ĆW. 2. PODATNOŚĆ ZWIĄZKÓW ORGANICZNYCH NA BIODEGRADACJĘ (2 a)

Transkrypt

1 ĆW. 2 PODATNOŚĆ ZWIĄZKÓW ORGANICZNYCH NA BIODEGRADACJĘ (2 a) 1. Cel ćwiczenia Określenie ubytku zawartości fenolu w różnych rodzajach gleb z wykorzystaniem specyficznych wskaźników. Zbadanie właściwości fizyko-chemicznych gleb. 2. Literatura Praca zbiorowa pod redakcją Dobrzańskiego B. i Zawadzkiego S. (1993); Gleboznawstwo, PWRiL. Greinert H. (1998); Ochrona gleb, Wydawnictwo Politechniki Zielonogórskiej, Zielona Góra. Pawlaczyk - Szpilowa M. (1997); Biologia i ekologia, Oficyna Wydawnicza Politechniki Wrocławskiej, Wrocław. 3. Zakres wymaganych wiadomości Sorpcja glebowa, kompleks sorpcyjny, koloidy glebowe, rodzaje sorpcji, kwasowość hydrolityczna, fizykochemiczna struktura gleby, chemiczny skład gleby, zakwaszanie gleb, procesy niszczące glebę, rekultywacja gleby 4. Materiały Roztwór fenolu 0,4% 3 różne wysuszone gleby, Sprzęt lab.: 3 kolby 100 ml, pipeta 10 ml, waga laboratoryjna, falkony 50ml z zakrętkami, statywy na falkony; Zadanie 1. Oznaczenie kwasowości hydrolitycznej gleby według metody Kappena woda destylowana, roztwór 0,1M NaOH, fenoloftaleina, roztwór 1N Ca(CH 3 COO) 2 Sprzęt lab.: sito (ø oczek 1mm), waga techniczna, 6 kolb szklanych, 3 lejki, sączki, biureta Zadanie 2. Oznaczenie sumy zasad S w kompleksie sorpcyjnym gleby według metody Kappena woda destylowana, roztwór 0,1 M NaOH, roztwór 0,1 M HCl, wskaźnik mieszany Tashiro Sprzęt lab.: zestaw z zadnia 1 Zadanie 3. Właściwości kapilarne gleb Sprzęt lab.: 3 cylindry Nesslera z obciętym dnem, linijka, 3 moczówki; Zadanie 4. Pojemość wodna (pokazowe dla całej grupy) Sprzęt lab.: 3 duże lejki, trzy cylindry miarowe 500 ml, wata; Zadanie 5. Właściwości adsorpcyjne gleby (pokazowe dla całej grupy) Sprzęt lab.: 4 lejki, 4 kolby 500 ml, sączki;

2 5. Wykonanie ćwiczenia Właściwości fizyko-chemiczne gleby wpływają na mobilność i biodostępność znajdujących się w niej zanieczyszczeń jak również na rozwój i stan mikroorganizmów odpowiedzialnych na ich biodegradację. Ćwiczenie polega zbadaniu szybkości ubytku stężenia fenolu w glebach różniących się właściwościami fizyko chemicznymi. Część a (tydzień 1) zbadanie właściwości fizykochemicznych wybranych gleb, skażenie ich fenolem, Część b (tydzień 2) zbadanie zmian stężenia fenolu w przygotowanych próbkach. Każda sekcja otrzymuje 3 rodzaje gleb. Do falkonów 50 ml naważyć po 5 g gleby a następnie dodać 2,5 ml 0,4% roztworu fenolu i szczelnie zamknąć. Tak przygotowane próbki inkubować przez tydzień w temp. pokojowej. Zbadać właściwości fizyko-chemiczne wybranych gleb wykonując zadania od 1 do 5: Zadanie 1. Oznaczenie kwasowości hydrolitycznej gleby według metody Kappena Kwasowość hydrolityczna Hh ujawnia się przy działaniu na glebę zasadową solą, której działanie polega na wypieraniu z glebowego kompleksu sorpcyjnego kationów o charakterze kwasowym, głównie wodoru i glinu. Kwasowość ta pochodzi też od łatwo dysocjujących grup karboksylowych kwasów próchniczych. Oznaczenie wykonujemy metodą miareczkową. Do butelki/kolby odważyć 20g gleby powietrznie suchej, roztartej i przesianej przez sito o średnicy oczek 1mm. Zawartość zalać 50 cm 3 1N roztworu Ca(CH 3 COO) 2. Butelkę/ kolbę umieścić na wytrząsarce na 45 min. Następnie zawartość przesączyć do suchego naczynia szklanego, przenosząc na sączek jak największą ilość gleby. Odmierzyć 25 cm 3 klarownego przesączu do kolby stożkowej, dodać kilka kropel fenoloftaleiny i miareczkować 0,1 M roztworem NaOH aż do uzyskania utrzymującego się przez co najmniej 1 minutę słabo różowego zabarwienia roztworu. Kwasowość hydrolityczną Hh wylicza się z objętości zużytego 0,1 M NaOH Hh = V 5 1,5 [cmol/ kg gleby]; Gdzie: V objętość 0,1 M r-ru NaOH zużytego przy miareczkowaniu w cm 3, 5 współczynnik przeliczeniowy na 100g gleby, 1,5 współczynnik empiryczny (poprawka na niepełne wyparcie jonów wodorowych przy jednorazowym traktowaniu gleby roztworem 1N Ca(CH 3 COO) 2 ). Zadanie 2. Oznaczenie sumy zasad S w kompleksie sorpcyjnym gleby według metody Kappena Metoda opiera się na reakcji wymiany jonowej, w której kationy wymienne o charakterze zasadowym (Ca, Mg, Na, K oraz w mniejszych ilościach metale ciężkie i kation amonu) są desorbowane z gleby przez jon wodoru z kwasu solnego. Jest to prosta metoda pozwalająca na szybką ocenę łącznej zawartości kationów zasadowych w glebach kwaśnych. Oznaczenie wykonujemy metoda miareczkową. Do butelki / kolby odważyć 10g gleby powietrznie suchej, roztartej i przesianej przez sito o średnicy oczek 1mm. Zawartość zalać 50 cm 3 0,1 M HCl i odstawić na wytrząsarkę na 60 min. Następnie zawartość przesączyć do suchego naczynia szklanego przenosząc na sączek jak największą ilość gleby. Odmierzyć 25 cm 3 klarownego przesączu do kolby

3 stożkowej, dodać kilka kropel wskaźnika Tashiro i miareczkować 0,1 M NaOH aż do pojawienia się zielonego zabarwienia roztworu. Sumę zasad S wylicza się na podstawie objętości zużytego 0,1 M NaOH S = (V N HCl V1 N NaOH ) 10 [cmol/ kg gleby]; Gdzie: V objętość wyciągu glebowego w cm 3, N HCl normalność roztworu HCl użytego do ekstrakcji, V1 - objętość 0,1 M r-ru NaOH zużytego przy miareczkowaniu w cm 3, N NaOH normalność roztworu NaOH użytego do miareczkowania, 10 współczynnik przeliczeniowy do przeliczania na 100g gleby. Pojemność sorpcyjną gleb T wylicza się dodając wartości sumy zasad wymiennych do wartości całkowitej kwasowości hydrolitycznej. T = Hh + S [cmol/ kg gleby]; Zadanie 3. Właściwości kapilarne gleb Do trzech rurek szklanych o jednakowej długości i przekroju, z jednym końcem obwiązanym gazą, wsypujemy na jednakową wysokość trzy rodzaje wysuszonych gleb. Rurki z gleby umocowujemy pionowo w statywie tak, aby dolny koniec każdej rurki zamknięty gazą był zanurzony w wodzie. Po upływie 20, 40, 60 i 80 minut oznaczamy poziom, do jakiego podniosła się woda, wyniki doświadczenia zapisujemy w tabeli. Z przeprowadzonego doświadczenia wyciągamy wnioski o właściwościach kapilarnych badanych gleb. Rodzaj gleby Poziom wody po określonym czasie [cm] Uwagi 20 min 40 min 60 min 80 min Zadanie 4. Pojemość wodna (pokazowe dla całej grupy) Na dno trzech większych lejków wkładamy po kawałeczku waty oraz wsypujemy po 100g suchej gleby. Następnie lejki te wstawiamy do cylindrów miarowych i przesączamy przez glebę równe ilości wody, np. 300 cm 3. Po 30, 45 i 60 minutach odczytujemy ilość wody, która wypłynęła z badanej gleby do cylindra miarowego (menzurki) i obliczamy pojemność wodną badanych gleb. PPPP = VV II VV IIII mm % PP pojemność wodna gleby V I objętość wody, jaką zalano glebę (np. 300 cm 3 ) V II objętość wody grawitacyjnej, która przeszła przez glebę m masa suchej gleby Zadanie 5. Właściwości adsorpcyjne gleby (pokazowe dla całej grupy) Umieścić na sączku warstwę gleby i przefiltrować przez tę warstwę rozcieńczony wodą atrament, podobne doświadczenie wykonać z węglem aktywnym (aktywowanym). Ocenić różnice.

4 ĆW. 2 PODATNOŚĆ ZWIĄZKÓW ORGANICZNYCH NA BIODEGRADACJĘ (2 b) 1. Cel ćwiczenia Określenie podatności fenolu na biodegradację w różnych rodzajach gleb z wykorzystaniem specyficznych wskaźników biodegradacji. Zbadanie zmian stężenia fenolu w przygotowanych próbkach 2. Literatura Klimiuk Ewa, Łebkowska Maria, (2005). Biotechnologia w ochronie środowiska. Wydawnictwo Naukowe PWN. Baker M.D., Mayfield C.I., (1980) Microbial and non-biological decomposition of chlorophenols and phenol in soil, Water, Air, and Soil Pollution, Volume 13, Issue 4, pp Zakres wymaganych wiadomości Zanieczyszczenia ropopochodne w glebie, losy fenolu w glebie. 4. Materiały Roztwór fenolu 0,4%, 3 różne gleby, Roztwór mydła, Sprzęt lab.: 3 kolby Erlenmeyera 100 ml, pipeta 10 ml, waga, Oznaczenie zawartości fenoli metodą Martina bufor amonowy (ph = 10) roztwór 4-amino-antypiryny (2) roztwór żelazicyjanku potasu (8 %) Sprzęt lab.: cylindry Nesslera, pipeta 1 ml lub 5ml, 6 probówek wirówkowych, kuwety, sepektrofotometr 5. Wykonanie Po tygodniowym czasie inkubacji do kolbek dodać 25 ml roztworu wody z mydłem, intensywnie mieszać przez 5 minut. Odwirowywać przez 5 min przy 6000 obr/min. Z odwirowanych probówek pobrać 1ml supernatantu i oznaczyć stężenie fenolu. W miedzyczasie przygotować próby kontrolne. A roztwór 0,4% fenolu, B roztwór mydła, C (dla każdej z gleb) - roztwór wyekstrahowany z gleby bezpośrednio po dodaniu fenolu, przygotowany tak jak próbki poddane inkubacji. Oznaczyć w nich stężenie fenolu.

5 Oznaczenie zawartości fenoli metodą Martina Przenieść 1 cm 3 supernatantu z probówki wirnikowej do cylindra Nesslera i uzupełnić wodą destylowaną do kreski (do objętości 50 cm 3 ). Następnie dodać 0,5 cm 3 buforu amonowego (pod dygestorium), 1 cm 3 roztworu 4-amino-antypiryny (2 %), 1 cm 3 roztworu żelazicyjanku potasu (8 %) i dokładnie wymieszać. Dokładnie po 15 minutach zmierzyć absorbancję przy długości fali λ=510 nm względem próby ślepej (zawierającej wszystko poza próbą badaną). Stężenie fenolu wyznaczyć ze wzoru: CC ff = 1000 EE VV [mg/dm 3 ] gdzie: E zawartość fenolu w próbce, mg V objętość pobranej próby, cm 3 5. Wyniki Porównać uzyskane wyniki. Jakie czynniki wpłynęły na stopień usunięcia fenolu?