Химия окружающей среды

 

С_к = V_гк ∙305,                                                       (2)

где V_гк - объем раствора соляной кислоты, израсходованный на титрование, мг/л.

 

2.1.7  Методика определения содержания кальция и магния в атмосферных осадках

 

Реактивы  и оборудование. Раствор трилона Б с молярной концентрацией эквивалента 0,05 моль/л, индикатор хромоген черный, раствор гидроксида натрия с молярной концентрацией 2 моль/л, аммонийный буферный раствор, индикатор мурексид.

Общие положения. В этой работе используется комплексонометрический метод определения Са²+ и Mg²⁺ при их совместном присутствии в растворе.

Сущность определения  сводится к тому, что в начале определяют суммарное содержание молярной концентрацией эквивалента 0,05 моль/л Mg²⁺, титруя фильтрат раствором трилона Б в присутствии хромогена черного. Затем находят содержание ионов Са²⁺, титруя фильтрат раствором трилона Б в присутствии индикатора мурексида. По разности этих двух определений находят содержание ионов Mg²⁺.

Ход работы. Пипеткой на 50 мл отбирают фильтрат и переносят его в колбу для титрования, приливают 5 мл аммонийной буферной смеси, 25-30 мг хромогена черного и титруют раствором трилона Б с молярной концентрацией эквивалента 0,05 моль/л до перехода винно- красной окраски раствора в синюю.

Титрование повторяют 2-3 раза и берут среднее значение.

Содержание Са²⁺ и Mg²⁺ вместе взятых можно найти по формуле

 

m(Ca²⁺+Mg²⁺) =   ,                  (6)

где С(1/zNа₂[НзТг])- концентрация раствора трилона Б, н;

V(Na₂[НзТг])- объем рабочего раствора трилона Б, затраченного на  титрование, мл;

Уф- объем фильтрата, мл.

Определение содержания кальция. 50 мл фильтрата переносят в колбу для титрования, приливают 2,5 мл раствора NaOH с молярной концентрацией 2 моль/л, 30-40 мг смеси мурексида с хлоридом натрия и приступают к титрованию раствором трилона Б с молярной концентрацией эквивалента 0,05 моль/л до появления сине-фиолетовой окраски, не исчезающей в течении 2-3 минут. Титрование повторяют 2-3 раза и берут среднее значение. Содержание кальция вычисляют по формуле, как и суммарное содержание Са²⁺ и Mg²⁺.

Количество магния находят

m(Mg²⁺) = m(Ca²⁺+Mg²⁺) - m(Ca²⁺),                                              (7)

 

2.1.8 Методика  определения содержания сульфат-ионов в атмосферных осадках

 

Реактивы  и оборудование. 10 %-ный раствор хлорида бария; раствор электролита (NaCl+HCI), раствор сульфата натрия, мерные колбы на 50 мл, 100 мл,  ФЭК, кюветы.

Общие положения. В  работе  используют  реакцию  образования  дисперсной  системы малорастворимого в кислых растворах сульфата бария (ПР=1,1 ∙10 ^-10)

Ва²⁺ + SO4²- =BaSO₄

Для обеспечения  избирательности определения сульфатов  относительно карбонатов, фосфатов, хроматов реакцию проводят в кислой среде.

Ход определения. Приготовление рабочего раствора сульфата натрия. Раствор сульфата натрия с концентрацией 0,2 мг/ мл готовится растворением 0,8872 г прокаленного х.ч. сульфата натрия в 100 мл дважды перегнанной дистиллированной воды. Рабочий раствор сульфата натрия, содержащий 10 мкг в 1000 мл, готовят разбавлением полученного раствора в 20 раз.

Приготовление раствора электролита. 240 г химически чистого (х.ч.) хлорида натрия помещают в мерную колбу на 1000 мл, добавляют небольшое количество бидистиллята, приливают 20,5 мл концентрированной соляной кислоты и доводят бидистиллятом до метки.

Приготовление растворов для построения калибровочного графика. В мерные колбы вместимостью 50 мл вносят 1,2,4,6,10 мл рабочего раствора сульфата натрия, что соответствует 20,40,80,120,200 мкг сульфата натрия.

В каждую колбу  приливают 10 мл электролита и соответственно 19,18,16,14,10 мл дважды перегнанной дистиллированной воды, перемешивают круговыми вращениями колбы. Затем приливают 7,5 мл раствора хлорида бария, перемешивают, доводят объем раствора до метки и снова тщательно перемешивают. Через 5 минут измеряют оптическую плотность стандартных растворов по отношению к раствору сравнения в порядке понижения концентрации в кюветах с толщиной поглощающего слоя 50 мл. Раствор сравнения готовят аналогично в колбе вместимостью 50 мл без сульфата натрия.

Снег перевести  в жидкую фазу. Затем к 10 мл талой  воды прибавляют 20 мл электролита, 20 мл бидистиллята, раствор перемешивают и добавляют 75 мл раствор хлорида бария. В колбе на 100 мл раствор доводят до метки и колориметрируют.

 

2.1.9 Определение содержания  ионов аммония в атмосферных осадках

 

Реактивы  и оборудование. ФЭК; электроплитка; мерные колбы на 50 мл, 100 мл; пипетки на 1 мл, 10 мл с делениями, на 10 мл без делений; раствор сегнетовой соли KNaC₄H₄O₆ ∙ 4Н₂О - растворяют 50 г соли при нагревании в дистиллированной воде, доводят раствор до 100 мл, перемешивают, фильтруют, добавляют 5 мл 10 %-ного раствора NaOH и кипятят 30 мин (для удаления следов NH₃).

Объем раствора вновь доводят до 100 мл; реактив Несслера (щелочной раствор тетраиодмеркурата калия KНgI₄ торговый препарат); безаммиачная вода - дистиллированную воду с добавкой щелочи (25 мл 5 %-ного раствора NaOH на 1 л воды) кипятят 1 час; стандартный раствор NH₄CI. Основной раствор: растворяют в безаммиачной воде 296,5 мг безводного NH₄CI, высушенного при 100 °С, и разбавляют такой же водой до 100 мл; 1 мл полученного раствора содержит 100 мкг NH₄. Рабочий раствор: разбавляют безаммиачной дистиллированной водой 5 мл основного стандартного раствора до 100 мл; 1 мл полученного раствора содержит 5 мкг NH₄.

Общие положения. Ионы аммония определяют фотометрически по реакции с реактивом Несслера. Принцип метода основан на том, что аммоний с реактивом Несслера образует йодид меркураммония, который окрашивает раствор в желто-коричневый цвет. Интенсивность окраски пропорциональна содержанию аммония в воде.

NH₄⁺ + 2К₂НgI₄ + 2КОН → NH₂Нg₂I₃↓ + 5KI + 2H₂O + K⁺

Так как соли кальция и магния, обычно содержащиеся в природных водах, при взаимодействии с реактивом Несслера могут выпасть в осадок, их связывают раствором виннокислого натрия-калия (сегнетовой солью). Диапазон определяемых концентраций аммония - 0,05-4 мг/л.

Как правило, в  чистых природных водах содержится 0,01-0,1 мг/л аммонийных солей. Предельно допустимые концентрации аммиака в воде водоемов 2 мг/л (по азоту).

Ход работы. К100 мл пробы воды добавляют 0,2 мл раствора сегнетовой соли и 0,2 мл реактива Несслера, перемешивают и через 10 мин измеряют оптическую плотность раствора при 425 нм в кювете толщиной 1 см на фоне дистиллированной воды. Из полученного значения оптической плотности вычитают оптическую плотность холостой пробы. Концентрацию ионов аммония в пробе определяют по калибровочному графику.

Построение  калибровочного графика

В мерные колбы  на 50 мл наливают 0,1,2,3,4,6 и 10 мл стандартного раствора NH₄CI концентрации 5 мкг NH₄ в 1 мл. Разбавляют до метки безаммиачной водой, перемешивают, отбирают из каждой колбы по 10 мл и переносят в пробирки. Концентрация ионов аммония в растворах составляет 0; 0,1; 0,2; 0,3; 0,6 и 1 мг/л. Определение ионов аммония ведут по методике, описанной выше. Из полученных значений оптических плотностей вычитают оптическую плотность холостого раствора.

 

 

2.1.10  Методика определения цинка в природных водах

 

Реактивы  и оборудование. 20 % раствор тиосульфата натрия (Nа₂S₂О₃), ацетатный буферный раствор, раствор дитизона в четыреххлористом углероде, хлорид цинка (ZnCl₂). Конические колбы, делительные воронки на 500 мл, химический стакан, пипетки на 5 мл, кюветы на 10 мл, ФЭК, 7 мерных колб на 50 мл, цилиндр на 100 мл.

Общие положения. Цинк находится в природных водах главным образом в виде иона Zn²⁺. В водах обычно содержится п*10° мкг/л Zn²⁺, иногда это содержание повышается до сотен мкг/л. Более высокие концентрации цинка встречаются, как правило, в кислых водах. Наиболее удобным методом определения микроколичества цинка в природных водах является дитизоновый.

Метод примененим для анализа пресных и соленых вод (до минерализации 100 г/л), цинк образует с дитизоном красное соединение, экстрагируемое лучше всего четыреххлористым углеродом. Следует иметь ввиду, что цинк также образует с тиосульфатом комплексное соединение, хотя и относительно мало устойчивое. Это приводит к замедлению и некоторой неполноте реакции образований дитизоната цинка. Поэтому построение градуировочного графика и само определение надо проводить в одинаковых условиях.

Метод исключительно  чувствителен, поэтому следует особо  тщательно следить за чистотой посуды и реактивов.

Ход работы. Приготовление стандартных растворов для построения градуировочного графика. Для приготовления эталонов в мерные колбы на 50 мл наливают 0; 0,5; 1,0; 2,0; 3,0; 4,0 и 5,0 мл рабочего раствора хлорида цинка, в каждую из колб добавляют 5 мл ацетатного буферного раствора, затем 1 мл 20 % раствора тиосульфата натрия и 4 мл раствора дитизона; доводят объем до метки дистиллированной водой и фотометрируют. (После добавления каждого раствора содержимое колбы перемешивают).

Рабочий раствор  хлорида цинка, содержащий 5 мкг/мл цинка, готовят, взяв навеску хлорида цинка 10,46 мг и растворив ее в мерной колбе на 1 л дистилированной водой. В коническую колбу помещают 100 мл исследуемого раствора, добавляют 5 мл ацетатного буферного раствора, перемешивают, приливают 1 мл 20 % раствора тиосульфата натрия (№28203) и 4 мл рабочего раствора дитизона в четыреххлористом углероде. Энергично встряхивают в течение 2-5 минут.

Окраска дитизона в зависимости от содержания цинка изменяется от зеленой до красной.

Содержимое колбы  переливают в делительную воронку  и отделяют окрашенную органическую часть раствора, которую помещают в кювету на 10 мл и определяют оптическую плотность на ФЭК. Зеленый светофильтр, Х= 540 нм.

Значение концентрации цинка определяется по калибровочному графику.

 

2.1.11 Математическая  обработка результатов исследования

 

Полученные экспериментальные  данные по определению интенсивности  движения автотранспорта необходимо подвергнуть  математической обработке, что позволит судить об их достоверности. Вычисляют  среднее арифметическое значение экспериментальных данных Х_n, полученных при анализе параллельных проб.

 

 

Затем находят среднее  квадратичное отклонение для n определений по формуле:

 

Полученную величину отклонения S_n  используют для вычисления абсолютной и относительной погрешности анализа с заданной степенью надежности по формуле:

 

    ,

где tan – коэффициент распределения Стьюдента.

 

Таблица 2.1 – Коэффициенты Стьюдента при а = 0,95

Количество параллельных измерений (n)	Коэффициент Стьюдента, tan
2	12,706
3	4,303
4	3,182
5	2,776
6	2,446
7	2,365
8	2,306
9	2,262

 

 

Относительная погрешность  рассчитывается по формуле:

 

Е_отн = (Е_абс * 100% ) / Х_n

 

2.2 Исследование  содержания загрязняющих веществ  в атмосферных осадках

 

Загрязнение снега при  внутриоблачном и подоблачном вымывании, обусловленное влиянием многих источников, приводит к изменению состава загрязняющих веществ. Это связано с пространственным распределением источников, высотой поступления загрязняющих веществ в атмосферу, средним временим их пребывания в атмосфере, скоростью распространения в вертикальном и горизонтальном направлениях.

Снежный покров, который, подобно  почвенному покрову, обладает

способностью активно  накапливать химические элементы и  их соединения, является хорошим индикатором  для выявления процессов загрязнения  территорий в течение зимнего  периода.

Для исследования процессов загрязнения  атмосферных осадков были отобраны пробы прилегающей территории к автодороге по пр.Гагарина  г. Оренбург. Пробы атмосферных осадков были отобраны на расстоянии 5  метров, 10 метров и 15 метров от источника загрязнения.

Отбор проб атмосферных  осадков чрезвычайно прост и  не требует сложного оборудования по сравнению с отбором проб воздуха.

В отобранных пробах определялось содержание кислотообразующих веществ, металлов, рН и минерализации.

В ходе проведенных исследований были получены следующие данные по концентрациям загрязняющих веществ в талой воде (таблица 2.2).

 

Таблица 2.2 - Содержание загрязняющих веществ (примесей) в талой воде

Расстояние	Значение концентраций загрязняющих веществ, мг/л
	SO42-	NH4+	Cl-	HCO3-	HS-	Ca2+	Mg2+	Zn2-	Вз.в.
5 м	1,710	0,094	223,650	256,200	3,930	11,400	1,080	0,167	332
10 м	1,785	0,057	118,215	205,875	3,780	8,700	0,720	0,169	32
15 м	1,643	0,022	67,095	160,125	3,530	6,900	0,900	0,141	36

 

В ходе исследований были установлены  зависимости концентраций загрязняющих веществ от расстояния до  источника  загрязнения.

Ниже приведены графические  зависимости концентраций загрязняющих веществ от расстояния.