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표층수의 용존 산소

Overview

출처: 마가렛 노동자와 킴벌리 프라이의 실험실 - 데폴 대학

용존 산소(DO) 측정은 표면수에 용해된 기체 산소의 양을 계산하며, 이는 인간 소비에 선호하는어종(예: 블루길 및 저음)을 포함한 강 생태계의 모든 산소 호흡 수명뿐만 아니라 시스템에서 생지질화학 물질의 재활용에 중요한 분해종을 포함한다.

호수, 강, 바다에 용해된 산소는 그 안에 사는 유기체와 생물에게 매우 중요합니다. 용존 산소의 양이 수역에서 정상 수준 이하로 떨어지면 수질이 손상되고 생물이 죽기 시작합니다. 부영양화라는 과정에서, 물의 몸은 저산소가 될 수 있으며, 더 이상 살아있는 유기체를 지원할 수 없으며 본질적으로 "데드 존"이 됩니다.

부영양화는 과도한 영양소가 조류 개체수가 조류 꽃에서 급속히 증가할 때 발생합니다. 조류 꽃은 물에 대한 산소의 두 가지 필수 입력을 차단하는 물의 표면에 조밀 한 매트를 형성 : 대기에서 가스 교환과 매트 아래 빛의 부족으로 인해 물에 광합성. 용존 산소 수치가 표면 아래로 떨어지면서 산소 호흡 유기체가 다량으로 죽어 유기물증가가 증가합니다. 과잉 유기물은 벤딕 존에서 산소 호흡 분해 인구의 증가를 일으키며, 이는 대사 분해 활동 중 나머지 용존 산소 수준을 더욱 고갈시킨다. 산소 수치가 이 낮게 되면, 이동식 산소 호흡종(예: 물고기)은 물 속에서 에어로빅 생활을 남기지 않고 사각지대를 생성합니다.

Azide-Winkler 적정 방법은 적정을 사용하여 샘플에서 알 수 없는 농도를 결정합니다. 구체적으로, 티오술파테 나트륨은 요오드를 적발하는 데 사용되며, 이는 샘플에서 용존 산소의 양과 관련이 있다.

Principles

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Azide-Winkler 방법은 표면 물이 수집되는 현장에서 DO를 측정하는 데 사용됩니다. 망간(II) 황산염 및 수산화칼륨이 샘플에 첨가되고, 시료에 용존산소가 망간을 산화시키고 갈색 침전을 형성한다. Azide는 폐수 샘플에서 발견되고 윙클러 산화 절차를 방해할 수 있는 아질산염의 존재를 교정하기 위해 구입한 알칼리오디드 아지드 시약의 형태로 첨가됩니다.

MnSO4 + 2 KOH arrow Mn (OH)2 + K2SO4

4 Mn (OH)2 + O2 + 2 H2O arrow 4 Mn (OH)3

황산은 용액을 산성화하기 위해 첨가되고 침전소가 용해됩니다. 이러한 조건하에서, 용액의 알칼리성 요오드 아지드 시약으로부터요오드를 요오드로 변환한다.

2 Mn (OH)3 + 3 H2SO4 arrow Mn2(SO4)3 + 6 H2O

Mn2(SO4)3 + 2 KI arrow 2 MnSO4 + K2SO4 + 2 I2

티오술파테는 추가된 전분 표시기의 존재에서 요오드를 적티로 사용하는 데 사용됩니다.

4 Na2S2O3 + 2 I2 2 Na arrow 2S4O6 + 4 NaI

O2의S 2 O32- arrow 1 두더지 4 두더지

이 적정의 끝점에서 파란색 솔루션이 명확해집니다. 시료내의 용존 산소의 양은 종점에 도달하는 데 필요한 티오툴파트의 양에 비례하여 정량화된다.

X mL S2O3 arrow X mg/L O:

Equation 1

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Procedure

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1. 샘플 용해 산소 측정

  1. 수심 장에서는 보정된 파이펫을 사용하여 샘플 물로 채워진 투명한 300mL BOD 병에 2mL 망간 황산염을 추가합니다. 샘플 표면 아래에 파이펫 팁을 삽입하고 망간 황산염을 조심스럽게 분배하여 시료에 산소를 도입하지 않도록주의하십시오. 이것은 견본이 "고정"될 때까지 거품을 만드는 것을 피하고 용존산소 농도로의 변경을 방지할 것입니다.
  2. 동일한 기술을 사용하여 2mL 알칼리오디드 아지드 시약을 추가합니다.
  3. 즉시 스토퍼를 삽입하여 병을 약간 기울이고 스토퍼를 제자리에 밀어 서 기포가 병에 갇히지 않도록하십시오.
  4. 조심스럽게 혼합 (기포를 만들지 않고) 여러 번 반전. 플로카클레(floc)는 흐린 외관을 가진 물질의 침전된 응집으로부터 형성된다(도1).
  5. 솔루션의 floc가 해결될 때까지 기다립니다. 다시, 병을 여러 번 반전하고 floc가 정착 될 때까지 기다립니다. 샘플은 이제 용존 산소 함량의 변화를 방지하기 위해 고정되어 있으며, 실험실로 다시 운반하고 필요한 경우 시원하고 어두운 상태로 최대 8 시간 동안 저장할 수 있습니다.
  6. 보관하는 경우, 스토퍼 주위에 분출 된 소량의 탈이온 된 물을 사용하여 샘플을 밀봉해야하며 스토퍼는 고무 밴드로 고정 된 알루미늄 호일로 싸야합니다.
  7. 피펫 2 mL의 농축 황산은 샘플 표면 바로 위에 파이펫 팁을 유지하여 샘플로 넣습니다. 플록(그림2)을용해시키기 위해 여러 번 조심스럽게 반전한다.
  8. 유리 플라스크에서 보정된 파이펫을 사용하여, 0.025 N 표준화된 나트륨 티오술파테,소용돌이 및 연동된 밀짚 색 형태까지 지속적으로 혼합하여 200mL의 샘플 물을 적시한다(그림3).
  9. 드롭퍼와 함께 전분 표시기 용액 2mL을 넣고 혼합합니다. 전분 표시기를 추가하면 솔루션이 파란색으로 바뀝니다(그림4).
  10. 적점을 계속하여 한 방울이 파란색을 발산할 때까지 한 번에 한 방울을 추가하여 무색 끝점을 유발합니다. 각 적중한 방울을 신중하게 추가하고 다음 방울을 추가하기 전에 각 방울을 고르게 혼합하십시오. 샘플을 흰색 용지에 대고 있으면 끝점의 시각화를 향상시킬 수 있습니다.
  11. DO의 농도는 사용되는 적의 부피(mL)와 동일합니다. 물 샘플에 첨가된 티오술파테 나트륨의 각 밀리리터는 1 mg/L 용존 산소와 같습니다.

Figure 1
그림 1. 알칼리오드-아지드 시약 후 샘플이 첨가되고 혼합되어 침전 전에 시료의 상단에 플록 형성을 보여 주어 있다.

Figure 2
그림 2. 황산을 첨가한 후 용해된 플록을 가진 샘플.

Figure 3
그림 3. 창백한 짚 색상을 표시하는 티오술파테 나트륨을 첨가한 후 샘플.

Figure 4
그림 4. 전분 표시기를 첨가하고 혼합한 후 파란색을 나타내는 샘플입니다.

용존 산소는 유산소 생활을 지원하기 위해 강과 호수 생태계에 매우 중요합니다. Azide-윙클러 적정 방법은 표면 물 샘플에서 용존 산소의 양을 정량화 할 수 있습니다.

표면물에 용해된 기체 산소는 그 안에 사는 유기체의 생존을 위해 요구된다; 생태계에서 생지질화학 물질의 재활용에 중요한 분해제, 또는 인간의 소비에 선호하는 어종. 산소 수치가 수자원 시스템에서 정상 이하로 떨어지면 수질이 손상되고 유기체가 죽기 시작합니다.

Azide-윙클러 적정 방법은 시료에서 용존 산소의 농도를 결정하는 표준 시험이다. 티오술파테 나트륨은 요오드를 적발하는 데 사용되며, 이는 샘플에서 용존 산소의 양과 관련이 있습니다.

이 비디오는 용존 산소 정량화 의 원리, 아지데 -Winker 적정을 수행하는 과정, 용존 산소 측정의 해석을 보여줍니다.

부영양화는 과도한 영양소를 생태계에 도입하는 것입니다. 이로 인해 조류 개체수가 조류 꽃으로 알려진 조밀한 매트로 빠르게 증가합니다. 이 매트는 표면에서 가스 교환을 차단하여 저산소증 또는 낮은 산소 수준으로 이어질 수 있으며 햇빛을 차단하여 광합성을 방지 할 수 있습니다. 산소 호흡 유기체는 정지하기 시작, 유기 물질의 증가를 일으키는, 차례차례로 산소 의존 변제의 증가를 일으키는 원인이 되고, 산소 자원을 더 고갈시킵니다. 마지막으로, 이동 산소 의존 유기체는 멀리 이동, 아무 유산소 생활과 데드 존을 떠나.

수원에서 용존 산소의 수준을 테스트하기 위해, Azide-Winkler 방법은 현장에서 용존 산소를 직접 측정하거나 샘플을 수정하고 실험실로 가져가 추가 분석을 위해 사용될 수 있다.

망간 황산염과 수산화칼륨이 시료에 첨가되어 망간 수산화를 형성합니다. 이것은 용존 산소를 감소시켜 갈색 침전을 형성합니다. 알칼리성 요오드 아지드 시약은 산화 절차를 방해할 수 있는 폐수 샘플에서 발견되는 질산염의 존재를 보정하기 위해 첨가된다.

첨가된 황산은 용액을 산성화시키고 침전을 용해시합니다. 이 새로운 화합물은 요오드에 알칼리요오드 아지드 시약에서 요오드를 산화.

다음으로 요오드가 있을 때 파란색으로 변하는 전분 표시등이 추가됩니다. 요오드를 요오드로 되돌리는 티오술파테는 요오드를 적분시키는 데 사용됩니다. 적정이 완료되면 파란색 용액이 무색으로 바뀝니다. 시료의 용존 산소의 양은 용액을 파란색에서 무색으로 전환하는 데 필요한 티오툴파테의 양에 비례합니다.

이제 우리는 물 샘플에서 용존 산소를 측정하는 원리에 익숙해졌으니, 이것이 어떻게 현장과 실험실에서 수행되는지 살펴 봅시다.

실험은 수집 사이트에서 시작됩니다. 먼저, 투명한 300mL 보드 병에 샘플 물을 수집합니다. 다음으로, 수원에서 물의 온도를 측정하고 기록합니다. 조심스럽게 물 표면 아래에 파이펫 팁을 삽입하여 샘플에 2mL 망간 황산염을 추가하고 천천히 분배하여 거품을 만들지 않도록하십시오.

동일한 기술을 사용하여 2mL 알칼리오드 아지드 시약을 넣고 즉시 스토퍼를 삽입하여 병을 약간 기울여 병에 공기가 갇히지 않도록 합니다.

조심스럽게 거품을 만들지 않도록주의, 솔루션을 혼합하기 위해 여러 번 반전. 침전이 형성되어 흐린 모양이 발생합니다. 용액에 침전을 해결하자, 다음 다시 정착시키는 전에 병을 여러 번 반전하여 철저하게 혼합. 샘플은 스토퍼 주위에 분출 한 다음 알루미늄 호일로 싸서 고무 밴드로 고정 된 소량의 탈이온 화 물을 사용하여 밀봉해야합니다. 샘플은 이제 고정되어 실험실로 다시 운반할 수 있습니다.

샘플이 수정되면 추가 분석을 위해 실험실로 이송됩니다. 먼저, 피펫 팁을 샘플 표면 바로 위에 두어 2mL의 농축 황산을 샘플에 넣습니다. 침전을 용해하려면 여러 번 반전하십시오. 유리 플라스크와 보정된 파이펫을 사용하여, 0.025 N 표준화된 나트륨 티오술파테, 소용돌이 및 혼합이 창백한 짚 색상이 형성될 때까지 미리 처리된 샘플 워터의 200mL를 격자로 처리합니다.

용액이 빨대 색이 되면 전분 표시기 용액의 2, 1 mL 방울을 추가하고 혼합 소용돌이. 솔루션이 파란색으로 바뀝니다. 적정을 계속, 한 번에 나트륨 티오술파테의 한 방울을 추가하고 파란색이 사라지고 용액이 무색될 때까지 교반 바를 사용하여 천천히 혼합. 시각화를 향상시키기 위해 흰색 종이에 샘플을 고정합니다. 추가 된 티오술파테의 볼륨을 기록합니다.

용존 산소의 농도는 시료에 첨가된 티오술파테 나트륨의 부피에 비례한다. 추가된 각 밀리리터는 1 mg/L, 또는 백만당 부품, 용존 산소에 해당합니다.

물에 용해 될 수있는 산소의 최대 양은 수온에 따라 다릅니다. mg/L의 용존 산소 측정값은 수온 및 변환 차트를 사용하여 백분율 포화로 변환됩니다. 91 ~110%의 포화도는 용존산소가 우수하다고 여겨진다. 71~90%는 좋으며, 51~70%는 공정하며, 50% 미만은 가난합니다.

용존 산소 수준 6 mg/L대부분의 수생 종을 지원하기에 충분합니다. 아래 수준 4 mg/L 수생 동물의 대부분에 스트레스, 그래서 생물 다양성 영향을 받을 것 이다. 2 mg/ L 용해 산소 미만을 함유하는 물은 호기성 수생 수명을 지원하지 않습니다.

수원에서 용존 산소의 양을 정량화하는 능력도 대체 방법이며, 많은 관련 실용적인 응용 프로그램이 있다. 이들 중 일부는 여기에서 탐구된다.

용존 산소와 온도도 용존 산소 및 온도 프로브가 있는 휴대용 LabQuest 모니터를 사용하여 측정할 수 있습니다. 용존 산소의 경우 프로브를 채널 1에 연결합니다. 단위는 mg/L. 물 샘플로 프로브를 침수해야하며, 국한 된 지역에서 산소를 소모하지 않도록 샘플을 통해 프로브를 천천히 순환시켜야합니다. 판독값이 안정화되는 것처럼 보이면 값을 기록합니다.

대부분의 물고기는 번창하고 재현하기 위해 서식지에서 용해 산소의 좋은 수준에 중간을 필요로한다. 인공 호수 나 스트림을 차지할 수있는 어장의 경우 용존 산소 수준을 테스트 할 수 있다는 것은 농장 관리자가 좋은 초기 설정 사이트를 선택하거나 수영장이나 스트림의 상태를 추적하는 데 도움이 될 수 있습니다.

용존 산소를 모니터링하는 것도 서식지 관리 및 보존에 유용할 수 있습니다. 호수 또는 강 지역에 보호 또는 멸종 위기에 처한 동식물이 포함되어 있는 경우 용존 산소 수치를 모니터링하면 생태계의 건강을 나타낼 수 있습니다. 레벨이 급격히 변경되면 보호 된 종에 대한 위험을 나타낼 수 있으며 관리 개입 전략을 구현해야 함을 나타낼 수 있습니다.

EPA인 미국 환경 보호국은 생태계에서 용존 산소 수준을 수정하기 위한 여러 가지 조치를 제안합니다. 여기에는 비료의 정확하고 최소한의 사용, 적절한 폐수 처리, 보트에서 하수를 배출하지 않고 인접한 강, 하천 및 습지 보존이 포함됩니다. 전기와 자동차 사용을 최소화하고 보다 효율적인 보트 엔진을 선택하여 질소 산화물을 줄이면 수자원에 적절한 용존 산소 수준을 유지하는 데도 도움이 될 수 있습니다.

당신은 단지 표면 물에 용해 산소를 측정하는 JoVE의 소개를 보았다. 이제 용존 산소 측정의 원리, 자신의 물 샘플에서 용존 산소를 정량화하는 방법, 연구 결과 및 환경에 미치는 영향을 해석하는 방법을 이해해야 합니다. 시청해 주셔서 감사합니다!

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Results

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용존 산소 수준 6 mg/L은 대부분의 수생 종에 충분합니다. 아래 용해 된 산소 수준 4 mg/L 대부분의 수생 동물에 게 스트레스. 2 mg/L 미만의 용존 산소 농도는 호기성 수생 수명을 지원하지않습니다(그림 5).

물에 용해 될 수있는 산소의 최대 양은 온도(표 1)에따라 다릅니다.

mg/L의 DO 측정은 수온 및 아래 변환 차트를 사용하여 % 포화로 변환됩니다(그림6).

용존 산소 수준 (% 포화)
우수: 91 – 110
좋은: 71 – 90
공정: 51 - 70
가난한 자: < 50

Figure 5a
그림 5. DO 측정은 물의 온도를 사용하여 % 포화로 변환됩니다. 상단 수평 축의 물의 온도와 아래쪽 수평 축에서 측정된 DO 값입니다. 눈금자를 사용하여 두 값 사이에 선을 그리고 선이 % 채도를 위해 중간 대각선 축과 만나는 레코드 사이에 선을 그립니다.

Figure 5
그림 6. 용존 산소 수준 6 mg/L은 대부분의 수생 종에 충분합니다. 아래 용해 된 산소 수준 4 mg/L 대부분의 수생 동물에 게 스트레스. 아래 용해 된 산소 수준 2 mg/L 물고기를 지원 하지 않습니다 하 고 아래 1 mg/L 대부분의 종을 지원 하지 않습니다.

온도(°C) 할(mg/L) 온도(°C) 할(mg/L) 온도(°C) 할(mg/L) 온도(°C) 할(mg/L)
0 14.60 11 11.01 22 8.72 33 7.16
1 14.19 12 10.76 23 8.56 34 7.16
2 13.81 13 10.52 24 8.40 35 6.93
3 13.44 14 10.29 25 8.24 36 6.82
4 13.09 15 10.07 26 8.09 37 6.71
5 12.75 16 9.85 27 7.95 38 6.61
6 12.43 17 9.65 28 7.81 39 6.51
7 12.12 18 9.45 29 7.67 40 6.41
8 11.83 19 9.26 30 7.54 41 6.41
9 11.55 20 9.07 31 7.41 42 6.22
10 11.27 21 8.90 32 7.28 43 6.13

표 1. 온도에 의해 물에 용해 될 수있는 산소의 최대 양.

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Applications and Summary

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느리게 움직이는 강은 낮은 DO 수준에 특히 취약하며, 극단적 인 경우, 이러한 DO 수준은 저산소 조건으로 이어질 수 있으며, 호기성 수명이 더 이상 수역에 의해 지원되지 않는 "데드 존"을 만듭니다(그림 7). 식물과 동물이 죽으면 퇴적물이 쌓이면 강바닥을 들어 올려 식물이 물 위로 식민지화할 수 있으며 강을 모두 잃어도 발생할 수있습니다(그림 8). 고도가 높아짐에 따라 대기압이 감소하고 산소 가스가 물에 매달려 있기 때문에 고도가 높은 표면 수역도 낮은 DO 수준에 더 취약합니다.

낮은 DO 수준은 거머리와 수생 벌레(Oligochaeta)를포함하여 인간의 사용에 호소하거나 부적당하다고 간주되는 생명체를 지원합니다.

Figure 6
그림 7. 데드 존 지역을 보여주는 루이지애나 선반에 걸쳐 용해 된 산소 농도의지도.

Figure 7
그림 8.  북쪽 끝에 심한 부영양화를 보여주는 카스피 해의 사진.

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Transcript

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