходованный на титрование объем соляной кислоты.
Процесс титрования повторим еще 2 раза с новыми порциями воды.
Результаты титрования не должны отличаться. Если такое произойдет, то
эксперимент придется повторить.
Наблюдения: При добавлении метилового оранжевого индикатора в воду
она становится желтой, а при добавлении потом туда соляной кислоты цвет
меняется на красный.
Уравнение реакции:
CaCO3 + 2HCl = CaCl2 + CO2 ↑ + H2O
Ca(HCO3)2 + 2HCl = CaCl2 + 2H2O + 2CO2 ↑
Проведение расчетов:
Расчет среднего значения объема кислоты, пошедшей на титрование, и по
нему вычислить временную жесткость воды:
Vн = 0
VкHCl1 = 1, 12 мл
VкHCl2 = 1, 19 мл
VкHCl3= 1, 06 мл
VкHCl1 +VкHCl3 +VкHCl2
1, 12 + 1, 19 + 1, 06
3, 37
VсрHCL = —————————— = ————————— = ——— = 1, 123 мл
3
3
3
NHCl * VсрHCl
0, 1 * 1, 123
Нвр = —————— * 1000= ——————— * 1000 = 1, 123 ммоль экв/л
VH2O
100
б) Определение общей жесткости воды.
В бюретке (на 50 мл) заполним 0, 05н трилона Б до примерно нулевого
деления и запишем точное положение уровня по нижнему краю мениска.
Пипеткой (на 100 мл) отберем в две чистые плоскодонные конические колбы
(на 250 мл) по 100 мл водопроводной воды, добавим в них 5 мл буферного
раствора и сухой соли эриохрома черного, и перемешаем.
Поставим обе колбы на лист белой бумаги, затем одну из колб будем
использовать в качестве контрольного образца для сравнения цвета растворов.
Во вторую, по каплям, при непрерывном вращательном перемешивании
прильем из бюретки 0, 05 раствора трилона Б до перехода окраски от одной
капли из винно – красной в фиолетовую.
Подождем 1 – 2 минуты, перемешивая раствор. Если окраска не стала
сине – голубой с зеленоватым оттенком, доведем ее до этого цвета, добавив еще
несколько капель раствора трилона Б из бюретки.
Сравним цвет рабочего раствора с окраской контрольного раствора в
первой колбе.
В момент изменения окраски запишем положение уровня раствора
трилона Б в бюретки по нижнему мениску и вычислим израсходованный на
титрование объем трилона Б.
Процесс титрования повторим еще 2 раза с новыми порциями воды.
Результаты титрования не должны отличаться друг от друга. Если все же
отличаются, опыт придется повторить.
Наблюдения: При добавлении эриохрома черного в раствор, цвет
раствора становится розоватым. А при добавлении туда избытка раствора
трилона Б цвет меняется на сине – голубой.
Уравнение реакции.
Проведение расчетов: Рассчитать среднее из близких результатов
значение объема трилона Б, пошедшего на титрование, и по нему вычислить
общую жесткость воды.
Vн = 0
VктрилонаБ1 = 2, 68 мл
VктрилонаБ2 = 2, 74 мл
VктрилонаБ3 = 2, 61 мл
VктрилонаБ1 + VктрилонаБ2 + VктрилонаБ3
VсртрилонаБ = ———————————————
3
Nт * VсртрилонаБ
Нобщ = ———————— * 1000
VH2O
в) Устранение некарбонатной жесткости.
В чистую пробирку с помощью пипетки (на 5 мл) отмерим 5 мл раствора
MgSO4. Добавим к нему 1 каплю 0, 2 н раствора Na2CO3. При образовании
осадка, перемешаем до его растворения.
Добавлять раствор Na2CO3 будем до тех пор, пока осадок перестанет
растворяться. То же самое проделаем с растворами CaCl2 и CaSO4.
Результаты наблюдений и уравнения реакций запишем в таблицу.
Состав
исходного
Вид
осадителя
Уравнение реакции
MgSO4
Na2CO3
MgSO4 + Na2CO3 = Na2SO4 +
MgCO3↓
CaCl2
Na2CO3
CaSO4
Na2CO3
Na2CO3 + CaCl2 = CaCO3 ↓ +
+2NaCl
Na2CO3 + CaSO4 = Na2SO4 +
+CaCO3 ↓
Число
капель
Na2CO3
2
Хар ка
осадка
Белый
4
Белый
7
Белый
Вывод о растти осадка
Практически
нерастворимы
й
Малорастворимый
Мало
растворимый
Контрольные вопросы:
1. Какие виды жесткости вам известны? Какими ионами обусловлен тот или
иной вид жесткости?
2. В каких единицах измеряется жесткость и как она рассчитывается?
3. На чем основано определение временной жесткости воды?
ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 10
ТЕМА: «Отбор проб, предварительная обработка, хранение проб
почвы. Особенности химического анализа почв. Определение влажности
почвы» (1 час)
Общие требования к методам отбора, предварительной обработки и
хранения проб
Результаты любого анализа зависят от правильного отбора проб и
предварительной их обработки. ИСО 10381 – 1 и ГОСТ 28168
устанавливают основные принципы, которые необходимо соблюдать при
составлении программ отбора проб. Места отбора проб почвы на
исследуемой территории с одинаковым уровнем загрязнения намечают по
координатной сетке с равными расстояниями. Если предполагается
неравномерное загрязнение почвы, то расстояние между линиями сетки
намечают с учетом расстояния от источника загрязнения и преобладающего
направления ветра. Среднюю смешанную пробу составляют из
нескольких десятков первоначальных проб. При локальном загрязнении почв
места отбора проб размещают по концентрическим окружностям вокруг места
загрязнения.
Отбор проводят с учетом вертикальной структуры, неоднородности
покрова почвы, рельефа и климата местности, а также с особенностей
свойств загрязняющих веществ или организмов. Пробы отбирают с
условием, чтобы в каждом случае проба являлась типичной для данной
точки отбора. В точках, намеченных для взятия образцов, предварительно
удаляют остатки растительности.
Пробы, отобранные для проведения химического анализа, упаковывают в
емкости из химически нейтрального материала. При проведении анализа на
содержание летучих соединений пробу следует помещать в герметически
закрываемый сосуд. Образцы почв предварительно просушивают на воздухе
при комнатной температуре. Хранение сырых образцов ведет к значительному
изменению их свойств и состава. При необходимости хранения проб почвы
более месяца применяют консервацию. Почву пересыпают в кристаллизатор,
заливают 3% раствором формалина, приготовленном на изотоническом 0,85
% растворе хлористого натрия, или 3 % раствором соляной кислоты, а затем
помещают в холодильник.
Определение
нитратов,
нитритов,
поглощенного
аммония,
водорастворимых форм калия, фосфора желательно проводить в день
взятия образцов при их естественной влажности. Влажную почву просеивают
через сито с диаметром отверстий 3 мм. Остальные определения
проводят в воздушно-сухих образцах.
Химические показатели почвы
К химическим свойствам почвы относятся растворимость элементов
(состав водной вытяжки), реакция среды (рН), ионный обмен, валовый
состав и т.д. Ионная емкость – общее количество удерживаемых ионов, как
положительных (катионная емкость), так и отрицательных (анионная
емкость). Высокая обменная емкость придает почве устойчивость к
изменению рН среды и высокую буферную способность. Анионный обмен
определяется присутствием глины, гумусовых веществ и различных
кислотных групп. Катионный обмен – содержанием гидроокисей металлов
(Al(OH)3, Fe(OH)3 и т.д.), а также каолинита и других минералов.
Химические
элементы в
почвах
находятся в
форме
различных соединений, отличающихся строением, составом, степенью
устойчивости к выветриванию, растворимостью и др. Выделяют следующие
формы соединений химических элементов в почвах: первичные и вторичные
минералы, органические вещества, органно-минеральные соединения,
обменные формы, почвенные растворы, газообразные формы.
Первичные и вторичные минералы. В форме первичных и вторичных
минералов находится преобладающая часть химических элементов в
минеральных почвах, как по их числу, так и по массе: кислород, кремний,
алюминий,
железо,
кальций, магний, калий, натрий, марганец,
титан, хлор, частично фосфор и сера. Наблюдается приуроченность
важнейших микроэлементов к минералам. Так, медь обнаруживается в
составе авгита, апатита, биотита, полевых шпатов; цинк, кобальт и никель в
составе роговых обманок, биотита, магнетита; свинец – в составе авгита,
апатита, мусковита, полевых шпатах. На основании данных по содержанию
химических элементов можно получить приближенные сведения о
минералогическом составе почв и почвообразующих пород.
Органическое вещество. Гумус и органические остатки состоят в
основном из углерода (25-65%), кислорода (30-50%), азота (1-5%), водорода (25%). В составе молекул органических соединений всегда присутствуют сера,
фосфор, а также ряд металлов, в том числе и микроэлементов.
Органо-минеральные соединения. Эта форма представлена продуктами
взаимодействия органических веществ с минеральной частью почв: простыми
гетерополярными, комплексно-гетерополярными солями гумусовых кислот с
ионами металлов и глиногумусными сорбционными комплексами.
Обменные ионы в
составе
почвенного поглощающего комплекса
(ППК). Обменные ионы составляют небольшую часть от общего содержания
химических элементов в почвах. Их количество измеряется единицами и
десятками мг-экв на 100 г почвы. Поскольку в почвах преобладают
отрицательно заряженные коллоиды, то в поглощенном (обменном)
состоянии преобладают катионы. Преобладающими в ППК и играющими
большую роль в почвенных процессах и формировании физико-химических
свойств почв являются катионы: Ca2+, Mg2+, H+, Al3+, Na+, K+, NH4+.
Присутствуют также катионы марганца, железа (II), лития, стронция и др. В
поглощенном состоянии могут находиться и анионы (SO42-, PO43-, NO3- и
др.) на положительно заряженных участках коллоидной мицеллы.
Почвенный раствор. В почвенном растворе содержатся минеральные,
органические и органоминеральные вещества в виде ионных, молекулярных
и коллоидных форм. В них также присутствуют растворенные газы: СО2,
О2 и др. Концентрация почвенного раствора обычно находится в пределах
одного или нескольких грамм на литр.
Почвенный воздух. Состав почвенного воздуха аналогичен атмосферному.
В нем содержатся О2, N2, CO2, а также в небольших количествах метан,
сероводород, аммиак, водород и др. В отличие от атмосферного, состав
почвенного воздуха более динамичен как во времени, так и в пространстве.
Живое вещество. В состав живой фазы входят грибы, водоросли,
бактерии, актиномицеты, мезо- и микрофауна. Основную массу живых
организмов составляют: кислород (70%), водород (10%), азот, кальций (110%), сера, фосфор, калий, кремний (0,1-1%), железо, натрий, хлор,
алюминий, магний (0,01-0,1%).
Для оценки
экологического состояния почв по химическим
показателям применяются также санитарные показатели, отражающие
загрязнение земель химическими веществами, которые могут быть
представлены:
- тяжелыми металлами;
- полициклическими ароматическими углеводородами;
- полихлорированными углеводородами;
- нефтепродуктами;
- ионами сульфатов, хлоридов, фосфатов, нитратов и нитритов.
Также к санитарным показателям относят химические вещества, несущие
угрозу заболеваемости людей и наносящие вред окружающей среде.
Определение влажности почвы
Почвенная влага оказывает большое влияние на свойства почвы.
Основной метод определения влаги в почве состоит в высушивании проб при
105°С. Если для определения почвенной влаги применять метод прока- ливания,
то влагу теряют органические компоненты почвы. При этом на- блюдается
изменение окраски прокаливаемых образцов. Влажность почвы и способность
ее к удерживанию влаги зависят от типа почвы, ее гранулометрического
состава, содержания органических веществ, ее структурных характеристик и
других факторов.
Определение влаги и сухого вещества
ИСО 11465 устанавливает гравиметрический метод определения
содержания влаги и сухой материи в пробах почвы любых типов.
Сущность метода заключается в высушивании пробы почвы до
постоянной массы при 105 ± 5°С и определении разницы в массе почвы до и
после высушивания.
Приборы и оборудование:
Сушильный шкаф с терморегулятором и вентиляцией или с влагопоглотителем;
аналитические весы с точностью 10 мг;
контейнеры с крышкой для хранения сухих проб; мерные ложки.
Методика определения
Воздушно-сухие пробы. Контейнер с крышкой емкостью от 25 до 100 мл
нагревают в сушильном шкафу до 105 ± 5°С и охлаждают вместе с печью
не менее 45 мин. Определяют массу закрытого контейнера с точностью до 10
мг. Мерной ложкой помещают в контейнер 10-15 г воздушно-сухой пробы
почвы и определяют массу закрытого контейнера с пробой с точностью до 10
мг. При работе с пробами загрязненной почвы следует проявлять
осторожность и избегать любого контакта с кожей рук. Следует также
избегать загрязнения атмосферы лаборатории парами, выделяющимися при
сушке пробы.
Контейнер с пробой помещают в сушильный шкаф, нагретый до температуры 105 ± 5°С и высушивают пробу до постоянной массы. Крышку
контейнера высушивают вместе с открытым контейнером с пробой. При
сушке необходимо обратить внимание, чтобы мелкие частички почвы не
выдувались из контейнера.
Разложением органического материала почвы при сушке в общем случае
можно пренебречь. Однако пробы с высоким содержанием органики
(торфяные, например) предварительно высушивают до постоянной массы
при 50°С. Необходимо учитывать также, что у проб почвы с летучими
органическими веществами по этому методу трудно получить надежные
результаты. Это относится и к пробам почвы с различными минералами,
которые как, например, гипс могут терять кристаллогидратную воду при
105°С. Поэтому ГОСТ 5180 устанавливает температуру сушки загипсованных грунтов 80°С.
После выдержки пробы в сушильной печи (обычно песчаные фунты
высушивают 3 ч, а остальные - в течение 2 ч) контейнер с закрытой
крышкой охлаждают вместе с печью не менее 45 мин. Массу закрытого
контейнера, с высушенной пробой определяют с точностью до 10 мг.
Влажные пробы. Пробу почвы помещают на чистую поверхность,
которая не абсорбирует влагу, и хорошо перемешивают. При этом
удаляют камни, прутки и другой сор размером более чем 2 мм. Если пробу
готовят к анализу на наличие органических микрозагрязнителей, то
камни, прутки и т.п. не удаляют.
Контейнер с крышкой высушивают в сушильном шкафу при 105 ±
5°С и охлаждают вместе с печью не менее 45 мин. Определяют массу
закрытого контейнера с точностью до 10 мг. Мерной ложкой помещают в
контейнер 30-40 г почвы и определяют массу закрытого контейнера с
точностью до 10 мг.
Пробу высушивают при 105 ± 5°С до достижения постоянной массы,
затем закрывают контейнер с крышкой и охлаждают вместе с печью не
менее 45 мин. Массу закрытого контейнера с высушенной пробой определяют с точностью до 10 мг.
Выражение результатов
Содержание влаги в почве определяют по уравнению (в некоторых
случаях содержание может быть больше 100%):
m1−m2
ꙍ𝐻2𝑂, % =
x100%
m2−m0
Содержание сухого вещества в пробе определяют по уравнению:
m1 − m2
ꙍ𝐻2𝑂, % =
x100%
m2 − m0
где т0 - масса пустого контейнера с крышкой, г;
т1 - масса контейнера с влажной пробой почвы, г;
т2 - масса контейнера с сухой пробой почвы, г:
Пересчет массы воздушно-сухой пробы почвы или немного влажной
почвы (х) в массу высушенной в печи почвы (у) проводят по уравнению:
100
y=x
100 + ꙍ𝐻2𝑂
Точность метода
Воспроизводимость двух отдельных повторных измерений должна
удовлетворять условиям, приведенным в табл. 1 и 2.
Таблица 1
Воспроизводимость метода для проб воздушно-сухой почвы
Содержание сухого
Содержание влаги,
Допустимое
вещества (ωm ),% (m/m)
(ωН2О ), (m/m)
отклонение
более чем
до и
включая
более чем
до
и включая
96
-
0
4,0
0
96
4,0
-
0,2% (m/m) абсолютной величины
0,5% средней величины
Таблица 2
Воспроизводимость метода для влажных проб
Содержание сухого вещества (ωm )
и влаги (ωН2О ), (m/m)
более чем
0
до и включая
30
30
-
Допустимое отклонение
1,5% (m/m) абсолютной
величины
5% средней величины
Отчет об определении должен содержать следующую информацию:
а) ссылку на международный стандарт ИСО 11465;
б) полную идентификацию пробы;
в) результаты определения содержания влаги или сухой материи;
г) характеристику пробы почвы (воздушно-сухая или влажная, наличие гравия,
сора, степень загипсованности и т.п.);
д) любые детали, не установленные в стандартной методике, и любые факторы,
которые могут повлиять на результаты определения.
ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 11
ТЕМА: «Определение органических веществ в почве. Определение
капиллярного поднятия воды в почве» (1 час)
Определение органических веществ
Источниками накопления органических веществ в почве являются
главным образом остатки различных растений (корни, листья и т.п.) и
животных. Под действием микроорганизмов эти остатки превращаются в
органические вещества, образующие гумус. Для определения органических
веществ существуют два метода: содовой вытяжки и метод прокаливания
почвы. Первый метод основан на том, что гуматы плохо растворимы в воде, а в
щелочах растворяются хорошо. Второй метод основан на выжигании гумуса.
Оборудование и реактивы
Штатив металлический, весы и разновес, две большие фарфоровые
выпарительные чашки, горелка, тигель металлический, муфельная печь, 10 %
раствор углекислой соды.
Первый способ.
Помещают 25 г воздушно-сухой почвы в фарфоровую чашку, приливают
50 мл 10 % раствора соды и в течение 10 минут кипятят, после чего раствору
дают отстояться. Затем раствор сливают в предварительно взвешенную
фарфоровую чашку, а осадок промывают водой два раза с последующим
отстаиванием. Промывную воду соединяют с полученным ранее раствором.
Жидкость выпаривают досуха сначала на горелке, а затем в сушильном шкафу
при температуре не выше 105-110 0С. Остаток взвешивают вместе с чашкой, и
массу последней вычитают из общей массы. Полученный результат
определяет количество органических веществ в почве. Отсюда легко рассчитать
процент гумуса.
Второй способ.
50 г почвы, из которой предварительно отобраны корешки, всыпают в
металлический тигель и подвергают просушиванию в сушильном шкафу в
течение 1-2 часов, в зависимости от влажности почвы, при температуре 105110 0С, после чего взвешивают и определяют массу остатка и процент
влажности.
Остаток прокаливают в муфельной печи при температуре не выше 4000С,
иначе вместе с гумусом могут выгореть фосфор и калий. Прокаливание
продолжают до тех пор, пока почва не изменит свой цвет (станет
красновато-сероватого цвета). После прокаливания почву взвешивают и
устанавливают разницу масс между предыдущим и последующим
взвешиванием. Так определяется процент органических веществ в почве.
Определение капиллярного поднятия воды в почве.
Капиллярная, или волосная, вода передвигается в тонких порах почвы. Это
движение происходит в силу поверхностного натяжения и смачивания. Вода
по капиллярам поднимается тем выше, чем меньше диаметр капилляра, чем
тяжелее механический состав почвы и грунта.
Опытные данные показывают, что в первый момент исследования
водоподъемная способность почвы наиболее велика в крупнозернистой почве,
а затем она падает. Наибольшей водоподъемностью отличаются
мелкозернистые почвы, у которых вода поднимается на наибольшую высоту.
При уплотнении почвы капиллярный подъем воды увеличивается; чтобы
избежать этого, необходимо рыхлить почву, и, наоборот, чтобы притянуть
влагу к поверхности почвы, последнюю уплотняют.
Оборудование и материалы.
Емкость с водой, стеклянные трубки диаметром 4-5 мм, длиной 50-60 см,
почва 100 г, кусочек марли, металлический штатив с лапками.
Ход работы.
Берут стеклянную трубку диаметром 4-5 мм и длиной 50-60 см, нижний
конец ее завязывают марлей и насыпают в нее воздушно-сухую почву
доверху. Трубку с почвой встряхивают несколько раз, чтобы почва
уплотнилась, после чего ее закрепляют в лапках штатива и под нижний конец
подводят сосуд с водой с таким расчетом, чтобы трубка была опущена в воду
не более чем на 0,5 см.
Отмечают время погружения трубки в воду и наблюдают скорость
поднятия воды, что определяется по изменению цвета почвы.
ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 12
ТЕМА: Моделирование парникового эффекта (1 час)
Цель работ ы: Моделирование парникового эффекта и получение в
результате эксперимента увеличения температуры.
Оборудование и реактивы:
Лампа 60 – 100 Вт
Стеклянный сосуд высотой около 15 см и диаметром 7,5 см
Черная бумага
Картон
Ножницы
Термометр –10 0С – 50 0С
Лист бумаги формата А 4 и карандаш
Выполнение работы:
Одна часть излучения лампы отражается от стеклянного стакана, другая
часть проходит через стенку сосуда и поглощается. Сосуд и содержащийся в
нем воздух при этом нагреваются.
Наличие парникового эффекта зависит от того, имеется ли
поверхность, которая поглощает видимое излучение. При этом происходит
нагревание поверхности и как следствие возникает инфракрасное излучение,
интенсивность которого определяется температурой. В отличие от видимого
излучения свет в этом диапазоне не может выйти из стеклянного сосуда.
(Стекло его отражает, а не пропускает в отличие от видимого света). В этом
состоит суть «парникового эффекта». Так как черная бумага поглощает
большую часть излучения и вызывает появление теплового излучения, воздух
в стеклянном сосуде, (в парнике) нагревается быстрее по сравнению с
предыдущим экспериментом.
Отрежьте кусок
картона размером закрывающим отверстие
стеклянного сосуда.
2. Сделайте
в
середине
картона
маленькое
отверстие
соответствующее диаметру термометра. Вставьте термометр в сосуд через
отверстие на глубину 5 см.
3. Возьмите лист бумаги и нарисуйте две отметки на расстоянии 10 – 15 см.
1.
Расположите источник света (лампу) таким образом, чтобы передний
фронт лампы соответствовал одной из отметок (Лампа – 60 Вт, расстояние
между лампой и стеклянным сосудом – 10 см). Лампа при этом должна
находиться в 10 см от лежащего на поверхности стола листа бумаги и должна
освещать стеклянный сосуд.
4.
Расположите центр стеклянного сосуда около другой метки. При
правильной установке термометр будет находиться в центре сосуда.
5.
Измерьте начальную
температуру в стеклянном сосуде, затем
включите лампу и фиксируйте в течение 10 минут через каждую минуту
значения температуры.
В конце эксперимента откройте стеклянный сосуд, удалив картон с
термометром. Оставьте сосуд и термометр остывать.
7.
Вырежьте кусок черной бумаги таким образом, чтобы, размещенный
в стеклянном сосуде на его задней (относительно лампы) стенке он закрыл
поверхность сосуда по всей высоте и по ширине на 1/3 диаметра сосуда.
Разместите вырезанный кусок бумаги на задней стенке сосуда.
8.
Расположите лампу и сосуд, как было сделано ранее, и повторите
эксперимент согласно пунктам 4 – 6. Убедитесь, что бумага хорошо освещена
лампой.
9. Представьте для обоих экспериментов график зависимости значений
температуры от времени измерения.
6.
Время, мин
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
Без черной
бумаги в
стеклянной
сосуде,
температура,
0
С
С черной
бумагой в
стеклянном
сосуде,
температура,
0
С
Контрольные вопросы:
1. Прокомментируйте ход кривой.
2. Обсудите различия между двумя кривыми.
ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 13
ТЕМА: Моделирование выпадения кислотных осадков (1 час)
Цель занятия: углубить представление о химических механизмах
выпадения кислотных осадков, сформировать умение моделировать эти
явления в лабораторных условиях и оценить их влияние на экологическую
обстановку.
Оборудование и реактивы: склянка с обрезным дном, 2000 см3 – 1шт.;
стаканы химические, 50 см3 – 3 шт; пипетки на 2 и 5 мл – 2 шт; хлоркальциевая
трубка с активированным углем – 1 шт; лакмус (водный раствор соляной
кислоты (1:1), гидрокарбонат натрия (крист.), хлорид гипохлорид кальция
(крист.), азотная кислота (1:1), сульфит натрия (крист.), серная кислота (конц.),
раствор аммиака в воде (25%), дистиллированная вода.
Выполнение работы:
Задача при проведении данной серии опытов заключается в оценке влияния
различных газов на кислотность атмосферных осадков.
1) «Атмосферные газы и кислотный дождь»
1. Зарисуйте в тетради и соберите прибор, изображённый на рис. 1.
Рис. 1. Схема прибора для демонстрации опыта «Атмосферные газы и
кислотный дождь»
1 – химический стакан («источник»), 2 – химический стакан («дождевые
капли»), 3 – химический стакан (контроль), 4 – склянка с обрезанным дном, 5 –
пробка резиновая, 6 – хлоркальциевая трубка с активированным углем.
Рис. 2. Схема прибора для проведения опыта «Атмосферные газы и кислотный
дождь» в домашних условиях
1, 2, 3 – полимерные прозрачные ячейки из под лекарственных препаратов,
которые так же выполняют функции, что и стаканы 1, 2, 3 («источник»,
«дождевые капли», контроль), 4 – пластиковый прозрачный флакон с
обрезанным дном, 5 – крышка флакона, 6 – уплотнение из резинового шланга
или пластилина.
2. Проведите опыт «Получение углекислого газа и его влияние на кислотность
воды», для чего проделайте следующее:
 в стакан (1) – «источник» внесите 1 г гидрокарбоната натрия,
 в стаканы (2) и (3) внесите 10-15 мл дистиллированной воды, добавив в неё
фиолетовый раствор лакмуса,
 приоткрыв пробку (5), быстро внесите в стакан (1) 1 мл соляной кислоты
(1:1), наблюдайте протекание реакции (какой при этом выделится газ?),
 наблюдайте, происходит ли изменение окраски воды с раствором лакмуса в
стаканах (2) и (3).
3. Аналогичным образом с использованием описанного прибора проведите
опыт «Получения оксида азота (IV) и его влияние на кислотность воды», для
чего в стакан (1) поместите 1 г хлорной извести (хлорид гипохлорит кальция) и
2 мл азотной кислоты (1:1).
4. Аналогичным образом проведите опыт «Получение оксидов серы и их
влияние на кислотность воды», для чего в стакан (1) поместите 1 г сульфита
натрия и 2 мл концентрированной серной кислоты.
5. Разберите прибор. Для нейтрализации скопившихся над склянкой (4) газов,
приоткрыв пробку (5), быстро внесите в один из стаканов 5 мл водного
раствора аммиака (25%), вымойте посуду (только после прекращения реакции).
6. Опишите явления, происходившие при проведении опытов. Запишите
уравнения соответствующих реакций. Дайте ответы на следующие вопросы:
 объясните назначение первого, второго и третьего стаканов и хлоркальцевой
трубки в применённой схеме приборов;
 какие природные явления моделируют данные опыты?
 в результате чего в атмосфере накапливаются оксиды углерода, азота, серы?
 сделайте выводы о влиянии оксидов серы, углерода, азота на кислотность
осадков.
Пояснение: при получении оксида азота (IV) и оксида серы (IV) в стакане (2)
происходит изменение окраски (среда становится кислой, рН меньше 7), при
получении углекислого газа изменение окраски в стакане (2) не наблюдается,
углекислый газ не накапливается в атмосфере в больших количествах и не
влияет в значительной степени на кислотность осадков.
Контрольные вопросы:
1. Источники антропогенного загрязнения атмосферного воздуха.
2. Основные группы химических веществ, формирующих кислотные осадки.
3. Меры борьбы с загрязнителями, вызывающими кислотные осадки.
ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 14
ТЕМА: «Вегетационные опыты по фиторемедиации почв,
загрязненных тяжелыми металлами» (1 час)
Фиторемедиация почв, загрязненных тяжелыми металлами Наличие
повышенных концентраций металлов в почве приводит к их накоплению в
дикорастущей флоре и сельскохозяйственных культурах, что сопровождается
загрязнением пищевых цепей. Высокие концентрации металлов делают почву
неподходящей для роста растений, в связи с чем нарушается биоразнообразие.
Загрязненные тяжелыми металлами почвы могут быть восстановлены
химическими, физическими и биологическими способами. В целом их можно
отнести к двум категориям.
Метод еx-situ требует удаления загрязненной почвы для обработки на или
вне участка, и возвращения обработанной почвы на первоначальное место.
Последовательность методов ex-situ, используемых для очистки загрязненных
почв, включает экскавацию, детоксификацию и/или разложение контаминанта
физическими или химическими способами, в результате чего контаминант
подвергается стабилизации, осаждению, иммобилизации, сжиганию или
разложению.
Метод in-situ предполагает очищение загрязненной почвы без ее
экскавации. Reed et al. определили технологии ремедиации in-situ как
разложение или трансформацию контаминанта, иммобилизацию для снижения
биодоступности и отделение контаминанта от почвы. Метод in-situ
предпочтительнее, чем ex-situ, вследствие его низкой стоимости и щадящего
влияния на экосистему. Традиционно метод ex-situ предполагает удаление
загрязненной тяжелыми металлами почвы и ее захоронение, что не является
оптимальным выбором, поскольку захоронение загрязненной почвы вне
участка просто переносит проблему загрязнения в другое место; при этом
существует определенный риск, связанный с транспортом загрязненной почвы.
Разбавление тяжелых металлов до приемлемого уровня путем добавления в
загрязненную почву чистой почвы и их смешивания, покрытие почвы
инертным материалом может быть альтернативой очистке почвы в пределах
загрязненного участка. Иммобилизация неорганического контаминанта может
быть использована в качестве ремедиационного метода для загрязненных
тяжелыми металлами почв. Она может достигаться путем коплексации
контаминантов, или повышением рН почвы путем известкования. Повышение
рН снижает растворимость тяжелых металлов, таких как Cd, Cu, Ni и Zn, в
почве. Хотя риск быть поглощенными растениями снижается, концентрация
металлов в почве остается неизменной. Большинство из этих традиционных
технологий очистки дороги и являются причиной дальнейшего нарушения уже
поврежденной окружающей среды. Биоремедиационные технологии,
получившие название "фиторемедиация", предполагают использование зеленых
растений и ассоциированной с ней микробиоты для in-situ очистки
загрязненных
почв
и
подземных
вод.
Идея
использования
металлаккумулирующих растений для удаления тяжелых металлов и других
соединений была впервые высказана в 1983 году. Термин "фиторемедиация"
состоит из греческой приставки фито- (растение), присоединенного к
латинскому корню remedium (восстановление).
Ризофильтрация подразумевает использование растений (как наземных,
так и водных) для адсорбции, концентрирования и осаждения контаминантов в
корнях из загрязненных водных источников с низкой концентрацией
контаминанта. Этим способом можно частично обработать промышленные
стоки, поверхностные стоки сельскохозяйственных угодий и объектов или
кислые дренажные стоки рудников и шахт. Ризофильтрация может быть
применена в отношении свинца, кадмия, меди, никеля, цинка и хрома, которые
в основном удерживаются корнями. Преимущества ризофильтрации включают
ее способность быть использованной как "in-situ", так и "ex-situ" и использовать
при этом виды растений, которые не являются гипераккумуляторами. Была
изучена способность подсолнечника, индийской горчицы, табака, ржи, шпината
и кукурузы удалять свинец из сточных вод, при этом подсолнечник показал
наибольшую эффективность очистки.
Фитостабилизация используется, главным образом, для очистки почв,
седиментов и осадков сточных вод и зависит от способности корней растений
ограничивать подвижность и биодоступность контаминантов в почве.
Фитостабилизация осуществляется посредством сорбции, осаждения и
комплексации
металлов.
Растения
снижают
количество
воды,
просачивающейся через загрязненную почву, что предотвращает эрозионные
процессы, проникновение растворенных контаминантов в поверхностные и
грунтовые воды и их распространение в незагрязненные районы.
Преимущество фитостабилизации заключается в том, что этот метод не требует
удаления загрязненной растительной биомассы. Однако и главным его
недостатком является сохранение контаминанта в почве, в связи с чем
применение данного способа очистки должно сопровождаться постоянным
мониторингом за содержанием и биодоступностью контаминантов.
Фитоэкстракция - наиболее подходящий способ удаления солей тяжелых
металлов почв без разрушения почвенной структуры и плодородия. Некоторые
авторы называют этот метод фитоаккумуляцией. Так как растение абсорбирует,
концентрирует и осаждает токсичные металлы и радионуклиды из
загрязненных почв в биомассе, это лучший способ очистки территорий с
рассеянным поверхностным
загрязнением и относительно низкой
концентрацией контаминантов. Существует две основные стратегии
фитоэкстракции: фитоэкстракция в присутствии хелатов, или индуцированная
фитоэкстракция, в которой добавление искусственных хелатов увеличивает
подвижность и поглощение металла - контаминанта; последовательная
фитоэкстракция, в которой удаление металла зависит от естественной
способности растений очищать; при этом под контролем находится только
число высева (посадки) растений. Открытие гипераккумулирующих видов еще
больше содействовало развитию данной технологии. Для того, чтобы сделать
эту технологию реально выполнимой, растения должны извлекать большие
концентрации тяжелых металлов корнями, перемещать их в надземную
биомассу и продуцировать большое количество растительной биомассы. При
этом важны такие факторы, как скорость роста, избирательность к элементу,
устойчивость к болезням, метод уборки. Однако медленный рост, поверхностно
распространяющаяся корневая система, низкая продуктивность биомассы
ограничивают применение гипераккумулирующих видов для очистки
загрязненных тяжелыми металлами территорий.
Фитоиспарение включает использование растений для выноса
контаминантов из почвы, трансформации их в летучую форму и транспирации
в атмосферу. Фитоиспарение используется в основном для удаления ртути, при
этом ион ртути трансформируется в менее токсичную элементарную ртуть.
Недостатком является то, что ртуть выброшенная в атмосферу, вероятнее всего
повторно возвращается путем осаждения и затем вновь попадает в экосистему.
Американские исследователи обнаружили, что некоторые растения,
произрастающие на субстрате, богатом селеном, продуцируют летучий селен в
форме диметилселенида и диметидиселенида. Есть сообщения, что
фитоиспарение было успешно применено для трития, радиоактивного изотопа
водорода), который распадался до стабильного гелия с периодом полураспада
около 12 лет. Фитодеградация. В фиторемедиации органических веществ
растительный метаболизм участвует в восстановлении контаминанта путем
трансформации, разложения, стабилизации или испарения загрязняющих
веществ из почвы и подземных вод. Фитодеградация представляет собой
разложение органических веществ, поглощенных растением, до более простых
молекул, которые включаются в состав растительных тканей. Растения
содержат ферменты, которые могут подвергнуть распаду и конвертировать
оружейные отходы, хлорсодержащие растворители, такие как трихлорэтилен и
другие гербициды. Ферментами обычно выступают дегалогеназы, оксигеназы и
редуктазы. Ризодеградация - это разложение органических соединений в почве
посредством микробиальной деятельности в корневой зоне (ризосфере) и
является намного более медленным процессом, чем фитодеградация.
Приведенные методы фиторемедиации могут быть использованы комплексно.
Итак, из обзора литературы видно, что в настоящее время фиторемедиация - это
быстро развивающаяся область исследований. За последние десять лет
исследователями из многих стран мира получено экспериментальное
подтверждение, в том числе в полевых условиях, перспективности данного
метода для очистки загрязненных сред от органических, неорганических
контаминантов и радионуклидов. Этот экологичный и недорогой способ
очистки загрязненных территорий является реальной альтернативой
традиционным способам восстановления нарушенных и загрязненных земель.
В России коммерческое применение фиторемедиации для почв, загрязненных
тяжелыми металлами и различными органическими соединениями, такими, как
нефтепродукты, находится в начальной стадии. Необходимы масштабные
исследования, направленные на поиск быстрорастущих и обладающих
выраженной способностью к накоплению контаминантов растений из числа
культурных и дикорастущих видов, характерных для того или иного региона,
экспериментальное подтверждение их высокого фиторемедиационного
потенциала, изучение способов его повышения. Отдельным важным
направлением исследований является изучение вопроса утилизации
загрязненной растительной биомассы с целью предотвращения повторного
загрязнения различных компонентов экосистемы и попадания контаминантов в
пищевые цепи.
Цель занятия: изучении фиторемедиационного потенциала ряда
дикорастущих и декоративных растений в условиях комплексного загрязнения
городской почвы тяжелыми металлами. Исследовательская работа проводилась
в течение одного вегетационного сезона.
Вегетационный опыт был заложен с растениями амаранта (Amaranthus
candatus) и львиного зева (Antirrhinum majus) на городской почве с ее
естественным загрязнением тяжелыми металлами (Cd, Cu, Pb и Zn) на уровне 1,
3 и 5 ПДК.
Выбор вариантов для опыта, который проводится по шкале нормирования
уровня загрязнения почв тяжелыми металлами: первый уровень < ПДК
(Контроль) -допустимый, второй - 1 ПДК - низкий, третий - 3 ПДК - средний,
четвертый - 5 ПДК - высокий. Схема опыта:
вариант - Контроль
вариант -ТМ (1 ПДК)
вариант -ТМ (3 ПДК)
вариант -ТМ (5 ПДК)
Опыт закладывают в пластмассовых сосудах, вмещающих 5 кг воздушносухой почвы. Посев проводили проросшими семенами. Тяжелые металлы
вносили в виде растворов химически чистых солей: Zn - ZnSO4·7 H2O, Cd CdSO4, Cu - CuSO4·5 H2O, Pb - (СН3СОО)2Рb. Перед закладкой опыта в
отобранных почвенных образцах определяют содержания валовых и
подвижных форм тяжелых металлов. Далее проводится набивка сосудов и
производится посев. После появления всходов проводят прореживание
растений на сосуд. Количество повторностей 3. Каждый сосуд имеет этикетку,
отображающую номер опыта, название растения, вариант и повторность. В
течение всей вегетации проводят фенологические наблюдения. По окончании
опыта производят укос растений и учет их массы.
Амарант (Amaranhus caudatus)
Однолетнее (как правило), однодомное растение семейства амарантовых.
В мире известно 65 родов и около 900 видов амаранта, в России и Казахстане,
имеющего еще одно название - щирица. Растения достигают 2-3 м высоты, с
толщиной стебля 8-10см, масса растения 3-5 до 30кг. Листья крупные,
продолговато-эллиптические с длинными черешками, клиновидные у
основания, и острые к верхушке. Соцветие - пышная метелка, длиной 1,5м
разной формы и плотности. Семена мелкие, белые, розовые, коричневые и
черные, блестящие, словно лакированные. Масса 1000 зерен всего 0,6-0,9 г. В
метелке до 0,5 кг семян. Облиственность растений в зрелом состоянии очень
велика - от 500 до 1000 листьев, а поэтому над одним м 2 почвы в несколько
ярусов расположены листья, общая поверхность которых в 6-10 раз больше (т.е.
индекс листовой поверхности равен 6-10). Амарант, как культура С4 типа имеет
фотосинтетические особенности, которые позволяют ему в течение короткого
времени при наличии необходимого питания набирать большую фитомассу, до
2000ц/га.