- •Химия окружающей среды
- •Химия окружающей среды
- •Оглавление
- •Введение
- •I. Химия атмосферы
- •Лабораторная работа № 1
- •Определение содержания азота и кислорода в атмосферном воздухе
- •Методом газовой хроматографии
- •Порядок выполнения работы
- •Требования к отчету
- •Лабораторная работа № 2 Определение содержания углекислого газа в атмосферном воздухе и в воздухе помещения
- •Порядок выполнения работы:
- •Требования к отчету
- •Лабораторная работа № 3 Определение концентрации аммиака в воздухе помещения
- •Порядок выполнения работы
- •Требования к отчету
- •Вопросы для самоподготовки
- •II. Химия гидросферы Лабораторная работа № 4 Определение рН, кислотности и щелочности воды
- •Порядок выполнения работы
- •Требования к отчету
- •Лабораторная работа № 5 Определение сухого и прокаленного остатков и жесткости воды
- •Порядок выполнения работы
- •Требования к отчету
- •Лабораторная работа № 6 Определение содержания анионов в поверхностных водах
- •Порядок выполнения работы
- •Требования к отчету
- •Лабораторная работа № 7 Определение окисляемости природных вод
- •Порядок выполнения работы
- •Требования к отчету
- •Вопросы для самоподготовки
- •III. Химия литосферы Лабораторная работа № 8 Катионообменная способность почв
- •Порядок выполнения работы
- •Требования к отчету
- •Лабораторная работа № 9 Определение содержания в почве подвижного алюминия
- •Порядок выполнения работы
- •Требования к отчету
- •Лабораторная работа№ 10 Определение содержания гумусовых веществ в почве
- •Порядок выполнения работы
- •Требования к отчету
- •Лабораторная работа № 11 Определение нитрифицирующей способности почвы
- •Порядок выполнения работы
- •Требования к отчету
- •Порядок выполнения работы
- •Вопросы для самоподготовки
- •IV. Миграции элементов и соединений в биосфере
- •Лабораторная работа № 13
- •Исследование процессов фотосинтеза и влияния токсичных
- •Соединений на фотосинтезирующую деятельность водорослей
- •Последовательные стадии фотосинтеза
- •Порядок выполнения работы
- •Требования к отчету
- •Вариант 2 Исследования фотосинтезирующей деятельности земных водорослей и влияние токсичных соединений на фотосинтез водорослей
- •Порядок выполнения работы
- •Требования к отчету
- •Вопросы для самоподготовки
- •Лабораторная работа № 14 Определение содержания нитратов в растительных объектах
- •Порядок выполнения работы
- •Требования к отчету
- •Основные величины и единицы измерения ионизирующего излучения
- •Порядок выполнения работы
- •Требования к отчету
- •Вопросы для самоподготовки
- •Лабораторная работа № 16 Уменьшение содержания хлорофилла в листьях растений – биоиндикационный признак неблагоприятных условий среды
- •Порядок выполнения работы
- •Требования к отчету
- •Результаты анализа
- •Вопросы для самоподготовки
- •Критерии оценки загрязненности поверхностных вод
- •Характеристика индикаторов
- •Важнейшие индикаторы
- •Распределение нитратов в растениях, мг/кг сырой массы
- •Величины хпк, бпк5 и рН в водоемах с различной степенью загрязненности
- •Накопление радионуклидов в биологических объектах
- •Основные термины и определения
- •Библиографический список
- •Химия окружающей среды
- •280201 – Охрана окружающей среды и рациональное
- •308012, Г. Белгород, ул. Костюкова, 46
Порядок выполнения работы
В начале готовят к работе электроды и калибруют нитратомер по методике, приведенной в работе № 5. Полученные в работе значения сравнивают с санитарно-гигиеническими нормами в растительных продуктах (табл. 3) и делают вывод о содержании нитратов в растениях и почвах в месте произрастания растений.
Вначале пробу растительного материала следует сначала отмыть, просушить фильтровальной бумагой. Для исследований необходима проба 0,25…0,5 кг. Пробу измельчают ножом или теркой на кусочки до 1 см. Затем взвешивают 10 г с точностью до первого десятичного знака и помещает в стакан гомогенизатора. В стакан гомогенизатора приливают также 50 см31%-ного раствора алюмокалиевых квасцов и гомогенизируют в течение 1…2 мин. В гомогенизированную массу погружают электроды и определяют значение по табло прибора.
Требования к отчету
В отчете нужно представить описание хода работы, данные о калибровке нитратомера и результаты анализа, вывод о соответствии содержания NO3--ионов в растительной ткани допустимому уровню.
Таблица 3
Санитарно-гигиенические нормы и допустимые уровни
нитратов в растительных продуктах
Продукт |
Допустимые уровни (мг/кг) |
Продукт |
Допустимые уровни (мг/кг) |
Арбузы Морковь ранняя поздняя Свекла столовая Лук репчатый Лук перо Томаты |
60 400 250 1400 80 600 150 |
Перец сладкий Огурцы Картофель Капуста белокочанная Кабачки Укроп, салат Яблоки, груши |
200 150 250 900 400 2000 60 |
Вопросы для самоподготовки
1. Круговорот азота в природе.
2. Соединения азота в атмосфере, гидросфере и литосфере.
3. Трансформация азота в биосфере. Последствия нарушения круговорота азота в биосфере.
4. Пути попадания нитратов в растительные объекты. Последствия отравлений избыточным количеством нитратов в овощах и фруктах.
Лабораторная работа № 15
Оценка радиоактивности объектов окружающей среды
Радиоактивность – самопроизвольное превращение (распад) атомных ядер некоторых химических элементов (урана, тория, радия, калифорния и др.), производящее к изменению их атомного номера и массового числа.
Основную часть облучения население земного шара получает от естественных источников радиации. Уровень радиации в некоторых местах земного шара, там, где залегают особенно радиоактивные породы, оказывается значительно выше среднего, а в других местах – соответственно ниже. Применение некоторых видов строительных материалов, использование газа для приготовление пищи, открытые угольные шахты, герметизация помещений и даже полеты на самолетах – все это увеличивает уровень облучения за счет естественных источников радиации. Земные источники радиации в сумме ответственны за большую часть облучения, которому подвергается человек за счет естественной радиации (они обеспечивают более 5/6 годовой эффективной эквивалентной дозы). Основные радиоактивнее изотопы – это 238U, 234Th, 230Th, 234U, 226Ra, 222Rn, 218Po, 214Po, 210Po, 214Pb, 210Pb, 214Bi, 90Sr, 137Cs и др.
Излучение также попадает из космоса. Космические лучи приходят в основном из глубин Вселенной, но некоторая их часть рождается на Солнце во время солнечных вспышек. Космические лучи могут достигать поверхности Земли или взаимодействовать с ее атмосферой, порождая вторичное излучение и приводя к образованию различных радионуклидов. Северный и Южный полюсы получают больше радиации, чем экваториальные полюсы, из-за наличия у Земли магнитного поля, отклоняющего заряженные частицы. Уровень радиации растет с высотой, поскольку над нами остается все меньше воздуха, играющего роль защитного экрана. Люди, живущие на уровне моря, получают в среднем из-за космических лучей эффективную эквивалентную дозу около 300 микрозивертов в год; для людей, живущих выше 2000 м над уровнем моря, эта величина в несколько раз больше.
Наиболее весомым из всех естественных источников радиации является невидимый, не имеющий запаха и вкуса тяжелый газ (в 7,5 раз тяжелее воздуха) радон (222Rn и 220Rn), который со своими дочерними продуктами распада ответственен за ¾ годовой индивидуальной эффективной дозы облучения, получаемой от земных источников радиации. Радон высвобождается из земной коры повсеместно; скорость проникновения исходящего из земли радона в помещения фактически определяется толщиной и целостностью межэтажных перекрытий. Концентрация радона в верхних этажах многоэтажных домов, как правило, ниже, чем на первом этаже. Большая часть облучения исходит от дочерних продуктов распада радона, а не от его самого.
Основную часть дозы облучения от радона человек получает, находясь в закрытом, непроветривемом помещении. Самые распространенные строительные материалы – дерево, кирпич и бетон – выделяют относительно немного радона. Гораздо большей радиоактивностью обладают гранит и пемза, используемые в качестве строительных материалов.
Еще один, менее важный источник поступления радона в жилые помещения представляет собой вода и природный газ. Концентрация радона в обычно используемой воде чрезвычайно мала, но вода из некоторых источников (глубокие колодцы, артезианские скважины) содержит очень много радона. В результате предварительной переработки и в процессе хранения газа перед поступлением его к потребителю большая часть радона в помещении может заметно возрасти, если кухонные плиты не снабжены вытяжкой.
К естественным источникам радиации также относятся:
1) добыча угля; концентрация радионуклидов в разных угольных пластах различается в сотни раз. В основном уголь содержит меньше радионуклидов, чем земная кора в среднем. Но при сжигании угля большаячасть его минеральных компонентов спекается в шлак или золу, куда в основном и попадают радиоактивные вещества. Облака взвешенных веществ из труб тепловых электростанций приводят к дополнительному облучению людей, а оседая на землю, частички могут вновь вернуться в воздух в составе пыли;
2) термальные воды; некоторые страны эксплуатируют подземные резервуары пара и горячей воды для производства электроэнергии и отопления домов, которые содержат радон;
3) фосфатные месторождения; большинство разрабатываемых в настоящее время фосфатные месторождений содержит уран, присутствующий там в довольно высокой концентрации. В процессе добычи и переработки руды выделяется радон, да и сами удобрения радиоактивны, и содержащиеся в них радиоизотопы проникают из почвы в пищевые культуры, но радиоактивное загрязнение в этом случае незначительно. Оно возрастает при внесении удобрений в жидком виде, или если минералы, содержащие фосфаты скармливают скоту.
К антропогенным источникам относят:
1) медицинские процедуры и методы мечения (рентгеновские обследования, лучевая терапия, компьютерная томография);
2) испытание ядерного оружия в атмосфере; часть радиоактивного материала выпадает в виде осадков недалеко от места испытаний, другая часть задерживается в тропосфере, подхватывается ветром и перемещается на большие расстояния. Находясь около месяца, радиоактивные вещества во время этих перемещений постепенно выпадают на землю. Однако большая часть материала выбрасывается в стратосферу, где он остается многие месяцы, медленно опускаясь и рассеиваясь по всей поверхности земли;
3) атомные электростанции (АЭС) в последнее время вносят незначительные вклад в суммарное облучение населения. АЭС являются частью ядерного топливного цикла, который начинается с добычи и обогащения урановой руды. Следующий этап – производство ядерного топлива. Отработанное в АЭС ядерное топливо иногда подвергается вторичной переработке, чтобы извлечь из него уран и плутоний. Заканчивается цикл захоронением радиоактивных отходов. На каждой стадии ядерного топливного цикла в среду попадают радиоактивные изотопы. На АЭС происходят уточки радиоактивного материалы из реакторов. Доза облучения от ядерного реактора зависит от времени и расстояния. Чем дальше человек живет от АЭС, тем меньшую дозу он получит. Радиоактивные вещества распадаются с определенной скоростью, характеризуемой периодом полураспада (Т1/2), т.е. временем, за которое распадается половина всех атомов. Распад атомов сопровождается излучением разного вида.
-излучение представляет собой поток положительно заряженных частиц (ядер атомов гелия), движущихся со скоростью около 20000 км/с. Пробег в воздухе таких частиц составляет 7...8 см, в биологических тканях – <0,1 мм. -излучение имеет мощность 2…8 МэВ.
-излучение – поток заряженных частиц – электронов (или позитронов). Скорость близка скорости света. Энергия – от 2 КэВ до 17 МэВ, пробег в воздухе – несколько метров, в биологических тканях – 1…2 см.
-излучение – коротковолновое электромагнитное излучение. Энергия излучения – 100…20 МэВ. Пробег в воздухе – до 100 м, в биологической ткани – >20 см.
При ядерных реакциях возможно и нейтронное излучение, представляющее поток нейтронов: быстрые – 0,5...10 МэВ, промежуточные – 0,5 эВ…500 КэВ, медленные – < 1 КэВ, тепловые – <0,025 эВ.
Излучение, сопровождающее ядерный распад, относят к ионизирующим излучениям, т.к., проходя через различные вещества, излучение способно вызвать ионизацию атомов как при непосредственном соударении, так и опосредованно. Некоторые величины, описывающие ионизирующее излучение и единицы его измерения, представлены в табл. 4.
На практике чаще измеряют не свойства самого радиоактивного образца, а результат его воздействия или предполагаемый результат воздействия радиоактивного излучения. Одним из показателей является поглощенная доза, за единицу которой принимают Грей (Гр) – доза излучения 1Дж, поглощенная массой вещества в 1 кг.
Свойство биологической ткани – реагировать на различные вида ионизирующего излучения выражается через определение эквивалентной дозы. В системе СИ за единицу принят зиверт (Зв) – эквивалентная доза любого вида излучения, поглощенная в 1 кг биологической ткани, создающая такой же эффект, как и поглощенная доза фотонного излучения в 1 Гр.
Таблица 4