VESISTÖ OPINTOAINEISTO

Vesistön tilan määrittämiseen liittyvät fysikaaliset ja kemialliset määritysmenetelmät

1 Johdanto

2 Ympäristö -linkkejä

3 Vesistön tilan tutkimiseen liittyvät fysikaaliset ja kemialliset määritysmenentelmät

 


1 Johdanto

Ympäristönsuojelua ohjataan yhteiskunnassa lähinnä taloudellisin keinoin: tuotantolaitokset velvoitetaan jätevesipäästöjen vähentämiseen uhkasakoin; tehtaille annetaan verohelpotuksia savupiippuihin asennettavien rikinpoistolaitteiden hankinnasta; tiedotusvälineissä järjestetään näyttäviä mainoskampanjoita. Ympäristön suojelu on kuitenkin meidän kaikkien yhteinen asia. Siihen pitää perehtyä jo koulussa. Näiden www-sivujen tavoitteena on esitellä erilaisia ympäristön tilan seuraamiseen soveltuvia mittaus- ja määrityskeinoja. Mittaus- ja määrityskeinot on valittu siten, että ne soveltuvat tehtäväksi joko vesistön äärellä tai koululaboratoroissa.

Tutkimuksista saatuja tietoja voidaan käyttää, kun keskustellaan ympäristön tilaan liittyvistä seikoista. Tällöin mielipiteet ja asenteet pohjautuvat asiatietoihin ja omakohtaisesti hankittuun tietoon. Omakohtaisten mittausten kautta saatu tieto auttaa oppilasta ymmärtämään ja tulkitsemaan ympäristöasioita keskusteltaessa ympäristöongelmista ja niiden ratkaisemisesta.

Yksittäisten mittausten asemasta ympäristön tilaa kannattaa seurata systemaattisesti. Seurattavaksi ympäristön tilan parametriksi soveltuu esimerkiksi veden sameus, väri, lämpötila, happamuus ja happipitoisuus. Parametrin arvoja voidaan seurata esimerkiksi eri vuorokauden aikoina. Voidaan myös tutkia, miten parametri muuttuu viikon tai kuukauden aikana. Vesistön eri kohdista mitattuja parametrin arvoja voidaan vertailla. Tulosten esittämiseen valitaan tarkoituksenmukainen graafinen esitystapa. (katso graafisen esityksen tekeminen)

Sivuilla on esitelty joukko Helsinki- komission esittämiä virallisia mittaus- ja määritysmenetelmiä. Koska viralliset mittaus- ja määritysmenetelmät ovat usein koulun kannalta vaikeita toteuttaa, virallisten menetelmien lisäksi on esitelty joukko kouluun sopivia menetelmiä. Osa esitetyistä menetelmistä on testattu oppilaiden kanssa Helsingin II normaalikoulussa Itämeriprojektin yhteydessä

Mittaus- ja määritysohjeiden lisäksi monisteeseen on koottu ohjearvoja vesistön tilan arvioimista varten.


2 Ympäristön tilaan liittyviä linkkejä

Ympäristön tila -tietokanta pohjautuu Suomen ympäristökeskuksen ja alueellisten ympäristökeskusten tuottamaan tutkimus- ja seurantatietoon sekä ympäristöhallinnon tietojärjestelmistä saatavaan tietoon. Sivut täydentyvät vähitellen.

3 Vesistön tilan tutkimiseen liittyvät fysikaaliset ja kemialliset määritysmenentelmät

Viralliset määritysmenetelmät on koottu julkaisusta Baltic Sea Environment Proceedings no. 27 B: Physical and Chemical Determinands in Sea Water, Baltic Marine Environment Protection Comission - Helsinki Comission- 1988. Merentutkimuslaitoksella ja merentutkimusalus Arandalla käytettävät meriveden analysointimenetelmät ovat koottuina julkaisussa: Meri No. 7. Koroleff, F. : Meriveden yleisimmät kemialliset analyysimenetelmät. Helsinki: Valtion painatuskeskus 1979.

Koska viralliset menetelmät ovat usein koulun kannalta vaikeita toteuttaa, virallisten menetelmien lisäksi on esitelty joukko kouluun sopivia määritysmenetelmiä. Määritysmenetelmän yhteydessä on annettu kirjallisuusviite, jos sellainen on ollut tiedossa. Mittalaitteiden yhteydessä on mainittu joitakin kaupallisia laitteita ja niiden toimittajia, mutta vastaavat kokeet voi tehdä myös muilla vastaavilla laitteilla.

Vesinäytteet otetaan joko kaupallisen vedennoutajan avulla (esim. Ruttner -vedennoutaja) tai vedennoutaja tehdään itse (ohje liitteenä). Kansainvälisesti on sovittu, että näytteet otetaan seuraavilta syvyyksiltä (metrejä): 1, 5, 10, 15, 20, 25, 30, 40, 50, 60, 70, 80, 100, 125, 150, 175, 200, 225, 250, 300 ja 400.


3.1 Perusmittauksia

Lämpötila

Lämpötila mitataan joko käännettävällä lämpömittarilla tai esimerkiksi platinalämpötila-anturin avulla (Pt-100).

Jos veden lämpötila halutaan määrittää tarkasti elohopealämpömittarilla, lukemaan tehdään korjaus (Sverdrup formulae löytyy teoksesta: La Fond, E.C., 1951. Processing Oceanographic Data U.S. Navy Hydrographic Office, Washington, D.C. H.O. Publ. No. 614.).

Lämpötilan yksikkönä käytetään °C ja lämpötila ilmoitetaan kahden desimaalin tarkkuudella

Lämpötilan mittaamisessa tulee muistaa, että lämpömittari ilmoittaa aina oman lämpötilansa. Käytännössä tämä tarkoittaa sitä, että mittarin tulee antaa olla kohteessa rittävän kauan, jotta lämpötilaerot tasoittuisivat eikä mittaria saa ottaa kohteesta pois lämpötilan lukemisen aikana.

Veden lämpötila mitataan koulukokeissa vesinäytteen noudon yhteydessä. Pintalämpötilan mittaaminen onnistuu helposti tavallisella lämpömittarilla. Lämpötilan mittaaminen tietyltä syvyydeltä tehdään vedennoutimen sisälle asetetun mittarin avulla. Mittarin ja vedennoutimen tulee olla vedessä halutulla syvyydellä riittävän kauan. Vedennoudin nostetaan nopeasti pintaan ja lämpötila luetaan välittömästi. Mittaria ei tule nostaa pois vedennoutimesta lämpötilan lukemisen aikana.

Elohopeamittaria kätevämpi pintalämpötilan mittaamiseen on ns. kynämittari. Kynämittari sopii nimensä mukaisesti taskuun eikä ole yhtä herkkä kuin lasinen elohopeamittari. Kynämittarin tarkkuus on 0,1°C ja siinä on digitaalinäyttö. Kynämittareita myyvät kaikki fysiikan, kemian ja biologian oppilastyövälineitä toimittavat yritykset.
 
Veden lämpötilan määrittäminen

Tarvittavat välineet ja kemikaalit

Vesinäytteen noutaminen

Lämpömittari kiinnitetään vedennoutimen sisäpuolelle. Vedennoudin lasketaan halutulle syvyydelle, jossa sen annetaan olla riittävän kauan. Näyte nostetaan nopeasti pintaan ja luetaan lämpömittarin lukema. Mittaria ei tule nostaa pois vedestä lämpötilan lukemisen aikana.

Mittaustulosten esittäminen

Täydennä taulukko ja esitä mittaustulokset graafisesti.
 

Syvyys (m)
lämpötila (°C)
pintalämpötila
 
1
 
2
 
3
 
4
 
5
 
6
 

Lämpötilan mittaaminen eri alueilta ja eri aikoina

Mittaa lämpötilaa eri vuorokauden aikoina. Selvitä myös, miten lämpötila muuttuu viikon tai kuukauden aikana. Vertaile lämpötiloja vesistön eri kohdissa. Valitse tulosten esittämiseen tarkoituksenmukainen graafinen esitystapa. (katso graafisen esityksen tekeminen)


Suolapitoisuus

Merivesinäyte on kerättävä suolapitoisuuden määrittämistä varten huolellisesti. Keräysastian tulee olla ehdottoman puhdas. Jos astiaa on aiemmin käytetty merivesinäytteen keräämiseen, astiaan on saattanut jäädä suolakiteitä veden haihduttua. Keräysastiassa tulee olla tiivis kansi, jotta vettä ei haihtuisi ennen määritystä.

Vertailukelpoisia suolapitoisuuslukemia saadaan vain salinometrillä (suolapitoisuusmittari/ johtokykymittari), joka on kalibroitu IAPSO merivesistandardin avulla (toimittaja: Deacon Laboratory, Wormley, England). Jos kalibroinnissa käytetään jotain muuta standardia, sen on perustuttava Deacon Laboratorion standardiin eikä esimerkiksi KCl -standardiin. Mittauksessa on noudatettava tarkasti salinometrin käyttöohjetta. Salinometrin lukemaa vastaava suolapitoisuuslukema saadaan taulukkokirjasta: International Oceanographic Tables Vol. 3.

Suolapitoisuus ilmoitetaan promilleina (koulussa prosentteina) kahden desimaalin tarkkuudella.

Koulussa johtokykymittari voidaan kalibroida mittaamaan suolapitoisuutta KCl (kaliumkloridi) -kalibroinnin avulla. KCl:sta tehdään esimerkiksi 0,1 %, 0,5% ja 1,0 % liuos sekä mitataan johtokykymittarilla vastaavat johtokykylukemat. Mittaustulokset esitetään johtokyky- suolapitoisuuskoordinaatistossa. Pisteiden kautta piirretään suora, jonka avulla voidaan määrittää johtokykymittarin lukemia vastaavat suolapitoisuuden arvot. Tietokoneeseen liitettävä johtokykymittari voidaan kalibroida mittaamaan suolapitoisuutta.

Suolapitoisuus voidaan määrittää koulussa myös haihduttamalla tai vertaamalla suolaliuoksen massaa tilavuudeltaan saman kokoiseen tislatun veden massaan. Noudettu merivesinäyte suodatetaan, jotta kiinteät partikkelit eivät aiheuttaisi määrityksessä virhettä.
 
Meriveden suolapitoisuuden määrittäminen haihduttamalla

Tarvittavat välineet ja kemikaalit

  • Välineet: Vedennoudin, kannellinen näyteastia (n.200 ml), suppilo, suodatinpaperi, keitinlasi, kaasupolttimo, kolmijalka, keraaminen verkko, haihdutusmalja, vaaka (tarkka analyysivaaka)
  • Kemikaalit: Merivesinäyte
  • Merivesinäytteen noutaminen

    Näyteastian tulee olla ehdottoman puhdas. Jos astiaa on aiemmin käytetty merivesinäytteen noutoon, siihen on voinut jäädä suolakiteitä veden haihduttua. Astiassa tulee olla kansi, jotta vettä ei haihtuisi kuljetuksen aikana. Sovi etukäteen muiden oppilaiden kanssa, miltä syvyydeltä kukin ryhmä noutaa merivesinäytteen. Noutosyvyys ja veden lämpötila kirjoitetaan muistiin. Näytteennoudin lasketaan halutulle syvyydelle ja annetaan sen olla siellä riittävän kauan. 
     
    Alkutoimet
    Puhdista haihdutusmalja huolella ja kuivaa se. Punnitse tyhjä haihdutusmalja.
    Suodatus
    Merivedessä on pieneliöitä, levää ym. partikkeleita. Näyte suodatetaan ennen haihduttamista, jotta eliöt ja muut kappaleet eivät vaikuttaisi lopputulokseen. 
    Haihdutus ja punnitukset
    Mittaa noin 80 ml suodatettua merivettä haihdutusmaljaan ja määritä meriveden massa. Haihduta vesi keittämällä. Mittaa haihdutusmaljan massa haihduttamisen jälkeen. Määritä meriveden suolapitoisuus massaprosentteina.
     
    massa/ g
    Haihdutusmaljan ja meriveden massa
     
    Tyhjän haihdutusmaljan massa
     
    Pelkän meriveden massa
     
    Massa haihdutuksen jälkeen
     
    Tyhjän haihdutusmaljan massa
     
    Suolan massa
     

    Suolapitoisuuden laskeminen: 

    Suolapitoisuuden määrittäminen eri alueilta ja eri aikoina

    Selvitä, miten suolapitoisuus muuttuu viikon tai kuukauden aikana. Vertaile suolapitoisuutta vesistön eri kohdissa. Valitse tulosten esittämiseen tarkoituksenmukainen graafinen esitystapa. (katso graafisen esityksen tekeminen)


     
     
    Meriveden suolapitoisuuden määrittäminen massojen vertailumenetelmällä

    Tarvittavat välineet ja kemikaalit

  • Välineet: Vedennoudin, kannellinen näyteastia (n.200 ml), suppilo, suodatinpaperi, keitinlasi, kaasupolttimo, kolmijalka, keraaminen verkko, 2 mittapulloa, vaaka (tarkka analyysivaaka)
  • Kemikaalit: Merivesinäyte
  • Merivesinäytteen noutaminen
    Näyteastian tulee olla ehdottoman puhdas. Jos astiaa on aiemmin käytetty merivesinäytteen noutoon, siihen on voinut jäädä suolakiteitä veden haihduttua. Astiassa tulee olla kansi, jotta vettä ei haihtuisi kuljetuksen aikana. Sovi etukäteen muiden oppilaiden kanssa, miltä syvyydeltä kukin ryhmä noutaa merivesinäytteen. Noutosyvyys ja veden lämpötila kirjoitetaan muistiin. Näytteennoudin lasketaan halutulle syvyydelle ja annetaan sen olla siellä riittävän kauan. 
    Alkutoimet
    Puhdista ja kuivaa kaksi samankokoista mittapulloa huolella. Punnitse tyhjät mittapullot. Täytä toinen mittapullo tislatulla vedellä ja määritä veden massa.
    Suodatus
    Merivedessä on pieneliöitä, levää ym. partikkeleita. Näyte suodatetaan ennen punnitsemista, jotta partikkelit eivät vaikuttaisi lopputulokseen

    Suolapitoisuuden määrittäminen

    Täytä toinen mittapullo suodatetulla merivedellä ja määritä meriveden massa. Määritä meriveden suolapitoisuus massaprosentteina.

    Suolan massa = meriveden massa - tislatun veden massa

    Punnitukset:
     
     
    massa/ g
    Tislatun veden ja mittapullon massa
     
    Mittapullon massa
     
    Tislatun veden massa 
     
     
     
    Meriveden ja mittapullon massa
     
    Mittapullon massa
     
    Meriveden massa
     
     
     
    Suolan massa
     


    Tiheys

    Meriveden tiheys määritetään suolapitoisuuden ja lämpötilan avulla julkaisussa UNESCO Technical Papers in Marine Science No. 40, International Oceanographic Tables, vol. 4. olevan taulukon avulla.

    Koulussa tiheys voidaan määrittää mittaamalla mittalasilla tai mittapullolla esimerkiksi 100 cm3 merivettä ja punnitsemalla tämän vesimäärän massa. Tiheys lasketaan jakamalla massa tilavuudella (r = m/V).

    Sopivalla areometrilla saadaan tiheys määritettyä suoraan. Areometri upotetaan tutkittavaan nesteeseen ja luetaan nesteen tiheys areometrin asteikolta.
     
    Tiheyden määrittäminen

    Tarvittavat välineet ja kemikaalit

  • Välineet: Vedennoudin, kannellinen näyteastia (n.200 ml), mittalasi, vaaka (tarkka analyysivaaka), korkea lasiastia ja areometri
  • Kemikaalit: Vesinäyte
  • Vesinäytteen noutaminen

    Näyteastian tulee olla ehdottoman puhdas. Jos astiaa on aiemmin käytetty merivesinäytteen noutoon, siihen on voinut jäädä suolakiteitä veden haihduttua. Astiassa tulee olla kansi, jotta vettä ei haihtuisi kuljetuksen aikana. Sovi etukäteen muiden oppilaiden kanssa, miltä syvyydeltä kukin ryhmä merivesinäytteen noutaa. Noutosyvyys ja veden lämpötila kirjoitetaan muistiin. Näytteennoudin lasketaan halutulle syvyydelle ja annetaan sen olla siellä riittävän kauan. 

    Tiheyden määrittäminen punnitsemalla
     
    Tiheys määritetään mittaamalla mittalasilla esimerkiksi 100 ml (100 cm3) vettä ja punnitsemalla tämän vesimäärän massa. Tiheys lasketaan jakamalla massa tilavuudella (r = m/V). 

    Tiheyden määrittäminen areometrilla
     
    Sopivalla areometrilla saadaan tiheys määritettyä suoraan. Vettä kaadetaan riittävästi korkeaan lasiastiaan. Areometri upotetaan tutkittavaan nesteeseen ja luetaan nesteen tiheys areometrin asteikolta. 

    Mittaa veden lämpötila ja tee vertailumittaus samanlämpöisellä vesijohtovedellä.


    Happamuus

    pH määritetään lasisen pH-elektrodin avulla. Mittaus tehdään julkaisujen Carlberg, S.R. (Ed) 1972. New Baltic Manual, ICES Coop. Res. Rep. No. 29: 1 - 145 ja Grasshoff, K. 1983. Determination of pH - In: Grasshoff, K. et al. (Eds.) "Methods of sea-water analysis": 85 - 97, Weinheim mukaan. Mittaus on tehtävä ohjeen mukaisessa vakiolämpötilassa. Mittaustuloksille ei tehdä syvyyskorjausta, koska meriveden paineenkorjauskerrointa ei tunneta tarkasti. Lämpötilakorjaus tehdään Gieskesin lämpötilakertoimen avulla. Veden pH-luku ilmoitetaan virallisesti kahden desimaalin tarkkuudella.

    Koulussa meriveden pH-luku määritetään yleisindikaattoripaperin avulla vertaamalla meriveteen kastetun yleisindikaattoripaperin väriä paperin säilytyskotelon kannessa olevaan väriasteikkoon. Jotta määritetyt pH-luvut olisivat vertailukelpoisia, mittaus tulee suorittaa 25 °C lämpötilassa.

    Meriveden pH-luku voidaan määrittää tarkemmin pH-mittarin tai tietokoneeseen liitettävän pH-elektrodin avulla. Esimerkiksi Empirica-mittausjärjestelmään voidaan liittää pH-elektrodi, jolloin tietokoneen näyttöön saadaan suoraan tutkittavan liuoksen pH-luku. Jotta määritetyt pH-luvut olisivat vertailukelpoisia, mittaus tulee suorittaa 25 °C lämpötilassa. Kalliimpiin pH-mittareihin saa pH-elektrodin, jossa on lämpötilakorjaus. Erityisen käteviä ja edullisia pH:n mittaukseen ovat pienet kynämittarit. Kynämittareita käytettäessä tulee muistaa lämpötilakorjaus. Kynämittareita myyvät kaikki fysiikan, kemian ja biologian oppilastyövälineitä toimittavat yritykset.

    Kalibrointiliuoksen pH-luku riippuu lämpötilasta taulukon 1. mukaisesti.

     Taulukko 1. Lämpötilan vaikutus kalibrointiliuoksen pH-lukuun.
     

    t (°C)
    pH 1.68
    pH 4
    pH 7
    pH 9.18
    0
    1.67
    4.00
    7.12
    9.46
    10
    1.67
    4.00
    7.06
    9.33
    20
    1.67
    4.00
    7.02
    9.23
    25
    1.68
    4.01
    7.00
    9.18
    30
    1.68
    4.02
    6.99
    9.14
    40
    1.69
    4.04
    6.98
    9.07
    60
    1.72
    4.09
    6.97
    8.96
    80
    1.77
    4.16
    7.00
    8.89
    90
    1.79
    4.21
    7.02
    8.53

     Vesistöjä voidaan luokitella pH-luvun perusteella taulukon 2. avulla. Vesistön laadun arvioimiseen vaikuttavat myös muut seikat kuin veden pH-luku. Oheinen taulukko kuvaakin veden laatua pH-luvun kannalta. Raakavedellä tarkoitetaan makean veden soveltuvuutta talousvedeksi.

     Taulukko 2. Vesistön luokittelu pH-luvun perusteella.
     

    Luokka
    Raakavesi
    Kalavesi 
    Yleisluokitus 
    Erinomainen
    6,5 - 7,5
    6,6 - 7,1
     
    Hyvä
     
    6,2 - 7,3 *
     
    Tyydyttävä
     
    6,0 - 8,0 **
     
    Välttävä
     
    6,0 - 9,0
     
    Huono
     
    > 9,0
     
    Erittäin huono
     
    poikkeaa paljon
     
    * rehevässä vesistössä 6,0 - 7,4
    ** rehevässä vesistössä <6,0
    Erilaisten vesinäytteiden happamoitumista/ puskuriominaisuutta tutkitaan Empirica-mittausjärjestelmän avulla. Erlenmeyer -pulloon tai keitinlasiin laitetaan vesinäyte. Keitinlasissa olevan näytteen pH:ta seurataan ajan funktiona Empirica -Interfaceen kytketyn pH-vahvistimen ja elektrodin avulla.
     
    Veden happamuuden määrittäminen

    Tarvittavat välineet ja kemikaalit

  • Välineet: Vedennoudin, näyteastia (n.200 ml), lämpömittari, pipetti, kellonlasi, pH-mittari.
  • Kemikaalit: Vesinäyte, yleisindikaattoripaperi.
  • Vesinäytteen noutaminen

    Näyteastian tulee olla ehdottoman puhdas. Sovi etukäteen muiden oppilaiden kanssa, miltä syvyydeltä kukin ryhmä merivesinäytteen noutaa. Noutosyvyys kirjoitetaan muistiin. Näytteennoudin lasketaan halutulle syvyydelle ja annetaan sen olla siellä riittävän kauan. 

     Happamuuden määrittäminen yleisindikaattoripaperilla

    Lämmitä vesinäyte 25 °C lämpötilaan. Lisää pipetillä muutama pisara vettä kellonlasilla olevan yleisindikaattoripaperin päälle. Vertaa paperin väriä yleisindikaattoripaperikotelon kannessa olevaan asteikkoon. 
     
     

    Happamuuden määrittäminen pH-mittarin avulla

    Kytke pH-mittari päälle. Jos laite on vanha, anna sen lämmitä. Huuhtele pH-elektrodi tislatulla vedellä huolellisesti. Kalibroi mittari kalibrointiliuoksen avulla (esim pH 7). Kalibrointiliuoksen pH riippuu myös lämpötilasta.

    Lämmitä vesinäyte 25 °C lämpötilaan. Pese pH-elektrodi huolella tislatulla vedellä. Mittaa näytteen pH.


    Happipitoisuus

    Happipitoisuuden määrittämiseen käytetään virallisesti Winklerin menetelmää. Jos mittauksissa käytetään happipitoisuuselektrodia ja mittaria, laite on kalibroitava Winklerin menetelmällä titraamalla. Kun happipitoisuus raportoidaan, tulee raportin yhteydessä mainita määritysmenetelmä (Winkler tai happipitoisuuselektrodi).

    Happipitoisuus ilmoitetaan virallisesti yksiköissä mmol/dm3 kahden desimaalin tarkkuudella näytteelle, jonka lämpötila on 20°C .

    Koulussa happipitoisuus määritetään kvalitatiivisesti mangaanikloridiliuoksen ja emäksisen natriumjodidiliuoksen avulla. Kvantitatiivinen happipitoisuuden määritys voidaan tehdä muunnellulla Winklerin menetelmällä. Vesinäyte otetaan vedennoutajalla halutulta syvyydeltä. Vesinäyte tulisi ottaa Rutner-vedennoutimella tai vastaavalla, jossa vesi ei pääse kosketuksiin ilman kanssa näytteenottovaiheessa. Lämpötila kannattaa kirjoittaa muistiin, sillä veden happipitoisuus riippuu veden lämpötilasta.

    Veden happipitoisuus voidaan määrittää myös happipitoisuusmittarilla tai tietokoneeseen liitettävän happipitoisuusanturin avulla. Esimerkiksi Empirica-mittausjärjestelmään voidaan liittää happipitoisuusanturi, jolloin tietokoneen näyttöön saadaan suoraan tutkittavan liuoksen happipitoisuus joko prosentteina tai mg/l-yksiköissä (=ppm).

    Mittalaitteiden kalibroimista varten tarvitaan kaksi liuosta, joiden happipitoisuus tunnetaan tarkasti: Liuos, jossa ei ole lainkaan happea (happipitoisuus 0 ppm), valmistetaan natriumsulfiitista (Na2SO3) liuottamalla 6 g natriumsulfiittia 100 g:aan vettä. Toisena kalibrointiliuoksena käytetään tislattua vettä, jota sekoitetaan avoimessa astiassa koko mittauksen ajan (happipitoisuus kyllästynyt). Tislatun veden happipitoisuus riippuu ilmanpaineesta ja veden lämpötilasta taulukon 3. mukaisesti.

     Taulukko 3. Tislatun veden happipitoisuus ppm tai mg/l lämpötilan (°C) ja ilmanpaineen (mmHg) funktiona (Lähde: Unilab Ltd).
     

    p (mmHg)
    t (°C)
    775
    760
    750
    725
    700
    675
    650
    625
    0
    14.9
    14.6
    14.4
    13.9
    13.5
    12.9
    12.5
    12.0
    1
    14.5
    14.2
    14.1
    13.6
    13.1
    12.6
    12.2
    11.7
    2
    14.1
    13.9
    13.7
    13.2
    12.8
    12.3
    11.8
    11.4
    4
    13.4
    13.2
    13.0
    12.5
    12.1
    11.7
    11.2
    10.8
    6
    12.7
    12.5
    12.3
    11.9
    11.5
    11.1
    10.7
    10.3
    8
    12.1
    11.9
    11.7
    11.3
    10.9
    10.5
    10.1
    9.8
    10
    11.6
    11.3
    11.2
    10.8
    10.4
    10.1
    9.7
    9.3
    12
    11.1
    10.8
    10.7
    10.3
    10.0
    9.6
    9.2
    8.9
    14
    10.6
    10.4
    10.2
    9.9
    9.5
    9.2
    8.9
    8.5
    16
    10.1
    9.9
    9.8
    9.5
    9.1
    8.8
    8.5
    8.1
    18
    9.7
    9.5
    9.4
    9.1
    8.8
    8.4
    8.1
    7.8
    20
    9.3
    9.2
    9.1
    8.7
    8.4
    8.1
    7.8
    7.5
    22
    9.0
    8.8
    8.7
    8.4
    8.1
    7.8
    7.5
    7.2
    24
    8.7
    8.5
    8.4
    8.1
    7.8
    7.5
    7.2
    7.0
    26
    8.4
    8.2
    8.1
    7.8
    7.6
    7.3
    7.0
    6.7
    28
    8.1
    7.9
    7.8
    7.6
    7.3
    7.0
    6.7
    6.5
    30
    7.8
    7.7
    7.6
    7.3
    7.0
    6.8
    6.5
    6.2
    32
    7.6
    7.4
    7.3
    7.0
    6.8
    6.6
    6.3
    6.0
    34
    7.3
    7.2
    7.1
    6.8
    6.6
    6.3
    6.1
    5.8
    36
    7.1
    7.0
    6.9
    6.6
    6.4
    6.1
    5.9
    5.6
    38
    6.9
    6.7
    6.6
    6.4
    6.2
    5.9
    5.7
    5.5
    40
    6.7
    6.5
    6.4
    6.2
    6.0
    5.7
    5.5
    5.3
    42
    6.5
    6.3
    6.2
    6.0
    5.8
    5.6
    5.3
    5.1
    44
    6.3
    6.1
    6.0
    5.8
    5.6
    5.4
    5.2
    4.9
    46
    6.1
    5.9
    5.9
    5.6
    5.4
    5.2
    5.0
    4.8
    48
    5.9
    5.8
    5.7
    5.5
    5.3
    5.0
    4.8
    4.6
    50
    5.7
    5.6
    5.5
    5.3
    5.1
    4.9
    4.7
    4.4

    Vesistöjä voidaan luokitella happipitoisuuden perusteella taulukon 4. mukaan. Taulukossa ilmoitetut prosentit ovat poikkeamia taulukossa 3. ilmoitetuista happipitoisuuksista. Vesistön laadun arvioimiseen vaikuttavat myös muut seikat kuin vesistön happipitoisuus. Taulukko kuvaakin veden laatua happipitoisuuden kannalta. Raakavedellä tarkoitetaan makean veden soveltuvuutta talousvedeksi.

    Taulukko 4. Vesistön luokittelu happipitoisuuden perusteella.
     

    Luokka
    Raakavesi
    Kalavesi *
    Yleisluokitus *
    Erinomainen
    80 - 110 %
    85 - 110 % 
     
    Hyvä
    80 - 110 %
    80 - 110 %
    80 - 110 %
    Tyydyttävä
    60 - 125 %
    70 - 120 %
    70 - 120 %
    Välttävä
     
    70 - 120 %
    40 - 150 %
    Huono
    40 - 150 %
    60 - 150 %
    **
    Erittäin huono
     
    poikkeaa paljon
     
    Veden happipitoisuuden määrittäminen 1

    Vesinäytteen noutaminen

    Näyteastian tulee olla ehdottoman puhdas. Noutosyvyys ja veden lämpötila kirjoitetaan muistiin, sillä veden happipitoisuus riippuu voimakkaasti veden lämpötilasta. Näytteennoudin lasketaan halutulle syvyydelle ja annetaan sen olla siellä kunnes lämpötilaerot veden ja nouturin välillä ovat tasoittuneet. Happipitoisuusmääritys on tehtävä välittömästi vesinäytteen noston jälkeen. 

     Happipitoisuuden määrittäminen happipitoisuusmittarin avulla

    Kytke happipitoisuusmittari päälle. Jos laite on vanha, anna sen lämmitä. Huuhtele elektrodi tislatulla vedellä huolellisesti. Aseta anturi vesinäytteeseen ja sekoita tai käytä magneettisekoitinta. Odota, että anturi stabiloituu. 

    --
     
    Veden happipitoisuuden määrittäminen 2

    Tarvittavat välineet ja kemikaalit

  • Välineet: Rutner-vedennoudin tai vastaava, hioskorkilla varustettu näyteastia (n.200 ml), kaksi mittapipettiä
  • Kemikaalit: Juuri otettu vesinäyte, noin 30 % mangaanikloridiliuos (42,6 g kiteistä mangaanikloridia, MnCl2·4H2O, liuotetaan 100 ml:aan tislattua vettä), noin 25 % emäksinen jodidiliuos (32 g natriumhydroksidia, NaOH, liuotetaan 100 ml tislattua vettä ja lisätään 60 g natriumjodidia, NaI) tai pelkkä NaOH-liuos, Kaikkien aineiden tulisi olla analyysipuhdasta laatua (pro analyysi)
  • Vesinäytteen noutaminen

    Näyteastian tulee olla ehdottoman puhdas. Noutosyvyys ja veden lämpötila kirjoitetaan muistiin, sillä veden happipitoisuus riippuu voimakkaasti veden lämpötilasta. Näytteennoudin lasketaan halutulle syvyydelle ja annetaan sen olla siellä kunnes lämpötilaerot veden ja nouturin välillä ovat tasoittuneet. Happipitoisuusmääritys on tehtävä välittömästi vesinäytteen noston jälkeen. 

     Happipitoisuuden määrittäminen

    Vesinäyte valutetaan mielellään letkua pitkin hiostulpalliseen 200 ml:n näytepulloon, jotta se ei olisi ilman kanssa tekemisissä. Jos vesinäyte kaadetaan suppilon kautta, on varottava loiskuttamasta sitä. Veden annetaan juosta reilusti yli. Veden tulee olla mahdollisimman vähän tekemisissä ilman kanssa, jotta sen happipitoisuus ei muuttuisi. Juuri otettuun vesinäytteeseen lisätään 1 ml mangaanikloridiliuosta ja saman verran emäksistä jodidiliuosta. Molemmat reagenssit lisätään eri pipeteillä ja pipetin pää pidetään vesinäytteen sisässä koko lisäyksen ajan. Näytepullo suljetaan siten, että korkin alle ei jää ilmakuplia (pullo on aivan täynnä merivettä). Näytepulloa käännellään ja annetaan saostuman muodostua noin 10 min ajan. Näytteeseen liuennut happi hapettaa muodostuvan mangaanihydroksidisaostuman Mn(OH)2 mangaani(IV)oksidihydroksidiksi MnO(OH)2. Samalla saostuman väri muuttuu ruskeaksi. Ruskean värin voimakkuus riippuu veden happipitoisuudesta. Saostuman väristä päätellään happipitoisuus seuraavasti:
     
    valkea saostuma 
    erittäin vähän happea
    norsunluun värinen saostuma
    2 - 3 mg happea/litra
    vaalean suklaanruskea saostuma
    4 - 6 mg happea/litra
    tumma ruosteenruskea saostuma
    7 - 10 mg happea/litra (ylikyllästetty)

    --
     
    Veden happipitoisuuden määrittäminen 3

    Tarvittavat välineet ja kemikaalit

    • Välineet: Rutner-vedennoudin tai vastaava, hioskorkilla varustettu näyteastia (n. 200 - 300 ml), kaksi mittapipettiä, mittalasi, byretti, 250 ml erlenmeyerpullo, statiivi.
    • Kemikaalit: Juuri otettu vesinäyte, mangaanikloridiliuos (42,6 g kiteistä mangaanikloridia, MnCl2·4H2O, liuotetaan 100 ml:aan tislattua vettä), emäksinen jodidiliuos (32 g natriumhydroksidia, NaOH, liuotetaan 100 ml:aan tislattua vettä, liuos jäähdytetään ja siihen lisätään 60 g natriumjodidia, NaI), väkevä 85% fosforihappo ,H3PO4, natriumtiosulfaattiliuos (2,48 g kiteistä natriumtiosulfaattia, Na2S2O3·5H2O, liuotetaan 1000 ml:aan tislattua vettä. Liuokseen lisätään 0,02 g natriumkarbonaattia Na2CO3 kestävöintiaineeksi); liuos säilyy värillisessä pullossa pimeässä useita viikkoja; 1 % tärkkelysliuos (1,0 g tärkkelystä liuotetaan 100 ml:aan kylmää vettä, jonka jälkeen liuos lämmitetään melkein kiehuvaksi. Punnitus tulee tehdä tarkasti. Liuoksen annetaan jäähtyä. Liuoksen kestävöintiaineeksi voidaan lisätä 0,1 g salisyylihappoa.) Kaikkien aineiden on oltava analyysipuhdasta laatua (pro analyysi) Happimäärityksen tarkkuus riippuu liuoksen pitoisuudesta.
    Vesinäytteen noutaminen

    Näyteastian tulee olla ehdottoman puhdas. Noutosyvyys ja veden lämpötila kirjoitetaan muistiin. Näytteennoudin lasketaan halutulle syvyydelle ja annetaan sen olla siellä kunnes lämpötilaerot veden ja noutimen välillä ovat tasoittuneet. Vesinäytteeseen lisätään 1 ml mangaanikloridiliuosta ja saman verran emäksistä jodidiliuosta. Molemmat reagenssit lisätään eri pipeteillä ja pipetin pää pidetään vesinäytteen sisässä koko lisäyksen ajan. Näytepullo suljetaan siten, että korkin alle ei jää ilmakuplia (pullo on aivan täynnä merivettä). Pulloon muodostuvasta saostumasta tehdään myöhemmin kvantitatiivinen happipitoisuusanalyysi. Pullo säilytetään pimeässä kunnes pullossa olevasta saostumasta tehdään kvantitatiivinen happipitoisuusmääritys.

    Happipitoisuuden määrittäminen

    Näytteenoton yhteydessä lisätyt mangaani- ja hydroksidi-ionit muodostavat valkoisen mangaanihydroksidisaostuman. Näytteeseen liuennut happi hapettaa muodostuvan mangaanihydroksidisaostuman Mn(OH)2 mangaani(IV)oksidihydroksidiksi MnO(OH)2. Samalla saostuman väri muuttuu ruskeaksi. Ruskean värin voimakkuus riippuu veden happipitoisuudesta. Valkea saostuma (Mn(OH)2) on hapettoman näytteen merkki. Kvantitatiivinen happipitoisuuden määritys tehdään pullon pohjalla olevasta saostumasta (liuosta ei kaadeta pois).

    Korkki otetaan varovasti pullosta pois ja pulloon lisätään 1 ml fosforihappoa nesteen pintaan. Kun näyte tehdään happamaksi, saostuma liukenee ja mangaani pelkistyy takaisin kahdenarvoiseksi. Samalla näytteeseen vapautuu liuennutta happea vastaava määrä jodia. Näyte saa sen johdosta keltaisen värin. Saadusta happamasta liuoksesta mitataan 100 ml erlenmeyerpulloon. Erlenmeyrpullossa oleva liuos titrataan 0,01 M natriumtiosulfaattiliuoksella. Näytteeseen lisätään byretistä mittaliuosta niin kauan kunnes näytteen keltainen väri vaalenee. 

    Tämän jälkeen erlenmeyerpulloon lisätään 1 ml tärkkelysliuosta indikaattoriksi, jolloin liuoksen väri muuttuu siniseksi. Titrausta jatketaan hitaasti kunnes näytteen sininen väri juuri häviää. Titrauksen päätyttyä merkitään lisätyn tiosulfaattiliuoksen kokonaismäärä muistiin. 

    Analyysin periaatteena on, että fosforihapolla happamaksi tehdyssä näytteessä mangaanihydrosidisaostuma liukenee. Samalla vapautuu happea vastaava määrä jodia. Näyte saa sen johdosta keltaisen värin. Lisätty tiosulfaattiliuos reagoi jodin kanssa. Koska jodia vapautuu yhtä paljon kuin näytteessä on happea, näytteen alkuperäinen happipitoisuus saadaan yksinkertaisella laskutoimituksella. Tärkkelysliuoksella näyte värjäytyy tummansiniseksi, jolloin värin vaaleneminen on helpoimmin havaittavissa kuin vaaleankeltaisesta näytteestä. 

    Reaktiot: 
    Mn2+ + 2OH- -> Mn(OH)2
    Mn(OH)2 + O2 -> 2MnO(OH)2 
    MnO(OH)2 + 4H+ +3I- -> Mn2+ + I3 + 3H2O


    Tiosulfaatin kokonaiskulutus ja hapen pitoisuus näytteessä lasketaan kaavalla:

    hapen pitoisuus (mg/l) = 
    8000 mg = muuntokerroin, joka muuttaa tiosulfaattikulutuksen hapen milligrammamääräksi
    a = natriumtiosulfaattiliuoksen pitoisuus (tässä tapauksessa 0,01 mol/l)
    b = kuluneen tiosulfaattiliuoksen määrä millilitroissa (esim. 10 ml)
    100 = näytteen tilavuus, ml
    Esimerkiksi, kun b = 13,2 ml ja a = 0,01 mol/l,
    hapen pitoisuus (mg/l) = = 10,6 mg/l


    Kemiallinen hapenkulutus

    Veden kemiallinen hapenkulutus kuvaa vesistön saastuneisuutta. Kemiallinen hapenkulutus määritetään esimerkiksi KMnO4 -titrauksella, josta saadaan näytteen permanganaattiluku. Se ilmoittaa kemiallisesti hapettuvan orgaanisen aineksen määrän tutkittavassa liuoksessa ja antaa kuvan veden laadusta sekä jätevesien vesistölle aiheuttamasta kuormituksesta. Permanganaattihapetusmenetelmää ei voi käyttää merivedelle, koska niiden kloridipitoisuus on suurempi kuin 300 mg/l. Permanganaatti hapettaa myös kloridi-ionit, minkä takia saadaan virheelliset tulokset. Toinen tapa tutkia vesistön saastuneisuutta on tehdä metyleenisinikoe.
     
    Veden kemiallisen hapenkulutuksen määrittäminen (ei sovellu merivedelle)

    Tarvittavat välineet ja kemikaalit

  • Välineet: Vedennoudin, Byretti, statiivi, kuumennusvälineet, kolmijalka, keraaminen verkko, 400 ml:n keitinlasi, lasisauva, 10:n ja 5 ml:n mittapipetit, 2 kpl 500 ml ja 2 kpl 100 ml mittapulloja, 10 ml:n mittalasi, pumpetti ja 100 ml erlenmeyerpullo.
  • Kemikaalit: Vesinäyte, 500 ml 0,002 M KMnO4 -liuosta (158 mg KMnO4 :a liuotetaan 500 ml:n tislattua vettä); 100 ml 4 M H2SO4 -liuosta (22,4 ml väkevää rikkihappoa laimennetaan 100 ml:ksi tislatulla vedellä); 100 ml 0,1 M KI -liuosta (KI:a punnitaan 1,66 g 100 ml:n mittapulloon ja pullo täytetään merkkiin saakka tislatulla vedellä; natriumtiosulfaattiliuos (2,48 g kiteistä natriumtiosulfaattia, Na2S2O3·5H2O, liuotetaan 1000 ml:aan tislattua vettä. Liuokseen lisätään 0,02 g natriumkarbonaattia Na2CO3 kestävöintiaineeksi); liuos säilyy värillisessä pullossa pimeässä useita viikkoja; 1 % tärkkelysliuos (1,0 g tärkkelystä liuotetaan 100 ml:aan kylmää vettä, jonka jälkeen liuos lämmitetään melkein kiehuvaksi. Punnitus tulee tehdä tarkasti. Liuoksen annetaan jäähtyä. Liuoksen kestävöintiaineeksi voidaan lisätä 0,1 g salisyylihappoa.)
  • Vesinäytteen noutaminen

    Näyteastian tulee olla ehdottoman puhdas. Sovi etukäteen muiden oppilaiden kanssa, miltä syvyydeltä kukin ryhmä merivesinäytteen noutaa. Noutosyvyys ja veden lämpötila kirjoitetaan muistiin, sillä veden happipitoisuus riippuu voimakkaasti veden lämpötilasta. Näytteennoudin lasketaan halutulle syvyydelle ja annetaan sen olla siellä riittävän kauan. 

     Teoria

    Titrauksessa saatava permanganaattiluku (KML) ilmoittaa kemiallisesti hapettuvan orgaanisen aineksen määrän tutkittavassa liuoksessa. Se osoittaa veden laadun sekä ilmoittaa esimerkiksi jätevesien vesistölle aiheuttaman kuormituksen. Juomaveden KML:n tulisi olla alle 15 mg/l ja muun talousveden 30 mg/l

    Permanganaatti-ioni on happamassa liuoksessa voimakas hapetin pelkistyen itse Mn2+ -ioniksi.

    MnO4- + 8H+ +5e- <-> Mn2+ + 4H2O

    Se permanganaattimäärä, jota vesinäyte ei kuluta määritetään jodometrisella titrauksella käyttäen indikaattorina tärkkelysliuosta. Reaktiot ovat seuraavat:

    2MnO4- + 10I- + 16H+ <-> 2Mn2+ + 5I2 + 8H2O

    Lisättäessä tärkkelysliuosta reaktiossa muodostunut jodi sitoutuu tärkkelykseen muodostaen sinisen tuotteen. Kun jodi titrataan tiosulfaattiliuoksella, muodostuu jodidi-ioni. Titrauksen ekvivalenttikohdalla liuos muuttuu värittömäksi.

    2S2O32- + I2 <-> S4O62- + 2I

     Kaliumpermanganaattiluvun eli KML-luvun määrittäminen

    100 ml:n erlenmeyerpulloon lisätään mittapipetillä 20 ml vesinäyte sekä 1 ml 4 M H2SO4 - ja 4 ml 0,002 M KMnO4 -liuosta.

    Erlenmeyerpullo asetetaan 400 ml keitinlasiin kiehuvaan vesihauteeseen 20 minuutiksi. Seosta sekoitetaan silloin tällöin lasisauvalla. 

    Seos jäähdytetään kylmässä vedessä ja siihen pipetoidaan 2 ml 0,1 M KI -liuosta ja lisätään indikaattoriksi 4 - 5 tippaa 1 % tärkkelysliuosta. Liuos on nyt sinistä.

    Erlenmeyerpullossa oleva liuos titrataan 0,01 M Na2S2O3·-liuoksella värittömäksi. KML -luku määritetään käytetyn 0,01 M Na2S2O3·-liuoksen perusteella. 
     0,01 M Na2S2O3·- liuosta kului V1 = ____________ml
    Vertailukokeena titrataan vastaavasti kuin edellä 20 ml tislattua vettä (ns. sokea koe). Vertailukokeessa
    0,01 M Na2S2O3·5H2O- liuosta kului V2 = ____________ml
    Toisesta reaktioyhtälöstä päätellään: 1 mol I2 vastaa 2/5 mol KMnO4
    Kolmannesta reaktioyhtälöstä päätellään: 1 mol I2 vastaa 2/10 mol S2O32-
    Näistä seuraa: 1 mol S2O32-- vastaa mol KMnO4
    Reaktiossa kuluneen KMnO4 :n massa mg:na lasketaan kaavasta:
    m = 0,2c·MDV, jossa c = 0,01 M, Mr =158000 mg/mol ja DV =V2 - V1 (dm3)
    Vesinäytettä oli 20 ml, joten saatu m pitää kertoa (1000/20):llä, jotta KMnO4:n massa saadaan litraa kohti.
    KML = _____________mg/l

    --
     
    Saastuneisuuden määrittäminen metyleenisinitestillä

    Tarvittavat välineet ja kemikaalit

  • Välineet: Vedennoudin, läpinäkyvä ja tiiviskorkkinen näytepullo (mielellään hiospullo).
  • Kemikaalit: Vesinäyte, Metyleenisini-liuos
  • Vesinäytteen noutaminen

    Näyteastian tulee olla ehdottoman puhdas. Noutosyvyys ja veden lämpötila kirjoitetaan muistiin. Näytteennoudin lasketaan halutulle syvyydelle ja annetaan sen olla siellä riittävän kauan. Metyleenisiniä lisätään 2 - 3 tippa näytepulloon, pullo täytetään aivan täyteen merivedellä ja korkki suljetaan huolella. Pulloon ei saa jäädä yhtään ilmaa. Pullo laitetaan pimeään ja lämpimään (n. 27 °C) paikkaan ja seurataan liuoksen värin häviämistä. Vertailunäyte valmistetaan vastaavalla tavalla vesijohtovedestä.

     Teoria

    Metyleenisini on orgaaninen yhdiste, joka muuttuu värittömäksi happea kuluttavien organismien vaikutuksesta (esim. bakteerit). Testin avulla määritetään aika, joka näytteessä olevalta organismilta kuluu liuoksen hapen kulutukseen. Mitä enemmän liuoksessa on happea kuluttavaa organismia sitä nopeammin liuos tulee värittömäksi. Ohessa on taulukko, jonka avulla arvioidaan näytteen saastuneisuus liuoksen kirkastumisajan avulla. 
     
    Näytteen luokittelu
    liuoksen kirkastumisaika
    täysin saastunut (erittäin runsaasti happaea kuluttavaa organismia)
    muuttuu värittömäksi välittömästi
    erittäin pahoin saastunut (runsaasti happaea kuluttavaa organismia)
    0,5 h - 18 h
    pahoin saastunut ( paljon happaea kuluttavaa organismia)
    18 h - 2 vuorokautta
    saastunut (melko paljon happaea kuluttavaa organismia)
    2 - 4 vuorokautta
    vähän saastunut jonkin verran i happaea kuluttavaa organismia)
    4 - 6 vuorokautta

     Saastuneisuuden määrittäminen

    Tarkkaile pulloa ja kirjaa liuoksen kirkastumisaika muistiin. Jos näyte on vain vähän saastunut, kirkastuminen voi kestää useita päiviä. Jos värin häviäminen kestää alle 5 vuorokautta, lämmin näytevesi saattaa aiheuttaa hajuhaittoja.


    Veden väri

    Veden värin määrittämiseksi ei ole virallista menetelmää. Koulussa veden väri määritetään välittömästi havaintopaikalla ja myöhemmin luokassa.

    Veden väriluvun määrittämiseksi on olemassa erityinen laite, kolorimetri. Väriluvun avulla voidaan arvioida veden sopivuutta raaka-vedeksi tai kaloille. Veden ruskeahko väri johtuu vedessä olevasta humuksesta.

    Vesistöjä voidaan luokitella väriluvun perusteella oheisen taulukon avulla. Vesistön laadun arvioimiseen vaikuttavat myös muut seikat kuin väriluku. Raakavedellä tarkoitetaan makean veden soveltuvuutta talousvedeksi.

     Taulukko 5. Vesistön luokittelu veden väriluvun perusteella.
     

    Luokka
    Raakavesi
    Kalavesi 
    Yleisluokitus 
    Erinomainen
    < 15
    < 50
    < 50
    Hyvä
    15 - 70
    50 - 100
    50 - 100
    Tyydyttävä
    70 - 150
    > 100
    < 150
    Välttävä
     
     
     
    Huono
    150 - 200
     
     
    Erittäin huono
     
     
     

     -
     
    Veden värin määrittäminen rannassa

    Tarvittavat välineet

    Valkoinen metallikiekko (halkaisija 20 cm), köyttä, jossa merkki 1 m kohdalla.

     Värin määritys

    Veden väriä arvioidaan 1 metrin syvyyteen upotettavan valkoisen metallikiekon avulla. Arvioinnissa käytetään asteikkoa: sinivihreä, vihreä, kellanvihreä, kellanruskea, ruskea, tummanruskea.

    -
     
    Veden värin määrittäminen luokassa

    Tarvittavat välineet

    Vedennoudin, 100 ml mittalasi, valkeaa paperia.

    Värin määritys

    Vesinäytteen annetaan seistä yön yli. Mittalasin alle asetetaan valkea paperi. Vesi kaadetaan varovasti mittalasiin (100 ml), jotta saostuma ei sekoittuisi. Valkoista paperia katsotaan vesinäytteen läpi ylhäältä alas. 

    Veden väriä arvioidaan asteikolla: sinivihreä, vihreä, kellanvihreä, kellanruskea, ruskea, tummanruskea.


    Näkösyvyys

    Veden näkösyvyyden määrittämiseksi ei ole virallista menetelmää. Koulussa veden näkösyvyys määritetään välittömästi havaintopaikalla. Tarvittavat työohjeet on koottu liitteeseen.

    Vesistöjä voidaan luokitella näkösyvyyden perusteella oheisen taulukon avulla. Vesistön laadun arvioimiseen vaikuttavat myös muut seikat kuin väriluku. Raakavedellä tarkoitetaan makean veden soveltuvuutta talousvedeksi.

     Taulukko 6. Vesistön luokittelu näkösyvyyden perusteella.
     

    Luokka
    Raakavesi
    Kalavesi 
    Yleisluokitus 
    Erinomainen
    > 3,5 m
     
    > 2,5 m
    Hyvä
    > 2,5 m
     
    1 -2,5 m
    Tyydyttävä
    1,5 - 2,5 m
     
    <1 m
    Välttävä
     
     
     
    Huono
    0,5 - 1,5 m
     
     
    Erittäin huono
     
     
     

    -
     
    Veden näkösyvyyden määrittäminen rannassa

    Tarvittavat välineet

    Valkoinen metallikiekko (halkaisija 20 cm), köyttä, jossa merkki 0,1 m välein.

    Näkösyvyyden määritys

    Valkoiseksi maalattu 20 cm halkaisijaltaan oleva peltikiekko lasketaan narun avulla niin syvälle, että se juuri häviää näkyvistä. Kiekkoa kohotetaan ylöspäin kunnes se tulee uudelleen näkyviin. Näkösyvyys luetaan naruun tehdyistä merkinnöistä.


    Sameus

    Saastuneet vedet ovat usein sameita. Sameuden määrittäminen liitteessä esitetyllä tavalla antaa karkean luokituksen veden saastuneisuudesta.
     
    Veden sameuden määrittäminen luokassa

    Tarvittavat välineet

    Valkoista paperia, ohutkärkinen lyijykynä, 40 cm korkea mittalasi

     Sameuden määritys

    Valkoiselle paperille piirretään musta rasti (rastin sakaroiden pituus 0,5 cm ja viivan paksuus 0,5 mm). Mittalasi asetetaan rastin päälle. Vesinäyettä ravistetaan. Vettä kaadetaan mittalasiin niin kauan kunnes rasti ei enää ylhäältä katsottuna näy. Veden korkeus mitataan ja puhtaus määritetään oheisen taulukon avulla:
     
    Syvyys
    Luokitus
    201 - 400 mm
    puhdas
    151 - 200 mm
    epäilyttävä
    51 - 150 mm
    huono
    0 - 50 mm
    saastunut


    Vaahtotesti

    Liitteessä olevan testin avulla havaitaan vedessä olevat pinta-aktiiviset aineet. Testin avulla saadaan vedelle vaahtoluokitus.
     
    Vaahtotesti

    Tarvittavat välineet

    Vedennoudin, kaksi kirkasta lasipulloa ja sekuntikello.

    Vaahtotesti

    Vaahtotestin avulla voidaan päätellä pinta-aktiivisten aineiden esiintyminen näytevedessä.

    Kirkas lasipullo täytetään puolilleen vedellä. Pulloa ravistellaan 30 s ajan voimakkaasti. Vaahdon leviämistä veden pinnalla, vaahdon hajoamista ja liikkumista pullon reunalle tarkkaillaan. Vertailukoe tehdään samanlaisessa pullossa samalla määrällä tislattua vettä. Aikaa, joka vaahdolta kuluu liikkumiseen pullon reunalle arvioidaan seuraavalla asteikolla:

    A ei vaahtoa
    B 1 sekunti
    C 1 - 9 sekuntia
    D 10 sekuntia - 5 minuttia
    E yli 5 minuttia
    F yli 4 tuntia


    Vaahdon syntyminen rantaan on todennäköistä, jos veden luokitukseksi testin mukaan tulee C... F


    Haju

    Veteen sekoittuneet aineet aiheuttavat luonnon vesille aineista ja niiden määristä riippuen hyvinkin erilaisia hajuja. Koska hajuaisti on ihmisellä hyvinkin erilainen, hajutestin tulokset eivät ole kovinkaan vertailukelpoisia.
     
    Haju

    Tarvittavat välineet

    Vedennoudin, näytepulloja.

    Hajun määrittäminen

    Pulloon otetaan 3 - 4 cm merivettä. Pullo suljetaan ja pulloa ravistetaan voimakkaasti. Korkki irrotetaan ja vettä haistellaan yrittäen erotella eri hajuja ja niiden voimakkuuksia. Pohjanäyte ja pintanäyte tutkitaan erikseen. Hajua arvioidaan seuraavilla asteikolla:
     
    Hajun laatu
    mudan haju
    kalan haju
    pilaantuneen kalan haju
    maatuneen haju
    mädän kananmunan haju
    öljyn haju
    jokin muu tunnistettava haju
    Hajun voimakkuus
    0 = hajua ei ole todettavissa
    1 = haju heikko
    2 = haju selvästi todettavissa
    3 = haju voimakas


    3.2 Kemiallinen analyysi

    Liuennut epäorgaaninen fosfaatti, kokonaisfosforipitoisuus, nitraatti- nitriitti- ja ammoniumionipitoisuus määritetään "Baltic Intercalibration Workshopissa, BIW" sovituilla menetelmillä (Report of the Baltic Intercalibration Workshop (BIW) 1977. Kiel, 7 - 9 March: 1 - 288 tai Koroleff, F. 1983. Determination of nutrients. - In Grasshoff, K. et al. (Eds.) "Methods of seawater analysis": 125 - 187, Weinheim). Kokonaistyppipitoisuus määritetään em. BIW-raportin appendixissa olevan ohjeen avulla. Jos näytteessä on vetysulfidia, se tulee poistaa ennen ravinneanalyysiä. Ohje vetysulfidin poistamiseen löytyy em. Grasshoffin teoksesta. Virallisesti ravinnepitoisuudet ilmoitetaan yksiköissä mmol/dm3 veden lämpötilan ollessa 20°C.

    Vesistöjä voidaan luokitella kokonaisfosforipitoisuuden ja ammoniumionipitoisuuden perusteella taulukkojen 5 ja 6 avulla. Vesistön laadun arvioimiseen vaikuttavat myös muut seikat kuin em. ravinnepitoisuudet. Raakavedellä tarkoitetaan makean veden soveltuvuutta talousvedeksi.

     Taulukko 7. Vesistön luokittelu kokonaisfosforipitoisuuden perusteella.
     

    Luokka
    Raakavesi
    Kalavesi 
    Yleisluokitus 
    Erinomainen
    <10 mg/l
     
    <12 mg/l
    Hyvä
    10 - 25 mg/l
     
    <30 mg/l
    Tyydyttävä
    25 - 50 mg/l
     
    <50 mg/l
    Välttävä
     
     
    50 - 100 mg/l
    Huono
    50 - 100 mg/l
     
    > 100 mg/l
    Erittäin huono
    > 100 mg/l
     
     

     

    Taulukko 8. Vesistön luokittelu ammoniumionipitoisuuden perusteella.
     

    Luokka
    Raakavesi
    Kalavesi 
    Yleisluokitus 
    Erinomainen
     
     
     
    Hyvä
    <100 mg/l
     
     
    Tyydyttävä
    100 - 500 mg/l
     
     
    Välttävä
     
     
     
    Huono
    500 - 2000 mg/l
     
     
    Erittäin huono
    > 2000 mg/l
     
     

    Usein merivedessä esiintyviä raskasmetalleja ovat mm. elohopea (Hg), kadmium (Cd), sinkki (Zn), lyijy (Pb) ja kupari (Cu). Raskasmetallipitoisuus määritetään absorptiometrisesti (esim. atomiabsorptiospektrometrillä).

    Vesistöjä voidaan luokitella raskasmetallipitoisuuksien perusteella taulukon 7 avulla. Vesistön laadun arvioimiseen vaikuttavat myös muut seikat. Oheisessa on esitetty kriteerit raakavedelle.
     
     

    Taulukko 9. Vesistön luokittelu raskasmetallipitoisuuksien perusteella.
     
    Luokka
    Fe
    Mn
    As
    Hg
    Cd
    Cr
    Pb
    Erinomainen
    < 200 mg/l
    < 10 mg/l
     
     
     
     
     
    Hyvä 
    200-500 mg/l
    10-30mg/l
     
     
     
     
     
    Tyydyttävä
    500-2000 mg/l
    30-100 mg/l
     
     
     
     
     
    Huono
    2000-5000 mg/l
    100-1000 mg/l
    < 50 mg/l 
    < 2 mg/l
    < 5 mg/l
    < 50 mg/l
    < 50 mg/l
    Sopimaton
    > 5000mg/l
    > 1000 mg/l
    > 50 mg/l
    > 2 mg/l
    > 5 mg/l
    > 50 mg/l
    > 50 mg/l

     

    Kvalitatiivinen ja kvantitatiivinen ioni-analyysi

    Kationi- ja anionianalyysimenetelmät ovat toteutukseltaan yksinkertaisia eikä niiden tekemisessä tarvita erikoiskemikaaleja. Ohjeita löytyy esimerkiksi teoksista: P. J. Antikainen: Epäorgaaninen kvalitatiivinen analyysi, WSOY 1967; Laukola: Epäorgaanisen kemian perustyöt 1B, Helsingin yliopisto 1985 ja Antero Kunnas: Kemian työkurssi lukioita varten, Otava 1982.

    Sekä kvalitatiivisen että kvantitatiivisen ioni-analyysin suorittaminen oppilaiden kanssa on helppoa kaupallisilla ionianalysointipaketeilla, jotka sisältävät ohjeet ja aineet sekä välineet. Näillä määrityskiteillä on helppo määrittää esimerkiksi veden rautaionipitoisuus, nitriitti-, nitraatti- ja fosfaattipitoisuus sekä veden kokonaiskovuus. Vesianalyysilaukkua lainaa ilmaiseksi pääkaupunkiseudulla Kemiran kemian luokka p. 010 8642452). Tarkemmat ohjeet analyysien tekemisestä on vesianalyysisalkussa.

    Empirica-mittausjärjestelmään liittyvä spektrofotometri soveltuu kvantitatiiviseen ionianalyysiin. Tarkkoja analyyseja voidaan tehdä myös muilla spektrofotometreilla.

    Hiilivetyjen analyysi

    Sopivin menetelmä hiilivetyjen määrittämiseen merivedestä on UV-spektrofluorometrinen menetelmä. Standardiöljynä käytetään Ekofisk öljykentältä porattua raakaöljyä, jota voi tilata Deutsches Hydrographische Institutista Hampurista. Lisätietoja saa UNESCOn raportista: UNESCO, 1984. Manual for Monitoring Oil and Dissolved/Dispersed Petroleum Hydrocarbons in Marine Waters and on Beaches. IOC Manual No. 13.

    Kloorattujen hiilivetyjen analysointiin liittyvien menetelmien kehittely on vielä kesken (Alzieu, C., Bewers, J.M., Duinker, J.C., Berman, S.S. et. al., 1986. Report on the ICES Fifth Round Intercalibration on the Trace Metals in Sea Water and the Fifth Intercomparative Exercise on the Detrmination of Organochlorine Residues in Fish Oil. ICES Coop. Res. Rep. No. 136.


    3.3 Muita tutkimuksia

     Jäätutkimus

    Merentutkimuslaitoksen jääpalvelu laatii viikottaisen jääkartan Pohjanlahden ja Suomenlahden jäätilanteesta sekä valmistaa jääennusteita. Jääoloihin liittyvään perustutkimukseen kuuluu tällä hetkellä mm. ahtojäävallien ja jään rakenteen tutkiminen.

    Merentutkimuslaitos tutkii jään kiderakennetta valaisemalla kahden polarisaatiolevyn väliin asetettua ohutta jäälevyä, jolloin kiderakenteen erot näkyvät erivärisinä alueina. Polarisaatiolevyt asetetaan siten, että niiden polarisaatiotasot ovat kohtisuorassa toisiaan vastaan. Merentutkimuslaitos valmistaa tutkimuksessa käytettävät jäälevyt erityisen jäähöylän avulla. Levyn tulee olla alle 0,5 mm paksuinen, jotta levyssä ei olisi päällekkäin erilaisia kiderakenteita. Jäälevytutkimus on tehtävä alle 0°C lämpötilassa.

    Koulussa voitaisiin tutkia jään rakenteen lisäksi esimerkiksi jään paksuuden kehittymistä, lumen syvyyttä jään pinnalla ja jään suolaisuutta (esimerkiksi maistamalla tai sulattamalla ja mittaamalla suolapitoisuus).

    Veden korkeus

    Merentutkimuslaitos mittaa vedenkorkeutta eri paikkakunnilla Suomenlahden ja Pohjanlahden rannalla mareografeilla. Koulussa voidaan vedenkorkeudessa tapahtuvia muutoksia seurata mittatikulla, joka on suojattu aallokolta. Sopiva suoja on esimerkiksi pitkä läpinäkyvä putki, jonka toinen pää on riittävän syvällä meressä ettei aallokko pääse liikuttamaan veden pintaa putkessa. Vedenkorkeudessa tapahtuvia muutoksia voi verrata esimerkiksi sääolosuhteissa tapahtuviin muutoksiin.

    Aaltotutkimus

    Veden pinta-aallot ovat rakenteeltaan monimutkaisia. Aaltojen tutkimukseen liittyvät peruskäsitteet ylittävät lukiofysiikan tason . Esimerkiksi aaltojen synty ja muoto riippuvat tuulen nopeudesta, pohjan syvyydestä ja muodosta. Aalloista voidaan kuitenkin tehdä koulussa kvalitatiivisia havaintoja.

    Virtaustutkimus

    Merentutkimuslaitos tutkii Itämeren virtauksia. Kouluissa ei kuitenkaan ole tähän tarkoitukseen sopivia mittalaitteita. Veden pintavirtauksia voi tarkastella kuitenkin vesistöjen jäätymisen aikoihin jään muodostumisen avulla.



     
     
     
    Havaintojen koontataulukko
    Päiväys__________
    Paikka___________
    Säähavainnot
  •  
  •  
  • ilman lämpötila
  • pilvisyys
  • tuulen suunta
  • tuulen voimakkuuss
  • ilmanpaine
  • Veden tila
  • syvyys
  • veden väri
  •  
  •  
  • väriluku
  •  
  •  
  • näkösyvyys
  •  
  •  
  • lämpötila (1 m)
  •  
  •  
  • vaahtotesti
  •  
  •  
  • happipitoisuus
  •  
  •  
  • pH
  •  
  •  
  • suolapitoisuus
  •  
  •  
  • hapen kulutus
  •  
  •  
  • sameus
  •  
  •  
  • haju
  •  
  •  
  •  
  •  
  •  
  •  

  •  



     
    Vedennoudin

    Vedennoudin voidaan rakentaa muovipullosta kuvion mukaisesti. Pullon korkkiin tehdään kolme reikää: Ilman poisvirtausputki, veden sisäänvirtausputki ja lämpömittari. Pullo täyttyy vedellä ilman sisäänvirtausputken alapäähän asti, joten putken suu tulee asettaa aivan korkin reunaan. Lämpömittari asetetaan siten, että lämpötilan lukeminen onnistuu ilman lämpömittarin poistamista. Ongelmallisinta vedennoutimen valmistamisessa on riittävän raskaan painon saaminen pullon sisälle. Paino tulisi kiinnittää liiman tms. avulla pohjaan pysyvästi, jotta vedennoudin voitaisiin kääntää myös pystyasentoon vedennoutimen tyhjentämistä varten. Tarkkoihin happipitoisuusmäärityksiin tulee käyttää kaupallista Rutner-vedennoudinta. 

    Kansi

    Astia

    -



     
    Vedennoutimen käyttö

     -



     
    Näkösyvyyden määrityskiekko

    -


    Tarvittavia laitteita
     
    Kannellinen näyteastia

     -
     
    Suppilo

    -
     
    Mittapipetti

     -

    Kirjallisuutta ja laitetoimittajia