«Изучение методов экологического исследования окружающей среды»

Гимназия №1

Научная работа по экологии

Тема: «Изучение методов экологического исследования окружающей среды»

Выполнили:

Годовник Алексей

Фаткулина Эльвира

                Научный руководитель: Зыкова Елена Викторовна

г. Краснознаменск, 2006.

    Цель работы: провести первичное экологическое обследование объектов окружающей среды и практически ознакомить слушателей с современными методами экологического обследования современными средствами экспресс-контроля и методиками их применения.

I.Методы экологического исследования окружающей среды, применяемые в условиях школьной лаборатории.

1. Экспресс – анализ загрязненности воздуха с помощью индикаторных трубок.

Этот метод позволяет  обнаружить в воздухе оксиды азота, диоксид серы, диоксид углерода, аммиак.

2. Экспресс – анализ загрязненности питьевой, природной, сточной воды и почвенных вытяжек.

Это тест, который позволит проанализировать загрязненность воды и почвенных вытяжек на содержание карбонатов, гидрокарбонатов, сульфатов, хлоридов и определить рН концентрации природных компонентов и загрязняющих веществ в исследуемых водных растворах.

3. Экспресс – анализ соков, овощей и фруктов с помощью нитрат–теста.

Нитрат-тест  при контроле пищевых продуктов, помогает дать самостоятельную оценку качества продуктов питания по содержанию в них нитратов.

5. Учебное моделирование химических загрязнений объектов окружающей среды (воздуха, воды, почвы).

Этот метод позволяет приобрести навыки выполнения практической исследовательской работы по исследованию состояния окружающей среды.

В условиях школьной лаборатории эти методы исследования могут выполняться с помощью базового комплекта серии «Пчёлка   У».

        Назначение и области применения комплекта базовой серии «Пчёлка   У». Комплект направлен на первичное экологическое обследование объектов окружающей среды и практически знакомит учащихся с современными методами экологического исследования, современными средствами экологического экспресс – контроля и методиками их применения.

  Комплекты серии «Пчелка-У» не содержат ядовитых и сильнодейст вующих веществ. Входящие в состав комплектов реактивы герметично упакованы в капсулы (флаконы) и не представляют опасности даже при разгерметизации.

II. Меры безопасности при работе с комплектами.

При работе с комплектами руководствуются основными правилами безопасности, предусмотренными для работ в химической лаборатории. В частности, недопустимо:

1) попадание химикатов и растворов на слизистые оболочки, кожу,

одежду;

1. принятие пищи (питья);
2. использование открытого огня;

4) вдыхание воздуха и химикатов, особенно имеющих резкий запах и находящихся в мелкокристаллическом состоянии (образующих пыль).

Необходимо также обращать внимание на герметичность упаковки химикатов (реактивов), на наличие хорошо и однозначно читаемых этике ток, а также при работе со стеклянными изделиями и посудой соблюдать осторожность во избежание порезов.

Факторами опасности при проведении работ являются порезы ос колками стекла при вскрытии корпуса индикаторной трубки, а также факто ры, связанные с вдыханием загрязненного воздуха при его анализе.

При проведении экспериментов по моделированию загрязнений воздуха предусмотрено использование концентрированных и разбавленных минеральных кислот - серной, соляной, азотной, муравьиной (в со став комплекта не входят). Могут представлять опасность для здоровья и небольшие количества газов, получаемые в ходе практикума (например, хлора, оксида серы (IV) и др.).

Повышенную опасность представляют концентрированные мине ральные кислоты и муравьиная кислота, обладающие сильным разъедаю щим действием при попадании на слизистые оболочки, кожные покровы, одежду, обувь, оборудование и т.п. При попадании кислот на кожу необхо димо быстро промокнуть раствор любым тампоном (салфеткой, тряпочкой и т.п.), место попадания обильно промыть струей воды и вымыть с мылом.

   Особенно опасны кислоты при попадании в глаза. В этом случае глаза необходимо немедленно обильно промыть несильной струей воды, затем 2%-ным водным раствором соды и срочно обратиться к врачу-специалисту. ☹

   Концентрированные серная и азотная кислоты могут вызвать возго рание органических материалов (древесина, ветошь и др.) при контакте.

Правила техники безопасности при выполнении экспериментов по приготовлению учебных модельных смесей и их анализу имеют много обще го с правилами техники безопасности при выполнении лабораторных опытов и практических работ в химическом кабинете. Поэтому на первых занятиях следует ознакомить учащихся с этими правилами (или повторить их). В ча стности, целесообразно ознакомить учащихся с некоторыми знаками безо пасности, предписывающими выполнение конкретных требований безопас ности, маркирующими опасные вещества, указывающими местонахождение пожарных кранов, огнетушителей, пунктов медицинской помощи и т.п.

Ядовитые вещества

       Во всех случаях, при проведении опытов следует соблюдать общие меры предосторожности, принятые при выполнении химического демонст рационного эксперимента и фронтальных практических работ:

1) эксперимент в целом рассматривается как потенциально опас ный. В нем выделяются элементы повышенной опасности (отбор и добав ление кислот, отбор газов и паров различной степени токсичности);

2) достаточная удаленность от человека (не менее 2,5 м), без сни жения наглядности эксперимента;

3) разумное применение средств индивидуальной защиты (прово дящий эксперимент надевает защитные очки, резиновые перчатки, а при необходимости - фартук или халат);

III. Оборудование, применяемое для исследования окружающей среды

1. Индикаторные трубки, насос-пробоотборник.

1.1 Общие сведения

Индикаторные трубки являются современными, наиболее дешевыми, простыми в применении и наглядными средствами быстрого («экспрессного») количественного определения концентрации химических веществ в воздухе. Индикаторные трубки широко используются в России и за рубежом для анали за воздуха, промышленных газовых выбросов и специальных целей.

Следует отметить, что индикаторные трубки, как и любые приборы для определения загрязнения воздуха, имеют минимально определяемую концентрацию (чувствительность определения). Поэтому в ходе опытов целе сообразно привести сведения о чувствительности различных индикаторных трубок, а также ПДК различных загрязнителей атмосферы для разных усло вий  воздуха населенных пунктов (среднесуточные и максимально разо вые), а также воздуха рабочей зоны.

   Из данных о чувствительности индикаторных трубок следует, что, за исключением оксида углерода (IV), с их помощью можно определять со держание компонентов только в относительно загрязненном воздухе, т.е. при высоких концентрациях компонентов-загрязнителей). Поэтому в качестве объектов практических работ можно использовать:

- воздух на улице и в классном помещении, а также воздух, выды хаемый человеком при определении оксида углерода (IV);

- выхлопные газы автомобильного двигателя или воздух в местах скопления автотранспорта с работающим двигателем (у светофоров, на автотрассах с напряженным движением, в автопарках и дворах при пуске и прогреве двигателей и т.п.). Таким образом может быть определена за грязненность оксидом углерода (II) и диоксидом азота (IV), нефтепродук тами (бензином). Следует отметить, что максимально допустимая концен трация оксида углерода (II) в выхлопных газах составляет: для карбюра торного двигателя  2 % (об.), для дизельного - 0,5 % (об.);

- воздух вблизи промышленных площадок, строительных зон, в свежеокрашенных помещениях при наличии резкого запаха, свидетельст вующего о загрязнении - оксидом серы (IV), хлором, аммиаком, органиче скими растворителями и др. Так, выделение больших количеств оксида серы (IV) происходит при разогреве битума для крыш; химические компо ненты - загрязнители воздуха часто встречаются в воздухе вблизи скла дов химических материалов, химических производств и цехов;

- объектом практических работ могут быть также учебные модель ные воздушные смеси.

1.2 В процессе применения индикаторных трубок выполните следую щие операции:

1. Выньте индикаторную трубку, а также соответствующую (если предусмотрено для выполнения данного анализа) фильтрующую трубку из упаковки.

2. Вскройте индикаторную трубку с обоих концов, осторожно над ломив корпус по этим надрезам (для вскрывания стеклянного корпуса удобно использовать отверстие в корпусе насоса).

3. Если для анализа необходимо использовать фильтрующую труб ку, подсоедините ее с помощью отрезка резиновой трубки последователь но к индикаторной трубке со стороны входа воздуха, а индикаторную труб ку - к резиновой втулке насоса со стороны выхода воздуха (перетяжки).

4. Проверьте герметичность соединения трубок с насосом. Для это го проведите внешний осмотр, а также пробное прокачивание воздуха, за глушив отверстие входа воздуха каким-либо способом - например, невс крытой индикаторной трубкой. (Пробное прокачивание воздуха выполняет ся аналогично рабочему). О герметичности соединения трубок свидетель ствует возвращение поршня насоса в исходное положение после его вытя гивания из корпуса примерно на 1/3 длины штока.

5. Прокачайте через инди каторную трубку указанный на этикетке объем анализируемого воздуха с помощью насоса пробоотборника, для чего выпол ните следующие операции:

1) поверните шток насоса по оси вращения так, чтобы мет ка «1» на направляющей втулке корпуса насоса не совпадала с меткой «2» на штоке на четверть оборота т.е. около 90°C. При этом фиксатор на крышке насоса выйдет из зацепления с пазами на штоке;

2) введите шток целиком в корпус насоса. При этом имеющийся в рабочем пространстве насоса воздух выйдет через клапан обратного хода;

3) поверните шток по оси вращения так, чтобы метка «1» (на направ ляющей втулке корпуса насоса) совпала с меткой «2». При этом фиксатор на корпусе займет положение, соответствующее пазу на штоке;

4) оттяните шток насоса на себя с усилием до второго щелчка фик сатора (до метки «100» на штоке), что соответствует одному полному ходу поршня объемом в 100 см3. При этом фиксатор войдет в зацеп ление с пазом на штоке, маркированным меткой «100», и начнется проса сывание воздуха до тех пор, пока давление в рабочем пространстве насо са не сравняется с атмосферным;

5) выдержите поршень в зафиксированном положении в течение 1 мин. или иного времени, необходимого для завершения цикла прокачи вания. Момент окончания про качивания контролируйте по индикатору завершения прососа. Об окончании цикла просасывания свидетельствует появление четкого изображения точки в окошке индикатора.

Примечание. При завершении просасывания ранее указанного времени че рез индикаторную трубку может просасываться количество воздуха, меньшее необходимого по техническим данным, что приведет к неправильным результа там анализа.

При необходимости прокачивания через индикаторную трубку большего объема анализируемого воздуха описанные выше операции с насосом повторяют соответствующее число раз, не вынимая индикаторной трубки из резиновой втулки насоса.

Примечание. Во всех индикаторных трубках индикационный эффект ви зуально определяется как столбик изменившего окраску наполнителя. Исключе нием является индикаторные трубки для контроля оксида углерода (II). Индика ционный эффект от наличия оксида углерода(II) наблюдается в виде светло-коричневого пятна, продвигающегося по наполнителю. При использовании данной индикаторной трубки во избежание получения неправильных результатов следу ет во время просасывания воздуха непрерывно наблюдать за окраской наполни теля, чтобы не пропустить продвижения по наполнителю светло-коричневого пятна, которое при высоких концентрациях оксида углерода (II) может продви гаться с высокой скоростью и оказаться незамеченным.

6. Извлеките индикаторную трубку из резиновой втулки насоса и приложите ее к контрольной шкале, как показано на рисунке, совместив границу наполнителя индикаторной трубки с нулевым делением шкалы.

7. Определите концентрацию анализируемого компонента по контрольной шкале, по границе изменения окраски наполнителя индикаторной трубки. Длина изменения окраски на наполнителе является мерой концентрации контролируемого компонента.

8. Рассчитайте концентрацию анализируемого компонента в воздушной среде (Сн) в мг/мЗ, приведенную к нормальным условиям, т.е. к температуре 20°C и атмосферному давлению 760 мм рт. ст., по формуле: 1☺

где:

CH – результат изменения концентрации с помощью индикаторных трубок при температуре t и давлении P, мг/м3;

t0 и P – температура окружающего воздуха (0С) и атмосферное давление (КПа) соответственно, в момент анализа;

293 и 101,3 – температура (0К) и давление (КПа), соответствующие нормальным условиям изменений.

IV. Методика применения тестов при анализе водных растворов.

Значение исследования загрязнённости воды, как экологической опасности, обычно бывает понятно окружающим. При организации практических работ по оценке качества воды следует различать оценку её состава по природным компонентам, и по компонентам, являющимися чужеродными для природной воды, т. е. попадающие в водные объекты в результате антропргенного загрязнения.

Представляется целесообразным использование игровых и тесто вых методов проведения занятий, когда, например, одной группе учащихся предлагается смоделировать сточные воды какого-либо предприятия (предварительно наметив тип промышленного производства и соответст вующие ему загрязнители в сточных водах), а другой — определить за грязнение в сточных водах. Одним из вариантов подобных игровых заня тий может быть «игра по станциям». Каждая из станций имеет наименова ние загрязнителя либо типа производства, например: «хроматы», «цех гальванических покрытий»; «сульфиды», «цех крашения ткани» и т. п. Дан ные по типам промышленных предприятий и соответствующих им компо нентам в сточных водах приведены в таблице.

Таблица №1. Основные вещества — загрязнители водных объектов и характерные источники загрязнений

Хлорамины — соединения, в молекулах которых атом азота связан с одним или несколькими атомами хлора, например R-NH-CI, R-NCI2.

При определении активного хлора в разных его формах с помощью теста протекают окислительно-восстановительные реакции, в процессе которых из йодида калия выделя ется свободный йод, который «проявляется» на индикаторной бумаге в присутствии крахмала в виде синего пятна. В случае гипохлорит-аниона процесс описывается следующим образом:

ClO+2H2O+2J=J2+Cl+H2O; J2+ крахмал  —> синий окрашенный комплекс.

При определении суммарного железа с помощью феррум-теста про текают реакции катионов Fe2+ и Fe3+ с натриевой солью сульфосалициловой кислоты в слабощелочной среде (рН=9), при которых образуются про дукты сложного состава желтого цвета. В то же время при селективном определении железа используются другие реагенты: при определении Fe2+ — дипиридил; Fe3+ — роданид аммония.

При определении меди в купрум-тесте реализована реакция заме щения с диэтилдитиокарбаматом натрия  в слабокислой среде:

Cu2++2(C2H5)2NCS2Na = [(C2H5)2NCS2]2Cu+2Na+     

     желто-коричневый

Никель определяется с помощью никель-теста по реакции с диметил-глиоксимом; хроматы с дифенилкарбазидом.

Одной из простейших является обменная реакция определения сульфидов, протекающая в слабокислой среде с ацетатом свинца (суль фид-тест):

H2S+Pb(CH3COO)2 = PbS↓+2CH3COOH

    коричневый

Рассматривая химические реакции при определении сульфидов, необходимо отметить наличие нескольких равновесных форм в растворе: свободного сероводорода Н2S, гидросульфид-аниона HS- и сульфид-аниона S²-, относительное количество которых зависит от рН, температуры и ионной силы раствора. Так, расчеты по константам диссоциации показы вают, что при рН=7,0 и ионной силе 0,025 (это соответствует содержанию солей около 1 г/л) при температуре 25°С в растворе сульфиды находятся на 48,9 % в форме H2S, и на 51,1 % — в форме HS- , a S появляются в воде в заметных количествах только при рН>10.  

На завершающем этапе  следует сопоставить полученные экспериментально значения концентраций с величинами ПДК для тех же компонентов по справочным величинам, приведенным в таблице №2 (см. ниже), и сде лать вывод о превышении ПДК фактическими значениями концентрации загрязнителей. Далее несложными расчетами можно определить количе ство чистой воды, необходимое для разбавления данной загрязненной воды до имеющей допустимый уровень загрязненности (до ПДК).

Общий порядок применения тестов:

Перед работой с тестами необходимо предварительно ознакомить ся с краткими инструкциями по их применению, имеющимися на соответст вующих этикетках.

1.Примечание. Порядок работы с хромат-тестом и тестом на активный хлор имеет свои особенности, подробно описанные в инструкциях на этикетках данных тестов. Отрежьте ножницами участок индикаторной полоски размером не менее 5x5 мм (полимерное покрытие с полоски снимать не следует). Допуска ется заранее подготовить участки (за 1-2 часа до их применения).

2.Отберите в емкость для проб небольшое количество анализируемой воды (15-20 мл).

3.Опустите с помощью пинцета отрезанный участок индикаторной полоски в анализируемый раствор и выдержите его в воде до тех пор, пока текстильная основа участка полностью не пропитается.   Содержащиеся   в   растворе   какие-либо взвешенные частицы (например, частички почвы) не мешают наблюдению индикационного эффекта и могут быть механически удалены с поверхности прозрачного полимерного покрытия.

4. Отметьте время пуском секундомера сразу после полного смачивания основы участка анализируемым раствором.

5.Выдержите смоченный участок в течение времени, указанного на этикетке.

6. Определите концентрацию контролируемого компонента в г/мл, сравнивая окраску участка с цветными образцами изображения индикаторных эффектов на соответствующих шкалах. За результат контроля принять значение концентрации, соответствующее ближайшему по окраске образцу шкалы (при промежуточной окраске – интервалу концентраций).

V.Экологическое состояние почвы.

1. Методика оценки экологического состояния почвы.

1.Отбор образцов почвы и ее подготовка, которая включает, в общем случае, отбор инородных включений и сушку. При этом внимание обращается на общие свойства почвы: ее состав, внешний вид, структуру, влажность. Если для большей представительности отбирали несколько образцов почвы (например, при отборе методом «квадрата»), проводят объединение (усреднение) образцов.

2. Дозировка порции высушенной почвы может быть выполнена взвешиванием либо методом дозировки по объему, используя данные по насыпной плотности почв различного типа. Так, образцы почвы, находя щиеся в высушенном (воздушно-сухом) и незначительно уплотненном (ут рамбованном) состоянии, имеют следующие значения насыпной плотно сти: почвы типа "песок" - 1,4 г/см3; типа "торф" - 0,4 г/см3; типа "черно зём" - 1,1 г/см. Следовательно, если стоит задача отобрать для анализа З0 г. сухой почвы типа «чернозем», для этого (с определенной точностью) достаточно насыпать в мерный стеклянный сосуд, например, банку или склянку из комплекта, такое количество сухой почвы, чтобы в слегка уп лотненном виде она занимала объем около 27 мл.

3. Приготовление вытяжек. Для оценки засоленности почвы тес тируется водная вытяжка, для оценки кислотности - солевая. Водная вы тяжка при гота вливается добавлением к почве дистиллированной (либо прокипяченной водопроводной) воды в соотношении 15 мл воды на 3 г почвы (5:1); солевая - добавлением раствора в дистиллированной воде хлорида калия с концентрацией 1,0 г: в соотношении 7,5 мл раствора на 3 г почвы (2,5:1).

Примечание. Следует иметь в виду, что для приготовления 10 мл почвенной вытяжки (т.е. количества, обычно достаточного для количественного гидрохимиче ского анализа) необходимо не менее 30-50 г сухой почвы. Масса почвы в 3 г позволяет приготовить да 1 мл вытяжки, что обычно достаточно для ее тестирования на рН и содержание антропогенных загрязнений (нитрат, хромат и др.).

4. Тестирование (анализ) вытяжки. Тестирование солевой вы тяжки при оценке кислотности проводится с использованием имеющегося в комплекте «Пчелка-У» pH-теста «Экопротект». Тестирование проводит ся в порядке, указанном в инструкции по применению теста «Экопро тект».  

Количественный анализ компонентов вытяжки проводится с помо щью соответствующих реагентов, растворов и принадлежностей из ком плекта модификации «Пчелка-У». В водной вытяжке определяют ми неральный состав (содержание солей). Значение концентрации опреде ляемого минерального компонента (СК) в мг/г образца рассчитывается по формуле:

где С - концентрация контролируемого компонента в водной вытяжке, определенная с помощью теста, мг/л; V - объем вытяжки, л

т - масса воздушно-сухого почвенного образца, г.

Тестирование водной вытяжки при оценке засоленности проводится по упрощенной методике, основано на выпаривании небольшого (1 капля) количества вытяжки на предметном стекле микроскопа и визуальной оцен ке количества их солей, оставшихся на стекле после испарения влаги. Выпаривание рекомендуется проводить с помощью сухого горючего либо лабораторной спиртовки, не допуская сильного нагревания предметного стекла. Наличие сухого остатка на предметном стекле после испарения влаги свидетельствует о содержании солей в вытяжке, а количество сухих солей в остатке - о степени засоления. Наблюдение солевого остатка удобно проводить с помощью лупы. Степень засоления также может быть оценена, путем тестирования нескольких почвенных образцов из разных мест (например, из разных цветочных горшков) и сравнения количества сухого остатка.

Количественный анализ водной почвенной вытяжки при оценке засо ленности (углубленный уровень) проводится с помощью аналитических рас творов и принадлежностей в том же порядке, как и при анализе воды.

VI. Методика применения нитрат-теста при контроле пищевых продуктов.

1. Основные сведения

Проблема загрязнения продуктов питания нитратами (правильнее  «повышенного содержания нитратов в продуктах питания») актуальна для оценки качества овощей, фруктов, различных соков и появилась сравни тельно недавно, в связи с развитием знаний о причинах онкологических заболеваний.

Раскрытие биохимических циклов превращения нитратов в токсич ные соединения сделали проблему повышенного содержания нитратов в овощах и фруктах одной из проблем питания и актуальной экологической проблемой современности.

Вместе с тем, отношение к данной проблеме у специалистов неод нозначное, поэтому особенно важно развитие знаний учащихся о нитратах как естественных компонентах овощей и фруктов, о факторах, обуславли вающих повышенное содержание нитратов в сельскохозяйственных куль турах, о механизме токсического действия нитратов.

Говоря о нитратах, мы подразумеваем, в основном, растворимые соли азотной кислоты (НNО3), имеющие катионами главным образом Na+, К+, Са2+, Mg2+. Нитраты являются естественным компонентом почвенного раствора, попадают в растения, частично усваиваются и становятся естественным ком понентом тканей организма. Нитраты являются легкорастворимыми солями (в 1л воды или почвенной влаги при 20°Ć может раствориться до 88 г NаNО3 или 126 г или Са(NОЗ)2) и легко разносятся грунтовыми водами.

Нитратные удобрения (в первую очередь аммиачную, калийную и на триевую селитры) следует вносить в почву, строго соблюдая агротехниче ские рекомендации. В противном случае основная масса нитратов попадает  в водоемы, вызывая их загрязнение и эвтрофикацию. По этой причине вне сение нитратных удобрений в почву, имеющее часто неконтролируемый ха рактер, ученые называют намеренным загрязнением окружающей среды.

Сами по себе нитраты относительно малотоксичны (относительно других распространенных токсикантов), однако в биологической среде в результате биохимических реакций они превращаются в нитриты (соли азотистой кислоты HN02), которые далее в желудочно-кишечном тракте взаимодействуют с соединениями, имеющими вторичные аминогруппы и превращаются в N нитрозамины, которые являются канцерогенными соединениями. Процесс можно приближенно описать следующей схемой:

Таким образом, следует убедительно показать, что бо роться надо не с нитратами, а с нарушениями агротехнических норм и пра вил, приводящих к избыточному содержанию нитратов в продуктах и к за грязнению окружающей среды. Кроме того, превращение нитратов в тканях овощей и фруктах протекает, как и любая химическая реакция, во времени. Поэтому для "самоочищения" существенным является срок хранения ово щей и фруктов. Так, зимой и особенно весной, нитраты в количествах, пре вышающих ПДК, можно встретить лишь в свежей зелени.

Полезно знать следующие справочные данные: смертельная до за нитратов для человека составляет 8-15 г; допустимое суточное потреб ление - не более 5 мг на 1 кг веса человека. ПДК нитратов в воде водо емов - 45 мг/л; в почве - 130 мг/кг

3). Данные о допус тимом содержании нитратов в овощах и фруктах приведены на обложке нитрат-теста.

При контроле пищевых продуктов определяется содержание нитра тов в овощах, фруктах, соках, сиропах и т. п. При этом с помощью нитрат- теста выполнить операции в порядке, описанном на его этикетке. В прило жении к инструкции на нитрат-тест приведены ПДК нитратов в соответст вующих продуктах.

VII. Приготовление модельных воздушных смесей и освоение приемов работы с индикаторными трубками.

1. Общие положения

При проведении мониторинга воздушной среды в местах располо жения школ, зонах отдыха, парках и т.п. (т.е. в относительно благополуч ных зонах) необходимо определять содержание химических загрязните лей-токсикантов в концентрациях на уровне предельно допустимой кон центрации для воздуха населенных пунктов.

Данный метод представляет собой способ воспроизведения реаль ных факторов химического воздействия на окружающую среду в микро масштабах, позволяющих экспериментатору работать с комплектом «Пчелка-У» индивидуально либо в процессе фронтальных работ. В экспе риментах используются микроколичества вредных веществ и их моделей. Метод свободного моделирования представляет собой также способ вос произведения химических загрязнений воздуха, не наносящий ущерба ок ружающей среде и не требующий утилизации отходов.

Метод учебного моделирования загрязнений воздуха базируется на интеграции естественнонаучных знаний и позволяет достичь комплексного эффекта.

Сущность метода моделирования химических загрязнений воздуха со стоит в приготовлении учебных модельных смесей компонента-загрязнителя (далее - компонента) с воздухом посредством дозированного выделения препаративно получаемого газообразного компонента (либо насыщенных па ров жидкого компонента) в замкнутой камере известного объема.

Концентрации компонентов в учебных модельных смесях значи тельно (в десятки раз) превышают фактическую загрязненность воздушной среды населенных пунктов и составляют не менее предельно допустимой концентрации для воздуха рабочей зоны, благодаря чему загряз ненность может быть быстро и достоверно определена с помощью визуально-колористических или колориметрических индикаторных трубок, а также с помощью других индикаторных средств.

Проблема утилизации отходов после экспериментов с моделирова нием практически отсутствует из-за малых количеств химикатов. Кроме того, выделение газов может быть в любой момент прекращено при опус кании бюкса с химикатами в стакан с водой слабым раствором щелочи.

В таблице №2 приведены основные сведения о приоритетных загрязни телях воздушной среды: их свойства, источники поступления в атмосферу, предельно-допустимые концентрации для воздуха населенных пунктов (ПДКвнп) - среднесуточные и максимальные разовые, и ПДКврз, а также класс опасности загрязнителя-токсиканта.

Таблица №2.

2. Модельное загрязнение воздушной смеси.

        В условиях школьной лаборатории данные исследования проводились при помощи базового комплекта «Пчёлка-У». Мы провели моделирование загрязнения воздушной среды на диоксид углерода, диоксида серы и диоксид азота. При этом создавали  условия, приближённые к экстремальным, которые предоставили возможность чётко убедиться в содержании тех или иных загрязнителей.

2.1 Экспресс-анализ выдыхаемого воздуха на содержание углекислого газа.

        Мы взяли герметичный пакет и стали выдыхать туда воздух. Затем взяли насос с индикаторной трубкой и сделали им 3 затяжки. Содержание  в образовавшейся смеси газов CO2 оказалось экстремальным (0,3%, 0,5%).

2.2. Приготовление модельной газовоздушной смеси с повышенным содержанием диоксида углерода.

2HCl+Na2CO3 →H2O+CO2↑+2NaCl

        Благодаря действию соляной кислоты на карбонат натрия, мы получили достаточно большое количество углекислого газа, затем мы прокачали 300 см3 воздушной смеси через насос-пробоотборник, соединенный с индикаторной трубкой. Продолжительность каждого цикла качания составляла примерно 1 мин.  Затем мы отметили изменение окраски индикаторной трубки и расположили индикаторную трубку рядом со шкалой, изображённой на этикетке, таким образом определили величину концентрации углекислого газа (CO2) в мг/м3 по границе столбика, изменившего окраску. Конечные результаты составили примерно 0,3%, 0,5% - подтверждение экстремального содержания диоксида углерода.

2.2 Приготовление модельной газовоздушной смеси с повышенным содержанием диоксида серы. 

        2HCl+Na2SO3→2NaCl+H2O+SO2↑

        При действии соляной кислоты на сульфит натрия мы получили диоксид серы, концентрацию которого  измерили при помощи индикаторной трубки. При этом цвет трубки изменился с фиолетового на белый.  Затем расположили индикаторную трубку рядом со шкалой, изображённой на этикетке, и определили величину концентрации диоксида серы (SO2). Результат составил примерно 12 мг/м3. Это наибольшая допустимая норма содержания диоксида серы в воздухе.

VIII. Применение изученных методик для оценки некоторых параметров состояния окружающей среды на территории г. Краснознаменска.

1. Оценка состояния воздуха.

        Мы взяли пробы воздуха на содержание загрязнителей диоксида углерода, диоксида серы и диоксида азота около заведённой машины, в классной комнате после трёх проведённых уроков и на чистом воздухе (в лесу). Результаты оказались следующими:

I проба.

        Цель: обнаружить изменение концентрации CO2.

Ход работы. Мы взяли пробу воздуха в  кабинете №39 (каб. химии) в 10:30 16 декабря 2005 года. При этом в выше представленном кабинете были проведены три урока, после каждого из которых помещение не проветривалось. При этом кабинет посетили примерно 75 учеников. Взяв специальную индикаторную трубку для измерения СО2 и прокачав 300 см3 воздуха (содержащего загрязнитель), мы получили, что концентрация диоксида углерода составила 0,35% (ПДК 0,2%).

Вывод: Каждую перемену кабинеты должны проветриваться. В противном случае концентрация приближается к предельно допустимой, что может нанести вред здоровью учащихся. Концентрация диоксида углерода в воздухе в непроветренном кабинете после трёх уроков значительно хуже, чем на улице.  

II проба. 

        Цель: определить содержание диоксида углерода в разных районах нашего города.

Ход работы. Для измерения процентного содержания загрязнителей на открытом воздухе мы отправились в лесной массив и место где расположена а/м-стоянка.

        После чего были взяты замеры:

                        а) В лесной местности. Содержание каких-либо загрязнителей не наблюдалось.

                        б) Также была взята проба воздуха вблизи ( ≈ 30 см. ) и на более отдалённом расстоянии ( ≈ 1,5 метров ) от выхлопной трубы автомобиля. На расстоянии  ≈ 30 см концентрация диоксида углерода и диоксида азота составила 50%, а на расстоянии 1,5 метра концентрация диоксида азота составила 5%, а диоксида углерода – 10%

 Вывод:  Качество воздуха вблизи автостоянок значительно хуже, нежели в лесных зонах. Большое содержание в воздухе вредных примесей может пагубно сказываться на здоровье людей. Следовательно, при постройке домов и жилых комплексов следует учитывать уровень содержания диоксидов углерода и азота в воздухе или же, при возможности, заниматься посадкой растительности для поддержания чистоты воздуха.

2. Оценка состояния почвы.

Цель: оценить состояние качества почвы нашего города.

 Для экологической оценки состояния почвы г. Краснознаменска, мы взяли пробу почвы в трёх районах:

- в лесу;

- возле дороги;

- во дворе;

Выполнение работы:

                Три образца почв массой 50 г. мы разложили соответственно в три стакана. Затем налили в каждый из стаканов с почвой по 2,5 мл воды, перемешали содержимое стаканов в течении 3 5 мин. с помощью ложки. После отфильтровали содержимое через бумажный фильтр, собирая готовую вытяжку в нижнем стакане. Оценили её внешний вид на цвет и мутность, также при помощи специальных тестов оценили вытяжку на содержание хроматов, железа, активного хлора, установили рН среды, протитровали.  

Вывод: влияние на кислотность почв таких процессов антропогенного загрязнения, как кислотные дожди; разложение некоторых удобрений, сопровождающееся закислением почвы (мочевины); кислотные сбросы сточных вод промышленных и агропромышленных предприятий (производство минеральных удобрений, животноводческие комплексы и др.); кислотные бытовые сбросы (кислота из автомобильных аккумуляторов) не наблюдается. Поэтому загрязнённость почв нашего города минимальна, что позволяет нам выращивать такие с/х культуры как: картофель, огурцы, капусту и т.д. Но в то же время покраска домов и стоянки машин ухудшают состояние почвы во дворах, в которых играют маленькие дети.     

3.Оценка состояния воды.

Цель: определить качество воды нашего города.

Мы брали пробу воды в новом и старом озёрах, чтобы определить степень загрязнённости. Для этого мы провели:

         1). Тест рН среды: налили в пробирку 5 мл. анализируемой воды, затем добавляли пипеткой 3-4 капли (≈0,10 мл.) раствора универсального индикатора, встряхнули пробирку. После сравнили окраску раствора с контрольной шкалой и выбрали ближайший по характеру окраски образец шкалы (окраску наблюдали через открытое отверстие пробирки на белом фоне при достаточном освещении).

        2). Провели титрование карбонат-аниона. Налили в склянку 10 мл анализируемой воды. Затем добавили 3-4 капли фенолфталеина. Постепенно титровали пробу с помощью мерного шприца с наконечником раствором соляной кислоты. До тех пор пока окраска побледнеет до слабо-розовой и определили объём раствора соляной кислоты израсходованной на титрование по фенолфталеину.

        3). Таким же образом при помощи метилоранже определили наличие гидрокарбонат-аниона.

        4). Так же определяли присутствие хлоридов в воде. В склянку налили 10 мл анализируемой воды, добавили в склянку пипеткой 3 капли раствора хромата калия. Герметично закрыли склянку пробкой и встряхнули, чтобы перемешать содержимое. Затем постепенно титровали содержимое склянки раствором нитрата серебра при перемешивании до появления неисчезающей бурой окраски. Определили объём раствора, израсходованный на титрование (в мл).

        5). Определение общей жёсткости воды. Налили 5 мл анализируемой воды в склянку. Затем добавляли пипеткой раствор титранта по каплям, содержимое склянки перемешивали осторожным встряхиванием. Добавляли раствор титранта постепенно, непрерывно перемешивая содержимое пробирки до изменения цвета раствора (от розового до сиренево-синего). После добавления очередной капли наблюдали за окраской раствора не менее 10-20 сек. Определяли величину общей жёсткости воды в пробе.

Вывод: в целом, состояние воды в наших озёрах оставляет желать лучшего☹. Вода в старом озере незначительно грязнее, чем в новом озере. Не смотря на небольшую засоленность и жёсткость, нам следует учитывать и то, что в ней могут присутствовать кишечнополостные инфекции в связи с купанием уличных животных.

4. Оценка качества продуктов питания по содержанию в них нитратов.

        Цель: определить содержание нитратов в продуктах и сделать выводы о возможности использовать в пищу продуктов питания.

Выполнение работы:        

1). Для начала мы подготовили фрукты овощи и зелень к тестированию, вымыв и надрезав их.

2). Затем мы достали индикаторную нитрат-полоску и отрезали примерно 5 мм.

3). Зажав отрезанный кусочек полоски пинцетом, смочили его выделившимся соком плода.

4). Примерно через 3 минуты, сравнили окраску рабочего участка с контрольной шкалой на обложке нитрат-теста и определили содержание нитрата. Полученные результата вы можете увидеть на экране.

Вывод: в проанализированных продуктах содержание нитратов достаточно низкое, поэтому потребление их в пищу не будет оказывать особый вред на здоровье людей.