Учебно-методический комплекс дисциплины химия окружающей среды Специальность 280201. 65 «Охрана окружающей среды и рациональное использование природных ресурсов»
Скачать 1.31 Mb.
|
Лабораторная работа № 4 Определения содержания сульфатов в воде турбидиметрическим методом Глобальный цикл серы Главными резервуарами серы на нашей планете являются земная кора (18,8·106 Гт) и покрывающие ее осадочные породы (5·106 Гт). Высокая растворимость и, как следствие, большой вклад водной миграции су льфатов в глобальную циркуляцию серы обуславливают ее накопление в океаносфере (1,3·106 Гт). В почвах запас серы оценивается примерно в 260 Гт. В живых организмах аккумулировано около 0,76 Гт серы. В атмосфере содержание этого элемента невелико – около 0,0043 Гт. Распределение масс серы в географической оболочке, представленное на рис. 1, позволяет считать, что поступление ее во внешние геосферы происходило главным образом в результате дегазации верхней мантии, а не при выветривании горных пород. Из этой схемы видно также, что сера активно вовлекается не только в водную миграцию, но и в атмосферный перенос. В атмосферной части миграционного цикла принимают участие сульфаты морской воды, попадающие в атмосферу при разрушении пузырьков воздуха на гребнях волн, а также газообразные соединения серы. С морскими аэрозолями в атмосферу ежегодно поступает около 0,16 Гт сульфатной серы. Основная масса сульфатов возвращается в моря, и только около 0,024 Гт переносится воздушными течениями на континенты и осаждается на них. На морскую поверхность из атмосферы также осаждаетсяРис. 1 Распределение по резервуарам (Мт) и миграционные потоки (Мт/год) серы в географической оболочке Земли сера, поступившая с выбросами вулканов и выделившаяся из почв. Таким образом, серу можно назвать «циклическим» элементом, поскольку ее миграция происходит в системе суша - океаносфера - атмосфера - суша (В.В. Добровольский, 1998). Образование газообразных соединений серы связано преимущественно с деятельностью микроорганизмов, обитающих в почвах и морской среде. По некоторым оценкам биота континентов ежегодно поставляет в атмосферу около 33 Мт серы. До недавнего времени полагали, что почва выделяет в атмосферу серу в составе сероводорода. Однако более тщательные исследования опровергли это мнение: в почвенных выделениях были обнаружены такие летучие соединения, как карбонилсульфид COS, сероуглерод CS2, метилмеркаптан CH3SH и диметилсульфид CH3SCH3 (ДМС). Очевидно, образующийся при микробиологическом расщеплении белков сероводород практически полностью затрачивается на образование сульфидов металлов и «перехватывается» другими бактериями. Действительно, существуют фототрофные бактерии, окисляющие сероводород и использующие его в качестве доноров атомов водорода при фотосинтезе органического вещества: H2S + CO2 + hv → [СН2О] + SO42- (1) Из морской воды сера выделяется в атмосферу главным образом в форме малорастворимого диметилсульфида. Его предшественником служит диметилсульфонийпропионат, который выполняет осмостатические и осморегуляторные функции и содержится в тканях всех морских водорослей. Суммарный поток диметилсульфида из морской воды в атмосферу может достигать 50 Мт/год. Однако это соединение относительно легко окисляется в атмосфере и поэтому не накапливается в ней, несмотря на большие масштабы эмиссии. Атмосферная «судьба» этого соединения будет рассмотрена нами далее. Сера входит в число элементов, из которых состоит белок. Поэтому биотическая составляющая играет важную роль в миграционном цикле серы, так же как и в случае других элементов-органогенов. Можно отметить определенное сходство биотических составляющих циклов азота и серы. Оно заключается прежде всего в важной роли микроорганизмов в формировании потоков этих элементов. Каждый из них представлен в живых организмах своими наиболее восстановленными формами: азот в валентном состоянии -3 в составе аминогрупп, а сера – в состоянии -2 в составе тиогрупп – SН (рис.2). Показана роль микроорганизмов в разрушении сульфидных минералов с образованием растворимых сульфатов и серной кислоты. С другой стороны, для большой группы анаэробных микроорганизмов сульфат заменяет кислород в качестве акцептора электронов при окислении органических соединений, образуемых другими микроорганизмами при гнилостном разложении остатков растительных и животных тканей. При этом происходит восстановление серы: SO42- + 9Н+ + 8e- → HS- + 4Н2О (ДG = + 171,2 кДж/моль) (2) Как видно, этот процесс сам по себе энергетически невыгоден; необходимая для его реализации энергия получается при одновременном окислении в бактериальных клетках органических субстратов, например углеводов: SO42- + 2[СН2О] + Н+ → HS- + 2СО2 + 2H2О (ДG = -25,6 кДж/моль) (3) Большие количества сероводорода образуются в верхних слоях морских донных отложений и в придонных водах морей, отличающихся высокой биологической продуктивностью и слабой циркуляцией. Однако прорыва сероводорода в атмосферу не происходит из-за деятельности «микробиологического фильтра», функции которого выполняют фототрофные тионовые бактерии (уравнение (1)). В анаэробных условиях, в принципе, возможно микробиологическое окисление продуктов гниения с участием не только сульфатов, но и нитратов: SO42- + 2[СН2О] + 2Н+ → NH4 + 2СО2 + H2О (ДG = -82,2 кДж/моль) (4) Как видно, процесс (4) энергетически более выгоден, но в морской воде сульфатов намного больше, чем нитратов, и последние быстро исчерпываются. Напротив, в почвах, как правило, нитратов больше, и поэтому при возникновении анаэробных условий (например, после затопления почв) сульфатредукция начинается через много суток только после почти полного исчерпания имевшегося в почве запаса кислорода и нитратов. Таким образом, в почвах и водных экосистемах происходят многообразные превращения соединений серы, среди которых наиболее важное значение имеет анаэробное разложение органического вещества и сульфатредукция. В океанах происходит не только накопление серы в составе растворенных сульфатов, но и выведение ее из цикла при захоронении в донных осадках. Следовательно, глобальный биогеохимический цикл серы также оказывается не полностью замкнутым. .Сульфаты являются одним из важнейших анионов и присутствуют практически во всех природных водах, бытовых стоках, сточных водах стекольной, бумажной, текстильной и других видах промышленностей, атмосферных осадках. Главным источником сульфатов в поверхностных водах являются процессы химического выветривания и растворения серосодержащих минералов, в основном гипса, а также окисление сульфитов и серы. Значительные количества сульфатов поступают в водоемы в процессе отмирания организмов и окисления наземных и водных веществ растительного и животного происхождения и с подземным стоком. Сульфаты выносятся со сточными водами предприятии стекольной, бумажной, мыловаренной, текстильной промышленностей, а также с бытовыми стоками и водами, выносимыми с сельскохозяйственных угодий. В речных водах и водах пресных озер содержание сульфатов часто колеблется от 5-10 до 60 мг/л, в дождевых водах – от одного до 110 мг/л воды. В подземных водах содержание сульфатов нередко достигает значительно более высоких величин. Концентрация сульфатов в поверхностных водах подвержена заметным сезонным колебаниям и обычно коррелирует с изменением общей минерализации воды. Повышение содержания сульфатов оказывают физиологическое воздействие на человеческий организм. Сульфаты поступают в организм человека с пищей, водой, респираторным путем. При приеме внутрь они оказывают тормозящее действие на желудочную секрецию. Токсическое действие на детей проявляется при длительном употреблении воды с содержанием сульфатов в концентрации 600-1000 мг/л или 21 мг/кг массы тела. Предельно допустимые концентрации в водоемах рыбохозяйственного значения 100, в водоемах хозяйственно-питьевого и культурно-бытового значения 500 мг/л. Сущность метода Метод основан на определении сульфат-иона в виде BaSO4 в солянокислой среде с помощью гликолевого реагента. Гликоль, введенный в реакционную смесь при осаждении сульфата бария, стабилизует образующуюся суспензию BaSO4 и делает возможным турбидиметрическое микроопределение сульфатов. Для обеспечения избирательности определения сульфатов относительно карбонатов, фосфатов и хроматов реакцию проводят в кислой среде. Чувствительность метода 2 мг/дм3 SO42-. Аппаратура, материалы и реактивы
Подготовка к анализу Приготовление основного стандартного раствора сернокислого калия 0,9071 г K2SO4 растворяют в мерной колбе вместимостью 1 дм3 в дистиллированной воде и доводят объем раствора дистиллированной водой до метки. 1 см3 раствора содержит 0,5 мг сульфат-иона SO42-. Приготовление гликолевого реагента Гликолевый реагент – раствор хлористого бария в смеси гликоля (этиленгликоль) и этанола (этиловый спирт). Для приготовления этого раствора смешивают один объем 5 %-ного водного раствора хлористого бария с тремя объемами гликоля и тремя объемами 96 %-ного этанола. Значение рН раствора регулируют соляной кислотой (1:1) в пределах 2,5-2,8 и оставляют раствор на 1-2 сут. Раствор устойчив в течение 3 – 6 мес. Проведение анализа К 5 см3 исследуемой пробы или концентрата воды, отобранной в мерный цилиндр вместимостью 10 см3, прибавляют 1-2 капли соляной кислоты (1:1) и 5 см3 гликолевого реагента, тщательно перемешивают. После 30 мин экспозиции измеряют оптическую плотность раствора фотоэлектроколориметром в кюветах l = 20 мм со светофильтром при длине волны 364 нм. Исследуемая проба воды с добавлением гликолевого реагента, приготовленного без BaCl2, является раствором сравнения. Содержание сульфатов находят по калибровочной кривой. Для построения калибровочной кривой в ряд мерных колб вместимостью 50 см3 вносят 0,0; 0,1; 0,2; 0,4; 0,6; 0,8; 1,0; 1,2; 1,4; 1,6; 1,8; 2,0 см3 основного стандартного раствора К2SO4 (0,5 мг SO42- в 1 см3) и доводят объем до метки дистиллированной водой. Приготовленные растворы содержат: 0,0; 1,0; 2,0; 4,0; 6,0; 8,0; 10; 12; 14; 16; 18; 20 мг/дм3 SO42-. Отмеривают по 5 см3 из каждого раствора в мерные цилиндры вместимостью 10 см3 (или в мерные колориметрические пробирки с отметкой 10 см3). В каждый цилиндр с образцовым раствором прибавляют 1-2 капли НСl (1:1) и 5 см3 гликолевого реагента, тщательно перемешивают, через 30 мин измеряют оптическую плотность, затем строят калибровочный график. Оптимальные интервалы концентраций для турбидиметрического определения сульфат-иона находятся в пределах 2-25 мг/дм3. При концентрации SO42- меньше 2 мг/дм3 необходимо предварительное концентрирование пробы воды упариванием. (По ГОСТ 4379-82) Лабораторная работа №5 Определение содержания общего железа в природных водах Циклы тяжелых металлов Наибольшие количества тяжелых металлов, относящихся к рассеянным элементам, сосредоточены в литосфере Земли. В ходе гипергенеза эти элементы высвобождались из материнских пород и включались в миграцию. С возникновением биосферы значительную роль в формировании миграционных потоков рассеянных элементов стали играть живые организмы. Известна роль микроорганизмов в разрушении сульфидных и оксидных минералов рассеянных металлов, а также участие древесной растительности в извлечении металлов на дневную поверхность. В результате гипергенеза и деятельности живых организмов значительные количества тяжелых металлов накопились в почвенном покрове континентов. При ветровой и водной эрозии с речным стоком в составе различных соединений эти металлы переносятся в океаны, где они распределяются между водной массой, биотой и донными отложениями. 20-30 % от общей массы присутствующих в верхних слоях литосферы металлов сосредоточено в осадочных породах. Исключение составляет ртуть, относительное содержание которой (70%) в осадочных породах намного выше. Не только для ртути, но и для других металлов главным накопителем во все времена служили осадочные породы. Значительные массы металлов – тысячи и миллионы тонн – вовлечены в биотический круговорот. Вынос атомов металлов с континентов в океан осуществляется главным образом с речным стоком. При этом он не компенсируется обратным переносом, следовательно, океаны, а точнее – их донные отложения, продолжают накапливать эти элементы. Таким образом, глобальные биогеохимические циклы всех тяжелых металлов, как и цикл фосфора, характеризуются малой степенью замкнутости. Среди металлов железо составляет 4,65% по массе в литосфере (второе место после алюминия). Оно энергично мигрирует в земной коре, образуя около 300 минералов (оксиды, сульфиды, силикаты, карбонаты, фосфаты). При наличии органического вещества Fe3+ легко переходит в Fe2+, а при контакте с кислородом воздуха осуществляется обратный процесс, приводящий к образованию скоплений гидроксидов железа. Широко распространенные соединения Fe3+ имеют красную, желтую, бурую окраску, что обуславливает цвет многих осадочных пород. Железо присутствует в природных водах в виде растворимых соединений оксидов железа Fe3+ и Fe2+, а также в виде комплексов с органическими веществами. Формы его малоустойчивы и легко могут переходить одна в другую (в водах богатых кислородом, Fe2+ окисляется до Fe3+, соли которого, гидролизуясь, отлагаются в виде бурых гидроксидов на подводных предметах и растительности), а при наличии в воде сероводорода Fe3+ восстанавливается до Fe2+. Концентрация ионов железа в природных водах намного ниже 1 мг/л, что объясняется постоянным присутствием в воде анионов OH-, CO32-, H2PO4-, HS- осаждающих катион железа, а также адсорбцией ионов железа на взвешенных глинистых минералах, гидроксиде железа, карбонате кальция и органических остатках растений и животных. Кроме того, водные организмы активно извлекают железо для удовлетворения своих потребностей. Оптимальные концентрации железа для ряда водорослей лежат в пределах 0,14 – 1,4 мг/л. Железо – важный биогенный элемент, оно присутствует в организмах всех животных и растений (в среднем около 0,02%). Оно необходимо для кислородного обмена (железо входит в состав гемоглобина) и окислительных процессов. Существуют организмы (концентраторы), способные накапливать его в больших концентрациях (например, железобактерии – вплоть до 17 - 20%). Почти все железо в организме связано с белками (ферритин). Его недостаток вызывает задержку роста (железодефицитную анемию) и хлороз растений. Вредное влияние оказывает также избыток железа, вызывающий хлороз растений и стерильность цветков. В норме человек получает ежедневно с пищей 60 – 110 мг железа, что значительно превышает его потребность в нем. Сброс шахтных вод, сточных вод предприятий черной и цветной металлургии, химической промышленности, меховых предприятий вызывает загрязнение водоемов ионами железа. Железо в концентрации свыше 0,5 мг/л токсично для рыб, так как на жабрах отлагается бурый налет, разрушающий их и губящий рыбу. Большие количества железа в виде железной окалины оседают на дне и создают порой мощные донные отложения, полностью уничтожающие живые организмы. Присутствие в воде большого количества Fe2+ может приводить к сильному зимнему кислородному голоданию, так как на окисление 1 мг Fe2+ расходуется 0,4 мг кислорода. При этом происходит выпадение из воды бурого хлопьевидного осадка (ржавца), оседающего на подводных предметах, на нижней кромке льда и т.д., а вода приобретает неприятный запах. Воды, содержащие значительные количества железа имеют, обычно, кислую реакцию, неприятный привкус и запах.. Запахи и привкус исчезают при концентрации железа 0,3 – 0,5 мг/л. ПДК для воды рыбохозяйственных водоемов не установлена, для водоемов питьевого и культурно-бытового водопользования – 0,5 мг/л (для суммы Fe2+ и Fe3+). Сульфосалициловый метод определения железа Метод основан на способности сульфосалициловой кислоты образовывать окрашенные комплексные соединения с солями трехвалентного железа в слабокислой среде. Состав и окраска комплекса зависит от рН раствора: при рН = 1,8-2,5 образуется моносалицилат Fe[Sal]+, обладающий буровато-розовой окраской; при рН = 4-8 образуется бурый дисалицилат [Fe(Sal)2]-, а в слабощелочных растворах – трисалицилат [Fe(Sal)3]2- - желтого цвета. В кислой среде устойчивый комплекс с сульфосалициловой кислотой образуют лишь ионы трехвалентного железа. Реактивы:
Ход работы: В мерные колбы на 100 мл вносят 0,25; 0,5; 1,0; 2,5; 5,0; 7,5; 10,0 мл основного стандартного раствора трехвалентного железа и доводят объем дистиллированной водой до метки, получая растворы с концентрацией 0,25; 0,5; 1,0; 2,5; 5,0; 7,5; 10,0 мкг/л соответственно. Приготовленные растворы, 100 мл исследуемой пробы и 100 мл дистиллированной воды (холостой опыт) переносят в конические колбы на 150 мл. В каждую колбу добавляют по 5 мл 10% раствора сульфосалициловой кислоты и 0,1 мл приготовленной соляной кислоты. Тщательно перемешивают и через 10 минут колориметрируют. Роданидный метод определения железа Метод основан на образовании окрашенных комплексных соединений при взаимодействии роданид-ионов аммония или калия с ионами трехвалентного железа в кислой среде. Эти комплексы малоустойчивы, поэтому необходим большой избыток роданид-ионов, подавляющих диссоциацию комплекса: Fe3+ + 6NH4CNS = 6NH4+ + [Fe(CNS)6]3- Необходимо учитывать, что помимо [Fe(CNS)6]3-, могут образовываться другие, менее интенсивно окрашенные комплексы, поэтому концентрация роданида аммония должна быть одинаковой в анализируемом и стандартном растворах. Определению мешают сильные окислители (перманганат калия, персульфат аммония, пероксид водорода и т.д.), окисляющие роданид-анион, а также вещества, восстанавливающие железо (III) до железа (II). Наилучшей средой является азотнокислая, при этом достаточна уже малая кислотность раствора, препятствующая гидролизу соли железа (1-2 мл HNO3 на 50 мл раствора). Реактивы:
Растворяют 0,8634 г железоаммонийных квасцов в небольшом объеме дистиллированной воды. Если раствор получается непрозрачным, добавляют несколько капель концентрированной азотной (соляной) кислоты. Доводят объем до 1 литра. Раствор содержит 0,1 мг железа в 1 мл.
Готовится разбавлением основного стандартного раствора в 10 раз. Раствор содержит 0,01 мг железа в 1 мл. 4. Кислота азотная – концентрированная Ход работы: В мерные колбы на 100 мл вносят 1 и 5 мл рабочего стандартного раствора, а также 1; 2,5 и 5 мл основного стандартного раствора железа и доводят объем до метки дистиллированной водой, получая растворы с концентрацией 0,1; 0,5; 1,0; 2,5; и 5,0 мкг/л соответственно. Приготовленные растворы и 100 мл исследуемой пробы переливают в конические колбы на 150 мл, в каждую добавляют по 5 мл концентрированной HNO3 и по 10 мл 10% раствора NH4CNS. Тщательно перемешивают и через 3 минуты колориметрируют. Интенсивность окраски измеряют на фотометре при длине волны света = 450-500 нм. |
Похожие:
 | Учебно-методический комплекс дисциплины нанотехнологии Специальность... Специальность – 280201. 65 «Охрана окружающей среды и рациональное использование природных ресурсов» | | Учебно-методический комплекс дисциплины «Геоинформационные системы» Специальность —280201. 65 "Охрана окружающей среды и рациональное использование природных ресурсов" |
 | Учебно-методический комплекс дисциплины «русский язык и культура речи» Специальность —280201. 65 Охрана окружающей среды и рациональное использование природных ресурсов | | Учебно-методический комплекс дисциплины «Оценка воздействия на окружающую... Специальность —280201. 65 Охрана окружающей среды и рациональное использование природных ресурсов |
| Учебно-методический комплекс представляет собой комплект учебно-методических... Специальность 280201. 65 "Охрана окружающей среды и рациональное использование природных ресурсов" | | Учебно-методический комплекс дисциплины «Практический курс иностранного языка» «Химия», 020101. 65 (011033) «Отделение медицинской химии», 020101. 65 (011017) «Отделение биоорганической химии и биотехнологии»,... |
| Тесты проверки остаточных знаний По дисциплине опд. Ф. 08 Промышленная... Методы и сооружения утилизации, захоронения и сжигания твердых: бытовых и промышленных отходов | | Тесты по дисциплине опд. Ф. 09 «основы токсикологии» Для специальности... Порядку оказания медицинской помощи по профилю «хирургия (трансплантация органов и (или) тканей человека)», утвержденному приказом... |
| Программа по формированию навыков безопасного поведения на дорогах... Методические указания и задания к выполнению контрольных работ по дисциплине «Промышленная экология» для студентов специальности... | | И охраны окружающей среды администрации города ижевска доклад об экологической обстановке Администрация города/Структурные подразделения Администрации города Ижевска/Управление природных ресурсов и охраны окружающей среды... |
| Рабочая программа по дисциплине опд. Ф. 09 Основы токсикологии Охрана окружающей среды и рациональное использование природных ресурсов и учебного плана мгту | | 280201. 65 – Охрана окружающей среды и рациональное использование природных ресурсов Правительства Хабаровского края от 15 ноября 2008 г. N 263-пр "О ходе реализации приоритетного национального проекта "Здоровье" на... |
| Основная образовательная программа по специальности 280201. 65 –... Цель ооп – обеспечение углубленной фундаментальной и профессиональной подготовки в области охраны окружающей среды, которая обеспечит... | | Учебно-методический комплекс по дисциплине специальность 032300.... Аналитическая химия : учебно-методический комплекс по дисциплине : специальность 032300. 00 (050101) – Химия с дополнительной специальностью... |
| Тесты для студентов эти (филиал) сгту специальности 280201 «Охрана... Сга. Пособие знакомит с видами учебных занятий на основе информационной дидактики, с перечнем тем, по которым составлены обучающие... | | Загрязнение окружающей среды и экологические проблемы География мировых природных ресурсов. Загрязнение и охрана окружающей среды |
