3. Лабораторна робота.

ВИЗНАЧЕННЯ БІОГЕННОГО ПОЛЮТАНТУ АМІАКУ В

ПОВІТРІ

Мета роботи. Засвоїти методику кількісного визначення аміаку в повітрі і закріпити навички фотоколориметричного аналізу речовин.

Теоретична частина

Нітроген є головною складовою частиною земної атмосфери (див. табл. 3.7). Його кларк в земній корі - 0,0019%. У природі Нітроген існує у вигляді двох стійких ізотопів ¹⁴М і ¹⁵І>Е Його присутність в атмосфері послаблює окиснювальні властивості Оксигену. Крім N2 у повітрі знаходяться сліди сполук, що містять нітроген: аміаку ЙН₃ - продукту гниття органічних сполук, (на прикладі розкладення і окиснення амінокислот, рів. 3.17), нітроген оксидів - N0, М0₂ (рів. 3.18, 3.20) і нітратної кислоти, що утворюється в процесі атмосферних електричних розрядів під час гроз із N3, пари води і Оксигену (рів. 3.19, 3.21):

ЙН₂- СН₂- СООН + 30₂-> 2СО_г + ИН₃ + 2Н_гО (3.17)

М₂ + 0₂->2Ж) (3.18) 2Ж>, + Н₂0 -* НЙ0₃ + НЖ>₂ (3.19)

2Ж> + О₂-»2Ж>₂(3.20) НЖ)₂ -> НЖ)₃ + 2Ж> + Н₂0 (3.21)

З мінералів промислове значення мають селітри КМ0₃ та МаКО._г Нітроген — обов’язковий елемент, що входить до складу білків, однак рослини не здатні засвоювати вільний азот. Зв’язаний нітроген, що надходить до ґрунту у вигляді N0,/ і той, що перебуває в ґрунті як N11,, після впливу бактерій-нітрифікаторів за схемою: N11., —» N0 2 —> N0 - , доступний для засвоєння рослинами.

У результаті утворюються рослинні білки, що за трофічним ланцюгом рослини -А тварини -> людина перетворюються на білкові молекули тварин і людини, розщіплюються в їхніх тілах, вивільнюючи необхідну для життєдіяльності енергію, а також кінцеві продукти метаболізму: сечовину N11» - СО - N11, і N11.,, що виділяються в довкілля і знову засвоються рослинами і мікро,- організмами. Так, денітрифікатори розкладають аміак до вільного азоту, що надходить до атмосфери, а азотфіксуючі бактерії переводять атмосферний азот в аміак:

2N₂ + 6Н,0 + ЗС = 4NH₃ + ЗС0₂, ДН = -347,3 кДж/моль (3.22).

Таким чином, з велетенського запасу Нітрогену в літосфері й атмосфері в кругообігі Нітрогену бере участь тільки той, що фіксується живою речовиною континентів й океану. Обмінний фонд І Іітрогену складають:

• Нітроген продукції біомаси;

• Нітроген біофіксації мікроорганізмами;

• Нітроген атмосферний, фіксований при грозових розрядах;

• Нітроген вулканічної природи;

• Нітроген техногенного походження, а також мінеральних добрив.

Для визначення аміаку в повітрі застосовують специфічну, високочутливу реакцію на катіон амонію і фотоелектроколори- метричний метод, що базується на вимірі оптичної густини розчину, який поглинає аміак. У якості поглинача використовують розчин сульфатної кислоти, С = 0,01 моль/л і індикаторний реактив, т. зв. реактив Несслера, який являє собою лужний розчин комплексної сполуки калій тетраіодомеркурату (II) -

кдадд + кон.

Сутність методу полягає в тому, що аміак повітря утворює бон амонію в поглинальному приладі: 2NH₃ + H₂S0₄~>2NH₄⁺ + SO^ , реагуя з сульфатною кислотою. N11 ⁺ взаємодіє з реактивом І Гесслера, утворюючи оксимеркуратамоній іодид, що є забарвленою

сполукою жовто-бурого кольору. Реакція дозволяє визначати присутність сотих часток мг ІЧГНд/л.

Перевівши досліджувану речовину до забарвленого розчину, застосовують візуальний або фотоелектроколориметричний метод аналізу, вимірюючи оптичну густину як характеристику інтенсив­ності забарвлення, оскільки вона пропорційна концентрації речовини, див. 3.2.7.

Експериментальна частина

Устаткування і реактиви: аспіратор для відбору проб, поглинальний прилад, фотоелектроколориметр або спектрофото­метр; вимірювальні піпетки місткістю 1, 2, 5,10 мл з ціною поділки 0,1 і 0,01 мл; мірні колби, місткістю 100 мл — 6 шт, місткістю 1л —

2. шт.; стандартний розчин МН₄С1, зі вмістом 3,147 г >Ш₄С1 на 1 л розчину; розчин сульфатної кислоти, С = 0,01 моль/л; реактив Несслера (4,55 г Нё1₂ перемішують у ступці з 10 мл води, додають

5. г КІ та 11,2 г КОН і розводять до 100 мл водою).

Хід аналізу

1. етап. Приготування робочого розчину ИН₄СІ зі вмістом аміаку 0,01 мг/мл. Для цього з даного стандартного розчину їчГН₄С1

2. концентрацією КН₃ 1 мг/мл піпеткою відбирають 10 мл, переносять до мірної колби місткістю 1 л і доводять дистильованою водою до риски.

2. етап. Приготування еталонних розчинів. Послідовно відміряють піпеткою розчин Н₂80₍, С = 0.01 моль/л до колоримет­ричних пробірок і у ті ж пробірки додають відміряні піпеткою з ціною поділки 0,01 мл згідно таблиці робочий розчин ЫН СІ зі вмістом аміаку 0,01 мг/мл. У кожну пробірку додають по 0,5 мл реактиву Несслера, перемішуючи вміст. Забарвлення еталонів розвивається протягом 10 - 15 хв і є стійким 1 годину.

Домашнє завдання: при підготовці до лабораторної роботи розрахувати вміст 1УН_Ч, мг/мл, у розчинах-стандартах; дані занести до таблиці.

З етап. Побудова калібрувального графіку. Вимірюють оптичну густину стандартів на фотоелектроколориметрі, із застосуванням зеленого світлофільтру (А, = 540 нм), кювети довжиною 3 см і розчину у пробірці нулевого стандарта (розчин

11. ,80 ) для порівняння.

Компоненти стандартів	Номер стандарту
і/або їх параметри	Нульовий	1	2	->	4	5
Робочий розчин 1ЧН4С1 з вмістом ІМНі 0.01 мг/мл. мл	0	0.1	0.2	0.4	0.8	1.0
Розчин Н2804. С = 0.01 моль/л. мл	5.0	4.9	4.8	4.6	4.2	4.0
Об'єм реактива Несслера, мл	0.5	0.5	0.5	0.5	0.5	0.5
Вміст аміаку, мг/мл	0
Оптична густина стандартів. О	-
Оптична густина проби, П ( проби) = »	пг(ИН3)=	V = ' повітря		V,, =		Х =

Визначення оптичної густини стандартів роблять за їх зростаючою концентрацією. За даними таблиці будують калібру­вальний графік залежності оптичної густини від концентрації: на осі абцис — вміст аміаку, мг; на осі ординат — визначені величини оптичних густин.

4 етап. Відбір проби повітря роблять за допомогою аспіра­тора, протягуючи крізь поглинальний прилад, що містить 10 мл розчину Н₂в0₄, С = 0.01 моль/л, 2 л повітря зі швидкістю 0.5 л/хв.

ГІо закінченні відбору в колориметричну пробірку вносять і) мл розчину проби і додають 0,5 мл реактиву Несслера, струшують пробірку. Через 5 - 10 хв визначають оптичну густину досліджу­ваного розчину. За графіком надходять вміст аміаку у пробі; усі отримані дані заносять до таблиці.

Вимірюють тиск барометром і температуру, при яких відбувався відбір проби. Об’єм повітря при нормальних умовах (V )

РУ РЛ

розраховують виходячи із формули: _{Т т} ,

^{1 1}0

де Р - тиск досліджуваного повітря, гПа; V— об’єм повітря, який пройшов крізь поглинальний прилад, л; Т - температура повіт­ря, К; Р_д,Т_дУ₀ — тиск, температура і об’єм досліджуваного повітря за н.у., відповідно. Спробуйте вивести формулу самостійно, при необхідності звертайтесь до ч. II, 3.3.2.

Визначення концентрації аміаку у пробі повітря, мг/м³,

обчислюють за формулою: Х= '^00 ₍

у-Ко

де т — вміст N11.,, мг, знайдений за калібрувальним графіком, V — об’єм проби в поглинальному приладі, мл; V—об’єм досліджуваного розчину, узятого для аналізу, мл; V' - об’єм повітря за н.у.

Запитання до захисту лабораторної роботи

1. Як виявити у розчині йон амонію?

2. Чи можна вилучити вологу із газуватого аміака за допомогою фосфор пентаоксиду, концентрованої сульфатної кислоти або кальцій хлориду?

3. Як здіснюється кругообіг Нітрогену і які нітрогеновмісні сполуки приймають в ньому участь?

4. Буле б можливим життя на Землі, якщо із її атмосферної оболонки зник нітроген? Відповідь поясніть.

5. Які шляхи міграції Нітрогену і як вони пов’язані з живою речовиною?

6. Як відбувається в природі засвоєння атмосферного азоту і його перетворення організмами?

7. За даними аналізів визначення пилу, фенолу і аміаку розрахуйте індекс забруднення атмосфери.