Курсовая по микробиологии

  Кроме чисто химических и чисто инструментальных методов, существуют и комбинированные методы, объединяющие в себе преимущества и тех. и других. Например, существуют установки для кислотно-основного титрования с фиксацией точки Эквивалентности потенциометрическим методом, автоматизированные установки для определения содержания азота по Кьельдалю и т.д. Вместе с тем, при использовании инструментальных методов нельзя обойтись без стандартных образцов или растворов, при приготовлении которых может использоваться титриметрический или гравиметрический анализ. В повседневной лабораторной практике для решения разных задач обычно используют обе группы аналитических методов, в каждом конкретном случае применяя метод, лучше подходящий для поставленной задачи.

  В таблицах 3, 4, 5 приведены характеристики классических химических, электрохимических  методов и методов молекулярной спектроскопии. 

Таблица 3 – Классические химические методы анализа

Методы	Принцип метода или тип химической реакции	Определяемые  в почве компоненты, основные области  применения, примечания	Предел обнаруже ния, %	Относи тельная погреш ность, %
Гравиметрические	Измерение массы  компонента, выделенного осаждением или отгонкой	Si, Al, Fe, Mn, Ca, Mg, P, SO4-2, CaCO3 по СО2, С по СО2, гигроскопическая влага, потеря при прокаливании. Абсолютный метод анализа, не требующий сравнения со стандартными образцами, очень высокая точность определения	Определяется  точностью используемых весов (обычно до 10-6)	10-1-10-3
Титриметрические:	Измерение объема реагента, взаимодействующего с определяемым компонентом	Визуальное  определение точки эквивалентности  при высоких концентрациях, инструментальное ее определение при низких концентрациях  для повышения точности анализа	Определяется  точностью используемых бюреток, пипеток  или другой мерной посуды
Кислотно-основное титрова ние	Н3О+ + ОН- = 2Н2О	Гидролитическая и обменная кислотность, различные  виды щелочности, обменный алюминий и  водород, сумма обменных оснований, СаСО3, N. Чувствительность титрования повышается в сочетании с потенциометрическим определением точки эквивалентности	10-1-10-6	100-10-2
Окисли тельно-восстано вительное титрова ние	аОх1 + bRed2 = aRed1 + bOx2	Окисляемость, углерод органических соединений, Fe	10-1-10-4	100-10-2

 
 
 
 

Таблица 4 – Электрохимические методы анализа

Методы	Принцип метода, измеряемый параметр	Определяемые  в почве компоненты, примечания	Предел обнаружения, %	Относительная погрешность, %
Потенциометрические (ионометрические)	Измеряется  зависимость равновесного потенциала электрода Е (мВ) от активности (концентрации) определяемого иона. Каждый ион определяют с помощью специального селективного к нему электрода	H+, Na+, K+, NH4+, Mg2+, Ca2+,F-, Cl-, Br-, I-, NO3- и другие. Напрямую определяется активность ионов, концентрация – при использовании специальных приемов. Воспроизводимость результатов зависит от многих факторов – pH, ионной силы раствора, содержания мешающих компонентов	До 10-4	1-3
Вольтамперометрические, включая все разновидности полярографии	Вольтамперометрия объединяет совокупность методов регистрации и исследования вольтамперометрических кривых – зависимости тока, протекающего через полярографическую ячейку, от внешнего наложения напряжкния	B, P, Na+, K+, Mg2+, Ca2+, Cl-, Br-, I-, NO3-, Ni, Cu, Zn и другие элементы и вещества, способные к окислению или восстановлению в полярографической ячейке	От 10-1 (классическая полярография) до 10-9 (современные варианты вольтамперометрии)	0,1-3
Кондуктометрические	Измерение удельной электропроводности (См×м-1), которая зависит от концентрации в растворе ионов	Оценка суммарного содержания солей, ионной силы раствора	До 10-5	0,1-1
Кулонометрические	Измерение количества электричества Q (Кл), израсходованного на окисление или восстановление определяемого вещества в кулонометрической ячейке при электролизе раствора	Косвенные методы определения С и S экспресс-анализаторах	До 10-3 (С, S)	1-3

 
 
 
 
 
 
 

Таблица 5 – Методы молекулярной спектроскопии

Назва ние метода	Источник излучения	Спектраль ный диапа зон электро магнитного  излучения	Способ введения пробы и получения аналитического сигнала	Определя емые компоненты	Предел обнаружени, %	Относи тельная погреш ность, %
Спектрофотометрия	Лампы накаливания  с фольфрамовой нитью, дейтериевая или галогенная лампы	Ультрафиолетовый  и видимый (190-900 нм)	Определяемый  компонент переводят в поглощающее  свет соединение, помещают на пути излучения  и определяют оптическую плотность  раствора	B, C, N, F, Mg, Al, V, Mn, Mo, I, Hg, Pb	10-7-10-2	1-5
Нефе лометрия			Измерение интенсивности  светового потока, возникающего вследствие рассеяния света	Cl-, SO4-2	10-7-10-2	1-5
Турбидиметрия			Измерение поглощения света, прошедшего через взвесь, содержащую определяемый компонент	SO4-2, NH4+, PO4-3, Ba2+	10-7-10-2	1-5

 

     1.5.2 Влияние токсичных  факторов на дыхание  микроорганизмов [15]

     К тяжелым металлам относят более 40 химических элементов периодической  системы Д.И. Менделеева, масса атомов которых составляет свыше 50 атомных  единиц массы (а.е.м.). Это Pb, Zn, Cd, Hg, Cu, Mo, Mn, Ni, Sn, Co и др. Сложившееся понятие «тяжелые металлы» не является строгим, т.к. к тяжелым металлам часто относят элементы-неметаллы, например As, Se, а иногда даже F, Be и другие элементы, атомная масса которых меньше 50 а.е.м.

     Среди тяжелых металлов много микроэлементов, биологически важных для живых организмов. Они являются необходимыми и незаменимыми компонентами биокатализаторов и биорегуляторов важнейших физиологических процессов.

     Однако  избыточное содержание тяжелых металлов в различных объектах биосферы оказывает  угнетающее и даже токсическое действие на живые организмы.

     Источники поступления тяжелых металлов в  почву делятся на природные (выветривание горных пород и минералов, эрозионные процессы, вулканическая деятельность) и техногенные (добыча и переработк полезных ископаемых, сжигание топлива, влияние автотранспорта, сельского хозяйства и т.д.) Сельскохозяйственные земли, помимо загрязнения через атмосферу, загрязняются тяжелыми металлами еще и специфически, при применении пестицидов, минеральных и органических удобрений, известковании, использовании сточных вод. В последнее время, особое внимание ученые уделяют городским почвам. Последние испытывают значительный техногенный пресс, составной частью которого является загрязнение тяжелыми металлами.

     На  поверхность почвы тяжелые металлы  поступают в различных формах. Это оксиды и различные соли металлов, как растворимые, так и практически  нерастворимые в воде (сульфиды,  сульфаты,  арсениты и др.).

     Попадая на поверхность почв, тяжелые металлы  могут либо накапливаться, либо рассеиваться в зависимости от характера геохимических  барьеров, свойственных данной территории.

     Большая часть тяжелых металлов, поступивших  на поверхность почвы, закрепляется в верхних гумусовых горизонтах. Металлы сорбируются на поверхности почвенных частиц, связываются с органическим веществом почвы, в частности в виде элементно-органических соединений, аккумулируются в гидроксидах железа, входят в состав кристаллических решеток глинистых минералов, дают собственные минералы в результате изоморфного замещения, находятся в растворимом состоянии в почвенной влаге и газообразном состоянии в почвенном воздухе, являются составной частью почвенной биоты.

     Загрязнение почв тяжелыми металлами имеет отрицательные  стороны: накапливаясь в почве в  больших количествах, металлы способны изменять многие ее свойства. Прежде всего, изменения затрагивают биологические  свойства почвы: снижается общая  численность микроорганизмов, сужается их видовой состав (разнообразие), изменяется структура микробиоценозов, падает интенсивность основных микробиологических процессов и активность почвенных ферментов и т.д. Сильное загрязнение тяжелыми металлами приводит к изменению и более консервативных признаков почвы,  таких как гумусное состояние, структура, pH среды и др. Результатом этого является частичная, а в ряде случаев и полная утрата почвенного плодородия.

     В природе встречаются территории с недостаточным или избыточным содержанием в почвах тяжелых  металлов. Аномальное содержание металлов в почвах обусловлено двумя группами причин: биогеохимическими особенностями  экосистем и влиянием техногенных  потоков вещества. В первом случае, районы, где концентрация химических элементов выше или ниже оптимального для живых организмов уровня, называются природными геохимическими аномалиями или биогеохимическими провинциями.  Здесь аномальное содержание элементов  обусловлено естественными причинами  – особенностями почвообразующих  пород, почвообразовательного процесса, присутствием рудных аномалий. Во втором случае, территории называются техногенными геохимическими аномалиями. В зависимости  от масштаба они делятся на глобальные, региональные и локальные.

     Почва, в отличие от других компонентов  природной среды, не только геохимически аккумулирует компоненты загрязнений, но и выступает как природный буфер, контролирующий перенос химических элементов и соединений в атмосферу, гидросферу и живое вещество.

     По  вопросу санации почв, загрязненных тяжелыми металлами, существует два  основных подхода. Первый направлен  на очищение почвы от тяжелых металлов (путем промывок, извлечения металлов из почвы с помощью растений, удаления верхнего загрязненного слоя почвы  и т.п.). Второй подход основан на закреплении тяжелых металлов в  почве, переводе их в нерастворимые  в воде и недоступные живым  организмам формы.

     Применение  пестицидов

     Необходимость применения химических средств защиты растений от вредителей и болезней определяется тем, что потери урожая без применения ядохимикатов могут  составлять около 50 %.

     В зависимости от назначения химические вещества подразделяются на препараты  для защиты растений от вредителей и болезней, гербициды и средства предуборочной обработки культур. Первая группа – наиболее обширная и включает в себя акарициды,  бактерициды, гематоциды, зооциды, лимациды,  инсектициды,  лаввициды,  нематоциды,  овициды,  фунгициды и иные препараты. Чаще всего применяются инсектициды. Эти ядохимикаты могут включать в себя хлорорганические,  фосфорорганические и неорганические соединения ртути, свинца, мышьяка и других элементов.

     Гербициды применяются как средство избирательного уничтожения сорной растительности. Чаще всего используются различные  химические препараты для защиты люцерны, кукурузы, сахарной свеклы, подсолнечника, озимой пшеницы. Из средств предуборочной обработки культур наибольшее применение нашли дефолианты и стимуляторы роста.