Молекулярно-абсорбционные методы в гидрохимических исследованиях

Таким образом, в стратифицированном озере первоначально однородная водная масса подразделяется на два четко различающихся слоя: верхний, более теплый, с дефицитом доступных питательных элементов, и нижний, более холодный, с более высокой концентрацией питательных элементов. В условиях умеренного климата это разделение имеет место и зимой и летом, хотя зимой оно менее выражено, поскольку подо льдом из-за меньшего доступа света значительно снижается уровень первичной продукции вод. В нестратифицированных озерах сезонные изменения происходят во всей водной толще.

Присутствие в поверхностных  водах ионов аммония связано  с процессами биохимической деградации белковых веществ, аминокислот. Аммоний способен окисляться до нитритов, а затем до нитратов.

Нитриты являются очень токсичным  компонентом. Поглощение азота растениями происходит в виде нитратов.

Фосфор образуется при минерализации органического вещества [6,9].

Кремний является постоянным компонентом природных вод. Этому  способствует распространенность соединений кремния в горных породах. Кремний относится к биогенным элементам, он участвует в формировании тел живых организмов (главным образом, в построении скелета). Существенное количество кремния поступает в воду в результате отмирания водных растений, а так же с атмосферными осадками.  По мере накопления растворенных форм кремния они могут частично коагулировать и выпадать в осадок. Понижение содержания кремния также может быть связано с потреблением их водными организмами в период интенсивного развития [РД 52.24.432-2005].

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

3. Экспериментальная часть

 

 

3.1 Объекты исследования

 

 

Объектами исследования явилась  вода природных водоемов с различных глубин.  Исследовалось качество воды техногенных (Владимирские озера 3 и 4), грядово-котловинных (озера Мухинское и Песчаное) и пойменных озер (озеро Утесное и протока Владимировская), а также водохранилищ (Волковское и Толстовское). Объекты исследования расположены в Благовещенском и Тамбовском районах.

 

 

3.2 Методы исследования

 

 

Методика выполнения измерений массовой концентрации ионов  аммония в очищенных сточных водах фотометрическим методом с реактивом Несслера(ПНД Ф 14.1.1-95).

Фотометрический метод определения  массовой концентрации ионов аммония  основан на взаимодействии NH₄⁺ - ионов с тетраиодомеркуратом калия в щелочной среде K₂HgI₄ + KOH (реактив Несслера) с образованием коричневой, не растворимой в воде соли основания Миллона [Hg₂N]I ∙ H₂O, переходящей в коллоидную форму при малых содержаниях NH₄⁺ - иона. Светопоглощение раствора измеряют при λ = 425 нм в кюветах с длиной поглощающего слоя 10 или 50 мм. Интенсивность окраски прямо пропорциональна концентрации NH₄⁺ - ионов в растворе пробы.

Методика выполнения измерений массовой концентрации нитрит-ионов  в природных и сточных водах  фотометрическим методом с реактивом Грисса  (ПНД Ф 14.1:2.3-95).

Принцип метода. Определение основано на способности нитритов диазотировать сульфаниловую кислоту и на образовании красно-фиолетового красителя диазосооединения с α-нафтиламином. Интенсивность окраски пропорциональна концентрации нитритов. Протекание реакции в значительной степени зависит от pH среды. Молярный коэффицент поглощения ε = 3,3∙10⁴ .

Методика выполнения измерений массовой концентрации нитрат-ионов  в природных и сточных водах  фотометрическим методом с салициловой кислотой (ПНД Ф 14.1:2.4-95).

Принцип метода. Фотометрический метод определения массовой концентрации нитрат-иона основан на взаимодействии нитрат-ионов с салициловой кислотой с образованием желтого комплексного соединения.

Методика выполнения измерений массовой концентрации кремния  в поверхностных водах суши фотометрическим методом в виде синей (восстановленной) формы молибдокремниевой кислоты (РД 52.24.432-2005).

Принцип метода. Определение массовой концентрации кремния фотометрическим методом основано на взаимодействии мономерно-димерной формы кремниевой кислоты и силикатов с молибдатом аммония в кислой среде с образованием молибдокремниевойгетерополикислоты, которая при действии восстановителей образует окрашенную в синий цвет форму за счет частичного перехода атомов Мо(VI) в Мо(V). Максимум в спектре поглощения образовавшегося соединения наблюдается при 815 нм.

 

 

           3.3 Результаты исследования и их обсуждение

 

 

В 2011 г. проводились исследования с целью оценки содержания биогенных элементов в ряде водоемов области. Их содержание определялось в начале марта, в июле и октябре. Анализ проведен с помощью методик, разрешенных для исследований в природоохранных целях. 

Исследуемые водоемы являются типичными для области. Отбор  проб проводился с разных глубин с  помощью батометра.

Азоту и фосфору принадлежит  ведущая роль в развитии жизни  водоема. Азот содержится в генетически связанных друг с другом формах.

Присутствие в водах ионов  аммония связано с процессами биохимической деградации белковых веществ, аминокислот, источниками которых являются донные отложения.  Зимой температура воды низкая, в глубоких водоемах в придонных слоях достигает +4 – 6⁰С, окислительные процессы замедлены. Кроме того, поступление кислорода в водоем затруднено из-за большой толщины льда, поэтому происходит накопление аммонийного азота. Концентрация ионов аммония у дна достигает 21,5 – 26,6 мг/дм³ в водохранилище Толстовском (рисунок 4), где высока численность одноклеточных водорослей и водных растений в сравнении с другими объектами исследованиями (органолептические показатели). В подледной воде концентрация аммония ниже – 13 мг/дм³. Наименьшее количество аммония регистрируется в о. Владимирском 4 (рисунок 7)– 0,4 мг/дм³ подо льдом, 0,8 мг/дм³ у дна. В июле озера максимально прогреваются, заметно расслоение толщи воды по температуре. Воды насыщены кислородом, аммоний окисляется до нитритов, а затем до нитратов. Его содержание во всех водоемах мало. Осенью происходит перемешивание водных масс, поэтому происходит выравнивание слоев по температуре и содержанию ионов. Воды также насыщены кислородом и концентрация аммония остается низкой.

 

 

 

 

 

 

 

 

Нитриты являются очень токсичным компонентом. В пробах всех сезонов обнаруживаются в следовых количествах (рисунки 8, 9). Для большинства водных объектов максимум его содержания наблюдается в придонных слоях.

 

 

Количество нитратов не превышает десятых долей миллиграмма для любого сезона (рисунок 10). В летний и осенний периоды их содержание особенно мало, т.к. растения поглощают азот именно в форме нитратов.

 

 

Кремний является постоянным компонентом природных вод. Этому способствует распространенность соединений кремния в горных породах. Сезонной закономерности в динамике содержания силикатов не наблюдается. Однако для большинства объектов исследования минимум концентрации наблюдается летом. Предположительно это связано с тем, что кремний расходуется на построение скелетов представителей водной фауны. Повышенным количеством силикатов отличается о. Утесное в подледный период (рисунок 11).

 

 

 

Выводы:

• Химическая стратификация наиболее выражена для глубоких озер; для мелководных объектов разница поверхность – дно менее заметна.
• Аммоний, фосфаты, силикаты, характеризуются максимальными значениями концентраций в придонных слоях.
• Максимум концентраций восстановленных форм элементов приходится на подледный период и для придонных горизонтов.
• Осенью за счет перемешивания водных масс происходит выравнивание содержания биогенных компонентов по всей водной массе.
• Максимальные концентрации ионов аммония, нитратов, фосфатов наблюдается зимой.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ

 

 

1. Васильев, В.П. Аналитическая химия. В 2 кн.: Кн 2: Физико-химические методы анализа: учебник для студ. вузов, обучающихся по химико-технологическим специальностям / В.П. Васильев – 4 изд. – М. : Дрофа, 2004.– 384  с.
2. Васильев,  В.П. Аналитическая химия. Лабораторный практикум: учебное пособие / В.П. Васильев.  – 3 изд. – М. : Дрофа, 2006. – 414 с.
3. Кашина, В.А. Исследование качества природных вод: учебное пособие для студентов естественно-географических факультетов / В.А. Кашина – Благовещенск: Изд-во БГПУ,  2007. – 110 с.
4. Крайнов, С.Р.Гидрогеохимия: учебник для студентов вузов / С.Р. Крайнов, В.М. Швец. – М.: Недра, 1992. – 463 с.
5. Марченко, З.Б. Методы спектрофотометрии в УФ и видимых областях в неорганическом анализе /З.Б.Марченко.–М.:  Бином, 2007. – 711 с.
6. Никаноров, А.М. Гидрохимия: учебник для вузов / А. М. Никаноров – 2 изд., перераб. и доп. –СПб: Гидрометеоиздат, 2001. – 444 с.
7. Харитонов, Ю.Я. Аналитическая химия. В 2 кн. Кн. 2: Количественный анализ. Физико-химические (инструментальные) методы анализа: учебник для вузов / Ю.Я. Харитонов.– М. : Высшая школа, 2001.– 559 с.
8. Хаханина, Т.И. Аналитическая химия: учебное пособие для студентеческих вузов / Т.И. Хаханина. – М. : Высшее образование, 2009. – 277 с.
9. Шитников, В.К. Количественнаягидроэкология: методы системной идентификации / В.К. Шитников. – Тольятти: ИЭВБ РАН, 2003. – 463 с.

 

 

 

 

 

Приложение А

 Сводная таблица данных за 2011 год.

 

 

 

 

 

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ

 

 

1. Васильев, В.П. Аналитическая химия. В 2 кн.: Кн 2: Физико-химические методы анализа: учебник для студ. вузов, обучающихся по химико-технологическим специальностям / В.П. Васильев – 4 изд. – М. : Дрофа, 2004.– 384  с.
2. Васильев,  В.П. Аналитическая химия. Лабораторный практикум: учебное пособие / В.П. Васильев.  – 3 изд. – М. : Дрофа, 2006. – 414 с.
3. Кашина, В.А. Исследование качества природных вод: учебное пособие для студентов естественно-географических факультетов / В.А. Кашина – Благовещенск: Изд-во БГПУ,  2007. – 110 с.
4. Крайнов, С.Р.Гидрогеохимия: учебник для студентов вузов / С.Р. Крайнов, В.М. Швец. – М.: Недра, 1992. – 463 с.
5. Марченко, З.Б. Методы спектрофотометрии в УФ и видимых областях в неорганическом анализе /З.Б.Марченко.–М.:  Бином, 2007. – 711 с.
6. Никаноров, А.М. Гидрохимия: учебник для вузов / А. М. Никаноров – 2 изд., перераб. и доп. –СПб: Гидрометеоиздат, 2001. – 444 с.
7. Харитонов, Ю.Я. Аналитическая химия. В 2 кн. Кн. 2: Количественный анализ. Физико-химические (инструментальные) методы анализа: учебник для вузов / Ю.Я. Харитонов.– М. : Высшая школа, 2001.– 559 с.
8. Хаханина, Т.И. Аналитическая химия: учебное пособие для студентеческих вузов / Т.И. Хаханина. – М. : Высшее образование, 2009. – 277 с.
9. Шитников, В.К. Количественная гидроэкология: методы системной идентификации / В.К. Шитников. – Тольятти: ИЭВБ РАН, 2003. – 463 с.