1.8: Tlen rozpuszczony w wodach powierzchniowych

1. Pomiar próbki tlenu rozpuszczonego

1. W miejscu poboru wody za pomocą skalibrowanej pipety dodaj 2 ml siarczanu manganawego do przezroczystej butelki BZT o pojemności 300 ml wypełnionej próbką wody. Należy uważać, aby nie wprowadzić tlenu do próbki, wkładając końcówkę pipety pod powierzchnię próbki i ostrożnie dozując siarczan manganu. Pozwoli to uniknąć tworzenia się pęcherzyków, dopóki próbka nie zostanie "utrwalona" i zapobiegnie zmianie stężenia rozpuszczonego tlenu.
2. Stosując tę samą technikę, dodaj 2 ml alkalicznego odczynnika jodkowo-azydkowego.
3. Natychmiast włożyć korek, lekko przechylając butelkę i szybko wciskając korek na miejsce, aby pęcherzyki powietrza nie zostały uwięzione w butelce.
4. Ostrożnie odwróć kilka razy (bez tworzenia pęcherzyków powietrza), aby wymieszać. Kłaczek (kłaczek) utworzy się z wytrąconej agregacji materiału o mętnym wyglądzie (Rysunek 1).
5. Poczekaj, aż kłaczki w roztworze opadną. Ponownie odwróć butelkę kilka razy i poczekaj, aż kłaczki opadną. Próbka jest teraz utrwalona, aby zapobiec zmianom zawartości rozpuszczonego tlenu i może być transportowana z powrotem do laboratorium i przechowywana do 8 godzin, jeśli to konieczne, w chłodnym i ciemnym stanie.
6. W przypadku przechowywania próbki należy zapieczętować za pomocą niewielkiej ilości wody dejonizowanej rozpylonej wokół korka, a korek należy owinąć folią aluminiową, zabezpieczoną gumką.
7. Odpipetować pipetą 2 ml stężonego kwasu siarkowego do próbki, trzymając końcówkę pipety tuż nad powierzchnią próbki. Ostrożnie odwróć kilka razy, aby rozpuścić kłaczki (Rysunek 2).
8. W szklanej kolbie i za pomocą skalibrowanej pipety miareczkować 200 ml próbki wody z 0,025 N standaryzowanym tiosiarczanem sodu, mieszając i mieszając w sposób ciągły, aż utworzy się bladosłomkowy kolor (Rysunek 3).
9. Dodaj 2 ml roztworu wskaźnika skrobi z zakraplaczem i zamieszaj, aby wymieszać. Po dodaniu wskaźnika skrobi roztwór zmieni kolor na niebieski (Rysunek 4).
10. Kontynuuj miareczkowanie, dodając po jednej kropli na raz, aż jedna kropla rozproszy niebieski, powodując bezbarwny punkt końcowy. Pamiętaj, aby ostrożnie dodać każdą kroplę titranta i równomiernie wymieszać każdą kroplę przed dodaniem następnej. Przyłożenie próbki do białej kartki papieru może pomóc w poprawie wizualizacji punktu końcowego.
11. Stężenie tlenu rozpuszczonego jest równoważne objętości (ml) użytego titranta. Każdy mililitr tiosiarczanu sodu dodany do próbki wody odpowiada 1 mg/l rozpuszczonego tlenu.

Rysunek 1. Próbka po alkalicznym odczynniku jodkowo-azydekowym została dodana i wymieszana, wykazując tworzenie się kłaczków w górnej części próbki przed osiadaniem.

Rysunek 2. Próbka z rozpuszczonymi kłaczkami po dodaniu kwasu siarkowego.

Rysunek 3. Próbka po dodaniu tiosiarczanu sodu o bladosłomkowym kolorze.

Rysunek 4. Próbka wykazująca niebieski kolor po dodaniu i wymieszaniu wskaźnika skrobi.

Rozpuszczony tlen ma kluczowe znaczenie dla ekosystemów rzecznych i jeziornych w celu wspierania życia tlenowego. Metoda miareczkowania Azide'a-Winklera umożliwia ilościowe określenie ilości rozpuszczonego tlenu w próbkach wód powierzchniowych.

Tlen gazowy rozpuszczony w wodach powierzchniowych jest niezbędny do przetrwania żyjących w nich organizmów; rozkładające się czynniki mające kluczowe znaczenie dla recyklingu materiałów biogeochemicznych w ekosystemie lub gatunki ryb preferowane do spożycia przez ludzi. Gdy poziom tlenu w systemach wodnych spada poniżej normy, jakość wody ulega pogorszeniu, a organizmy zaczynają umierać.

Metoda miareczkowania Azide'a-Winklera jest standardowym testem służącym do określania stężenia tlenu rozpuszczonego w próbce. Tiosiarczan sodu służy do miareczkowania jodu, który jest stochiometrycznie związany z ilością rozpuszczonego tlenu w próbce.

Ten film zilustruje zasady oznaczania ilościowego tlenu rozpuszczonego, proces miareczkowania Azide'a-Winkera oraz interpretację pomiarów tlenu rozpuszczonego.

Eutrofizacja to wprowadzenie nadmiaru składników odżywczych do ekosystemu. Powoduje to, że populacje glonów szybko rosną w gęste maty, znane jako zakwity glonów. Maty te mogą prowadzić do niedotlenienia lub niskiego poziomu tlenu poprzez blokowanie wymiany gazowej na powierzchni i uniemożliwiać fotosyntezę poprzez blokowanie światła słonecznego. Organizmy oddychające tlenem zaczynają umierać, powodując wzrost materii organicznej, co z kolei powoduje wzrost rozkładów zależnych od tlenu, jeszcze bardziej wyczerpując zasoby tlenu. Wreszcie mobilne organizmy zależne od tlenu oddalają się, pozostawiając martwą strefę bez życia tlenowego.

Aby zbadać poziom tlenu rozpuszczonego w źródle wody, można zastosować metodę Azide-Winkler do pomiaru tlenu rozpuszczonego bezpośrednio w terenie lub próbki można utrwalić i zabrać do laboratorium w celu dalszej analizy.

Do próbki dodaje się siarczan manganu i wodorotlenek potasu, tworząc wodorotlenek manganu. Zmniejsza to rozpuszczony tlen, tworząc brązowy osad. Alkaliczny odczynnik jodkowo-azydkowy dodaje się w celu skorygowania obecności azotanów znajdujących się w próbkach ścieków, które mogą zakłócać procedurę utleniania.

Dodany kwas siarkowy zakwasza roztwór i rozpuszcza osad. Ten nowy związek utlenia jodek z alkalicznego odczynnika jodowo-azydkowego do jodu.

Następnie dodaje się wskaźnik skrobi, który zmieni kolor na niebieski w obecności jodu. Tiosiarczan, który zamienia jod z powrotem w jodek, służy do miareczkowania jodu. Po zakończeniu miareczkowania niebieski roztwór zmieni kolor na bezbarwny. Ilość rozpuszczonego tlenu w próbce jest proporcjonalna do ilości tiosiarczanu potrzebnej do przekształcenia roztworu z niebieskiego na bezbarwny.

Teraz, gdy znamy już zasady pomiaru tlenu rozpuszczonego w próbkach wody, przyjrzyjmy się, jak odbywa się to w terenie i w laboratorium.

Eksperyment rozpocznie się w miejscu zbiórki. Najpierw zbierz próbkę wody do przezroczystej butelki BZT o pojemności 300 ml. Następnie zmierz i zapisz temperaturę wody ze źródła wody. Ostrożnie dodaj 2 ml siarczanu manganawego do próbki, wkładając końcówkę pipety pod powierzchnię wody i powoli dozuj, aby uniknąć tworzenia się pęcherzyków.

Stosując tę samą technikę, dodaj 2 ml alkalicznego odczynnika jodowo-azydkowego i natychmiast włóż korek, lekko przechylając butelkę, aby powietrze nie zostało uwięzione w butelce.

Ostrożnie odwróć kilka razy, aby wymieszać roztwór, uważając, aby nie tworzyć pęcherzyków powietrza. Utworzy się osad, powodując mętny wygląd. Pozwól, aby osad opadł w roztworze, a następnie dokładnie wymieszaj, kilkakrotnie odwracając butelkę, zanim ponownie opadnie. Próbki należy zapieczętować za pomocą niewielkiej ilości wody dejonizowanej rozpylonej wokół korka, a następnie zawinąć w folię aluminiową i zabezpieczyć gumową opaską. Próbka jest teraz utrwalona i może być transportowana z powrotem do laboratorium.

Po utrwaleniu próbek są one transportowane do laboratorium w celu dalszej analizy. Najpierw, trzymając końcówkę pipety tuż nad powierzchnią próbki, dodaj do próbki 2 ml stężonego kwasu siarkowego. Odwróć kilka razy, aby rozpuścić osad. Używając szklanej kolby i skalibrowanej pipety, miareczkować 200 ml wstępnie poddanej próbki wody standaryzowanym tiosiarczanem sodu o stężeniu 0,025 N, mieszając i mieszając w sposób ciągły, aż powstanie bladosłomkowy kolor.

Gdy roztwór będzie słomkowy, dodaj 2 kropelki 1 ml roztworu wskaźnika skrobi i zamieszaj, aby wymieszać. Roztwór zmieni kolor na niebieski. Kontynuuj miareczkowanie, dodając po jednej kropli tiosiarczanu sodu na raz i powoli mieszając za pomocą mieszadła, aż błękit rozproszy się, a roztwór stanie się bezbarwny. Przytrzymaj próbkę przy białym kawałku papieru, aby poprawić wizualizację. Zanotować objętość dodanego tiosiarczanu.

Stężenie rozpuszczonego tlenu jest proporcjonalne do objętości tiosiarczanu sodu dodanego do próbki. Każdy dodany mililitr odpowiada 1 mg/l lub części na milion rozpuszczonego tlenu.

Maksymalna ilość tlenu, którą można rozpuścić w wodzie, różni się w zależności od temperatury wody. Pomiary tlenu rozpuszczonego w mg/l są przeliczane na procenty nasycenia przy użyciu temperatury wody i wykresu konwersji. Nasycenie od 91 do 110% rozpuszczonego tlenu jest uważane za doskonałe; Od 71 do 90% jest dobry, 51-70% jest dobry, a poniżej 50% jest słaby.

Poziom rozpuszczonego tlenu wynoszący 6 mg/l jest wystarczający do utrzymania większości gatunków wodnych. Poziomy poniżej 4 mg/l są stresujące dla większości zwierząt wodnych, co będzie miało wpływ na różnorodność biologiczną. Woda zawierająca mniej niż 2 mg/l rozpuszczonego tlenu nie wspiera tlenowych organizmów wodnych.

Możliwość ilościowego określenia ilości rozpuszczonego tlenu w źródle wody ma również alternatywne metody i wiele istotnych zastosowań praktycznych. Niektóre z nich są badane tutaj.

Tlen rozpuszczony i temperaturę można również mierzyć za pomocą ręcznego monitora LabQuest z sondami tlenu rozpuszczonego i temperatury. W przypadku tlenu rozpuszczonego podłącz sondę do kanału 1. Jednostki powinny być w mg/L. Zanurz sondę w próbce wody, powoli krążąc sondą po próbce, aby uniknąć zużycia tlenu w określonym obszarze. Gdy odczyty wydają się stabilizować, zapisz wartość.

Większość ryb potrzebuje umiarkowanego lub dobrego poziomu rozpuszczonego tlenu w swoich siedliskach, aby rozwijać się i rozmnażać. W przypadku gospodarstw rybackich, które mogą zajmować sztuczne lub naturalne jeziora lub strumienie, możliwość badania poziomu rozpuszczonego tlenu może pomóc kierownikom gospodarstw w wyborze dobrego miejsca początkowego założenia lub w śledzeniu stanu ich basenów lub strumieni.

Monitorowanie rozpuszczonego tlenu może być również przydatne w zarządzaniu siedliskami i ich ochronie. Jeśli region jeziora lub rzeki zawiera chronioną lub zagrożoną florę lub faunę, monitorowanie poziomu rozpuszczonego tlenu może dostarczyć wskazówek na temat stanu ekosystemu. Jeżeli poziomy zmieniają się szybko, może to wskazywać na zagrożenie dla gatunków chronionych i może wskazywać na konieczność wdrożenia strategii interwencji w zakresie zarządzania.

Amerykańska Agencja Ochrony Środowiska, EPA, sugeruje szereg środków mających na celu skorygowanie poziomu rozpuszczonego tlenu w ekosystemach. Należą do nich prawidłowe i minimalne stosowanie nawozów, właściwe oczyszczanie ścieków, nieodprowadzanie ścieków z łodzi oraz ochrona przyległych rzek, strumieni i terenów podmokłych. Redukcja tlenków azotu poprzez zminimalizowanie zużycia energii elektrycznej i samochodów oraz wybór bardziej wydajnych silników łodzi może również pomóc w utrzymaniu odpowiedniego poziomu rozpuszczonego tlenu w zasobach wodnych.

Właśnie obejrzałeś wprowadzenie JoVE do pomiaru rozpuszczonego tlenu w wodach powierzchniowych. Powinieneś teraz zrozumieć zasady pomiaru tlenu rozpuszczonego, jak określić ilościowo tlen rozpuszczony we własnych próbkach wody oraz jak interpretować swoje wyniki i ich implikacje dla środowiska. Dzięki za oglądanie!