Способ определения качества воды Советский патент 1992 года по МПК G01N21/25 

Изобретение относится к охране и рациональному использованию водоемов, в частности к способам оценки состояния воды в период цветения сине-зелеными водорослями, которые приводят к известным отрицательным последствиям, и может быть использовано в гидробиологии, гидрохимии, экологии, разработках дистанционных методов исследования эатрофирования водоемов, районировании озер и водохранилищ, слежении за состоянием вод в местах водопользования, рыборазведением, рекреацией и т.п.

Для оценки доминирования сине-зеленых водорослей может быть использован счетно-обьемный способ расчета биомассы, который позволяет определить вклад сине- зеленых водорослей в общий фонд фитопланктона. Способ очень трудоемок и сложен в исполнении, требует высокой квалификации.

Наиболее близким к изобретению является спектрофотометрический метод определения пигментов фитопланктона, который используют для оценки наличия си не-зёленых водорослей .по отношению хлорофиллов b и с к хлорофиллу а. Способ основан на измерении оптической плотности экстракта пигментов фитопланктона в длинноволновой области при длинах волн 664, 647 и 630 нм и дальнейших расчетах концентрации хлорофиллов а, Ь, с.

Однако этот способ применяют только для определения хлорофилла-а. Оценка других хлорофиллов (Ь и с) проблематична, тем более оценка состава фитопланктона/Для повышения точности определения концентрации хлорофиллов b и с необходимо сделать несколько анализов из одной пробы воды, увеличить число измерений на приборе, провести сложный расчет погрешно-ч

о

4 О

о

стей, Эти приемы значительно увеличивают затраты рабочего времени.

Цель изобретения - повышение экс- прессности, достоверности и упрощение способа.

В качестве критерия доминирования сине-зеленых используют взаимосвязь отношений оптических плотностей экстракта пигментов из планктона при длинах волн 450,480 и 480, 664 нм. Этот критерий более надежен, так как зависит от соотношения удельных поглощений и хлорофиллов, и ка- ротиноидов, что важно для оценки сине-зеленых. В целом способ включает отбор проб воды, концентрирование планктона фильтрованием, извлечение пигментов ацетоном, отделение осадка центрифугированием, измерение оптической плотности экстракта на любом спектрофотометре при длинах волн 450, 480 и 664 нм, расчет отношений оптических плотностей при 450, 480 нм и при 480, 664 нм, выявление с помощью заранее построенных модельных графиков степени доминирования сине-зеленых водорослей и оценку состояния воды.

На чертеже изображены модельные графики, поясняющие сущность способа,

На чертеже А - чистая зона - доминирование сине-зеленых невероятно (менее 50%), накопление биомассы не происходит, состояние воды удовлетворительное; В - переходная зона - доминирование сине-зеленых более 50%, в нижней части зоны наиболее вероятно абсолютное доминирование (около 80-100% общей биомассы), где возможно резкое ухудшение качества воды и приблих ение его к критическому; С - критическая зона - абсолютное доминирование смне-зеленых водорослей (около 100%); в верхней части зоны возможно накопление больших биомасс, что ухудшает качество воды; в нижней части зоны возможно старение и отмирание водорослей, .появление опасности биологического загрязнения..

Графическая модель разработана теоретически на основе известных удельных коэффициентов поглощения и наиболее вероятного для функционирующего фитопланктона в нормальных условиях сочетания концентраций основных пигментов сине-зеленых, зеленых и диатомовых водорослей. Установлено, что величины отношений оптических плотностей экстракта пигментов при длинах волн 450, 480 нм (D450/D480) в сочетании с величинами при длинах волн 480,664 нм (D480/D664) могут служить критерием доминирования сине-зеленых водорослей (по биомассе) в фитопланктоне. А вклад биомассы сине-зеленых в фитопланктон может служить показателем степени биологического загрязнения воды: при нарастании степени доминирования до 98-99% экологическое состояние водоема не нарушается (биомасса обычно не превышает 100 г/м3), и только когда доля сине-зеленых длительное время остается около 100%, качество воды ухудшается, так как происходит накопление массы или нагон водорослей и

разложение их.

Расчетные кривые показывают связь отношений оптических плотностей суммы пигментов в 90%-ном ацетоне при длинах волн 450, 480 нм (D450/D480) и 480, 664 нм

(D480/D664) в зависимости от содержания ка- ротиноидов. .Величины D450/D480 и D480/D664 рассчитывали, исходя из известных удельных коэффициентов поглощения и наиболее вероятных соотношений концентраций пигментов, характерных для разных отделов водорослей - сине-зеленых, зеленых и диатомовых. В набор пигментов включены только те, которые составляют обычно до 90% от общей концентрации и характеризуются наибольшей величиной отношения D450/D480. Для диатомовых выбраны каротиноиды - фукоксантин: диадиноксан- тин:/ -каротин в соотношении 6:3:1 и отношение хролофиЛлов с/а 0,3. Для зеленых

взят yS-каротин и отношение хлорофиллов Ь/а 0,3. Для сине-зеленых выбраны/ -ка- ротин и специфический ксантофилл с коэффициентами астаксантина в отношении 1:1 (хлорофиллов b и с у сине-зеленых нет). Указанные соотношения вводились в расчет для отдельных типов водорослей и принимались за 100% при расчетах смешанного фитопланктона.

Верхняя кривая 1 показывает характер

СВЯЗИ индексов D450/D480 И D480/D664 ДЛЯ

упомянутой смеси пигментов диатомовых, кривая 2 -для 1/2 пигментов сине-зеленых плюс 1/2 пигментов диатомовых, кривая 3- для 3/5 пигментов сине-зеленых плюс 1/5

пигментов зеленых и 1/5 диатомовых, кривая 4 -для сине-зеленых, кривая 5 прове .- дена условно и обозначает зону для молодых культур сине-зеленых и сгущенного фитопланктона в период начала цветения. Перечисленные кривые разделяют зоны с разной степенью доминирования сине-зеленых водорослей: в зону между кривыми 1-2 попадают пробы с содержанием сине-зеленых менее 50%, в зону между кривыми 2-3 - обычно более 50%, между 3-4 - преимущественно около 80-99%, между 4-5 - пробы молодых культур синв зеленых и фитопланктона, состоящего почти на 100% из сине-зеленых. Ниже кривой 5 располагались пробы для старых и отмирающих культур сине-зеленых. Природных проб из зон биологического загрязнения не было.

Учитывая распределение на модели проб с разной степенью доминирования и разным уровнем биомассы сине-зеленых, выделены следующие зоны: чистая зона - доминирование сине-зеленых здесь, как правило, не регистрируется, их менее 50% общей биомассы, которая характеризуется небольшими величинами; состояние воды здесь считают удовлетворительны. Переходная зона В -сине-зеленые обычнодоминируют (более 50%), пунктиром выделена нижняя часть зоны, где доминирование достигает 80-98%; возможно появление критических биомасс, судя по тому, что сюда же попадают пробы зоопланктона, содержащие, в основном, сине-зеленые водоросли в период их преобладания. Возможно резкое ухудшение качества воды. Критическая зона С выделена по материалам культур сине-зеленых, в верхнюю часть зоны попадают пробы молодых культур, в нижнюю - старых,, разлагающихся. Вероятно, в эту зону попадают пробы из опасной области биологического загрязнения сине-зелеными.

Способ слежения за состоянием воды реализован в мае на 12 и в июле на 11 станциях. Пробы воды объемом 0,5 л в мае и 0.25 л в июле отбирали из верхнего полу- .метрового слоя в озере и доставляли в лабораторию. Фитопланктон из каждой пробы концентрировали на мембранные фильтры № 6 диаметром 35 мм с подложки из порошка стекла (100 мг) и мела (100 мг) фильтрованием через воронку из плексигласа с помощью хирургического отсасывателя или насоса Комовского. Каждый фильтр с планктоном помещали в пеницил-линовый пузырек, заливали 5 мл 100%-ного ацетона; закрывали пробкой и встряхивали около 3 мин. Содержимое пузырьков переносили количественно в центрифужные пластмассовые пробирки, смывая осадок со стенок пузырьков 5 мл 90%-ного ацетона. Осадки отделяли центрифугированием в течение 15 мин при 8000 об/мин на центрифуге. Над- осадочные жидкости - экстракты пигментов - сливали в стеклянные пробирки. Затем экстракт пигментов наливали в спёктрофотометрическую кювету длиной 2 см, измеряли оптическую плотность на спектрофотометре СФ-26 при длинах волн 450,480 и 664 нм. Рассчитали отношение оптических плот- ностей при длинах волн 450 и 480 нм (D450/D480) и при длинах волн 480 и 664 нм (Р4во/0бб з) на простейшем калькуляторе Электроника МК-42. Проверили по графической модели, в какую зону попадает точка

пересечения величин D450/D480 и D-qeo/Deoi для каждой пробы, установили степень доминирования и оценили состояние воды (см. таблицу).

Например, станция 10 в мае имеет отношение оптических плотностей при длинах волн 450 и 480 нм, равное 1,63, при длинах волн 480 и 664 нм - 0,95. Находим точку пересечения этих величин на модели: по оси абсцисс ищем 0,95, по оси ординат - 1,63.

Она попадает в зону А между кривыми 1 и 2. Эта зона относится к той области, в которой сине-зеленые обычно не доминируют и соответственно биологического загрязнения сине-зелеными нет, состояние воды относится к категории Чистая.

Таким образом, проанализировали данные для остальных проб - все точки для мая попадают в эту зону. Все точки июля попадают в зону между кривыми 3 и 4, в которой

сине-зеленые доминируют почти до 100%, но степени биологического загрязнения они не достигают, состояние воды характеризуется категорией Переходная с признаками ухудшения качества.

Формула зобретения

Способ определения качества воды, включающий отбор пробы воды, концентрирование планктона фильтрованием, экстрагирование пигментов ацетоном, измерение

оптической плотности полученного экстракта на трех длинах волн, одна из которых 664 нм, отличающийся тем, что, с целью повышения экспрессное™, достоверности и упрощения способа, измерения на двух

других длинах волн проводят при 450 нм, 480 нм, определяют отношение оптических плотностей D450/D480, D480/D664 и судят о качестве воды с учетом предварительно построенной графической модели, где D/iso,

D480, 0)664- оптические плотности на длинах волн 450, 480, 664 нм соответственно.

1 2 3

4 5 6

7 8

9 10 11 12

Изобретение относится к охране и рациональному использованию водоемов, Цель изобретения - повышение экспрессное™, достоверности и упрощение способа. Отбирают пробу воды, концентрируют планктон фильтрованием, экстрагируют пигменты ацетоном, измеряют оптические плотности D экстракта на длинах волн 450,480, 664 нм. Затем определяют отношение оптических плотностей D450/D480, D480/D664. О качестве воды судят по предварительно построенной графической модели. 1 ил., 2 табл. /

1...

2

3

4

5

6

7

8

9

10

11

12

Г

/

Ч ад