Реактивы (приготовлены преподавателем)

1. Вода дистиллированная (или бидистиллированная), не содержащая окислителей. Применяют для и разбавления проб.

2.Серная кислота (Н₂SO₄) (1:3) с добавленным к ней 0,01 н. раствора перманганата калия (слабо-розовая окраска раствора).

3.Серная кислота, разбавленная 1: 15.

4. Щавелевая кислота (С₂Н₂О₄) 0,01 н раствор в серной кислоте (1:15). 1 мл раствора соответствует 0,08 г кислорода.

5. Перманганат калия (KMnO₄) 0,1 и 0,01 н растворы, а) Основной раствор 0,1 н. б) Рабочий раствор, 0,01 н. Через несколько дней устанавливают титр раствора. Для этого в коническую колбу наливают 100 мл дистиллированной воды, прибавляют 10 мл 0,01 н. щавелевой кислоты и 5 мл серной кислоты (1:3). Смесь нагревают до кипения и, слегка охладив (до 80—90°С), титруют 0,01 н. раствором перманганата калия до слабо-розовой окраски. Нормальность раствора перманганата калия устанавливают в день анализа.

N _KMnO4.* V _KMnO4.= N _С2Н2О4 * V _С2Н2О4

Ход определения. В колбу помещают разбавленную дистиллированной в 10 или 20 раз исследуемую воду до 100 мл, 3 капилляра, приливают 5 мл разбавленной серной кислоты (1:3) и 10 мл 0,01 н. перманганата калия, колбу накрывают маленькой конической воронкой. Смесь нагревают так, чтобы она закипела не более чем через 5 мин, и кипятят точно 10 мин. Воронка служит для уменьшения испарения. К горячему раствору прибавляют 10 мл 0,01 н. щавелевой кислоты. Обесцвеченную горячую смесь, слегка охладив, титруют 0,01 н. перманганатом калия до слабо-розового окрашивания.

Если в процессе кипячения содержимое колбы потеряет розовую окраску или побуреет, то определение надо повторить, разбавив исследуемую воду. Определение также повторяют, если при обратном титровании щавелевой кислоты израсходовано более 7 мл или менее 2 мл 0,01 н. перманганата калия.

Одновременно проводят холостой опыт со 100 мл дистиллированной водой и обрабатывают ее так же, как и анализируемую воду. Расход раствора перманганата калия не должен превышать 0,3 мл.

Величину перманганатной окисляемости (мг О/л) рассчитывают по формуле:

Х = ((А-В) _* N _{KMnO4 *} 8 _* 1000)/V_пробы = ((А-В) _* N _{KMnO4 *} 80)/V_пробы ,

где А и В- объемы перманганата калия, пошедший на титрование анализируемой и холостой пробы соответственно, Vпробы – объем определяемой пробы вместе с разбавлением (100 мл). 8- эквивалент кислорода. Величина окисляемости (X) рассчитывается с учетом разбавления пробы. Для нахождения величины окисляемости воды без разбавления следует умножить полученную величину на коэффициент разбавления

Точность метода – 0,0001 мг [О]/л. Опыт показывает, что в водах открытых водоемов величина отношения кислорода перманганатной окисляемости к органическому углероду в среднем близка к единице, в высокоцветных водоемах это отношение несколько больше единицы, а в высокопродуктивных меньше единицы.

 

4.4.2.Динамика величины перманганатной окисляемости в течение светового дня.

Изучается динамика показателя перманганатной окисляемости в течение светового дня и строится график зависимости X от времени. Сопоставляются результаты с результатами кислородной динамики.

В результате таких экспериментов становится ясной зависимость этого показателя от продукционно-деструкционных процессов, протекающих в водоеме.

 

5. Применение инструментальных методов для определения ряда гидрохимических показателей.

Элементы минерального питания оказывают влияние на всю жизнедеятельность гидрофитов. Уменьшение или увеличение их количества отражается на интенсивности фотосинтеза и на составе образующихся в этом процессе продуктов. Минеральные элементы влияют на фотосинтез. Самыми важными считаются углерод, азот, фосфор, кремний, железо, марганец и некоторые микроэлементы. Органический углерод может быть рассчитан по величине перманганатной окисляемости и тем самым можно будет понять - сколько минерального углерода было использовано на синтез органического вещества. Все остальные перечисленные макроэлементы могут быть определены с помощью фотоколориметрических методов.

 

Фотоэлектроколориметрические методы.

Этими методами проводят определение фосфатов, нитратов, нитритов, ионов аммония, цветности, кремния двух-, трехвалентного и общего железа.

Фотоколориметрия - анализ на основе изменения поглощения видимого света без предварительного выделения монохроматического излучения, основанный на сравнении поглощения света стандартными и исследуемыми растворами. В данном методе свет, пропущенный через светофильтры, попадает на исследуемый образец. На фотоэлектроколориметре можно определить концентрацию любого окрашенного соединения.

Многие неорганические вещества можно определить с помощью органических соединений, получая с ними окрашенные комплексы. Измерение оптической плотности стандартных и исследуемых окрашенных растворов производят по отношению к раствору сравнения.

Данным методом в представленном курсе осуществляется определение фосфатов, нитратов, нитритов, ионов аммония, кремния двух-, трехвалентного и общего железа, оптической плотности воды. Далее приведены методики определения каждого из этих компонентов среды. Выбор перечисленных параметров обусловлен тем, что при их сопоставлении получается наглядная демонстрация закономерностей природных процессов, протекающих в водоемах. Особенно хорошо это видно при анализе результатов динамики перечисленных параметров в течение светового дня и их сопоставлении с данными по кислороду и перманганатной окисляемости. Такие съемки демонстрируют зависимость параметров среды от интенсивности фотосинтеза и деструкции. В частности, кремний потребляется диатомовыми водорослями, и активность потребления зависит от фаз фотосинтеза.

 

Фосфор – лимитирующий фактор фотосинтетической активности. Фосфорная нагрузка и эвтрофирование.

Запасы фосфора в водоемах пополняются за счет выщелачивания почвенных и горных пород и биохимического распада водной и наземной растительности.

В природных водах он содержится в виде минеральных и органических соединений. В состав общего фосфора входят:

 

Взвешенный фосфор	Растворимый фосфор
Минеральный взвешенный	Минеральный растворимый
Органический взвешенный	Органический растворимый

 

Круговорот фосфора в окружающей среде существенно однонаправлен. В отличие от азота он не может вернуться в газовую фазу. Он поступает в биосферу в результате эрозии горных и осадочных пород, глинистых материалов и торфяников.

Установлено, что основной формой фосфора, необходимой для развития фотосинтезирующих организмов является фосфатный анион (РО₄ ^{3 -}). Чтобы понять хотя бы приблизительно как минеральный фосфор превращается при приращении первичной продукции в органическую форму, напишем следующую схему:

Схема 2

АTФ + H₂O = AДФ + H₃PO₄

Энергия в клетках запасена в форме высокоэнергетических соединений, как правило в форме АТФ (аденозинтрифосфата). Обе эти молекулы (АТФ и АДФ (аденозиндифосфат)) находятся в спорах водорослей. Как только становится возможным фотосинтез, клетки начинают делиться и тем самым создается органическое вещество в водоеме в виде первичной продукции. В это самое время становится необходимым фосфатный ион для его синтеза в АТФ. Поэтому концентрация фосфатов в воде водоемов может быть минимальной в вегетационный период. Также, концентрация минерального фосфора может быть очень низкой в водоеме в период максимальной фотосинтетической активности в определенное время суток, когда практически весь минеральный фосфор синтезируется в органический. Такое превращение происходит в клетках фотосинтезирующих организмов- фитопланктоне, фитообрастаниях, высшей водной растительности. Для получения наглядного представления о таких процессах будет изучена зависимость концентрации минерального фосфора от времени светового дня на одном из озер.

Эвтрофирование многих водоемов обусловлено увеличением фосфорной нагрузки. Это хорошо видно из схем 1и 2. Чем больше фосфора, тем больше органического вещества может образоваться и тем выше может быть трофический статус водоема. Такая картина наблюдалась на Ладожском озере в 1980гг., когда фосфорная нагрузка от аллюминево-магниевого комбината способствовала переходу озера от олиготрофного состояния к мезотрофному. Таким образом, можно определить трофический уровень водоема, зная величину поступления в него фосфора (фосфорную нагрузку).

Для большинства малопродуктивных водоемов именно фосфор считается лимитирующим биогенным элементом. Естественное закисление озер происходит от нехватки в системе минерального фосфора. Примером таких водоемов могут служить озера, находящиеся на территории верхового болота. На практике они используются как модель для объяснения студентам зависимости рН от концентрации растворенного СО_2, не превращающегося в органическое вещество, как показано в схеме 1. Закономерности изменения рН в изучаемых озерах и метод его определения приведены в п.