Определение меди .

Медь определяли экстракционно-фотометрическим методом, основанным на реакции вытеснения свинца ионами меди из его диэтилдитиокарбаматного комплекса (ДДК) в хлороформе. Для приготовления ДДК свинца к 100 мл раствора, содержащего 0.5-0.6 г ацетата свинца прибавляли 25-50 мл водного свежеприготовленного раствора, содержащего 0.5-0.6 г. предварительно перекристаллизованного из воды ДДК натрия. Образующийся белый осадок отфильтровывали, сушили и готовили раствор ДДК свинца в хлороформе. Затем в делительную воронку на 50 мл помещали 10 мл исследуемого раствора золы растений, добавляли 5 мл хлороформного раствора ДДК свинца и интенсивно встряхивали в течение 5 мин. Измеряли оптическую плотность полученного раствора при 440 нм в кювете с толщиной слоя 1 см относительно исходного раствора ДДК свинца.

Определение свинца [6].

Свинец определяли фотометрическим методом в виде водного раствора комплекса свинца с сульфарсазеном, который при рН > 7 с ионами свинца образует комплекс красно-коричневого цвета. В колбу на 25 мл помещали 5 мл пробы (экстракта), 3 мл раствора ацетата аммония (3% по весу), 0.1 мл раствора калия железосинеродистого (1% по весу) (для связывания ионов цинка), 0.2 мл 10% раствора тиомочевины (для связывания ионов меди), 2 мл раствора бората натрия (0.05М) и 5 мл раствора сульфарсазена (0.025%). Раствор доводили до метки дистиллированной водой и перемешивали. Через 10 мин измеряли оптическую плотность на длине волны 540 нм относительно раствора сравнения, содержащего все компоненты кроме ионов свинца.

Определение фосфат-ионов [5].

В кислой среде фосфорная кислота и молибдат аммония образуют соединение желтого цвета (фосфорномолибденовокислый аммоний). Измерение оптической плотности раствора проводили на длине волны 400 нм. При этом в раствор необходимо добавлять ацетон, поскольку при его содержании меньше 50% вероятно образование коллоидного раствора.

В колбу на 25 мл приливали 1 мл экстракта, 5 мл раствора молибдата аммония (9.4 г молибдата аммония и 75 мл концентрированной серной кислоты на 250 мл раствора) и перемешивают. Через 10 мин измеряли оптическую плотность относительно чистого ацетона.

Результаты измерений представлены в таблицах 2-6. Как известно лето 2006 г. выдалось в Ленинградской области сухим и жарким, некоторые участки Троицкого ручья заросли ряской и нам удалось измерить Bcf и у этого растения.

Результаты и обсуждение

Начнем с того, что сжигание пробы растения в открытом тигле приводит к значительным потерям определяемых металлов. Это видно из сравнения таблиц 2 и 3. Если для железа еще можно говорить о приемлемости тигельного сжигания, то для меди результаты анализов различаются в 4 - 5 раз. Подозрения о потерях меди и свинца из тигля и вынудили нас сконструировать для сжигания специальную установку с длинным участком раскаленной кварцевой трубки. Поэтому все последующие пробы сжигали в установке, показанной на рис. 2.

Самым важным результатом оказался немонотонный ход зависимости Bcf от места отбора пробы. Растения, отобранные в пределах густонаселенного 23 квартала, обладали самыми низкими коэффициентами биоконцентрирования (рис.3). Концентрации железа в самих растениях были минимальными в этих точках, а воде - максимальными. Сами растения в точках 2 и 3 имели угнетенный вид, небольшие размеры (по сравнению с растениями в точках 0, 1, 4 и 5) и бледно-зеленую окраску. По всей вероятности это вызвано сбросом сточных вод в Троицкий ручей. Последнее обстоятельство подтверждается резким возрастанием мутности воды и полным исчезновением ручейника, в изобилии обитавшего в июне в районах проб 0 и 1. Таким образом, можно сделать вывод, что низкие коэффициенты биоконцентрирования тяжелых металлов являются признаком антропогенного загрязнения. Окончательную ясность вносят зависимости коэффициентов биоконцентрирования от времени, которые можно получить из тех же таблиц 2 и 3 если предположить, что вегетационный период растения продолжается с мая по сентябрь, то есть, пять месяцев. Из рисунка 4 видно, что для точки 2 характерно линейное возрастание Bcf, а для проб 1, 4 и 5 - ускоренный рост. Наличие линейного роста указывает на постоянство концентрации железа со временем, что в свою очередь проще всего объяснить наличием антропогенного источника постоянной мощности. Естественно отождествить его со сточными водами и густонаселенной территорией.

Содержание растворимых фосфатов в воде максимально в пробе 3, тогда как ХПК максимально в пробе 1. В целом можно констатировать три независимых источника тяжелых металлов, водорастворимых фосфатов и устойчивой органики: автопарк, бытовые стоки в районе 411-ой школы и новостройки в районе Университетского проспекта.

Можно отметить, что по мере протекания ручья через жилой квартал концентрация Fe в воде в целом увеличивается, что также указывает на антропогенный вклад в его содержание. Особо интересны пробы 3 и 4. Проба 3 отобрана перед впадением ручья в пруд - здесь максимальна концентрация Fe в воде, а проба 4 - после пруда, в ней максимально содержание Fe в растениях. Этот пруд одновременно играет роль отстойника и биотрансформатора-очистителя. В стоячей воде оседают мелкие взвеси, содержащие в том числе и Fe, поэтому его содержание в воде падает. Однако здесь идет и биотрансформация Fe - микроорганизмы перерабатывают его в растворимые формы, которые лучше усваиваются растениями. Поэтому концентрация Fe в растениях максимальна, а коэффициент биоконцентрирования в пробе 4 равен 975. Нетрудно видеть, что изменение величины Bcf по течению ручья носит одинаковый характер и для летних и для осенних проб. Однако сами величины Bcf различаются очень сильно. И причина этого не только в том, что за вегетационный период произошло накопление металлов в растениях. Из таблиц видно, что к осени резко уменьшается концентрация железа в воде. Данное явление можно связать с уменьшением интенсивности процессов биотрансформации и выщелачивания металлов и общим снижением температуры. Однако, как показали измерения в 2006 г., даже это объяснение не до конца описывает происходящее. Дело в том, что не только состав воды и внешние условия влияют на содержание металлов в растениях, но и сами растения влияют на содержание металлов в воде. Это можно заметить уже по характерному уменьшению концентраций железа в воде в пробах 4 и 5. Эти пробы отбирались в местах густо заросших осокой, и можно было ожидать, что постоянное извлечение железа растениями будет приводить к уменьшению его концентрации в воде. Это предположение эффектно подтвердилось в сентябре 2006 г. Моменту пробоотбора предшествовало жаркое лето, обмеление ручья и бурный рост ряски в его среднем, спокойном, течении (пробы 3-5). В результате концентрация железа в воде в точке 5 стала такой низкой, что для анализа пришлось упарить пробу воды в 5 раз. Когда в ноябре 2006 г. мы выполнили еще один анализ воды в этой точке, то увидели, что концентрация железа приблизилась к тому значению, которое мы наблюдали в ноябре 2004-2005 гг.