Полевой естественнонаучный практикум с использованием оборудования детского технопарка «Школьный кванториум» для учащихся 9, 10-ых классов

Автор: Кузьмичева Наталья Викторовна

Организация: МАОУ СШ №8 с УИОП

Населенный пункт: г. Кстово

Цель этого мероприятия — обобщить и применить на практике знания, полученные учащимися в школьных курсах химии, географии, биологии, ОБЗР и литературы; в конкретной исследовательской работе реализовать межпредметные связи этих курсов; заложить основы экологического мышления и рационального природопользования; частично реализовать образовательную программу по химии с использованием оборудования детского технопарка «Школьный кванториум».

У учащихся живая, нетрадиционная форма деятельности вызывает глубокий интерес, неизменно оставляя у всех ее участников ощущение праздника. Одно дело проводить лабораторные работы за партой, другое — на лоне природы. Красота воспитывает порой лучше, чем самые, казалось бы, убедительные слова. Она развивает и творческую активность, и деловой подход к решению вопросов в «нештатной ситуации».

Межпредметный практикум проводится в форме выездного занятия в полевых условиях на начальном этапе изучения учебных программ 9-го, 10-го класса, когда погода позволяет провести время на свежем воздухе. Для организации и проведения занятия образуем экспертную коллегию в составе преподавателей химии. Учащиеся девятых – десятых классов на месте проведения выездного занятия разделяются на несколько команд, что позволяет придать занятию соревновательный характер. Перед каждой командой ставится задача комплексного исследования местности и природных ресурсов.

Для решения этой задачи все команды, в свою очередь, разбиваются на исследовательские группы по 2—4 человека, и перед ними ставятся более специализированные задачи. Всего в каждой команде шесть таких групп с определенными направлениями работы.

 

Направления деятельности рабочих групп

Специальность	Цель работы	Учебные дисциплины
1. Минералоги	Выполнить химический анализ природных ископаемых района, установить наличие ценных пород.	Химия — география
2. Гидрологи	Измерить количественно жесткость ключевой и речной воды в исследуемом районе; по полученным данным сделать вывод о составе местных породообразующих минералов. Измерить температуру воды Отобрать пробы для мониторинга pH воды открытых водоёмов (Приложение 4.) Мониторинг мутности поверхностных или родниковых вод (Приложение 6.) Измерить содержание нитрат-ионов в поверхностных водах Волги (Приложение 7.) Измерить содержание хлорид-ионов в поверхностных водах Волги (Приложение 8.) Определить содержания железа в природных водах (Приложение 10.)	Химия — география
3. Экологи	Составить характеристику природного комплекса исследуемого района; разработать экологические критерии размещения на нем предприятия по переработке местных ресурсов.	География — биология
4. Почвоведы	Определить тип почв исследуемого района; выполнить химический анализ образца гумуса; определить степень антропогенного воздействия на природный состав почв. Осуществить мониторинг загрязнения почв хлорид-ионами (Приложение 8.) Осуществить анализ pH почвы (Приложение 5.) Осуществить анализ температуры и влажности почвы (Приложение 5.) Осуществить анализ загрязненности почв. (Приложение 9.)	География — химия — биология
5. Корреспонденты	Обеспечить группы печатными материалами (методичками), выполнить съемку решений задач группами, написать и опубликовать пост в школьной группе «ВКонтакте».	Химия — литература
6. Метеорологи	Осуществить мониторинг уровня шума исследуемой территории (Приложение 1.) Осуществить мониторинг уровня освещенности (Приложение 2.) Осуществить мониторинг содержания кислорода в атмосферном воздухе (Приложение 3.)	Химия — ОБЗР

 

Место проведения практикума — район ближайшего берега реки Волга. Крутой берег реки утопает в зарослях смешанного леса. Впрочем, описание местности — это одно из заданий группы экологов, и выполняется оно в условно-символической форме.

Каждая из исследовательских групп оборудует свое рабочее место и получает задание. Гидрологи, почвоведы и метеорологи разворачивают походную лабораторию.

Минералоги берут для исследования образец породы почвы и проводят качественный анализ по типовой методике (Приложение 2). Гидрологи количественно определяют жесткость воды из родника и реки (Приложение 2). По итогам своей работы обе группы заполняют карты анализа и исследуют химический состав основного природного ископаемого района.

Одновременно группа экологов составляет внемасштабный план местности и дает характеристику природного комплекса района.

Группа почвоведов определяет тип почв, исследует почвенную фауну и устанавливает степень воздействия текущей хозяйственной деятельности человека на состав почв района. Выполняют исследование физико-химических свойств почвы (Приложение 2).

По итогам исследовательской работы команда каждого класса составляет Паспорт природо-хозяйственного комплекса района, в котором представляет результаты исследований, проектные предложения перспективной хозяйственной деятельности и экологическую экспертизу района на момент проведения занятия и с учетом строительства производства.

Каждая группа выступает с сообщением о полученных результатах и представляет разработанный ими проект хозяйственного освоения района. Наличие двух (или более) команд-классов позволяет сравнить результаты параллельных разработок, внести соревновательный элемент в ход занятия и привлечь участников игры к дискуссии при защите работ. Экспертная коллегия оценивает работу каждой группы и определяет команду-победительницу.

Приложение 1.

 

МОНИТОРИНГ УРОВНЯ ШУМА НА ИССЛЕДУЕМОЙ ТЕРРИТОРИИ

 

Перечень оборудования ЦЛ: датчик звука с функцией интегрирования.

Дополнительное оборудование: ноутбук или планшет.

Цель работы: определить уровень шума на исследуемой территории.

 

ОСНОВНЫЕ СВЕДЕНИЯ

Шум является одним из факторов вредного воздействия на здоровье человека и окружающую среду. Шумовое загрязнение возникает в результате недопустимого превышения уровня звуковых колебаний сверх природного фона. В природе громкие звуки редки, шум относительно слаб и непродолжителен. Естественные природные звуки на экологическом благополучии человека не отражаются. Было установлено, что шумы природного происхождения, такие как тихий шелест листвы, журчание ручья, птичьи голоса, легкий плеск воды и шум прибоя всегда приятны человеку и благотворно воздействуют на него: успокаивают, снимают стрессы. Но естественные звучания голосов природы становятся все более редкими, исчезают совсем или заглушаются антропогенными источниками шума в городах.

Как и любое загрязнение окружающей среды, шум чаще всего возникает там, где высока концентрация населения. Автомобильное движение – основной источник шума на городских улицах. Оборудование, применяемое при строительстве и ремонте домов, и дорожных покрытий, промышленные предприятия, звуковая реклама, автомобильные сигналы и многие другие источники звука увеличивают уровень шума на улицах.

 

ПОРЯДОК ПРОВЕДЕНИЯ РАБОТЫ

1. Выбрать место наблюдения.

2. Определить несколько точек проведения измерений в селитебной зоне: около жилых домов, на детской площадке, рядом с детским садом, школой, автостоянкой и т.п.

3. Подключить датчик звука к ноутбуку или планшету с помощью USB-шнура, идущего в комплекте.

4. Запустить программу измерений Releon Lite и нажать кнопку «Пуск».

5. Подождать установления показаний в течение 30 секунд. После чего нажать кнопку «Пауза» и зафиксировать показания в первой точке.

6. Повторить измерения согласно п. 5 для остальных заранее выбранных точек наблюдения.

7. Результаты измерений занести в таблицу.

 

Точка наблюдения	Уровень шума, Дб
	максимальный	минимальный

 

8. Осуществляется не менее пяти измерений, рассчитывается среднее значение.

9. Повторить пункты 1–7 для рекреационной зоны города (лесопарк, городской парк, гидропарк, сквер, городской пляж и т.п.). Результаты занести в таблицу 1.

10. Провести сравнительный анализ акустических параметров в выбранных для исследования точках.

11. Сделать выводы о способах снижения уровня шума.

 

 

 

 

Приложение 2.

 

МОНИТОРИНГ УРОВНЯ ОСВЕЩЕННОСТИ

 

Перечень оборудования ЦЛ: датчик освещенности.

Дополнительное оборудование: ноутбук или планшет.

Цель работы: определить уровень освещенности на исследуемой территории.

 

ОСНОВНЫЕ СВЕДЕНИЯ

Освещенность – световая величина, равная отношению светового потока, падающего на малый участок поверхности, к его площади. Единицей измерения освещенности в Международной системе единиц (СИ) служит люкс (1 люкс = 1 люмену на квадратный метр).

Освещенность зависит от целого ряда естественных и антропогенных факторов. К природным относятся факторы, определяющие высоту стояния Солнца над горизонтом: географическая широта местности, сезон года, время суток. Также влияют загрязненность атмосферного воздуха, климат, погода, отражательная способность земной поверхности (альбедо).

Одной из важных причин, определяющих мощность общего потока солнечного излучения на земной поверхности, является толщина слоя атмосферы, через которую оно проходит. Так, например, при подъеме над уровнем моря толщина самых плотных слоев атмосферы уменьшается, соответственно, возрастает плотность потока солнечного излучения.

В ночные часы природным источником отраженного света является Луна. Интенсивность освещения в этом случае будет зависеть от ее фазы.

Загрязненность атмосферного воздуха пылью, дымом и газами снижает интенсивность солнечного излучения на 15–50 %. Облачная, туманная, а также влажная погода уменьшает суммарное солнечное излучение в среднем на 45–55 %.

Освещенность оказывает влияние на различные фотобиологические процессы, происходящие в биологических системах при поглощении энергии солнечного излучения, в том числе на фотосинтез углеводов, жирных кислот, аминокислот, пуриновых и пиримидиновых оснований, пигмента хлорофилла в зеленых растениях и водорослях; на процессы, с помощью которых осуществляется регуляция роста и развития растений; на поведение животных; на процессы, результатом которых является поражение живой структуры, деструкция биологически важных соединений и, как следствие, подавление жизнедеятельности организма.

У человека уровень освещенности определяет активизацию процессов возбуждения в коре головного мозга, деятельности анализаторов, состояние эмоциональной сферы во время бодрствования, протекание биохимических процессов, иммунобиологическую реактивность, жизненный тонус организма.

 

ПОРЯДОК ПРОВЕДЕНИЯ РАБОТЫ

1. Выбрать место наблюдения.

2. Если имеется неоднородный характер распределения растительности (участки плотного и разреженного древостоя, открытые места и т. п.), определить несколько точек проведения измерений.

3. Подключить датчик освещенности к ноутбуку или планшету с помощью USB-шнура, идущего в комплекте.

4. Запустить программу измерений Releon Lite и нажать кнопку «Пуск».

5. Подождать установления показаний в течение 30 секунд. После чего нажать кнопку «Пауза» и зафиксировать показания в первой точке.

6. Результаты измерений занести в таблицу.

 

Точка наблюдения	Минимальное значение	Максимальное значение	Среднее значение	Единица измерения
1				лк
2				лк

 

1. Повторить измерения в других точках наблюдения.
2. Сравнить полученные результаты.
3. На основании полученных экспериментальных данных сделать вывод об уровне освещенности и его зависимости от экологических факторов.

 

 

Приложение 3.

 

МОНИТОРИНГ СОДЕРЖАНИЯ КИСЛОРОДА В АТМОСФЕРНОМ ВОЗДУХЕ

 

Перечень оборудования ЦЛ: датчик кислорода.

Дополнительное оборудование: ноутбук или планшет.

Цель работы: определить фактическую концентрацию кислорода в воздухе исследуемой территории.

 

ОСНОВНЫЕ СВЕДЕНИЯ

Кислород является для человека одной из наиболее важных составляющих воздуха. В первую очередь он участвует в окислительном процессе. Например, в естественной среде он необходим для окисления органического вещества, которое может содержаться не только в атмосфере, но и в воде или почве. Также кислород активно участвует в процессах горения.

Кислород расходуется в огромных количествах за короткое время, в то же время он быстро восполняется, так как его большое количество находится непосредственно в атмосфере. Еще двумя источниками кислорода являются планктон и растения. Несмотря на то, что кислород играет большое значение в жизни живых организмов, его содержание достаточно мало, в основном его содержание в воздухе не превышает 20,9 %.

Также стоит отметить, что количество кислорода на открытом воздухе и в помещениях практически не отличается, так как молекула воздуха намного меньше пор строительного материала, из которого сделаны здания.

Если температура в комнате будет выше температуры человеческого тела, а также в помещении повысится влажность, то давление кислорода резко упадет, что приведет к негативным последствиям для людей, которые болеют гипоксией.

У людей, которые не страдают от данного недуга, может наступить кислородное голодание только в нескольких случаях – во время полета, во время нахождения на высокой горе.

Также стоит отметить, что неподготовленные люди могут погибнуть, если не используют специальные кислородные приборы при подъеме на высоту больше 7 километров над уровнем моря.

 

ПОРЯДОК ПРОВЕДЕНИЯ РАБОТЫ

1. Выбрать место наблюдения.

2. Определить несколько точек проведения измерений в различных зонах: санитарно-защитная, рекреационная – городской парк, лесопарк, гидропарк, городской пляж, сквер и др., селитебная – на детской площадке, около жилых домов, рядом со школой, детским садом, автостоянкой и др.

3. Подключить датчик кислорода к ноутбуку или планшету с помощью USB-шнура, идущего в комплекте.

4. Запустить программу измерений Releon Lite и нажать кнопку «Пуск».

5. Подождать установления показаний в течение 30 секунд. После чего зафиксировать показания в первой точке.

6. Результаты измерений занести в таблицу.

Точка наблюдения	Минимальное значение	Максимальное значение	Среднее значение	Единица измерения
1				%
2				%

 

7. Повторить измерения в других точках наблюдения и сравнить полученные результаты.

8. На основании полученных данных проанализировать содержание кислорода в атмосферном воздухе.

 

 

 

Приложение 4.

 

МОНИТОРИНГ pН ВОДЫ ОТКРЫТЫХ ВОДОЕМОВ

 

Перечень оборудования ЦЛ: датчик pH.

Дополнительное оборудование: ноутбук или планшет, штатив с держателем, стакан химический, реактивы.

Цель работы: познакомиться с понятием «мутность», определить мутность воды взятой из различных источников питьевой воды.

 

ОСНОВНЫЕ СВЕДЕНИЯ

рН, водородный показатель (от лат. potentiahydrogeni – это единица измерения активности ионов водорода в любом веществе, количественно выражающая его кислотность.

Активность водорода определяется как отрицательный десятичный логарифм концентрации водородных ионов, выраженной в молях на литр:

 

Для простоты и удобства при вычислениях был введен показатель рН. рН определяется количественным соотношением в воде ионов Н+ и ОН-, образующихся при диссоциации воды. Принято измерять уровень рН по 14-цифровой шкале.

 

Если в воде пониженное содержание свободных ионов водорода [Н+] (рН больше 7) по сравнению с ионами гидроксида [ОН-], то вода будет иметь щелочную реакцию, а при повышенном содержании ионов Н+ (рН меньше 7) – кислую реакцию. В идеально чистой дистиллированной воде эти ионы будут уравновешивать друг друга.

• кислая среда – [Н+] > [ОН-];

• нейтральная среда – [Н+] = [ОН-];

• щелочная среда – [ОН-] > [Н+].

Когда концентрация ионов в растворе одинакова, это значит, что раствор имеет нейтральную реакцию. В нейтральной воде показатель рН равен 7.

рН показатель отражает степень кислотности или щелочности среды, в то время как кислотность и щелочность характеризуют количественное содержание в воде веществ, способных нейтрализовывать соответственно щелочи и кислоты.

В качестве аналогии можно привести пример с температурой, которая характеризует степень нагрева вещества, но не количество тепла. Опустив руку в воду, мы можем сказать, какая вода – прохладная или теплая, но при этом не сможем определить сколько в ней тепла (т. е. условно говоря, как долго эта вода будет остывать).

Необходимо отметить, что когда мы даем характеристику питьевой воде, нужно также основываться на показателе pH. Если pH отличается от обычного в организме человека, то он может повлиять на его физическое здоровье. Если он находится в допустимой норме, то химический и биологический процессы протекают стабильно и без последствий. Если он будет отличаться, то может измениться скорость, с которой проходит та или иная химическая реакция. Каждый день мы встречаемся с тем, что используем современные блага, во время производства которых выбрасываются токсичные газы. Мы едим вредную пищу, дышим загрязненным воздухом постоянно.

 

ПОРЯДОК ПРОВЕДЕНИЯ РАБОТЫ

1. Электрод рН предварительно следует подготовить к работе. Снять защитный колпачок с электрода, с помощью лабораторной промывалки тщательно ополоснуть его нижнюю часть дистиллированной водой, после чего, осторожно осушить фильтрованной бумагой. Датчик готов к работе.

2. Подключить датчик рН к ноутбуку или планшету с помощью USB-шнура, идущего в комплекте.

3. Запустить программу измерений Releon Lite и нажать кнопку «Пуск».

4. В химический стакан поместить образец исследуемой воды.

5. Опустить датчик рН в образцы исследуемой воды и подождать 5-7 минут.

6. Повторить измерения с другими образцами.

7. Результаты измерений занести в таблицу.

Происхождение образца	Количество pH	Показатель кислотно-щелочного равновесия

 

 

 

Приложение 5.

 

ОПРЕДЕЛЕНИЕ КИСЛОТНОСТИ РАЗЛИЧНЫХ ОБРАЗЦОВ ПОЧВЫ

 

Перечень оборудования ЦЛ: датчик pH, датчик температуры и датчик влажности почвы.

Дополнительное оборудование: штатив лабораторный с муфтой и кольцом, воронка, фильтрованная бумага, пробирка, стеклянная палочка, 2 химических стакана на 100-150 мл.

Цель работы: определить характер среды (кислая, щелочная, нейтральная) различных видов почв и сделать вывод об их пригодности для выращивания различных с/х растений.

 

ОСНОВНЫЕ СВЕДЕНИЯ

С помощью кислотности мы можем определить, насколько плодородной будет почва, прочность почвы, величину частичек, а также особенность развития растений.

Если кислотность очень высокая, то почва относится к дерново-подзолистым и заболоченным почвам. Чтобы узнать, является ли почва кислой, необходимо посмотреть, есть ли под темным слоем еще один дополнительный белый, который напоминает золу. Если этот слой большой, лежит близко к поверхности, то в почве находится кальций.

Кислотность почвенного раствора обозначают величиной рН. Нейтральные почвы имеют рН 7, при рН выше 7 почва щелочная, ниже 7 – кислая, и тем кислее, чем меньше эта цифра.

Кислотность подзолистых почв различна, рН почвы: 4,1-4,5 – сильнокислая; 4,6-5 – среднекислая; 5,1-5,5 – слабокислая; 5,6-6,0 – близкая к нейтральной.

Для торфяных почв градация иная. Сильнокислые почвы имеют рН меньше 3, средне-, слабокислые – 3,5-4,0.

 

 

ПОРЯДОК ПРОВЕДЕНИЯ РАБОТЫ

1. В пробирку поместить почву (столбик почвы должен быть 2-3 см). Перелить дистиллированную воду, объем которой должен быть в 3 раза больше объема почвы. Перемешать стеклянной палочкой.

2. Приготовить почвенный раствор. Бумажный фильтр вставить в воронку, закрепленную в кольце штатива. Подставить под воронку чистую сухую пробирку и профильтровать полученную смесь почвы и воды. Перед фильтрованием смесь не следует встряхивать. При фильтровании жидкость наливать на фильтр по палочке тонкой струей, направляя ее на стенку воронки, а не на центр фильтра, чтобы его не разорвать. Почва останется на фильтре, а собранный в пробирке фильтрат представляет собой почвенную вытяжку (почвенный раствор).

3. Электрод рН подготовить к работе. Снять защитный колпачок с электрода, при помощи промывалки и дистиллированной воды сполоснуть его нижнюю часть, после чего высушить бумагой. Датчик готов к работе.

4. Закрепить датчик рН в лапке штатива.

5. Запустить программу измерений Releon Lite и нажать кнопку «Пуск».

6. Подключить датчик рН к планшетному регистратору или компьютеру. В почвенную вытяжку поместить электрод рН.

7. Подождать установления показаний в течение нескольких минут и зафиксировать показания в таблице 1.

 

 

 

 

Приложение 6.

 

МОНИТОРИНГ МУТНОСТИ ПОВЕРХНОСТНЫХ И РОДНИКОВЫХ ВОД

 

Перечень оборудования ЦЛ: датчик турбидиметр (мутности растворов).

Дополнительное оборудование: ноутбук или планшет, штатив с держателем, стакан химический 25 мл.

Цель работы: познакомиться с понятием «мутность», определить мутность воды взятой из различных источников.

 

 

ОСНОВНЫЕ СВЕДЕНИЯ

Мутность воды – это показатель, характеризующий уменьшение прозрачности воды в связи с наличием неорганических и органических веществ и планктонных организмов.

Мутностью в жидкостях можно назвать взаимоотношения световых и жестких частичек. Это значит, что мутность никогда не будет равна нулю. Мутность является базовой характеристикой для определения качества воды. Если мутность резко станет высокой, то это будет означать, что появился новый вид загрязнения жидкостей, или же говорить об изменении качества обработки жидкостей.

Чтобы охарактеризовать жидкость, зачастую упоминают о наличии конкретных примесей. Обычно ими являются глиняные частички, различные виды водорослей, а также наличие живых организмов.

Определение мутности воды проводят:

• фотометрически: турбидиметрически – по ослаблению проходящего света, нефелометрически – по светорассеянию в отраженном свете;

• визуально: по степени мутности столба высотой 10-12 см в мутномерной пробирке.

Единицу измерения принято выражать в мг/дм3 при использовании основной стандартной суспензии каолина или в ЕМ/дм3 (единицы мутности на дм3 ) при использовании основной стандартной суспензии формазина. Данный показатель принято называть единицей мутности по формазину (ЕМФ) (FTU – Formazine Turbidity Unit), которая соответствует: 1 FTU = 1 ЕМФ = 1 ЕМ/дм3 . В настоящее время в качестве основной единицы измерения мутности принято считать фотометрическую методику измерения мутности по формазину, что соответствует стандарту ISO 7027. Согласно этому стандарту, единицей измерения мутности является FNU. Агентство по охране окружающей среды США и Всемирная организация здравоохранения (ВОЗ) используют единицу измерения мутности NTU (нефелометрическая единица мутности).

Соотношение между основными единицами измерения мутности: 1 FTU(EMO) = l FNU = 1 NTU.

Нормирование мутности как показателя, влияющего на здоровье, не производят, однако с точки зрения внешнего вида рекомендуется, чтобы мутность была не выше 5 NTU, а для целей обеззараживания – не более 1 NTU.

Бактериальный стандарт (стандарт мутности) – это эталон для определения концентрации бактериальных (живых или убитых) клеток в суспензиях по степени мутности.

Мутность его соответствует мутности коклюшных бактерий в концентрации 10 млрд микробных тел в 1 мл. Для его определения используют набор эталонов концентрации бактериальных клеток в микробной взвеси, который представляет собой запаянные пробирки, содержащие водную взвесь мелких частиц стекла пирекс.

Стандарт мутности был утвержден Всемирной организацией здравоохранения – это первичный эталон мутности для оптической стандартизации бактериальных взвесей, соответствующий мутности взвеси бактерий Борде – Жангу, содержащей 109 клеток в 1 мл, т. е. равный 10 единицам мутности; представляет собой взвесь частиц стекла пирекс.

Международный стандарт мутности состоит из взвеси частиц нейтрального стекла, близких по размерам к величине бактерий.

 

ПОРЯДОК ПРОВЕДЕНИЯ РАБОТЫ

1. При помощи USB-шнура подключить датчик турбидиметр (мутности раствора) к ноутбуку или планшету.

2. Запустить программу измерений Releon Lite и нажать кнопку «Пуск».

3. Перед началом эксперимента в кювету налить дистиллированной воды и установить ее в датчик. В программе Releon Lite в меню датчика следует нажать клавишу «Сбросить».

4. В химический стакан поместить образец исследуемой воды.

5. Перелить часть исследуемого образца в кювету и поместить ее в датчик мутности. В течение нескольких минут наблюдать изменения показаний датчика, занося значение в таблицу 1 раз в 20 секунд в соответствующую графу. Наблюдения продолжать до тех пор, пока показания датчика не установятся на определенном значении или будут изменяться незначительно. Нажать на «Паузу».

6. Пункт 5 повторить для поверхностных и родниковых вод.

7. Результаты измерений занести в таблицу.

 

Время, сек	Мутность раствора, NTU
	Поверхностные воды	Родниковая вода
0
…
n

 

Приложение 7.

 

МОНИТОРИНГ ЗАГРЯЗНЕНИЯ ПОВЕРХНОСТНЫХ ВОД НИТРАТ-ИОНАМИ

 

Перечень оборудования ЦЛ: датчик нитрат-ионов.

Дополнительное оборудование: ноутбук или планшет, штатив с держателем, стакан химический, реактивы.

Цель работы: научится определять содержание нитрат-ионов в водах открытых водоемов.

 

ОСНОВНЫЕ СВЕДЕНИЯ

 

В научном сообществе имеется много данных, говорящих о том, что нитраты распространяются глобально, причем они это делают и в жидкостях, и в почве, и в человеческой еде, что приносит вред здоровью людей.

Нитраты – это соли азотной кислоты, наличие которых как правило вызвано поступлением в воду хозяйственно-бытовых и промышленных стоков, а также стоков воды с сельскохозяйственных угодий, обрабатываемых азотосодержащими удобрениями, и с атмосферными осадками.

При таких условиях вода в колодцах, реках и озерах будет непригодна для питья из-за большой концентрации нитратов. Если необходимо получить воду из источника с неглубоким дном, все равно нужно проверить эту воду.

Нитраты считаются опасными для человека, так как они токсичны. Сам процесс токсичности можно разделить на три этапа. Первые два связаны с образованием нитрита, а третий – нитрозамином.

Если нитраты будут долго накапливаться в теле человека, то в скором времени они могут вызвать метгемоглобинемию. Данная болезнь характеризуется тем, что метгемоглобин замещает гемоглобин, первое же вещество неспособно воспринимать частички кислорода, из-за чего у человека начинается омертвление покрова.

Из-за кислородного голодания человек постоянно чувствует себя уставшим, если новое вещество замещает половину гемоглобина, то у человека начинаются проблемы с дыханием и концентрацией. Если же содержание превышает половину, то человек погибает.

Чтобы человек не болел подобными болезнями, необходимо уменьшить (а в лучшем случае полностью ликвидировать) поступление нитратов в организм.

 

ПОРЯДОК ПРОВЕДЕНИЯ РАБОТЫ

1. Электрод нитрат-ионов подготовить к работе. Электрод тщательно промыть дистиллированной водой и выдержать в растворе, близком по составу к анализируемому, в течение 8–24 часов. После вымачивания электрод снова промыть дистиллированной водой и промокнуть бумагой.

2. Совместно с электродом нитрат-ионов необходимо использовать электрод сравнения. Перед началом измерений следует открыть заливочное отверстие электрода сравнения, снять защитный колпачок, надетый на нижнюю часть электрода и промыть наружный электролитический ключ дистиллированной водой. Во время проведения измерений заливочное отверстие должно быть открыто.

3. Подключить датчик нитрат-ионов к ноутбуку или планшету с помощью USB-шнура, идущего в комплекте.

4. Запустить программу измерений Releon Lite и нажать кнопку «Пуск».

5. В пробирку с мерными рисками поместить пробы воды.

6. Поместить электроды сравнения и нитрат-ионов в пробирку и подождать установления показаний в течение нескольких минут.

7. Повторить измерения с другими образцами.

8. Результаты измерений занести в таблицу.

Место отбора пробы воды	Содержание нитрат-ионов, мг/мл

 

 

 

Приложение 8.

 

МОНИТОРИНГ ЗАГРЯЗНЕНИЯ ПОЧВ ХЛОРИД-ИОНАМИ

 

Перечень оборудования ЦЛ: датчик хлорид-ионов.

Дополнительное оборудование: ноутбук или планшет, штатив с держателем, стакан химический, реактивы, пробирка с мерными рисками, дистиллированная вода.

Цель работы: научится определять содержание хлорид-ионов в почвенных образцах.

 

 

ОСНОВНЫЕ СВЕДЕНИЯ

Для определения влияния объекта на размещение отходов на окружающую среду постоянно проводятся мониторинговые наблюдения за химическим составом почвы. Глубина отбора проб: 0–20, 20–40 см.

Почву изучают в полевых и в лабораторных условиях. Изучаются ее морфологические признаки, становление границ между различными почвами.

Для отбора образцов закладывают специальные ямы, которые называют почвенными разрезами. Глубина почвенного разреза определяется мощностью почвенного профиля.

Образцы отбирают из всех почвенных горизонтов. Образец помещается в матерчатый или полиэтиленовый мешочек, туда же вкладывается этикетка.

На территории городов почвы подвергаются химическому загрязнению как минеральными, так и органическими веществами.

Химическое загрязнение почв связано с проникновением в них веществ, изменяющих естественную концентрацию химических элементов до уровня, превышающего норму, следствием чего является изменение физико-химических свойств почв. Этот вид их загрязнения является наиболее распространенным, долговременным и опасным.

 

ПОРЯДОК ПРОВЕДЕНИЯ РАБОТЫ

1. Электрод хлорид-ионов подготовить к работе. Электрод промыть дистиллированной водой и выдержать в растворе, близком по составу к анализируемому, в течение 8–24 часов. После вымачивания электрод вновь промыть дистиллированной водой и промокнуть бумагой.

2. Совместно с электродом хлорид-ионов необходимо использовать электрод сравнения. Перед началом измерений следует открыть заливочное отверстие электрода сравнения, снять защитный колпачок, надетый на нижнюю часть электрода и промыть наружный электролитический ключ дистиллированной водой. Во время проведения измерений заливочное отверстие должно быть открыто.

3. Подключить датчик хлорид-ионов к ноутбуку или планшету с помощью USB-шнура, идущего в комплекте.

4. Запустить программу измерений Releon Lite и нажать кнопку «Пуск».

5. В пробирку с мерными рисками поместить образец почвы (пробирка должна быть заполнена на 2-3 см). Перелить в пробирку дистиллированную воду объемом, превышающим в 3 раза объем почвы.

6. Поместить электрод в пробирку и подождать установления показаний в течение нескольких минут.

7. Повторить измерения с другими образцами.

8. Результаты измерений занести в таблицу 1.

 

Место расположения почвенного образца	Содержание хлорид-ионов, мг/мл

 

Приложение 9.

 

АНАЛИЗ ЗАГРЯЗНЕННОСТИ ПРОБ ПОЧВЫ

 

Перечень оборудования ЦЛ: датчик pH, хлорид-ионов, мутности.

Дополнительное оборудование: пробирки, дистиллированная вода.

Цель работы: провести сравнительный анализ загрязненности проб почвы.

 

ОСНОВНЫЕ СВЕДЕНИЯ

Почва на поверхности планеты всегда играла большую роль, потому что она распределяет биосферные процессы Земли. В первую очередь почва влияет на выделение энергии, а также хранение важных химических веществ. Помимо этого, земля поглощает все эти необходимые вещества, разрушает, а также фильтрует их.

Стоит выделить источники загрязнений:

1. Жилые дома и бытовые предприятия. В числе загрязняющих веществ преобладает бытовой мусор, пищевые отходы, фекалии, строительный мусор, отходы отопительных систем, пришедшие в негодность предметы домашнего обихода; мусор общественный учреждений – больниц, столовых, гостиниц, магазинов и др. Вместе с фекалиями в почву нередко попадают болезнетворные бактерии, яйца гельминтов и другие вредные организмы, которые через продукты питания попадают в организм человека. В фекальных остатках могут содержаться такие представители патогенной микрофлоры, как возбудители тифа, дизентерии, туберкулеза, полиомиелита и др.

2. Промышленные предприятия. В твердых и жидких промышленных отходах постоянно присутствуют те или иные вещества, способные оказывать токсическое воздействие на живые организмы и их сообщества. Например, в отходах металлургической промышленности обычно присутствуют соли цветных и тяжелых металлов. Машиностроительная промышленность выводит в окружающую среду цианиды, соединения мышьяка, бериллия. При производстве пластмасс и искусственных волокон образуются отходы бензола и фенола. Отходами целлюлозно-бумажной промышленности, как правило, являются фенолы, метанол, скипидар, кубовые остатки.

3. Теплоэнергетика. Помимо образования массы шлаков при сжигании каменного угля с теплоэнергетикой связано выделение в атмосферу сажи, несгоревших частиц, оксидов серы, в конце концов оказывающихся в почве.

4. Сельское хозяйство. Удобрения, ядохимикаты, применяемые в сельском и лесном хозяйстве для защиты растений от вредителей, болезней и сорняков. Загрязнение почв и нарушение нормального круговорота веществ происходит в результате недозированного применения минеральных удобрений и пестицидов. Технология применения определяет прямое попадание на объекты окружающей среды, где они передаются по цепям питания, долгое время циркулируют по внешней среде, попадая из почвы в воду, из воды в планктон, затем в организм рыб и человека, или из воздуха и почвы в растения, организм травоядных животных и человека. Вместе с навозом в почву нередко попадают болезнетворные бактерии, яйца гельминтов и другие вредные организмы, которые через продукты питания попадают в организм человека.

5. Транспорт. При работе двигателей внутреннего сгорания интенсивно выделяются оксиды азота, свинец, углеводороды и другие вещества, оседающие на поверхности почвы или поглощаемые растениями. Каждый автомобиль выбрасывает в атмосферу в среднем в год 1 кг свинца в виде аэрозоля. Люди, живущие в городе около магистралей с интенсивным движением, подвергаются риску аккумулировать в своем организме всего за несколько лет такое количество свинца, которое намного превышает допустимые пределы. Свинец включается в различные клеточные ферменты, и в результате эти ферменты уже не могут выполнять предназначенные им в организме функции. В начале отравления отмечают повышенную активность и бессонницу, позднее утомляемость, депрессии. Более поздними симптомами отравления являются расстройства функции нервной системы и поражение головного мозга. Автотранспорт в Москве выбрасывает ежегодно 130 кг загрязняющих веществ на человека. Почву загрязняют нефтепродуктами при заправке машин на полях и в лесах, на лесосеках и т. д. Самоочищение почв, как правило, медленный процесс. Токсичные вещества накапливаются, что способствует постепенному изменению химического состава почв, нарушению единства геохимической среды и живых организмов. Из почвы токсические вещества могут попасть в организмы животных, людей и вызвать тяжелейшие болезни и смертельные исходы. В почвах накапливаются соединения металлов, например, железа, ртути, свинца, меди и др. Ртуть поступает в почву с пестицидами и промышленными отходами. Суммарные неконтролируемые выбросы ртути составляют до 25 кг в год. О масштабах химического преобразования поверхности литосферы можно судить по следующим данным: за столетие (1870–1970) на земную поверхность осело свыше 20 млрд тонн шлаков, 3 млрд тонн золы. Выбросы цинка, сурьмы составили по 600 тыс. тонн, мышьяка – 1,5 млн тонны, кобальта – свыше 0,9 млн тонны, никеля – более 1 млн тонн.

 

ПОРЯДОК ПРОВЕДЕНИЯ РАБОТЫ

Органолептические показатели:

1. Подготовить 5 проб почвы. Отбор проб производится в различных местах населенного пункта.

2. Оценить и записать в таблицу 1 внешний вид почвы, запах почвы.

3. Описать состав почвы.

Определение мутности образцов:

1. Приготовить растворы образцов. Бумажный фильтр вставить в воронку, опущенную в чистую пробирку, и профильтровать полученный почвенный раствор.

2. Подключить датчик турбидиметр (мутности раствора) к ноутбуку или планшету.

3. Запустить программу измерений Releon Lite и нажать кнопку «Пуск».

4. Перед началом эксперимента в кювету налить дистиллированную воду и установить ее в датчик.

5. Наполнить кювету датчика мутности раствором.

6. Поместить кювету в датчик. В течение нескольких минут наблюдать изменения показаний датчика.

7. Наблюдения продолжать до тех пор, пока показания датчика не установятся на определенном значении или будут изменяться незначительно. Зафиксировать значение мутности в таблице 1.

Определение рН:

1. Электрод рН подготовить к работе. Снять защитный колпачок с электрода, при помощи лабораторной промывалки и дистиллированной воды сполоснуть его нижнюю часть, после чего высушить бумагой.

2. Подключить датчик рН к компьютеру или планшету.

3. Запустить программу измерений Releon Lite и нажать кнопку «Пуск».

4. Подготовить пять стаканов с раствором.

5. Поочередно измерить значение рН для каждого раствора, попеременно погружая щуп в сосуды. Важно после каждого измерения погружать щуп в чистую воду для очистки и протирать сухой салфеткой.

Определение хлорид-ионов:

1. Подключить датчик хлорид-ионов к компьютеру или планшету.

2. Запустить программу измерений Releon Lite и нажать кнопку «Пуск».

3. Подготовить пять стаканов с растворами.

4. Поочередно измерить значение хлорид-ионов для каждого раствора, попеременно погружая щуп в сосуды. Измерения в каждом образце производить в течение нескольких минут, до установления показаний датчика хлорид-ионов.

5. Полученные данные записать в таблицу.

 

№	Место взятия пробы почвы	Внешний вид почвы	Запах почвы	Мутность почвы	Основные компоненты почвы	pH снега	Содержание хлорид-ионов
1
2
3
4
5

Приложение 10.

 

ОПРЕДЕЛЕНИЕ КОНЦЕНТРАЦИИ ЖЕЛЕЗА В ПРИРОДНЫХ ВОДАХ

 

Перечень оборудования ЦЛ: датчик оптической плотности.

Дополнительное оборудование: кювета для датчика оптической плотности, колбы мерные объемом 50 мл, промывалка лабораторная. Вода дистиллированная, 0.1М раствор KSCN, 0,001М раствор FeCl₃ , концентрированная HNO₃, пипетка аптечная или стеклянная трубочка, две пипетки мерных объемом 2 мл, пипетки мерные или пипетки Мора объемом 5 и 25 мл, пробы воды. .

Цель работы: исследовать содержание железа в природных водах на основании оптической плотности.

 

ОСНОВНЫЕ СВЕДЕНИЯ

Часто в природной и в водопроводной воде содержатся ионы железа – как в окисленной форме Fe3+, так и в восстановленной форме Fe2+. Вода, содержащая Fe2+, прозрачна и чиста на вид, но при контакте с воздухом, особенно при нагревании, ионы железа постепенно окисляются, придавая воде желтовато-бурую окраску. Предельно допустимая концентрация (ПДК) железа в воде 0,3 мг/л. Наличие в воде растворенного железа в количестве выше 0,3 мг/л вызывает бурые потеки на водопроводных трубах, появляются темные пятна на предметах посуды, а также пятна на стираном белье. Если железа больше, чем 1 мг/л, то вода приобретает мутный оттенок, а ее цвет близится к желтоватому оттенку, она также приобретает металлический вкус.

Для определения иона Fe3+ в воде используют довольно чувствительную (предел обнаружения железа 0,02 мг/л) реакцию с роданидом калия или аммония:

 

Образующееся комплексное соединение Fe(SCN)3 имеет ярко-красную окраску. Однако реакция чувствительна только к ионам, поэтому для обнаружения железа в форме Fe2+ пробу нужно доокислять (например, добавлением небольшого количества концентрированной азотной кислоты). Световой поток, проходя через окрашенную жидкость, частично поглощается. Остальная часть светового потока попадает на фотоэлемент, в котором возникает электрический ток, регистрирующийся при помощи амперметра. Чем больше концентрация раствора, тем больше его оптическая плотность и тем больше степень поглощения света, следовательно, тем меньше сила возникающего тока.

Концентрацию окрашенных соединений удобно определять по оптической плотности растворов. Оптическая плотность – мера ослабления света прозрачными объектами или отражения света непрозрачными объектами. Между оптической плотностью и концентрацией вещества в растворе существует прямо пропорциональная зависимость.

 

ПОРЯДОК ПРОВЕДЕНИЯ РАБОТЫ

1. Приготовить 2 градуировочных раствора. Для этого отобрать мерной пипеткой или пипеткой Мора 5 мл 0,001 М раствора FeCl3, поместить его в мерную колбу объемом 50 мл.

2. Долить воды до метки и хорошо перемешать. Затем отобрать мерной пипеткой или пипеткой Мора 25 мл полученного раствора, поместить его в мерную колбу объемом 50 мл, долить воды до метки и хорошо перемешать.

3. Подключить датчик оптической плотности к ноутбуку. Запустить программу измерений Releon Lite. В подменю датчика выбрать синий светофильтр (длина волны 465 нм).

4. Для калибровки датчика следует налить дистиллированной воды в кювету и поместить ее в датчик оптической плотности. Нажать кнопку «Пуск». Спустя 2-3 секунды необходимо нажать на кнопку «Сбросить» и дождаться установления нулевого значения (процесс калибровки может занять от 5 до 15 секунд). До окончания процесса калибровки нельзя вынимать кюветы из датчика. Затем нажать на «Паузу».

5. В кювету налить с помощью мерной пипетки 2 мл первого градуировочного раствора, добавить с помощью аптечной пипетки или стеклянной трубочки 1 каплю концентрированной азотной кислоты, и с помощью другой мерной пипетки – 0,5 мл 0,1 М раствора роданида калия.

6. Нажать на «Пуск», дождаться установления показаний, зафиксировать значение оптической плотности, нажать на «Паузу».

7. Повторить проделанную работу со вторым градуировочным раствором.

8. Построить градуировочный график, представляющий собой зависимость оптической плотности от концентрации раствора, включая нулевую точку. Все три точки должны лежать на одной прямой. Если налицо заметные отклонения от прямой, следует приготовить дополнительные градуировочные растворы других концентраций и уточнить прямую.

11. Повторить проделанную работу с исследуемыми образцами воды.

12. На основании градуировочного графика найти значения концентраций, соответствующих полученным значениям оптической плотности для образцов воды.

 

1. file0.docx (1,3 МБ)

Опубликовано: 03.05.2025