- •Химия окружающей среды
- •Химия окружающей среды
- •Оглавление
- •Введение
- •I. Химия атмосферы
- •Лабораторная работа № 1
- •Определение содержания азота и кислорода в атмосферном воздухе
- •Методом газовой хроматографии
- •Состав атмосферы вблизи земной поверхности
- •Порядок выполнения работы
- •Требования к отчету
- •Лабораторная работа № 2 Определение содержания углекислого газа в атмосферном воздухе и в воздухе помещения
- •Порядок выполнения работы:
- •Требования к отчету
- •Лабораторная работа № 3 Определение концентрации аммиака в воздухе помещения
- •Порядок выполнения работы
- •Требования к отчету
- •Вопросы для самоподготовки
- •II. Химия гидросферы Лабораторная работа № 4 Определение рН, кислотности и щелочности воды
- •Порядок выполнения работы
- •Требования к отчету
- •Лабораторная работа № 5 Определение сухого и прокаленного остатков и жесткости воды
- •Порядок выполнения работы
- •Требования к отчету
- •Лабораторная работа № 6 Определение содержания анионов в поверхностных водах
- •Порядок выполнения работы
- •Требования к отчету
- •Лабораторная работа № 7 Определение окисляемости природных вод
- •Порядок выполнения работы
- •Требования к отчету
- •Вопросы для самоподготовки
- •III. Химия литосферы Лабораторная работа № 8 Катионообменная способность почв
- •Порядок выполнения работы
- •Требования к отчету
- •Лабораторная работа № 9 Определение содержания в почве подвижного алюминия
- •Порядок выполнения работы
- •Требования к отчету
- •Лабораторная работа№ 10 Определение содержания гумусовых веществ в почве
- •Порядок выполнения работы
- •Требования к отчету
- •Лабораторная работа № 11 Определение нитрифицирующей способности почвы
- •Порядок выполнения работы
- •Требования к отчету
- •Порядок выполнения работы
- •Вопросы для самоподготовки
- •IV. Миграции элементов и соединений в биосфере Лабораторная работа № 13 Исследование фотосинтезирующей деятельности высших растений
- •Последовательные стадии фотосинтеза
- •Порядок выполнения работы
- •Требования к отчету
- •Лабораторная работа 14 Изучение влияния токсичных соединений на фотосинтез водорослей
- •Порядок выполнения работы
- •Требования к отчету
- •Вопросы для самоподготовки
- •Лабораторная работа № 15 Определение содержания нитратов в растительных объектах
- •Порядок выполнения работы
- •Требования к отчету
- •Основные величины и единицы измерения ионизирующего излучения
- •Порядок выполнения работы
- •Требования к отчету
- •Вопросы для самоподготовки
- •Лабораторная работа № 17 Уменьшение содержания хлорофилла в листьях растений – биоиндикационный признак неблагоприятных условий среды
- •Порядок выполнения работы
- •Требования к отчету
- •Результаты анализа
- •Вопросы для самоподготовки
- •Критерии оценки загрязненности поверхностных вод
- •Характеристика индикаторов
- •Важнейшие индикаторы
- •Распределение нитратов в растениях, мг/кг сырой массы
- •Величины хпк, бпк5 и рН в водоемах с различной степенью загрязненности
- •Накопление радионуклидов в биологических объектах
- •Основные термины и определения
- •Библиографический список
- •Химия окружающей среды
- •280201 – Охрана окружающей среды и рациональное
- •308012, Г. Белгород, ул. Костюкова, 46
Порядок выполнения работы
Ячейку камеры объемом ~ 20 см3 заполняют культурой водорослей, включают мешалку, освещение и подключают датчик кислорода (рис. 6).
Рис. 6. Схема камеры исследования фотосинтеза:1 – камера; 2 – ячейка;
3 – магнитная мешалка; 4 – датчик кислорода; 5 – осветительные лампы
Регистрируют изменения концентрации кислорода в процессе фотосинтеза, записывая показания прибора через определенные промежутки времени. Включает источник света и наблюдают за процессом дыхания водорослей, также фиксируя показания прибора через определенные промежутки времени. Затем с помощью пипетки вводят в ячейку камеры 5 мл раствора фенола. Включают источник света и фиксируют показания содержания кислорода через такие же промежутки времени как и в первом случае. Выключают источник света и продолжают измерения.
Строят графики зависимости содержания кислорода в ячейке от времени освещения и затемнения для чистой и для зараженной культуры. Опыты повторяют, но используют другое производное фенола. Сравнивая графики, делают вывод о влиянии различных соединений на активность фотосинтеза.
Требования к отчету
В отчете следует привести описание работы, основные реакции фотосинтеза, прокомментировать наблюдаемые явления, сделать вывод об относительной токсичности производных фенола.
Вопросы для самоподготовки
1. Что понимают под фотосинтетической деятельности растений? Приведите основные реакции.
Продуктивность экологической системы. Виды продуктивности.
3. Первичные продукты фотосинтеза, их дальнейшие превращения.
4. Фотосинтез и миграции кислорода и углерода.
5. Основные лимитирующие факторы деятельности фотопродуцентов.
6. Токсичные вещества как лимитирующий фактор.
7. Роль фотосинтеза в жизнедеятельности биосферы.
Лабораторная работа № 15 Определение содержания нитратов в растительных объектах
Азот широко распространен во всех геосферах и в составе различных соединений мигрирует в биосфере. В газообразной форме в виде 1/2 он довольно инертен, составляет 70% атмосферы. Используется биотой после усвоения его с помощью азотфиксирующих бактерий почв и клубеньковых бактерий бобовых, а также сине-зеленых водорослей гидросферы.
При этом азот превращается в аммиак по схеме:
N2 фиксация2N
2N+ 3H22NH3
В воде и почвенных растворах аммиак существует в виде иона аммония NH4+, который с помощью микроорганизмов окисляется до нитрат-ионов (нитрификация):
2NH3 + 3O2 2H+ + 2NO2- + 2H2O
2NO2- + O2 2NO3-
В форме нитратов азот ассимилируется растениями и идет на образование аминокислот и белков. После гибели организмов азотсодержащие органические соединения подвергаются разложению. В кислородных условиях может идти реакция
В бескислородных условиях процесс можно представить в виде следующей схемы (денитрификация):
Кислород нитратов идет на окисление органических веществ. Если израсходованы нитрат-ионы, то для окислительных процессов используется кислород сульфат-ионов:
Образовавшийся аммиак возвращается в цикл. Свободный азот N2или еще азот в видеN2O, полученный в результате деятельности микроорганизмов, возвращается в окружающую среду. В природе существует баланс между включаемым в иосферу и возвращаемым азотом.
В последнее время применение удобрений, увеличение объема производств, дающих азотсодержащие отходы, и другие причины привели к тому, что в почвах, воде, живых организмах накапливается избыточное количество нитратов, т.к. денитрифицирующие бактерии не успевают перерабатывать поступающие соединения. Избыток содержания нитратов вредит здоровью людей, вызывает бурный рост водных, растений, приводящий к эвтрофикации водоемов. Накопленные в почве нитраты легко подвижны. При выпадении большого количества осадков они могут вымываться в глубокие горизонты и даже проникать в грунтовые воды. Накопленные в почве, воде нитраты интенсивно всасываются растениями, поскольку являются необходимым компонентом их питания.
Для взрослого человека предельно допустимая норма нитратов 5 мг на 1кг массы тела человека, т.е. 0,25 г на человека весом в 60 кг. Для ребёнка допустимая норма не более 50 мг. Сравнительно легко человек переносит дневную дозу нитратов в 15~200 мг; 500 мг – это предельно допустимая доза (600 мг – уже токсичная доза для взрослого человека). Для отравления грудного малыша достаточно и 10 мг нитратов. В РФ допустимая среднесуточная доза нитратов – 312 мг, но в весенний период реально она может быть 500-800 мг/сут.
Пути попадания нитратов в организм человека: а) через продукты питания растительного и животного человека; б) питьевую воду; в) лекарственные препараты. Основная масса нитратов попадает в организм человека с консервами и свежими овощами (40-80% суточного количества нитратов). Незначительное количество нитратов поступает с хлебо-булочнымн изделиями и фруктами: с молочными продуктами попадает около 1% (10-100 мг/л). Часть нитратов может образоваться в самом организме человека при его обмене веществ.Загрязнённая нитратами питьевая вода вызывает 70-80% всех имеющихся заболеваний, которые на 30% сокращают продолжительность жизни человека. В питьевой воде из подземных вод содержится до 200 мг/л нитратов, гораздо меньше их в воде из артезианских колодцев. Нитраты попадают в подземные воды через различные химические удобрения с полей (нитратные, аммонийные) и от химических предприятий по производству этих удобрений. Наибольшее количество нитратов содержится в грунтовых водах, в колодезной воде. Обычно жители городов пьют воду, где содержится до 20 мг/л нитратов, жители же сельской местности – 20-80 мг/л.
Рыбная и мясная продукция в натуральном виде содержит немного нитратов (5-25 мг/кг в мясе, и 2-15 мг/кг в рыбе). Но нитраты и нитриты добавляют в готовую мясную продукцию с целью улучшения её потребительских свойств и для более длительною её хранения (колбасные изделия). В сырокопчёной колбасе содержится нитритов 150 мг/кг, а в варёной колбасе – 50-60 мг/кг. Также нитраты попадают в организм человека через табак. Выяснено, что некоторые сорта табака содержат до 500 мг нитратов на 100 г сухого вещества.
Накопителями нитратов являются растения семейства тыквенных, капустных, сельдерейных. Наибольшие их количества содержатся в листовых овощах: петрушке, укропе, сельдерее, наименьшее – в томатах, баклажанах, чесноке, винограде и яблоках. Наибольшее количество нитратов содержится в сосущих и проводящих органах растений – корнях, стеблях, черешках и жилках листьев. Так, у капусты наружные листья кочана содержат в 2 раза больше нитратов, чем внутренние. А в жилке листа и кочерыжке содержание нитратов в 2-3 раза больше, чем в листовой пластинке. У кабачков, огурцов и т.п. плодов нитраты убывают от плодоножки к верхушке (Приложение 3).
Избыток содержания нитратов в воде и пищевых продуктах вредит здоровью людей, так как появление в организме нитрита, восстановленного из нитрата, служит причиной образования метгемоглобина, в котором кислород прочно связан с гемоглобином, что снижает способность эритроцитов переносить кислород.
Цель работы:углубить представления о миграции азота в биосфере, определить содержание нитратного азота в растениях.
Приборы и реактивы:нитратомер ЭКО-01, электроды хлорсеребряный и нитратселективный, гомогенизатор, 0,1 М раствор КNO31%-ный раствор алюмокалиевых квасцов, терка, электронные весы.