Этапы исследовательской деятельности по изучению водных ресурсов. Методики, необходимые для исследования водных ресурсов
Подготовка. Определение темы и целей исследования, формирование задач, определение источников информации, а также способов её сбора и анализа.
Проведение исследований. На основании материалов, полученных в ходе экспериментов и наблюдений, проводится исследование.
Анализ информации. Полученные данные анализируются, и формируются выводы.
Методики, необходимые для исследования водных ресурсов:
- Органолептическое исследование - метод оценки, при котором ведущими являются органы человеческих чувств. В ходе исследования лаборант выясняет, есть ли в образце следы примесей, каков цвет, запах и вкус пробы — то есть идёт непосредственное восприятие воды без использования оборудования или химических тестов.
Некоторые показатели, которые оцениваются при органолептическом исследовании воды:
- Запах. Для определения запаха воды используют метод «нюханья». Взяв небольшое количество воды в стеклянную ёмкость, специалисты анализируют, есть ли какие-либо необычные или неприятные запахи, которые могут свидетельствовать о наличии загрязнений или химических соединений.
- Мутность. Оценка степени мутности воды производится визуально. Наполняют прозрачный сосуд водой и смотрят, насколько хорошо видны объекты на дне сосуда. Это позволяет определить наличие мелких частиц, которые могут снижать прозрачность воды.
- Цветность. Анализ цветности воды проводится также визуально. Цвет воды сравнивают с эталонами цветности, чтобы определить, есть ли отклонения от нормы. Например, желтоватый или коричневатый оттенок может указывать на присутствие органических веществ.
- Вкус и привкус. Небольшое количество воды оценивается на вкус на предмет наличия неприятных или химических привкусов, которые могут возникнуть из-за загрязнений.
Органолептический анализ важен, но не всегда достаточен для полной оценки качества воды. Он является первичным шагом, который может дать представление о присутствии загрязнений, но для точной оценки рекомендуется дополнительный химический и микробиологический анализ.
- Физико-химическое исследование воды. Производится по таким показателям, как жёсткость, минерализация, щёлочность, окисляемость.
Определить жёсткость воды можно несколькими способами:
- С помощью тест-полосок. На бумагу нанесён реагент, который при контакте с водой меняет цвет — интенсивность окраски различается в зависимости от концентрации вещества в воде. Полоску нужно просто опустить в воду и через несколько секунд получить результат.
- Мыльный тест. В жёсткой воде мыло плохо пенится. Для эксперимента можно взять небольшое количество воды, добавить туда мыло (лучше в стружке) и хорошенько взболтать. Чем меньше пены, тем жёстче вода. Для сравнения можно взять то же количество мыла и то же количество дистиллированной воды (она — мягкая) и сравнить результаты.
- С помощью солемеров. Прибор, напоминающий электронный градусник, нужно опустить в воду и посмотреть на дисплее показания. Однако эти приборы измеряют общее количество солей в воде, а не конкретное содержание кальция и магния.
- Выпаривание воды. Воду наливают в стеклянную ёмкость, выпаривают, и по сухому остатку оценивают количество солей.
Самый надёжный способ определить жёсткость — провести лабораторные исследования. Для этого можно сдать воду на анализ, например, в санэпидстанцию.
По санитарным правилам и нормам жёсткость питьевой водопроводной воды не должна превышать 7 мг-экв/л.
Определение минерализации воды - показатель количества содержащихся в воде растворённых веществ (неорганические соли, органические вещества). Также этот показатель называют содержанием твёрдых веществ или общим солесодержанием. Растворённые газы при вычислении общей минерализации не учитываются.
Основные единицы измерения минерализации воды:
мг/л или мг/дм³— количество миллиграммов на 1 литр или на 1 кубический дециметр;
‰—промилле (1 ‰ = 1 г/л = 1000 мг/л);
ppm— миллионные доли (1 ppm = 1 мг/л = 0,001 ‰).
Точно уровень минерализации определяется только в лаборатории.Приблизительное значение можно получить и дома с помощью TDS-метра — специального прибора, который измеряет электропроводность воды. Однако на электропроводность влияет не только концентрация солей, но и другие факторы — например, температура.
Щелочность воды определяют несколькими способами:
Титриметрический метод. Пробу титруют стандартным раствором кислоты в присутствии индикаторов фенолфталеина или метилового оранжевого. Для проведения исследования используются промышленные анализаторы щёлочности или лабораторные титраторы.
Колориметрический метод. Измерение интенсивности цвета, показывающее количество вещества, растворённого в жидкости. Для проведения исследования используются фотоколориметры и спектрофотометры.
Тест-наборы и тест-полоски для титрования. Позволяют провести экспресс-анализ и приблизительную оценку содержания карбонатов, бикарбонатов, гидроксидов и других растворённых солей в пробе воды.
Для анализа щелочности воды определяют три показателя:
Общая щёлочность (М). Определяет общее количество ионов карбоната, бикарбоната и гидроксида, которые присутствуют в жидкости. Исходя из уровня СО2 пробу жидкости титруют до уровня водородного показателя 4,9–4,3.
Свободная щёлочность (Р). Проводится титрование пробы до уровня рН 8,3 с определением количества сильной кислоты, необходимой для титрования гидроксидов и карбонатов.
Карбонатная щёлочность (С). С помощью титрования до значения водородного показателя 5,5 определяется содержание карбонатов и гидрокарбонатов.
Окисляемость воды — это показатель содержания в воде органических и минеральных веществ, выраженный количеством кислорода в мг для окисления 1 л воды.
Определение окисляемости воды проводится в лабораторных условиях. Для анализа используют различные методы, например:
Титрование. В раствор постепенно вводится титрант (перманганат калия) до изменения цвета раствора.
Определение с участием других веществ. В одном случае используют щавелевую и серную кислоты, которые требуют кислой среды. В другом — вводят в щелочной раствор серную кислоту, едкий натр или йодистый калий.
Полевой способ (экспресс-метод). 10 мл исследуемой воды наливают в пробирку, прибавляют туда 0,5 мл разведённой 1:3 серной кислоты и 1 мл 0,01 н. раствора марганцовокислого калия. После перемешивания содержимого пробирку оставляют в покое на 20 минут при окружающей температуре свыше 20 °С и на 40 минут при температуре от 10 до 20 °С. Затем определяют приближённое значение окисляемости, выраженное в миллиграммах кислорода на 1 л воды.
Также на окисляемость воды может указывать отчётливая цветность: если она связана с мутностью и специфичным запахом от органических веществ, это означает высокий процент присутствия органики и высокие показатели окисления.
- Микробиологическое и паразитологическое исследование воды. Позволяет определить наличие в воде различных бактерий и паразитов, среди которых могут быть и болезнетворные. Пробы воды проверяются в лабораторных условиях.
- Химические исследования воды. При анализе химического состава определяют наличие и количество органических и неорганических примесей — таких как металлы, сложные органические вещества, ПАВы, нефтепродукты и т. д..
Некоторые методики химического исследования воды:
Фотометрия и люминесценция. В основе методики лежит эффект свечения. Тестируемая жидкость обрабатывается ультрафиолетом, в ответ на обработку разные вещества светятся по-разному.
ИК-спектрометрия. Используется для выявления присутствия жиров и нефтепродуктов. Через воду пропускается инфракрасное излучение, заставляющее молекулы неравномерно колебаться. Длина волн служит маркером для определения примеси конкретного вещества.
Полярография. Позволяет установить концентрацию в воде ионов свинца, цинка и органических веществ. Метод основан на движении ионов при проведении электролитической диссоциации.
Масс-спектрометрия. Анализирует структуру вещества с помощью данных о его массе и заряде ионов. Применяется для определения изотопного состава молекул.
Потенциометрия. Методика химического анализа воды, позволяющая установить наличие фторидов и водородный показатель (pH). В основе способа лежит измерение электродвижущих сил.
Дозиметрия. Устанавливает наличие в жидкости радиоактивных примесей. 1
Для полноценного и качественного результата рекомендуется обратиться к специалистам, которые подберут подходящую методику анализа.
- Определение радионуклидов. Анализ на альфа-, бета-частицы и радий проводится для определения радиационной безопасности воды, только специалистами в лаборатории.
