Anna Kowalska Wrocław, 9.03.2015 r.

Joanna Olchówka

Sprawozdanie numer 1

Temat: Podatność związków organicznych na biodegradację- część 1

Cel ćwiczenia: Określenie podatność wybranych związków na biodegradację z wykorzystaniem niespecyficznych wskaźników biodegradacji.

Wykonanie ćwiczenia: Do kolby miarowej o objętość 500 cm³ wlano 5 cm³ pirokatechiny C₆H₄(OH)₂ i 10 cm³ inokulum. Uzupełniono wodą do rozcieńczeń do objętości 500 cm³. Zawartość kolby po dokładnym wymieszaniu rozlano do 5 butelek tlenowych. W pierwszej z nich oznaczono ilość tlenu rozpuszczonego metoda Winklera od razu, resztę butelek odłożono do inkubacji i prowadzono oznaczenia tlenu po: 10, 20, 40 i 70 minutach inkubacji.

Aby oznaczyć tlen rozpuszczony metodą Winklera do badanej próbki dodano 0,5 cm³ roztworu MnSO4 oraz 1,0 cm³ roztworu KJ. Zawartość buteleczki dokładnie wymieszano i pozostawiono w ciemnym miejscu do opadnięcia osadu. Następnie pod powierzchnię cieczy dodano 1,0 cm3 stężonego H₂SO₄, butelkę ostrożnie zamknięto oraz wymieszano do rozpuszczenia się osadu.

Z próbki odmierzono 50 cm³ roztworu do kolby stożkowej i miareczkowano Na₂S₂O₃ do jasnosłomkowego zabarwienia. Następnie dodano 0,5 cm³ roztworu skrobi i miareczkowano do trwałego odbarwienia.

Wyniki:

• Zawartość tlenu rozpuszczonego obliczona dla pirokatechiny

$$\text{CO}_{2} = a*n*\frac{1000}{V},\ \text{mg\ O}_{2}/\text{dm}^{3}$$

gdzie:

a-objętość tiosiarczanu sodu zużytego do miareczkowania, cm³

n- 0,08-liczba mg O₂ odpowiadająca 1 cm³ 1,010 M r-u tiosiarczanu sodu

V-objętość próbki pobranej do miareczkowania, cm³

Próba „0”:

$$\text{CO}_{2} = 3,6*0,08*\frac{1000}{50} = 5,76\ \text{mg\ O}_{2}/\text{dm}^{3}\backslash n$$

Próba po 10 minutach inkubacji:

$$\text{CO}_{2} = 0,8*0,08*\frac{1000}{50} = 1,28\ \text{mg\ O}_{2}/\text{dm}^{3}$$

Próba po 20 minutach inkubacji:

$$\text{CO}_{2} = 0,6*0,08*\frac{1000}{50} = 0,96\ \text{mg\ O}_{2}/\text{dm}^{3}$$

Próba po 40 minutach inkubacji:

$$\text{CO}_{2} = 0,1*0,08*\frac{1000}{50} = 0,16\ \text{mg\ O}_{2}/\text{dm}^{3}$$

Próba po 70 minutach inkubacji:

$$\text{CO}_{2} = 0*0,08*\frac{1000}{50} = 0\ \text{mg\ O}_{2}/\text{dm}^{3}$$

• Zestawienie wyników zawartości tlenu rozpuszczonego dla wszystkich związków.

CO2[mgO2/dm^3]	t=0	t=10	t=20	t=40	t=70	[min]
Glukoza 2,00 mg/dm^3	6,08	5,92	5,76	4,48	3,04
Rafinoza 1,87 mg/dm^3	6,56	4,96	4,48	5,92	0
Pirokatechina 1,22 mg/dm^3	5,76	1,28	0,96	0,16	0
Kwas octowy 2,00 mg/dm^3	6,72	6,56	4,0	3,68	3,04
Próba endogenna	6,24	2,88	0,32	0	0
Woda do rozcieńczeń	10,4	-	-	-	-

• Zmiany stężenia tlenu spowodowane oddychaniem mikroorganizmów

ΔCO₂ = [(a−b)−(c−d)−(e−f)],   mg O₂/dm³

Gdzie:

a-stężenie tlenu w rozcieńczonej badanej próbce przed inkubacją, mg O₂/dm³

b-stężenie tlenu w rozcieńczonej badanej próbce po inkubacji, mg O₂/dm³

c-stężenie tlenu w wodzie do rozcieńczeń przed inkubacją, mg O₂/dm³

d-stężenie tlenu w wodzie do rozcieńczeń po inkubacji, mg O₂/dm³

e-stężenie tlenu w kontroli endogennej przed inkubacją,

f-stężenie tlenu w kontroli endogennej po inkubacji,

Obliczenia wykonane dla pirokatechiny

ΔCO₂ = [(a−b)−(c−d)−(e−f)],   mg O₂/dm³

$$\Delta\text{CO}_{2} = \left\lbrack \left( 5,76 - 1,28 \right) - \left( 10,4 - 10,4 \right) - \left( 6,24 - 2,88 \right) \right\rbrack = 1,12\frac{\text{mg\ O}_{2}}{\text{dm}^{3}}\ \ $$

Z tabeli numer 1 stężenie końcowe dla pirokatechiny w próbce wynosi 1,22 mg/dm³

1,12 - 1,22

x - 1

$$x = \frac{1,12}{1,22} = \ 0,92\ mg\ O_{2}/\text{mg}_{zwiazku\ }\ $$

$$\Delta\text{CO}_{2} = \left\lbrack \left( 5,76 - 0,96 \right) - \left( 10,4 - 10,4 \right) - \left( 6,24 - 0,32 \right) \right\rbrack = - 1,12\ \frac{\text{mg\ O}_{2}}{\text{dm}^{3}} = - 0,92\text{\ mg\ }O_{2}/\text{mg}_{zwiazku\ }$$

$$\Delta\text{CO}_{2} = \left\lbrack \left( 5,76 - 0,16 \right) - \left( 10,4 - 10,4 \right) - \left( 6,24 - 0 \right) \right\rbrack = - 0,64\ \frac{\text{mg\ O}_{2}}{\text{dm}^{3}} = - 0,52\ mg\ O_{2}/\text{mg}_{zwiazku\ }$$

$$\Delta\text{CO}_{2} = \left\lbrack \left( 5,76 - 0 \right) - \left( 10,4 - 10,4 \right) - \left( 6,24 - 0 \right) \right\rbrack = - 0,48\ \frac{\text{mg\ O}_{2}}{\text{dm}^{3}} = - 0,39\ \text{mg\ }O_{2}/\text{mg}_{zwiazku\ }$$

Obliczenia wykonane dla glukozy

Z tabeli numer 1 stężenie końcowe dla glukozy w próbce wynosi 2,00 mg/dm³

$$\Delta\text{CO}_{2} = \left\lbrack \left( 6,08 - 5,92 \right) - \left( 10,4 - 10,4 \right) - \left( 6,24 - 2,88 \right) \right\rbrack = - 3,2\frac{\text{mg\ O}_{2}}{\text{dm}^{3}} = - 1,6\ \text{mg\ }O_{2}/\text{mg}_{zwiazku\ }\ $$

$$\Delta\text{CO}_{2} = \left\lbrack \left( 6,08 - 5,76 \right) - \left( 10,4 - 10,4 \right) - \left( 6,24 - 0,32 \right) \right\rbrack = - 5,6\frac{\text{mg\ O}_{2}}{\text{dm}^{3}} = - 2,8\ \text{mg\ }O_{2}/\text{mg}_{zwiazku\ }$$

$$\Delta\text{CO}_{2} = \left\lbrack 6,08 - 4,48) - \left( 10,4 - 10,4 \right) - \left( 6,24 - 0 \right) \right\rbrack = - 4,64\frac{\text{mg\ O}_{2}}{\text{dm}^{3}} = - 2,32\ mg\ O_{2}/\text{mg}_{zwiazku\ }$$

$$\Delta\text{CO}_{2} = \left\lbrack \left( 6,08 - 3,04 \right) - \left( 10,4 - 10,4 \right) - \left( 6,24 - 0 \right) \right\rbrack = - 3,2\frac{\text{mg\ O}_{2}}{\text{dm}^{3}} = - 1,6\ \text{mg\ }O_{2}/\text{mg}_{zwiazku\ }$$

Obliczenia wykonane dla rafinozy

Z tabeli numer 1 stężenie końcowe dla rafinozy w próbce wynosi 1,87 mg/dm³

$$\Delta\text{CO}_{2} = \left\lbrack \left( 6,56 - 4,96 \right) - \left( 10,4 - 10,4 \right) - \left( 6,24 - 2,88 \right) \right\rbrack = - 1,76\frac{\text{mg\ O}_{2}}{\text{dm}^{3}} = - 0,94\ \text{mg\ }O_{2}/\text{mg}_{zwiazku\ }$$

$$\Delta\text{CO}_{2} = \left\lbrack \left( 6,56 - 4,48 \right) - \left( 10,4 - 10,4 \right) - \left( 6,24 - 0,32 \right) \right\rbrack = - 3,84\frac{\text{mg\ O}_{2}}{\text{dm}^{3}} = - 2,05\ \text{mg\ }O_{2}/\text{mg}_{zwiazku\ }$$

$$\Delta\text{CO}_{2} = \left\lbrack \left( 6,56 - 5,92 \right) - \left( 10,4 - 10,4 \right) - \left( 6,24 - 0 \right) \right\rbrack = - 5,6\frac{\text{mg\ O}_{2}}{\text{dm}^{3}} = - 2,99\ mg\ O_{2}/\text{mg}_{zwiazku\ }$$

$$\Delta\text{CO}_{2} = \left\lbrack \left( 6,56 - 0 \right) - \left( 10,4 - 10,4 \right) - \left( 6,24 - 0 \right) \right\rbrack = 0,32\frac{\text{mg\ O}_{2}}{\text{dm}^{3}} = 0,17\ \text{mg\ }O_{2}/\text{mg}_{zwiazku\ }$$

Obliczenia wykonane dla kwasu octowego

Z tabeli numer 1 stężenie końcowe dla kwasu octowego w próbce wynosi 2,00 mg/dm³

$$\Delta\text{CO}_{2} = \left\lbrack \left( 6,72 - 6,56 \right) - \left( 10,4 - 10,4 \right) - \left( 6,24 - 2,88 \right) \right\rbrack = - 3,2\frac{\text{mg\ O}_{2}}{\text{dm}^{3}} = - 1,6\ \text{mg\ }O_{2}/\text{mg}_{zwiazku\ }$$

$$\Delta\text{CO}_{2} = \left\lbrack \left( 6,72 - 4,0 \right) - \left( 10,4 - 10,4 \right) - \left( 6,24 - 0,32 \right) \right\rbrack = - 3,2\frac{\text{mg\ O}_{2}}{\text{dm}^{3}} = - 1,6\ \text{mg\ }O_{2}/\text{mg}_{zwiazku\ }$$

$$\Delta\text{CO}_{2} = \left\lbrack \left( 6,72 - 3,68 \right) - \left( 10,4 - 10,4 \right) - \left( 6,24 - 0 \right) \right\rbrack = - 3,2\frac{\text{mg\ O}_{2}}{\text{dm}^{3}} = - 1,6\ \text{mg\ }O_{2}/\text{mg}_{zwiazku\ }$$

$$\Delta\text{CO}_{2} = \left\lbrack \left( 6,72 - 3,04 \right) - \left( 10,4 - 10,4 \right) - \left( 6,24 - 0 \right) \right\rbrack = - 2,56\frac{\text{mg\ O}_{2}}{\text{dm}^{3}} = - 1,28\ mg\ O_{2}/\text{mg}_{zwiazku\ }$$

• Teoretyczne zapotrzebowanie tlenu dla pirokatechiny C₆H₄(OH)₂

$$TZT = \frac{x + \frac{y}{4} - \frac{z}{2}}{M}*\ M_{O2},\ \ \ \text{mgO}_{2}/\text{mg}_{zwiazku}$$

gdzie:

M-masa cząsteczkowa związku

$$TZT = \frac{6 + \frac{6}{4} - \frac{2}{2}}{110}*\ 32 = 1,89\ \ \ \text{mgO}_{2}/\text{mg}_{zwiazku}$$

• Teoretyczne zapotrzebowanie tlenu dla glukozy C₆H₁₂O₆

$$TZT = \frac{6 + \frac{12}{4} - \frac{6}{2}}{180}*\ 32 = 1,07\ \ \ \text{mgO}_{2}/\text{mg}_{zwiazku}$$

• Teoretyczne zapotrzebowanie tlenu dla rafinozy C₁₈H₃₂O₁₆

$$TZT = \frac{18 + \frac{32}{4} - \frac{16}{2}}{504}*\ 32 = 1,14\ \ \ \text{mgO}_{2}/\text{mg}_{zwiazku}$$

• Teoretyczne zapotrzebowanie tlenu dla kwasu octowego C₂H₄O₂

$$TZT = \frac{2 + \frac{4}{4} - \frac{2}{2}}{60}*\ 32 = 1,07\ \ \ \text{mgO}_{2}/\text{mg}_{zwiazku}$$

• % biodegradacji dla pirokatechiny C₆H₄(OH)₂

TZT -> 100%

ΔCO₂-> x

TZT = 1, 89   mgO₂/mg_zwiazku

• ΔCO₂ = 0, 92 mg O₂/mg_zwiazku 

1,89 -> 100%

0, 92-> x

x=48, 68%

• ΔCO₂ = −0, 92 mg O₂/mg_zwiazku 

x= − 48, 68%

• ΔCO₂ = −0, 52 mg O₂/mg_zwiazku 

x= − 27, 51%

• ΔCO₂ = −0, 39 mg O₂/mg_zwiazku 

x= − 20, 63%

• % biodegradacji dla glukozy C₆H₁₂O₆

TZT = 1, 07   mgO₂/mg_zwiazku

• ΔCO₂ = −1, 6 mg O₂/mg_zwiazku 

x= − 149, 53%

• ΔCO₂ = −2, 8 mg O₂/mg_zwiazku 

x= − 261, 68%

• ΔCO₂ = −2, 32 mg O₂/mg_zwiazku 

x= − 216, 82%

• ΔCO₂ = −1, 6 mg O₂/mg_zwiazku 

x= − 149, 53%

• % biodegradacji dla rafinozy C₁₈H₃₂O₁₆

TZT = 1, 14   mgO₂/mg_zwiazku

• ΔCO₂ = −0, 94 mg O₂/mg_zwiazku 

x= − 82, 46%

• ΔCO₂ = −2, 05 mg O₂/mg_zwiazku 

x= − 179, 82%

• ΔCO₂ = −2, 99 mg O₂/mg_zwiazku 

x= − 262, 28%

• ΔCO₂ = 0, 17mg O₂/mg_zwiazku 

x=14, 91%

• % biodegradacji dla kwasu octowego C₂H₄O₂

TZT = 1, 07   mgO₂/mg_zwiazku

• ΔCO₂ = −1, 6 mg O₂/mg_zwiazku 

x= − 149, 53%

• ΔCO₂ = −1, 6 mg O₂/mg_zwiazku 

x= − 149, 53%

• ΔCO₂ = −1, 6 mg O₂/mg_zwiazku 

x= − 149, 53%

• ΔCO₂ = −1, 28 mg O₂/mg_zwiazku 

x= − 119, 63%

Wykres 1. Krzywa biodegradacji dla pirokatechiny C₆H₄(OH)₂

Wykres 2. Krzywa biodegradacji dla glukozy C₆H₁₂O₆

Wykres 3. Krzywa biodegradacji dla rafinozy C₁₈H₃₂O₁₆

Wykres 4. Krzywa biodegradacji dla kwasu octowego C₂H₄O₂

Wnioski:

-- ubytek tlenu w badanych próbach był uzależniony od rodzaju substancji, jej masy cząsteczkowej oraz właściwości chemicznych i fizycznych

-wraz z biegiem czasu tlenu w próbkach było coraz mniej