Практична робота № 2

Тема: Визначення витрати кисню на біохімічне окислення органічних речовин в апараті Варбурга

Ціль: Навчитись використовувати метод Варбурга для визначення витрати кисню на окислення.

Теоретична частина

Біохімічне окислювання являє собою складний процес, що складається з ряду хімічних реакцій, що одночасно протікають. Загальним у цих реакціях є споживання кисню й виділення вуглекислого газу.

Швидкість споживання кисню залежить від характеру речовин, що окисляють, і від характеру процесів, які в цей момент переважають у досліджуваній системі. При вивченні біохімічного окислювання визначається тільки загальне споживання кисню за заданий період часу. На цьому принципі засновані методи дослідження біохімічного окислювання за допомогою апарата Варбурга й інших газоаналізаторів. Утворення або зникнення газу в системі постійного обсягу й постійної температури можна виміряти по зміні газового тиску. Метод Варбурга найчастіше використається для визначення кількості кисню, витраченого на окислювання органічних забруднень.

Апарат складається з інкубаційної колби, що з'єднує герметично за допомогою шліфа з манометром, заповненим рідиною певної щільності. Колба поринає у водяну лазню, у якій підтримується постійна температура води й під час проведення досвіду струшується для забезпечення швидкого газообміну між рідкою й газовою фазами.

У даній роботі вивчається процес біохімічного окислювання різних органічних речовин, що втримуються в стічній рідині, активним мулом. При цьому інкубаційна колба відіграє роль контактного аеротенка. При роботі з бактеріальними клітками активного мулу споживання кисню супроводжується виділенням вуглекислого з. Споживання кисню визначають по кількості поглиненим лугом вуглекислоти, що виділяється. Для цього у внутрішній стаканчик інкубаційної посудини додаю/ розчин їдкого калію. Таким чином, тиск вуглекислого газу протягом досвіду підтримується на рівні нуля. Якщо луг не забезпечує миттєвого й повного поглинання вуглекислоти, то тиск ІЗ02 не буде дорівнює нулю й показання манометра не будуть відповідати кількості спожитого кисню.

Для збільшення поверхні лужного поглинача в стаканчик з КІН поміщають листок фільтрувального паперу, складений гармошкою. Фільтрувальний папір повинна приблизно на 5 мм виступати над краєм стаканчика. Після змочування розчином лугу папір, складений гармошкою, розправляється, забезпечуючи достатню поверхню ДЛЯ поглинання З2. Для того щоб луг не потрапив у колбу, краї стаканчика для лугу змазують вазеліном.

Застосовувати розчини лугу слабкіше 1%-ных недоцільно, тому що слабкі розчини дуже швидко

виявляються повністю нейтралізованими. Рекомендується застосовувати 10%-ный розчин КІН.

Інкубаційна посудина й манометр являють собою замкнуту систему, у якій поглинання кисню походить із газового простору над рідиною. Перед початком роботи визначається обсяг газового простору, включаючи сполучну трубку манометра до нульової крапки, а також визначається константа посудини. Калібрування системи дає можливість по зміні тиску обчислити кількість спожитого кисню. Константа посудини обчислюється по формулі

, (2.1)

де V_г - обсяг газового простору, см³;

V_ж - обсяг рідини в колбі, см³;

Р_o - тиск, Мпа;

a - розчинність О₂ при даній температурі, мг/см³;

Т - температура водяної лазні, К.

Хід роботи:

1 Опис установки.

У водяну лазню газоаналізатора Варбурга типу АГ-1 (рис. 2.1) поміщають 16 інкубаційних колб. Обсяг кожної інкубаційної колби становить -150 мол. Досвід проводиться при температурі 25°С. Для регулювання температури водяної лазні прилад постачений контактним термометром. Вода у водяній лазні перемішується електричною мішалкою.

Необхідною умовою проведення досвіду є струшування інкубаційних колб. Число коливань інкубаційних колб становить 110 в 1 хв.

Рисунок 2.1. Схема газоаналізаторі Варбурга

1 - манометр із посудиною; 2 - електродвигун; 3 - підігрівник з термореле; 4 - корпус; 5 - водяна лазня; 6 – мішалка

2 Методика проведення роботи й обробки результатів досвіду.

Перед початком роботи прилад включають в електромережу й водяну лазню нагрівають до температури 25°С, потім включають мішалку. Дослідження біохімічного окислювання органічних речовин на приладі Варбурга проводиться на двох паралельних пробах - контрольної й досвідченої.

У мірну колбу на 100 мол вносять відмитий водопровідною водою активний іл з аеротенка, акліматизований до досліджуваної речовини, з розрахунку 1 г/л по сухій речовині, стічну рідину на основі пептону й досліджувана речовина в певній концентрації. Суміш перемішують і доливають водою До мітки.

У контрольну пробу поміщають ті ж компоненти, але без досліджуваної речовини.

В інкубаційну посудину приладу вносять 15 мол приготовленої суміші. У внутрішню склянку (краю якого попередньо змазують вазеліном) додають 5 мол 10%-ного розчину лугу (КІН) і вставляють Фільтрувальний папір. Колбу за допомогою шліфа приєднують до манометра, закріплюють гумкою й опускають у водяну лазню. Шліф манометра змазують вазеліновим маслом. Кран на правому коліні манометра відкритий для підтримки в коліні атмосферного тиску.

Рідина в манометрі встановлюється на нульовій оцінці. При цьому рідина в правом і левом коліні манометра не завжди встановлюється на однаковому рівні через неоднаковий внутрішній діаметр манометричної трубки по всій довжині. Манометри при відкритих кранах витримують 15 хв, після чого один кран закривають, відзначають нульове показання манометра й включають тумблер "привід". Показання манометрів відзначаються через 0,5 ч. Перед відліком рівень манометричної рідини ставиться на нульову оцінку по правому коліну. Якщо при відліку нульового показання рівень рідини в правому коліні був вище, ніж у левом на кілька розподілів шкали, то це число розподілів щораз приплюсовується до показань манометра: якщо нижче - те віднімається.

Тривалість досвіду 5 ч.

Ступінь біохімічного окислювання обчислюється по різниці споживання кисню в контрольній пробі й пробі, що містить досліджувану речовину. Споживання кисню П, мг/л, визначається з вираження

П = hK·1,3·66,6, (2.2)

де h - показання манометра; ДО - константа посудини;

1,3 - коефіцієнт перерахування мол кисню мг;

66,6 - те ж, мг кисню на 1 л стічної води.

Результати вимірів і обчислень заносять у таблицю за формою 2.1.

Форма 2.1 - Результати вимірів і обчислень для визначення витрати кисню на біохімічне окислювання

Конторольне питання

1 Змалюйте процес біохімічного окислення

2Напрямки використання методу Варбурга.