Материал: m31313

Отрицательное влияние высоких концентраций углекислоты на жизнедеятельность рыб заключается в том, что рыба, находясь в угнетенном состоянии, хуже использует кислород, растворенный в воде. Критическая концентрация углекислоты (мг/л) для разных видов и весовых групп рыб приведена в табл. 6.

Содержание углекислоты является косвенным показателем загрязнения водоема органическими веществами. Резкое увеличение ее содержания в водоеме может указывать на постороннее его загрязнение.

Согласно существующим нормативам для рыбоводных прудов желательна концентрация углекислоты, не превышающая 20 мг/л летом и 40 мг/л зимой.

Определение свободной углекислоты. Определение свободной углекислоты основано на том, что приливаемые к воде щелочи (NaOH или Na₂СO₃) количественно связывают свободную углекислоту по уравнению

С О₂+Н₂О Н₂СО₃

Н ₂СО₃+NaOH NaНСО₃+Н₂О

Конечным пунктом титрования считают рН около 8,3-8,4, когда количество свободной углекислоты практически равно нулю. Индикатором для этого диапазона служит фенолфталеин, имеющий при рН выше 8,3 розовую окраску. При дальнейшем прибавлении раствора едкого натра происходит реакция НСО₃+ОН = СО₃+Н₂О.

При этом рН становится больше 8,4 и окраска раствора становится все более интенсивной. Однако резкого изменения окраски не происходит, поэтому для точного установления конца реакции титрование проводят до совпадения окраски титруемого раствора с окраской специально приготовленного стандартного раствора. Во время титрования часть свободной углекислоты может улетучиться, поэтому титрование необходимо проводить в закрытой колбе.

Определение углекислоты осуществляют следующим образом. В склянки с притертыми пробками на 150-200 мл с каждой станции отбирают две параллельные пробы с такими же предосторожностями, как и при отборе проб на содержание кислорода.

Содержание углекислоты при хранении пробы изменяется под влиянием соприкосновения с воздухом, изменения температуры, процессов жизнедеятельности организмов и т.п., поэтому определение по возможности следует проводить на месте взятия пробы или немедленно по доставке пробы в лабораторию.

Перед началом определения удаляют воду до метки, которая указывает на оставшийся объем 100 или 150 мл. Градуированной пипеткой добавляют в склянку 0,1 мл 1%-ного спиртового раствора фенолфталеина, затем содержимое колбы перемешивают круговым движением. После добавления фенолфталеина жидкость останется бесцветной (при наличии свободной углекислоты) или окрасится в розовый цвет (при наличии карбонатной кислоты).

В том случае, если вода останется бесцветной, в ней определяют свободную углекислоту путем титрования пробы раствором щелочи (0,02 н. раствором NaOH или 0,02 н. раствором Na₂СО₃) до тех пор, пока исчезающая вначале окраска не станет устойчивой и жидкость не примет розовый оттенок. Интенсивность окраски, при которой можно считать титрование законченным, определяют с помощью минерального стандарта, налитого в такую же колбу и в таком же объеме. Если в течение 5 мин розовая окраска не изменяется, проводят отсчет израсходованной щелочи и повторяют все определение. При повторном определении в склянку добавляют почти все то количество щелочи, которое пошло на первое титрование, и дотитровывают пробу до получения стандартной окраски. Количество щелочи, израсходованное при втором титровании, эквивалентно содержанию углекислоты СО₂ в данном объеме воды и определяется по формуле, мг/л

,

где П – количество 0,02 н. раствора едкого натра, пошедшее на титрование, мл;

К – поправка на 0,02 н. раствора щелочи;

0,88 – множитель (при 0,1 н. раствора щелочи берут множитель 4,4);

О – объем пробы воды, взятый для исследования, мл.

Определение карбонатов. На присутствие ионов СО₃ указывает интенсивное окрашивание воды после добавления в нее фенолфталеина.

Для определения карбонатов в колбу емкостью 150-200 мл наливают 100 мл воды, прибавляют 0,1 мл фенолфталеина и титруют соляной кислотой (0,02 н. раствором) до тех пор, пока жидкость не примет переходного розового цвета, совпадающего с цветом минерального стандарта. Титрование лучше проводить в колбе с пробкой. После прибавления кислоты колбу закрывают и осторожно перемешивают пробу. Содержание карбонатов (СО₂ карбонатная) рассчитывают по формуле, мг/л

,

где П – количество раствора соляной кислоты, пошедшей на титрование, мл;

К – поправка на 0,02 н. раствора соляной кислоты, пошедшей на титрование, мл;

О – объем пробы воды, взятой для исследования, мл;

0,44 – коэффициент, соответствующий количеству СО₂ при добавке 1 мл (точно) 0,02 н. НСl.

Определение бикарбонатной углекислоты

Принцип определения ионов НСО₃ˉ основан на следующей реакции:

НСО₃ˉ+Н⁺ = Н₂О+СО₂

Воду титруют соляной кислотой в присутствии метил-оранжа. Конец реакции определяют по переходу цвета индикатора из желтого в розовый. При титровании воды соляной кислотой ион водорода расходуется не только на реакцию с ионами НСО₃, но также и на реакцию с ионами других слабых кислот. Однако содержание их в природных водах незначительно, поэтому вычисление содержания ионов НСО₃ по общему расходу соляной кислоты значительной ошибки не дает.

Для определения бикарбонатов угольной кислоты в колбу на 150-200 мл наливают 100 мл исследуемой воды, прибавляют 3 капли метилового оранжевого и титруют 0,02 н. раствором соляной кислоты до появления розоватого оттенка. При значительном содержании в воде бикарбонатов выделяющуюся СО₂ удаляют продуванием с помощью резиновой груши через пробу. Если окраска воды сделалась при этом снова желтой, то продолжают титрование, пока опять не появится розовый оттенок

,

где х – количество бикарбонатов, мг СО₂ на 1 л;

П – количество 0,02 н. раствора кислоты, пошедшее на титрование пробы, мл;

К – поправка на 0,02 н. раствора кислоты;

О – объем пробы воды, взятый для исследования, мл;

0,88 – коэффициент 1 мл: 0,02 н. раствор кислоты освобождает 0,88 мг СО₂ из бикарбоната.

Определение содержания карбонатов и бикарбонатов при их совместном присутствии. Карбонаты и бикарбонаты при их совместном присутствии определяют обычно путем титрования воды соляной кислотой. Это определение основано на реакциях:

НСО₃ˉ+ Н⁺ Н₂О+СО₂

При добавлении кислоты увеличивается концентрация ионов водорода в воде. Это вызывает нарушение указанного выше равновесия, в результате обе реакции идут слева направо.

Вначале будет проходить первая из указанных реакций. Так, ионы СО₃ будут связывать ионы водорода, превращаясь в ионы НСО₃. После того как ионы СО₃ перейдут в ионы НСО₃, рН воды будет 8,4. В этот момент вода практически не содержит ни ионов СО₃, ни свободной углекислоты, а только ионы НСО₃.

Конец первой и второй реакций можно определить с помощью двух различных индикаторов. Окончание первой реакции устанавливается по фенолфталеину, а второй – по метил-оранжу.

Для определения карбонатов и бикарбонатов в коническую колбу на 150-200 мл отмеривают 100 мл исследуемой воды, прибавляют 0,1%-ный раствор фенолфталеина. Пробу титруют 0,02 н. раствором соляной кислоты до тех пор, пока окраска раствора не станет такой же, как окраска стандартного раствора. Количество кислоты, пошедшей на титрование, записывают. Затем прибавляют к раствору 3 капли метилоранжа и продолжают титрование до появления розового оттенка. Общий расход соляной кислоты, за вычетом кислоты, пошедшей на титрование карбонатов, покажет расход ее на титрование бикарбонатов. При расчете используют формулы, применяемые при определении содержания карбонатов и бикарбонатов.

Определение рН воды

Чистая вода – химически нейтральное соединение в равной степени как с кислотными, так и щелочными свойствами. Она очень слабо диссоциирует на катионы водорода Н⁺ и анионы ОН ˉ по схеме: Н₂О Н⁺+ОН ˉ

При диссоциации воды образуются равные количества водородных ионов и ионов гидроксила, поэтому реакция чистой воды – нейтральная. При температуре 18°С константа диссоциации воды К = 10^-14,14. В химически чистой воде ионы водорода и гидроксила присутствуют в равных количествах (Н⁺ = ОН ˉ = 10^-7,07), поэтому вполне достаточно определить концентрацию одного из них. На практике определяют концентрацию водородных ионов в интервале от 1 до 10^-14 мг-экв/л, что соответствует величине рН от 0 до 14; рН 7 соответствует нейтральному состоянию раствора; меньшее ее значение – кислотному, а более высокое – щелочному.

Природные воды сильно различаются по концентрации водородных ионов. Активная реакция воды зависит от ее химического состава и концентрации растворенных в ней веществ. В большинстве случаев рН природной воды зависит от соотношения в ней различных форм углекислоты. Существенное влияние на рН могут оказать также и другие факторы, определяющие интенсивность биологических процессов в водоеме. В отдельных случаях на рН в природных водах влияет диссоциация присутствующих в воде органических кислот.

Большинство пресных водоемов имеет рН в пределах от 6,5 до 8,5. Летом при интенсивном фотосинтезе наблюдается повышение рН до 9 и выше. Зимой при накоплении углекислоты подо льдом наблюдаются более низкие значения рН. Существенные изменения рН могут наблюдаться и в течение суток.

Концентрация водородных ионов оказывает большое влияние на биологические процессы в водоемах, на развитие водной флоры и фауны. Как растительные, так и животные организмы могут существовать в воде при определенном рН. Гидробионты по отношению к рН подразделяются на стеноионных, обитающих в водах с незначительным колебанием рН, и эврионных, выдерживающих резкие изменения этого фактора. Например, моллюски с известковой раковиной не выдерживают рН меньше 7,0. Молодые рачки Gammarus pulex погибают в воде с рН 6-6,2 через 1,5-2 сут. В то же время личинки комара Chironomus plumosus способны выдерживать колебания рН от 2 до 12.

Концентрация водородных ионов не только определяет границы распространения гидробионтов, но и влияет на характер их жизнедеятельности. Например, водоросль Cladophora с падением рН до 7,2 прекращает вегетативное размножение и образует зооспоры. Влияние сдвига активной реакции на уровень обмена наблюдается и у рачка Daphnia pulex. С изменением рН от 7 до 5 и 8 фильтрация и дыхание у этого рачка возрастали в 2-3 раза, что свидетельствует об отклонении условий его существования от оптимальных.

Хотя многие рыбы переносят весьма широкие колебания рН и способны жить нормально в воде при рН 5,0-9,0, наиболее желательна для рыбоводных прудов реакция от нейтральной до слабощелочной. Кислая реакция среды неблагоприятно влияет на дыхание и обмен веществ у рыб, а это приводит к неполному усвоению ими пищи, нарушениям азотистого обмена и замедлению роста.

Потребление кислорода карпом в зависимости от рН приведено в табл. 7.

Таблица 7. Влияние рН на потребление кислорода карпом (по Н.С. Строганову, 1962)

Отношение разных видов рыб к активной реакции воды, ее нижнему порогу, различно. Так, нижней границей для форели будет рН 4,8. Окунь может жить некоторое время и при рН 3,6 (Лукьяненко, 1970).

Концентрацию водородных ионов определяют электрометрическим или колориметрическим методами.

Электрометрический метод. Наиболее точным методом определения рН является электрометрический, позволяющий определять рН с точностью до 0,003-0,005.

Довольно быстро и легко можно определить рН с помощью потенциометра со стеклянным электродом. На определение рН с помощью стеклянного электрода не влияют цвет и мутность воды, поэтому этот способ рекомендуется для определения рН в сильно загрязненных водах.

В полевых условиях пользуются, как правило, колориметрическими методами определения рН, преимущества которых заключаются в простоте и быстроте определения.

Определение рН с буферными растворами. Пробирку, которая должна быть сделана из такого же стекла, как пробирка стандартной шкалы, и иметь такой же диаметр, предварительно ополаскивают водой, извлеченной из водоема, и наполняют до метки, чтобы в ней было столько же воды, сколько жидкости в пробирках шкалы (обычно 10 мл). Пробы воды для определения рН берут с теми же предосторожностями, что и пробы на кислород.

К исследуемому раствору добавляют раствор индикатора в том же количестве, что и к стандартному раствору, осторожно перемешивают содержимое и затем сравнивают установившуюся в воде окраску с окраской раствора в пробирках шкалы того интервала, для которого предназначен прилитый в пробирку индикатор. Если окраска в пробирке с водой выходит за пределы диапазона шкалы для данного индикатора, то определение повторяют, вливая новую порцию исследуемой воды, прибавляя другой, более подходящий, судя по результату предыдущего опыта, индикатор.

Если окраска исследуемой воды совпадает с окраской одной из пробирок шкалы, то рН исследуемой воды считают соответствующим значению рН, указанному на данной пробирке. Для лучшего улавливания тонов пробирки следует рассматривать на белом фоне, держа их перед собой в слегка наклоненном положении. Когда исследуемая вода имеет хотя бы слабую окраску, определение проводят в компараторе, располагая пробирки в нем следующим образом:

Окраску исследуемой воды и одного из стандартов шкалы рассматривают через горизонтальные отверстия компаратора.

Определение рН с универсальным индикатором. В некоторых случаях (когда желательно получение ориентировочных данных о рН воды, например, при рыбохозяйственном обследовании неизвестных еще водоемов) используют универсальный индикатор, который может быть приготовлен в лабораторных условиях из 0,1%-ных спиртовых растворов пяти индикаторов путем смешивания их в следующих соотношениях: метиловый красный – 45 мл, диметиламиноазобензол – 15, бромтимоловый синий – 20, фенолфталеин – 20, тимолфталеин – 20 мл.

Определение рН с универсальным индикатором проводят следующим образом. В пробирку наливают 5 мл исследуемой воды, прибавляют 0,1 мл универсального индикатора, перемешивают жидкость и определяют рН по соответственно окрашенным светофильтрам или по следующей шкале: