назад

В начало статьи

теги:

экология исследование водоемов вода

Содержание кислорода. Кислород является важным компонентом для жизнедеятельности живых организмов. Он определяет скорость разложения органического вещества. Концентрация кислорода зависит от интенсивности газообмена между водой и атмосферой, а так же от интенсивности процессов разложения органического вещества. Малые концентрации кислорода указывают на не благополучное состояние водоема. В рыбных хозяйствах содержание кислорода в поверхностных слоях воды должно быть не меньше 0.2 мМ/л., а Европейская комиссия по охране окружающей среды установила минимально допустимое содержание кислорода – 4 мг/л

Содержание кислорода определяется с помощью метода Винклера. Несмотря на кажущуюся сложность, этот метод вполне доступен для освоения учащимися старших классов.

Реактивы для анализа не дефицитны и найдутся в школьной химической лаборатории. Из оборудования потребуются пипетки, бюретки, мерные колбы.

            При заборе воды для анализа на определение содержания растворенного кислорода необходимо максимально исключить контакт воды с воздухом. В идеале проба вообще не должна соприкасаться с воздухом. Можно использовать склянку с двумя отверстиями, в одно из которых вставлена гибкая трубка для стравливания воздуха. За трубку колба погружается на необходимую глубину. Конец трубки при этом находится над поверхностью воды и зажат пальцем. После погружения склянки воздух через трубку стравливают, а вода в это время поступает в колбу медленным ламинарным потоком через нижнее отверстие. При этом способе забора не происходит интенсивное перемешивание воды с воздухом. После заполнения склянки, она поднимается на поверхность водоема, но из воды не извлекается до того момента, пока не будут плотно закрыты пробками все отверстия в ней. В извлеченной из воды склянке не должно содержаться пузырьков воздуха. Таким же методом заполняют и вторую склянку.

            Анализ воды первого забора производят сразу, а воду второго забора хранят в закрытом виде и при отсутствии света в течении 5 дней. При хранении температура должна поддерживаться на уровне 20 гр. Цельсия. Хранение пробы необходимо для определения биологического потребления кислорода за 5 дней (БПК₅). Так, например, вода, взятая из не глубокого водоема может иметь высокое содержание кислорода за счет ее малого объема, тогда как биологическое потребление ее кислорода в ней высоко. Следовательно такую воду нельзя считать чистой т.е. свободной от микроорганизмов.

            Для проведения анализа  в ту же склянку, которой проводился отбор пробы, вводят пипеткой, погруженной до середины 1 мл. раствора МnCl₂ на каждые 100 – 150 мл пробы, и 1 мл раствора смеси КОН и КI так же на каждые 100 – 150 мл. При этом из склянки, наполненной доверху водой, выливается некоторое количество пробы. Склянку плотно закрывают пробкой, проверяют отсутствие пузырьков воздуха, и тщательно перемешивают содержимое взбалтыванием. Спустя 15 – 30 мин. приливают 2 мл на 100 – 150 мл пробы концентрированной соляной кислоты, закрывают склянку и перемешивают жидкость. От выделившегося йода проба окрашивается в желтый цвет. Отбирают пипеткой 50 мл пробы и титруют 0.01 молярным раствором тиосульфата натрия до перехода окраски в слабо-желтый цвет. После этого добавляют 1 мл свежеприготовленного раствора крахмала и продолжают титрование до исчезновения синей окраски. Титроваие проводят еще 2 раза и определяют среднее значение объема раствора тиосульфата. Расчеты производят по формуле 1.

            С_моль/л=V_T * С_Т/4V_пр.              (1)

где      С_моль/л – концентрация растворенного кислорода, моль/л.

            V_T – объем тиосульфата натрия, мл.

            С_Т – концентрация тиосульфата натрия, моль/л.

            V_пр – объем исследуемой пробы, мл.

Для перерасчета концентрации из моль/л в мг/л используют формулу:

С_мг/л = С_{моль/л *} М _* 1000                   (2)

Где:     С_мг/л – концентрация кислорода в мг/л

            С_моль/л – концентрация кислорода в моль/л, рассчитанная по формуле 1.

            М – молярная масса кислорода, равная 32 г/моль.

            1000 – коэффициент для перерасчета грамм в миллиграммы.

 Для повышения точности определения, концентрацию тиосульфата не стоит делать выше 0.01 моль/л, т.к. при высоких значениях его концентрации уменьшается объем, необходимый для титрования, что и приводит к более высокой погрешности.

            Следует помнить, что масса одного моля тиосульфата натрия составляет 248.18 г., т.к. его химическая формула – Na₂S₂O₃ * 5Н₂О.  Тиосульфат натрия входит в состав фотографического фиксажа и приобрести его можно в любой фотолаборатории.

            Раствор хлорида марганца насыщенный, а для приготовления раствора смеси гидроксида калия и иодида калия берут соответственно 70 и 15г. веществ на 100 мл. воды.

Указанное количество гидроксида калия можно заменить 50г. гидроксида натрия, а соляную кислоту на серную.

            Для оценки качества воды используется таблица 1.

 Таблица  1. "Класс качества воды в зависимости от ее показателей".

            Для справочных данных ниже приводятся уравнения химических реакций, протекающих при проведении анализа:

4МnCl₂ + 8КОН = 8NaCl + 4Mn(OH)₂

2Mn(OH)₂ + O₂ = 2H₂MnO₃

2H₂MnO₃ + 2Mn(OH)₂ = 2MnMnO₃ + 4H₂O

4КI + 4HCl = 4KCl + 4HI

2H₂MnO₃ + 8HCl + 4HI = 4МnCl₂ + 2I₂ + 6H₂O

2I₂ + 4Na₂S₂O₃ = 4NaI + 2Na₂S₄O₆

Следует помнить, что после взятия для анализа пробы воды, последний необходимо выполнить как можно раньше, т.к. в процессе хранения в воде происходят необратимые изменения, меняющие ее химический состав.

Так, например, изменение температуры пробы приводит к выделению растворенных газов – углекислого и кислорода. Так же происходит разложение гидрокарбоната кальция, что вызывает изменение жесткости. В воде происходят биохимические процессы, идущие с потреблением кислорода в процессе дыхания микроорганизмов, поэтому с течением времени его концентрация падает.

Азот аммонийных соединений. Нитриты. Нитраты.

            Наличие в воде аммиака является показателем загрязнения водоема органическими веществами, но только в том случае если о наличии органических веществ в воде свидетельствуют и другие данные анализа воды. В ряде местностей России в совершенно безупречных в смысле загрязнения водах можно встретить довольно значительное количество аммиака. В этом случае он образовался не за счет восстановления белкового азота органических соединений, а за счет реакций, протекавших в минеральной части почвы.

В процессе минерализации органических веществ, содержащихся в воде, азот окисляется вначале до нитритов, а затем до нитратов. Нитриты являются промежуточным продуктом распада азотсодержащих органических веществ, и поэтому наличие их в воде может вызвать подозрение о недавнем загрязнении органическими веществами. Но опять, же наличие нитритов в воде будет являться показателем недавнего загрязнения воды органическими веществами только в тех случаях, когда об этом свидетельствуют и другие показатели анализа.

Нитраты являются конечным продуктом минерализации органических, азотсодержащих веществ, поэтому в случае отсутствия аммиака и нитритов, наличие нитратов будет являться показателем давнего загрязнения воды органическими веществами. Наличие в воде нитратов при высокой окисляемости и одновременном присутствии нитритов и аммиака указывает на то, что процессы минерализации органических веществ еще не закончены, и на возможность того, что поступление органических загрязнений продолжается.

Следует иметь в виду, что небольшие количества нитратов (до 20 – 30 мг/л) почти всегда встречаются в неглубоких грунтовых и поверхностных водах за счет поступления их с дождевыми водами. Эти соединения образуются из азота воздуха во время гроз. Так же значительное количество нитратов могут содержать грунтовые воды, которыми может питаться водоем. Повышенное содержание нитратов может быть и в водоемах, питающихся паводковыми водами с полей, на которые вносились удобрения.

Несмотря на то, что знания о наличии в воде соединений азота дают довольно много информации для размышления, тем не менее определение содержания этих соединений в воде в условиях школы довольно затруднительно из за отсутствия соответствующих реактивов.

Выход может быть найден в приобретении довольно дорогого тест – комплекта. Анализ так же могут провести специалисты СЭС, причем для школы совершенно бесплатно (проверено). Своими силами и без привлечения значительных средств анализ можно провести, руководствуясь методикой, изложенной в газете «Химия» №20/2004 стр. 28. Но этот метод дает неточные результаты ( есть или нет, и если есть, то много или не очень).

Читать дальше