Загальна екологія (та неоекологія

Загальна екологія (та неоекологія). Методичні вказівки до виконання лабораторних робіт напряму 6.040106 «Екологія, охорона навколишнього середовища та збалансоване природокористування» / Укл.: Н.В. Беренда, І.О. Кутузова. – Запоріжжя: ЗДІА, 2009. - 73 с.

 

 

 

 

 

 

 

 

Укладачі:  Н.В. Беренда, к.т.н., доцент кафедри ОНС,

І.О. Кутузова, асистент кафедри ОНС.

 

 

Відповідальний за випуск: зав. кафедрою ОНС,

к.т.н., доц. Г.Б. Кожемякін.

 

 

 

ЗМІСТ

 

ВСТУП . . . . . . . . . . 4

 

1  Лабораторна робота № 1. СУЧАСНІ МЕТОДИ ДОСЛІДЖЕННЯ СТАНУ ДОВКІЛЛЯ . . . . . . . . 6

 

2 Лабораторна робота № 2. ОРГАНОЛІПТИЧНІ ВЛАСТИВОСТІ ВОДИ . . . . . . . . . . . 20

 

3 Лабораторна робота № 3. ВИЗНАЧЕННЯ КИСЛОТНОСТІ І ТОКСИЧНОСТІ ОПАДІВ, КОТРІ ВИПАДАЮТЬ В ЗОНАХ ЗАБРУДНЕННЯ . . . . . . . . . 32

 

4 Лабораторна робота № 4. ДОСЛІДЖЕННЯ ЗАБРУДНЕННЯ ХАРЧОВИХ ПРОДУКТІВ НІТРАТАМИ І ЇХ ВИЗНАЧЕННЯ В РІЗНИХ ОВОЧЕВИХ КУЛЬТУРАХ . . . . . . 45

 

5 Лабораторна робота № 5. ОЦІНКА ЯКОСТІ БДЖОЛИНОГО

МЕДУ. БДЖОЛИ ЯК БІОІНДИКАТОР СТАНУ ДОВКІЛЛЯ  . 54

 

6 Лабораторна робота № 6. ОЦІНКА РІВНЯ РАДІАЦІЙНОГО

ФОНУ  ТА ЗАБРУДНЕНОСТІ ВОДИ, ГРУНТУ, ХАРЧОВИХ ПРОДУКТІВ . . . . . . . . . 60

 

РЕКОМЕНДОВАНА ЛІТЕРАТУРА . . . . . 73

 

 

ВСТУП

Сучасні екологічні дослідження  мають комплексний характер, охоплюючи дослідження гірських порід (геологія), вивчення хімічного складу повітря, вод ґрунтів, рослинного і тваринного світу (хімія), спостереження за живими організмами, їх функціонуванням на різних рівнях організації: молекулярно-генетичному, органному, організмовому, популяційному, екосистемному (біологія) Недаремно на межі наук спостерігаються найцікавіші явища, створюються нові науки. Отже, екологічні дослідження об'єднують зусилля спеціалістів багатьох наук.

Екологічні дослідження  включають спостереження в природі (за окремими видами живих організмів, відносинами між популяціями в екосистемі, впливом абіотичного чинника на функціонування угруповань рослин чи тварин тощо), лабораторні дослідження (аналіз повітря, вивчення активності ферментів, спостереження за діяльністю мікроорганізмів), аналіз отриманої інформації та її математичну обробку, створення на цій підставі теорії чи передбачення наслідків.

Особливістю і складністю екологічних експериментів є  те, що світ надзвичайно складний, багатогранний  і його компоненти пов'язані в єдине ціле численними зв'язками, тому лабораторні дослідження чи спостереження в природі дуже важко об'єднати, результати одних експериментів перенести на інший рівень.

Останнім часом найновіші  досягнення хімії, біології, фізики, математики та інших галузей науки і техніки до послуг екології. Тому і досягнення цієї інтегральної науки дедалі глибші й цікавіші; вони дають змогу побачити цілісність світу, проникнути в його сутність, зрозуміти явища, передбачити наслідки того чи іншого процесу.

Часто проведення досліджень стану довкілля має глобальний характер, зокрема при веденні моніторингу (від лат. "монітор" — той, що наглядає, нагадує, попереджає), вивченні стану озонової оболонки Землі, виявленні негативного впливу на природне середовище кислотних дощів, визначенні зон особливого забруднення Світового океану тощо.

Встановлення хімічного  складу і фізичних властивостей елементів  довкілля — повітря, води, ґрунтів — досить важке завдання і вимагає певних навичок. Особливістю повітря є його надзвичайна рухливість, тому забрудник в атмосфері може дуже швидко розсіятися, змінити своє місцеперебування, вступити в хімічну взаємодію з компонентами атмосферного повітря чи іншими забрудниками. Це саме стосується і води, хоча вона менш рухливе середовище, ніж повітря. Особливістю ґрунтів є їхня мозаїчність — на незначній території хімічний склад різних ділянок може значно відрізнятися за вмістом вологи, концентрацією біофільних елементів, забрудників, кислотністю тощо, що зумовлює і відмінності в рослинному і тваринному світі, які, в свою чергу, прямо чи опосередковано впливають на свій екотоп.

Склад повітря, поверхневих  вод та ґрунтів взаємно впливають одне на одне. Його формують і живі організми, починаючи від найпростіших — мікроорганізмів — до вищих тварин. Однак найбільший коригувальний вплив на стан довкілля чинить господарська діяльність людини. Саме людина змінює довкілля до невпізнанності, будуючи житло, господарські об'єкти, транспортні артерії, видобуваючи корисні копалини та викидаючи й складуючи відходи виробництва.

Хімічний склад компонентів  довкілля змінюється в часі та при  зміні умов середовища: температури, вологості, тиску, наявності певних речовин. Він залежить також від  характеру рельєфу та його геологічної  будови, особливостей і обсягів техногенного тиску, динаміки фізико-географічних умов. Тому відбір проб (місце точок відбору, відстань між ними, обсяги зразків і особливості їх зберігання тощо) має велике значення для правильності встановлення складу природних об'єктів, прогнозування забруднення та його поширення, визначення можливості й швидкості процесів самоочищення повітря чи поверхневих природних вод, загрози фотохімічного смогу, під час розв'язання екологічних і народногосподарських завдань.

 

1  Лабораторна робота № 1.

 

“СУЧАСНІ МЕТОДИ ДОСЛІДЖЕННЯ СТАНУ ДОВКІЛЛЯ”

 

Мета роботи: лабораторна робота виконується з метою ознайомлення та вивчення сучасних методів дослідження стану довкілля. На прикладі дослідження екологічного стану повітря оцінити запиленість повітря декількома методами.

 

 

1.1 Короткі теоретичні відомості

 

Для вирішення задач, котрі стоять перед екологією, цією наукою використовуються як свої особисті методи, так й методи інших наук. Особисті методи екології умовно поділяють на три групи: 1) польові; 2) лабораторні;   3) експериментальні. Для проведення особистих методів екологія використовує методи таких наук, як біохімія, математика, фізика, хімія та ін.

Під час дослідження стану довкілля відокремлюють якісні та кількісні  методи дослідження. Кількісному визначенню часто передує якісний аналіз на наявність того чи іншого хімічного елемента, йона, сполуки.

Реакції, які використовуються в якісному аналізі, мають супроводжуватися візуальним ефектом: появою чи зникненням осаду; появою, зникненням чи зміною кольору розчину; виділенням газів; утворенням кристалів характерного кольору і форми; появою забарвлених перлів; забарвленням полум'я; появою світіння; виникненням характерного забарвлення при розтиранні речовин.

На практиці частіше  користуються кількісними методами аналізу. На основі вимірюваних параметрів методи кількісного аналізу поділяють на хімічні, фізико-хімічні, фізичні та біологічні.

Вибір методу дослідження  для визначення того чи іншого компонента залежить від потрібної точності аналізу, доступності методу для  виконання, вмісту аналізованої речовини, хімічного складу досліджуваного об'єкта тощо (табл. 1.1). Нижче описані основні методи аналізу, що використовуються при вивченні стану довкілля, та їх можливості.

 

1.1.1 Хімічні методи

 

Титриметричний (об'ємний) метод аналізу грунтується на вимірюванні об'єму розчину реагента відомої концентрації, витраченого на взаємодію з аналізованою речовиною за умови, що речовини вступають у реакцію в стехіометричних кількостях. Цим методом визначають загальну і карбонатну твердість води, хімічне споживання кисню (ХСК), біохімічне споживання кисню (БСК₅), кислотність, лужність, вміст розчиненого кисню, концентрацію катіонів меркурію, феруму (II), аніонів Сl^-, SО₄^{2 -}, S ^{2 -} тощо.

Гравіметричний  метод базується на кількісному переведенні аналізованого компонента в малорозчинну сполуку і зважуванні продукту після виділення, промивання, висушування чи прожарювання. Гравіметричним методом визначають у природних і стічних водах ферум (III) та алюміній у вигляді оксидів, хлориди — АgС1, сульфати — ВаSО₄ в кислому середовищі, багато металів тощо.

1.1.2 Фізико-хімічні методи

 

Ця група методів  ґрунтується, як і хімічні, на хімічних реакціях, однак визначають фізичну  характеристику (оптичну густину, електропровідність, окисно-відновний потенціал), що залежить від вмісту аналізованої речовини.

Фотометричний аналіз охоплює всі методи, які ґрунтуються на поглинанні світла в ультрафіолетовій, видимій та інфрачервоній частинах електромагнітного спектра визначуваною речовиною чи продуктом реакції. Фотометричні методи високочутливі, розроблені для визначення практично всіх хімічних елементів, крім інертних газів.

Таблиця 1.1 - Методи визначення деяких хімічних інгредієнтів у об'єктах природного середовища

Метод	Визначувані інгредієнти в об'єктах природного середовища
	у грунтах  та донних мулах		у природних  водах		у повітрі (газах та аерозолях)
Гравіметричний	Вологість, мінеральний  залишок, SіО2, А12О3, Fе2О3, карбонати	SО42-, нафтопродукти, зависі, мінеральний залишок		Запиленість (вміст пилових  часток)
Титриметрич-ний	СО32-, НСО3-, Сl-, SО42-, Са, Мg	Оксиген (розчинений), СO2, СO32-, SO42-, Н2S, Сl-, NН4+, твердість води (загальна і карбонатна), ХСК, БСК5		Кислоти та кислотні оксиди
Фотометричний	NO2-, NO3-, F-, РO43-, Аl, Нg, Сu, NH4+	Кольоровість, органічні  речовини, Н2S, NO2-, NO3-, Р (неорг.), Fе, Сu, Аl		СО, СS2, SО2, НС1, НNО3, Аl, Fе, Рb, пестициди, деякі органічні сполуки
Люмінесцент-ний	Нафтопродукти	Нафтопродукти, хлорорганічні  ароматичні сполуки, спирти, ацетон		Смолисті речовини, ароматичні вуглеводні, кетони
Фотометрія полум'я	Nа, К	Lі, Na, К, Са		Lі, Сs, К
Емісійна спектроскопія	Метали, мікроелементи, бор	Lі, Na, К, Са, Sr, Ва, Сu, Рb, Аl, Fе та ін.		Be
Атомно-абсорбційна спектроскопія	Сu, Ni, Zn, Нg, Рb, Сr	Са, Мg, Сu, Рb, Нg та ін.		Нg> Сd, Sr, Сu, Рb та ін.
Кінетичні та хемілюмінес-центні	Катіони важких металів	Мn, Сu, Ni, Fе (III), амінокислоти		Озон
Потенціомет-ричні	рН, F-,NO3-, К, Са	pH, F-, Cl-, NO3-, Сu, Са, К, окисно-відновний потенціал		НF, ненасичені органічні сполуки
Радіометричні	90Sr, 137Сs, 238U	90Sr, 137Сs, 238U, 239Рг		90Sr, 137Сs
Хроматографічні	Нафтопродукти, хлорорганічні  сполуки, вуглеводні, пестициди	Nа, К, NН4+, Мg, Са, Сl-, SО42-, органічні сполуки		СО, СО2, SО2, Сl2, СС14, Аl, Сu, органічні сполуки

Методи фотометрії широко застосовують в аналізі природних об'єктів: повітря, поверхневих вод, ґрунту, донних мулів, рослин, а також стічних вод, газоподібних викидів, відходів промисловості.

Хроматографічний  аналіз — метод розподілу, якісного виявлення та кількісного визначення компонентів рідких і газоподібних сумішей, що ґрунтується на різному їх розподілі між рухомою і нерухомою фазами. Метод все частіше використовують для аналізу стану довкілля. Саме завдяки йому вдалося швидко виявити стафілококове та мікозне ушкодження ліквідаторів аварії на ЧАЕС.

Високоефективна рідинна хроматографія — найбільш вживаний метод аналізу складних органічних проб. В установках рідинної хроматографії (як і в газових) використовують різноманітні детектори: ультрафіолетовий, електрохімічний, детектор з діодною матрицею, флуорометричний. До речі, хроматографічними методами криміналістика виявляє в організмі алкалоїди, що спричинили отруєння. Методом газорідинної хроматографії визначають склад стічних вод нафтопереробних та хіміко-фармацевтичних підприємств, заводів органічного синтезу. Газова хроматографія характеризується високою розподільною здатністю, гнучкістю завдяки застосуванню різних детекторів.

Кількісною характеристикою  газової та рідинної адсорбційної хроматографії  є висота або площа хроматографічного піка, які пропорційні вмісту компонента в досліджуваній суміші.

Під час розділення сумішей методом тонкошарової хроматографії (її різновид — паперова хроматографія) отримують забарвлені плями окремих компонентів; у разі безбарвних сполук їх проявляють фізичним (УФ- опромінення) або хімічним (обробка реагентом, який утворює забарвлені сполуки з речовинами, наприклад амінокислоти набувають блакитного кольору після обробки їх розчином нінгідрину) способом. Це якісне виявлення компонентів суміші; кількісний склад визначають за площею плями або розчиняють вміст у відповідному розчиннику і аналізують одним із методів. Методом тонкошарової хроматографії розділяють амінокислоти і барвники рослин, визначають активність ґрунтової фауни за продукцією амінокислот.

Йонообмінну хроматографію використовують для розділення елементів з подібними хімічними властивостями. Йонообмінна хроматографія дає змогу після попереднього розділення і послідовного вилучення компонентів суміші з колонки визначити їх вміст фотометричним, титриметричним чи іншим способом. Цим методом визначають загальну твердість води, вміст катіонів важких металів у воді, ґрунті, донних мулах. Методом йонної хроматографії визначають понад 70 аніонів неорганічних і органічних кислот, катіони лужних і лужноземельних металів у воді, продуктах, лікарських препаратах тощо.