Мониторинг окружающей среды

Тип работы:
Контрольная
Предмет:
Экология


Узнать стоимость

Детальная информация о работе

Выдержка из работы

КОНТРОЛЬНАЯ РАБОТА

Мониторинг окружающей среды

Задание 29

Будут ли отражаться электромагнитные волны с граничной частотой 9 МГц в дневное время от -слоя на высоте 200 км, если концентрация электронов в нем равна ?

Дано:

;

.

Решение:

-слой ионосферы представляет собой плазменный слой с концентрацией электронов, которая меняется в зависимости от времени суток. Диэлектрическая проницаемость плазмы равна:

где — концентрация заряженных частиц;

, — заряд и масса электрона;

— круговая частота излучения;

— диэлектрическая постоянная.

При увеличении концентрации электронов или уменьшении частоты диэлектрическая проницаемость уменьшается. При диэлектрической проницаемости, меньшей нуля, электромагнитные волны затухают и отражаются от границы с.

Электромагнитные волны отражаются от границы слоя, если круговая частота.

Так как, а, то приняв (чтобы началось выполнятся условие отражения) найдем. Запишем и, после того как мы приравняли левые части этих двух уравнений, получим:

это максимальная частота, при которой волны еще отражаются; эта величина меньше чем, соответственно электромагнитные волны с частотой отражаться не будут.

Ответ: электромагнитные волны с граничной частотой не будут отражаться от -слоя в дневное время (при концентрации электронов в нем).

Задание 39

Для -лучей энергией толщины половинных слоев ослабления алюминия и свинца соответственно равны:

,

.

Найдите линейные коэффициенты ослабления этих веществ.

Решение: При прохождении -лучей через слой вещества происходит их поглощение, следовательно интенсивность -лучей экспоненциально убывает в зависимости от толщины слоя:

Пройдя поглощающий слой толщиной, равной толщине слоя половинного ослабления, пучок -лучей будет иметь интенсивность

Подставив значение и., первую формулу, получим:

Прологарифмировав последнее выражение, получим искомое значение линейного коэффициента ослабления:

Подставив значения, и, найдем величины и соответственно

Ответ: линейные коэффициенты ослабления равны и для алюминия и свинца соответственно.

Задание 49

Мимо железнодорожной платформы проходит электропоезд. Наблюдатель, стоящий на платформе, слышит звук сирены электропоезда. Когда поезд приближается кажущаяся частота звука; когда поезд удаляется, кажущаяся частота. Найти скорость поезда и частоту звука, издаваемого сиреной электропоезда. Скорость звука.

Дано:

Найти: u-? н-?

Решение: Согласно принципу Доплера, частота звука, воспринимаемая наблюдателем, зависит от скорости движения источника звука и скорости движения наблюдателя. Эта зависимость выражается формулой:

,

Где н — частота, звуковых волн, излучаемых источником;

с — скорость звука;

u — скорость движения источника;

v — скорость движения наблюдателя;

— частота волн, воспринимаемых наблюдателем.

Учитывая, что наблюдатель остается неподвижным (v = 0), получаем:

.

Тогда получим систему уравнений c двумя неизвестными u и н:

(поезд приближается)

. (поезд удаляется)

Отсюда:

,.

u = 34 м/c, = 990 Гц.

Ответ: скорость движения поезда 34 м/с, частота звука, издаваемого сиреной электропоезда, 990 Гц.

Задание 59

Опишите основные и опасные свойства, напишите соответствующие уравнения химических реакций поверхностно-активных веществ (ПАВ).

Решение:

1) Поверхностная активность:

ПАВ? органические соединения дифильного строения, т. е. содержащие в молекуле атомные группы, сильно различающиеся по интенсивности взаимодействия с окружающей средой (в наиболее практически важном случае -- водой). Так, в молекулах ПАВ имеются один или несколько углеводородных радикалов, составляющих липофильную, часть (гидрофобную часть) молекулы, и одна или несколько полярных групп? гидрофильная часть. Слабо взаимодействующие с водой гидрофобные группы определяют стремление молекулы к переходу из водной (полярной) среды в углеводородную (неполярную). Гидрофильные группы, наоборот, удерживают молекулу в полярной среде или, если молекула ПАВ находится в углеводородной жидкости, определяют её стремление к переходу в полярную среду. По типу гидрофильных групп ПАВ делят на ионные, или ионогенные, и неионные, или неионогенные. Ионные ПАВ диссоциируют в воде на ионы, одни из которых обладают адсорбционной (поверхностной) активностью, другие (противоионы)? адсорбционно неактивны. Если адсорбционно активны анионы, ПАВ называются анионными, или анионоактивными, в противоположном случае? катионными, или катионо-активными. Анионные ПАВ? органические кислоты и их соли, катионные? основания, обычно амины различной степени замещения, и их соли.

Анионоактивные ПАВ:

Отрицательные ионы (анионы) мыла и алкилбензолсульфоната склонны концентрироваться на поверхности раздела воды и жира. Водорастворимый отрицательно заряженный конец остается в воде, тогда как углеводородная часть погружена в жир.

Катионоактивные ПАВ:

окружающая среда активное вещество

Типичный катионный детергент, хлорид алкилдиметилбензиламмония (IV), является солью четвертичного аммония, содержащей азот, связанный с четырьмя группами. Хлорид-анион всегда остается в воде, поэтому его называют гидрофильным; углеводородные группы, связанные с положительно заряженным азотом, являются липофильными.

2) Действие на окружающую среду:

Широкое применение синтетических поверхностно-активных веществ (СПАВ), особенно в составе моющих средств, обусловливает поступление их со сточными водами во многие водоемы, в том числе в источники хозяйственно-питьевого водоснабжения. В настоящее время эти вещества являются одними из самых распространенных химических загрязнителей водоемов. В подземные воды ПАВ попадают в результате применения почвенных методов очистки сточных вод на биологических полях, при пополнении запасов сточных вод из открытых водоемов и при загрязнении почвы этими веществами.

Поверхностно-активные вещества относятся к экологически жестким веществам. Они очень трудно ассимилируются природной средой и крайне отрицательно влияют на состояние водоемов. Дело в том, что на их окисление расходуется слишком много растворенного кислорода, который таким образом отвлекается от процессов биологического окисления. Детергенты очень вредны для гидробионтов. У рыб они вызывают жаберные кровотечения и удушье, а у теплокровных животных нарушают функции биомембран, усиливая тем самым токсическое и канцерогенное влияние других токсикантов водной среды.

3) Токсичность:

Отрицательное влияние ПАВ на организм обусловлено в основном их раздражающим и сенсибилизирующим действием. Мелкодисперсной пыли ПАВ обладает хорошей растворимостью в воде и жидких средах организма, плохой смываемостью с загрязненных ею поверхностей, что усиливает активность ПАВ. Ингаляционное поступление в организм пыли ПАВ может вызывать дистрофические изменения и аллергические заболевания верхних дыхательных путей, способствовать более частому возникновению острых респираторных инфекций, острых бронхитов, а в ряде случаев является причиной возникновения и прогрессирования бронхиальной астмы. При длительном воздействии ПАВ на кожу возникает выраженная сухость кожи, сопровождающаяся зудом. В дальнейшем возможно развитие клинически выраженных форм дерматитов и экзем. Изменение бактерицидных свойств кожи способствует возникновению фурункулов, карбункулов, флегмон, абсцессов и др.

Задание 69

Проанализировать абсорбцию, распределение и токсичность иона металла (на примере молибдена) в организме человека и животных.

Решение:

Молибден? единственный элемент второй серии переходных металлов, биологическая функция которого в настоящее время известна. Впервые внимание на этот элемент было обращено в связи с его токсическим действием на организм сельскохозяйственных животных: было установлено, что известный более 100 лет в Англии «пастбищный понос» крупного рогатого скота (teart) представляет собой не что иное, как молибденоз. Вскоре молибденоз был описан как «болотный понос» в Новой Зеландии, Нидерландах, США, ГДР и других странах мира. Во всех случаях он встречался в определенных ограниченных пастбищных массивах, отличающихся повышенным уровнем этого металла в почвах и растительности. Первые исследования молибденоза позволили предложить и эффективное средство его предупреждения? дачу животным сульфата меди. Таким образом, с самого начала был обнаружен физиологический антагонизм этих двух металлов, который, как вскоре оказалось, имеет различные формы проявления в зависимости от содержания в корме сульфатов.

Явления недостаточности молибдена у сельскохозяйственных животных в естественных условиях не обнаружены, если не считать повышение содержания меди в организме животных при низком уровне молибдена в пастбищных растениях. Дефицит молибдена удалось вызвать экспериментальным путем у жвачных, которым он необходим для нормального функционирования микрофлоры преджелудков, и у домашних птиц, нуждающихся в повышенном количестве этого элемента в связи с интенсивным течением у них пуринового обмена.

Выяснение роли молибдена в обмене веществ животного организма связано с открытием трех молибденсодержащих ферментов? ксантиноксидазы, альдегидоксидазы и сульфитоксидазы.

Молибден хорошо всасывается как из продуктов питания, так и из большинства своих неорганических соединений. Особенно хорошо усваиваются жвачными водорастворимые соединения шестивалентного молибдена и его соединения, присутствующие в зеленых растениях. Кролики и морские свинки хорошо усваивают даже такие слаборастворимые соединения, как и (но не), если их добавлять в корм большими дозами. Молодняк крупного рогатого скота усваивает поступившие per os дозы 49Мо значительно хуже, чем растущие свиньи. Основным местом всасывания молибдена является тонкая кишка.

У свиней, крыс и человека молибден выделяется преимущественно с мочой, тогда как у крупного рогатого скота и овец, получающих корм, бедный сульфатами, в моче появляются всего молибдена от поступившей дозы. При повышении суточной дозы сульфатов до в сухом веществе рациона количество молибдена, выделяемое с мочой, у жвачных возрастает до. Действие сульфатов носит высокоспецифический характер, не связано с усилением диуреза, и их замена целым рядом других солей, таких как вольфрамати, селенаты, фосфаты, цитрат и перманганат, не оказывает подобного влияния на выделение молибдена. Эндогенный сульфат столь же эффективен, как и сульфат экзогенного происхождения, о чем свидетельствует влияние на обмен молибдена пищи с высоким содержанием белка. Дача овцам тиосульфата, цистеина и метионина оказывает защитное действие при молибденозе. Определенная часть молибдена выделяется с молоком и желчью. Обмен молибдена в значительной мере зависит от деятельности микрофлоры желудочно-кишечного тракта. Молибден длительное время задерживается в пищеварительном канале жвачных, так как включается в состав его микрофлоры. Будучи ростовым фактором для бактерий, этот элемент в повышенных количествах вызывает их усиленное размножение в кишечнике, что приводит к поносам, наблюдаемым у жвачных при молибденозе.

В настоящее время известно 15 молибденсодержащих ферментов, три из которых встречаются в животном организме. Это альдегидоксидаза, ксантиноксидаза и сульфитоксидаза. Молибденсодержащие ферменты образованы обычно несколькими субъединицами, содержат два атома молибдена и дополнительные простетические группы (молибдоптерин, ФАД, Fe, гем, Se). В биологических системах молибден присутствует в четырех состояниях окисления (IV? VI), из которых соединения Mo (V) имеют отчетливый ЭПР-сигнал, легко распознаваемый по его характерной сверхтонкой структуре, содержащей шесть сателлитных пиков.

Из перечисленных ферментов остановимся на ксантиноксидазе и сульфитоксидазе, которые имеют существенное значение в патологии человека, а также упомянем молибденовый кофактор, содержащий молибден, железо и серу.

Ксантиноксидаза коровьего молока (фермент Шардингера) представляет собой димер с молекулярной массой 283 000, содержащий на каждую субъединицу молекулу ФАД, кластер. Fe4S4 (или два кластера Fe4S4), персульфидную группу и один атом молибдена. Фермент катализирует окисление гипоксантина в ксантин и ксантина в мочевую кислоту.

Ксантиноксидаза? фермент, катализирующий окисление ксантина, гипоксантина и альдегидов с поглощением кислорода и образованием соответственно мочевой кислоты, ксантина или карбонових кислот и супероксидных радикалов. Она является важным ферментом обмена пуринов, катализирующим реакцию, завершающую образование мочевой кислоты в организме человека и животных. При генетическом дефекте ксантиноксидазы и нарушении реабсорбции ксантина в почечных канальцах возникает ксантинурия, которая характеризуется выделением с мочой очень большого количества ксантина и тенденцией к образованию ксантиновых камней; при этом содержание мочевой кислоты в сыворотке крови и в моче в суточном количестве резко снижено (менее и).

Ксантиноксидаза окисляет большое число соединений, включающих пурины, птеридины, пиримидины и альдегиды. Однако физиологическое значение некоторых из этих реакций неизвестно. Аллопуринол? пиразолопиримидии, используемый в клинике при лечении подагры, окисляется ферментом до оксипуринола, блокирующего молибденовый центр и реакцию образования уратов. Молибден фиксируется при этом в состоянии окисления +4.

Оксидазная активность свойственна ферментам млекопитающих, тогда как аналогичные ферменты из тканей пищи, грибов и микроорганизмов являются дегидрогеназами, использующими в качестве физиологических акцепторов электронов NAD+ или другие переносчики электронов. Ферменты млекопитающих претерпевают превращение в оксидазу из дегидрогеназы в процессе выделения. В этой связи следует иметь в виду, что in vivo образование супероксидного иона-радикала, по-видимому, весьма ограничено.

Сульфитоксидаза превращает сульфит в сульфат и строго специфична к своему субстрату. Фермент присутствует преимущественно в печени, где он локализуется в межмембранном пространстве митохондрий. Его физиологическим акцептором электронов является митохондриальиый цитохром c. Сульфитоксидаза выделена из печени человека, крупного рогатого скота, кроликов и крыс. Она представляет собой димер, образованный двумя идентичными субъединицами с молекулярной массой 55 000? 60 000, из которых каждая содержит по одному атому молибдена и одной молекуле цитохрома b5-типа.

Окисление сульфита осуществляется молибденовым центром, что приводит к восстановлению Mo6+ до Мо4+, реокисление которого совершается одноэлектронными этапами и включает образование Мо5+. Две простетические группы сульфитоксидазы расположены в разных доменах. С помощью мягкого протеолиза сульфитоксидазы из печени крысы удалось выделить молибденовый домен с сохранением его каталитической активности. Этот домен является единственным известным молибдопротеидом, не имеющим, кроме Мо, других простетических групп.

Генетический дефект сульфитоксидазы у человека характеризуется выраженными аномалиями мозга, умственной отсталостью, эктопией хрусталика и повышенным выделением с мочой сульфитов, S-сульфоцистеина и тиосульфата при заметном снижении количества сульфатов. Молекулярная основа этой патологии неизвестна. Можно предположить, что она наступает либо в связи с накоплением токсических количеств сульфитов в одном из критических органов, либо из-за отсутствия сульфата, необходимого для образования сульфолипидов, белков и мелких молекул. Тяжелые патофизиологические нарушения при этом дефекте свидетельствуют о незаменимости молибдена для организма человека.

Молибденовый кофактор. Одним из наиболее впечатляющих событий в исследованиях биохимии молибдена последних лет является расшифровка природы молибденового кофактора. Этот кофактор, рассматривавшийся вначале как чисто гипотетическое соединительное звено двух молибденовых ферментов у Aspergillus nidulans, вскоре оказался незаменимым компонентом всех (кроме одного) известных в настоящее время молибденсодержащих ферментов.

Было показано, что в моче больных отсутствуют молибденовый кофактор и уротион. Это свидетельствует, что у обоих соединений имеются общие пути биосинтеза. Молибденовый кофактор получил название «молибдоптерин».

В литературе уже давно обсуждается вопрос о возможной связи избытка молибдена в пище с возникновением подагры. Предполагается, что повышенный синтез ксантиноксидазы и интенсификация пуринового обмена ведут к накоплению избыточных количеств мочевой кислоты, с выделением которых не справляются почки. В результате этого мочевая кислота и ее соли откладываются в сухожилиях и суставах. Это заболевание характеризуется соответствующими биохимическими изменениями в крови. Однако в настоящее время еще нет определенного мнения о его истинной природе.

ПоказатьСвернуть
Заполнить форму текущей работой