ЗМІСТ

Вступ	4
Лабораторна робота №1.статистична обробка даних аналізу об'єктів навколишнього середовища	5
Лабораторна робота № 2. Способи вираження концентрацій розчинів і алгоритм розрахунків при приготуванні розчинів заданої концентрації	15
Лабораторна робота № 3. Приготування розчинів кислот та лугів та потенціометричне визначення рН	23
Лабораторна робота № 4. Фотометричне визначення концентрації речовини	27
Лабораторна робота № 5. Визначення іонів карбонату та бікарбонату у водній витяжці ґрунту	35
Лабораторна робота № 6. Визначення діоксиду карбону карбонатів	39
Лабораторна робота № 7. визначення вмісту Cu, Zn, Cr, Fe у ґрунті методом атомно-абсорбційної спектрофотометрії	41
Лабораторна робота № 8. Визначення обмінної кислотності ґрунту	50
Лабораторна робота № 9. Визначення гідролітичної кислотності за методом Каппена в модифікації ЦІНАО	56
Лабораторна робота № 10. Визначення і оцінка кислотно-основної буферності ґрунту	59
Лабораторна робота № 11. Визначення суми поглинутих основ за методом Каппена	69
Лабораторна робота № 12. Визначення хлоридів у ґрунті	73
Лабораторна робота № 13. визначення вмісту Cu, Zn, Cr, Fe у воді методом атомно-абсорбційної спектрофотометрії	75
Лабораторна робота № 14. Фотометричне визначення Феруму з сульфосаліциловою кислотою	79
Лабораторна робота № 15. Визначення вмісту нітратів у сільськогосподарській продукції	81
Література	87

ВСТУП

Захист навколишнього середовища від забруднення – одна з найбільш важливих проблем сучасності. Потрапивши у повітря, воду, ґрунт, токсичні хімічні речовини створюють реальну загрозу існуванню життя на нашій планеті. У наш час у біосфері постійно міститься близько одного мільйона різноманітних хімічних сполук антропогенного походження, кількість яких безперервно зростає. У світі щорічно синтезується майже 250000 нових хімічних речовин, більшість яких стає потенційними забруднювачами атмосфери, води і ґрунту. Особливу тривогу викликає забруднення повітря, без якого неможливе життя на Землі.

Неконтрольоване забруднення атмосфери і світового океану, а також важливість і важкість завдань щодо боротьби із цим забрудненням, призвели до необхідності широкої міжнародної співпраці в галузі охорони навколишнього середовища. Існують численні міжнародні програми, направлені на захист основних компонентів навколишнього середовища від забруднення, захисту тваринного світу і середовища існування. Під егідою ООН, ВООЗ, ЮНЕСКО, ВМО (Всесвітня метеорологічна організація) та інших міжнародних організацій більшість цих програм успішно виконується.

Розвиток промисловості і транспорту, збільшення кількості населення, проникнення людини до стратосфери і космічного всесвіту, інтенсифікація сільськогосподарського виробництва, транспортування нафтопродуктів, захоронення небезпечних хімічних речовин на дні морів та океанів і випробування ядерної зброї – усе це сприяє глобальному і постійно зростаючому забрудненню навколишнього природного середовища.

В умовах зростаючих масштабів людської діяльності необхідні знання хімічних механізмів взаємодії між людиною, середовищем існування і окремими екосистемами. Саме тому одним з наукових напрямів і галузей сучасної екології є хімічна екологія, яка вивчає хімічні процеси, що відбуваються в різних сферах Землі, процеси міграції й трансформації хімічних сполук природного та антропогенного походження, фізико-хімічні методи боротьби з забрудненням навколишнього середовища та ін.

Природні речовини ні в якому разі не можна вважати завжди екологічно безпечними. Вони можуть оказувати на біосферу такий самий, а іноді й більш сильний вплив, ніж антропогенні. Порівняємо результати змін навколишнього середовища, що викликані діяльністю людини й природними причинами, за такими критеріями: кількісні показники, швидкість і токсичність.

Зміни природного середовища, що викликані антропогенним втручанням в масштабах планети, кількісно незначні в порівнянні з природними змінами. Тільки в окремих районах Землі антропогенне забруднення може досягати декількох відсотків і більше. Однак природні зміни відбуваються настільки повільно, що для всього живого залишається можливість генетично пристосуватися до цих змін природного середовища. Антропогенне ж втручання проявляється досить швидко й не залишає шансів на пристосування, особливо вищім організмам. Третя особливість антропогенного впливу на природу полягає в тому, що при цьому утворюються високотоксичні для всього живого продукти. Виникнення токсичних забруднювачів може бути пов’язано як з накопиченням природних речовин (наприклад, важких металів), так й з отриманням нових речовин (пестицидів, фреонів тощо). В будь якому випадку важливе раннє розпізнавання впливу промислових хімічних продуктів і продуктів перетворення природних сполук на навколишнє середовище. Для цього необхідно знати властивості хімічних продуктів, вміти прогнозувати поведінку хімічних речовин у навколишньому середовищі й передбачати їх шкідливий вплив на біосферу.

Для забезпечення належної якості екологічного контролю за станом навколишнього середовища необхідна спеціальна підготовка кадрів, які повинні володіти не тільки глибокими знаннями з класичної хімії, а й мати також уявлення про особливості складу об'єктів природного середовища й фізико-хімічних процесів, що в них відбуваються як на глобальному та регіональному рівнях, так само і на мікрорівні.

Курс “Хімія навколишнього середовища”, який спрямований на формування знань про організацію навколишнього світу, спільність живої та неживої матерії, про сучасну екологічну ситуацію, фактори і процеси, що її формують, дозволить об’єднати в єдине ціле розрізненні знання з головних сфер Землі (атмосфери, гідросфери і літосфери), сфокусувати увагу студентів-екологів на хімічних основах їх майбутньої професійної діяльності. Саме пізнання хімічних основ природних процесів є першорядним завданням, що буде сприяти прийняттю оптимальних управлінських рішень.

Ідеї охорони природи в останні десятиріччя набули надзвичайної популярності. Деградація середовища життя, яка раніше була помітною тільки спеціалістам, стала очевидною для усіх. Хімічне забруднення екосистеми – один з видів її деградації. Практична діяльність людини вносить великомасштабні зміни в біосфері. Швидкість цих впливів перевищує адаптаційні можливості екосистем, що призводить до їх руйнування та загибелі. Для стабілізації середовища потрібен негайний перерозподіл антропогенних навантажень у відповідності з екологічними можливостями екосистем та всієї біосфери в цілому. Такий перерозподіл буде мати сенс тільки тоді, коли він здійснюється на підставі висновків спеціалістів-екологів.

Відомо, що в основі процесів, що обумовлюють сучасний стан біосфери лежать хімічні перетворення речовин в літосфері, гідросфері, атмосфері і живих організмах. Дослідження цих процесів є предметом вивчення таких областей хімії, як геохімія, агрохімія, фотохімія, гідрохімія, біохімія та ін. Але існування глобальних процесів, що відбуваються в навколишньому середовищі і які пов'язані як з природними так і з антропогенними факторами, демонструє тісний взаємозв'язок між явищами, що протікають в різних частинах біосфери.

Якщо задуматися про суть процесів, що відбуваються і що прогнозуються, будь то зміна клімату, окиснювального потенціалу атмосфери, стану озоносфери або зменшення біорізноманітття і продуктивності морської і континентальної біоти, то окажеться, що в основі їх лежить порушення хімічних рівноваг, що еволюційно сформувалися в навколишньому середовищі. В умовах зростаючих масштабів людської діяльності необхідне знання хімічних механізмів взаємодії між людиною, середовищем існування і окремими екосистемами. Це дозволить дати оцінку стану навколишнього середовища, оцінку впливу на нього людини, прогноз наслідків цього впливу, який враховував би динаміку і зміни стану екосистем, спричинених діяльністю людини.

Хімія навколишнього середовища базується на основних законах і поняттях класичної хімії, але об'єкти дослідження в даному випадку знаходяться в біосфері. Саме тому для забезпечення належної якості екологічного контролю за станом навколишнього середовища необхідна спеціальна підготовка кадрів, які повинні володіти не тільки глибокими знаннями з класичної хімії, а й мати також уявлення про особливості складу об'єктів природного середовища й процесів, що в них відбуваються. Курс “Хімія навколишнього середовища” спрямований на формування знань про організацію навколишнього світу, спільність живої та неживої матерії, про сучасну екологічну ситуацію, фактори і процеси, що її формують. Основна мета практичних занять – поглиблене опрацьовування окремих розділів курсу, знайомство і освоєння понятійного апарату цієї дисципліни, оволодіння практичними прийомами обробки аналітичних даних, розрахунку геохімічних показників і коефіцієнтів, графічного зображення геохімічної інформації.

Контроль за станом природного середовища є однією з найважливіших ланок у розв’язанні багатьох екологічних проблем, зокрема охорони водного басейну, повітря, ґрунтового покриву. Основним джерелом інформації про стан об'єктів природного середовища є аналіз, тому особливе значення набуває правильність визначення великої кількості хімічних інгредієнтів, наявних у цих об’єктах. Багато з них мають природне походження, вони завжди присутні у природних екосистемах і є необхідними для їх нормального функціонування. В той же час дуже велика кількість неорганічних та органічних сполук надходить до навколишнього середовища в наслідок дії антропогенних факторів. Такі сполуки у більшості випадків мають токсичні властивості, і їх необхідно визначати на рівні дуже низьких, гранично допустимих концентрацій, часто з використанням різних методів концентрування. До того ж, багато компонентний хімічний склад природних екосистем потребує ретельного вибору найбільш ефективних методів аналізу та високої майстерності виконання аналітичних досліджень. Їх результати є базою для створення банку даних, без яких не можливо науково обґрунтоване здійснення технічних чи біологічних заходів, спрямованих на збереження або відтворення нормального екологічного стану.

Для забезпечення належної якості екологічного контролю (моніторингу) необхідно спеціальна підготовка кадрів еколого-аналітичного профілю, які повинні мати не тільки глибокі знання з аналітичної хімії і володіти сучасними фізичними, хімічними і фізико-хімічними методами аналізу, а й мати уявлення про особливості складу об’єктів природного середовища.

Лабораторна робота №1

Статистична обробка даних аналізу об'єктів навколишнього середовища

Мета роботи: Оволодіти методом статистичної обробки даних аналізу об'єктів навколишнього середовища

Теоретичні відомості

Якість вимірювань параметрів навколишнього середовища характеризується точністю, достовірністю, правильністю, збіжністю i відтворністю вимірювань, а також розміром похибок, що допускаються.

Точність відображає близькість результатів вимірювань до істинного значення величини, що вимірюється. Висока точність вимірювань відповідає малим похибкам як систематичним, так i випадковим. Точність кількісно оцінюють (в метрології) величиною модуля оберненої величини відносної похибки. Наприклад, якщо похибка вимірювань дорівнює 10^-6, то точність буде – 10⁶.

Достовірність вимірювань характеризує міру довіри до результатів вимірювань. Достовірність оцінки похибок визначають за законами теорії ймовірності i математичної статистики, що дає можливість для кожного конкретного випадку вибирати засоби i методи вимірювань i забезпечувати отримання результату, похибки якого не перевищують заданих меж з необхідною достовірністю.

Під правильністю вимірювань розуміють якість вимірювань, що відображає наближеність до нуля систематичних похибок в результатах вимірювань.

Збіжність – це ознака вимірювань, що відображає близькість один до одного результатів вимірювань, виконуваних в однакових умовах. Збіжність вимірювань відображає вплив випадкових похибок.

Відтворюваність – це така ознака вимірювань, яка відображає близькість один до одного результатів вимірювань, виконуваних в різних умовах (в різний час, в різних місцях, різними методами i засобами).

похибка вимірювання – це відхилення результату вимірювання від істинного значення величини, що виміряється. Похибка вимірювань є сумою багатьох складових, кожна з яких має свою причину, зокрема, пов'язаних із засобами вимірювань або обумовлених зовнішніми діями на засіб і об'єкт вимірювань (зміною температури, тиску, вологості), властивостями досліджуваного об'єкту, кваліфікацією оператора тощо.

Згідно з сучасними уявленнями, всі похибки аналізу розділяють залежно від характеру їх прояву, можливостей усунення і причин виникнення на випадкові, систематичні і промахи (грубі похибки).

Систематичною Δ_с називають складову похибки вимірювань, що залишається постійною або закономірно змінюється при повторних вимірюваннях однієї і тієї ж величини. Зазвичай, систематична похибка вимірювання є сумою декількох систематичних похибок, що відрізняються за природою і величиною внеску. Причинами виникнення систематичних складових похибки вимірювання (систематичних похибок) можуть бути домішки в реактивах, похибка градуювання шкали, несправність засобів вимірювань та ін. Ряд постійних систематичних похибок зовні себе не проявляє. Знайти їх можна при перевірці, наприклад, шляхом порівняння результатів вимірювання параметрів зразків з відомими характеристиками.

Випадковою Δ_в називають складову похибки вимірювань, що змінюється випадковим чином при повторних вимірюваннях однієї і тієї ж величини. При проведенні з однаковою ретельністю і в однакових умовах повторних вимірювань однієї і тієї ж незмінної величини отримаємо результати, з яких частина буде відрізнятись між собою, а деякі можуть співпадати. Такі розбіжності є наслідком наявності в них випадкових складових похибки, кожна з яких є невизначеною по своїй природі і величині.

Грубі похибки і промахи виникають через помилки або неправильні дії оператора (невірного відліку, помилок в записах або при обчисленнях, недотримання схеми досліду тощо), а також при короткочасних різких змінах умов проведення аналізу. До промахів відносяться особливо великі випадкові похибки, які перевершують деякі певні межі. Якщо грубі похибки і промахи виявляють в процесі вимірювань, то результати, що містять їх, відкидають. Цієї рекомендації потрібно дотримуватись з великою обережністю, оскільки недостатньо обґрунтоване виключення з обробки вимірювань частіше приводить до переоцінки точності вимірювань, а не до виключення промахів. Здебільшого грубі похибки і промахи виявляють тільки при остаточній обробці результатів за допомогою спеціальних критеріїв оцінки грубих похибок. Необхідно, щоб при виконанні вимірювань можливість виникнення промахів була повністю виключена.

Як правило, при виконанні вимірювань випадкові і систематичні похибки виявляються одночасно, тому похибку вимірювання запишемо у вигляді:

Δ=Δ_в + Δ_c. (1)

З виразу (1) видно, що наявність відомостей тільки про один вид похибок ще ніяк не може характеризувати точність виконання аналізу.

Залежно від форми представлення розрізняють абсолютну і відносну похибки вимірювань. Абсолютна похибка вимірювань (Δ) має розмірність параметра i визначається за формулою:

Δ=х-µ, (2)

де х – результат вимірювання (середнє вибірки); µ – істинне значення вимірюваної величини (середнє генеральної сукупності).

Відносна похибка (δ) вимірювання є відношенням абсолютної похибки вимірювання до істинного значення величини, що виміряється, i виражається у відсотках або частках. Відносну похибку в %, визначають за формулою:

(3)

У практиці виконання аналізів доцільно виділити чотири види точності:

1. науково обґрунтовану (реально необхідну), засновану на залежності технологічних властивостей i економічних показників від змісту того або іншого компоненту або на потребі досліджень;

2. номінальну, що вимагається, яка може не співпадати з науково обґрунтованою через неточне визначення виду залежності склад – властивість внаслідок суб’єктивних причин i подібних чинників;

3. офіційну, що гарантується, або нормативну (наприклад, в стандартах i інструкціях на методи аналізу);

4. фактично забезпечувану в практиці виконання масових аналізів.

Вимоги до точності повинні бути диференційовані залежно від призначення виконуваних аналізів. Точність аналізів, що використовуються, наприклад, в оцінці результатів польових досліджень, залежить від виду досліджень, а також від очікуваного ефекту, оскільки від стаціонарних і тривалих досліджень потрібна більш висока точність, ніж від рекогносцировочних короткочасних.

При великій кількості вимірів (велика вибірка, кількість повторів або варіантів n>20 30), вибіркове стандартне відхилення S_сх, що характеризує випадкову похибку одиничного виміру, визначається за формулою:

(4)

де x_і – результат одиничного визначення, – вибіркове середньоарифметичне.

Згідно з постулатом Гауса є величина максимально наближена до центру розсіювання генеральної сукупності. Величини S_сх і дозволяють визначити межі довірчого інтервалу х±2S_сх, в який з вірогідністю 95% (або при рівні значимості 0,05) потраплятимуть результати окремих повторів аналізу.

Випадкову похибку середнього арифметичного вибірки представимо у вигляді:

(5)

Межі довірчого інтервалу, в якому будуть знаходитися з вірогідністю 95% середні результати аналогічних аналізів, виконаних в тих же умовах за короткий проміжок часу, можна записати як х±2 .

Таблиця 1 – Залежність t_рп-розподілу для різних