Растения, произрастающие на территории школьного двора и прилегающей к нему территории заметно угнетены и имеют плачевный вид.

Мы предполагаем, что одной из причин данных явлений можно считать накопление в почве школьного двора ионов тяжелых металлов и анионов кислот. Ззагрязнение происходит в основном через атмосферу, на поверхность почвы оседают аэрозоли, пары, пыль, сажа, растворимые вещества, принесенные с дождем, снегом. Загрязнители поступают из дымовых труб тепловозов и автомобилей. Все почвенные загрязнители включаются в пищевые цепи и с продуктами питания или водой попадают в желудочно-кишечный тракт человека. Организм человека испытывает влияние факторов окружающей среды. Вблизи котельных, железнодорожных сетей, обслуживаемых тепловозами на мазутном топливе, большого потока автотранспорта, работающего на дизельном серосодержащем топливе следует ожидать повышенное содержание соединений тяжелых металлов.

В Большой Советской энциклопедии дается такое определение:

Тяжелые металлы- группы металлов, включающие Cu, Ni, Co, Pb, Sn, Zn, Cd, Bi, Sb, Hg. Тяжелые металлы применяют как в элементарном состоянии, так и в виде разнообразных сплавов с другими металлами.

В словаре Даля:

Тяжелые металлы- металлы, имеющие высокий удельный вес, например: медь, свинец, цинк, олово.

Поэтому свою работу я посвящаю определению содержания тяжелых металлов и анионов кислот в почве и снеге школьного двора, а также выяснению влияния ионов тяжелых металлов на рост и развитие растений.

Теоретическая часть

В окружающую среду свинец поступает из природных источников. Это ветровая эрозия почвы, вулканическая деятельность, лесные пожары. Но основное поступление идет из антропогенных источников: бытовые и промышленны отходы, автотранспорт, авиация, ракетно-космическая техника, а также охота, в результате которой в окружающую среду ежегодно поступает до 1400 тонн свинцовой дроби.

Свинец легко проникает в почву и аккумулируется в растениях. Эти растения включаются в трофическую цепь, что приводит к возрастанию концентрации этого элемента. Человек, как конечное звено пищевой цепи, испытывает на себе наибольшую опасность токсического воздействия свинца. В литературных источниках мы не нашли описания влияния свинца на рост и развитие растений.

Источники поступления свинца в организм человека

Органические соединения свинца поступают в организм человека через кожу и слизистые оболочки с пищей и водой, неорганические (например, содержащиеся в выхлопных газах) - через дыхательные пути и пищеварительный тракт.

1, Больше половины всего поступающего в организм свинца приходится на воздух. Ежедневно житель города вдыхает 20 м воздуха с содержанием свинца2 * 10" мг/мг.

Немалый вред приносит автотранспорт. Быстрый рост числа автомобилей в последние годы привел к тому, что в некоторых городах, где нет ни обогатительных комбинатов, ни металлургических заводов, за год в воздух выбрасывается до 8 тыс. т свинца, что превышает допустимый уровень.

С ежедневным приемом пищи в организм поступает свинца 0,06-0,5 мг. В продуктах растительного и животного происхождения естественное содержание свинца не превышает 0,5-1,0 мг/кг. В больших количествах он содержится в хищных рыбах, например в тунце (до 2,0 мг/кг), в моллюсках и ракообразных (до 10 мг/кг). Токсическая доза свинца -1 мг, летальная -10 г.

Много свинца в пищевых продуктах, выращенных вдоль автомагистралей. Свинец образуется при сгорании этилированного бензина (бензина, содержащего тетраэтилсвинец) и легко проникает в почву. Соединения свинца добавляют к бензину для улучшения работы двигателя.

Поглощенный свинец проникает в кровь, распределяется в костных (до 90%) и мягких (печень, почки, мозг) тканях, а также в волосах, ногтях и зубах. Более активно свинец усваивается при дефиците в организме соединений железа, кальция, цинка и при повышенном поступлении витамина D.

Основной механизм действия свинца на организм заключается в том, что он блокирует ферменты, участвующие в синтезе гемоглобина, в результате чего красные кровяные тельца не могут переносить кислород, развивается анемия и хроническая недостаточность кислорода.

Свинцовые отравления весьма различны в проявлениях и включают психическое возбуждение, тревогу, ночные кошмары, галлюцинации, нарушение памяти и интеллекта с симптоматикой распада личности. Очень опасны неврологические нарушения у детей – гиперактивность, ухудшение показателей психического развития, снижение работоспособности к обучению. Отравления свинцом и его солями вызывает поражение десен, расстройство кишечника заболевания почек. Соединения свинца обладают канцерогенностью и генотоксичностью – они могут вызвать мутации, нарушая третичную структуру и функции ферментов синтеза и репарации ДНК.

По результатам официальной статистики среди профессиональных интоксикаций свинцовая занимает первое место.

Более точно определить количество выбросов в атмосферу двигателями автомобилей свинца практически невозможно, так как величина выбросов зависит от многих трудно учитываемых факторов.

Для того чтобы уменьшить загрязнение среды свинцом необходимо уменьшить использование этилированного бензина, т. к. этот бензин и является источником выбросов свинца в атмосферу. Также необходимо создать ряд установок, которые бы задерживали свинец, т. е. количество свинца оседало в этих установках. Естественной такой установкой являются любые виды растительности.

Создание хотя бы незначительных преград не намного, но уменьшило бы степень отравления свинцом населения нашей планеты.

В настоящее время трудно найти область промышленности, где бы ни использовались медь, ее сплавы или соединения. Из меди изготовляют теплообменники, вакуум-аппараты, трубопроводы, электрические провода. Бронза, латунь, медно-никелевые и другие медные сплавы применяют как конструкционный материал, антифрикционные, коррозионно-стойкие, высоко тепло- и электропроводные материалы в машиностроении, судостроении, авиационной промышленности. Оксиды меди используют в производстве стекла и эмали, сульфат меди (II) - в гальванотехнике, при консервировании древесины, изготовлении красок, обогащении руд. Оксидно-медные катализаторы применяют для очистки газов, хлорид и нитрат меди (II) - в пиротехнике. Многие соединения меди представляют собой пестициды или удобрения, поэтому их широко используют в сельском хозяйстве.

Масштабы использования меди и ее соединений необходимо учитывать при анализе влияния содержания меди в окружающей среде на живые организмы. Влияние меди на живые организмы неоднозначно, так как, с одной стороны, она важный микроэлемент, участвующий в обменных процессах, а с другой - ее соединения токсичны (в высоких концентрациях). Ярко выраженная способность к комплексообразованию, взаимодействие с кислородом, подверженность обратимому восстановлению - вот особенности меди, которые определяют ее биологическую роль в живых клетках.

Избыточное содержание меди токсично и для растений. При медной интоксикации изменяется окраска листьев до красной и буро-коричневой, что свидетельствует о разрушении хлорофилла. Кроме того, происходит угнетение роста, задержка развития.

Биологические функции меди

Является составной частью 11 ферментов.

Необходима для образования гемоглобина, т. к. она активизирует железо, которое накапливается в печени, в противном случае оно не может участвовать в образовании гемоглобина. Стимулирует кроветворную функцию костного мозга.

Необходима для правильного обмена витаминов групп В, А, С, Е, Р

Обладает инсулиноподобным действием и влияет на энергообмен.

Необходима для процессов роста и развития, ее значительная часть захватывается из материнского организма плодом в период внутриутробного развития.

Реакция организма на недостаток и избыток меди

Недостаток меди приводит к деструкции кровеносных сосудов, заболеванию костной системы, возникновению опухолевых заболеваний. Удаление меди из соединительной ткани вызывает заболевание «красная волчанка».

Избыток меди в различных тканях приводит к тяжелым и часто необратимым заболеваниям. Накопление меди в печени и мозге, ведет к болезни Вильсона (гепатоцеребральная дистрофия).

Влияние на организм: при недостатке железа человек начинает быстро утомляться, возникают головные боли, появляется плохое настроение.

ВЛИЯНИЕ КИСЛОТНЫХ ДОЖДЕЙ НА ЖИВУЮ ПРИРОДУ.

Дождевая вода, которая образуется при конденсации водяного пара, должна иметь нейтральную реакцию, т. е. рН = 7 (рН - показатель, характеризующий кислотность). Дождевая вода, растворяя диоксид углерода, чуть подкисляется (рН = 5,6-5,7). А вобрав кислоты, образующейся из диоксидов серы и азота, дождь становится заметно кислым.

Земля и растения страдают от кислотных дождей: снижается продуктивность почв, сокращается поступление питательных веществ, меняется состав почвенных микроорганизмов. Огромный вред наносят кислотные дожди лесам. По мере снижения рН воды происходит процесс заболачивания водоемов. Первое время в водоеме сохраняется основная реакция (рН природной воды около 8) благодаря его естественным буферным свойствам - способность нейтрализовывать поступающую кислоту. Однако возможности буферных систем не безграничны. Понемногу вода в водоеме начинает подкисляться, что приводит к необратимым процессам в нем: гибнут планктон моллюски, рыба, исчезают некоторые виды водорослей, бурно развиваются кислотолюбивые мхи, грибы и нитчатые водоросли, появляется сухопутный мох сфагнум, и водоем заболачивается. Гибель обитателей водоема обусловлена не столько закислением, сколько теми процессами, которые оно вызывает:падение содержание ионов кальция, выщелачивание (извлечение)из донных отложений токсичных ионов тяжелых металлов, дефицит кислорода, дефицит анаэробных процессов, образование метана, сероводорода, углекислого газа.

Цели исследовательской работы:

1. Определить содержание тяжелых металлов в почве и снеге на школьном дворе.

2. Определить содержание анионов в почве и снеге на школьном дворе.

Задачи исследовательской работы:

Провести качественное определение химических элементов в почве и снеге;

2)Определить содержание тяжелых металлов в снеге и почве методом тонкослойной хроматографии.

3) Определить содержание анионов кислот в почве и снеге.

Пути решения данных задач:

Исследования проб снега и почвы были проведены в течении года: пробы почвы в сентябре, а пробы снега в январе 2007 и январе 2008гг.

Этапы исследовательской работы:

1. Качественное определение тяжелых металлов в снеге и почве.

2. Определение тяжелых металлов в снеге и почве методом хроматографии.

3. Опредееление анионов кислот в почве и снеге.

4. Изучение влияния ионов тяжелых металлов на рост и развитие растений.

Районы исследования:

Спортивная площадка на школьном дворе.

Полоса земли вдоль автодороги.

Район нового элеватора в степной зоне

Экспериментальный этап №1.

Тема: Качественное определение ионов тяжелых металлов в снеге и почве.

Цель: Провести качественные реакции на ионы: Pb2+, Fe3+,Cr +6, Cu2+, Mn2+.

Тяжелые металлы поступают в почву преимущественно из атмосферы с выбросами промышленных предприятий, а свинец - выхлопными газами автомобилей. Наиболее типичные тяжелые металлы - свинец, кадмий, ртуть, цинк, молибден, никель, кобальт, олово, титан, медь, ванадий. Из атмосферы в почву тяжелые металлы «опадают» чаще всего в форме оксидов, где постепенно растворяются, переходя в гидроксиды, карбонаты или в форму обменных катионов.

О степени экологической опасности химические вещества, попадающие в почву различными путями, делят на 3 класса:

1- кадмий, ртуть, свинец, цинк, фтор, мышьяк, селен;

2- кобальт, молибден, бор, медь, никель, сурьма;

3 - вольфрам, марганец, ванадий, стронций.

Определение химического состава почвы чаще всего начинают с анализа водной почвенной вытяжки, так как хорошо растворимые соединения почвы в первую очередь поглощаются растениями. Избыточные количества растворимых солей (более 0,2 % от массы сухой почвы) создают повышенную концентрацию ионов в почвенном растворе, а это снижает плодородие почвы и ее экологическое состояние.

Этапы работы:

Подготовка почвы к анализу;

Подготовка водной вытяжки; качественное определение химических элементов в почве, в воде.

Подготовка почвы к анализу состоит в измельчении материала, удалении посторонних примесей, просеивании через сито с диаметром отверстий 1 мм м сокращении до небольшой массы. Для сокращения пробы пользуются разными методами. Один из них - метод квартования. Измельченный материал тщательно перемешивала, рассыпала ровным тонким слоем в виде квадрата или круга, делила на четыре сектора. Содержимое двух противоположных секторов отбрасывала, а двух остальных соединяла вместе.

Водную почвенную вытяжку используют чаще всего для определения водорастворимых соединений, а также для определения актуальной кислотности почвы.

Для её приготовления 20 г воздушно – сухой просеянной её экологическое состояние, почвы помещала в колбу на 100 мл, добавила 50 мл дистиллированной воды, взбалтывала в течение 5 - 10 мин и фильтровала. Результаты работы показали, что в водной вытяжке почвы содержатся катионы тяжелых металлов.

Обнаружение ионов свинца

Качественное определение с родизонатом натрия.

На лист фильтровальной бумаги нанести несколько капель исследуемого раствора и добавить 1 каплю свежеприготовленного 0,2% раствора родизоната натрия. В присутствии ионов свинца образуется синее пятно или кольцо. При добавлении 1 капли буферного раствора синий цвет превращается в красный. Реакция очень чувствительна: обнаруживаемый минимум 0,1 мкг

Количественное определение с дихроматом калия.

Дихромат и хромат-ионы образуют с ионами свинца малорастворимый хромат свинца желтого цвета. 0,5-1 л анализируемой воды упарить до объема 10 мл. К полученной пробе прилить 5 мл раствора азотной кислоты (1:2). Нагреть на водяной бане в течение 15 мин. , отфильтровать и в фарфоровой чашке выпарить. К сухому остатку прилить 2 мл 0,5% раствора ацетата натрия и 8 мл дистиллированной воды. Раствор перемешать и отфильтровать в пробирку. Подготовить стандартную шкалу.

Обнаружение ионов железа.

Предельно допустимая концентрация общего железа в воде водоемов и питьевой воде 0,3 мг/л, лимитирующий показатель вредности органолептический.

Общее железо.

В пробирку помещают 10 мл исследуемой воды, прибавляют 1 каплю концентрированной азотной кислоты, несколько капель раствора пероксида водорода и примерно 0,5 мл раствора роданида калия. При содержании железа 0,1 мг/л появляется розовое окрашивание, а при более высоком - красное.

Железо (II).

Гексацианоферрат (III) калия, в кислой среде (рН ~ 3) образует с катионом Fe~ осадок турнбулевой сини темно-синего цвета:

К 1 мл исследуемой воды добавить 2-3 капли раствора серной кислоты и 2-3 капли раствора реактива.

Железо (III).

1. Гексацианоферрат (II) калия в слабокислой среде с катионом

Fe образует темно-синий осадок берлинской лазури:

К 1 мл исследуемой воды прибавить 1-2 капли раствора соляной кислоты и 2 капли раствора реактива.

2. Роданид аммония или калия KSCN образуют в кислой среде с роданиды железа, окрашенные в кроваво-красный цвет. В зависимости от концентрации роданид-иона могут образовываться комплексы различного состава:

К 1 мл исследуемой воды прибавить 2-3 капли раствора соляной кислоты и 2-3 капли раствора реактива.

Обнаружение ионов марганца

ПДК марганца в воде водоемов 0,1 мг/л, лимитирующий показатель вредности органолептический.

Качественное обнаружение.

В колбу помещают 25 мл исследуемой воды, подкисляют несколькими каплями 25%-ной азотной кислоты, прибавляют по каплям 2%-ный раствор нитрата серебра до тех пор, пока продолжается помутнение. Затем вводят 0,5 г персульфата аммония или несколько кристалликов диоксида свинца, нагревают до кипения. В присутствии марганца при концентрации 0,1 мг/л и выше появляется бледно-розовая окраска:

2 Mn2++5 РЬО2+4Н МпО4+5 РЬ2++2Н2О

Обнаружение ионов меди

ПДК меди в воде 0,1 мг/л, лимитирующий показатель вредности органолептический.

Качественное обнаружение

Первый способ.

В фарфоровую чашку поместить 3-5 мл исследуемой воды, осторожно выпарить досуха и на периферийную часть пятна нанести каплю концентрированного раствора аммиака. Появление интенсивно синей или фиолетовой окраски свидетельствуете присутствии Cu+:

Второй способ.

5-10 мл исследуемой воды встряхнуть в цилиндре с небольшим количеством (10-20 мг) адсорбента - фторида кальция или талька. Ионы меди (11), находящиеся в воде, адсорбируются на его поверхности. Осадок отделить, осторожно слив воду, поместить на часовое стекло или в углубление на фарфоровой пластинке. Рядом для сравнения нанести каплю дистиллированной воды («холостой опыт»). К испытуемому осадку и воде одновременно прибавить по капле раствора хлорида железа (III) и по капле 0,2 М раствора тиосульфата натрия, перемешать стеклянной палочкой и сравнить скорость обесцвечивания обеих проб.

В «холостом опыте» наблюдается медленное обесцвечивание интенсивно окрашенного в фиолетовый цвет комплексного аниона в присутствии же ионов меди, играющих роль катализатора, фиолетовый раствор обесцвечивается моментально. Результаты работы показали, что водной вытяжке почвы содержатся ионы металлов.

Экспериментальный этап №2.

Тема: Определение тяжелых металлов в снеге и почве методом хроматографии.

Цель: Подтвердить содержание тяжелых металлов методом хроматографии.

Данные исследования проводила методом тонкослойной хроматографии. В январе проводила качественный анализ снежного покрова, состав которого по содержанию ионов тяжелых металлов, соответствует водной вытяжке почвы.

Потому что снеговой покров накапливает в своем составе практически все вещества, поступающие в атмосферу. В связи с этим снег можно рассматривать как своеобразный индикатор чистоты воздуха. Снег - один из наиболее информативных и удобных индикаторов загрязнения воздушной среды. На его запыленность оказывают влияние природные факторы и особенный ветровой режим. Снег нужно брать по всей глубине его отложения в стеклянные банки (удобнее трехлитровые) Сразу после таяния пробы, когда температура талой воды сравняется с комнатной, проводят ее анализ.

Методика эксперимента

Пробы снега для исследования отбираем со всей глубины снежного покрова. Снег растапливаем, подкисляем азотной кислотой и упариваем с 1 л до 5 мл. Пробы почвы отбираем на глубину до 10 см, так как именно в верхнем горизонте почвы накапливаются тяжелые металлы. Сухую измельченную почву массой 10 г заливаем 50 мл 1 М раствора азотной кислоты и оставляем на сутки, затем смесь фильтруем и упариваем фильтрат до 3 мл. Суть метода ТСХ заключается в разделении сложных смесей веществ на индивидуальные соединения за счет различий в сорбируемости в тонком слое сорбента. Для этого используем силуфоловые пластинки, представляющие собой закрепленный слой силикагеля с крахмалом, нанесенный на алюминиевую фольгу. На вырезанной пластинке размером 3 х 7 см отмечаем линию старта, на которую с помощью капилляров наносим анализируемую смесь и свидетель (водный раствор соли соответствующего металла). Затем эту пластинку помещаем в стакан с растворителем (н-бутанол, дистиллированная вода с добавлением уксусной кислоты до установления в системе pH). Под действием капиллярных сил растворитель поднимается в слое сорбента, увлекая за собой анализируемые вещества, при этом они перемещаются с различными скоростями и в слое сорбента происходит их разделение. Через 15 – 20 мин, когда растворитель достигнет линии финиша, вынимаем хроматограмму.

Для обнаружения ионов металлов опрыскиваем хроматограмму из пульверизатора растворами реагентов, дающих цветные реакции, для обнаружения ионов проводим реакцию с раствором йодистого калия; ионов - раствором гексацианоферрата (II) калия; ионов - раствором 1,5- дифенилкарбазида. При этом появляются окрашенные пятна (желтое, берлинской лазури, розовое, соответственно). По высоте пятна на хроматограмме проводим количественное сравнение анализиркемых ионов тяжелых металлов.

РЬ2+ Fe3+ Сг2О72- Сu2+ Мп2+

Снег (спортплощадка) 2. 0 1. 6 2,1 1. 4 0. 4

Снег (вдоль автодороги) 1,7 2,4 0,01 1. 2 0. 31

Снег (степная зона) 0. 5 0. 7 - 0. 2 0. 2

Объект исследования Высота пятна анализируемого вещества на хроматограмме, см

Fe3+ Сг2О72 Сu2+ Мп2+

Почва (спортплощадка) 2,2 2 2,2 1,1 0,6

Почва (вдоль автодороги) 1,8 1,6 1,3 1,1 0,6

Почва (степная зона) 0,4 0,7 0,2 0,4

Анализ проб снега и почвы со спортплощадки, расположенной непосредственно вблизи железной дороги, показал присутствие в них ионов свинца, причем концентрация свинца в почве оказалась больше, чем в снеге. Это логично объясняется тем, что снег накапливает загрязняющие вещества в течение сезона, а почва из года в год. Содержание свинца в почве зависит от интенсивности автомобильного потока, выбросов котельных.

Пробы почвы, взятые у автодороги, также показали значительное содержание свинца.

В пробах почвы, взятой около дороги и со спортплощадки было обнаружено значительное содержание хромат ионов и ионов железа. Соединение железа могут присутствовать в почве по естественным причинам:

(выветривание горных пород и размывание их водой). Однако наличие ионов железа в снеге свидетельствует о техногенном загрязнении почвы этим элементом.

Придя к таким результатам, меня заинтересовал вопрос: «Какое влияние оказывают тяжелые металлы на организм человека и растений?»

Экспериментальный этап №3

Тема: Качественное определение анионов в почве

Цель: провести качественные реакции на наличие содержания карбонат-, сульфат-, хлорид-, нитрат-ионов в почве

1. Приготовление водной вытяжки.

Пробу почвы тщательно разотрите в фарфоровой ступке. Возьмите 25 г почвы, поместите её в колбу ёмкостью 200 мл и прилейте 50 мл дистиллированной воды. Содержимое колбы тщательно взболтайте и дайте отстояться в течение 5-10 мин. , а затем отфильтруйте в колбу ёмкостью 100 мл.

2. Приготовление солянокислой вытяжки.

Почву, оставшуюся после фильтрования водной вытяжки, перенесите в колбу, где находиться исходная масса, налейте в колбу 50 мг 10% раствора соляной кислоты и взбалтывайте содержимое в течение 30 мин, а затем дайте отстояться в течение 5 мин.

3. Качественное определение содержания карбонат-ионов в почвенном образце.

Небольшое количество сухой почвы поместите в фарфоровую чашку и прилейте пипеткой несколько капель 10% раствора соляной кислоты. Если почва соли угольной кислоты, то наблюдается характерное «шипение» - выделение при реакции оксида углерода (4). По интенсивности выделения газа судят о более или менее значительном содержании карбонатов в почве.

4. Качественное определение содержания хлорид –ионов.

В пробирку прилейте 5 мл водной вытяжки и добавьте в неё несколько капель 10% раствора азотной кислоты и с помощью пипетки 1-2 капли 0,1 н раствора нитрата серебра. При наличии хлорид-ионов в почвенной вытяжке в количестве десятых долей процента и более происходит образование белого хлопьевидного осадка. При содержании хлорид-ионов в количестве сотых и тысячных долей процента осадка не выпадает, но раствор мутнеет.

5. Качественное определение содержания сульфат-ионов.

В пробирку прилейте 5 мл водной вытяжки, добавьте в неё несколько капель концентрированной соляной кислоты и с помощью пипетки прилейте 3-3 мл 20% раствора хлорида бария. При наличии сульфатов в водной вытяжке в количестве нескольких десятых процента и более происходит выпадение белого мелкокристаллического осадка. Сотые и тысячные доли процента сульфатов в растворе определяются помутнением раствора.

6. Качественное определение нитрат – ионов.

В пробирку налейте 5 мл фильтрата водной вытяжки почвы и по каплям прибавьте раствор дифениламина в серной кислоте. При наличии нитратов раствор окрашивается в синий цвет.

Fe3+ CO32- Cl- SO42- NO3-

Спортплощадка + + + + +

У автодороги + + + + +

Степная зона + + + - -

Качественных химический анализ образцов показал наличие в почвенной вытяжке различных анионов: хлорид-, сульфат- ионов. Действуя на сухую почву раствором соляной кислоты, мы определили наличие карбонат – ионов в каждом почвенном образце. В ходе приготовления солянокислой вытяжки обнаружилось выделение сероводорода, что говорит о наличие в почве сульфид-ионов. В солянокислой вытяжке всех образцов почв наблюдается содержание солей железа (2 и 3).

Визуального отличия в количественном содержании в почвенных образцах вышеназванных анионов не отмечается.

2. Качественный состав вод.

Для определения путей проникновения в почву обнаруженных катионов и анионов была предпринята попытка осуществить качественный анализ талых снеговых вод на содержание тех же ионов.

Для определения качественного состава водных образцов были использованы те же методики, что и для определения содержания ионов в почве Наличие ионов в талых водах можно свести в таблицу, которая отражает наличие тех или иных катионов и анионов в исследуемых образцах.

№ пробы Наличие ионов хлорид-ионы сульфат-ионы ионы железа (2,3)

1 спортплощадка + - +

2 у автодороги + - +

3 степная зона + + +

Практически во всех талых водах, кроме контрольной пробы, отмечено наличие небольшого количества хлорид-ионов. Очевидно, что попадение в снеговые воды хлорид-ионов связано с «приземным» загрязнением: хлориды почвы «растворяются» в снеговых массах и обнаруживаются при исследовании. Это говорит о том, что содержание хлоридов в почве достаточно велико.

Экспериментальный этап №4.

Тема: Влияние ионов тяжелых металлов и анионов кислот на растения.

Цель: Выяснить влияние ионов тяжелых металлов на рост и развитие растений.

МЕТОДИКА ЭКСПЕРИМЕНТА

1. Подготовка материала для исследования.

Проращивают зерна злакового растения до ювенильного состояния в полной питательной смеси Прянишникова.

2. Приготовление растворов.

В 5 литровых банок помещают по 243 мг NH4NO3, 23 MgMgSO4 7Н2О, 160 мг КС1, 25 мгFеС136Н20, 172 мг СаНРО4 и 344 мг CaSO4 2H2O (полная питательная смесь Прянишникова - ППСП). Затем во 2-ю и 4-ю банки добавляют по 10 мг сульфата меди (II), а в 3-ю и 5-ю - по 8 мг ацетата свинца (П). В банки наливают воду (водопроводную, в которой содержатся микроэлементы), доведя объемы растворов до 1 л. Растворы, находящиеся в 4-й и 5-й банках, подкисляют.

3. Проведение эксперимента. 13. 10. 04 - замочили пшеницу и фасоль; 14. 10. 04 - пшеница набухла;

15. 10. 04 - поместили пшеницу в пробирки; набухла фасоль;

18. 10. 04 - поместили фасоль в пробирки.

Пшеницу и фасоль проращивали до ювенильного состояния.

Ювенильные растения поместили в пробирки с приготовленными растворами: 1 - ППСП (контроль); 2 -- ППСП + избыток ионов меди; 3 - ППСП + избыток ионов свинца; 4 - подкисленная ППСП

Избыток ионов меди; 5 - подкисленная ППСП + избыток ионов свинца.

Результаты эксперимента

Номер колбы Общий вид растения Длина стебля Длина корня Длина листовой Ширина листовой пластинки пластинки

№1 контроль Хорошо развитое растение, 32,5 2 9 2,5

стебель толстый, корень хорошо развит

№2 ППСП+ избыток ионов Угнетенное растение, листья 37 0,1 6 2

меди бледные, стебель тонкий

№3 ППСП+ избыток ионов Хорошо развитое растение, 30 7 8 2,3

свинца стебель толстый, корень хорошо развит

№4 подкисленная ППСП+ Чахлое растение 24 - 5,5 2

избыток ионов меди

№5 подкисленная ППСП+ Угнетенное растение, жист я 27 4 7,5 2,2

избыток ионов свинца бдеднде, птебыль еонккй

Проведенный эксперимент показал, что:

1. Растения, выращенные в полной питательной смеси, развиваются нормально.

2. Растения, выращенные в питательных растворах, содержащих избыток ионов тяжелых металлов (меди и свинца), отстают в развитии от растений, выращенных в ППСП, согласно данным табл. 1,4,5. Но некоторые исследования привели к неожиданным результатам. Наблюдается опережению роста стеблей пшеницы в присутствии ионов свинца по сравнению с ППСП

3. Растения, выращенные в подкисленных растворах, сильно отстают в развитии, а некоторые из них гибнут. У растений значительно тормозится рост надземной части, происходит задержка образования боковых корней, не образуются корневые волоски, наблюдается хлороз (в банке с подкисленной смесью ППСП и избытком ионов меди): отмирают листья, наблюдается потеря тургора, тормозится рост корней в длину и образование корневых волосков (в банке с подкисленной смесью ППСП и избытком ионов свинца).

Заключение

Данная работа носит исследовательский характер, так как исследования проб снега и почвы проводились в течение года. В работе четко поставлены цели, задачи, пути решения задач, этапы исследовательской работы. Для того, чтобы получить наиболее достоверные результаты по содержанию ионов тяжелых металлов, я провела сравнительные анализы: 1) качественное определение,2)определение методом тонкослойной хроматографии. Оба метода подтвердили содержание ионов тяжелых металлов и анионов кислот в снеге и почве. Был смоделирован эксперимент, выявляющий влияние ионов тяжелых металлов на рост и развитие растений.

На основании проведенных исследований можно сделать следующие выводы:

1. В процессе проведенного эксперимента было установлено, что соли тяжелых металлов, а именно свинца и меди, а также кислая среда тормозят рост и развитие как надземной (стеблей), так и подземной (корней) частей пшеницы и других растений. Это происходит в результате повышенного усвоения ионов тяжелых металлов растениями при подкислении питательного раствора. Ионы тяжелых металлов в больших концентрациях оказывают токсическое действие и вызывают гибель растений.

2. Качественный анализ почвенных и водных образцов, взятых в районе школы и с прилегающих территорий, показал наличие в них достаточно большого количества разнообразных ионов: хлорид, сульфат-, карбонат,- сульфид-ионов, катионов железа (2 и 3).

4. Избыточное содержание хлорид-ионов в почве и грунтовых водах также пагубно сказывается на жизнедеятельности растений, так как нарушается процесс накопления крахмала.

Поступление минеральных солей в почву и воду обусловлено рядом антропогенных и естественных факторов. Для снижения загрязнения почвы и воды следует перейти на другой вид топлива.

5. Мы убедились, что наличие тяжелых металлов в организме- это один из отрицательных факторов, влияющих на здоровье.

6. Для поглощения из атмосферы соединений серы, а из почвы солей тяжелых металлов имеет смысл на территории школьного двора выращивать растения, их улавливающие. Такими способностями обладают немногие деревья и кустарники. Мы предлагаем включить в список проекта озеленения школьного двора тополь и сосну.

Урок – практикум

(проектная деятельность учащихся 9 класса на обобщающем уроке химии при изучении элементов - металлов)

«Изучение содержания ионов свинца в почве и растительных пробах села Слободчики и его воздействие на организм человека».

Подготовила и провела

учитель биологии, химии

Сивоха Наталья Геннадьевна

Цель урока:

Показать влияние тяжёлых металлов на здоровье человека на примере свинца и изучить экологическую обстановку села Слободчики путём определения ионов свинца в почве и растительных пробах.

Задачи урока:

Обобщить полученные знания о тяжёлых металлах. Более подробно познакомить учащихся со свинцом, его биологической ролью и токсическим воздействием на организм человека;

Расширить знания учащихся о взаимосвязи применения металла свинца и путей поступления его в организм человека;

Показать тесную взаимосвязь биологии, химии и экологии, как предметов дополняющих друг друга;

Воспитание бережного отношения к своему здоровью;

Привитие интереса к изучаемому предмету.

Оборудование: компьютер, мультимедийный проектор, презентации мини-проектов выполненных обучающимися, штатив с пробирками, стеклянная палочка, воронка с фильтром, химические стаканы на 50 мл, фильтровальная бумага, измерительный цилиндр, весы с гирями, фильтровальная бумага, ножницы, спиртовка или лабораторная плитка.

Реактивы: этиловый спирт, вода, 5% раствор сульфида натрия, иодид калия, пробы почвы, пробы растительности приготовленные учителем.

• Почему группу элементов называют «тяжёлые металлы»? (все эти металлы имеют большую массу)
• Какие элементы относятся к тяжёлым металлам? (железо, свинец, кобальт, марганец, никель, ртуть, цинк, кадмий, олово, медь, марганец)
• Какое воздействие на организм человека оказывают тяжёлые металлы?

В Древнем Риме, знатные люди пользовались водопроводом, изготовленным из свинцовых труб. Расплавленным свинцом заливали места стыков каменных блоков и труб водопровода (недаром в английском языке слово plumber означает «водопроводчик»). Кроме этого, рабы пользовались дешевой деревянной посудой и пили воду прямо из колодцев, а рабовладельцы – из дорогих свинцовых сосудов. Продолжительность жизни богатых римлян была намного меньше, чем рабов. Учёные высказали предположение, что причиной ранней смерти было свинцовое отравление от воды, используемой для приготовления пищи. Однако эта история имеет продолжение. В штате Виргиния (США) исследовали захоронения тех лет. Оказалось, что на самом деле скелеты рабовладельцев содержат значительно больше свинца, чем кости рабов. Свинец был известен за 6-7 тыс. лет до н. э. народам Месопотамии, Египта и других стран древнего мира. Он служил для изготовления статуй, предметов домашнего обихода, табличек для письма. Алхимики называли свинец сатурном и обозначали его знаком этой планеты. Соединения свинца - "свинцовая зола" PbO, свинцовые белила 2PbCO3 Pb (OH)2 применялись в Древней Греции и Риме как составные части лекарств и красок. Когда было изобретено огнестрельное оружие, свинец начали применять как материал для пуль. Ядовитость свинца отметили ещё в 1 в. н. э. греческий врач Диоскорид и Плиний Старший.

Объём современного производства свинца составляет более 2,5 млн. тонн в год. В результате производственной деятельности в природные воды ежегодно попадает более 500-600 тыс. тонн свинца, а через атмосферу на поверхность Земли оседает около 400 тыс. тонн. До 90% от общего количества выброса свинца принадлежит к продуктам сгорания бензина с примесью свинцовых соединений. Основная его часть попадает в воздух с выхлопными газами автотранспорта, меньшая – при сжигании каменного угля. Из около почвенного слоя воздуха происходит оседание свинца в почву и поступление его в воду. Содержание свинца в дождевой и снеговой воде колеблется от 1,6 мкг/л в районах удалённых от промышленных центров, до 250-350 мкг/л в крупных городах. Через корневую систему он транспортируется в наземную часть растений. В 23 м от дороги с напряжённостью движения до 69 тыс. автомобилей в день растения фасоли накапливали до 93 мг свинца на 1 кг сухого веса, а в 53 м – 83 мг. Кукуруза, растущая в 23 м от дороги, накапливала в 2 раза больше свинца, чем 53 м. Где сеть дорог очень густая, в ботве кормовой свеклы обнаружено 70 мг свинца на 1 кг сухого вещества, а в собранном сене – 90 мг. С растительной пищей свинец попадает в организм животных. Содержание свинца в различных продуктах (в мкг); свиное мясо – 15, хлеб и овощи – 20, фрукты – 15. С растительной и животной пищей свинец попадает в организм человека, оседая до 80% в скелете, а также во внутренних органах. Человек, представляющий одно из последних звеньев пищевой цепи, испытывает на себе наибольшую опасность нейротоксического воздействия тяжёлых металлов.

Определение ионов свинца в растительных пробах.

Цель работы: определить наличие ионов в растительных пробах.

Приборы: два химических стакана по 50 мл, измерительный цилиндр, весы с гирями, стеклянная палочка, воронка, фильтровальная бумага, ножницы, спиртовка или лабораторная плитка.

Реактивы: этиловый спирт, вода, 5% раствор сульфида натрия

Методика исследования.

1. Взвесить по 100 гр. растений, желательно одного вида, для более точногорезультата (подорожник), на разной удалённости друг от друга.

2. Тщательно измельчить, к каждой пробе добавить по 50 мл. смеси этилового спирта и воды, перемешать, чтобы соединения свинца перешли в раствор.

3. Отфильтровать и упарить до 10 мл. Полученный раствор добавлять по каплям в свежеприготовленный 5%-ный раствор сульфида натрия.

4. При наличии в экстракте ионов свинца, появится чёрный осадок.

Определение ионов свинца в почве.

Цель работы: определить наличие ионов свинца в почве.

Приборы: два химических стакана по 50 мл, измерительный цилиндр, весы с ги­рями, стеклянная палочка, воронка, фильтровальная бумага.

Реактивы: иодид калия, вода.

Методика исследования:

1.Взвесить 2 г почвы, высыпать ее в химический стакан. Затем, залив 4 мл воды, хорошо размешать стеклянной палочкой.

2.Полученную смесь профильтровать.

3. К фильтрату добавить 1 мл 5% иодида калия. При взаимодействии иона свинца с иодидом калия образуется желтый осадок.

РЬ +2 + 2 I - = Р bI 2 (желтый осадок)

4.Опустить край полоски фильтровальной бумаги размером 1 см в полученный раствор. Когда вещество поднимется до середины бумаги, её вынуть и положить сушить. На высохшей фильтровальной бумаге ясно обозначится след осадка. Со временем (через 3-5 дней) жёлтая окраска иодида свинца проявится ярче.

СОЕДИНЕНИЯ СВИНЦА

Ионы свинца, поступившие в организм, соединяются с сульфгидрильными и другими функциональными группами ферментов и некоторых других жизненно важных белковых соединений. Соединения свинца тормозят синтез порфирина, вызывают нарушение функций центральной и периферической нервной системы. Около 90 % ионов свинца, поступивших в кровь, связываются эритроцитами.

Соединения свинца выделяются из организма главным образом с калом. Меньшие количества этих соединений выделяются с желчью, а следы - с мочой. Соединения свинца частично откладываются в костной ткани в виде трехзамещенного фосфата. Следует иметь в виду, что незначительные количества свинца содержатся в организме как нормальная составная часть клеток и тканей.

Исследование минерализатов на наличие свинца

Для обнаружения свинца в органах трупов, крови, моче и других объектах биологического происхождения используют осадок, который образуется в минерализатах после разрушения биологического материала смесью серной и азотной кислот.

После разрушения биологического материала смесью серной и азотной кислот свинец выпадает в минерализате в виде белого осадка сульфата свинца. Такого же цвета осадок сульфата бария образуется при отравлении соединениями бария. В результате соосаждения осадки сульфатов свинца и бария могут быть загрязнены ионами кальция, хрома, железа и др. При наличии хрома в осадке он имеет грязно-зеленую окраску. Для освобождения осадков сульфатов свинца и бария от примесей эти осадки промывают серной кислотой и водой, а затем осадок сульфата свинца растворяют в подкисленном растворе ацетата аммония:

Ход анализа на наличие свинца зависит от величины осадков, находящихся в минерализатах.

Исследование относительно больших осадков сульфата свинца

Реакция с иодидом калия. При наличии ионов свинца выпадает желтый осадок PbI 2 , который растворяется при нагревании и вновь появляется в виде желтых пластинок при охлаждении раствора.

Реакция с хроматом калия. Образование оранжево-желтого осадка хромата бария указывает на наличие ионов свинца в растворе. Предел обнаружения: 2 мкг свинца в пробе.

Реакция с сероводородной водой. Появление черного осадка сульфида свинца (или мути) указывает на наличие ионов свинца в растворе. Предел обнаружения: 6 мкг свинца в пробе.

Реакция с серной кислотой. Появление белого осадка указывает на наличие ионов свинца в растворе. Предел обнаружения: 0,2 мг ионов свинца в пробе.

ТЕТРАЭТИЛСВИНЕЦ

ТЭС - прозрачная бесцветная жидкость с неприятным, раз­дражающим запахом (в ничтожно малых концентрациях имеет приятный фруктовый запах). Он почти нерастворим в воде, лег­ко растворяется в керосине, бензине, хлороформе.

Изолирование тетраэтилсвинца производится раз­личными методами в зависимости от характера объекта.

а) При исследовании внутренних органов трупа изолирование производят дистилляцией с водяным паром. Дистиллят в коли­честве 50-100 мл собирают в приемник, содержащий 30 мл на­сыщенного спиртового раствора йода; приемник соединяют с уловителем, содержащим также насыщенный спиртовой рас­твор йода.

После отгонки содержимое уловителя и дистиллят объединя­ют, покрывают часовым стеклом и оставляют на 30 минут при комнатной температуре, затем упаривают досуха в фарфоровой чашке на водяной бане. Остаток обрабатывают азотной кисло­той (1:2) и вновь упаривают на водяной бане. Кристаллический остаток растворяют в небольшом количестве дистиллированной воды и подвергают качественному и количественному исследова­нию на ион свинца по описанному выше методу. Для целей хи­мико-токсикологического анализа метод разработан А. Н. Кры­ловой.

Исследование на ТЭС следует производить немедленно по по­лучении объекта. Положительный результат получается при со­держании 0,3 мг ТЭС в 100 г исследуемого объекта.

В случае отрицательного результата при исследовании на ТЭС необходимо произвести анализ на продукты разложения тетраэтилсвинца - нелетучие соединения свинца, для чего содер­жимое колбы после отгонки ТЭС помещают в большую фарфо­ровую чашку и выпаривают на водяной бане. Остаток подверга­ют минерализации серной и азотной кислотами и исследуют, как описано выше. Положительный результат наблюдают еще при наличии 0,3 мг неорганического свинца в 100 г трупного мате­риала.

б) Изолирование из растительных объектов.
При исследовании продуктов животного происхождения (мясо, котлеты и т. п.) ТЭС изолируют по описанному выше способу. Если продукты представляют собой муку, крупу, хлеб и другие вещества растительного происхождения, изолирование ТЭС пред­
почтительнее производить извлечением органическим раствори­телем. При этом 50-100 г объекта заливают, например, хлоро­формом и оставляют при комнатной температуре на 2 часа в колбе с притертой пробкой. Хлороформную вытяжку отфильтровывают в стакан, на дно которого помещено около 1 г сухого
кристаллического йода. Периодически содержимое стакана пе­ремешивают вращательным движением с целью ускорения рас­творения йода. Объект на фильтре промывают 1-2 раза хлоро­формом, а промывную жидкость собирают в тот же стакан. Че­рез 15-30 минут содержимое стакана переносят в фарфоровую
чашку и выпаривают досуха на водяной бане. Сухой остаток
разрушают серной и азотной кислотами, удаляют окислы азота
и исследуют на РЬ 2+ .

При исследовании одежды на наличие ТЭС ее подвергают из­влечению органическим растворителем с дальнейшим переведе­нием ТЭС в неорганические соединения свинца, обнаружением и количественным определением его.

в) Изолирование из бензинов. Все способы изолирования ТЭС из бензина сводятся к разрушению молекулы тетраэтилсвинца и обнаружению и определению РЬ 2 +. В качестве при­мера приведем один из способов. Смешивают 20 мл исследуемо­
го бензина с 20 мл 4% спиртового раствора йода. Через некоторое время водную фазу выливают в фарфоровую чашку и выпаривают на водяной бане досуха. Полученный остаток исследуют на РЬ 2 +

Качественное обнаружение и количественное определение. После разрушения молекулы ТЭС обнаружение и определение РЬ 2+ не представляет никаких особенностей. Пригодны все опи­санные выше реакции и методы.

Йодометрически удается определить до 1 мг ТЭС в исследуе­мой навеске (А. Н. Крылова).

СОЕДИНЕНИЯ БАРИЯ

Растворимые соединения бария, поступившие в организм через пищевой канал, всасываются в желудке и вызывают отравление.

Соединения бария выделяются из организма главным образом через кишки. Следы этих соединений выводятся через почки и частично откладываются в костях. Сведения о содержании бария как нормальной составной части клеток и тканей организма в литературе отсутствуют.

СОЕДИНЕНИЯ МАРГАНЦА

Соединения марганца относятся к числу сильных протоплаз-матических ядов. Они действуют на центральную нервную систему, вызывая в ней органические изменения, поражают почки, легкие, органы кровообращения и т. д. При использовании концентрированных растворов перманганата калия для полоскания горла может наступить отек слизистых оболочек рта и глотки.

Соединения марганца накапливаются в печени. Они выделяются из организма через пищевой канал и с мочой. При патолого-анатомическом вскрытии трупов лиц, умерших в результате отравления соединениями марганца, отмечаются ожоги слизистых оболочек в различных участках пищевого канала, напоминающие ожоги, вызванные едкими щелочами. Обнаруживаются дегенеративные изменения в некоторых паренхиматозных органах.

СОЕДИНЕНИЯ ХРОМА

При острых отравлениях соединениями хрома они накапливаются в печени, почках и эндокринных железах. Соединения хрома выводятся из организма в основном через почки. В связи с этим при отравлении указанными соединениями поражаются почки и слизистые оболочки мочевыводящих путей.

СОЕДИНЕНИЯ СЕРЕБРА

Соединения серебра, поступившие в желудок, всасываются в кровь в незначительных количествах. Часть этих соединений взаимодействует с соляной кислотой содержимого желудка и превращается в хлорид, нерастворимый в воде. Нитрат серебра действует на кожу и слизистые оболочки. В результате этого могут возникать «химические» ожоги. При поступлении в организм через дыхательные пути пыли, содержащей серебро или его соединения, возникает опасность поражения капилляров. Длительный прием соединений серебра внутрь может быть причиной аргирии (отложения серебра в тканях), при которой кожа приобретает серо-зеленую или коричневатую окраску.

Соединения серебра выводятся из организма главным образом через кишки.

СОЕДИНЕНИЯ МЕДИ

Всасывание соединений меди из желудка в кровь происходит медленно. Поскольку поступившие в желудок соли меди вызывают рвоту, они могут выделяться из желудка с рвотными массами. Поэтому в кровь из желудка поступают только незначительные количества меди. При поступлении соединений меди в желудок могут нарушаться его функции и появляться понос. После всасывания соединений меди в кровь они действуют на капилляры, вызывают гемолиз, поражение печени и почек. При введении концентрированных растворов солей меди в глаза в виде капель может развиваться конъюнктивит и наступать повреждение роговицы.

Ионы меди выводятся из организма главным образом через кишки и почки.

СОЕДИНЕНИЯ СУРЬМЫ

Поступившие в кровь соединения сурьмы действуют как «капиллярный яд». При отравлении органическими соединениями сурьмы нарушаются функции сердечной мышцы и печени.

При патологоанатомическом исследовании трупов лиц, отравленных соединениями сурьмы, отмечается гиперемия ткани легких, кровоизлияние в легких и в пищевом канале.

Сурьма выделяется из организма главным образом через почки. Поэтому при отравлении сурьмой может развиваться нефрит.

СОЕДИНЕНИЯ МЫШЬЯКА

Мышьяк способен кумулироваться в организме. При остром отравлении соединениями мышьяка они накапливаются в основном в паренхиматозных органах, а при хронических отравлениях - в костях и ороговевших тканях (покровы кожи, ногти, волосы и др.).

Мышьяк выводится из организма через почки с мочой, кишки и через некоторые железы. Выделение мышьяка из организма происходит медленно, чем и обусловлена возможность его кумуляции. В экскрементах мышьяк еще можно обнаружить через несколько недель, а в трупном материале - и через несколько лет после смерти.

СОЕДИНЕНИЯ ВИСМУТА

Ионы висмута, всосавшиеся в кровь, долгое время задерживаются в организме (в печени, почках, селезенке, легких и ткани мозга).

Висмут выводится из организма через почки, кишки, потовые железы и др. В результате накопления висмута в почках возможно их поражение. При выделении висмута из организма потовыми железами может быть зуд кожи и появление дерматозов.

Данные о наличии висмута как нормальной составной части клеток и тканей организма в литературе не приводятся.

СОЕДИНЕНИЯ КАДМИЯ

Всасывание соединений кадмия происходит через пищевой канал, а паров - через дыхательные пути. Растворимые соединения кадмия денатурируют белки, содержащиеся в стенках пищевого канала. Поступившие в кровь ионы кадмия соединяются с сульфгидрильными группами ферментов, нарушая их функции. Соединения кадмия накапливаются главным образом в печени и почках. Они могут вызывать жировое перерождение печени. Соединения кадмия выделяются из организма в основном через почки с мочой и стенками кишок. В ряде случаев при отравлении соединениями кадмия отмечается кишечное кровотечение.

СОЕДИНЕНИЯ ЦИНКА

Цинк и его соединения могут поступать в организм через пищевой канал, а также через органы дыхания в виде пыли, образующейся при добыче и переработке цинковых руд. Цинк может поступать в организм с вдыхаемым воздухом в виде паров, выделяющихся при выплавке цинка и получении сплавов. После поступления цинка в организм в виде пыли и паров образуются его соединения с белками, вызывающие приступы лихорадки, начинающейся с озноба (так называемая лихорадка литейщиков, или латунная лихорадка). При вдыхании пыли и паров цинка может появиться тошнота, рвота и мышечные боли. Описаны случаи отравлений пищей, приготовленной и сохраняемой в оцинкованной посуде, из продуктов, содержащих кислоты (богатые кислотами фрукты, томат и др.). Соединения цинка, поступившие в желудок, могут вызывать острое отравление, при котором наступает рвота, понос, судороги и т. д.

При отравлениях соединениями цинка они накапливаются в печени и поджелудочной железе.

СОЕДИНЕНИЯ РТУТИ

Пары металлической ртути и пыль, содержащая соединения этого металла, могут поступать в организм с вдыхаемым воздухом. При этом поражается центральная нервная система (в первую очередь кора головного мозга). Поступившая в организм металлическая ртуть и ее соединения связываются с сульфгидрильными группами ферментов и других жизненно важных белков. В результате этого нарушаются физиологические функции некоторых клеток и тканей организма. Соединения ртути, поступившие в организм через пищевой канал, поражают желудок, печень, почки, железы, через которые выделяется ртуть из организма. При этом ощущаются боли в пищеводе и желудке, появляется рвота и кровавый понос. В организме ртуть откладывается главным образом в печени и почках.

Ртуть медленно выводится из организма. Еще через две недели после острого отравления ртутью определенные количества ее можно обнаружить в отдельных тканях. Ртуть выводится из организма с мочой и калом, а также потовыми, слюнными и молочными железами.

Деструкция биологического материала. Ртуть в биологическом материале находится в связанном виде с сульфгидрильными и некоторыми другими функциональными группами белковых веществ. В процессе деструкции под влиянием сильных кислот при нагревании происходит разрыв прочных ковалентных связей между ртутью и сульфгидрильными или другими функциональными группами белковых веществ. В результате деструкции ртуть переходит в деструктат в виде ионов, которые можно обнаружить и определить с помощью соответствующих реакций и физико-химических методов. Таким образом, после деструкции биологического материала в деструктате в различных количествах находятся ионы ртути, белки, пептиды, аминокислоты, липиды и др.

Для ускорения деструкции к биологическому материалу прибавляют этиловый спирт, который является катализатором этого процесса. Для удаления из деструктата азотной, азотистой кислот и оксидов азота, образующихся в процессе деструкции, прибавляют мочевину.

Оксиды азота окисляются кислородом воздуха до оксида азота (IV), при взаимодействии которого с водой образуются азотная и азотистая кислоты, разлагающиеся мочевиной, как указано выше.

Методика деструкции органов трупов. 20 г измельченных органов трупов вносят в коническую колбу вместимостью 200 мл, в которую прибавляют 5 мл воды, 1 мл этилового спирта и 10 мл концентрированной азотной кислоты. Затем в колбу малыми порциями прибавляют 20 мл концентрированной серной кислоты с такой скоростью, чтобы оксиды азота не выделялись из колбы. После окончания прибавления концентрированной серной кислоты колбу оставляют на 5-10 мин при комнатной температуре (до прекращения выделения оксидов азота). Затем колбу устанавливают на кипящую водяную баню и нагревают в течение 10-20 мин. Если после нагревания колбы на кипящей водяной бане останутся неразрушенными кусочки биологического материала, то их осторожно растирают стеклянной палочкой о стенки колбы. При бурном протекании реакции с выделением оксидов азота в колбу прибавляют 30-50 мл горячей воды. Полученный горячий деструктат смешивают с двойным объемом кипящей воды и, не охлаждая жидкость, фильтруют ее через двойной увлажненный фильтр. Фильтр, через который фильтровали деструктат, и остатки жира на нем 2-3 раза промывают горячей водой. Промывные воды присоединяют к профильтрованному деструктату. Полученную при этом жидкость собирают в колбу, содержащую 20 мл насыщенного раствора мочевины, предназначенной для денитрации деструктата. Затем деструктат охлаждают, доводят водой до определенного объема и исследуют его на наличие ртути.

Деструкция органических веществ в моче. В моче здоровых людей ртуть и ее соединения отсутствуют. Однако при отравлении ртутью она может поражать почки и выделяться из организма с мочой в виде соединений с белками, аминокислотами и другими органическими веществами. Некоторое количество ртути может переходить в мочу и в виде ионов. Поэтому для обнаружения ртути в моче необходимо производить деструкцию белковых и других ртутьсодержащих соединений, переходящих в мочу.

А. Ф. Рубцов и А. Н. Крылова разработали два способа деструкции органических веществ в моче:

1. В колбу Къельдаля вместимостью 500 мл вносят пробу нефильтрованной суточной мочи объемом 200 мл. К моче прибавляют 35 мл концентрированной азотной кислоты, 2 мл этилового спирта и небольшими порциями в колбу вносят 25 мл концентрированной серной кислоты. Прибавляют эту кислоту так, чтобы не вспенивалась жидкость в колбе и не выделялись из нее оксиды азота. После окончания прибавления концентрированной серной кислоты содержимое колбы нагревают на кипящей водяной бане в течение 40 мин, затем прибавляют 20 мл насыщенного раствора мочевины. Если в деструктате имеется осадок, то его отфильтровывают, фильтр промывают горячей водой. Промывные воды присоединяют к деструктату, который подвергают исследованию на наличие ртути.

2. В колбу Къельдаля вместимостью 500 мл вносят 200 мл нефильтрованной суточной мочи, к которой небольшими порциями прибавляют 25 мл концентрированной серной кислоты, а затем малыми порциями прибавляют 7 г перманганата калия. Содержимое колбы оставляют на 40 мин при комнатной температуре периодически взбалтывая, затем в колбу небольшими порциями прибавляют насыщенный раствор щавелевой кислоты до исчезновения окраски перманганата калия. Полученный деструктат используют для обнаружения и количественного определения ртути.

Этот способ деструкции белковых веществ в моче более быстрый, чем описанный выше.

Деструкция органических веществ в крови. Для этой цели применяют методику, которая используется для деструкции органов трупов (см. выше), с той лишь разницей, что к пробе крови не прибавляют воду. На исследование берут по 50-100 мл крови.

МЕТИЛОВЫЙ СПИРТ

Метиловый спирт (метанол) - бесцветная жидкость (т. кип. 64,5 °С, плотность 0,79), смешивающаяся во всех соотношениях с водой и многими органическими растворителями.

Метиловый спирт может поступать в организм через пищевой канал, а также с вдыхаемым воздухом, содержащим пары этого спирта. В незначительных количествах метиловый спирт может проникать в организм и через кожу Смертельная доза принятого внутрь метилового спирта составляет 30-100 мл. Смерть наступает в результате остановки дыхания, отека головного мозга и легких, коллапса или уремии. Местное действие метилового спирта на слизистые оболочки проявляется сильнее, а наркотическое действие - слабее, чем у этилового спирта.

Одновременное поступление метилового и этилового спиртов в организм уменьшает токсичность метилового спирта. Это объясняется тем, что этиловый спирт уменьшает скорость окисления метилового спирта почти на 50 %, а следовательно, и уменьшает его токсичность.

Метаболизм. Метиловый спирт, поступивший в организм, распределяется между органами и тканями. Наибольшее количество его накапливается в печени, а затем в почках. Меньшие количества этого спирта накапливаются в мышцах, жире и головном мозгу. Метаболитом метилового спирта является формальдегид, который окисляется до муравьиной кислоты. Часть этой кислоты разлагается на оксид углерода (IV) и воду. Некоторое количество метилового спирта, не подвергшегося метаболизму, выделяется с выдыхаемым воздухом. Он может выделяться с мочой в виде глюкуронида. Однако с мочой могут выделяться и небольшие количества неизмененного метилового спирта. Метиловый спирт окисляется в организме медленнее, чем этиловый спирт.

ЭТИЛОВЫЙ СПИРТ

Этиловый спирт С 2 Н 5 ОН (этанол, этиловый алкоголь, винный спирт) - бесцветная, летучая жидкость с характерным запахом, жгучая на вкус (пл. 0,813-0,816, т. кип. 77-77,5 °С). Этиловый спирт горит синеватым пламенем, смешивается во всех соотношениях с водой, диэтиловым эфиром и многими другими органическими растворителями, перегоняется с водяным паром.

Этиловый спирт неравномерно распределяется в тканях и биологических жидкостях организма. Это зависит от количества воды в органе или биологической жидкости. Количественное содержание этилового спирта прямо пропорционально количеству воды и обратно пропорционально количеству жировой ткани в органе. В организме содержится около 65 % воды от общей массы тела. Из этого количества 75- 85 % воды содержится в цельной крови. Учитывая большой объем крови в организме, в ней накапливается значительно большее количество этилового спирта, чем в других органах и тканях. Поэтому определение этилового спирта в крови имеет большое значение для оценки количества этого спирта, поступившего в организм.

Метаболизм. Часть этилового спирта (2-10 %) выделяется из организма в неизмененном виде с мочой, выдыхаемым воздухом, потом, слюной, калом и т. д Остальное количество этого спирта подвергается метаболизму. Причем метаболизм этилового спирта может происходить несколькими путями. Определенное количество этилового спирта окисляется с образованием воды и оксида углерода (IV). Несколько большее количество этого спирта окисляется до уксусного альдегида, а затем до уксусной кислоты.

ИЗОАМИЛОВЫЙ СПИРТ

Изоамиловый спирт (СН 3) 2 -СН-СН 2 -СН 2 -ОН (2-метил-бутанол-4 или изобутилкарбинол) представляет собой оптически неактивную жидкость (т. кип. 132,1 °С, пл. 0,814 при 20 °С), имеющую неприятный запах.

Изоамиловый спирт (2-метилбутанол-4) является главной составной частью сивушных масел. В состав сивушных масел входят также оптически активный изоамиловый спирт СН 3 -СН 2 -СН(СН 3)-СН 2 -ОН (2-метилбутанол-1), изобутиловый спирт и нормальный пропиловый спирт. Кроме этих спиртов в сивушных маслах в незначительных количествах содержатся жирные кислоты, их эфиры и фурфурол. Наличием 2-метилбутанола-4 в сивушных маслах объясняется его резкий неприятный запах и высокая токсичность. Изоамиловый спирт (2-метилбутанол-4) является побочным продуктом спиртового брожения углеводов, содержащихся в свекле, картофеле, фруктах, зернах пшеницы, ржи, ячменя и других сельскохозяйственных культурах.

Изоамиловый спирт в 10-12 раз токсичнее, чем этиловый. Он действует на центральную нервную систему, обладает наркотическими свойствами.

Метаболизм. Часть дозы изоамилового спирта, поступившего в организм, превращается в альдегид изовалериановой кислоты, а затем в изовалериановую кислоту. Некоторое количество неизмененного изоамилового спирта и указанных выше метаболитов выделяются из организма с мочой и с выдыхаемым воздухом.

ЭТИЛЕНГЛИКОЛЬ

Этиленгликоль (НО-СН 2 -СН 2 -ОН) является одним из представителей двухатомных спиртов, имеющих токсикологическое значение. Это бесцветная маслянистая жидкость (т. кип. 197 °С) сладковатого вкуса. Этиленгликоль смешивается с водой во всех соотношениях, плохо растворяется в диэтиловом эфире, хорошо-в этиловом спирте. Этиленгликоль перегоняется с водяным паром.

Метаболизм. Метаболизм этиленгликоля является сложным. Основной путь метаболизма этого препарата состоит в том, что он окисляется до альдегида гликолевой кислоты НО-СН 2 -СНО, который дальше окисляется до гликолевой кислоты НО-СН 2 - СООН, разлагающейся на оксид углерода (IV) и муравьиную кислоту. Часть этиленгликоля в организме превращается в щавелевую кислоту, которая может быть причиной повреждения почек в результате отложения оксалатов в почечных канальцах. Оксид углерода (IV), как метаболит этиленгликоля, выделяется из организма с выдыхаемым воздухом. Остальные метаболиты и часть неизмененного этиленгликоля выделяется из организма с мочой.

Выделение этиленгликоля из биологического материала. Метод выделения этиленгликоля из объектов химико-токсикологического анализа предложен Н. Б. Лапкиной и В. А. Назаренко. Этот метод основан на использовании бензола как селективного переносчика этиленгликоля из объектов в дистиллят. Бензол совместно с парами этиленгликоля и небольшим количеством водяного пара переносится в дистиллят. Вода, которая перегоняется при этом, практически содержит весь этиленгликоль.

На исследование берут печень трупа, в которой после отравления содержится больше этиленгликоля, чем в других органах. При острых отравлениях этиленгликолем исследованию подвергают и желудок с содержимым. К 10 г печени или содержимого желудка прибавляют 5 г кристаллической щавелевой кислоты, смесь растирают до получения тонкой кашицы, переносят в круглодонную колбу 1 вместимостью 100 мл и прибавляют 50 мл бензола. Колбу закрывают вертикально поставленным холодильником 3, снабженным приспособлением 2 для улавливания воды. Затем колбу устанавливают на водяную баню и нагревают. Пары бензола и увлекаемые им вода и этиленгликоль конденсируются в холодильнике и попадают в специальное приспособление. Поскольку в этом приспособлении (насадке) бензол (плотностью 0,879) находится сверху воды, он стекает в колбу. Вода и находящийся в ней этиленгликоль остаются в насадке. После окончания отгонки разбирают прибор и пипеткой из насадки отбирают необходимое для анализа количество жидкости.

Обнаружение этиленгликоля.

Реакция окисления этиленгликоля периодатом и обнаружение образовавшегося формальдегида. В результате указанной реакции образуется формальдегид, который можно обнаружить при помощи фуксинсернистой кислоты:

Окисление этиленгликоля азотной кислотой и обнаружение щавелевой кислоты. При многократном выпаривании этиленгликоля с азотной кислотой образуется щавелевая кислота, которая с солями кальция образует кристаллы оксалата кальция, имеющие характерную форму. Эти кристаллы в ряде случаев появляются через 2-3 суток.

Реакция с сульфатом меди. От прибавления сульфата меди и щелочи к этиленгликолю образуется соединение, имеющее синюю окраску:

ХЛОРОФОРМ

Хлороформ (трихлорметан) СНCl 3 - бесцветная прозрачная летучая жидкость с характерным запахом. Смешивается с диэтиловым эфиром, этиловым спиртом и другими органическими растворителями, слабо растворяется в воде (см. табл. 1). Под влиянием света, воздуха, влаги и температуры хлороформ постепенно разлагается. При этом могут образовываться фосген, муравьиная и соляная кислоты.

Метаболизм. Хлороформ, поступивший в организм, быстро исчезает из крови. Через 15-20 мин с выдыхаемым воздухом в неизмененном виде выделяется 30-50 % хлороформа. В течение часа через легкие выделяется до 90 % хлороформа, поступившего в организм. Однако еще и через 8 ч в крови можно обнаружить незначительные количества хлороформа. Часть хлороформа подвергается биотрансформации. При этом в качестве метаболитов образуются оксид углерода (IV) и хлороводород. При химико-токсикологических исследованиях основными объектами анализа на наличие хлороформа в организме являются выдыхаемый воздух, богатые жирами ткани трупов и печень.

Обнаружение хлороформа

Реакция отщепления хлора. При нагревании хлороформа со спиртовым раствором щелочи происходит отщепление атомов хлора, которые можно обнаружить при помощи реакции с нитратом серебра:

Перед выполнением этой реакции необходимо убедиться в том, что в исследуемом растворе (дистилляте) и в реактивах отсутствуют ионы хлора.

Реакция Фудживара. Хлороформ и ряд других галогенсодержащих соединений можно обнаружить при помощи реакции Фудживара, которая основана на взаимодействии этих веществ с пиридином в присутствии щелочи. При взаимодействии хлороформа с пиридином и щелочью образуется полиметиновый краситель. При этой реакции вначале образуется соль пиридиния:

Под влиянием щелочи соль пиридиния превращается в производное глутаконового альдегида (I), при гидролизе которого образуется глутаконовый альдегид (II), имеющий окраску:

Описано два варианта реакции Фудживара. При использовании первого варианта наблюдают окраску образовавшегося глутаконового альдегида. При втором варианте этой реакции к образовавшемуся глутаконовому альдегиду прибавляют ароматический амин или другое соединение, содержащее подвижный атом водорода, а затем наблюдают окраску.

Реакция с резорцином. При нагревании хлороформа с резорцином в присутствии щелочи появляется розовая или малиново-красная окраска.

Реакция образования изонитрила. При нагревании хлороформа с первичными аминами и щелочью образуется изонитрил (карбиламин), имеющий неприятный запах:

Реакция с реактивом Фелинга. При взаимодействии хлорофор ма со щелочью образуется соль муравьиной (формиатной) кислоты:

Реактив Фелинга, содержащий внутрикомплексное соединение K 2 Na 2 , которое образуется при взаимодействии ионов меди (II) с сегнетовой солью, при нагревании окисляет муравьиную кислоту и ее соли. В результате реакции выпадает красного цвета осадок оксида меди (I):

ХЛОРАЛГИДРАТ

Хлоралгидрат или

Бесцветные кристаллы или мелкокристаллический порошок с характерным острым запахом и слегка горьковатый, растворяется в воде, этиловом спирте, диэтиловом эфире и хлороформе. Хлоралгидрат гигроскопичен и медленно улетучивается на воздухе.

Метаболизм. Хлоралгидрат быстро всасывается в кровь из пищевого канала. В организме он подвергается метаболизму. Метаболитами хлоралгидрата являются трихлорэтанол и трихлоруксусная кислота. Считают, что токсическое действие хлоралгидрата на организм объясняется образованием трихлорэтанола. Трихлоруксусная кислота в организме может образовываться двумя путями: непосредственно из хлоралгидрата и из трихлорэтанола. Трихлорэтанол из организма выделяется с мочой в виде глюкуронида. После смерти, наступившей в результате отравления хлоралгидратом, определенное количество его в неизмененном виде можно обнаружить в печени и желудке.

Обнаружение хлоралгидрата

Хлоралгидрат дает все реакции, которые в химико-токсикологическом анализе применяются для обнаружения хлороформа. Это объясняется тем, что применяемые в химико-токсикологическом анализе реакции на хлороформ производятся в присутствии щелочи, под влиянием которой хлоралгидрат разлагается с выделением хлороформа:

Для отличия хлоралгидрата от хлороформа может быть использована реакция с реактивом Несслера. Эту реакцию дает хлоралгидрат, содержащий альдегидную группу. Не дает этой реакции хлороформ.

Реакция с реактивом Несслера. При взаимодействии хлоралгидрата с реактивом Несслера выделяется свободная ртуть:

ЧЕТЫРЕХХЛОРИСТЫЙ УГЛЕРОД

Четыреххлористый углерод ССl 4 - прозрачная жидкость со своеобразным запахом (т. кип. 75-77 °С). Он смешивается в любых соотношениях с ацетоном, бензолом, бензином, сероуглеродом и другими органическими растворителями. В воде при 20 °С растворяется около 0,01 % четыреххлористого углерода. Четыреххлористый углерод не огнеопасен, его пары в несколько раз тяжелее воздуха.

Четыреххлористый углерод поступает в организм при вдыхании его паров, а также может поступать через неповрежденную кожу и пищевой канал. Четыреххлористый углерод неравномерно распределяется в организме. Количество его в ткани, богатой жирами, в несколько раз больше, чем в крови. Содержание четыреххлористого углерода в печени и в костном мозгу значительно выше, чем в легких. В эритроцитах крови трупов содержится четыреххлористого углерода примерно в 2,5 раза больше, чем в плазме.

Метаболизм. Четыреххлористый углерод быстро выделяется из организма. Уже через 48 ч после поступления в организм его нельзя обнаружить в выдыхаемом воздухе. Его метаболитами являются хлороформ и оксид углерода (IV).

ДИХЛОРЭТАН

Известны два изомера дихлорэтана (С 2 Н 4 Сl 2): 1,1-дихлорэтан и 1,2-дихлорэтан.

1,1-Дихлорэтан (хлористый этилиден) СН 3 СНСl 2 - бесцветная жидкость (плотность 1,189 при 10 °С), кипящая при 58 °С. 1,2-Дихлорэтан (хлористый этилен) Сl-СН 2 -СН 2 -Сl - жидкость (плотность 1,252 при 20 °С), кипящая при 83,7 °С. В промышленности 1,2-дихлорэтан более широко используется, чем 1,1-дихлорэтан.

1,2-Дихлорэтан слабо растворяется в воде, хорошо растворяется в большинстве органических растворителей. Он стоек к действию кислот и щелочей. Воспламеняется с трудом. Технический 1,2-дихлорэтан содержит примесь трихлорэтилена С1-СН = СС1 2 .

Выделение дихлорэтана из биологического материала. Выделение дихлорэтана из биологического материала производится путем перегонки с водяным паром. На исследование берут первые порции дистиллята. В тех случаях, когда имеются специальные указания провести исследование биологического материала на наличие 1,2-дихлорэтана, получают около 300 мл дистиллята, который подвергают повторной перегонке и собирают первые 200 мл дистиллята. Этот дистиллят дважды подвергают перегонке с дефлегматором. Последний дистиллят (объемом 10 мл), полученный при отгонке жидкости с дефлегматором, подвергают исследованию на наличие 1,2-дихлорэтана.

ФОРМАЛЬДЕГИД

Формальдегид (альдегид муравьиной кислоты)-газ, хорошо растворимый в воде, обладающий острым специфическим запахом. Водный раствор, содержащий 36,5-37,5 % формальдегида, называется формалином.

Формальдегид изолируют из биологического материала путем перегонки с водяным паром. Однако этим методом перегоняется только незначительная часть формальдегида. Считают, что формальдегид в водных растворах находится в виде гидрата (метиленгликоля), который трудно отгоняется с водяным паром:

НСНО + НОН ---> СН 2 (ОН) 2 .

Формальдегид угнетает центральную нервную систему, в результате этого может произойти потеря сознания, появляются судороги. Под влиянием формальдегида развиваются дегенеративные поражения печени, почек, сердца и головного мозга. Формальдегид оказывает влияние на некоторые ферменты. 60-90 мл формалина являются смертельной дозой.

Метаболизм. Метаболитами формальдегида являются метиловый спирт и муравьиная кислота, которые, в свою очередь, подвергаются дальнейшему метаболизму.

Обнаружение формальдегида

Реакция с хромотроповой кислотой. Хромотроповая кислота (1,8-диоксинафталин-3,6-дисульфокислота) с формальдегидом в присутствии серной кислоты дает фиолетовую окраску.

Свинец ядовит и обладает кумулятивными свойствами (способностью накапливаться в организме). Вследствие этого наличие свинца во всех видах консервов не допускается.

Основные источники попадания свинца в консервы – полуда, содержание свинца в которой ограничивается до 0,04 %, и припой. Наличие в консервируемых продуктах веществ, способных растворять металлы, может привести при длительном хранении консервов к переходу свинца в состав содержимого банки. Содержание свинца в продукте определяют в случае длительного хранения и наличия на внутренней стороне банки наплывов припоя.

Метод основан на получении раствора хлорида свинца после озоления навески продукта, осаждении из раствора сульфидов металлов и определении свинца в насыщенном растворе ацетата натрия в присутствии бихромата калия.

Порядок выполнения анализа: 15 г измельченного продукта помещают в фарфоровую чашку диаметром около 7 см, высушивают на песочной бане или в сушильном шкафу, а затем осторожно обугливают и озоляют на слабом огне или муфельной печи при слабо-красном накаливании стенок муфеля. К золе добавляют 5 мл разбавленной соляной кислоты (соотношение1:1), 1 каплю пероксида водорода и выпаривают на водяной бане досуха. К сухому остатку добавляют 2 мл 10 %-ной соляной кислоты и 3 мл воды, после чего содержимое чашки фильтруют через предварительно смоченный водой фильтр в коническую колбу вместимостью 100 мл. Чашку и фильтр промывают 15 мл дистиллированной воды, собирая промывные воды в ту же колбу. Полученный раствор нагревают до 40-50 ˚С, пропуская через него в течение 40 - 60 минут сероводород через узко оттянутую трубку, доходящую до дна колбы. При этом в осадок выпадают сульфиды свинца, олова, меди. Выпавший осадок сульфидов и серы отделяют центрифугированием в пробирке вместимостью 10 мл. Жидкость сливают, а осадок сульфидов металлов промывают 1 – 2 раза 1%-ным раствором соляной кислоты, насыщенным сероводородом. К промытому осадку сульфидов тотчас же добавляют 5 капель 10 %-ного раствора гидроксида натрия (во избежание окисления сульфида свинца в сульфат, растворимый в щелочах), нагревают на кипящей водяной бане, вводят 10 мл воды и центрифугируют. При большом осадке обработку гидроксидом натрия производят два раза.

К осадку сульфидов свинца и меди добавляют 5 – 10 капель смеси крепкой серной и азотной кислоты, взятых в равных количествах, осторожно нагревают на небольшом пламени горелки до полного удаления паров азотной кислоты и появления белых густых паров триоксида серы. После охлаждения в пробирку добавляют 0,5 –1,5 мл дистиллированной воды и такое же количество этанола. Если после прибавления воды и спирта раствор остается прозрачным, то соли свинца считают необнаруженными. При появлении в растворе мути или выпадения белого осадка сульфат свинца отделяют разбавленным этанолом (соотношение 1:1). К оставшемуся в центрифужной пробирке осадку сульфата свинца добавляют 1 мл насыщенного раствора ацетата натрия, предварительно слабо подкисленного уксусной кислотой, и нагревают на кипящей водяной бане 5 – 10 минут. Затем приливают 1 мл дистиллированной воды, после чего содержимое пробирки фильтруют через маленький фильтр, смоченный дистиллированной водой. Фильтрат собирают в мерный цилиндр вместимостью 10 мл. Пробирку и фильтр промывают несколько раз, небольшими порциями дистиллированной воды, собирая промывные воды в тот же цилиндр. Объем раствора доводят водой до метки и перемешивают. 5 мл раствора из цилиндра переносят в центрифужную пробирку, добавляют 3 капли 5%-ного раствора бихромата калия и перемешивают. Если раствор остается прозрачным в течение 10 мин, считают, что свинец не обнаружен. При наличии свинца в растворе появляется желтая муть (PbCrO4). В этом случае проводят количественное определение свинца.

Для количественного определения свинца определенный объем раствора (0,5 – 2 мл) из цилиндра переносят в плоскодонную пробирку с делениями на 10 мл. В три другие такие же пробирки вносят стандартный раствор с содержанием свинца 0,01; 0,015 и 0,02 мг. В пробирки со стандартным раствором добавляют такое количество насыщенного раствора ацетата натрия, слабо подкисленного уксусной кислотой, чтобы его содержание в испытуемом и стандартном растворах было одинаковым (если для количественного определения свинца берут 1 мл испытуемого раствора, то в пробирки со стандартным раствором свинца добавляют 0,1 мл ацетата натрия). Далее во все четыре пробирки добавляют дистиллированную воду до 10 мл, перемешивают и приливают по 3 капли 5%-ного раствора бихромата калия. Содержимое пробирки хорошо перемешивают и через 10 – 15 минут мутность испытуемого раствора сравнивают с мутностью стандартных растворов.

Х = (а ·10·1000)/V ·15, (6)

где х – содержание свинца в 1 кг продукта, мг;

а – количество свинца в пробирке стандартным раствором, мг;

10 – объем разведения, мл;

V – объем раствора, взятый для сравнения со стандартным раствором, мл; 15 – навеска продукта, г.

Приготовление стандартного раствора нитрата свинца. 160 мг нитрата свинца растворяют в небольшом количестве дистиллированной воды в мерной колбе вместимостью 100 мл, добавляют 1 каплю концентрированной азотной кислоты, перемешивают и доводят объем дистиллированной водой до метки; 1 мл такого раствора содержит 1 мг свинца, 2 мл раствора переносят в мерную колбу вместимостью 100 мл, доводят объем дистиллированной водой до метки. Последний раствор является стандартным. В 1 мл его содержится 0,02 мг свинца.

Определение иона свинца (качественное)

Йод калий дает в растворе с ионами свинца характерный осадок PbI 2: Исследования производятся следующим образом. К испытуемому раствору прибавить немного KI, после чего, добавив CH 3 COOH, нагреть содержимое пробирки до полного растворения первоначально выпавшего мало характерного желтого осадка PbI 2 . Охладить полученный раствор под краном, при этом PbI 2 выпадет снова, но уже в виде красивых золотистых кристаллов Pb 2+ +2I- . = PbI 2

Определение ионов меди (качественное)

В фарфоровую чашку поместить 3-5мл исследуемой воды, выпарить досуха, затем прибавить 1каплю конц. раствора аммиака. Появление интенсивно синего цвета свидетельствует о появлении меди

2Сu 2+ +4NH 4 . ОН = 2 2+ +4H 2 O

Определение органических веществ в воде

Оборудование и реактивы: пробирки, пипетка на 2мл, HCl (1:3), KMnO 4

Определение: Наливают в пробирки 2 мл фильтрата пробы, добавляют несколько капель соляной кислоты. Затем готовят розовый раствор KMnO 4 и приливают его к каждой пробе по каплям. В присутствии органических веществ KMnO 4 будет обесцвечиваться. Можно считать, что органические вещества полностью окислены, если красная окраска сохраняется в течение одной минуты. Посчитав количество капель, которое потребуется для окисления всех органических веществ, узнаем загрязненность пробы

Методы устранения жёсткости воды

Для избавления от временной жёсткости необходимо просто вскипятить воду. При кипячении воды гидрокарбонаты разлагаются с образованием осадка среднего или основного карбоната:

Ca(HCO 3) 2 = СаСО 3 + СО 2 + Н 2 О,

Mg(HCO 3) 2 = Мg 2 (ОН) 2 СО 3 +3СО 2 + Н 2 О,

и жёсткость воды снижается. Поэтому гидрокарбонатную жёсткость называют временной.

Умягчить жёсткую воду можно и обработкой воды различными химическими веществами. Так, временную (карбонатную) жёсткость можно устранить добавлением гашеной извести:

Са 2+ +2НСО - 3 + Са 2+ + 2ОН - = 2СаСО 3 + 2Н 2 О

Mg 2+ +2НСО - 3 + Са 2+ + 4ОН - = Mg(ОН) 2 +2СаСО 3 + 2Н 2 О.

При одновременном добавлении извести и соды можно избавиться от карбонатной и некарбонатной жёсткости (известково-содовый способ). Карбонатная жёсткость при этом устраняется известью (см. выше), а некарбонатная - содой:

Са 2+ + СО 2- 3 = СаСО 3 Mg 2+ + СО 2- 3 = Mg СО 3

Вообще, с постоянной жёсткостью бороться труднее. Кипячение воды в данном случае не приводит к снижению её жёсткости.

Для борьбы с постоянной жёсткостью воды используют такой метод, как вымораживание льда. Необходимо просто постепенно замораживать воду. Когда останется примерно 10 % жидкости от первоначального количества, необходимо слить не замершую воду, а лёд превратить обратно в воду. Все соли, которые образую жёсткость, остаются в незамерзшей воде.

Ещё один способ борьбы с постоянной жёсткостью - перегонка, т.е. испарение воды с последующей её конденсацией. Так как соли относятся к нелетучим соединениям, то они остаются, а вода испаряется.

Также, чтобы избавиться от постоянной жёсткости, можно, например, к воде добавить соду:

СаСl 2 + Na 2 CO 3 = CaCO 3 + 2NaCl.

В настоящее время для борьбы с жёсткой водой существуют и более современные способы, чем кипячение воды или вымораживание, например, установка фильтров-умягчителей. Они смягчают воду и в результате, она обладает лучшими вкусовыми качествами и более благоприятно воздействует на кожу человека.