Известно что кислород может растворяться в воде почему в организме человека кислород

Задания части 2 ЕГЭ по теме «Внутренняя среда организма (кровь, лимфа, тканевая жидкость)»

1. Объясните, в чем состоит взаимосвязь компонентов внутренней среды организма: крови, лимфы и тканевой жидкости.

1) Жидкая часть крови (плазма), вытекающая наружу из капилляров, превращается в тканевую жидкость.
2) Тканевая жидкость, затекающая внутрь открыто оканчивающихся лимфатических капилляров, превращается в лимфу.
3) Лимфа течет по лимфатическим сосудам и попадает в кровь.

2. В чем проявляется транспортная функция крови? Приведите не менее трех примеров. Ответ поясните.

1) гемоглобин эритроцитов транспортирует кислород от легких к тканям и углекислый газ от тканей к легким;
2) плазма крови транспортирует растворенный углекислый газ, воду, минеральные соли, аминокислоты, витамины, гормоны, продукты клеточного обмена и т.п.;
3) кровь переносит тепло от горячих органов (например, печень) к холодным (например, пальцы).

3. Какова причина малокровия у человека? Укажите не менее трёх возможных причин.

1) большие кровопотери;
2) неполноценное питание (недостаток витаминов и др.);
3) нарушение образования эритроцитов в кроветворных органах

4. В чем отличия групп крови, имеющихся у человека? Какие группы крови совместимы при переливании? Людей с какой группой крови считают универсальными донорами и реципиентами?

Группы крови отличаются антигенами (агглютиногенами), находящимися на поверхности эритроцитов, и антителами (агглютининами), растворенными в плазме крови:
-в I (0) группе агглютиногенов нет, агглютинины альфа и бета
-во II (А) группе агглютиноген А, агглютинин бета
-в III (В) группе агглютиноген В, агглютинин альфа
-в IV (АВ) группе агглютиногены А и В, агглютининов нет.

Первую I (0) группу можно переливать всем (универсальный донор).
Вторую II (А) группу можно переливать во II и IV.
Третью III (В) группу можно переливать в III и IV.
Четвертую IV (АВ) группу можно переливать только в IV.

В первую I (0) группу можно переливать только I.
Во вторую II (А) группу можно переливать II и I.
В третью III (В) группу можно переливать III и I.
В четвертую IV (АВ) группу можно переливать любые группы (универсальный реципиент).

5. Почему происходит свертывание крови в поврежденных сосудах.

Повреждение клеток эндотелия сосудов вызывает превращение протромбина в тромбин, под действием тромбина растворенный в крови глобулярный белок фибриноген превращается в нерастворимый нитевидный фибрин, из фибрина образуется тромб.

6. Найдите три ошибки в приведенном тексте. Укажите номера предложений, в которых они сделаны. (1) Внутренняя среда организма образована кровью, тканевой жидкостью, лимфой. (2) Кровь состоит из плазмы и форменных элементов. (3) Эритроциты крови вырабатывают антитела, создавая иммунитет. (4) Основная функция эритроцитов заключается в переносе газов. (5) Тромбоциты участвуют в процессе свертывания крови. (6) В плазме крови содержится растворимый белок фибрин. (7) Из клеток печени образуются все форменные элементы крови.

7. Рассмотрите предложенную схему состава крови. Запишите в ответе пропущенный термин, обозначенный на схеме вопросительным знаком.

8. Известно, что кислород может растворяться в воде. Почему в организме человека кислород транспортируется эритроцитами, а не плазмой крови? Какое видимое изменение крови может служить фактором связывания кислорода с эритроцитами? Ион какого химического элемента и как при этом изменяется?

9. В чём заключается сходство и различие в транспортировке кислорода и углекислого газа в крови человека с учётом их различной растворимости? Какие соединения при этом образуются? Ответ поясните. Какое видимое изменение крови происходит при связывании углекислого газа?

1) сходство: при транспортировке газов происходит их связывание с гемоглобином эритроцита;
2) различие: углекислый газ лучше растворяется в воде, поэтому его бОльшая часть растворяется в плазме;
3) углекислый газ в плазме образует угольную кислоту (карбоксид-ионы);
4) кислород образует с гемоглобином оксигемоглобин;
5) углекислый газ образует с гемоглобином карбгемоглобин;
6) при насыщении углекислым газом кровь становится вишневого цвета

10. Найдите три ошибки в приведенном тексте «Лимфатическая система человека». Укажите номера предложений, в которых сделаны ошибки, исправьте их. Дайте правильную формулировку. (1) Кровь, тканевая жидкость и лимфа образуют внутреннюю среду организма человека. (2) У человека лимфа движется по лимфатическим сосудам организма. (3) Лимфа образуется из тканевой жидкости и сначала транспортируется по лимфокапиллярам, а затем передвигается по более крупным лимфатическим сосудам. (4) Лимфатические сосуды несут лимфу в грудной проток, из него она поступает в артерии большого круга кровообращения. (5) Лимфа содержит большое количество эритроцитов. (6) Из кишечника в лимфу всасываются глюкоза и аминокислоты. (7) Лимфатическая система участвует в создании иммунитета, оттоке избытка жидкости от органов и тканей, во всасывании из кишечника жиров.

1) 4 – лимфа из грудного протока попадает в вены большого круга кровообращения (полые вены);
2) 5 – лимфа содержит лейкоциты (тромбоциты и эритроциты практически отсутствуют);
3) 6 – из кишечника в лимфу всасываются липиды (аминокислоты и глюкоза всасываются из кишечника в кровь)

11. Рассмотрите рисунок. Формирование какой клетки организма человека на нём схематично изображено? Свой ответ аргументируйте. С какой функцией этих клеток связаны изображенные на рисунке изменения? Какое преимущество дают подобные изменения для эффективного функционирования клетки? Ответ поясните.

1) эритроцит;
2) клетка теряет ядро;
3) клетка приобретает двояковогнутую форму;
4) с функцией транспорта газов (кислорода и углекислого газа);
5) потеря ядра (изменение формы клетки) увеличивает отношение поверхности клетки к её объему (увеличивает рабочую поверхность);
6) в результате клетка приобретает возможность переносить больше кислорода

Источник

ГДЗ биология 8 класс Пасечник, Суматохин, Калинова Просвещение 2019-2020 Задание: § 21 Механизм дыхания Жизненная емкость легких.

Стр. 94. Вспомните

№ 1. Чем отличаются дыхательные движения у земноводных (лягушки) от движений у млекопитающих животных? Чем это объясняется?

У земноводных, например, у лягушки, механизм дыхания запускается благодаря движениям ротоглоточной полости. Это объясняется тем, что грудная клетка и межреберная мускулатура у нее отсутствуют. У млекопитающих дыхательные движения обеспечиваются работой специальной мышцы – диафрагмы и движениями ребер при вдохе и выдохе.

№ 2. Как осуществляется транспорт газов кровью? Какие форменные элементы отвечают за этот процесс?

В организме транспортировка кислорода и углекислого газа осуществляется при помощи крови. Кислород, который поступает из альвеолярного воздуха в кровь, тут же связывается с гемоглобином эритроцитов, в результате чего образуется оксигемоглобин. В таком виде он и доставляется к тканям. Уже в тканевых капиллярах кислород отщепляется и включается в окислительные процессы. Свободный гемоглобин связывает водород и превращается в восстановленный гемоглобин.

Углекислый газ, который образуется в тканях, переходит в кровь и поступает в содержащиеся в ней эритроциты. Далее часть его соединяется с восстановленным гемоглобином, образуя карбогемоглобин. В таком виде углекислый газ транспортируется к лёгким. Но большая часть углекислого газа в эритроцитах все же превращается в бикарбонаты при участии фермента карбоангидразы. Бикарбонаты переходят в плазму, где также транспортируются к лёгким. Там в лёгочных капиллярах они при помощи карбоангидразы распадаются и выделяют углекислый газ.

Стр. 96. Моя лаборатория. Измерение обхвата грудной клетки в состоянии вдоха и выдоха

С помощью сантиметровой ленты измеряем окружность грудной клетки. Для этого поднимаем руки, накладываем ленту так, чтобы она проходила по нижним углам лопаток. Спереди лента должна проходить по среднегрудинной точке и плотно прилегать к телу. Затем опускаем руки. Окружность груди измеряется в трех фазах: во время обычного спокойного дыхания (в паузе), при максимальном вдохе и максимальном выдохе.

Определяем разность между величинами окружности груди при выдохе и вдохе. Это и есть экскурсия грудной клетки. Полученный результат записываем.

Вывод:

Разница обхвата грудной клетки при максимальном вдохе и максимальном выдохе в норме составляет 5 см. В моем случае результат измерений показал разницу в 4 см, что является пределом нормы. Такая разница является отражением подвижности грудной клетки во время дыхания, которое совершается благодаря дыхательным мышцам – межреберным и диафрагме.

Стр. 97. Вопросы после параграфа

№ 1. Каков механизм дыхательных движений, обеспечивающих у человека вдох и выдох?

При помощи дыхательных движений обеспечиваются механизм вдоха и выдоха у человека, а значит, происходит попеременное увеличение и уменьшение объема лёгких. При вдохе межреберные мышцы сокращаются, тем самым приподнимая ребра. Диафрагма отходит в сторону брюшной полости и становится менее выпуклой, из-за чего объемы грудной полости немного увеличиваются. А так как давление в грудной полости ниже, нежели атмосферное, то вслед за ней увеличиваются (растягиваются) и лёгкие. В случае, если есть необходимость в более глубоком дыхании, например, после тяжелых физических нагрузок, то кроме межреберных мышц и диафрагмы начинают сокращаться мышцы плечевого пояса и туловища.

Процесс выдоха менее активен и является результатом прекращений вдоха. То есть, начинается расслабление межреберных мышц, опускаются ребра. Как следствие, расслабляется диафрагма, уменьшается объем грудной полости и лёгких. Соответственно, давление в них становится выше, чем атмосферное, а воздух выходит наружу по дыхательным путям.

№ 2. Что такое жизненная ёмкость лёгких и от чего она зависит?

№ 3. Охарактеризуйте особенности транспорта газов кровеносной системой как важнейшего этапа дыхания.

После того, как человек вдохнул, воздух, содержащий в основном кислород, азот, углекислый газ и пары воды, попадает в его лёгкие. Далее в альвеолах кислород переходит в кровь из альвеолярного воздуха, а углекислый газ в альвеолярный воздух из крови. Происходит это благодаря тому, что кровь, которая поступает по сосудам малого круга кровообращения в лёгкие из правого желудочка сердца, содержит большой запас углекислого газа. В лёгких происходит сложный процесс перехода углекислого газа из кровеносных сосудов в альвеолы с дальнейшим его выведением при выдохе в окружающую среду.

А вот кислород, который поступает из воздуха, заполняет при вдохе альвеолы и переходит в кровь, что находится в капиллярах малого круга кровообращения. В крови происходит связывание эритроцитов гемоглобином, а кровь, которая стала артериальной, отправляется потоком к сердцу по сосудам.

В клетках и межклеточной жидкости кислорода содержится очень мало, нежели в крови, которая поступает из левого желудочка по сосудам большого круга кровообращения. Поэтому гемоглобин сначала отдает кислород, выходящий в тканевую жидкость, которая окружает кровеносные капилляры, а потом попадает в клетки. В клетках кислород нужен для окисления органических соединений. Это в свою очередь необходимо для освобождения энергии и образования углекислого газа как основного конечного продукта распада всех органических соединений.

№ 4. Как изменяется состав вдыхаемого и выдыхаемого воздуха?

№ 5. Как происходит газообмен в лёгких и в других органах?

Вдыхаемый человеком воздух попадает в лёгкие и состоит в основном из кислорода, углекислого газа, азота и паров воды. В альвеолах происходит процесс перехода кислорода из альвеолярного воздуха в кровь, а углекислого газа, наоборот, из крови в альвеолярный воздух. Кровь, которая поступила из сердца в капилляры, что оплетают лёгочные альвеолы, богата углекислым газом. Однако в воздухе лёгочных альвеол его содержится очень мало, поэтому он переходит в альвеолы.

Как и обмен газов, поступление кислорода в кровь также происходит благодаря диффузии. Процессы связывания находящегося в эритроцитах гемоглобина происходят непрерывно с дальнейшим превращением его в оксигемоглобин. Это поясняет тот факт, что свободного кислорода в крови очень мало. А кровь, ставшая артериальной, практически мгновенно покидает альвеолы и направляется по легочной вене к сердцу. Важным является поддержание состава газов в лёгочных альвеолах постоянным. Только в таком случае обеспечивается непрерывность газообмена.

Стр. 97. Задание

На основании анализа и обобщения имеющихся у вас знаний установите взаимосвязь кровеносной и дыхательной систем человека. Отобразите эту взаимосвязь в виде карты понятий. Обсудите свои варианты в классе.

Кровеносная и дыхательная системы человека неразрывно связаны друг с другом, потому что отвечают они за выполнение одной и той же функции, а именно – насыщение клеток организма кислородом. Ведь без кислорода жизнь ни одного существа невозможна.

Газообмен в лёгких состоит в обогащении крови кислородом и дальнейшем удалении из нее углекислого газа. Собственно, в этом и заключается главная задача дыхательной системы. А уже дальнейшую транспортировку кислорода ко всем клеткам органов и тканей в организме человека осуществляет кровеносная система. При этом кислород связывается с гемоглобином, который содержится в эритроцитах. Это придает крови ярко-алый цвет.

В клетках тканей кислород крови используется для тканевого дыхания. То есть, окисление органических веществ происходит с участием кислорода до углекислого газа и воды. Выделяющаяся во время этого процесса энергия запасается в виде АТФ, а углекислый газ просто выводится кровью и удаляется через лёгкие в окружающую среду.

Стр. 97. Подумайте

Почему в выдыхаемом воздухе больше кислорода и меньше углекислого газа, чем в альвеолярном воздухе?

Состав выдыхаемого воздуха существенно отличается от состава альвеолярного воздуха и содержит больше углекислого газа и меньше кислорода. Так происходит, потому что при выдыхании к альвеолярному воздуху может присоединяться еще и воздух, находящийся в органах дыхания и воздухоносных путях.

Источник

Причины, по которым возникает кислородное голодание, и как его избежать

Что такое гипоксия и как она влияет на организм?

При поступлении в живую клетку молекулы кислорода (О2), происходит синтез АТФ (аденозинтрифосфат) – «топлива» живого организма. АТФ производят клеточные митохондрии на фоне процесса окисления. Вещество необходимо для работоспособности и нормальной жизнедеятельности как отдельных тканей и органов, так и всего организма. Если кислорода нахватает, то и уровень АТФ снижается. В результате клетки не получают необходимого питания, что провоцирует развитие острых и хронических болезней.

Признаки гипоксии могут наблюдаться как в целом организме, так и в отдельных тканях/органах/частях тела. Но даже если нехватка кислорода затронула небольшой участок ткани, это может негативно сказаться на состоянии всего организма. Самыми чувствительными к уровню кислорода являются составляющие нервной системы: головной и спинной мозг, нервная ткань.

Насыщенность организма кислородом называют сатурацией. Этот параметр измеряется пульсоксиметрами – небольшими устройствами, которые крепятся на палец или ухо человека. В норме сатурация составляет 95% и более. Если показатель снизился всего на 1% и составляет 94% – это признак нарушений, требующий врачебной консультации.

Почему возникает кислородное голодание?

Патология может быть настолько непродолжительной, что организм не получит вреда. Но бывают продолжительные состояния нехватки кислорода, провоцирующие множественные нарушения в функционировании органов и целых систем. Особенно опасно при продолжительной гипоксии отмирание клеток головного мозга.

Выделяется несколько причин возникновения данной патологии:

На то, каким будет прогноз, влияет причина возникновения нарушения и насколько быстро человек получил медицинскую помощь. Гипоксия может стать причиной необратимых патологий и запустить тяжелые процессы в организме, которые сложно откорректировать. Во избежание осложнений при первых признаках кислородного голодания следует немедленно обратиться в больницу.

Как проявляется кислородная недостаточность?

Клиническая картина зависит от степени тяжести патологии, длительности нехватки кислорода, ее причины и вида. Острый вид развивается в течение нескольких мину или часов, имеет выраженные симптомы и грозит тяжелыми, порой необратимыми последствиями. Хронический вид развивается несколько месяцев или лет, что дает возможность организму приспособиться к изменениям. Но, в конечном счете, этот вид нарушения тоже приводит к опасным результатам.

На необходимость пройти обследование указывают следующие симптомы:

Организм пытается самостоятельно справиться с нехваткой кислорода. Это имеет следующее проявление:

Методы терапии

Порой для устранения признаков кислородного голодания достаточно выйти на свежий воздух или проветрить помещение. Но если причиной патологии являются более серьезные факторы, такие как заболевания внутренних органов или отравление, применяются серьезные методы лечения.

Популярные методы борьбы с кислородной недостаточностью:

Для обеспечения организма жизненно необходимым элементом успешно применяется оксигенотерапия. Для ее проведения используется кислородный аппарат. Он выдает смесь, состоящую из кислорода на 95%. Медицинские кислородные аппараты используют в больницах и санаториях, они могут применяться для длительного лечения или оказания неотложной помощи. В машинах скорой помощи устанавливают портативные устройства. Оксигенотерапию назначают людям с сердечной и легочной недостаточностью, гипертензии легких и т. д.

Кроме медицинских аппаратов существуют:

Применение данных устройств позволяет компенсировать гипоксию на фоне сердечной и легочной недостаточности, благодаря чему устраняется одышка, восстанавливается работа сердца, снижается уровень интоксикации. Кислородотерапия применяется в восстановительный период после хирургического вмешательства и перенесенных тяжелых болезней. Кислородные смеси укрепляют иммунитет и ускоряют процесс выздоровления.

В качестве профилактики гипоксии кислородные аппараты могут применяться каждым жителем крупного города, т. к. в городском воздухе уровень кислорода ниже нормы. Синдром хронической усталости, головные боли, раздражительность, слабость, которыми страдают жители городов, могут быть устранены с помощью кислородного аппарата.

Как избежать кислородного голодания?

В рамках профилактики следует придерживаться следующих правил:

Чтобы предупредить гипоксию, укрепить иммунитет и создать здоровый микроклимат, рекомендуется использовать концентраторы кислорода. Наши консультанты помогут выбрать подходящую модель и ответят на любые вопросы.

Источник

Растворённый кислород

В то время как воздух на 21% состоит из кислорода, содержание кислорода в воде только 0,001%! Растворенный кислород измеряется или в миллиграммах на литр (мг/л) или в процентах насыщения. Количество кислорода в литре воды определяется как миллиграммы на литр.

Живым организмам в озерах, реках, ручьях и океанах нужен кислород, чтобы выжить. Поэтому с биологической точки зрения уровень кислорода является гораздо более важным показателем качества воды, чем бактерии кишечной группы. Кроме того, кислород влияет на огромное количество других показателей воды, не только биохимических, но и органолептических, таких как запах, прозрачность и привкус. Таким образом, кислород, пожалуй, один из основных показателей качества воды.

Адекватное количество растворенного кислорода необходимо для хорошего качества воды.

Кислород является необходимым элементом для всех форм жизни. Когда доля растворенного кислорода в объеме воды ниже 5,0 мг/л, жизнь организмов, обитающих в воде, ставится под угрозу. Уровень кислорода, не превышающий значение 1-2 мг/л, в течение нескольких часов может привести к смерти крупной рыбы.

Количество растворенного кислорода в воде может зависеть от температуры (больше кислорода в холодной воде), давления (больше кислорода растворится в воде при большем давлении) и солености (больше кислорода в воде низкой солености). Распад органического материала в воде, вызванный или химическими процессами, или действием микробов в неочищенных сточных водах, или мертвой растительностью может серьезно снизить концентрацию растворенного кислорода. «Отработанная» вода, сбрасываемая в открытые источники после охлаждения оборудования на производствах или электростанциях, повышает температуру воды и снижает содержание кислорода.

Количество кислорода растворенного воде в вашем водоснабжении, будет зависеть от нескольких факторов:

Избыточные питательные вещества приводят к проблеме, известной как «цветение». Это приводит к чрезмерному разрастанию водорослей, что ограничивает поступление солнечного света. Растения умирают без солнечного света, что увеличивает процесс разложения и уменьшает количество растворенного кислорода в воде.

Вода из подземных источников обычно содержит меньше растворенного кислорода, чем вода из поверхностных источников.

К сожалению, именно жизнедеятельность человека сильно влияет на снижение количества растворенного кислорода. Строительство плотин замедляет поток воды, уменьшая аэрацию, и увеличивая температуру. Отходы деятельности человека несут в себе большое количество поглощающих кислород бактерий. Удобрения, попадающие в воду, приводят к цветению.

Есть как положительные, так и отрицательные моменты, содержания растворенного кислорода в питьевой воде.

Растворенный кислород предотвращает химическую реакцию и выщелачивание железа и марганца из осадков в источнике воды, которые, в противном случае, оставляют следы на сантехнике и вызывают вкусовые проблемы.

Кислород облегчает биохимическое окисление аммиака в нитраты, снижает потребность в хлорировании воды и повышает эффективность дезинфекции. Кроме того, высокий уровень растворенного кислорода в целом считается более приемлемым для воды, поскольку кислород добавляет вкус воде, по этой причине небольшое присутствие растворенного кислорода желательно в питьевой воде.

Несмотря на эту желательную особенность, растворенный кислород может быть источником серьезных неприятностей в хозяйственно-питьевом водоснабжении. Дело в том, что кислород вызывает коррозию, особенно в горячей воде и старых чугунных системах водоснабжения.

Наличие естественного уровня растворенного кислорода в воде особенно нежелательно для промышленных предприятий по следующим причинам:

Кислород повышает коррозию в металлических трубах и соответствующего оборудования, в частности, в системах отопления и системах охлаждения. Эти коррозионные эффекты существенно активизируются при низком значении рН.

Кислород способствует размножению различных организмов и образованию слизи.

Кислород препятствует ряду химических реакций и может привести в браку в некоторых отраслях производства, например, целлюлозно-бумажной.

Ряд химических веществ используются в промышленности для удаления кислорода из водоснабжения. Сульфит натрия наиболее широко используется для этой цели. Он вступает в реакцию с кислородом при высоких температурах с образованием сульфата натрия, таким образом, уменьшая количество кислорода. Для бытовых целей чаще используют полифосфаты, чтобы создать пленку на внутренностях водовода для защиты металла от контакта с кислородом.

Количество растворенного в воде кислорода показывает содержание газообразного кислорода (O₂) в водном растворе. Растворенный кислород измеряют или с помощью метода Винклера, или с помощью измерителя и зонда. При определении количества растворенного кислорода существует ряд требований к месту и процессу взятия проб. Специфичность также заключается в том, что анализ лучше всего проводить сразу же после забора образцов, поэтому этот анализ чаще выполняют на месте.

Источник

Кислород, растворённый в воде: как и для чего его измеряют

Растворённый кислород (DO) – это международный термин, обычно используемый при аналитической работе с водой и другими жидкостями для измерения количества кислорода, растворённого в единице объёма жидкого образца (пробы). Это важный показатель степени пригодности пробы воды для того или иного конкретного технологического применения в промышленности, лабораторной деятельности и т. д. В каждой из этих сфер существуют определённые требования к допустимому уровню DO. Расскажем, от чего зависит уровень растворённого кислорода в жидкой среде и каковы методы определения этого важного параметра.

Для чего нужно измерять количество растворённого кислорода

Возьмём простой пример – контроль качества пресной воды для рекреационных целей, таких как плавание и рыбалка. В этом случае мы должны поддерживать в воде высокое содержание DO. Если уровень растворённого кислорода упадет слишком низко, то рыба задохнется, кроме того, условия в воде станут благоприятными для роста вредных бактерий.

При очистке сточных вод твёрдые частицы, находящиеся в воде, могут оседать в больших резервуарах. Чтобы ускорить разложение этих частиц, в резервуары добавляют растворы, богатые бактериями. Для нормального протекания процесса разложения требуется определённый оптимальный уровень DO, он поддерживается за счет механической аэрации так называемого «активного ила» – пропитанного бактериями содержимого бассейнов. Если уровень растворённого кислорода в воде падает слишком низко, бактерии погибают и разложение прекращается, в свою очередь, если уровень DO является чрезмерным, то затрачивается гораздо больше энергии, чем необходимо для аэрации, и процесс становится слишком дорогостоящим.

Еще один яркий пример важности роли DO – контроль качества подпиточной воды котла. Поскольку присутствие кислорода в воде усиливает коррозию и вызывает образование накипи в котле, препятствующей передаче тепла, в этом случае очень желательно поддерживать концентрацию DO на минимальном уровне.

Количество кислорода, которое может удерживаться в определённом объёме воды, зависит от давления атмосферного кислорода на границе раздела воздух-вода, температуры жидкости и степени концентрации других веществ, растворённых в воде.

Влияние парциального давления кислорода на содержание растворённого кислорода

Со всей очевидностью, объём воды, «контактирующий» с воздухом, будет поглощать воздушные массы и, следовательно, находящийся в них кислород, до тех пор, пока давление, оказываемое поглощённым кислородом на границе раздела воздух-вода, не сравняется с давлением, оказываемым кислородом воздуха на той же границе раздела. В этот момент вода считается насыщенной кислородом. Фактически поглощённое количество кислорода довольно невелико и составляет порядка пяти или десяти частей кислорода на один миллион частей воды.

Влияние температуры на содержание растворённого кислорода

Как известно каждому, кто когда-либо видел кипение воды в кастрюле, на её стенках и дне в процессе кипения образуются пузыри. Количество и размер пузырьков увеличиваются с ростом температуры. Это пузырьки воздуха, растворенные в воде. Представим стакан с водой, насыщенной кислородом, при комнатной температуре. Показатели парциального давления кислорода над и под поверхностью воды будут равными. Если же систему нагреть, по сути, вливая в неё энергию, то молекулы кислорода, которые имеют низкую растворимость, легко возбуждаются за счет такого вливания. При этом менее расторопные молекулы воды увеличивают свою молекулярную активность в более медленном темпе. В результате молекулы кислорода проникают через границу раздела воздух-вода в пространство над поверхностью воды в гораздо большем количестве, нежели молекулы воды, оставляя меньше молекул кислорода, растворенных в воде. Когда вода закипает, то все молекулы кислорода вытесняются из воды, и теперь молекулы воды выходят из стакана так быстро, что образуют слой водяного пара непосредственно над поверхностью воды. Этот слой эффективно изолирует воду от атмосферного кислорода, а содержание DO в воде становится равным нулю.

Мы можем представить себе объём воды как однородную среду со множеством отверстий, разбросанных по всему объему. Давление воздуха непосредственно над поверхностью воды заставит эти отверстия заполниться воздухом. Если теперь такое вещество, как соль, растворяется в воде, то оно будет занимать некоторые из отверстий, используемых молекулами кислорода, поскольку они постоянно переходят из воздуха в воду и из воды в воздух. Количество кислорода, которое вода может удерживать при данной температуре, теперь уменьшилось, но парциальное давление растворённого кислорода, остающегося в растворе, должно по-прежнему равняться парциальному давлению атмосферного кислорода над поверхностью воды.

Методы измерения растворённого в воде кислорода

В основном есть два общих метода измерения DO. В каждом из них используется электродная система, в которой растворённый кислород «проявляется» на катоде, производя измеримый электрохимический эффект. Этот эффект может быть гальваническим, полярографическим или потенциометрическим.

В одном из методов измерения кислорода, растворённого в воде, используется ячейка типа Кларка, которая представляет собой систему электродов, отделенную от потока пробы полупроницаемой мембраной. Эта мембрана позволяет кислороду, растворённому в образце, проходить через него к системе измерительных электродов. Катод представляет собой водородный электрод и несет отрицательный приложенный потенциал по отношению к аноду. Электролит окружает электродную пару и удерживается мембраной. В отсутствие реагента катод поляризуется водородом, и сопротивление току становится бесконечным. Когда присутствует реагент, такой как кислород, прошедший через мембрану, катод деполяризуется и электроны расходуются.

Анод электродной пары должен реагировать с продуктом реакции деполяризации с соответствующим высвобождением электронов. В результате пара электродов позволяет току течь прямо пропорционально количеству кислорода или реагента, поступающего в систему. Таким образом, величина тока прямо указывает нам на количество кислорода, поступающего в систему.

Что влияет на работу датчика DO

Надо сказать, что мембранные зонды легко поддаются высокой межфазной турбулентности. Такие рабочие условия могут существенно сократить срок службы датчика, содержащего таллий, поскольку высокая турбулентность сметает ионы таллия, вызывая, тем самым, истощение электрода.

Между тем, известно, что растворённые органические материалы не взаимодействуют с выходным сигналом датчиков растворённого кислорода, а неорганические соли, в свою очередь, являются фактором, влияющим на работу электродов. Как мы уже говорили, при использовании датчиков с мембранами в солевых растворах мы должны применить поправочный коэффициент к выходному сигналу. Зонд с таллием требует наличия солей в концентрациях, обеспечивающих минимальную проводимость около 200 микрометров.

Двумя основными газами, препятствующими процессу измерения количества растворённого кислорода с помощью мембранного зонда, являются хлор и сероводород. Соединения серы, такие как сероводород, диоксид серы и меркаптаны, вызывают ошибочные результаты, демонстрируемые таллиевым датчиком. Галогены не мешают нормальной работе таллиевого зонда.

При низких концентрациях растворенного кислорода изменения pH ниже 5 и выше 9 единиц оказывают влияние на работу датчика с таллием. Это вмешательство составляет около ±0,5 мг/л DO на единицу pH. На характеристики мембранных зондов изменения pH не влияют.

Важность поддержания постоянной температуры для измерений DO

Базовый метод определения концентрации растворённого кислорода в воде

Разберём второй метод измерения DO, который считается базовым. В нём используется система электродов, состоящая из электрода сравнения и измерительного электрода с таллием. Полупроницаемая мембрана здесь не используется, электродную систему погружают непосредственно в образец и концентрацию кислорода определяют путём измерения потенциала напряжения, возникающего по отношению к электроду сравнения, когда растворённый кислород вступает в контакт с таллиевым электродом.

На поверхности электрода концентрация талловых ионов пропорциональна растворенному кислороду. Потенциал напряжения, развиваемый ячейкой, зависит от концентрации талловых ионов в этом слое и изменяется по мере изменения концентрации растворённого кислорода. В этой технике используется потенциометрическая система. Измерение концентрации кислорода осуществляется непосредственно в образце. Как и в первом методе, температурная компенсация является обязательной. В обоих методах межфазная динамика на границе раздела зонд-образец является фактором отклика зонда. Необходима значительная межфазная турбулентность, и для обеспечения точности она должна быть постоянной. Впрочем, пока рабочая точка остаётся выше изгиба кривой, можно допустить небольшие изменения турбулентности.

Источник