основы экологии лабораторный практикум 2009

2.2 Определение нитратов в растениях, овощах и воде

Индикаторный метод

Отрезают у свежих растений части в виде толстых срезов: куски стеблей, черешков, плодов. Кладут их на полоску восковой бумаги. Капают на различные части среза по несколько капель 1%-ного раствора дифениламина в серной кислоте, отмечают окрашивание согласно таблице 2.2. При этом в случае малых концентраций нитратов в продукции и при отсутствии синей окраски может наступить порозовение ткани, вследствие ее обугливания от H2SO4 в реактиве дифениламина.

Таблица 2.2 – Содержание нитратов в пищевых продуктах в зависимости от характера окраски

2.3 Рекомендации по снижению содержания нитратов в пищевых продуктах растительного происхождения

Накопление нитратов, а также пестицидов в пищевых продуктах заставляет искать новые подходы в практике внесения пестицидов, органических и минеральных удобрений, поскольку необходим разумный компромисс между урожайностью и качеством продукции. В поисках такого компромисса вносят изменения в технологии выращивания сельскохозяйственных культур, позволяющие получать достаточно высокий урожай при допустимом уровне нитратов, пестицидов.

В настоящее время известны сельскохозяйственные культуры, которые наиболее склонны к накоплению нитратов: укроп, редис, свекла красная, салат, шпинат, сельдерей; и менее: томаты, огурцы, морковь, горох. Таким образом, накопление нитратов зависит от вида, а также от сорта растений, а не только от

12

качества вносимых в почву азотных удобрений. Кроме того, на накопление нитратов в растениях большое влияние оказывают погодные условия и характер почвы. Одни и те же дозы удобрения могут быть высокими в условиях холодного и пасмурного лета и оптимальными при наличии большого количества солнечных дней.

Большое значение имеет также форма внесения азотных удобрений. Например, применение в качестве удобрений аммонийных соединений приводит к меньшему накоплению нитратов в растениях, чем использование нитратных форм азота. Недостаточная освещенность приводит к тому, что в теплицах овощи, выращенные зимой, содержат нитратов в 4-5 раза больше, чем овощи, выращиваемые в открытом грунте.

Для снижения содержания нитратов лучше использовать медленно действующие удобрения: биологически разлагаемые органические удобрения, трудно растворимые в воде, высвобождающие питательные элементы при медленном растворении или гидролизе; водорастворимые удобрения в капсулах, тормозящие их растворение. Наиболее перспективен последний вид удобрений, когда гранулы обычных минеральных удобрений покрывают тонкими полимерными пленками.

При созревании овощей уровень нитратов в них снижается. Поэтому не рекомендуется убирать урожай слишком рано, до достижения растениями физиологической зрелости, когда накопление нитратов наиболее выражено, а качество продукции ниже. Так, в неспелом перце содержание нитратов 210-230 мг/кг, а в спелом – 23-40 мг/кг. Листовые овощи лучше собирать в вечерние часы,когдасодержаниенитратовна25-35%меньше, чем вутренниечасы.

Кроме того, важное значение имеет правильное хранение и транспортировка овощей, поскольку это предотвращает переход нитратов в нитриты. Если овощи загрязнены землей, имеются поврежденные листья, то создаются благоприятные условия для проникновения микроорганизмов внутрь листьев, что способствует образованию в них нитритов. Таким образом, для уменьшения кумуляции нитритов в овощах при их хранении важно не

допускать загрязнения, повреждения листьев и поддерживать температуру плюс 5-7 0С.

На содержание нитратов оказывают влияние кулинарная и промышленная переработка растительных продуктов. Промывка и механическая обработка картофеля, свеклы, моркови, брюквы, капусты уменьшает содержание нитратов на 10%. Более существенное снижение нитратов наблюдается при вымачивании очищенных продуктов. Так, при вымачивании в течение одного часа картофеля, моркови, капусты, свеклы уровень их снижается на 25-30%, зелени (петрушка, шпинат, укроп, зеленый лук) – на 20%. Это связано с хорошей растворимостью в воде солей азотной кислоты. Заметное влияние на содержание нитратов оказывает и термическая обработка продуктов, т.к. растворимость нитратов значительно вырастет, содержание их в готовом продукте при варке в воде существенно снижается. Нитраты при этом переходят в отвар, и если он не используется в пищу, можно

13

добиться снижения уровня в готовом продукте в среднем в картофеле на 80%, моркови и капусте – 70%, брюкве – 50%, свекле – 50%. При тушении, жарении процент снижения нитратов не превышает 10%. Снижает содержание нитратов

вовощах и консервирование. Это достигается, с одной стороны, за счет перехода нитратов в рассол, в маринад, и с другой стороны – за счет микробиологических процессов, в результате которых происходит восстановление нитратов. Подтверждением последнего является появление нитритов в первые 3-4 дня после квашения или соления, концентрация которых

впоследующем снижается, а через 5-7 дней они совсем не обнаруживаются, поэтому использовать в пищу консервированные продукты в течение первой недели не рекомендуется.

Таблица 2.3 – Содержание нитратов в исследуемых пищевых продуктах

14

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 3

ИССЛЕДОВАНИЕ КАЧЕСТВА РАЗЛИЧНЫХ ВИДОВ МИНЕРАЛЬНЫХ УДОБРЕНИЙ

Цель работы: 1) Распознавание минеральных удобрений по внешнему виду.

2)Исследование минеральных удобрений по качественным реакциям.

3.1Теоретическая часть

Неправильное и избыточное внесение минеральных удобрений, способы их хранения являются причиной загрязнения почв и сельхозпродукции. Водорастворимые формы азотных удобрений стекают в пруды, ручьи, достигают грунтовых вод, вызывая повышенное содержание в них нитратов, что неблагоприятно сказывается на здоровье человека.

Очень часто удобрения вносят в почву неочищенными, что является причиной загрязнения почв радиоактивными (например, изотопами калия при использовании калийных удобрений), а также токсическими веществами. Различные формы суперфосфатов, обладая кислой реакцией, способствуют подкислению почвы, что нежелательно для районов, где рН почвы понижена. Избыточное количество фосфорных удобрений, стекая в стоячие и медленно текущие воды, вызывает развитие большого количества водорослей и другой растительности, что ухудшает кислородный режим водоемов и способствует их зарастанию.

В ряде случаев удобрения перевозятся без надлежащей упаковки, хранятся без укрытий на окраинах полей, где они слеживаются, загрязняются и становятся по внешнему виду весьма схожими между собой. В связи с этим современный эколог должен уметь распознавать удобрения по внешнему виду и простым качественным реакциям.

Азотные удобрения. Чаще всего применяется аммиачная селитра – NH4NO3 и мочевина NH2CONH2. Употребляется также сульфат аммония – NH4SO4. В защищенном грунте применяется нитрат кальция – Ca(NO3)2 и нитрат калия – KNO3.

Фосфорные удобрения. В фосфорных удобрениях содержание фосфора, по традиции пересчитывается на содержание Р2О5, таким образом, в простом суперфосфате содержание Р2О5 составляет 16–20 % (удобрение включает: Са(Н2РО4)2, СаSO4, Н2РО4). Двойной суперфосфат – содержание Р2О5 в удобрении – 46–49% (удобрение включает: Са(Н2РО4)2, СаНРО4). Употребляется также фосфоритная мука – Ca3(PO4)2.

Калийные удобрения. Применяется, в основном, хлористый калий – KCl, азотнокислый калий – KNO3 или сульфат калия K2SO4. Меньше употребляются двойные удобрения: сильвинит – KCl·NaCl и калимаг – K2SO4·2MgSO4.

15

Известковые удобрения. К ним относятся известковые материалы, содержащие не менее 50% CаCO3. Это – известковая мука из туфа, доломитовая мука, мел, известь озерная и др. Действие их заключается в нейтрализации почвенной кислотности, улучшении условий для жизнедеятельности микроорганизмов и физических свойств почвы.

3.2 Оборудование, реактивы и материалы

1) пробирки – 12 штук; 2) штативы для пробирок; 3) небольшие ступки с пестиками; 4) капельницы или индивидуальные пипетки для каждого реактива; 5) щипцы муфельные; 6) пинцеты длинные; 7) электроплитка; 8) газовая горелка или спиртовка; 9) кусочки древесного угля; 10) индикаторная бумага; 11) дистиллированная вода; 12) 8-10%-ная щелочь KOH или NaOH; 13) 5%-ный раствор хлористого бария; 14) концентрированная соляная кислота; 15) 2%-ная соляная кислота; 16) уксусная кислота (ледяная, разбавленная в 10 раз); 17) раствор йода в йодистом калии (20 г KI растворяют в 20 мл дистиллированной воды, добавляют 6,35 г кристаллического I. Раствор переносят в мерную колбу на 50 мл, доводят до метки); 19) четыре вида (или более) наиболее распространенных удобрений (без подписей).

3.3 Порядок проведения работы

3.3.1 Внешние признаки

Консистенция. Удобрение может быть кристаллическим (мелко- и крупно-), аморфным, а также в виде гранул. К кристаллическим удобрениям относятся все азотные (за исключением цианамида кальция) и все калийные, к аморфным – все фосфорные и известковые. Фосфорные удобрения часто гранулируются (суперфосфаты).

Цвет удобрения устанавливается путем тщательного осмотра. Признак может несколько изменяться при транспортировке, при загрязнении пылью, а также в зависимости от технологии производства. Очищенные удобрения имеют характерный цвет.

Запах. Почти все удобрения имеют запах, но часто не стойкий, лишь цианамид кальция пахнет керосином.

Характерные черты некоторых удобрений. Суперфосфат имеет характерный запах, сероватый цвет и кислую реакцию.

Калийная соль отличается от других удобрений по розово-красным кристаллам. Иногда могут быть примеси синих кристаллов. Белые кристаллы говорят о наличии в примеси натриевых солей.

16

3.3.2 Растворимость в воде

Помещают в пробирку 1-2 г удобрения, добавляют 15-20 мл дистиллированной воды и хорошо взбалтывают. Наблюдают следующие градации: а) полностью растворимо, б) заметно растворимо (растворяется не менее половины взятого удобрения), в) слабо растворимо (растворяется менее половины взятого удобрения), г) нерастворимо. Если при взбалтывании образовалась обильная муть, заполнившая пробирку, то удобрение слабо растворимо.

К полностью растворимым и заметно растворимым относятся все азотные удобрения, а также калийные. К нерастворимым или слабо растворимым – все фосфорные и известковые.

Если удобрение растворилось полностью, то раствор разливают в пробирки и выявляют в нем наличие того или иного катиона или аниона, определяют ряд дополнительных показателей, а затем отыскивают название удобрения по схеме.

3.3.3 Реакция со щелочью

В раствор удобрения прилить несколько капель 8-10%-ного раствора щелочи (KOH или NaOH). В присутствии аммиака при взбалтывании ощущается его выделение по специфическому запаху

NH4NO3 + NaOH = NaNO3 + NH4OH

NH4OH NH3 + H2O

3.3.4 Проба на раскаленном угле

Угольки размером с орех нагревают на электроплитке, затем берут щипцами или пинцетом, раскаляют в пламени спиртовки докрасна. На уголек насыпают щепотку удобрения, предварительно растертого в ступке и помещенного в узенькую ложечку из фольги. Наблюдают за быстротой сгорания, появлением дыма, цветом пламени, запахом. Аммиачные удобрения распознают по запаху аммиака, нитратные соединения дают вспышку, калийные потрескивают.

Если удобрение вспыхивает – это селитра. По цвету пламени различают следующие селитры: натриевая – сгорает желто-оранжевым пламенем, калийная – фиолетовым, аммиачная дает бесцветное пламя, а иногда плавится, кипит с выделением аммиака.

Азотные удобрения, содержащие амидную (NH2) и аммонийную (NH4) группы, на раскаленном угле сгорают с выделением белого дыма и запаха аммиака. Кристаллики калийных удобрений на раскаленном угле не вспыхивают, а только слегка потрескивают и «подпрыгивают». Следует

17

заметить, что если уголек плохо раскален (не докрасна), а кристаллики крупные, они могут лежать на угле без всяких изменений.

Фосфорные, известковые удобрения, гипс не изменяются на раскаленном

угле.

3.3.5 Реакция с кислотой

Впробирку или фарфоровую чашку помещают немного сухого удобрения

икапают на удобрение 2-10%-ный раствор соляной или уксусной кислоты. Если удобрение вскипает от выделяющегося углекислого газа, то оно представляет собой карбонат или содержит значительную примесь карбоната. К таким удобрениям относятся известковые материалы, зола и др.

CaCO3 + 2HCl = CaCl2 + H2O + CO2

K2CO3 + 2HCl = 2KCl + H2O + CO2

3.3.6 Реакция водяной вытяжки

В пробирку с водной вытяжкой из удобрений помещают полоску индикаторной бумаги. Суперфосфат имеет характерный запах, сероватый цвет, кислую реакцию за счет гипса. Другие удобрения имеют щелочную реакцию (циатомид кальция, томасшлак, известковые удобрения), у третьих – реакция нейтральная.

Таким образом, сначала определяют внешние признаки: вид, цвет, запах, влажность, консистенцию. Затем выясняют растворимость удобрения и приводят соответствующие качественные реакции, результаты записывают в таблицу, после чего определяют название удобрения.

Таблица 3.1

18

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 4

ИССЛЕДОВАНИЕ ЗАГРЯЗНЕНИЯ ОКРУЖАЮЩЕЙ СРЕДЫ ШУМОМ

Цель работы: 1) Измерение уровней шума в окружающей среде.

2)Нормирование и гигиеническая оценка шума.

4.1Теоретическая часть

Среди проблем оздоровления окружающей среды борьба с шумами является одной из актуальнейших. В крупных городах шум является одним из основных физических факторов, формирующих условия среды обитания.

Рост промышленного и жилищного строительства, бурное развитие различных видов транспорта, все большее применение в жилых и общественных зданиях сантехнического и инженерного оборудования, бытовой техники привели к тому, что уровни шума в селитебных зонах города стали сравнимы с уровнями шумов на производстве.

Шумовой режим крупных городов формируется главным образом автомобильным и рельсовым транспортом, составляющим 60-70% всех шумов. Заметное влияние на уровень шума оказывает увеличение интенсивности воздушных перевозок, появление новых мощных самолетов и вертолетов, а также железнодорожный транспорт, открытие линии метро и метро мелкого заложения.

Основными источниками производственных шумов, формирующих шумовой режим в рабочей зоне и оказывающих определенное влияние на уровни шума прилегающих жилых районов, являются металло- и деревообрабатывающее оборудование, энергетические и вентиляционные установки, внутризаводской транспорт и др.

Предполагается, что тенденция роста шума в ближайшие десятилетия сохранится, что обуславливается, прежде всего, ростом автомобильного и других видов транспорта, развитием промышленности, механизацией сельского хозяйства и т.п.

Шум определяется как совокупность различных по силе и частоте звуков, возникающих в результате колебательного движения частиц в упругих средах (твердых, жидких, газообразных).

Звуковые ощущения воспринимаются органами слуха при воздействии на них звуковых волн в диапазоне от 16 до 20 тыс. Гц.

Воздействие шума на человека проявляется от субъективного раздражения до объективных патологических изменений функции органов слуха, центральной нервной системы, сердечно-сосудистой системы, внутренних органов. Характер шумового воздействия обусловлен его физическими характеристиками (уровнем, спектральным составом и т.п.), длительностью воздействия и психофизиологическим состоянием человека.

19

Под воздействием шума снижается внимание, работоспособность. Шум нарушает сон и отдых людей. Все разнообразие невротических и кардиологических расстройств, нарушения функции желудочно-кишечного тракта, слуха и т.д., которые возникают под воздействием шума, объединяются в симптомокомплекс «шумовой болезни».

4.2 Нормирование и гигиеническая оценка шума

Для гигиенической оценки шума в качестве количественных характеристик используются не абсолютные значения интенсивности или уровни звукового давления, а логарифмические уровни этих величин, определяемые отношением их к условному нулевому уровню, соответствующему порогу слышимости на частоте 1000 Гц (I0 и Р0).

Логарифмические уровни интенсивности или силы звука LI и звукового давления LP измеряются в децибелах (дБ) и определяются соответственно по формулам

LI 101g I , I0

где I и I0 – фактическая и пороговая интенсивности звука соответственно, Вт/м2;

Р и Р0 – фактическое и пороговое звуковое давление соответственно, Па.

Согласно СанПин № 2.2.4/2.1.8.10-32-2002 весь звуковой диапазон разбивается на октавы со следующими среднегеометрическими частотами: 31,5; 63; 125; 250; 500; 1000; 2000; 4000; 8000 Гц.

Октавные уровни звукового давления оцениваются в дБ, а общий уровень – в дБА, измеряемый по шкале «А» шумомера. В этом случае к фактическому уровню автоматически вносится поправка (коррекция) в соответствии с частотной характеристикой чувствительности уха.

Допустимые уровни постоянных шумов регламентируются для производственных условий труда в зависимости от назначения производственного помещения или характера выполняемых работ и от характеристик шума, а для населенных мест – в зависимости от времени суток (ночное, дневное), места (внутри жилых комнат, в зоне отдыха) и вида жилого помещения.

Допустимые уровни шума I категории помещений согласно СанПин № 2.2.4/2.1.8.10-32-2002 «Шум на рабочих местах, в помещениях жилых, общественных зданий и на территории жилой застройки» представлены в таблице 4.1.

20