Лабораторна робота № 10 дослідження антропогенної евтрофікації водойм

Евтрофікація водойм — це збільшення первинної продуктивності водойм при підвищенні концентрації у воді біогенних елементів, переважно сполук фосфору й нітрогену. «Цвітіння» води зумовлюють синьо-зелені водорості (ціанобактерії) й планктонні водорості; мікроцистіс, анабена, евглена зелена, хламідомонада тощо, які є індикаторами евтрофікації.

Загибель водоростей і подальше гниття викликають зниження рівня кисню у воді, гіпоксичні умови, загибель гідробіонтів.

Масове розмноження водоростей внаслідок діяльності людини (скидання стічних вод, поверхневий стік із сільськогосподарських угідь, надходження біогенних елементів із повітря) змінює не лише хімічний склад води та біологічне розмаїття видів, а й зумовлює зменшення прозорості води і температурний режим водойми.

Обладнання і матеріали: диск Секкі; мікроскоп для виявлення водоростей — індикаторів евтрофікації водойм; визначник водоростей.

Хід роботи

За допомогою диска Секкі визначають прозорість води (глибину, на якій видно диск), що пов'язана з біомасою фітопланктону такою залежністю:

,

звідки

,

де С_фіт — вогка біомаса фітопланктону, мг/л; Н — прозорість води згідно з диском Секкі, м.

Якщо величина С_фіт перевищує 5…6 мг/л, це вказує на антропогенне евтрофування водойм.

Масу сестону С_сест, мг/л, (усе, що зависає у воді — організми планктону, їхні залишки, або детрит; органічні частки алохтонного походження, тобто ті, що потрапили у водойму ззовні, завдяки виносу з ґрунтів та скидання стічних вод) визначають, підставляючи значення прозорості у рівняння

С_сест=6,03∙Н – 0,932.

Порівняння маси сестону й фітопланктону дає змогу відрізнити евтрофування водойм від забруднення його алохтонними завислими речовинами.

Суху масу фітопланктону С_сух визначають за формулою

.

За величиною прозорості води наближено визначають концентрацію хлорофілу С_хл, мг/м³ води, що міститься у фітопланктоні:

С_хл= 57,7∙Н – 2,17,

За показниками С_хл, С_фіт, С_сест, С_сух і даними табл. 10.1 і 10.2 можна наближено визначити швидкість виділення кисню фіто­планктоном, а також кількість кисню й енергетичні витрати, необхідні для розкладання органічних залишків гідробіонтів.

Таблиця 10.1. Перехідні коефіцієнти для фітопланктону

Показник	Сорг, 1 мг	Суха органічна речовина, 1 мг	Кисневий еквівалент, 1 мл	Вогка маса, 1 мг	Суха маса, 1 мг
Сорг, мг	1,0	0,43	0,53	0,024	0,30
Суха органічна речовина, мг	2,3	1,00	1,20	0,055	0,69
Кисневий еквівалент, 1 мл	1,9	0,83	1,00	0,046	0,57
Вогка маса, мг	42,1	18,00	22,00	1,000	13,00
Суха маса, мг	3,3	1,40	1,80	0,080	1,00

Таблиця 10.2. Перехідні коефіцієнти для енергетичних або кисневих показників

Співвіднесений показник	Еквівалент
1 г сухої маси фітопланктону або вищої водяної рослинності	19,2 кДж, або 1 г кисню
1 г сухої маси водяних тварин	3,01 кДж
1 мг Сорг	44,77 Дж, або 2 мг органічної речовини, або 3,15 мг кисню
1 мг кисню	0,69 мг органічної речовини, або 1,1 мг СО2, або 0,3 мг Сорг
1 мл кисню	20,3479 Дж
1 мг хлорофілу «а»	7 мг кисню на годину, або 9,6 мг СО на годину
1 г органічної речовини фітопланктону	21,3527 кДж, або 1,5 г кисню
1 г органічної речовини водяних тварин	23,1274 кДж
1 мг маси бактерій	4,1868 кДж

Контрольні запитання і завдання

1. Назвіть природні й антропогенні чинники евтрофікації водойм.

2. Чому поверхневий стік з полів посилює евтрофікаційні процеси?

3. Який прямий та опосередкований вплив масового розмноження фітопланктону на хімічний склад вод і діяльність гідробіонтів вам відомий?

2. ІНСТРУМЕНТАЛЬНІ МЕТОДИ ВИЗНАЧЕННЯ ЯКОСТІ ВОДИ

Лабораторна робота № 11

ВИЗНАЧЕННЯ МАСОВОЇ КОНЦЕНТРАЦІЇ РТУТІ В ПИТНІЙ ВОДІ, ПРИРОДНИХ І СТІЧНИХ ВОДАХ МЕТОДОМ АТОМНОЇ АБСОРБЦІЇ (МЕТОД ХОЛОДНОЇ ПАРИ)

11.1. Мета роботи

1. Ознайомлення з методом атомної абсорбції для визначення масової концентрації ртуті у водному середовищі та порівняння з ГДК ртуті.

2. Ознайомлення з роботою аналізатора ртуті «Юлия-5К».

3. Напрацювання навичок студентів при роботі з вимірювальними приладами та аналізі водних середовищ, що містять ртуть.

11.2. Зміст роботи

Суть методу атомної абсорбції (газового або рідинного середовища вбирання речовини від absorbeo — вбираю) у спектрофотометрії полягає у тому, що вільні атоми металів, які знаходяться в спокійному стані, поглинають енергію випромінювання переходу на більш високі енергетичні рівні. При цьому кожному елементу відповідає поглинання строго визначених ділянок спектру малої ширини — так званих резонансних спектральних ліній.

Вільні атоми визначального елемента, поглинаючи енергію від зовнішнього джерела, змінюють оптичну густину атомної пари середовища «Д» на резонансних лініях відповідно до формули

Д = lg ( j₀ / j ),

де j₀ і j — інтенсивність випромінювання падаючого й пройденого через поглинальний шар вільних атомів, які вимірюються.

Оптична густина атомної пари елемента, який визначається, прямо пропорційна його концентрації С у речовині відповідно до фор­мули Бугера — Ламберта — Бера

Д = С,

де  — коефіцієнт пропорційності, який являє собою тангенс кута нахилу градуйованого графіка.

Метод атомної абсорбції є відносним методом.

Для визначення концентрації того або іншого елемента в пробі, що аналізується, необхідне градуювання приладу. Воно проводиться шляхом вимірювання оптичної густини еталонних розчинів з відомою концентрацією визначального елемента. Для лінійних дільниць діапазону вимірювання приладу достатньо градуювання по одній концентрації.

Оптична густина атомної пари ртуті, що відповідає градуйованій концентрації, заноситься в пам’ять мікро ЕОМ. За градуйованим графіком визначають концентрацію елемента у пробі, що аналізується.

Для одержання атомної пари того або іншого елемента (речовини) здійснюють випаровування й нагрівання проби для аналізу до температури від 700 до 3200С.

Відмінною особливістю ртуті є те, що за кімнатної температури в повітрі знаходиться достатня кількість ії атомів для проведення вимірювань. Це суттєво спрощує конструкцію приладу, а метод атомної абсорбції у цій модифікації (без додаткового нагріву проби) одержав назву «метод холодної пари». Він базується на поглинанні атомами ртуті випромінювання ультрафіолетового джерела світла з довжиною хвилі  = 253,7 нм, яка виділяється з розчину речовини, що аналізується, після відновлення ртуті до атомарного стану хлоридом олова.

При подачі електроживлення на ртутну лампу — випромінювач і фотоприймач, за умов відсутності парів ртуті в поглинальній кюветі або осередку, величина фотоструму фотоприймача є максимальною, що відповідає проходженню через кювету повної енергії випромінювання лампи j₀. За наявності ртуті в розчині, який аналізується, її відновлюють хлоридом олова до атомарного стану і пари ртуті, які утворюються при барботуванні розчину, потоком повітря від компресора подаються в кювету, в якій вони поглинають випромінювання лампи.

У результаті цього величина фотоструму фотоприймача зменшується, змінюючись пропорційно кількості атомів ртуті, які знаходяться в кюветі. Приладом реєструється максимальне імпульсне значення кількості атомів ртуті в кюветі, автоматично запам’ятовується й видається на цифрове табло у вигляді масової концентрації ртуті (мкг/дм³).