- •1. Изучаемые объекты и методы определения состояния водоемов
- •1.1. Изучаемые объекты и их физико-географические и гидрологические характеристики
- •1.2. Необходимость комплексных исследований пресноводных водоемов.
- •2. Стандартные способы и приборы для отбора проб воды для определения химических компонентов
- •3. Необходимые вспомогательные показатели и методы их определения.
- •3.1. Температура – фактор, влияющий на процессы в водоеме. Способы измерения температуры.
- •3.2. Термический режим озер и его связь с распределением веществ.
- •3.3. Прозрачность воды и ее значение для протекания биологических процессов
- •4. Методы с использованием гидрохимических анализов.
- •4.1.Растворенный кислород как фактор экологического состояния водоема.
- •4.1.1. Методика определения содержания растворенного кислорода методом титрования (по Винклеру).
- •4.2. Натурные наблюдения за изменением концентрации кислорода в течение дня.
- •4.3 Использование метода Винклера при определении первичной продукции (по Винбергу).
- •4.3.1. Изучение динамики изменения продукции в течение 6-8 часов на оптимальной глубине.
- •4.3.2. Определение суммарного содержания лабильных органических веществ.
- •4.4. Понятие окисляемости. Метод перманганатной окисляемости
- •4.4.1. Перманганатная окисляемость (метод Кубеля)
- •4.4.2.Динамика величины перманганатной окисляемости в течение светового дня.
- •5. Применение инструментальных методов для определения ряда гидрохимических показателей.
- •5.1. Фотоэлектроколориметрические методы.
- •5.1.1. Фосфор – лимитирующий фактор фотосинтетической активности. Фосфорная нагрузка и эвтрофирование.
- •5.1.1.1.Определение фосфатов с молибдатом аммония
- •5.1.2. Кремний
- •5.1.2.1 Определение кремния с молибдатом аммония
- •5.1.3. Нитраты
- •5.1.3.1. Определение нитратов с салицилатом натрия
- •5.1.4. Аммиак и ионы аммония
- •5.1.4.1.Определение с реактивом Несслера
- •5.1.5. Железо
- •5.1.5.1.Определение с роданидом
- •5.2. Ионометрический метод.
- •5.2.1. Водородный показатель( рН)
- •5.2.2. Изучение динамики рН и других параметров в течение дня на озере.
- •5.2.3. Изучение закономерности изменения рН и других параметров от глубины.
- •6. Метод атомно-абсорбционной спектрофотометрии (аас).
- •6.1. Расчет содержания железа в водном гуминовом веществе.
- •7. Хроматографические методы определения органических веществ.
- •7.1. Определение органических веществ в сложных природных смесях.
- •7.2. Изучение динамики изменения содержания низкомолекулярных веществ в течение 8-ми часов.
- •8. Биоиндикация в рамках полевой практики.
- •8.1. Использование индекса Вудивисса для оценки экологического состояния водных объектов
- •8.1.3. Оценка качества воды по индексу Вудивисса (tbi)
- •9. Заключение
- •(По: Save Our Streams. Project Heartbeat. Volunteer Monitoring handbook. 1999; из Скворцов и др., 2001; с изменениями)
- •Методические указания к проведению летней учебной полевой практики по исследованию внутренних водоемов северо-западного региона России.
6.1. Расчет содержания железа в водном гуминовом веществе.
В связи с тем, что атомно-абсорбционный метод позволяет определить валовое содержание элементов, то, зная, например, общую концентрацию железа, можно вычесть минералькую составляющую (Fe II и III), определяемую методом фотоколориметрии и тем самым рассчитать содержание железа, присутствующее в воде в органической форме (гуминовые или фульвокислоты).
7. Хроматографические методы определения органических веществ.
В настоящее время при мониторинговых исследованиях окружающей среды наилучшими из инструментальных хроматографических методов определения качественного и количественного состава органических соединений являются гибридные.
Органические вещества, синтезируемые организмами во внешнюю среду, называют внеклеточной продукцией. Эти вещества являются метаболитами с различными функциями. Основной вклад во внеклеточную продукцию вносят фотосинтезирующие организмы. В морях и крупных глубоких озерах первостепенная роль принадлежит планктонным водорослям. Значительно меньше вклад от фитобентоса, перифитона (фитообрастаний) и макрофитов.
В составе внеклеточной продукции могут быть самые разнообразные органические соединения. Качественный состав веществ зависит от разнообразия форм фотосинтезирующих организмов в исследуемой системе, а количественный состав - от того, насколько синтезирующие их организмы продуктивны. Одни формы более продуктивны, другие менее продуктивны.
В состав внеклеточной продукции входят сахара, спирты, жирные кислоты и их эфиры, амины, различные углеводороды, и в том числе углеводороды, содержащие в молекуле атомы галогенов, фенольные группы и многие другие. Функции этих веществ в экосистемах могут быть очень многочисленными. Они служат различными хеморегуляторами и хемомедиаторами, часть из них используется в качестве пищевого ресурса для других организмов.
В связи с тем, что в объектах окружающей среды присутствуют сложные смеси соединений и концентрация каждого из них невелика, становится ясной необходимость применения гибридных методов исследования.
Принцип гибридных методов. Хроматограф позволяет разделить вещества, а спектральный детектор (масс-спектрометр, ИК-Фурье–спектрофотометр) - установить спектр вещества, являющийся его индивидуальной характеристикой. В случае наличия вещества в «библиотеке» данных гибридного прибора возможна расшифровка присутствующего соединения в исследуемой пробе.
7.1. Определение органических веществ в сложных природных смесях.
Аппаратура. Газовые хромато-масс- и хромато-ИК- Фурье спектрометры, делительная воронка, пузырьки на 50мл (можно от аптечной упаковки перекиси водорода) с коническими и завинчивающимися полиэтиленовыми пробками, пенициллиновые склянки, пробирка градуированная на 10 мл, планктонная сеть с диаметром ячеи (для фильтрации пробы), полипропиленовый стакан, делительная воронка, тщательно отмытая от смазки органическими растворителями, глазные ложки.
Реактивы.
Все реактивы должны быть марки о.с.ч., гексан для хроматографии
1. Гексан (С6Н14)
2. Бура (Na2B4O7*10 H2O) (для подщелачивания анализируемой воды)
3. Фосфорнокислый калий однозамещенный (KH2PO4)
Ход определения. Студенты должны произвести экстракцию в гексан (универсальный органический растворитель) присутствующих в воде низкомолекулярных органических веществ и проанализировать экстракты в Лаборатории экспедиционных исследований на хромато-масс и -ИК-Фурье спектрометрах (далее будут называться хроматографами). Экстракция производится в делительной воронке из 500 мл фильтрованной воды в 5 мл гексана как при подщелачивании (рН=9,1), так и при подкислении (рН=3,5-4) пробы воды. Эти операции необходимы, чтобы максимально перевести из воды интересующие РОВ в экстрагент. Можно произвести экстракцию без подщелачивания и подкисления. Это зависит от поставленной преподавателем задачи.
Сначала в делительную воронку наливают 500 мл воды, отмеренную мерным стаканом, добавляют 7 глазных ложек буры затем 5мл гексана, отмеренного градуированной пробиркой и далее производят перемешивание в течение 3 минут. Подобную операцию делают также при добавлении фосфорнокислого калия с добавлением 3-х глазных ложек. Далее экстракт отделяют от воды с помощью крана делительной воронки, сливая воду. Экстракт с небольшим количеством воды переносят в пенициллиновую склянку и затем в пузырек на 50 мл, стараясь последние капли воды оставить в пенициллиновой склянке.
Переходящие из воды вещества в органический растворитель концентрируются в нем в зависимости от коэффициента распределения между водой и гексаном.
Экстракты (объем пробы 1-2,5 мкл) анализируют на хроматографах на колонке с универсальной фазой. Режим работы подбирает преподаватель. Студенты должны идентифицировать только известные вещества (имеющиеся в «библиотеке» данных), рассчитать их концентрацию, проверить сходимость по масс- и ИК-спектрам.
С хроматографическими методами студенты знакомятся при прочтении курсов лекций «Физико-химические методы контроля окружающей среды» и «Гибридные метода исследования окружающей среды». В этих курсах предусмотрены также практические занятия, на которых они учатся анализировать пробы на хроматографах, расшифровывать хроматограммы и анализировать полученные результаты.
Методы хромато-масс- и хромато –ИК-Фурье -спектрометрии позволяют идентифицировать вещества до формулы при сравнении с «библиотекой» данных.
Наряду с веществами природного происхождения в исследуемых водоемах могут присутствовать вещества антропогенного происхождения. Поскольку в ряде случаев вещества, синтезированные человеком могут совпадать по формуле с веществами, синтезированными биотой, то правильная интерпретация полученных результатов будет зависеть от многофакторного анализа организмов и среды изучаемой экосистемы.
Выбор точек отбора проб на содержание низкомолекулярных соединений с целью сравнения полученных результатов обусловлен не только различием изучаемых гидросистем, но и с пространственными неоднородностями водной поверхности в отдельном выбранном водоеме. При этом могут наблюдаться различия в составе фитопланктона и его метаболитов между зонами поверхностных неоднородностей воды в водоемах, выглядящих как участки с гладкой зеркальной водой и водой покрытой рябью. Концентрации метаболитов фитопланктона с поверхностно активными свойствами будут значительно выше на участке акватории с гладкой поверхностью воды, чем на участке с рябью. В таких случаях студенты по полученным хроматограммам увидят разницу в содержании низкомолекулярных веществ, входящих в состав внеклеточной продукции водорослей в местах, где наблюдается «рябь» или «гладь».