Кислотные дожди

Investigation Protocol

Наиболее точные и достоверные результаты можно получить, измеряя кислотность осадков либо откалиброванным датчиком, либо с помощью универсального индикатора. И в том, и в другом случае, прежде чем приступить к измерению, необходимо пошагово выполнить ряд подготовительных работ:
- для калибровки датчика – шаги 1 и 2;
- для работы с универсальным индикатором – шаги 1 и 3.
Выполнив эти работы, можно приступать к определению кислотности осадков согласно описанию в разделе «Ход исследования» (см. ниже).

Если у вас имеется датчик, но нет возможности его откалибровать, можно сразу приступить к исследованию осадков, но при этом в Анкете указать, что датчик не был откалиброван.

Если у вас нет датчика и универсального индикатора, можно измерять кислотность осадков с помощью иных индикаторов, например лакмусовых бумажек. Об использовании этой или какой-либо иной методики вы также должны рассказать в Анкете проекта.

• Шаг 1. Подготовительные работы. Стандартные растворы

Чтобы результаты исследований не вызывали сомнений, необходимо заранее выполнить ряд подготовительных работ. В частности:
- если вы будете использовать универсальный индикатор, вам понадобятся стандартные растворы, кислотность которых заранее известна;
- стандартные растворы потребуются и для калибровки датчиков, если вы планируете измерять кислотность осадков с их помощью.

Поскольку обычные осадки имеют pH около 5,6, а кислотные – уже порядка 5,4, надо создать серию растворов, в которых кислотность изменялась бы не больше, чем на 0,2 единицы pH. Для калибровки удобно пользоваться так называемыми буферными растворами – это растворы, содержащие соль слабой кислоты и эту же кислоту. Например, для приготовления ацетатного буфера требуется смешивать в определённых пропорциях раствор уксусной кислоты и раствор ацетата натрия.

Для приготовления стандартных растворов необходимы:

1. Ацетат натрия (концентрация 0,2 моль/л). Для приготовления 1 л такого раствора надо взять 27,2 г трехводного ацетата натрия и растворить в 1 л дистиллированной воды.

2. 11,45 мл ледяной (т. е. 100-процентной) уксусной кислоты налить в мерную колбу на 1 л и довести объём раствора до 1 л дистиллированной водой.

Для получения калибровочных растворов приготовленные растворы надо смешивать в таких соотношениях:

Стандартные растворы необходимо хранить в колбах с притёртой пробкой. В этом случае в течение 1 месяца pH раствора не изменится. По прошествии месяца раствор лучше приготовить заново.

На каждой колбе должно быть написано значение pH, чтобы их не перепутать и не допустить ошибку в исследованиях.

• Шаг 2. Подготовительные работы. Калибровка датчика

Если вы будете проводить измерения pH датчиками (Лабдиск, Vernier или иными), их необходимо откалибровать.

Для этого надо измерить датчиком pH каждый из приготовленных стандартных растворов как минимум 3 раза — измерить pH, промыть датчик водой, снова измерить. Если результаты измерений отличаются не более, чем на 0,1, посчитайте среднее значение и запишите его в таблицу. Если одно из измеренных значений «выпадает», его не надо учитывать при расчете среднего. Если все три значения сильно расходятся, продолжайте измерения, пока не получится три «сходных» (т.е. находящихся в пределах 0,1) значения. Так будет получена таблица соответствия показаний датчика pH стандартных растворов.

По данным измерений необходимо построить график соответствия показаний датчика реальным значениям pH стандартных растворов.

Пример заполнения таблицы и построения соответствующего ей графика:

Затем, при проведения исследования, вы будете вносить необходимую поправку в полученное с помощью датчика значение pH дождевой воды. Для этого с помощью построенного графика надо определить реальное значение pH, которое соответствует показанию датчика (на графике – дополнительное построение, выделенное красным цветом).

Калибровку датчика достаточно произвести один раз, перед началом исследования. Но лучше повторить процедуру через месяц, чтобы убедиться, что никаких отклонений от прежних показаний не произошло.

Если у вас не было возможности провести калибровку, датчик все равно можно использовать для измерения кислотности осадков, но при этом обязательно указать в Анкете, что калибровка не проводилась.

• Шаг 3. Подготовительные работы. Универсальный индикатор

Если для измерения кислотности осадков вы будете использовать универсальный индикатор, необходимо заранее подготовить тестовые цветовые пробы. Для этого возьмите из каждого стандартного раствора пробу по 10 мл в пробирку со шлифом. В каждую добавьте одинаковое количество раствора индикатора (например, по 3 капли из пипетки или по 0,1 мл). Закройте пробирки пришлифованной пробкой. Ещё лучше сверху залить раствор маслом и закрыть пробкой.

При проведении исследования вам предстоит проводить точно такую же процедуру с собранной дождевой водой и, сравнивая цвета, определять pH осадков.

• Ход исследования

1. Подготовьте место для сбора дождевой воды. Это должна быть ровная площадка на открытом пространстве, чтобы избежать попадания воды с деревьев или крыш домов. Сосуд (заранее подготовленный чистый стакан или банка), в который вы будете собирать воду, не должен стоять на земле, иначе брызги могут привнести в пробу комочки почвы, что исказит результаты исследования. Сосуд лучше устанавливать либо на возвышении (например, на пне дерева), либо поместить его в достаточно высокую, но открытую ёмкость, например, в ведро или 5-литровую пластиковую бутыль из-под воды, предварительно срезав с неё верхнюю часть.
2. Если метеослужба прогнозирует осадки или вы сами видите по состоянию неба, что может пойти дождь, установите сосуд на подготовленную площадку. Можно также постоянно держать его «в готовности» принять пробу, но при этом периодически проверять, не загрязнился ли он.
3. После дождя занесите сосуд с собранной водой в тёплое помещение. Измерения можно проводить примерно через час, когда вода прогреется до комнатной температуры. При этом подогревать воду специально не следует.
   В зимнее время сосуд с собранным в качестве пробы снегом также следует занести в помещение и дождаться, когда снег растает и вода прогреется до комнатной температуры.
4. Измерьте рН собранной воды с помощью датчика или универсального индикатора (либо иным способом).
   Если вы работаете с датчиком, поместите его в исследуемую воду и снимите показания. Промойте датчик и повторите измерение. Повторите так до получения трех значений pH, находящихся в диапазоне 0,1. Подсчитайте среднее и с помощью построенного ранее графика соответствия показаний датчика определите реальное значение pH дождевой воды.
   Если вы используете универсальный индикатор, отберите из стаканчика пробу 10 мл и добавьте такое же количество индикатора, как в стандартные растворы (см. «Шаг 3. Подготовительные работы»). Сравните цвета пробы и стандартных растворов, подберите наиболее близкий и определите рH.
5. Если дождь окажется затяжным и при этом меняется направление ветра, следует провести несколько измерений с интервалом в 2-4 часа.
6. Определите температуру воздуха, направление и силу ветра. Это можно сделать самостоятельно или воспользоваться информацией на сайтах метеослужб.
7. Заполняйте Анкету проекта после каждого дождя или снегопада, то есть после каждого измерения кислотности осадков.
8. Если у вас по каким-либо причинам некоторое время не будет доступа в интернет и, как следствие, возможности заполнить Анкету сразу, занесите данные ваших измерений в дневник наблюдений (бланк дневника можно скачать здесь). Затем, когда появится возможность, по данным дневника на каждый исследованный случай заполните отдельную Анкету.
9. Следите за ходом исследования, участвуйте в обсуждении результатов, полученных другими участниками.

Safety tips

Все используемые реактивы и оборудование вполне безопасны. Тем не менее следует избегать их попадания внутрь, на кожу, в глаза.