Презентация к исследовательской работе "Обнаружение солей тяжелых металлов в снежном покрове на разных участках г.Южноуральска"

Слайд 1

Исследовательская работа на областной интеллектуальный форум молодёжи «Шаг в будущее» секция Экология техносферы Обнаружение ионов тяжелых металлов в снеге на разных участков города Южноуральска

Слайд 2

Автор работы: Ученик 11 а класса средней школы №3 Г.Южноуральска Попов Григорий Руководитель: Учитель химии Арапова Г.В.

Слайд 3

Введение Город Южноуральск входит в состав Челябинской области РФ. Является одним из ведущих промышленных центров области. На территории города находится 7 действующих заводов и 1 Гидроэлектростанция, что создает повышенный неблагоприятный фон для экологии нашего города. Некоторые металлы крайне необходимы для жизнедеятельности человека и других живых организмов (их относят к так называемым биогенным элементам), другие вызывают противоположный эффект и, попадая в организм, приводят к его отравлению или гибели (их называют металлы - токсикантами). Специалистами по охране окружающей среды среди металлов - токсикантов выделена приоритетная группа, в которую входят свинец, медь, ртуть, кадмий, никель, хром, цинк, мышьяк как элементы наиболее опасные для здоровья человека и животных. Из них ртуть, свинец и кадмий наиболее токсичны.

Слайд 4

Основная часть ионов тяжелых металлов поступает в снег и почву из атмосферы, насыщенной промышленными выбросами. Свой вклад в загрязнение металлами вносят транспорт и коммунально-бытовые объекты. Почва депонирует тяжелые металлы, поскольку они сорбируются почвенным гумусом с образованием труднорастворимых соединений. Определить содержание тяжелых металлов в снеге и почве можно с помощью тонкослойной хроматографии (ТСХ). Это один из эффективных методов физико-химического исследования, не требующий сложного оборудования и дефицитных реактивов, позволяющий обнаружить вещества в ничтожно малых количествах (0,1-0,005 мкг). Исследуем наличие в снеге и почве железа, свинца и меди.

Слайд 5

Цель исследовательской работы: Определить наличие ионов тяжелых металлов в снеге города Южноуральска, выявить действие тяжелых металлов на организм человека на протяжении нескольких лет.

Слайд 6

Задачи: Освоить метод тонкослойной хроматографии на разных пробах снежного покрова. Провести мониторинг полученных результатов о наличии ионов тяжелых металлов с разных участков города с течением времени. Графически показать соотношение групп заболеваний среди детей и взрослого населения. Выявить взаимосвязь между данными о наличии тяжелых металлов и численностью заболеваний в нашем городе.

Слайд 7

Гипотеза: При помощи химического эксперимента можно подтвердить, что чистота снежного покрова зависит от места его расположения в городе Южноуральске, а рост различных групп заболеваний может зависеть от чистоты снега и почвы.

Слайд 8

Районы исследования: ГРЭС

Слайд 9

Городская клиническая больница (вблизи автодороги)

Слайд 10

Сосновый бор

Слайд 11

Школа № 3

Слайд 12

Этапы исследовательской работы : 1. Качественное определение ионов тяжелых металлов в снеге и почве. 2 . Определение ионов тяжелых металлов в снеге и почве методом тонкослойной хроматографии. 3 .Влияние тяжелых металлов на организм человека. Данные по городу Южноуральска. 4. Мониторинг состояния здоровья детей и взрослого населения города Южноуральска. 5. Мониторинг состояния здоровья учащихся МОУ.СОШ.№3.

Слайд 13

Экспериментальный этап №1. Тема: Качественное определение ионов тяжелых металлов в снеговом пласте. Цель: Провести качественные реакции на ионы: Pb 2+, Fe 3+, Fe 2+, Cu 2+ В марте 2007 и 2008 года я проводил качественный анализ снежного покрова, состав которого по содержанию ионов тяжелых металлов, соответствует водной вытяжке почвы. Снеговой покров накапливает в своем составе практически все вещества, поступающие в атмосферу. В связи с этим снег можно рассматривать как своеобразный индикатор чистоты воздуха. Снег - один из наиболее информативных и удобных индикаторов загрязнения воздушной среды. На его запыленность оказывают влияние природные факторы и особенный ветровой режим. Правильный отбор-залог успешного анализа.

Слайд 14

Анализ снегового покрова следует проводить один раз в конце зимнего сезона. Снег нужно брать по всей глубине его отложения в стеклянные банки (удобнее трехлитровые) Сразу после таяния пробы, когда температура талой воды сравняется с комнатной, проводят ее анализ. Пробы снега для исследования отбираем со всей глубины снежного покрова. Снег растапливаем, подкисляем азотной кислотой и упариваем с 1 л до 5 мл.

Слайд 15

Обнаружение ионов свинца Pb 2+ Качественное определение с иодидом калия. На лист фильтровальной бумаги нанести несколько капель исследуемого раствора и добавить несколько капель свежеприготовленного 0,2% раствора иодида калия . В присутствии ионов свинца образуется желтое пятно. 2 I ¯ + Pb +² = PbI 2 ↓

Слайд 16

Обнаружение ионов железа. Fe 2+ и Fe 3+ Качественное определение с красной кровяной солью Железо ( II ). Fe +2 Гексацианоферрат ( III ) калия , в кислой среде (рН ~ 3) образует с катионом Fe +2 осадок турбуленовой сини темно-синего цвета: К 1 мл исследуемой воды добавить 2-3 капли раствора серной кислоты и 2-3 капли раствора реактива . 3 Fe +² + 2 [ Fe(CN) 6 ] ¯ ³ → Fe 3 [ Fe(CN) 6 ] 2 ↓ Качественное определение с желтой кровяной солью Железо ( III ). Fe +3 Гексацианоферрат ( II ) калия в слабокислой среде с катионом Fe +3 образует темно-синий осадок берлинской лазури: К 1 мл исследуемой воды прибавить 1-2 капли раствора соляной кислоты и 2 капли раствора реактива. 4Fe +³ + 3[ Fe(CN) 6 ] ¯4 → Fe 4 [ Fe(CN) 6 ] 3 ↓

Слайд 17

Обнаружение ионов меди С u 2+ Качественное обнаружение с концентрированным раствором аммиака NH 4 OH В фарфоровую чашку поместить 3-5 мл исследуемой воды, осторожно выпарить досуха и на периферийную часть пятна нанести каплю концентрированного раствора аммиака. Появление интенсивно синей или фиолетовой окраски свидетельствуете присутствии Cu +: Cu +² + 4 NH 4 OH → [ Cu (NH 3 ) 4 ] ¯² + 4 H 2 O

Слайд 18

Экспериментальный этап №2. Тема: Определение тяжелых металлов в снеге и почве методом хроматографии. Цель: Подтвердить содержание тяжелых металлов методом хроматографии. Тонкослойна хроматография ( TCX , TLC ) – один из наиболее используемых методов хроматографического анализа, но наименее популяризуемый. Несмотря на существовавшие до недавнего времени существенные недостатки, она широко используется для качественного анализа смесей, в основном, за счет дешевизны и скорости получения результатов. Физико-химические свойства тонкослойной хроматографии. Основой тонкослойной хроматографии является адсорбционный метод, хотя также встречается метод распределительной хроматографии. Адсорбционный метод основан на различии степени сорбции-десорбции разделяемых компонентов на неподвижной фазе. Адсорбция осуществляется за счет ван-дер-вальсовских сил, являющейся основной физической адсорбции, полимолекулярной (образование нескольких слоев адсорбата на поверхности адсорбента ) и хемосорбцией ( химического взаимодействия адсорбента и адсорбата ).

Слайд 19

Тонкослойная хроматография. В этом методе хроматографирование веществ происходит в тонком слое сорбента, нанесенного на тона твердую плоскую подложку. Разделение в этом методе в основном происходит на основе сорбции-десорбции. Использование различных сорбентов, позволило значительно расширить и улучшить этот метод.

Слайд 20

Методика эксперимента Можно выделить несколько этапов: Подготовка пластин( из алюминиевой фольги). Для этого используем силуфоловые пластинки, представляющие собой закрепленный слой силикагеля с крахмалом, нанесенный на алюминиевую фольгу.

Слайд 21

На вырезанной пластинке размером 3 х 7 см отмечаем линию старта, на которую с помощью капилляров наносим анализируемую смесь и свидетель (водный раствор соли соответствующего металла). Затем эту пластинку помещаем в стакан с растворителем (н-бутанол, дистиллированная вода с добавлением уксусной кислоты до установления в системе pH ).

Слайд 22

Для обнаружения ионов металлов опрыскиваем хроматограмму из пульверизатора растворами реагентов, дающих цветные реакции, для обнаружения ионов Fe +² - раствором гексоцианоферрата (III) калия ; ионов Fe +³ - раствором гексацианоферрата ( II ) калия ; ионов Pb + ² , - раствором иодистого калия , для обнаружения ионов С u +² - раствор аммиака. .При этом появляются окрашенные пятна (желтое, берлинской лазури, розовое, соответственно). По высоте пятна на хроматограмме проводим количественное сравнение анализируемых ионов тяжелых металлов.

Слайд 23

Значение Rf . Одним из основных показателей в ТСХ является показатель Rf . Этот параметр является аналогией времени удерживания и зависит как от свойств разделяемых веществ, состава подвижной фазы и сорбента, так и от физических параметров. Определение значение Rf проводят как отношение расстояния прошедшего веществом к расстоянию, прошедшего фронтом растворителя.

Слайд 24

Таблица № 1 Содержание тяжелых металлов в снеге (методом хроматографии ) в 2007 году объект исследования Pb +2 С u +2 Fe +3 Сосновый бор ------- 0,4 1,6 МОУ. СОШ.№ 3 0,5 1,0 1,8 Гидроэлектро-станция следы 1,7 1,0 Городская клиническая больница 0,8 0,7 следы

Слайд 26

Таблица № 2 Содержание тяжелых металлов в снеге (методом хроматографии ) в 2008 году объект исследования Pb +2 С u +2 Fe +3 Сосновый бор ------- 0,4 1,4 МОУ. СОШ.№ 3 0,1 1,1 0,8 Гидроэлектростанция следы 1,5 1,0 Городская клиническая больница 1,1 0,7 следы

Слайд 29

Из диаграммы №1 и таблицы №1 видно, что наибольшее содержание на территории МОУ.СОШ.№3 – это ионов железа, а наименьшее ионов свинца. Уже в 2008 году из диаграммы №2 и таблицы №2 видно, что преобладают в снеге ионы меди, а ионы свинца остаются также на нижнем уровне. Однако, если проанализировать диаграмму №3, то можно сказать, что из всех экспериментальных площадок, наибольшее содержание свинца (как наиболее вредного для здоровья металла)на территории городской клинической больницы и на территории МОУ.СОШ№3, что прежде всего связано с нахождением данных участков возле автодороги и появлением на дороге искусственных неровностей. Следовательно можно сделать вывод, что чистота снежного покрова зависит от места его нахождения в городе Южноуральске, самый чистый снег – это в Сосновом бору.Т.е. основное загрязнение вызвано обилием автомобильного транспорта в черте города.

Слайд 30

Экспериментальный этап №3. Тема: Влияние тяжелых металлов на организм человека. Данные по городу Южноуральску. Цель: Выявить влияние тяжелых металлов на организм человека. Данные по городу Южноуральску Проанализировав результаты, возникает следующий вопрос « Какое влияние оказывают тяжелые металлы на организм человека? Этому я посвящаю следующий этап работы. Работая с литературой, я выделил следующее , что ведущими факторами являются: 1)комплекс показателей среды обитания и социальная инфраструктура города 2)территориальный уровень воздействия химических и физических факторов. 3)наличие действующей ГРЭС на территории Южноуральского округа

Слайд 31

Таблица № 3. Содержание ионов тяжелых металлов в организме человека Элемент медь свинец Содержание в организме(70 кг) 72 мг до Мышечная ткань,% 1*10-з до Костная ткань, % (1-26)*10"4 0,016*10 Кровь, мг/л 1,01 (0,1- 4,2) * 10 4 Ежедневный приём с пищей 0,50-6 мг Д. о., но доза невелика Токсическая доза > 250 мг токсичен Летальная доза Д. о. _____________

Слайд 32

Медь и здоровье человека Содержание меди в человеческом организме (масса тела 70 кг) - 72 мг. Ежедневный прием с пищей составляет 0,50—6 мг, из которых усваивается -30%. Токсическая доза меди больше 250 мг. Попав в организм, соединение меди поступает в печень, которая является главным складом этого микроэлемента. Медь концентрируется также в мозге, сердце и почках, мышечной и костной тканях. Реакция организма на недостаток и избыток меди Недостаток меди приводит к деструкции кровеносных сосудов, заболеванию костной системы, возникновению опухолевых заболеваний. Удаление меди из соединительной ткани вызывает заболевание «красная волчанка». Избыток меди в различных тканях приводит к тяжелым и часто необратимым заболеваниям. Накопление меди в печени и мозге, ведет к болезни Вильсона (гепатоцеребральная дистрофия).

Слайд 33

Свинец и здоровье человека Содержание свинца в организме человека (масса тела 70 кг) составляет 120-400 мг. Источники поступления свинца в организм человека Органические соединения свинца поступают в организм человека через кожу и слизистые оболочки с пищей и водой, неорганические (например, содержащиеся в выхлопных газах) - через дыхательные пути и пищеварительный тракт. 1. Больше половины всего поступающего в организм свинца приходится на воздух. Ежедневно житель города вдыхает 20 м воздуха с содержанием свинца2 * 10" мг/мг. Основные промышленные источники выбросов свинца в атмосферу в России представлены ниже. Немалый вред приносит автотранспорт. Быстрый рост числа автомобилей в последние годы привел к тому, что в некоторых городах, где нет ни обогатительных комбинатов, ни металлургических заводов, за год в воздух выбрасывается до 8 тыс. т свинца, что превышает допустимый уровень. 2. С ежедневным приемом пищи в организм поступает свинца 0,06—0,5 мг. В продуктах растительного и животного происхождения естественное содержание свинца не превышает 0,5-1,0 мг/кг. В больших количествах он содержится в хищных рыбах, например в тунце (до 2,0 мг/кг), в моллюсках и ракообразных (до 10 мг/кг). Токсическая доза свинца -1 мг, летальная —10 г оже не помогает..

Слайд 34

3. Много свинца в пищевых продуктах, выращенных вдоль автомагистралей. Свинец образуется при сгорании этилированного бензина (бензина, содержащего тетра-этилсвинец) и легко проникает в почву. Соединения свинца добавляют к бензину для улучшения работы двигателя. раза. При остром отравлении появляется боль в животе, потеря аппетита, понос с последующим запором, рвота, общее недомогание, головная боль, конвульсии из-за повышения внутричерепного давления. Свинец вызывает обширные патологические изменения в нервной системе, крови сосудах, активно влияет на синтез белка, энергетический обмен клетки и ее генетический аппарат Свинцовые отравления весьма различны в проявлениях и включают психическое возбуждение, тревогу, ночные кошмары, галлюцинации, нарушение памяти и интеллекта с симптоматикой распада личности. Очень опасны неврологические нарушения у детей – гиперактивность, ухудшение показателей психического развития, снижение работоспособности к обучению. Отравления свинцом и его солями вызывает поражение десен, расстройство кишечника заболевания почек.

Слайд 35

ЖЕЛЕЗО При недостатке железа человек начинает быстро утомляться, возникают головные боли, появляется плохое настроение. Источниками загрязнения атмосферного воздуха служат выбросы энергетических объектов, автотранспорта, движение технологического транспорта, технологические и вентиляционные выбросы объектов других отраслей промышленности.

Слайд 36

Таблица № 4 Загрязнение почвы территории Южноуральска ионами тяжелых металлов (профилакторий Сосна) № по порядку определяемые показатели результаты исследований, единицы измерения оценка степени эпид. опасности почвы ед. измерения 1 РН, единиц 6,2 …………… 2 свинец 1,1 мг/кг 32,0 мг/кг 3 медь 2,7 мг/кг 132,0 мг/кг

Слайд 37

( ГИДРОЭЛЕКТРОСТАНЦИЯ) № по порядку определяемые показатели результаты исследований, единицы измерения оценка степени эпид. опасности почвы ед. измерения 1 РН, единиц 5,7 …………… 2 свинец 1,7 мг/кг 32,0 мг/кг 3 медь 3,8 мг/кг 132,0 мг/кг

Слайд 38

МОУ.СОШ.№3 № по порядку определяемые показатели результаты исследований, единицы измерения оценка степени эпид. опасности почвы ед. измерения 1 РН, единиц 5,6 ………….. 2 свинец 1,8 мг/кг 32,0 мг/кг 3 медь 2,1 мг/кг 132,0 мг/кг

Слайд 39

Анализ проб снега показал присутствие в них ионов свинца, но концентрация свинца в почве должна быть больше, чем в снеге. Это объясняется тем, что снег накапливает загрязняющие вещества в течение сезона, а почва из года в год. Данные можно увидеть в таблице №4 (из экологического отдела г.Южноуральска). Содержание свинца в почве также зависит от интенсивности автомобильного потока, выбросов котельных. Т.о. наибольшее содержание свинца мы видим также на территории МОУ.СОШ.№3

Слайд 40

таблица №5 Впервые выявленная заболеваемость детей в городе Южноуральска за 2003 – 2008 гг. Заболевания 2003 год 2008 год Всего заболевших детей 1734 2020 Инфекционные болезни 270 392 Новообразования 80 92 Болезни эндокринной системы 71 94 Болезни крови и кроветворных органов 68 80 Психические расстройства 40 49 Болезни нервной системы 140 120 Болезни системы кровообращения 62 84

Слайд 41

Болезни органов дыхания 187 218 Болезни органов пищеварения 165 186 Болезни мочеполовой системы 244 265 Болезни кожи и п/к клетчатки 131 140 Болезни костно-мышечной системы 100 111 Врожденные аномалии 166 175 Болезни перинатального периода 10 14

Слайд 43

таблица № 6 Впервые выявленная заболеваемость взрослого населения города Южноуральска за 2003 – 2008 гг. Заболевания 2003 год 2008 год Всего заболевших 36270 38360 Инфекционные болезни 3333 2200 Новообразования 1757 1754 Болезни эндокринной системы 902 1574 Болезни крови и кроветворных органов 268 335 Психические расстройства 1973 2162 Болезни нервной системы 734 768 Болезни системы кровообращения 2275 3544

Слайд 44

Болезни органов дыхания 16809 16541 Болезни органов пищеварения 2038 2516 Болезни мочеполовой системы 1459 2010 Болезни кожи и п/к клетчатки 1818 1707 Болезни костно-мышечной системы 2590 2921 Врожденные аномалии 241 258 Болезни перинатального периода 73 70

Слайд 45

Таблица № 7 Впервые выявленные заболевания в 2007-2008 году в МОУ.СОШ.№3 Заболевания 2007 год 2008 год Всего заболевших детей 88 106 Инфекционные болезни - - Новообразования 1 - Болезни эндокринной системы - - Болезни крови и кроветворных органов 11 10 Психические расстройства 12 14 Болезни нервной системы 6 8

Слайд 46

Болезни системы кровообращения 2 5 Болезни органов дыхания 2 5 Болезни органов пищеварения 24 28 Болезни мочеполовой системы 13 19 Болезни костно-мышечной системы 17 17 Врожденные аномалии - -

Слайд 47

Заключение Из данных таблиц видно, что среди детского и взрослого населения города Южноуральска преобладают такие заболевания, как инфекционные болезни,бронхо-легочные, заболевания пищеварительного тракта, болезни моче-половой системы. Рост этих заболеваний с каждым годом связан прежде всего выбросами, которые производят в атмосферу предприятия города, увеличением числа авто- и технотранспорта. Ионы тяжелых металлов, особенно свинца оказывающие токсичное действие на живые организмы зимой сначала накапливаются в снеге, а затем попадают в почву. Следовательно, снег и почва на разных участках города Южноуральска, особенно возле автодорог имеет опасные уровни химического загрязнения металлами и высокую зараженность яйцами гельминтов. Это увеличивает токсическую нагрузку вредными веществами на население, создает условия для комплексного их воздействия, а также предопределяет угрозу распространения гельминтозов .

Слайд 48

Для изменения ситуации в лучшую сторону, необходимо в ближайшее время запретить выпуск этилированного бензина и переходить на более чистое экологическое топливо. В рамках нашего города жителям рекомендуется своевременно проходить диспансеризацию, а также рекомендовать работникам ГАИ более тщательно контро-лировать содержание ионов тяжелых металлов в выхлоп-ных газах автомобилей. Для того чтобы уменьшить вероятность загрязнения сельскохозяйственных культур ионами свинца, необходимо располагать посевы на расстоянии не менее 300м от автострад. В целом современные города представляют собой огромные техногенные геохимические и биологические аномалии, что не только отражается на состоянии здоровья населения в настоящее время, но и будет иметь непредсказуемые последствия для будущих поколений.