Одним из важнейших элементов учебно-педагогического процесса являются лабораторные (практические) занятия. На кафедре биоэкологи и техносферной безопасности по всем дисциплинам с будущими биоэкологами проводятся эти занятия.
Понимание в необходимости лабораторий имели не только учёные, но и руководители государств. В России во времена царствования Ивана Грозного первоначально функции химических лабораторий выполняли аптеки. При Петре I в Москве уже было восемь аптек. Занимаясь химическими анализами, Пётр организовал в Петербурге первую химическую лабораторию для производства технических испытаний. В ней производились испытания строительных материалов, проб красок, анализы руд. Как в аптечных лабораториях, так и в Петербургской лаборатории было сделано много ценных для науки наблюдений частного порядка. Но в их задачи не входили опыты для подтверждения той или иной научной теории или того или иного закона. Следовательно, они не были научными и поэтому о создании научной химической лаборатории М.В. Ломоносов начал настойчиво хлопотать, ещё, будучи адъюнктом в 1742 году. Данная лаборатория была построена только в 1748 году. Позднее при увеличении объёма работ Академией Наук при настойчивых требованиях Ломоносова был определён для работы штатный лаборант. В 1757 году М.В. Ломоносов построил дом и оборудовал в нём личную лабораторию [1]. Необходимо отметить, что в наше время эти вопросы тоже решаются не совсем оперативно по различным причинам.
При выполнении лабораторных занятий обучаемые получают определённые навыки экспериментальной работы: умение обращаться с лабораторными установками и оборудованием, самостоятельно делать выводы из полученных опытных данных, что позволяет более полно и глубоко усваивать теоретический материал по изучаемой дисциплине. При этом обращается внимание на размерность единиц, в основном они даны в системе международных единиц измерения (СИ). Для каждой дисциплины в лабораторном практикуме приведены правила техники безопасности при работе в лаборатории. Для более углублённого изучения курсов дисциплин в практикум включены схемы, таблицы, рисунки и другие информационные материалы. Для закрепления учебного материала после каждой темы приведены контрольные вопросы [2].
Так, для проведения лабораторного занятия по дисциплине «Мониторинг и экологическая экспертиза» была проведена лабораторная работа по теме: «Исследование легковоспламеняющихся и горючих жидкостей (ЛВЖ и ГЖ) с помощью люминесцентного анализа». Преподавателем были сформулированы цели и задачи занятия (образовательные, воспитательные, развивающие и методические).
Для проведения занятия задействовано следующее оборудование:
– инструкционные карты;
– образцы ЛВЖ и ГЖ;
– набор пробирок с контрольными и экспериментальными жидкостями;
– стёкла, фильтровальная бумага, пипетки;
– переносной ультрафиолетовый осветитель;
– груз;
– водяная баня;
– термометр.
Обеспечение техники безопасности: на занятии предусматривается работа с ЛВЖ и ГЖ. Обучающиеся допускаются к выполнению лабораторной работы только после инструктажа и предварительного ознакомления с её содержанием. В случае розлива ЛВЖ и ГЖ в вытяжном шкафу немедленно включить вентиляцию, открыть форточки, окно и сообщить преподавателю или лаборанту о случившемся. При возникновении короткого замыкания в электрической цепи, повреждении прибора или других неполадок обучающийся должен отключить напряжение и, не делая попыток к устранению неполадок, сообщить об этом преподавателю или лаборанту. Из числа обучающихся на время проведения лабораторной работы назначается старший группы, который обязан следить за порядком на своем участке, отвечать за состояние приборов, оборудования и чистоту рабочего места по окончании опыта.
После объявления темы занятия и проведения инструктажа по технике безопасности преподаватель провел контроль исходного уровня знаний обучаемых в виде фронтального опроса.
Наиболее обширную и распространённую группу ЛВЖ и ГЖ, применяемых в различных технологических процессах и технике, составляют нефтепродукты, которые подразделяются на топливо, растворители, смазочные масла, масла специальных назначений, консистентные смазки, отдельные углеводороды и их смеси. Эти жидкости и представляются в качестве объектов исследования. Все ЛВЖ и ГЖ независимо от своей природы имеют ряд общих констант, характеризующих их свойства. К таким константам относятся: плотность, коэффициент рефракции, фракционный состав, вязкость, температура застывания, кипения, вспышки, воспламенения, самовоспламенения и другие константы.
Практическое применение методик определения тех или иных констант зависит от физико-химических свойств вещества, его назначения и количества, представленного для исследования. Так, определение фракционного состава может относиться только к нефтепродуктам, тогда как определение склонности вещества к самовозгоранию относится только к растительным и животным жирам и маслам. Часто ЛВЖ и ГЖ выступают для исследования в виде следов-пятен на грунте, мебели, одежде, на конструкциях и частях зданий, пожарном мусоре. В этом случае исследование представляет большие трудности. Поэтому встаёт задача изыскания методов, с помощью которых исследование таких веществ было бы возможным и имело бы доказательное значение. Пока не существует простого и универсального метода, который позволяет в любых условиях установить, какую жидкость содержит вещественное доказательство. Для этого приходится проанализировать несколько физико-химических свойств жидкостей и по совокупности судить о принадлежности жидкости к тому или иному классу или сходстве представленных объектов.
1 Исследование любого вещественного доказательства начинается с его внешнего осмотра и определения характерных признаков. Под внешним осмотром понимается визуальное исследование вещественных доказательств и установление некоторых признаков, таких как: консистенция (жидкая подвижная, жидкая густая, липкая, мазеобразная), цвет, прозрачность, маслянистость, запах.
2 Определение запаха. Запах ЛВЖ и ГЖ специфичен и может служить одним из признаков их распознавания и определяется органолептическим методом. Чем больше жидкости содержится на исследуемом объекте, тем сильнее ощущается запах.
Сохранность запаха на вещественных доказательствах зависит от их состояния, свойств материала и от времени. Запах бензина на доске ощущается на протяжении двух суток, запах керосина и других более тяжёлых нефтепродуктов более устойчив и может сохраняться около двух недель при хранении образцов в открытом состоянии. Хорошо упакованные образцы-носители (в плотную бумагу и ящик) сохраняют запах более длительное время.
Если запах слабый и заглушается наличием других запахов, например, гнили или гари, то его определяют следующим образом. Берётся проба в виде вырезки из пятна (если это ткань), стружка или грунт и помещается в склянку с плотно закрывающейся пробкой, добавляется несколько кристаллов марганцевокислого калия (КМnO4) для уничтожения посторонних запахов. Затем в склянку наливают немного воды, закрывают пробкой и нагревают в водяной бане до 50-70°С. После этого быстро открывают пробку и определяют наличие запаха. Этим методом можно обнаружить ничтожно малые следы горючих жидкостей (керосина, бензина и др.), запах которых до нагревания почти не ощущался. Но для окончательного вывода о наличии горючих жидкостей лишь пробы на запах явно недостаточно, поэтому её подвергают исследованию с помощью люминесцентного анализа.
3 Исследование в ультрафиолетовых лучах. Ультрафиолетовые лучи обладают способностью возбуждать явления люминесценции. Под люминесценцией понимается холодное свечение вещества, возникающее под влиянием освещения его ультрафиолетовыми или рентгеновскими лучами. По длительности люминесценция разделяется на флюоресценцию (кратковременное свечение) и фосфоресценцию (длительное послесвечение). Большое количество веществ, в особенности органических, обнаруживает люминесценцию (свечение) при возбуждении их ультрафиолетовыми лучами. При этом для одного и того же вещества, при одних и тех же условиях цвет люминесценции (флюоресценции) является постоянным. Это свойство можно сравнить с отпечатками пальцев людей, которые для каждого человека являются индивидуальными.
Некоторые ЛВЖ и ГЖ, в частности нефтепродукты, обладают свойством люминесцировать. На этом свойстве и основывается метод исследования их в ультрафиолетовых лучах.
Источниками ультрафиолетовых лучей служат ртутно-кварцевые лампы ПРК-2, ПРК-4, газовые лампы БУВ 15, электрические угольные дуги, ультрахимоскоп УИ-1, переносные ультрафиолетовые осветители и другие приборы и приспособления. Для устранения действий видимого света используются светофильтры УФС-1,2,3, пропускающие лишь ультрафиолетовые лучи. Для исследования в лабораторных условиях может быть использована ртутно-кварцевая лампа и другие источники ультрафиолетового излучения [3].
После проведения всех организационных и инструктирующих мероприятий, а также опроса обучающиеся получили три образца ЛВЖ и ГЖ в стеклянных пузырьках. Название видов ЛВЖ и ГЖ никто не знает, кроме преподавателя. Обучаемые, используя инструкционные карты, образцы и имеющееся оборудование, проводят исследования по всем этапам. При этом, после тщательного изучения и фиксации всех констант представленных веществ, они определяют их запах органолептическим методом и при помощи водяной бани. Одновременно обучающиеся узнают, как правильно и почему растворы лекарственных трав нужно готовить на водяной бане.
Переходя к этапу исследования ЛВЖ и ГЖ, обучающиеся учатся готовить следы с использованием фильтровальной бумаги, стёкол и груза, приобретая определённый опыт. Здесь обращается их внимание на использование быстрого метода исследования, когда при нагревании исследуемого образца в единичном или ограниченном количестве исследователь может остаться без вещественного доказательства. Для исследования мы использовали ультрафиолетовый источник фирмы UV Lamp 36 W, используемый для косметических целей. Все обучающиеся в ходе занятия хорошо усвоили тему и защитили данную работу в основном на оценку отлично.
При проведении этой же лабораторной работы со следующим курсом она была немного усложнена. Для исследования было представлено уже четыре вида ЛВЖ и ГЖ, и в качестве альтернативного источника ультрафиолетового излучения использовался портативный прибор MONEY DETECTOR фирмы WEIYE ELECTRIC INDUSTRIAL CO, питающийся от двух батареек. Сравнение результатов двух этих источников показало, что информативность портативного прибора оказалась значительно выше, чем у стационарного. Поскольку обучающимся, да и уже работающим экологам часто приходится работать в поле, то отсутствие электрической энергии не позволяет использовать стационарные или переносные источники ультрафиолетового излучения. При возникающих авариях нефтепроводов и других отказах и неисправностях оборудования, как правило, происходит загрязнение окружающей природной среды нефтью или нефтепродуктами. Здесь время не терпит, а результаты исследования с использованием данного прибора будут проведены быстро и в большей степени объективными.
Таким образом, проведение данного лабораторного занятия показало, что обучающиеся хорошо усвоили пройденный материал, и, как результат, правильно определили виды ЛВЖ и ГЖ, углубили свои знания в области системной и прикладной экологии. При этом необходимо отметить, что при проведении лабораторного занятия использовались более доступные и дешёвые оборудование и материалы.
Литература:
- Кудрявцев, Б.Б. Люди русской науки. Михаил Васильевич ЛОМОНОСОВ. Его жизнь и деятельность. / Б.Б.Кудрявцев. – М.: Государственное издательство технико-теоретической литературы. – 1949. – 108 с.
- Криволапова, Е.В. Физическая и коллоидная химия: лабораторный практикум / Е.В. Криволапова; Бузулукский гуманитарно-технологический ин-т(филиал) ОГУ – Бузулук: БГТИ (филиал) ОГУ, 2012. - 114с.
- Егоров, А.Н. Производственная безопасность. Методические указания по выполнению лабораторных работ /А.Н.Егоров. – Иркутск. – Издательство Иркутского государственного университета путей сообщения. – 2009. - 76 с.
