Екомоніторинг водойм за органічними забруднювачами

В разі вимірювання об’ємної активності сухих легких проб (чай, лікарські трави тощо) необхідно кювету залишити сухою;

В процесі вимірювання гама-радіометр на натискання кнопок не реагує.

Лабораторна робота 7

Експериментальна частина

Вимірювання концентрації нітратів здійснюється за допомогою іоновимірювача ЕЦ-01 (рис. 7.1). Цей прилад призначається для вимірювання масової концентрації нітратів, активності одновалентних іонів (при застосуванні відповідного комплекту іоноселективних електродів) та ЕРС електродів.

Іоновимірювач може застосовуватись як в стаціонарних, так і в пересувних лабораторіях контроля якості харчових продуктів, санітарно-епідемічних станціях, лабораторіях хімічної промисловості, а також для роботи в режимі експрес-аналізу.

В основу роботи іоновимірювача покладено принцип прямого потенціометричного вимірювання активності іонів в контрольованій пробі за допомогою електродної системи з наступним (при визначенні нітратів) електричним зворотнім логарифмічним перетворенням ЕРС електродної системи в електричний сигнал, пропорційний концентрації іонів NO₃^-.

Калібровка приладу здійснюється з залученням трьох розчинів з концентрацією NO₃^- 6200мг/л, 620 мг/л та 62 мг/л згідно інструкції, наведеній у паспорті приладу.

Підготовка проб до аналізу.

Картопля. Миють, сушать фільтровальним папером. Від кожної картоплини беруть четверту частину. Відібраний матеріал змішують і виділяють пробу для аналізу масою не менше 0,25 кг.

Буряк. Миють водою, сушать, зрізають верхівку та тонкий кінець кореню. Великі буряки розрізають на чотири частини за вертикальною лінією та використовують для аналізу половину чи чверть, З вибраного матеріалу виділяють пробу для аналізу масою 0,25-0,50 кг.

Капуста. Кожний качан розрізають на чотири частини і беруть по одній частині в пробу для аналізу. При цьому відкидають верхнє неїстівнє листя та зостаток кочерижки. З отриманого матеріалу виділяють пробу для аналізу масою 0,50 кг.

Цибуля. Відкидають неїстівні частини зрізають низ та верх, розрізають на дві частини. Маса проби повинна складати не менше 0,25 кг.

Відібрані проби подрібнюють на гомогенізаторі (мілка терка, м’ясорубка).

При експрес-аналізі поверхня харчового продукту звільняється від неїстівної частини та розтирається до появи соку.

При визначенні концентрації іонів NO₃^- в стічних водах, суспензіях та розчинах пробу необхідно перемішати та відфільтрувати.

Експрес-аналіз дає можливість попередньо оцінити ступінь забрудненості нітратами. Отримані результати для іонів NO₃^-, як правило трохи вищі по відношенню до вимірів, проведених в лабораторних умовах з попередньою підготовкою проби.

Для визначення концентрації іонів NO₃^- в режимі експрес-аналізу вимірювання провести наступним чином:

1) ввімкнути вимірювач, натиснувши кнопку “Вкл”;

2) натиснути кнопку “1” та ручкою “%” встановити на індикаторі відсоток вологості на конкретний продукт;

3) перевести вимірювач в режим вимірювання нітратів (усі кнопки натиснуті);

4) допоміжний та робочий (іоноселективний) електроди необхідно притиснути до підготовленої поверхні харчового продукту, слідкувати за показаннями приладу, через 90 с зафіксувати показання - отриманий результат є концентрація нітратів, кг/л (при відображенні на індикаторі приладу літери “М” отриманий результат необхідно помножити на 10);

5) вилучити електроди з розчину та перенести їх в ємність з дистильованою водою і промивати поки на індикаторі не встановиться постійне максимальне значення рХ (операцію проводити при натиснутих кнопках “Вкл”, “2”), промокнути мембрану та корпус електроду ЕМ-NO₃^--01, а у електроду ЕВЛ-1М1 тільки корпус фільтрувальним папером;

6) помістити робочий електрод ЕМ-NO₃^--01 в розчин з концентрацією 0,1 моль/л КNO₃, допоміжний електрод ЕВЛ-1М1 в дистильовану воду, де вони знаходяться до початку роботи та між перервами;

7) Відтиснути кнопку “Вкл”, відключити блок живлення від мережі.

Визначення концентрації іонів NO₃^- в стаціонарних (лабораторних) умовах проводиться аналогічно, різниця полягає в тому, що електроди поміщаються в ємність з аналізуємою пробою, постійно перемішуючи пробу.

Отримані результати вимірів порівнюють між собою та з ГДК нітратів у продуктах харчування.

7. 4 Висновок: Експериментально визначена концентрація нітратів в (вказати продукт харчування): СNO₃^-=... мг/кг, що (не)перевищує ГДК_пр=...мг/кг. Харчовий продукт (не)придатний до споживання.

7.5 Тестові запитання для контролю самостійної роботи

1. Як в природі проходить кругообіг сполук азоту?

2. Яким чином нітрати перетворюються (відновлюються) в оксиди азоту або азот?

3. В чому полягає небезпека нітратів для людини?

4. Наведіть оцінку ступеня забрудненості сілгоскогосподарських ґрунтів нітратами.

5. Який принцип покладено в основу роботи водовимірювача ЕЦ-01?

6. В чому полягають особливості приготування проб до аналізу?

7. Які особливості проведення визначення нітратів в режимі експрес-аналізу?

8. Яким чином проводиться визначення нітратів при лабораторному аналізі?

9. Наведіть норми вмісту нітратів в продуктах харчування.

10.Які методи очистки застосовуються для знешкодження нітратів?

Література [8-16, 18-20, 25-28, 37, 40].

Екомоніторинг літосфери

До складу літосфери входить суходіл, який займає 29,2 % (148 млн. км²) поверхні Землі і включає ґрунти різної категорії та корисні копалини на поверхні й у надрах. Близько 10 % суші займають льодовики (Антаркти­да, Гренландія та ін.). Сільськогосподарськими угіддями зайнято 33,1 % поверхні Землі, 30,1 - лісами і 36,8 % площі припадає на гори, тундру, болота, пустелі, промислові об'єкти та населені пункти. Загальна площа орних земель становить близько 1,5 млрд. га (приблизно 11 % площі суші). Нині на кожного мешканця планети припадає близько 0,4 га орної землі. Оскільки чисельність населення Землі постійно збільшується, то ця кількість невпинно зменшується.

Ґрунти перерозподіляють значну кількість атмосферної вологи і таким чином регулюють водний баланс суші. Вони є біологічним адсорбентом, фільтром і мінералізатором багатьох антропогенних забруднень (природних і синтетичних органічних сполук) і здатні до самоочищення (мікрофлора ґрунту налічує понад 25 мікроорганізмів, які приймають участь в знешкодженні забруднення грунту).

Забруднення літосфери відбувається як природним шляхом, так і в ре­зультаті антропогенної діяльності. Під впливом природних процесів, які відбуваються в Космосі та земній корі і супроводжуються стихійними лихами (падіння метеоритів, землетруси, буревії, повені та ін.), руйнуються природні ландшафти, господарські будівлі, знищуються сільськогос­подарські угіддя тощо. В результаті у величезній кількості гинуть пред­ставники флори й фауни, руйнуються господарські об'єкти, що призво­дить до значних матеріальних втрат.

Останнім часом високими темпами зростає чисельність населення Землі, що призводить і до зростання споживання енергетичних та інших мате­ріальних природних ресурсів. Швидкість вилучення деяких з них істотно перевищує швидкість їх продукування, а екстенсивний спосіб їх освоєння, що триває, породжує величезні обсяги відходів, які надходять у навко­лишнє середовище, спричиняючи забруднення ґрунтів. За останні 15-20 років із сільськогосподарського обороту вилучено 450 тис. га земель, з яких, 97% - колишні високопродуктивні землі.

Ґрунт грає важливу роль в процесі життєдіяльності на Землі. Його хімічним складом визначається врожай, якість продуктів харчування рослинництва та тваринництва, і як наслідок - здоров’я людини. В складі тварин, рослин налічується декілька десятків різних хімічних речовин. Деякі з них дуже значимі для людини. Наприклад, в крові міститься 24 мікроелементів, необхідних для здоров’я, життєдіяльності людини, в жіночому молоці їх ще більше (понад 30): I, F, Co, Cu, Zn, Mn, Mo, B, Ni та ін. Недостача чи надлишок їх спричиняє захворювання: недостача Cu, Ni - пропадає апетит; Cu, Zn, Co -викликає короткозорість; Li - шизофренію; І - зоб, кретинізм; відсутність, недостача Са, Р - рахіт. Разом з тим надлишок Pb в їжі (>0,6 мг/кг за добу) приводить до дуже небезпечного захворювання на розсіяний склероз (відмирання клітин головного мозку). Надлишок Cr у ґрунті подавлює фіксацію азоту з повітря рослинами, знижує врожай злакових; Cu - знижує стійкість до засухи, зменшує вміст вітаміну С, крохмалю, білків; V, W, Tl, Ni - знижує мікрофлору ґрунту, пригнічує активність гідролітичних ферментів, що негативно впливає на очищення ґрунту.

Лабораторна робота 8

Експериментальна частина

8.3.1 Якісний аналіз ґрунту

Візьміть пробу ґрунту (5-10 г), додайте до нього 20-25 мл дистильованої води, добре розмішайте, i профільтруйте за допомогою складчатого фільтру.

1 Проведіть аналіз фільтрату на наявність неорган1чних, орган1чних забруднювачів (за вказівкою викладача) за схемою:

Визначіть рН розчину за допомогою ун1версального індикаторного паперу i відмітьте колір фільтрату. Зроб1ть висновки щодо попереднього дослідження якісного складу ґрунту, майте на увазі, що низький рН (0...2) може свідчити про наявність неорган1чних забруднювачів: Ві³⁺,Sn³⁺ (особливо, якщо розчин безкольоровий). Жовтий кол1р розчину та рН 2...3 може вказувати на наявність забруднення ґрунту зал1зом (Fe³⁺). Блакитний колір може означати, що в ґрунті є мідь (Cu²⁺), салатовий (світло-зелений) - Ni²⁺, рожевий - Cо²⁺, дуже слабо-рожевий - Mn²⁺, зеленкуватий - Cr³⁺ і т. і. Складіть таблицю попереднього дослідження забруднювачів (табл. 8.7).

Таблиця 8.7 - Результати попереднього дослідження

забрудненості ґрунту

2 Проведіть якісні реакції визначення неорганічних забруднювачів за таблицями 8.8, 8.9 i складіть таблицю аналізу (табл. 8.10).

Таблиця 8.8 - Реагенти для якісних реакцій визначення

неорганічних забруднювачів

Продовження таблиці 8.8

Таблиця 8.9 - Визначення неорганічних забруднювачів в складі ґрунту, води за утворенням забарвлених йодидів на фільтр-папері

Продовження таблиці 8.9

Таблиця 8.10 - Якісний аналіз ґрунту

Висновок: в ґрунті присутні такі забруднювачі - NH₄⁺; Сu²⁺, SO₄^2-. Реакції, за допомогою яких знайдені забруднювачі:

NH₃+2[HgI₄]^2-+3OH^- ® [Hg₂ONH2]I_¯+7I^-+2H₂O

2Cu²⁺+4I^-=Cu₂I_2¯+I₂

Ba²⁺+SO₄^2-=BaSO₄

3. Для визначення органічних забруднювачів, наприклад, формальдегіду бажано провести якісну реакцію "срібного дзеркала": до аміачного розчину нітрату срібла (2-3 краплі) додаємо 2-3 краплі досліджуваного розчину. Про наявність формальдегіду свідчить сріблястий осад (срібло). Кількість СН₂О у водній витяжці ґрунту визначають також за методикою, наведеною в лабораторній роботі 3.

8. 3. 2. Кількісний аналіз ґрунту

Візьміть пробу ґрунту (1-2 г) на аналітичних терезах (з точністю до 4-5-го знаку після коми), додайте 20-25 мл дистильованої води, добре перемішайте і профільтруйте за допомогою складчатого фільтру, декілька разів (2-3) промийте його 10-15 мл дистильованої води. Кількісно перемістіть фільтрат в мірну колбу на 100 мл (краще фільтрувати в мірну колбу) і доведіть дистильованою водою до мітки. Добре перемішайте вміст колби і беріть з неї розчин піпеткою (10-20 мл) на аналіз забруднювача (за вказівкою викладача).

3 Аналіз NH₄⁺. Додайте до 10-20 мл досліджуваного розчину в колбі Ер-ленмейера (конічна колба на 100-200 мл) 1-2 краплі індикатору метилрот та титруйте розчин в колбі розчином Н₂SO₄ (НСІ) точної концентрації, приливаючи його по краплям із бюретки до зміни кольору розчину від жовтого до рожево-помаранчового. Розрахунок ведіть за формулою:

а=N·V·Е, мг (8.12)

N - нормальність кислоти; V - об’єм кислоти, що пішов на титрування, мл; Е - еквівалентна маса NH₃.

Для розрахунку, кількості NH₃ в 100 мл розчину "а" треба помножити відповідно на 10 (для 10 мл) або на 5 (для 20 мл досліджуваного розчину). Розрахуйте концентрацію NH₃ в ґрунті (мг/кг), наприклад:

СNH₃=5а·1000/m, мг/кг (8.13)

m - наважка ґрунту, г; 5- для 20 мл досліджуваного розчину.

4 Аналіз водної витяжки ґрунту на наявність Cu²⁺ проводимо йодометричним методом чи фотоелектроколориметричним методом (див. лабораторну роботу 2).

5 Аналіз Fe²⁺ проводять редоксиметрією-перманганатометрією. До 25 мл
(піпетка!) дослідженого розчину (з мірної колби на 100 мл) додають 5-10
мл Н₂SO₄ (1:4) і титрують перманганатом із бюретки до блідно-рожевого
кольору, який не зникає протягом 30 с. Розрахунок проводимо за формулою:

а=4·T·V·1000/m, мг/кг (8.14)

Т - Т KMnO₄/Fе =(N·Е)/1000 = 0,02·55,85/1000=0,001117 г/мл; V - об’єм KMnO₄, що пішов на титрування, мл; N - нормальність KMnO₄, N=0,02, Е=55,85, m - наважка ґрунту, г.

Кількість Fе²⁺ можна визначити і хроматометрією. Для чого до 25 мл розчину (піпетка!) в колбі Ерленмейера на 250 мл додають 5-10 мл Н₂SO₄ (1:4) і 1-2 краплі дифеніламіну. Tитруємо із бюретки 0,1 N К₂Cr₂O₇ до зеленого кольору. Додаємо 20 мл 30% H₃PO₄ і титруємо до синьо-фіолетового кольору. Розрахунок проводимо за формулою:

а=4·N·V·E_Fe·1000/m, мг/кг (8.15)

N К₂Cr₂O₇ =0,1; V - об’єм К₂Cr₂O₇, що пішов на титрування, мл;

m - наважка ґрунту, г, Е=55,85.

Концентрацію заліза можна знайти і фотоелектроколориметрією (див. лабораторну роботу 2).

1 Аналіз NO₃^- проводимо за допомогою нітратоміра (див. лабораторну роботу 7).

8.4 Висновки: Експериментально визначена забрудненість ґрунту. За якісним аналізом встановлено, що ґрунт містить такі забруднювачі: (вказати). Кількісний аналіз показав, що концентрація превалюючого забруднювача... становить:... мг/кг. Це (не)перевищує ГДК_гр...в... рази (ГДК_гр=... мг/кг). Досліджений ґрунт є (не)безпечним для життєдіяльності людини.

8.5 Тестові запитання для контролю самостійної роботи

1. Дайте визначення поняттю “ґрунт”. Наведіть ступені деградації ґрунтів у світі.

2. Вкажіть причини та основні джерела забруднення ґрунтів.

3. Наведіть основні забруднювачі ґрунтів. В чому полягає їх небезпека?

4. За якими показниками визначається ГДК ґрунту?

5. Як класифікуються шкідливі речовини в ґрунті за індексом небезпеки?

6. Що характеризує сумарний показник забрудненості ґрунту? Як він визначається?

7. В чому полягає оцінка небезпеки відходів, що потрапляють в ґрунт? За якими показниками ця оцінка проводиться?

8. Вкажіть основні заходи щодо охорони ґрунтів.

9. Наведіть особливості проведення якісного аналізу забрудненості ґрунту.

10.Які основні моменти треба враховувати при проведенні кількісного аналізу забрудненості ґрунту?

Література: [6, 8-16, 18-20, 22-24, 28, 34, 36-38, 50, 51].

Лабораторна робота 9

Захист населення від шуму

9.1 Мета роботи. Вивчити основні види енергетичного забруднення, їх екомоніторинг і на прикладі акустичного забруднення провести дослідження з оцінкою рівнів шуму від різноманітних джерел забруднення та ефективності засобів захисту.

Експериментальна частина

Вимірювання рівнів шуму відбувається за допомогою шумомірів. Шумоміри мають чотири частотні характеристики: А, В, С та лінійну. Характеристика А за формою наближена до частотної характеристики сприйняття людиною звуку, Характеристика С - до лінійної. В залежності від зміни звуку в часі використовують три часові характеристики: “повільно”, “швидко” та “імпульс”. Характеристикою “повільно” користуються при вимірюванні постійного та інших видів шуму для їх усереднення, характеристикою “швидко” - при вимірюванні коливальних шумів, а “імпульс” - при вимірюванні імпульсного шуму.

Прилад ШУМ-1М є шумоміром 2 класу, який застосовується для вимірювання ефективних значень неімпульсних звуків в децибелах частотних характеристик А, В та С (рис. 9.1).

При роботі з шумоміром необхідно перемикач 5 перевести в положення “швидко” - кнопка натиснута, а перемикач 2 в положення “батарея”, якщо стрілка вимірювача 3 зупинилась в чорному секторі з написом БАТ, тоді батарея придатна до роботи і можна продовжувати підготовку приладу.

Потім перемикач 2 необхідно перевести в положення КАЛІБР та поворотом ручки 4 стрілку встановити на нуль за нижньою шкалою.

При вимірюванні рівня звуку в дБА. Якщо вимірюється постійний шум, то перемикач 5 необхідно віджати в положення “повільно”. Перемикач діапазонів виміру необхідно установити в положення 100 дБА та при вимірюванні перемикати на менші рівні (один оберт зменшує рівень на 10 дБА до тих пір, поки стрілка вимірюю чого приладу 3 не буде знаходитись між значеннями 0 та 10 верхньої шкали). Рівень шуму визначається як сума значення діапазону виміру, на якому встановлено перемикач 6 та значення, яке показує вимірюючий прилад. Наприклад, перемикач 6 стоїть на діапазоні 60 дБ, а стрілка вказує на поділку 4, тоді рівень шуму складає 64 дБ.

Виконання замірів. Виміряти за допомогою приладу ШУМ-!М ефективне значення рівня шуму на відстані 1 м від джерела шуму, не закритого кожухом. Режими включення джерела вказує викладач. Вимір виконати спочатку на характеристиці А, потім - на характеристиці С. Знайти різницю рівнів:

DL=L_C - L_A (9.8)

За таблицею 9.7 встановити частотну характеристику шуму.

Таблиця 9.7 - Приблизна оцінка шуму

Такі виміри зробити в двох різних режимах (при цьому вмикають 2 різних джерела) та одночасно ввімкнувши обидва режими. Повторити заміри з застосуванням захисту (кожуха чи огороджуючого екрану). Результати занести в таблицю 9.8.

Таблиця 9.8 - Результати замірів рівнів шуму