Добавил:
ivanov666
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз:
Предмет:
Файл:Эколого-аналитический контроль состояния окружающей среды. Учебное пособие
.pdf
111
кислорода снижается примерно на 0,3 мг/л, следовательно, зная температуру
воды, можно получить приближенное представление о содержании в ней кислорода по следующей формуле:
О
2в
= 14,7 – 0,3·Т,
где О2в — содержание кислорода в водоеме при данной температуре, мг/л;
14,7 — содержание кислорода при 0 °С; Т — температура воды, °С.
Относительное содержание кислорода в воде, выраженное в процентах его
нормального содержания называется степенью насыщения воды кислородом, вычисляется по формуле:
где О2— концентрация кислорода, мг/л; Р — атмосферное давление в данной
местности, мм рт. ст.
В поверхностных водах содержание растворенного кислорода подвержено
значительным сезонным и суточным колебаниям. В эвтрофированных и сильно
загрязненных органическими соединениями водных объектах может иметь место
значительный дефицит кислорода. Уменьшение концентрации РК до 2 мг/л вызывает массовую гибель рыб и других гидробионтов.
В воде водоемов в любой период года до 12 ч дня концентрация РК должна
быть не менее 4 мг/л.
Определение кислорода в поверхностных водах включено в программы
наблюдений с целью оценки условий обитания гидробионтов, в том числе рыб,
а также как косвенная характеристика оценки качества поверхностных вод и регулирования процесса очистки стоков. Она существенна для аэробного дыхания
и является индикатором биологической активности (т.е. фотосинтеза) в водоеме
(табл. 1).
Таблица 1
Краткая характеристика загрязненных вод
Уровень загрязненности воды
и класс качества
растворенный кислород, мг/л
%
насыщения
лето
зима
очень чистые, I
9
14–13
95
чистые, II
8
12–11
80
112
Уровень загрязненности воды
и класс качества
растворенный кислород, мг/л
%
насыщения
лето
зима
умеренно загрязненные, III
7–6
10–9
70
загрязненные, IV
5–4
8–6
60
грязные, V
3–2
5–1
30
очень грязные, VI
0 0 0
Практическая часть.
1. Осторожно, не расплескивая, набрать 250 мл воды в калиброванный со-
суд и оставить его под водой, чтобы в него не попадали пузырьки воздуха.
2. В пробу воды пипеткой добавить 2 мл хлорида марганца и 2 мл щелочного раствора йодида калия; конец пипетки должен касаться дна сосуда. Более
тяжелый раствор солей вытеснит из сосуда равное количество воды, находящейся
в верхнем слое.
3. Добавить 2 мл концентрированной соляной кислоты и закрыть сосуд так,
чтобы в нем не было пузырьков воздуха. Xopoшо потрясти сосуд для того, чтобы
растворился осадок гидроксида марганца, выпавший в щелочной среде. При этом
йодистые соединения окислятся, выделившийся йод окрасит раствор в желтый цвет.
4. Для исследования отлить из сосуда в коническую колбу 50 мл воды. Из
бюретки оттитровать ее 0,01 М раствором тиосульфата натрия следующим
образом:
а) постоянно встряхивая коническую колбу, доливать в нее раствор тио-
сульфата до тех пор, пока желтый цвет не побледнеет;
б) добавить 3 капли раствора крахмала и продолжать титровать, постоянно
встряхивая колбу до тех пор, пока не исчезнет темно-синяя окраска крахмала.
Записать объем израсходованного тиосульфата натрия в табл. 2.
Таблица 2.
Объем израсходованного тиосульфата натрия
V1
V2
V3
Vср
5. Трижды повторить операцию пункта 4 с 50 мл исследуемой воды и вычислить средний объем расходуемого тиосульфата (Vi).
6. При использовании этих растворов 1 мл израсходованного 0,01 М тиосульфата соответствует 0,056 мл кислорода в условиях нормальной температуры
и давления (НТД).
113
7. Рассчитать содержание кислорода в воде, мг/л, используя следующую
формулу:
,
где Vср — объем тиосульфата, расходуемый на титрование 50 мл воды.
Результаты опыта занесите в бланк протокола, см. прил. 2.
Опыт 2. Определение содержания
растворенного углекислого газа в воде
Оборудование и реактивы:
– 0,01 М раствор щелочи NaOH; фенолфталеина;
– пипетки на 5 мл, бюретка, белая кафельная плитка, 3 конические колбы,
калиброванный сосуд с притертой пробкой.
Теоретическая часть.
Содержание СО2 в воде определяют титрованием воды 0,01 М раствором
щелочи NaOH в присутствии фенолфталеина до появления неисчезающей розовой окраски.
Практическая часть.
1. 100 мл исследуемой воды поместить в коническую колбу.
2. Добавить 3–5 капель фенолфталеина.
3. Оттитровать исследуемую воду 0,01 М раствором NaOH до появления
стабильной розовой окраски.
Записать объем израсходованного тиосульфата натрия в табл. 3.
Таблица 3
Объем израсходованного тиосульфата натрия
V1
V2
V3
Vср
4. Трижды повторить операцию пункта 3 с 100 мл исследуемой воды и вычислить средний объем расходуемой щелочи (Vi).
5. Количество растворенного углекислого газа рассчитывают по формуле:
,
114
где Vср — объем раствора NaOH, израсходованного на титрование, мл; 100 — объем
воды, взятой на титрование, мл; 0,01 — нормальная концентрация раствора NaOH;
11 — эквивалент углекислого газа.
Результаты опыта занесите в бланк протокола, см. прил. 2.
ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 5.
ОЦЕНКА ЭКОЛОГИЧЕСКОГО СОСТОЯНИЯ ВОЗДУШНОЙ СРЕДЫ
Цель работы: оценка содержания в воздухе углекислого газа и загрязнен-
ности воздуха пылью.
Задание:
1. Ознакомиться с динамикой изменения концентрации углекислого газа
в атмосфере. Новости ООН https://news.un.org/ru/tags/uglekislyy-gaz.
2. Оценка содержания в воздухе углекислого газа.
3. Оценка запыленности воздуха.
4. Оформить выполненную работу согласно требованиям, используя
MS Word. Графики зависимостей построить, используя MS Excel.
5. Ответить на контрольные вопросы к лабораторной работе, используя
для выполнения заданий и коммуникации Word, Excel, MyTestX, Microsoft Teams
(в случае выполнения работы в составе бригады используются сервисы для совместной и одновременной работы: Microsoft Teams, Рadlet).
Теоретическая часть.
Углекислый газ (оксид углерода (IV), СО2) — газ, выделяемый в воздух
всеми живыми существами. Кроме того, огромные количества этого газа выбрасываются в воздух при производстве цемента, сгорании топлива, при пожарах
и т.п. Содержание СО2 в атмосфере непрерывно повышается в результате деятельности человека, что обусловливает потепление климата (парниковый эффект).
Нормальное содержание СО2 в атмосфере составляет 0,03–0,04 %. Оксид
углерода (IV) не оказывает токсического действия на живые организмы (растения даже усваивают его в процессе фотосинтеза). Однако, находясь в избыточном
количестве в воздухе классной комнаты, он вызывает у учащихся снижение активности на уроке, повышенную утомляемость. А при концентрации СО2 на
уровне 5 % уже нельзя нормально работать и появляется угроза удушья (при соответствующем снижении концентрации кислорода). Таким образом, после выполнения данной практической работы вы сможете сами определить условия,
при которых можно повысить результативность занятий, а также получить представление о естественном («фоновом») содержании СО2 в атмосфере и возможности его изменения в процессе антропогенной деятельности.
115
Запыленность воздуха — важнейший экологический фактор, сопровожда-
ющий нас повсюду. Пылью считаются любые твердые частицы, взвешенные в
воздухе. Безвредной пыли не существует. Экологическая опасность пыли для человека определяется ее природой и концентрацией в воздухе.
Пыли можно подразделить на две большие группы:
1. Мелкодисперсная пыль, состоящая из легких и подвижных частиц размером до нескольких десятков и сотен микрон (1 микрон равен 10–3 мм). Такая
пыль может находиться в воздухе длительное время — «витать». Она попадает
с воздухом в легкие при дыхании, может накапливаться в организме.
2. Крупнодисперсная пыль, состоящая из тяжелых и малоподвижных частиц. Такая пыль быстро выпадает из воздуха при отсутствии ветра, образуя пылевые отложения (например, на шкафу). Отложения пыли являются источниками
вторичного загрязнения воздуха.
В 1 см3 воздуха в закрытом помещении может содержаться до 106 пылинок
различного размера, природы и степени опасности. Пыль может содержать органические вещества (частицы биогенного происхождения: растительного, животного и антропогенного) и неорганические вещества (частицы почвы, строительных материалов, синтетических моющих средств, различных химических веществ
и др.). На пылевых частицах могут поселяться вредные микроорганизмы, адсорбироваться еще более мелкие частицы вредных веществ (например, тяжелых металлов, органических соединений).
Наиболее токсична пыль, содержащие сложные белковые молекулы и простейшие организмы (живые и отмершие), например, пыль белково-витаминного
концентрата, пыль хитинового покрова отмерших бытовых насекомых: мух, тараканов, муравьев и т.п. Такие пыли вызывают аллергические заболевания как
при вдыхании, так и при попадании на кожу (при контакте). Некоторые виды
пыли могут создавать взрывоопасные смеси с воздухом (древесная, хлопковая,
мучная и т.п.). Значения предельно допустимых концентраций для пыли различной природы приведены в приложении 1.
Очень важно уметь оценивать качество воздуха по содержанию в нем
пыли, зная ее разнообразие и представляя ее экологическую опасность.
Опыт 1. Оценка содержания в воздухе углекислого газа
Оборудование: барометр, вскрыватель индикаторных трубок, индикатор-
ные трубки (ИТ) для определения углекислого газа, мешок полиэтиленовый объемом 3–5 л, насос-аспиратор (см. цветное фото на внутренней стороне обложки),
термометр.
116
Выполнение работы.
I. Экспресс-анализ воздуха на содержание углекислого газа.
1. Вскройте ИТ на СО2 с обоих концов. Соблюдайте осторожность при
вскрытии ИТ во избежание порезов осколками стекла! Обратите внимание на цвет
наполнителя ИТ.
2. Подсоедините ИТ со стороны выхода воздуха к насосу.
3. Сделайте необходимое по инструкции количество качков насосом, про-
сасывая через ИТ воздух помещения (улицы, парка).
Примечания:
– внимательно прочитайте инструкцию по применению ИТ и насоса;
– отметьте изменение окраски наполнителя и длину прореагировавшего
столбика наполнителя после покачивания;
– для точных измерений измерьте и зафиксируйте значение температуры
воздуха (t, °C) и атмосферного давления (Р, мм рт. ст.) в момент покачивания
воздуха насосом;
– расположите ИТ рядом со шкалой, изображенной на этикетке, и определите величину концентрации углекислого газа (С) в мг/м3 по границе столбика,
изменившего окраску;
– приведите значение концентрации, измеренное при температуре и давлении Р, к нормальным условиям (t = 20 °С, Р = 760 мм рт. ст.). Расчет проводите
по формуле:
.
Примечание. При отсутствии данных о температуре и атмосферном давлении в момент покачивания можно принять t = 20 °С и Р = 760 мм рт. ст. (Полученный результат анализа является приблизительным).
Опыт 2. Экспресс-анализ выдыхаемого воздуха
на содержание углекислого газа
Выполнение данного эксперимента аналогично предыдущему, но имеет
некоторые особенности, связанные с отбором пробы выдыхаемого воздуха.
1. Приготовьте и расправьте полиэтиленовый пакет.
Примечание. Пакет должен быть чистым и сухим.
2. Сделайте выдох в пакет, наполняя его выдыхаемыми газами.
3. «Загерметизируйте» пакет, зажав его горловину рукой.
117
4. Возьмите заранее приготовленную и вскрытую индикаторную трубку,
вставьте в насос. Приоткройте пакет и быстро поместите туда индикаторную
трубку с насосом, после чего пакет снова «загерметизируйте», зажимая рукой.
5. Сделайте необходимое по инструкции количество качков насосом, про-
сасывая через ИТ воздух из мешка.
6. Пересчитайте концентрацию СО2 из мг/м3 в % по формуле:
,
где C1 — концентрация газа в объемных процентах; С2 — концентрация газа
в мг/м3; М — молекулярная масса углекислого газа (М = 44 г/моль).
Обработка результатов и выводы.
1. Занесите полученные результаты в табл. 1.
Таблица 1
Содержание углекислого газа в выдыхаемом воздухе
Место анализа воздуха
Условия анализа
Концентрация углекислого газа
Температура,
°С
Атмосферное
давление,
мм рт.ст.
мг/м3
%
(обьемн.)
Улица
Парк
Класс
2. Проанализируйте полученные результаты и сделайте выводы о качестве
воздуха.
Опыт 3. Оценка запыленности воздуха
Оборудование: вода дистиллированная, раствор соляной или азотной кислоты (10 %), весы аналитические, измеритель расхода воздуха, лопатка для взятия образцов отложений пыли, микроскоп с объективом «X 8» (восьмикратное
увеличение), насос для просасывания воздуха (переносная ротационная установка
типа ПРУ)1, пипетка, покровные и предметные стекла для микроскопа, секундомер, фильтры бумажные типа АФА-10 с фильтродержателем.
1
В данной работе может быть также использован водоструйный насос, обеспечивающий всасывание
воздуха с расходом не менее 2 л/мин.
118
Выполнение работы.
I. Определение относительной запыленности воздуха.
1. Нанесите 1 каплю воды на предметное стекло.
2. Установите предметное стекло в выбранном месте на 15 мин.
3. Накройте каплю с осевшими на нее пылинками покровным стеклом, при-
готовив таким образом микропрепарат.
4. Поместите микропрепарат на предметный столик микроскопа. Добей-
тесь такого увеличения, чтобы в поле зрения микроскопа была как можно большая
площадь капли.
5. Сосчитайте количество пылинок в капле и опишите их качественный со-
став (вид, структуру, взаимное расположение, особенности строения и др.).
6. Определите количество пылинок за 15 мин на поверхности капли такой
же площади (не изменяя степени увеличения микроскопа) после выдерживания
предметного стекла с каплей в различных местах одного и того же помещения,
в разных помещениях.
Опыт 4. Определение качественного состава пыли
1. Отберите образец пыли, поддевая лопаткой отложения пыли на «до-
рожке» в 3–5 см.
2. Перенесите образец пыли с лопатки на предметное стекло.
3. Накройте образец пыли покровным стеклом, приготовив микропрепарат
сухой пыли.
4. Поместите микропрепарат на предметный столик микроскопа. Добейтесь
такого увеличения, чтобы в поле зрения микроскопа была как можно большая
площадь микропрепарата.
5. Рассмотрите микропрепарат в микроскоп и опишите, из чего состоит
пыль (внешний вид, форма, размеры, взаимное расположение и цвет частиц и др.).
6. Поднимите покровное стекло препаровальной иглой и нанесите на образец пыли каплю раствора кислоты. Сразу же накройте смоченный микропрепарат
покровным стеклом.
7. Поместите микропрепарат на предметный столик микроскопа. Рассмотрите его в микроскоп и опишите изменения, происшедшие с образцом пыли
в растворе кислоты.
Примечание. Имейте в виду, что в растворе соляной кислоты растворяются
преимущественно частицы известняков и водорастворимые соли, а в растворе
азотной кислоты — и большинство других минеральных солей.
119
Опыт 5. Количественное определение концентрации пыли
1. Соберите схему установки, как показано на рис. 1.
Рис. 1. Схема установки
2. Взвесьте фильтр на аналитических весах с точностью до ± 0,1 мг и запишите его исходный вес (m
исх
) в мг.
3. Поместите взвешенный фильтр в фильтродержатель, который затем герметично закройте и присоедините к установке.
4. Включите покачивание воздуха с расходом 10–20 л/мин (при использовании водоструйного насоса установите максимально возможный расход). Одновременно включите секундомер и отрегулируйте (определите) фактическую
величину расхода воздуха в л/мин. Прокачивайте воздух через фильтр в течение
не менее 1 ч, определяя средний расход воздуха за время покачивания (Q). Всего
через фильтр желательно прокачать не менее 2 м3 воздуха.
5. Извлеките фильтр из фильтродержателя и снова взвесьте его, запишите
конечный вес (т
кон
).
6. Рассчитайте массовую концентрацию пыли (С) в мг/м3 по формуле:
,
где m
исх
и т
кон
— исходный и конечный вес фильтра соответственно, мг;
1000 — коэффициент пересчета объема воздуха из литров в кубические метры;
Q — среднее значение расхода воздуха, л/мин; t — продолжительность прокачивания воздуха, мин.
Обработка результатов и выводы.
1.Занесите результаты проведенных экспериментов в табл. 2.
120
Таблица 2
Результаты наблюдений
№ образца
пыли
Место отбора
образца пыли
Количество пылинок
в поле зрения при
15-минутной
экспозиции
Описание
качественного
состава образца
(с учетом
поведения
в растворе
кислоты)
Концентрация
пыли, мг/м3
2. Проанализируйте полученные результаты и сделайте выводы:
– о качественном составе пыли;
– об относительной запыленности воздуха в разных точках помещения;
– об экологическом состоянии помещения (его запыленности).
ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 6. РАСЧЕТНАЯ ОЦЕНКА КОЛИЧЕСТВА
ВЫБРОСОВ ВРЕДНЫХ ВЕЩЕСТВ В ВОЗДУХ ОТ АВТОТРАНСПОРТА
Цель работы: ознакомление с основными видами антропогенных загряз-
нений окружающей среды и методами их экспрессного анализа.
Задание:
1. Выберите участок автотрассы вблизи школы (места жительства, от-
дыха), используя ресурсы: «Google Карты Самара» https://www.google.com/maps/
@53.260908,50.198077,10z?hl=RU или Google Earth https://www.google.ru/intl/
ru/earth/.
2. Измерение длины участка («Google Карты Самара» или Google Earth).
3. Определение количества единиц автотранспорта, проходящего по участку
(самостоятельная работа на местности).
4. Обработка результатов измерения, опираясь на данные WHO (ВОЗ)
https://www.who.int/ru/news-room/fact-sheets/detail/ambient-(outdoor)-air-qualityand-health.
5. Оформить выполненную работу согласно требованиям, используя
MS Word. Графики зависимостей построить, используя MS Excel.
6. Ответить на контрольные вопросы к лабораторной работе, используя
для выполнения заданий и коммуникации Word, Excel, MyTestX, Microsoft Teams
(в случае выполнения работы в составе бригады используются сервисы для совместной и одновременной работы: Microsoft Teams, Рadlet).
Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]