Тест-комплект «Общая жесткость».

Хакасский технический институт – филиал

Федерального государственного автономного образовательного учреждения высшего профессионального образования

«Сибирский федеральный университет»

РУКОВОДСТВО

К ЛАБОРАТОРНЫМ РАБОТАМ

ПО ЭКОЛОГИИ

Абакан

УДК __________

Б 12

Рецензенты:

Г.Н. Шибаева, канд. тех. наук, профессор кафедры «Экспертиза и управление недвижимостью» ХТИ- Филиала СФУ

Б 12 Руководство к лабораторным работам по экологии. / Сост. Е.А. Бабушкина – Абакан: ХТИ – Филиал СФУ, 2012. – ____ с.

В руководстве к лабораторным работам по курсу "Экология" описаны экспериментальные работы по исследованию окружающей среды и антропогенного воздействия на неё. Для каждой работы приведены теоретические и методические сведения, инструкции по выполнению и контрольные вопросы.

Руководство составлено с учетом требований федеральных государственных стандартов высшего профессионального образования третьего поколения и предназначено для студентов технических и экономических направлений.

СОДЕРЖАНИЕ

ВВЕДЕНИЕ. 5

1 ОБЩАЯ ИНФОРМАЦИЯ К ЛАБОРАТОРНЫМ РАБОТАМ.. 6

1.1 Общие правила и меры безопасности при работе в лаборатории. 6

1.2 Особенности методов и средств оценки окружающей среды.. 7

2 РЕКОМЕНДАЦИИ ПО МЕТОДИКЕ ПРОВЕДЕНИЯ РАБОТ. 10

2.1 Приготовление растворов, образцов, сред. 10

2.2 Использование тест-систем. 12

2.3 Использование индикаторных трубок. 12

2.4 Использование тест-комплектов. 13

3 ЛАБОРАТОРНЫЕ РАБОТЫ.. 19

Лабораторная работа №1. Определение химического состава компонентов окружающей среды.. 19

Опыт 1. Определение содержания углекислого газа во вдыхаемом и выдыхаемом воздухе в городе (в помещении и на улице) 19

Опыт 2. Изучение состава атмосферных осадков и питьевой воды. 21

Опыт 3. Изучение состава почвы. 24

Контрольные вопросы.. 26

Лабораторная работа №2. Анализ влияния качества окружающей среды на здоровье человека. 27

Опыт 1. Оценка качества продуктов питания по содержанию в них нитратов. 27

Опыт 2. Воздействие неблагоприятных факторов среды на организм человека. 29

Опыт 3. Влияние неблагоприятных факторов среды на свойства белка 31

Контрольные вопросы.. 32

Лабораторная работа №3 Анализ загрязнений окружающей среды.. 33

Опыт 1. Изучение запыленности воздуха в помещении и на улице. 33

Опыт 2. Влияние загрязнения воздуха на живые организмы. 35

Опыт 3. Методы обнаружения тяжелых металлов в окружающей среде. 37

Опыт 4. Экспресс-анализ загрязнений сточных вод и водоемов. 38

Опыт 6. Оценка загрязнения почвы путем химического анализа вытяжек 40

Опыт 6. Моделирование влияния химического загрязнения среды на живые организмы. 42

Опыт 7. Определение антропогенных нарушений почвы.. 44

Контрольные вопросы.. 45

Лабораторная работа №4. Технологии очистки окружающей среды.. 45

Опыт 1. Очистка воздуха от диоксида углерода. 45

Опыт 2. Очистка воды различными методами. 48

Опыт 3. Проблема утилизации твердых отходов на примере полиэтилена. 51

Контрольные вопросы.. 52

ВВЕДЕНИЕ

В общем смысле, экология – это наука, изучающая совокупность и характер связей между живыми организмами и окружающей средой. Человеческая цивилизация зависит от окружающей среды: не только от энергетических и материальных ресурсов, но и круговорота воздуха, воды, важнейших элементов – азота, фосфора и т.д. Задачи экологии как науки – исследование закономерностей организации жизни в связи с антропогенным воздействием на природные системы и биосферу в целом. Задачи экологии применительно к деятельности инженера: 1) оптимизация технологических, инженерных и проектно-конструкторских решений, исходящих из минимального ущерба окружающей среде и здоровью человека; 2) прогнозирование и оценка возможности отрицательных последствий технологических процессов на предприятиях для окружающей среды. Таким образом, инженерная экология – система инженерно-технических мероприятий, направленных на сохранение качества среды при функционировании предприятий.

Для разработки экологического мышления будущего инженера необходимо знание экологии и рационального природопользования. Задачами профессиональной подготовки современных специалистов в последнее время стала экологическая подготовка, выступающая как фактор адаптации к существующим требованиям соблюдения технологий инженерной защиты окружающей среды. Будущему специалисту необходимы знания и навыки, как в области общей экологии, так и знания о современных методах очистки сточных вод, очистки и утилизации отходящих газов, отделения и утилизации твердых отходов.

В настоящем руководстве к лабораторным занятиям по экологии описаны цели, задачи, методика проведения опытов, также лабораторные работы оснащены вспомогательными таблицами и графиками, позволяющими сделать логические выводы из проведенного опыта. Каждая лабораторная работа базируется на изученном в лекционном курсе и в ходе практических занятий материале и сопровождается контрольными вопросами по теме.

При подготовке настоящего руководства и формирования соответствующего набора оборудования особое внимание было обращено на усиление исследовательских элементов и введение опытов, основанных на химических технологических параметрах, актуальных для охраны окружающей среды и оценки ее качества.

В лабораторную работу №3 включены опыты, позволяющие выполнить и социально-педагогическую функцию – сохранение здоровья молодого поколения в борьбе с вредными привычками. Ряд работ по выявлению вреда курения и алкоголя на живые организмы наглядно формирует у студентов негативное отношение к вредным привычкам.

Таким образов, выполнение лабораторных работ по данному руководству развивает умения и навыки в области экологии.

1 ОБЩАЯ ИНФОРМАЦИЯ К ЛАБОРАТОРНЫМ РАБОТАМ

1.1 Общие правила и меры безопасности при работе в лаборатории

1. Перед приходом на занятия ознакомиться с темой занятия по методическому руководству, учебникам, лекциям.

2. Перед проведением опытов прочитать описание, выяснить непонятные вопросы у преподавателя.

3. Соблюдать все необходимые меры предосторожности, указанные в инструкции по технике безопасности.

Рабочее место содержать в чистоте и порядке, не загромождать ненужными предметами. Перед уходом из лаборатории привести рабочее место в порядок, выключить воду, электроприборы.

Методические руководства и книги во время выполнения работы оберегать от попадания воды, химических реактивов.

Используемые растворы, реактивы, посуда и оборудование должны быть предварительно осмотрены.

При осмотре проверяют:

1) целостность и герметичность упаковки растворов, реактивов;

2) отсутствие повреждений мерной посуды, пробирок, контрольных шкал;

3) соответствие выбранного для использования реактива (раствора) или посуды требованиям методики, т.е. наличие хорошо и однозначно читаемой этикетки, меток на мерной посуде и т.п.

При пользовании реактивами необходимо держать их закрытыми и открывать только во время употребления, закрывая склянки, не путать пробки.

Нельзя уносить реактивы общего пользования на свои рабочие места, сухие реактивы нужно брать шпателем.

Неизрасходованные реактивы нельзя сливать обратно в склянки.

Без разрешения преподавателя нельзя проводить опыты, не предусмотренные в руководстве.

Нельзя бросать в раковину бумагу, битое стекло.

При работе в лаборатории недопустимо:

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

2) принятие пищи (питья);

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

Нюхать какие либо вещества можно, только направляя к себе пары или газы легким движением руки, причем только с разрешения преподавателя.

При нагревании растворов в пробирке нужно пользоваться держателем, помещать пробирку так, чтобы ее отверстие было направлено в сторону от работающего соседа.

Нельзя наклоняться над нагреваемой жидкостью во избежание попадания брызг в лицо.

При попадании на кожу химикатов необходимо быстро промокнуть раствор любым тампоном (салфеткой, ветошью и т.п.), место попадания обильно промыть струей воды и вымыть с мылом. Особенно опасны едкие растворы при попадании в глаза. В этом случае глаза необходимо немедленно обильно промыть несильной струей воды, затем 2%-ным водным раствором соды (при попадании кислоты) и срочно обратиться к врачу-специалисту.

1.2 Особенности методов и средств оценки окружающей среды

При проведении лабораторных работ рекомендуется для упрощения количественного химического анализа использовать тест-комплекты, тест-системы и индикаторные трубки (например, производства ЗАО «Кристмас+»). При их отсутствии используется иное оборудование и реактивы, имеющиеся лаборатории экологии и БЖД.

Состав и свойства образцов воды в лабораторных работах могут определяются различными методами: визуальным, органолептическим, колориметрическим, титриметрическим, расчетным. Параметры почвенных вытяжек (водных, солевых) оцениваются путем их анализа с помощью методов, используемых для анализа соответствующих компонентов в воде.

Особенности выполнения анализа органолептическими методами.При выполнении анализа визуальным и органолептическим методами (определение запаха, вкуса, цветности, мутности) выполняющий анализ должен уметь корректно определять вкус, запах, цвет, степень мутности, используя собственные вкусовые ощущения, обоняние и зрение.

Учитывая субъективный характер оценки, при анализе орга­нолептическими методами целесообразно предложить выполнить анализ также и другому человеку (эксперту). Сопоставив мнения нескольких экспертов по поводу одного и того же образца, можно сделать более обоснованный вывод по результатам анализа.

Особенности выполнения анализа колориметрическими методами.Колориметрическим (от английского colour – цвет) называется метод анализа, основанный на сравнении качественного и количественного изменения потоков видимого света при их прохождении через исследуемый раствор и раствор сравнения. Определяемый компонент при помощи химического реагента переводится в окрашенное соединение, после чего измеряется интенсивность окраски полученного раствора. При измерении интенсивности окраски проб с помощью фотоколориметра метод называется фотоколориметрическим. Соответственно, при измерении интенсивности окраски визуальным способом (оценивая на глаз интенсивность окраски сравнительно с образцом) метод называется визуально-колориметрическим.

Интенсивность окраски является мерой концентрации анализируемого вещества. При выполнении анализа визуально-колориметрическим методом (рН, железо общее, фторид, нитрат, нитрит, аммоний, сумма катионов металлов) определение проводится в колориметрических пробирках. В качестве колориметрических пробирок используют обычные пробирки из бесцветного стекла, имеющие внутренний диаметр (12,8±0,4) мм. Пробирки могут иметь несколько меток («5 мл», «10 мл»), показывающих объем (и, следовательно, высоту), до которого следует наполнить пробирку анализируемым раствором (пробой), чтобы обеспечить подходящие условия для визуального колориметрирования. Визуальное колориметрирование проводят как в вертикальном слое жидкости (глядя сверху через слой раствора), так и в проходящем свете. Способ визуального колориметрирования указывается в методике анализа и на цветной шкале.

Для упрощения визуального колориметрирования при анализах окраску раствора-пробы можно сравнивать не с эталонными растворами, а с печатной контрольной шкалой. За результат анализа при визуальном колориметрировании принимают то значение концентрации компонента, которое имеет ближайший по окраске образец контрольной шкалы.

Колориметрический метод анализа используется в тест-комплектах и тест-системах.

Следует иметь в виду, что возникающие в процессе колориметрических реакций окрашенные соединения иногда оказываются малоустойчивы, поэтому при описании приготовления растворов приводят и сроки их хранения.

Особенности выполнения анализа титриметрическим методом.Титриметрический метод анализа основан на количественном определении объема раствора одного или двух веществ, вступающих между собой в реакцию, причем концентрация одного из них должна быть точно известна. Раствор, концентрация вещества в котором точно известна, называется титрантом, или титрованным раствором. При анализе чаще всего титрант помещают в измерительный сосуд и осторожно, малыми порциями, дозируют его, приливая к исследуемому раствору до тех пор, пока не будет установлено окончание реакции. Эта операция называется титрованием. В момент окончания реакции происходит стехиометрическое взаимодействие титранта с анализируемым веществом, и достигается точка эквивалентности. В точке эквивалентности затраченное на титрование количество молей титранта точно равно и химически эквивалентно количеству молей определяемого компонента. Точку эквивалентности определяют, вводя в раствор подходящий индикатор и наблюдая за изменением его окраски либо контролируя какой-либо параметр раствора. В точке эквивалентности титрование обычно заканчивают, хотя «для уверенности» к раствору иногда добавляют еще несколько капель титранта.

При анализе маломинерализованных вод целесообразно применять титрованные растворы с пониженной концентраций (0,02-0,03 моль/л), которые могут быть получены соответствующим разбавлением более концентрированных титрованных растворов дистиллированной водой. Вместо дистиллированной воды (при ее отсутствии) можно использовать для разбавления паровой конденсат либо чистую кипяченую воду.

При выполнении анализа титриметрическим методом (карбонат, гидрокарбонат, хлорид, кальций, общая жесткость) определение проводят в склянках или пробирках вместимостью 15-20 мл, имеющих метку 10 мл. В процессе титрования раствор перемешивают стеклянной палочкой либо встряхиванием. Для удобства работы с пробирками их можно располагать в штативах. Требуемые объемы растворов при титровании отмеряют спомощью бюреток, мерных пипеток или более простых дозирующих устройств: шприцев, калиброванных капельниц и др. (рис. 1).

Рис. 1. Средства дозировки растворов:

а - бюретка с краном, б - мерная пипетка, в - шприц-дозатор, г - пипетка-капельница простая, д - капельница-флакон

Для удобства заполнения мерных пипеток растворами и титрования их герметично соединяют с резиновой грушей, используя соединительную резиновую трубку. Еще удобнее работать с мерными пипетками, устанавливая их в штативе вместе с медицинским шприцем, герметично соединенным с пипеткой гибкой трубкой – резиновой, силиконовой и т.п.

Следует иметь в виду, что измерение объема раствора проводится по нижнему краю поверхности мениска жидкости (в случае водных растворов он всегда вогнут). При этом глаз наблюдателя должен быть на уровне поверхности жидкости. Нельзя выдувать последнюю каплю раствора из пипетки или бюретки.

2 РЕКОМЕНДАЦИИ ПО МЕТОДИКЕ ПРОВЕДЕНИЯ РАБОТ

2.1 Приготовление растворов, образцов, сред.

Раствор дезинфицирующий.В качестве дезинфицирующего раствора (используется для дезинфекции мундштука и чашек Петри) можно использовать слабый (розовый) водный раствор перманганата калия, 2-5%-ный раствор хлорной извести либо хлорамина, а также обычный одеколон или 40%-ный этиловый спирт.

Раствор извести (известковая вода).30-50 г извести (строительной или садовой), предварительно растолченной от комков, помещают в стеклянную банку или колбу емкостью 1 л и наливают туда 0,5 л чистой воды. Взвесь перемешивают и дают отстояться. Используют раствор, который может быть слегка мутный.

Вода с временной жесткостью.В стакан с известковой водой пропускают углекислый газ из аппарата Киппа или другого прибора (http://lis.aqa.ru/simplekipp/simplekipp.html) до появления осадка, а затем его растворения.

Вода с постоянной жесткостью.В колбе на 250-500 мл с дистиллированной или чистой кипяченой водой растворяют 1,0 г хлорида кальция. Если осадок, то его надо отфильтровать, либо слить жидкость с отстоявшегося осадка.

Раствор хлорида калия (натрия) для солевой почвенной вытяжки.Для почвенной вытяжки используют 1 н. раствор хлорида калия (натрия). На технических весах взвешивают хлорид калия (в расчете 7,45 г на каждые 0,1 л воды) или хлорид натрия (5,8 г на 0,1 л воды), вносят его в мерную колбу. Наливают в колбу половину требуемого количества воды, перемешивают до полного растворения соли и доливают воду до нужной метки на колбе.

Раствор антибиотика.1 таблетку антибиотика (тетрациклина. олететрина, эритромицина и т.п.), растолченную между ложками или в ступке, помещают в стакан с 20-50 мл чистой воды. Взвесь перемешивают и дают отстояться. Используют раствор, который может быть слегка мутным.

Раствор дифениламина в концентрированной серной кислоте.В капельницу (25 мл) наливают на 2/3 объема концентрированную серную кислоту (плотность 1,84 г/см³) и вносят в нее на кончике скальпеля несколько кристаллов дифениламина.

Раствор йода.Аптечный 5%-ный спиртовой раствор йода (настойка йода) разбавляют в 20 раз водой до цвета некрепкого чая.

Раствор крахмала.1/2 чайной ложки пищевого крахмала взбалтывают в стакане с небольшим количеством холодной воды (1/3 стакана) Образовавшуюся суспензию вливают в 200 мл воды, доведенной до кипения. Раствор хорошо размешивают и охлаждают.

Раствор слюны. Ополоснуть рот 2-3 раза водой, набрать в рот 10 мл дистиллированной воды, подержать полминуты, собрать полученный раствор в пробирку, доведя объем с помощью дистиллированной воды до 10 мл.

Раствор яичного белка.К 25 мл белка одного куриного яйца добавляют 100 мл воды. Смесь размешивают до растворения и профильтровывают через неплотный ватный фильтр.

Модельные сточные воды.В пробирку наливают около 5 мл дистиллированной или чистой прокипяченной воды, вносят несколько кристалликов сухого загрязнителя (гидроксид натрия, хлорная известь или хлорамин, нитрат калия, сульфат или хлорид железа, сульфат меди); раствор соляной кислоты (1:1) добавляют в количестве 4-5 капель. Пробирку закрывают пробкой и перемешивают содержимое, покачивая и потряхивая ее до растворения кристаллов.

Модельные растворы солей тяжелых металлов.В колбу наливают дистиллированную или чистую кипяченую воду на 3/4 ее объема. Добавляют на каждые 150 мл модельного раствора 1 мл 5%-ного раствора соли (сульфата меди, сульфата железа, хлорида железа или ацетата свинца) и перемешивают.

Вода, загрязненная нефтепродуктом (маслом).В 0,5 л теплой или горячей воды наливают 1 чайную ложку растительного масла или любой малолетучий нефтепродукт, интенсивно перемешивают. Используют мутный раствор, который может иметь масляную пленку.

Вода, загрязненная механическими примесями.В 0,5 л воды помещают 1 чайную ложку измельченной почвы, строительного мусора и т.д.

Питательные среды. Приготовление питательных сред имеет особенности, связанные с необходимостью их стерилизации, т.е. устранения наличия способных к росту и размножению микроорганизмов. В общем случае стерилизация приготовленных питательных сред выполняется с применением автоклавов, но можно и с помощью духовых шкафов, СВЧ-печей. Полученные стерильные растворы разливают в чашки Петри горячими, закрывают и охлаждают, используют, по возможности, сразу же.

Питательная среда из желатина. Столовую ложку желатина заливают стаканом холодной кипяченой воды и выдерживают 40-50 минут до набухания. Затем нагревают, не доводя до кипения, при непрерывном помешивании до растворения и процеживают. Образовавшийся раствор смешивают с водой (на стакан раствора добавляют 2-3 стакана воды), нагревают до кипения в закрытой посуде и кипятят 10 мин, не допуская сильного кипения.

Питательная среда из крахмала. В колбе объемом 750-1000 мл заваривают 2 ст. ложки крахмала водорастворимого в 1 стакане воды. Образовавшийся раствор нагревают до кипения в закрытой посуде и кипятят 10 минут, не допуская сильного кипения.

Почвенные вытяжки.При анализе почвы используются солевая и водная вытяжки. Образец почвы толщиной не более 2 см высушивают и взвешивают, помещают в стакан или колбу. К почве добавляют жидкости в соответствии с таблицей. Взвесь перемешивают 3-5 мин стеклянной палочкой и отфильтровывают. Вытяжка должна быть однородной, без частиц почвы.

2.2 Использование тест-систем.

Тест-системы являются наиболее простыми и дешевыми аналитическими средствами контроля воды, водных растворов и продуктов питания, поэтому их рекомендуется использовать при выполнении лабораторных работ. Определение с помощью тест-систем носит качественный либо полуколичественный характер, а сами тест-системы являются средствами сигнального контроля. Для более точного количественного анализа можно использовать тест-комплекты.

Тест-система состоит из индикаторной полоски, контрольной цветовой шкалы и инструкции по применению. Принцип действия основан на впитывании воды или раствора отрезком индикаторной полоски (гидрофильная основа, размещенная между прозрачными полимерными пленками).

В данном лабораторном практикуме рекомендуется использование следующих тест-систем: «рН», «Нитрат-тест», «Аммиак», «Феррум-тест», «Купрум-тест», «Активный хлор».

2.3 Использование индикаторных трубок.

Для определения содержания углекислого газа в воздухе рекомендуется использовать индикаторные трубки (используемые в комплекте с насосом-пробоотборником). Принцип их действия основан на фильтрации воздуха через наполнитель индикаторной трубки. При этом углекислый газ вступает в химическую реакцию с наполнителем и образуется окрашенное соединение. Концентрацию определяют по длине слоя наполнителя, изменившего окраску.

Для более подробного ознакомления с выполнением экспресс-анализа воздуха необходимо ознакомиться с эксплуатационной документацией на насос-пробоотборник и индикаторные трубки.

Методика проведения экспресс-анализа воздуха на CO₂:

1. Вскрыть индикаторную трубку с обоих концов с помощью отверстия в насосе-пробоотборнике.

2. Подсоединить индикаторную трубку со стороны выхода воздуха к насосу (со стороны входа воздуха индикаторная трубка при необходимости подсоединяется к штуцеру лабораторной установки).

3. Сделать три полных прокачивания насосом. Продолжительность каждого прокачивания около 1 минуты.

4. Отметить изменение окраски наполнителя и по длине столбика наполнителя, изменившего окраску, определите концентрацию углекислого газа (мг/м³) с помощью шкалы на этикетке.

5. При необходимости пересчитайте концентрацию из мг/м³ в объемные % по формуле:

,

где: – концентрация газа в объемных %;

– концентрация газа в мг/м³;

– молярная масса углекислого газа.

Рис. 2. Работа с индикаторными трубками

2.4 Использование тест-комплектов.

Данный лабораторный практикум для рационализации работы предлагает проводить химический анализ воды и растворов с помощью тест-комплектов. Тест-комплект представляет собой набор реактивов и оборудования для конкретного анализа, снабженный инструкцией по применению. Возможно использование как готовых тест-комплектов, имеющихся в продаже, так и собранных преподавателем самостоятельно из имеющихся реактивов и оборудования.

При использовании колориметрического метода анализа результат представляется в виде: «не менее __ мг/л». В случае окраски пробы, соответствующей промежуточной интенсивности, результат представляется в виде: «от __ мг/л до __ мг/л».

При получении результата анализа при необходимости учитывается разбавление пробы чистой водой введением поправочного коэффициента (например, при разбавлении пробы в 2 раза полученное значение концентрации умножается на 2).

После проведения анализа посуда промывается чистой водой; склянки с растворами герметично закрывается и укладывается в упаковочную коробку.

Тест-комплект «рН».

Состав тест-комплекта: пипетка-капельница; склянка для титрования с пробкой; контрольная цветовая шкала.

Проведение анализа:

1. Налить в пробирку 5 мл анализируемого раствора, предварительно им же ополоснув 2-3 раза.

2. Добавить 3-4 капли раствора универсального индикатора и встряхнуть пробирку.

3. Провести визуальное колориметрирование пробы: пробирку поместить на белый фон и определить ближайшее по окраске поле контрольной шкалы и соответствующее ему значение рН. Окраску наблюдать сверху через открытое отверстие пробирки.

Тест-комплект «Общая жесткость».

Состав тест-комплекта: пипетка-капельница; пробирки для колориметрирования; раствор титранта.

Проведение анализа:

1. Налить в пробирку 5 мл анализируемого раствора, предварительно им же ополоснув 2-3 раза.

2. Добавлять пипеткой-капельницей к пробе раствор титранта по каплям. Содержимое склянки перемешивать осторожным встряхиванием. После добавления первых капель титранта цвет раствора становится розовым. Раствор титранта добавлять, считая капли, до изменения цвета раствора от розового до сиренево-синего. Вблизи точки эквивалентности после добавления очередной капли наблюдать за изменением окраски раствора не менее 10-20 с.

3. Для уточнения количества капель раствора титранта, израсходованных на титрование, анализ можно повторить.

4. Определите величину общей жесткости воды в пробе в ммоль/л в зависимости от объема пробы и количества капель раствора титранта: 1 капля раствора титранта при объеме пробы 5 мл соответствует 1,0 ммоль/л.

Поиск по сайту: