Российской Федерации Саратовский государственный технический университет Н. А. Собгайда, Г. А. Распопова методы

Скачать 0.99 Mb.

Название	Российской Федерации Саратовский государственный технический университет Н. А. Собгайда, Г. А. Распопова методы
страница	1/6
Тип	Учебное пособие

rykovodstvo.ru > Руководство эксплуатация > Учебное пособие

1 2 3 4 5 6

Министерство образования и науки Российской Федерации

Саратовский государственный технический университет

Н.А. Собгайда, Г.А. Распопова

МЕТОДЫ

ЭКОЛОГИЧЕСКОГО МОНИТОРИНГА

Допущено

учебно-методическим объединением по образованию в области химической технологии и биотехнологии в качестве учебного пособия для студентов высших учебных заведений, обучающихся по специальности «Охрана окружающей среды и рациональное использование природных ресурсов»

Саратов 2005

УДК 504.03.054

Собгайда Н.А. Методы экологического мониторинга. Учеб. пособие/ Н.А. Собгайда, Г.А. Распопова.- Саратов, СГТУ, 2005 -78с.

В настоящем учебном пособии к курсам «Экологический мониторинг» и « Мониторинг фоновых загрязнений» рассматриваются методы, применяемые в экологическом мониторинге для анализа почв, воздушной и водной среды. Даны необходимые студентам теоретические основы методов экологического мониторинга. Для лучшего усвоения теоретического материала в работе представлены методики для проведения экологического мониторинга различными методами.

Учебное пособие предназначено для студентов специальностей «Охрана окружающей среды и рациональное использование природных ресурсов», «Экология».

Рекомендовано к изданию учебно-методическим объединением по образованию в области химической технологии и биотехнологии в качестве учебного пособия для студентов высших учебных заведений, обучающихся по специальности «Охрана окружающей среды и рациональное использование природных ресурсов»

ВВЕДЕНИЕ

Интенсивное воздействие человека на природу, негативные, часто необратимые последствия этого воздействия обусловливают необходимость глубокого и всестороннего анализа проблемы взаимодействия общества и природы. Такой анализ в настоящее время осуществляется в рамках природопользования. Главная задача природопользования как научного направления - поиск и разработка путей оптимизации взаимодействия общества с окружающей природной средой.

Рациональное природопользование предполагает управление природными процессами, т.е. запрограммированное воздействие на природные объекты с целью получения определенного хозяйственного эффекта.

Чтобы управление было достаточно эффективным, необходимо иметь данные о динамических свойствах этих объектов, их изменении в результате антропогенного воздействия, предвидеть последствия вмешательства человека в ход естественных процессов.

Управление природными процессами должно опираться на надежную и достоверную информацию о прошлых, настоящих и будущих состояниях природных и природно-антропогенных систем. За последнее десятилетие накоплен большой материал по изменению природы. Однако он не содержит данных о динамике развития процессов. В связи с этим встал вопрос об организации специальных наблюдений за состоянием окружающей природной среды и ее антропогенными изменениями с целью их оценки, прогнозирования и своевременного предупреждения о возможных неблагоприятных последствиях, т.е. о введении постоянной действующей службы наблюдения (мониторинга).

Мониторинг включает следующие основные направления деятельности:

наблюдения за факторами, воздействующими на окружающую природную среду и за ее состоянием;
оценку фактического состояния природной среды;
прогноз развития состояния природной среды и оценку этого развития.

Таким образом, мониторинг - это система наблюдений, оценки и прогноза состояния природной среды, не включающая управление качеством окружающей среды, но дающая необходимую информацию для такого управления и выработки инженерных методов защиты окружающей среды.

Мониторинг может охватывать как локальные районы, так и земной шар в целом (глобальный мониторинг). Чтобы обеспечить эффективную оценку и прогноз, мониторинг должен включать наблюдения за источниками загрязнения, загрязнением природной среды и последствиями от этого загрязнения.

Чтобы дать обоснованную оценку загрязнениям природной среды, используют различные методы мониторинга. В данном учебном пособии предложены наиболее доступные и распространенные методы экологического мониторинга, которые представлены на рисунке 1.

2.1.2.2. Титриметрический

Рис.1 Схема методов экологического мониторинга

1. АЭРОКОСМИЧЕСКИЕ (ДИСТАНЦИОННЫЕ) МЕТОДЫ ЭКОЛОГИЧЕСКОГО МОНИТОРИНГА

Все возрастающую роль в комплексном мониторинге природной среды играют дистанционные методы исследований, наблюдения и контроля с использованием космической техники, т.е. аэрокосмические методы. Аэрокосмический метод – это уникальная система наблюдения при помощи самолетных, аэростатных средств, спутников и спутниковых систем.

Аэрокосмический мониторинг обладает рядом важных преимуществ по сравнению с другими методами наблюдения и контроля загрязнений природной среды, обеспечивая высокий уровень обобщения данных по загрязнению среды, глобальный охват антропогенных эффектов, оперативность получения информации по экологической ситуации в различных областях земного шара. Аэрокосмический мониторинг существенно дополняет наземные и корабельные средства наблюдений и контроля природной среды и позволяет объединить данные о состоянии окружающей среды на основе информации, полученной из космоса. Исследования Земли из космоса позволяют определить целую гамму важнейших экологических параметров экосистемы, таких как:

температурные режимы океана, материков, атмосферы на разных уровнях;
контроль океанических течений;
определение динамики открытых и закрытых водных бассейнов;
определение концентрации планктона в морях и океанах, солености воды;
изучение явлений деградации почвенного покрова;
исследование динамики лесных массивов, лесных и степных пожаров;
исследование всех типов загрязнений атмосферы и гидросферы;
исследование явлений вулканизма и их влияния на состояние экосистемы.

В зависимости от информации, дистанционные методы можно разделить на статические, где информация представлена в виде фотоснимка, и динамические, где информация представляет видеозапись во времени.

2.НАЗЕМНЫЕ МЕТОДЫ

2.1. Физико-химические

2.1.1. Качественные методы

Качественные методы позволяют определить, какое вещество находится в испытуемой пробе. Он всегда предшествует количественному анализу, так как выбор метода количественного определения зависит от данных качественного анализа. Качественный анализ можно разделить по реакции на катионы и по реакции на анионы.

а) Качественные реакции на катионы

Li⁺ - пламя красное

Na⁺ - пламя желтое

К⁺ - пламя (фиолетовое)

Са²⁺- пламя (кирпично-красное)

карбонат-ионы (белый осадок)

оксалат-ионы (белый осадок)

Ва²⁺- пламя (желто-зеленое)

сульфат-ионы (белый осадок)

хромат-ионы (желтый осадок)

Си²⁺- пламя (зеленое)

в водном растворе гидратированные ионы [Cu(H,O)J²⁺

имеют голубую окраску

водный раствор аммиака (сине-фиолетовая окраска)

РЬ²⁺ - сульфид-ионы (черный осадок)

йодид-ионы (желтый осадок)

хромат-ионы (желтый осадок)

Ag⁺ - хлорид-ионы (белый осадок)

хромат-ионы (кирпично-красный осадок)

Fe²⁺ - красная кровяная соль (синий осадок)

Fe+3 - желтая кровяная соль (синий осадок)

роданид-ионы (красное окрашивание)

Cd²⁺ - сульфид-ионы (желтый осадок)

Zn²⁺ - сульфид-ионы (белый осадок)

NH₄⁺- раствор щелочи (запах аммиака)

[Hg]²⁺- раствор щелочи (черный осадок)

хромат-ионы (красный осадок)

Hg²⁺- сульфид-ионы (черный осадок)

йодид-ионы (красный осадок)

Sn²⁺ - сероводород (темно-коричневый осадок)

Sn⁴⁺ - сероводород (желтый осадок)

б) Качественные реакции на анионы

SO^-2 - соли бария (белый осадок)

СО₃ ^-2 - соляная или серная кислоты (выделяется углекислый газ)

известковое молоко (белый осадок)

РО₄^-3 - магнезиальная смесь: MgCl2,+ NH₄OH + NH₄CL (белый осадок)

нитрат серебра (желтый осадок)

Si₃^-2 - разбавленные растворы кислот (студенистый осадок)

соли аммония (то же)

В₄О₇^-2 - пламя (зеленое окрашивание)

ВО₂^- - нитрат серебра (желтый осадок)

J^- - соли свинца (желтый осадок)

С1^- - хлорная вода + крахмал (синее окрашивание)

Вr^- - нитрат серебра (белый осадок)

- нитрат серебра (желтоватый осадок)

NO₃^- - металлическая медь в концентрированной серной кислоте (газ бурого цвета)

- металлический алюминий в сильнощелочной среде (запах аммиака)

- смесь H₂SO₄ + FeSO₄ (окраска от фиолетовой до коричневой)

NO^- ₂ - сульфаниловая кислота + а-нафтиламин (красное окрашивание)
2.1.2. Количественные методы

2.1.2.1. Гравиметрический метод

Суть метода состоит в определение массы и процентного содержания какого-либо элемента, иона или химического соединения, находящегося в испытуемой пробе. Искомую часть выделяют либо в чистом виде, либо в виде соединения известного состава. Гравиметрическим методом определяют содержание ряда тяжелых металлов, анионов, сухого вещества в плодах и овощах, клетчатки, «сырой» золы в растительном материале. Кроме того, этим методом определяют кристаллизационную воду в солях, общую и гигроскопическую влажность почвы и т.д.

Гравиметрический анализ проводят по следующим стадиям:

отбор средней пробы и подготовка ее к анализу;
взятие навески;
растворение навески;
выбор осадителя и осаждение определяемого элемента (с пробой на полноту осаждения);
фильтрование;
промывание осадка (с пробой на полноту промывания);
высушивание и прокаливание осадка;
взвешивание;
вычисление результатов анализа.

Аналитической практикой установлено, что при проведении гравиметрического анализа наиболее удобны навески от 0,5 до 2,0 г. Навеску вещества следует брать из расчета, чтобы после прокаливания получить гравиметрическую форму массой около 0,1-0,3 г для аморфного осадка и массой около 0,5 г - для кристаллического.

2.1.2.2. Титриметрический (объемный) метод

Этот метод имеет ряд преимуществ перед гравиметрическим (быстрота анализа, относительная простота операций, достаточная точность), в связи с чем он довольно широко применяется в лабораторной практике. В этом виде анализа взвешивание заменяется измерением объемов как определяемого вещества, так и реагента, используемого при данном определении. Если требуется провести объемным методом анализ сухого вещества, то берут его точную навеску массой 0,1-0,2 г, растворяют в мерной колбе, перемешивают, пипеткой отбирают известный объем полученного раствора, при необходимости добавляют буферную смесь, индикатор и пр. и проводят титрование.

Методы титриметрического анализа разделяют на 4 группы.

а) Методы кислотно-основного титрования. В основу этих методов положены реакции нейтрализации. Точка эквивалентности фиксируется при помощи индикаторов, которые меняют свою окраску в зависимости от реакции среды (величины рН). Этими методами определяют концентрации кислот, щелочей и солей, гидролизующихся в водных растворах. В качестве рабочих растворов используют титрованные растворы кислот и сильных оснований.

б) Методы осаждения. Методом осадительного титрования определяют элемент, который, взаимодействуя с титрованным раствором, может осаждаться в виде малорастворимого соединения; при этом изменяются свойства среды, что позволяет установить точку эквивалентности.

в) Методы окисления-восстановления. Эти методы основаны на окислительно-восстановительных реакциях, которые протекают между искомым веществом и веществом рабочего раствора (перманганато-метрия, йодометрия, хроматометрия и др.). Их используют для обнаружения различных восстановителей (Fe²⁺, С₂О*~, NO₂ и др.) или окислителей (Сг,О²^, МпО " , ClOj, Fe^ и т.д.). Точка эквивалентности определяется

по изменению окраски либо самого раствора, либо редокс-индикатора.

г) Методы комплексообразования. Эти методы дают возможность определять целый ряд катионов (Mg²⁺, Ca²⁺, Zn²⁺, Hg²⁺, AP⁺ и др.) и анионов (CN", F", СГ), которые обладают способностью образовывать малодис-социированные комплексные ионы. Особый интерес представляет комплексен III (трилон Б), широко используемый в количественном анализе. Точку эквивалентности чаще всего устанавливают по исчезновению анализируемого катиона в растворе с помощью так называемых металл-индикаторов. В качестве индикаторов для определения суммарного содержания кальция и магния могут быть взяты эриохром черный Т и хромовый темно-синий, для обнаружения кальция - мурексид, железа - роданид аммония в сульфаниловой кислоте и т.д.

2.1.2.3.Колориметрические методы

Колориметрия - один из наиболее простых методов абсорбционного анализа. Он основан на изменении оттенков цвета исследуемого раствора в зависимости от концентрации. Колориметрические методы можно разделить на визуальную колориметрию и фотоколориметрию.

а) Визуальная колориметрия.

Она осуществляется за счет стандартных серий. Для этого исследуемый раствор сравнивают с набором стандартных растворов, которые должны быть свежеприготовленными и отличаться друг от друга не менее чем на 10-15%.

Например, колориметрическое определение рН по Алямовскому основано на свойстве индикаторов изменять свою окраску в зависимости от концентрации ионов водорода, присутствующих в растворе.

Шкала прибора Алямовского представляет из себя ряд запаянных пробирок, заполненных окрашенным раствором. Этот устойчивый к действию света раствор имитирует окраску универсального индикатора при определенном значении рН. Испытуемый раствор сравнивают со шкалой и находят в ней пробирку, наиболее совпадающую с ним по цвету. Если окраска жидкости не соответствует цвету растворов шкалы, то берут среднее значение между двумя приближающимися по цвету пробирками. Иногда может встретиться набор Алямовского, в котором стандартная цветная шкала представлена не ампулами с растворами, а стеклянными пластинками с цветными пленками.

Для удобства сравнения к прибору прилагается компаратор, но техника сравнения растворов со шкалой в этом случае другая. Пробирку с окрашенным испытуемым раствором нужно поместить в левое гнездо компаратора. В пробирку из правого гнезда компаратора наливают 5 мл дистиллированной воды. В пазы компаратора вставляют стандартную цветную шкалу, при этом ее окрашенная часть должна находиться против пробирки с дистиллированной водой, а бесцветная - против испытуемого раствора. Компаратор берут левой рукой и поднимают до уровня глаз, держа шкалой от себя и повернув ее к свету. Передвигая стандартную шкалу вверх и вниз, находят ту ее часть, которая по окраске совпадает с испытуемым раствором. Повернув компаратор шкалой к себе, отсчитывают значение рН и записывают результат анализа.

в) Фотоколориметрия

Фотоколориметрические методы – одна из широко используемых разновидностей абсорбционного оптического анализа. Для более точного определения анализируемого элемента применяют специальные приборы - фотоэлектроколориметры (ФЭК).

При работе на ФЭК чаще всего используют метод градуировочной кривой, основанный на построении калибровочного графика в осях «оптическая плотность - концентрация» для стандартных растворов известной концентрации. Измерив оптическую плотность, анализируемого раствора, по графику находят его концентрацию. Для лучшего усвоения фотоколориметрического метода студентом предлагается провести лабораторный анализ определения ионов меди и никеля в растворе этим методом на КФК -3-01.
Лабораторная работа 1

Определение ионов тяжелых металлов в растворе фотоколориметрическим методом

цель работы: научится работать на фотоколориметре КФК-3-01. Определить содержание ионов тяжелых металлов на КФК-3-01

Порядок работы на фотометре КФК-3-01.

Закрыть крышку кюветного отделения. Включить тумблер «Сеть». По истечении 30 мин. Приступить к работе. Установить необходимую длину волны.

1.Установку длин волн необходимо выполнять подводкой со стороны коротких длин волн к более длинным. Если при установке значение длины волны превысило требуемое, необходимо вновь вернуться на 20-30 Нм к более коротким волнам и повторно подвести к требуемому значению.

2. Взять две кюветы. В оду налить дистиллированную воду, а в другую – исследуемый раствор. Кюветы заполняются до метки с боковой стороны. На наружной поверхности кюветы не должно быть капель.

3. Установить кюветы в кюветное отделение. Кювету с «холостой пробой» установить в дальнее гнездо кюветодержателя. Ручку перемещения кювет установить в крайнее левое положение. Закрыть крышку кюветного отделения.

4. Клавишей «Д» или «С» выбрать режим измерения. Нажать клавишу «#». На нижнем индикаторе, на верхней строке будет надписано «Градуировка» через 3-5 сек. Надпись исчезнет и появится «Изменение», а на нижней строке результат измерения. Ручку перемещения кювет установить вправо. На нижней строке появится результат измерения (оптическая плотность исследуемого раствора).

Задание 1. Определения содержания Cu⁺⁺ в растворе фотоколориметрическим методом.

Оборудование и реактивы: фотометр КФК -3-01, кювета 3 см, колбы мерные емкостью 50 мл, пипетки 5,10 мл, стандартный раствор Cu⁺⁺ - 0,5 мг/ мл, раствор аммиака 1:1.

Методика эксперимента

1.Выбор длины волны.

В мерную колбу емкостью 50 мл внести 14 мл стандартного раствора Cu⁺² , добавить 15 мл аммиака довести водой до метки. Перемешать и замерить оптическую плотность раствора D от длины волны λ. Заполнить таблицу 1. В качестве оптимальной принимается та длина волны λ₀, при которой величина оптической плотности максимально для данного раствора рис.2.

2.Построение калибровочного графика.

В мерных колбах емкостью 50 мл приготовить 5-6 растворов Cu⁺⁺ с различным содержанием от 1 мг/ мл до 7 мг/мл. Объем каждого раствора 15 мл. В каждую колбу добавить 15 мл аммиака и довести водой до метки. Перемешать и замерить оптическую плотность D при выбранной длине волны λ0. Заполнить таблицу 2 и построить график зависимости оптической плотности D от концентрации раствора C (рис.3).

3. Определение содержания Cu⁺² в контрольном растворе.

В колбу с контрольным раствором добавить 10 мл воды, 15 мл аммиака. Водой довести до метки и перемешать. Замерить оптическую плотность раствора. По калибровочному графику (рис.3) определить С₀ -содержание Cu⁺² в растворе.

4.Сделать выводы по работе.

Задание 2. Определение содержания Ni⁺² в растворе фотоколориметрическим методом.

Оборудование и реактивы: фотометр КФК -3-01, кювета 3 см, колбы мерные емкостью 50 мл, пипетки 5,10 мл, стандартный раствор Ni⁺⁺ - 0,01 мг/ мл, 1% спиртовой раствор диметилглиоксима, йодная вода, раствор аммиака 1:1.

Методика эксперимента

1.Выбор длины волны.

В мерную колбу емкостью 50 мл внести 10 мл стандартного раствора Ni⁺², добавить 5 мл, йодной воды, 6 мл аммиака и 2 мл диметилглиоксима. Довести водой до метки, перемешать. Через 5-7 мин замерить оптическую плотность раствора при различных длинах волн. Заполнить таблицу 1. Построить график зависимости оптической плотности раствора, D от длины волны λ. В качестве оптимальной принимается та длина волны λ₀, при которой величина оптической плотности максимально для данного раствора (рис.2)

2.Построение калибровочного графика.

В мерных колбах емкостью 50 мл приготовить 5-6 растворов Ni⁺² с различным содержанием от 0,01 мг/ мл до 0,1 мг/мл. Объем каждого раствора 10 мл. Затем в каждую колбу добавить реактивы как указано в п.1. Довести водой до метки, перемешать. Через 5-7 мин замерить оптическую плотность раствора при выбранной длине волны. Заполнить таблицу 2 и построить график зависимости оптической плотности D от концентрации раствора C (рис.3)

3. Определение содержания Ni⁺² в контрольном растворе.

В колбу добавить контрольного раствора 10 мл воды, а затем добавить реактивы как указано в п.1. Замерить D₀.- оптическую плотность раствора. По калибровочному графику (рис.3) C₀ определить C₀ - содержание Ni⁺² в растворе.

4. сделать выводы по работе.

Таблица 1

№ измерения	Длинна волны , λ, нм	Оптическая плотность, D
1
2
3

Рис.2 Зависимость оптической плотности D от длины волны λ
Таблица 2

№ измерения	Концентрация раствора, С₀ , мг/мл	Оптическая плотность, D
1
2
3

1 2 3 4 5 6

	Российской федерации федеральное государственное бюджетное образовательное... «Саратовский национальный исследовательский государственный университет имени Н. Г. Чернышевского»		Красноярский государственный технический университет сибирский государственный... Методы нейроинформатики / Под ред. А. Н. Горбаня; отв за выпуск М. Г. Доррер. Кгту, Красноярск, 1998. 205 с
	Инструкция Ассистент кафедры Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования «Саратовский государственный технический университет»...		Экотоксикологическое Влияние кадмия на антиоксидантные процессы млекопитающих... Ведущая организация: гоу впо «Саратовский государственный технический университет»
	Саратовский государственный технический университет имени Гагарина Ю. А Данная инструкция составлена в соответствии с СанПин 2 1332-03 «Гигиенические требования к организации работы на копировально-множительной...		Покулаев Константин Валерьевич Заместитель начальника службы пути... Фгбоу во «Саратовский государственный технический университет имени Гагарина Ю. А»
	Российской Федерации Саратовский государственный университет имени... ...		Ульяновский государственный технический университет Положением о закупке товаров, работ, услуг федерального государственного бюджетного образовательного учреждения высшего образования...
	План-график размещения заказов на поставки товаров, выполнение работ,... Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования «Саратовский государственный...		План-график размещения заказов на поставки товаров, выполнение работ,... Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования «Саратовский государственный...
	Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение... Министерство образования и науки российской федерации федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального...		План-график размещения заказов на поставки товаров, выполнение работ,... Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования «Саратовский государственный...
	Российской Федерации Новосибирский государственный технический университет... Основные характеристики некоторых существующих cad/cam систем		Российской Федерации Уральский государственный технический университет... Особенности создания систем накопления для многомерной мессбауэровской спектрометрии
	Российской Федерации Алтайский государственный технический университет Методические указания предназначены для студентов экономи-ческих специальностей всех форм обучения		«Саратовский государственный технический университет имени Гагарина Ю. А.» Прика з Об утверждении Правил технической эксплуатации электроустановок потребителей, а также для непосредственного выполнения обязанностей...

Российской Федерации Саратовский государственный технический университет Н. А. Собгайда, Г. А. Распопова методы

Саратовский государственный технический университет

Саратов 2005

ВВЕДЕНИЕ

Похожие: