$$\rightleftharpoonup{xx}$$
$$\longleftharp{xx}$$,
$$\longrightharp{xx}$$,
النيتروجين والفوسفور من المغذيات النباتية الأساسية الموجودة في النظم البيئية المائية ، ومع ذلك ، بكميات زائدة ، يمكن أن تسبب مشاكل كبيرة في جودة المياه. يوجد النيتروجين والفوسفور في الماء عادة على شكل نترات وفوسفات ، على التوالي. يتم إذابة كل من العناصر الغذائية في الماء ويتم امتصاصها بسهولة بواسطة أجهزة التمثيل الضوئي مثل الطحالب.
تدخل النترات والفوسفات إلى أنظمة المياه من خلال جريان المياه العذبة من محطات معالجة مياه الصرف الصحي والمروج المخصبة والأراضي الزراعية وأنظمة الصرف الصحي المعيبة وتصريف النفايات الصناعية. بكميات زائدة ، يمكن أن يتسبب كلا المغذيين في زيادة نمو النباتات المائية وتكاثر الطحالب ، والتي تسمى التخثث. تعيش هذه الطحالب على سطح الماء ، من أجل الوصول بسهولة إلى الأكسجين وأشعة الشمس.
نتيجة لذلك ، يمنع التخثث انخفاض مستويات الماء من الوصول إلى ضوء الشمس والأكسجين في الهواء. عندما تموت الطحالب ، فإنها تغرق في مستويات المياه المنخفضة وتتحلل ، وتستهلك الأكسجين في المياه العميقة مما يسبب نقص الأكسجة أو انخفاض مستويات الأكسجين المذاب. وتصبح المياه العميقة منطقة ميتة، وبسبب حرمانها من الأكسجين، وقطعها عن إعادة الإمداد. نتيجة لذلك ، تموت الأسماك والكائنات الحية الأخرى بأعداد هائلة. تنتشر المناطق الميتة على نطاق واسع في محيطات وبحيرات العالم ، في الغالب في المناطق الحضرية المكتظة بالسكان.
سيقدم هذا الفيديو منهجية قياس تركيزات النترات والفوسفات في المياه السطحية ، ويوضح القياسات في المختبر.
يتم الإبلاغ عن النيتروجين في الماء من حيث "النترات كنيتروجين". تشير عبارة "النترات كنيتروجين" إلى كمية النيتروجين في شكل نترات. لذلك ، يمكن تحويل تركيز النترات كنيتروجين إلى تركيز النترات باستخدام نسب الأوزان الجزيئية للنيتروجين والنترات.
يتم قياس تركيز النترات باستخدام طريقة تقليل الكادميوم. يقلل معدن الكادميوم من النترات إلى نتريت ، ثم تتفاعل أيونات النتريت مع حمض السلفانيليك لتشكيل ملح ديازونيوم وسيط. ثم يقترن ملح الديازونيوم بحمض الجنتيسيك ، ويشكل مركبا بلون العنبر. كلما كان اللون الكهرماني أغمق ، زاد تركيز النترات في العينة.
تم الإبلاغ عن تركيز الفوسفور في عينات المياه بالمثل ، من حيث كمية الفوسفور في شكل فوسفات. يمكن إكمال التحويل بين تركيز الفوسفات وتركيز الفوسفات كفوسفور بسهولة باستخدام الوزن الجزيئي. يوجد الفوسفات في الماء في العديد من المطابقات المختلفة. يجب أولا تحويل جميع الفوسفات إلى أورثوفوسفات من خلال التحلل المائي عن طريق تسخين العينات ببيركبريتات الحمض والبوتاسيوم.
تستخدم طريقة حمض الأسكوربيك / الموليبدات لحساب تركيز أورثوفوسفات. يتفاعل أورثوفوسفات مع موليبدات الصوديوم في الظروف الحمضية لإنتاج مركب الفوسفات / الموليبديت. ثم يستخدم حمض الأسكوربيك لتقليل المركب ، مما ينتج عنه منتج أزرق اللون. لتحديد كثافة اللون التي ينتجها الكاشف في كلتا التجربتين ، يتم استخدام مقياس الألوان لقياس كمية الضوء التي تمتصها الأنواع الملونة. ثم يتم تحويل الامتصاص إلى تركيز.
ستوضح التجربة التالية تحليل تركيزات النترات والفوسفات في عينات المياه باستخدام حزم الكاشف المختلطة مسبقا لأداء هذه التقنية اللونية.
لبدء قياس النيتروجين ، ابحث عن برنامج النترات على مقياس الألوان ، وأدخل رقم البرنامج المناسب أو اضبط مقياس الألوان للقياس عند 420 نانومتر. قم بقياس 10 مل من عينة الماء ، وقم بسحب الأنبوب في أنبوب عينة ، وقم بتسمية الأنبوب. قم بإعداد أنبوب ثان متطابق ، وقم بتسميته على أنه فارغ.
أضف محتويات حزم كاشف طريقة تقليل الكادميوم المخلوطة مسبقا إلى أنبوب العينة. قم بتغطية كلا الأنبوبين العينتين. ابدأ في توقيت فترة التفاعل لمدة 1 دقيقة للكاشف. رج الأنبوب بقوة باليد حتى يكتمل وقت رد الفعل.
اضبط الأنبوب لأسفل ، وابدأ فترة تفاعل ثانية مدتها 5 دقائق للسماح للكادميوم بتقليل النيتروجين. عندما تنتهي فترة التفاعل ، امسح كلا الأنبوبين بمنشفة ورقية خالية من النسالة.
ضع أنبوب العينة بدون كاشف ، المسمى الفراغ ، في مقياس الألوان. تأكد من عدم تداخل أي ملصقات مع مسار الضوء. قم بتغطية الخلية بإحكام بغطاء الجهاز للتأكد من حجب كل الإضاءة المحيطة من غرفة العينة.
قم بمعايرة مقياس الألوان باستخدام الفراغ لقراءة 0.0 مجم / لتر نترات كنيتروجين. قم بإزالة الأنبوب الفارغ وضع أنبوب العينة في حامل العينة ، واستبدل غطاء الأداة. قم بقياس امتصاص العينة ، واعرض تركيز النترات على شكل نيتروجين في العينة.
يشبه قياس الفوسفور في عينة الماء قياس النيتروجين. أولا ، قم بقياس 5 مل من عينة الماء ووضعها في أنبوب عينة. أضف محتويات وسادة مسحوق بيرسلفات البوتاسيوم المخلوطة مسبقا للفوسفونات إلى أنبوب العينة.
أغطي الأنبوب بإحكام ورجيه لإذابة المسحوق. قم بتسمية الجزء العلوي من الغطاء. ضع الأنبوب في المفاعل في غطاء ، وقم بتسخينه لمدة 30 دقيقة عند 150 درجة مئوية. بعد التسخين ، قم بإزالة الأنبوب من المفاعل ، وضعه في رف أنبوبي ، واتركه ليبرد إلى درجة حرارة الغرفة.
بعد ذلك ، اضبط الأس الهيدروجيني بإضافة 2 مل من 1.54 M هيدروكسيد الصوديوم إلى أنبوب العينة. قم بتغطية الأنبوب واخلطه. في مقياس الألوان ، حدد رقم البرنامج للفوسفات وأدخل رقم البرنامج ، أو اضبط مقياس الطيف الضوئي لقياس الامتصاص عند 880 نانومتر.
نظف أنبوب العينة بمنديل خال من النسالة ، وقم بتحميل أنبوب الاختبار في مقياس الألوان. تأكد من عدم وجود ملصقات تتداخل مع مسار الضوء في الجهاز. ضع الغطاء على الجهاز ، وقم بالمعايرة باستخدام العينة غير المتفاعلة كفارغة.
قم بإزالة الأنبوب من الجهاز ، وأضف محتويات حزمة كاشف طريقة حمض الأسكوربيك المخلوطة مسبقا إلى أنبوب الاختبار. أغطي الأنبوب بإحكام ، ورج الأنبوب حتى يمتزج. ضع الأنبوب في رف ، وابدأ فترة رد فعل مدتها دقيقتان باستخدام جهاز توقيت.
بعد انتهاء فترة التفاعل ، يجب أن يكون لون المحلول أزرق. نظف الجزء الخارجي من الأنبوب بمنشفة ورقية خالية من الوبر. ضع أنبوب الاختبار في الجهاز مع إخراج جميع الملصقات من مسار الضوء.
أغلق غطاء حجرة العينة واضغط على زر القراءة. ستظهر النتائج بالملغم / لتر. في حالة استخدام مقياس الطيف الضوئي ، قم بقياس امتصاص العينة عند 880 نانومتر.
تمت مقارنة تركيزات النترات والفوسفات في فرع نهر حضري في 5 مواقع عينات مختلفة في هذه التجربة.
تحتوي مياه النهر النظيفة عادة على 0 إلى 1 مجم / لتر من النترات والنيتروجين و 0 إلى 0.03 مجم / لتر من الفوسفات والفوسفور. تعتبر التركيزات بين 3 إلى 5 ملغم/لتر من النترات والنيتروجين و0.03 إلى 0.1 ملغم/لتر من الفوسفات-الفوسفور مرتفعة، وفوق هذه النطاقات تعتبر غذائية.
كانت مستويات النترات والفوسفات مرتفعة في 3 من 5 مواقع لأخذ العينات. وبالمثل ، تمت مقارنة متوسط تركيزات النترات والفوسفات في المنبع والمصب لمحطة معالجة المياه. يمثل قياس المنبع المياه غير المعالجة ، بينما يمثل القياس النهائي الجريان السطحي من محطة المعالجة.
كان القياس النهائي منخفضا في الفوسفات بسبب إزالة المواد العضوية أثناء عملية المعالجة. ومع ذلك ، كان متوسط تركيزات النترات أعلى في اتجاه مجرى النهر ، مما يشير إلى مدخلات النترات المحتملة بالقرب من منطقة التصريف ، ربما من سماد العشب.
يعد فهم المحتوى الغذائي لجريان المياه وتأثيره الناتج على الحياة النباتية البحرية أمرا في غاية الأهمية للحفاظ على أنظمتنا البيئية الطبيعية.
في المثال التالي ، تمت دراسة الكائنات الحية الدقيقة البحرية في البيئات النائية مثل الشعاب المرجانية. يمكن أن تساعد هذه النتائج في توضيح التجمعات الميكروبية المتغيرة بسبب تركيزات النترات وتكاثر الطحالب الناتجة.
تم جمع عينات المياه في حاويات مغلقة أمام البيئة الخارجية لمنع التلوث. تم جمع الميكروبات على مرشح 0.22 متر. تم تحليل المياه المفلترة لفحص الشوائب غير العضوية. وجد التحليل الميتاجينومي أن نقل المادة الوراثية الميكروبية كان مرتبطا بشكل إيجابي بتركيز النترات.
من أجل مكافحة التخثث ، من المهم فهم جريان التربة ومصير الملوثات ونقلها في التربة. في المثال التالي ، تمت محاكاة هطول الأمطار ، ودراسة مصير الملوثات في التربة. كانت صناديق التربة مليئة بالتربة التي تحتوي على ملوثات ذات أهمية ، في هذه الحالة اليوريا ، وهي شكل شائع من الأسمدة النيتروجينية. يمكن دراسة الجزيئات المحتوية على الفوسفور بنفس الإجراء. تمت محاكاة هطول الأمطار في ظل ظروف مختلفة ، وتم جمع الجريان السطحي وتحليله.
على غرار المثال الأخير ، يمكن أيضا دراسة الجريان السطحي في الهواء الطلق في البيئات الطبيعية. هنا ، تم بناء منشأة أبحاث الجريان السطحي في منطقة حضرية. تم بناء جدار احتياطي لمنع تلوث الجريان السطحي إلى مناطق أخرى ، ولتمكين جمع المياه المراقب. تم فصل مناطق المؤامرة أيضا لمنع حركة المياه الجانبية. أجريت دراسات جريان المياه باستخدام أنظمة الري. تم جمع جريان المياه وإكمال التحليل الكيميائي لتحديد الملوثات في الماء.
لقد شاهدت للتو مقدمة JoVE لتحليل مغذيات المياه في المياه السطحية. يجب أن تفهم الآن التحديات المرتبطة بجريان المياه والغنثث ، وكيفية قياس محتوى المغذيات في عينات المياه. شكرا للمشاهدة!
