Способ определения качества воды

 

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. /

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (sa)s G 01 N 21/25

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4763386/25 (22) 28.11.89 (46) 29.02,92. Бюл. N 8 (71) Институт биологии внутренних вод им.

И.Д. Папанина (72) R,Е. Сигарава (53) 543.432(088.8) (56) Кузьмин Г,В„Фитопланктон. Видовой состав и обилие. — В кн,: Методика изучения биогеоценозов внутренних водоемов, М,.

1975, с. 73 — 84.

lleffrey S,W., Humphrey G.Н, New

Spectrophotometric equations for determining

chlorophytls а, о, сi and c in higher plants, algae апд natural phytoplankton. — Biochem.

and Physlol. Pflanz, 1975; 167(2).

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 эвтрофирования 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 синеэеленых водорослей в общий фонд фитопланктона. Способ очень трудоемок и сложен в исполнении, требует высокой квалификации.

„„ S„„1716400 А1 (54) СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ КАЧЕСТВА

ВОДЫ (57) Изобретение относится к охране и рациональному использованию водоемов, Цель изобретения — повышение экспрессности, достоверности и упрощение способа. Отбирают пробу воды, концентрируют планктон фильтрованием, экстрагируют пигменты ацетоном, измеряют оптические плотности

0 экстракта на длинах волн 450, 480, 664 нм, Затем определяют отношение оптических плотностей D4gp/0480, Dnap/Обб4. О качестве воды судят по предварительно построенной графической модели. 1 ил„2 табл.

Наиболее близким к изобретению является спектрофотометрический метод определения пигментов фитопланктона, который используют для оценки наличия си-. не-зеленых 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 погрешно20

40 ктона 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 (045p/0<8p) в сочетании с величинами при длинах волн

480, 664 нм (О 8о/0664) могут служить критерием доминирования сине-зеленых водорослей (по биомассе) в фитопланктоне, А вклад биомассы сине-зеленых в фитопланк- .

50 стей, Эти приемы значительно увеличивают затраты рабочего времени, Цель изобретения — повышение экспрессности, 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 каротиноидов, 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 приближение его к критическому; С вЂ” критическая зона — абсолютное доминирование сине-зеленых водорослей (o orio 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 фитоплантон 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/мз), 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 (045p/0480) и 480, 664 нм (Ощо/D664) в зависимости OT содержания каротиноидоВ..Величины 0<5p/048p и

048p/06у рассчитывали, исходя иэ 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 0450/048О. Для диатомовых выбраны каротиноиды — фукоксантин: диадиноксантин Р -каротин в соотношении 6;3:1 и отношение хролофиллов c/а = 0,3, Для зеленых взят Р-каротин и отношение хлорофиллов

Ь/а = 0,3. Для сине-зеленых выбраны P-каротин 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" фито планктона.

Верхняя кривая 1 показывает характер связи индексов 0<5p/0480 и 0480/0664 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 сине-зеленых и фитопланктона, состоящего почти íà 100%. из сине-зеленых. Ниже кривой 5 pacnoitara1716400

- сливали в стеклянные пробирки; Затем экстракт пигментов наливали в спектрофо50 лись 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 5 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 10 небольшими величинами; состояние воды здесь считают удовлетворительны ..l1epeходная зона  — сине-зеленые обычно доминируют (более 50g, пунктиром выделена нижняя часть зоны, где доминирование до- 15 стигает 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 20 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 попа- 25 дают 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 30 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

1Ф 6 диаметром 35 мм с подложкй иэ порош- 35 ка стекла (100 мг) и мела (100 мг) фильтрованием через воронку иэ плексигласа с помощью хирургического отсасывателя или насоса Комовского. Каждый фильтр с глланктоном помещали в пенициллиновый пузы- 40 рек, 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 45 пузырьков 5 мл 907-ного ацетона. Осадки отделяли центрифугированием в течение 15 мин при 8000 Об/мин на центрифуге. Надосадочные жидкости — экстракты пигментов тометрическую кювету длиной 2 см, измеряли оптическую плотность на спектрофотометре СФ-26 при длинах волн 450, 480 и 664 нм. Рассчитали отношение оптических плотностей при длинах волн 450 и 480 нм (0450/D480) и при длинах волн 480 и 664 нм (Е480/0664) на простейшем калькуляторе

"Электроника MK-42". Проверили по графической модели, в какую зону попадает точка пересечения величин 0460/0480 и D480/D664 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. !аходим 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 эона относится к той области, в которой сине-зеленые обычно не доминируют и соответственно биологического загрязнения сине-зелеными нет, состояние воды относится к категории "Чистая".

Ь

Таким образом, проанализировали данные для остальных проб — все точки для мая попада1от 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 изобретения

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 экспрессности, достоверности и упрощения способа, измерения на двух других длинах волн проводят при 450 нм, 480 нм, определяют отношение оптических плотностей 0450И480, 0480И664 и СУдЯт о качестве воды с учетом предварительно построенной графической модели, где 0460, 0480, 0664 Оптические плотности на длинах волн 450, 480, 664 нм соответственно.

1716400

Оптическая плотность, при, нм

Отношение

Станция, ))

480 664

»»

450

Май

3

5

7

9

11

12.13

5

7

9

11

0,399

0,338

0,388

О 327

0,318

О 327

0,295

0 305

0,313

0,289.

0,266

0,192

0,234

0,413

0,427

0,365

0,374

0,360

0,488

0,412

0,461

0,401

0,324

0,231

О, 215

0,249

О, 182

О, 162

0,217

О, 171

О, 180

0,195

О, 177

0, 169

0,121

0,20)

О 369

0 37)

0 322

О 329

0,310

О, 412

0135О

0,378

0,360

0,298

О, 186

О, 198

0,234.

0,220

0,201

О., 180

О, )80

0,)62

0, 156

О, 186

О, 169

0,111

0, )39

0,288

0,306

0,253

0,273

0,229

0,312

0,239

0,374

0,252

0,217

1,72

1,57

1,56

1,49

1 59

1 51

1 72

1,69 1,60

1,63

1,57

1,59

1,16

)у)2

)э)5

1,13

l,14

1,16 .

1,18

1, 18

1,22

) j)

),12

1,24

1,08

1,06

1,21

1,24

1,20

0,95

1,11

1,25

0,95

1 0

1,09

1,45

1,28

1,21

1,27

1,20

1,35

1 32

1,46

1,01

1,43

1 33

1716400 . 4 ъ 3

ФЯ «: 4 «7

«Я" Ф. р ф

3 ъ ф

° ь «ф» р :»

«»:» Ф

° р ° ф е Ф« »

М ф ф «»

««» ф

Q. ф ъ= 4 «"» ъ«.

Ъ

И ъ ъ

« «» л

Яд

Ъ

«г

Cb

Фг

««"» «»

Ъ

«»

И

Ф«ф и @

3Щ й®® юруу аду пэмз дби

РЮШУОЙШВЯ3 УПИВЬПШЫО дйНЭ1ПОИШЦ

Составитель. H.Íàçàðîâà

Редактор М.Келемеш Техред М.Моргентал Корректор С.Шевкун

Заказ 607 Тираж Подписное

8НИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж"35; Раушская наб., 4/5

Производственно-издательский комбинат "Патент", r, Ужгород, ул.Гагарина, 101