Содержание нитратов в поверхностных водах города Архангельска и Архангельской области

Содержание

Введение
Глава 1. Обзор литературы
1.1. Вода питьевая, ее качество
1.2. Общая характеристика нитратов
1.3. Нахождение нитратов в природе, их место в круговороте азота
1.4. Использование нитратов в народном хозяйстве. Природные и антропогенные источники их поступления в окружающую среду
1.5 Метаболизм нитратов в организме человека
Глава 2. Методика определения NO3 -
2.1. Потенциометрия
2.2. Электроды
2.2.1. Классификация электродов
2.2.2 Электроды сравнения
2.2.3 Ионоселективные электроды
2.3 Проблема выбора электродов
Глава 3. Экспериментальная часть
3.1 Цели и задачи эксперимента
3.2 Объекты исследования
3.3 Отбор и хранение проб
3.4 Определение нитратов ионометрическим методом
3.4.1 Аппаратура, материалы и реактив ...

Содержание

Введение
Глава 1. Обзор литературы
1.1. Вода питьевая, ее качество
1.2. Общая характеристика нитратов
1.3. Нахождение нитратов в природе, их место в круговороте азота
1.4. Использование нитратов в народном хозяйстве. Природные и антропогенные источники их поступления в окружающую среду
1.5 Метаболизм нитратов в организме человека
Глава 2. Методика определения NO3 -
2.1. Потенциометрия
2.2. Электроды
2.2.1. Классификация электродов
2.2.2 Электроды сравнения
2.2.3 Ионоселективные электроды
2.3 Проблема выбора электродов
Глава 3. Экспериментальная часть
3.1 Цели и задачи эксперимента
3.2 Объекты исследования
3.3 Отбор и хранение проб
3.4 Определение нитратов ионометрическим методом
3.4.1 Аппаратура, материалы и реактивы
3.4.2 Приготовление растворов
3.4.3 Подготовка электродов к работе
3.4.4 Проведение анализа
3.4.5 Построение градуировочного графика
3.5 Результаты исследования и их обсуждения
3.6 Выводы
Заключение
Список использованной литературы
Приложения

Содержание

Введение
Глава 1. Обзор литературы
1.1. Вода питьевая, ее качество
1.2. Общая характеристика нитратов
1.3. Нахождение нитратов в природе, их место в круговороте азота
1.4. Использование нитратов в народном хозяйстве. Природные и антропогенные источники их поступления в окружающую среду
1.5 Метаболизм нитратов в организме человека
Глава 2. Методика определения NO3 -
2.1. Потенциометрия
2.2. Электроды
2.2.1. Классификация электродов
2.2.2 Электроды сравнения
2.2.3 Ионоселективные электроды
2.3 Проблема выбора электродов
Глава 3. Экспериментальная часть
3.1 Цели и задачи эксперимента
3.2 Объекты исследования
3.3 Отбор и хранение проб
3.4 Определение нитратов ионометрическим методом
3.4.1 Аппаратура, материалы и реактив ы
3.4.2 Приготовление растворов
3.4.3 Подготовка электродов к работе
3.4.4 Проведение анализа
3.4.5 Построение градуировочного графика
3.5 Результаты исследования и их обсуждения
3.6 Выводы
Заключение
Список использованной литературы
Приложения

В легких случаях отравления преобладает сонливость и общая депрессия. Динамика острого нитратного отравления исследована на крысах Г. Б. Барсельянцем. Интересно сходство острого нитратного и алкогольного отравлений. Алкоголь, склеивая эритроциты, также вызывает кислородное голодание. Исследовали вводили крысам смертельную дозу натриевой (чилийской) селитры. Через 10—20 мин. после введения препарата у животных появлялось возбуждение, которое через 20—40 мин.сменялось угнетением. Крысы меньше двигались, у них нарушалась координация движений, дыхание становилось частым, поверхностным. Шерсть была взъерошенной, видимые кожные покровы и слизистые оболочки становились синюшными. Реакция на внешние раздражители замедлялась. Наблюдались кровянистые выделения из носа, фибриллярные подергивания отдельных мышц, судороги, непроизвольное мочеиспускание, боковое положение. Гибель животных, как правило, наступала в первые сутки после затравки. Установлено, что летальная (смертельная) доза (ЛД ) для крыс равна 9120 мг натриевой селитры на 1 кг живого веса. В этом случае погибает 50% животных испытуемой группы. В “остром”опыте Н. И. Опополем было обнаружено, что введение максимально переносимой дозы нитрата натрия (3100 мг/кг веса животных) приводило к однотипным изменениям во внутренних органах крыс. В легких было множество мелких кровоизлияний, в головном мозге —мелкие очаги кровоизлияний. В миокарде (мышечная оболочка сердца) были обнаружены исчезновение поперечной исчерченности мышечных волокон, явления гемо- и лимфостаза, очаги кровоизлияний. В печени была выявлена умеренная белковая дистрофия гепатоцитов, местами — мелкие кровоизлияния. Хроническое поступление субтоксичных доз нитратов приводит к тяжелым последствиям не так быстро, как при токсичных дозах, но так же неотвратимо. Ветеринарной практикой установлено, что при использовании кормов с высоким содержанием нитратов у коров, овец, свиней увеличивается число абортов. Исследования хронических отравлений у животных показали, что поражаются в первую очередь те органы и ткани, где происходит интенсивное размножение клеток. Ф. Н. Субботин и Н. В. Волкова вводили нитраты и нитриты в куриные эмбрионы. При введении нитрита натрия до инкубации повреждалось 100% эмбрионов, после инкубации —40.7%. нитратом натрия повреждалось соответственно 22,2 и 17,6%. У цыплят отмечались уродства мозга, глаз, дефекты грудной и брюшной стенок, конечностей, клюва, редукция хвоста. Кроме того, наблюдалась значительная жировая и белковая дистрофия печени. Все изменения зависели от вводимой дозы. Чем раньше эмбрион начинал получать нитраты или нитриты, тем значительнее были изменения. Н. В. Волкова продолжила исследования на крысах, ежедневно вводя одной группе беременных самок нитрит натрия (0,05 мг/кг), другой — нитрат натрия (40 мг/кг). В результате увеличилась гибель эмбрионов, у них появились отеки, подкожные кровоизлияния, дефекты мозга, развитие их затягивалось. У некоторых эмбрионов отсутствовали задние конечности. Крысята, матери которых в течение всей беременности получали нитраты, рождались с низким средним весом, чаще гибли. Автор выяснила, что причиной снижения жизнеспособности крысят являются отклонения в становлении сердечного ритма и серьезные изменения в печени. Нарушения отмечены только у крысят, на их матерей нитрит натрия в дозе 0,05 мг/кг и нитрат натрия в дозе 40мг/кг заметных воздействий не оказали. Заслуживают внимания данные, полученные Н. И. Опополем с соавторами при определении допустимой суточной дозы (ДСД) нитратов для человека. Крысам в течение- 10 мес. давали нитрат натрия в дозе 40мг/ кг и нитрат кальция в дозах 10 и 20 мг/кг. В псовые 6 мес. никаких различий в поведении и внешнем виде экспериментальных и контрольных животных не наблюдалось, К 10-ому месяцу затравки у (л дельных животных, получавших 40 мг/кг нитрата натрия.появились сначала единичные, а затем и множественные расчесы и прокусы кожи. Позже такие явления стали наблюдаться у большинства животных этой группы, а также у получавших нитрат кальция в дозах 10 и 20 мг/кг. Животные становились осе покойными, агрессивными. Шерсть теряла блеск, становилась редкой, взъерошенной, особенно в области спины и передней части туловища, По мнению автора, это свидетельствует о том.что хроническое употребление нитратов приводит к аллергическим явлениям в организме. Кроме того, в начале 10-го месяца затравки начался падеж животных. На вскрытии у павших животных обнаружены признаки пневмонии. Хроническое отравление нитратами опасно еще и тем, что восстанавливающиеся из них нитриты соединяются с аминами и амидами любых доброкачественных белковых продуктов и образуют канцерогенные нитрозамины и нитрозамиды.Нитрозамины токсичны и канцерогенны в присутствии дополнительных ферментных систем, которые всегда имеются в организме теплокровных, а нитрозамиды проявляют эти свойства даже без дополнительной метаболизации и поражают в первую очередь кроветворную, лимфоидную, пищеварительную системы. Нитрозамины на ранних стадиях отравления подавляют иммунитет. Нитрозосоединения обладают мутагенной активностью. Две группы ученых сформулировали гипотезу о возникновении рака желудка. По этой гипотезе, в первые десятилетия жизни химический канцероген, вероятно нитрозосоединение, проникает в клетки верхней части пищеварительного тракта через повреждения защитной слизистой оболочки и вызывает мутацию клеток. Мутированные клетки вырабатывают слизь другого состава, рН повышается, в верхнюю часть желудочно-кишечного тракта проникают микроорганизмы, восстанавливающие нитраты в нитриты, образуются дополнительные нитрозосоединения. Атрофия и метаплазия слизистой желудка нарастает в течение 30—50 лет, пока у некоторых людей с такой патологией не возникнут злокачественные опухоли.Глава 2.Методика определения NO3 –2.1 ПотенциометрияИсследования проводились потенциометрическим методом. Потенциометрия (от лат. potentia-сила, мощность и греч. metreo- измеряю), электрохимический метод исследования и анализа веществ, основанный на зависимости равновесного электродного потенциала Е от термодинамической активности а компонентов электрохимической реакции: aА + bВ + ... + nеmМ + рP Эта зависимость описывается уравнением Нернста :где Е0 - стандартный потенциал, R - газовая постоянная, Т - абсолютная температура, F - постоянная Фарадея, n - число электронов, участвующих в реакции, a, b, ..., m, р ... - стехиометрические коэффициенты при компонентах реакции А, В, ..., М, Р (которыми могут быть ионы и молекулы в жидкой, твердой или газовой фазе). Активности твердых и газообразных компонентов и растворителей принимают за единицу.При потенциометрических измерениях составляют гальванический элемент с индикаторным электродом, потенциал которого зависит от активности хотя бы одного из компонентов электрохимической реакции, и электродом сравнения и измеряют электродвижущую силу (ЭДС) этого элемента.В потенциометрии используют гальванические элементы без переноса, когда оба электрода помещают в один и тот же исследуемый раствор, и с переносом, когда электроды находятся в разных растворах, имеющих между собой электролитический контакт. Последний осуществляют таким образом, что растворы могут смешиваться друг с другом только путем диффузии. Обычно их разделяют пористой керамической или пластмассовой перегородкой или прочно пришлифованной стеклянной муфтой. Элементы без переноса используют в основном для измерения констант равновесия химических реакций, константдиссоциацииэлектролитов, констант устойчивости комплексных соединений, произведений растворимости, стандартных электродных потенциалов, а также активностей и коэффициент активностиионов. Элементы с переносом используют для определения "кажущихся" констант равновесия (поскольку при этом не учитывают жидкостной потенциал), активностей и коэффициент активностиионов, а также в потенциометрических методах анализа.Среди этих методов различают прямую потенциометрию и потенциометрическое титрование. Прямая потенциометрия применяется для непосредственно определения а ионов (например Ag+ в растворе AgNO3) по значению Е соответствующего индикаторного электрода (например серебряного); при этом электродный процесс должен быть обратимым. Исторически первыми методами прямой потенциометрии были способы определения водородного показателя рН. Появление мембранных ионоселективных электродов привело к возникновению ионометрии (рХ-метрии), где рХ = — lg ах, ах - активность компонента X. Иногда рН-метрию рассматривают как частный случай ионометрии. Градуировка шкал приборов потенциометров по значениям рХ затруднена из-за отсутствия соответствующих стандартов. Поэтому при использовании ионоселективных электродовактивности (концентрации) ионов определяют, как правило, с помощью градуировочного графика или методом добавок. Применение таких электродов в неводных растворах ограничено из-за неустойчивости их корпуса и мембраны к действию органических растворителей.К прямой потенциометрии относится также редоксметрия - измерение стандартных и реальных окислительно-восстановительных потенциалов и констант равновесия окислительно - восстановительных реакций. Окислительно-восстановительный потенциал зависит от активностей окисленной и восстановленной форм вещества. Редоксметрию применяют также для определения концентрацииионов в растворах. Методом прямой потенциометрии с использованием металлических электродов изучают механизм и кинетику реакций осаждения и комплексообразования.Прямая потенциометрия обладает важными достоинствами. В процессе измерений состав анализируемого раствора не меняется. При этом, как правило, не требуется предварительного отделения определяемого вещества. Метод можно легко автоматизировать, что позволяет использовать его для непрерывного контроля технологических процессов .Более распространены методы потенциометрического титрования, с помощью которых определяют широкий круг веществ в водных и неводных средах. В этих методах регистрируют изменение потенциала индикаторного электрода в процессе титрования исследуемого раствора стандартным раствором реагента в зависимости от объема последнего. Потенциометрическое титрование проводят с использованием различных реакций: кислотно-основного и окислительно-восстановительных взаимодействий, осаждения и комплексообразования. В методах кислотно-основного титрования в качестве индикаторного можно использовать любой электрод, обратимый к ионам Н+ (водородный, хингидронный, сурьмяный, стеклянный); наиболее распространен стеклянный электрод. Окислительно-восстановительное титрование проводят с электродами из благородных металлов (чаще всего с платиновым). В методах осадительного и комплексометрического титрования индикаторный (ионоселективный или металлический) электрод должен быть обратимым относительно одного из ионов, участвующих в реакции. Вблизи точки эквивалентности наблюдается резкое изменение (скачок) электродного потенциала E, обусловленное заменой одной электрохимической реакции другой с соответствующим изменением E0. Потенциометрическое титрование имеет ряд преимуществ по сравнению с титриметрическими методами, в которых применяют химические индикаторы: объективность и точность в установлении конечной точки титрования, низкая граница определяемых концентраций, возможность титрования мутных и окрашенных растворов, возможность дифференцированного (раздельного) определения компонентов смесей из одной порции раствора, если соответствующие Е0 достаточно различаются. Потенциометрическое титрование можно проводить автоматически до заданного значения потенциала, кривые титрования записывают как в интегральной, так и в дифференцированной форме. По этим кривым можно определять "кажущиеся" константы равновесия различных процессов.Для определения компонентов обратимых систем, когда на электродах устанавливаются равновесные значения потенциалов, потенциометрическое титрование проводят при силе тока I = 0. В случае необратимых электродных процессов исследуемый раствор титруют с одним или двумя поляризованными электродами, т.е. при контролируемой силе тока I = 0. В этом случае Е устанавливается быстро и расширяется круг используемых титрантов и определяемых соединений. Потенциометрические методы анализа широко используют для автоматизации контроля технологических процессов в химической, нефтехимической, пищевой и других отраслях промышленности, в медицине, биологии, геологии, а также при контроле загрязнений окружающей среды .2.2ЭлектродыЭлектроды - электронно-проводящие фазы, контактирующие с ионным проводником (электролитом). Часто под электродом понимают лишь одну электронно-проводящую фазу. При пропускании тока от внешнего источника через систему из двух электродов, соединенных друг с другом через электролит, на электродах протекают два процесса: заряжение двойного электрического слоя и электрохимическая реакция. В отличие от фазовых контактов металл-металл, металл-полупроводник, полупроводник-полупроводник и т. п. на границе фаз, составляющих электрохимическую систему, вид носителей тока меняется, т. к. в электролите ток переносится ионами, а в электронно-проводящей фазе - электронами. Непрерывность прохождения тока через границу фаз в этом случае обеспечивается электродной реакцией. Электрод называется анодом, если на его поверхности преобладает реакция, приводящая к генерированию электронов, т. е. происходит окисление веществ, содержащихся в электролите, либо ионизация металла - анода. Электрод называется катодом, если с его поверхности электроны металла переходят на частицы реагирующих веществ, которые при этом восстанавливаются.2.2.1.Классификация электродовКлассификация электродов проводится по природе окислителей и восстановителей, которые участвуют в электродном процессе. Электродом 1-го рода называется металл (или неметалл), погруженный в электролит, содержащий ионы этого же элемента. Металл электрода является восстановленной формой вещества, а его окисленной формой - простые или комплексные ионы этого же металла. Например, для системы Сu ↔ Сu2+ + 2ē, где ē - электрон, восстановленной формой является Сu0, а окисленной - ионы Сu2+. Соответствующее такому электродному процессуНернста уравнение для электродного потенциала Е имеет вид: E = E0 + (RT/2F)∙ ln aCu2+где E0- стандартный потенциал при температуре Т;aCu2+ - термодинамическая активность ионов Сu2+; F - постоянная Фарадея; R - газовая постоянная. К электродам 1-го рода относятся амальгамные электроды, т. к. для них восстановленная форма - амальгамаметалла, а окисленная - ионы этого же металла. Например для амальгамы таллия устанавливается равновесие: Tl+ + e(Hg) ↔ Tl(Hg). В такой системе могут изменяться концентрации и окисленной, и восстановленной форм, поэтому уравнение Нернста имеет вид: E = E0 + (RT/F)∙lnaTl+/aTlгде aтl, - термодинамическая активность таллия в амальгаме. Электроды 2-го рода - системы из металла М, покрытого слоем его же труднорастворимой соли (или оксида) и погруженного в раствор, содержащий анионы этой соли (для оксида - ионы ОН-). Окисленной формой является соль а восстановленная форма представлена металлом М и анионом Az-: Mv+ Av- + ne ↔ v+ M + v- Az-,где z - зарядовое числоиона. В системе устанавливается равновесие между атомами М и анионами Az- в растворе, которое включает два "парциальных" равновесия: между металлом и катиономсоли и между аниономсоли в ее твердой фазе и анионом в растворе. Такие электроды называются обратимыми по аниону. Уравнение Нернста имеет вид: E = E0 - (RT/zF)∙ lnaAz-К электродам 2-го рода относятся многие электроды сравнения, например каломельный, хлорсеребряный, оксидно-ртутный. Электроды 3-го рода - системы из металла, контактирующего с двумя труднорастворимыми солями. В результате электрохимические реакции на электроде, менее растворимая соль превращается в более растворимую, а потенциал электрода определяется термодинамической активностьюкатионов более растворимой соли. Так, в системе Рb2+| РbС12, AgCl:2AgCl + 2e + Pb2+ ↔ 2Ag +PbCl2 E = E0 + (RT/2F)∙ln aPb2+Металл электрода может не участвовать в реакциях, а служит лишь передатчиком электронов от восстановленной формы вещества к окисленной; такие электроды называются окислительно-восстановительными или редокс-электродами. Например, платиновый электрод в растворе, содержащем ионы [Fe(CN)6]4- и [Fe(CN)6]3-, осуществляет перенос электронов между этими ионами в качестве передатчика (медиатора). Среди редокс - электродов выделяют газовые электроды, состоящие из химически инертного металла (обычно Pt), к которому подводится электрохимически активный газ (например, Н2 или С12). Молекулыгаза адсорбируются на поверхности металла, распадаясь на адсорбированные атомы, которые непосредственно участвуют в переносе электронов через границу раздела фаз. Наиболее распространен водородный электрод, на поверхности которого образуются адсорбированные атомы Надс и устанавливается равновесие: Н2↔ 2Надс↔ 2Н+ + 2ē. Различные типы электродов можно объединить в рамках так называемой концепции электронного равновесия на границе металл-электролит, согласно которой каждому равновесному электродному потенциалу соответствует определенная термодинамическая активностьэлектронов в электролите. Электрод называется идеально поляризуемым, если вследствие термодинамических или кинетических причин переход электронов через межфазную границу невозможен. При изменении потенциала такого электрода происходит только изменение строения двойного электрического слоя, что сопровождается протеканием тока заряжения, спадающего до нуля, когда перестройка двойного электрического слоя заканчивается. Для неполяризуемых, или обратимых, электродов переход электронов через границу фаз, напротив, не заторможен, и при пропускании тока через такой электрод его потенциал практически не изменяется. По функциям в электрохимической системе электроды подразделяют на рабочие, вспомогательные и электроды сравнения. Рабочим называется электрод, на котором происходит исследуемый электрохимический процесс.Вспомогательный электрод (или противоэлектрод) обеспечивает возможность пропускания тока через электрохимическую ячейку, а электрод сравнения - возможность измерения потенциала рабочего электрода. Специфика широко используемых в электрохимии жидких электродов (ртуть, амальгамы, галлий, расплавыметаллов и т. п.) связана с идеальной гладкостью их поверхности, истинная площадь которой совпадает с ее геометрической величиной, а также с энергетической однородностью и изотропностью свойств поверхности электродов и возможностью растворения выделяющихся металлов в материале электрода. На практике электроды классифицируют по химической природе материала (металлические, неметаллические, оксидные, электроды из соединений с ковалентной связью, углеграфитовые и т.д.), форме (сферические, плоские, цилиндрические, дисковые и т. д.), условиям функционирования (неподвижные, вращающиеся и т. п.), размерам (микро- и ультрамикроэлектроды), пористости, гидрофильности, участию электродного материала в электродном процессе (расходуемые и нерасходуемые) и другим признакам. Использование капельного ртутного электрода лежит в основе полярографии. Вращающийся дисковый электрод представляет интерес как система, для которой существует строгое решение диффузионной кинетической задачи. К особо практически важным электродам следует отнести каталитически активные и высоко коррозионностойкие оксидные рутениево -титановые аноды (ОРТА), применение которых революционизировало самое широкомасштабное электрохимическое производство - электролитическое получение хлора и щелочей. Модифицирование электроды, получившее широкое распространение в электрокатализе, производстве химических источников тока, электрохимических сенсоров и т. п., основано как на физических (ионная имплантация, разрыхление поверхности, выращивание монокристаллических граней, создание монокристаллических структур, физическая адсорбцияионов и молекул и др.), так и химических методах.