ДИДАКТИКО-МЕТОДИЧЕСКИЙ КОМПЛЕКТ ЛАБОРАТОРИЯ ДЛЯ ЭКОЛОГИЧЕСКИХ ИССЛЕДОВАНИЙ "ПЧЕЛКА У"

Полезная модель относится к области комплектов для обучения, а именно, к дидактико-методическим комплектам для использования в ходе практических занятий и учебных экологических исследований, а также при проведении экологического практикума в курсах экологии, химии, биологии, географии, спецкурсах и факультативах по экологическому мониторингу, геоэкологии, экологической химии в средних и специализированных школах, учреждениях дополнительного образования, среднетехнических учебных заведениях, вузах, а также в системе послевузовского образования.
Известен переносной комплект для лабораторных исследований (RU №2056944, кл. B 02 L 9/02, G 01 N37/00, А 61 В 19/02, 1996 г.), в который входят индикаторные средства, приспособления для отбора и анализа проб и подогреватель. Переносной комплект содержит корпус в виде металлического ящика с откидной крышкой и встроенных в него пеналов, установленных в корпусе один над другим и выполненных с возможностью размещения в них приспособлений и средств для проведения исследований в полевых условиях. При этом верхний пенал шарнирно закреплен с возможностью установки его в горизонтальной плоскости на открытой крышке и снабжен рабочим столиком в виде откидной пластины с держателем для песочных часов. Другие пеналы выполнены выдвижными за пределы пенала, встроенных в корпус и снабженных пластинчатыми пружинами и фиксирующими защелками. Каждый из пеналов выполнен из пенопласта, покрытого защитным слоем, и имеет металлическую окантовку. Корпус снабжен ручкой и переносными ремнями.
Недостатками известного комплекта является сравнительно узкий спектр его функциональных возможностей и не высокая наглядность во время
проведения экспериментов, что затрудняет его использование в учебных целях.
Задачей создания полезной модели является повышение функциональных возможностей комплекта, точности и объективности данных, простоты и наглядности для обеспечения экологического мониторинга в полевых условиях и организации учебного процесса.
Технический результат заключается в разработке усовершенствованного комплекта индикаторных средств и приспособлений для отбора и анализа проб, что позволит расширить область использования лабораторного комплекта и повысить наглядность проведения экспериментов, необходимых для проведения учебного процесса.
Поставленная задача достигается тем, что в комплекте лаборатории, включающем индикаторные средства, приспособления для отбора и анализа проб, размещенных в контейнере-укладке, согласно полезной модели комплект лаборатория дополнительно содержит портативные средства экспресс-контроля параметров воздуха, промышленных газовых выбросов, воды, почвы и неизвестных продуктов. При этом индикаторные средства экспресс контроля воздуха и промвыбросов выполнены в виде безаспирационных тест систем с набором индикаторных трубок, укомплектованных насосом - пробоотборником, образующих газоопределитель. Индикаторные средства экспресс контроля воды и почвенных растворов содержат тест-системы для количественного гидрохимического анализа и тесты для контроля воды. С целью облегченного и ускоренного освоения приемов работы с комплект лабораторией и снижения количества ошибок оператора, в состав комплекта введено методическое руководство по его применению, охватывающее разнообразные ситуации из области использования комплекта лаборатории.
Существенными отличиями комплекта лаборатории «Пчелка - У» являются его комплектация портативными средствами экспресс-контроля параметров воздуха, промышленных газовых выбросов, воды, почвы и неизвестных продуктов, которые позволяют расширить область применения данного
комплекта и проводить анализы проб воды, почвы, продуктов, в частности пищевых, применяемых в учебных экологических исследованиях в курсах экологии, химии, биологии, географии, спец-курсах и факультативах по экологическому мониторингу, геоэкологии, экологической химии и др., т.е. повысить функциональность.
Такой комплект лаборатория обеспечивает многофункциональность, точность и наглядность.
Полезная модель поясняется чертежом, где представлен внешний вид комплекта лаборатории в рабочем состоянии.
Комплект лаборатория «Пчелка - У» позволяет проводить первичное экологическое обследование объектов окружающей среды и практически ознакомить учащихся с современными методами экологического обследования, современными средствами экологического экспресс контроля и методиками их применения, а также позволяет решать задачи качественного анализа и идентификации отдельных химических соединений по функциональным группам. Комплект позволяет выполнять практические работы непосредственно на обследуемом объекте (например, в полевых условиях) или в лаборатории.
Комплект-лаборатория «Пчелка - У» представляет собой функционально-целостный набор индикаторных средств, специальных реактивов, вспомогательного оборудования и приспособлений, уложенных вместе с методическим руководством по применению в жесткий переносной контейнер-укладку. С целью обеспечения разнообразных возможностей в экспресс контроле оцениваемых параметров, комплект лаборатория содержит разнообразные портативные средства экспресс контроля параметров воздуха, промышленных газовых выбросов, воды, почвы, неизвестных продуктов. Индикаторные средства для экспресс контроля большинства загрязнителей воздуха и промвыбросов выполнены в виде индикаторных трубок, которые укомплектованы насосом-пробоотборником, образующих, таким образом, газоопределитель утвержденного типа. Индикаторные средства для экспресс контроля
воздуха и промвыбросов на важнейшие загрязнители выполнены в виде безаспирационных тест систем, не требующих просасывания воздуха. Индикаторные средства для экспресс-анализа воды и почвенных растворов выполнены в виде тест систем, позволяющих выполнять анализ минимальных (0,1-1,0 мл и менее) количеств пробы жидкости.
Комплект-лаборатория «Пчелка - У» содержит контейнер-укладку 1 с откидной крышкой 2 и ручкой 3, расположенной с внешней стороны крышки 2. Контейнер-укладка 1 снабжен ячейками 4, гнездами 5, а в откидной крышке 2 закреплены эластичные держатели 6 и карманы 7. В ячейках 4 и гнездах 5 размещены индикаторные средства 8, реактивы 9, а в откидной крышке 2 -приспособления 10 для отбора и средства для анализа проб. В контейнере-укладке 1 расположены приспособления для отбора проб, включающие насос-пробоотборник 11, набор индикаторных трубок 12 на 3 компонента (диоксид углерода, оксиды азота и оксид серы) для определений концентрации компонента в воздухе, полиэтиленовую камеру в виде мешка с застежкой-молнией для моделирования загрязнений воздуха и склянки (на фигуре не указаны). Средства для анализа содержат ножницы 13 для работы с индикаторными трубками 12 и тестами, а также защитные очки для защиты глаз при работе с химическими реактивами, защитные перчатки для защиты кожи рук при работе с химическими реактивами, пинцет для работы с тестами, салфетки для протирания рук и уборки рабочего места, миллиметровую шкалу, медицинский шприц, бумажные фильтры. Образцы реактивов 9 для моделирования химической загрязненности содержат хлорид калия для приготовления солевой вытяжки, растворы: индикатора метилового оранжевого, универсального индикатора, фенолфталеина, нитрата бария, нитрата серебра, соляной кислоты, титранта, хромата калия для определения различных компонентов, а также экспресс-тесты «Аммиак», тест-комплекты для количественного гидрохимического анализа и тесты для контроля воды. Насос-пробоотборник 11 выполнен в виде насадки 14 с индикатором завершения цикла, корпуса 15 и штока 16с метками.
С использованием комплекта «Пчелка - У» могут быть проведены следующие лабораторные работы:
- экспресс-анализ загрязненности воздуха с помощью индикаторных трубок;
- экспресс-анализ загрязненности воздуха парами аммиака с помощью безаспирационного тест системы;
- экспресс-анализ загрязненности воды и почвенных вытяжек с помощью тестов;
- определение состава питьевой, природной, сточной воды, а также модельных растворов;
- экспресс-анализ загрязненности почвенных образцов по вытяжкам;
- экспресс-анализ солей и сыпучих сред (удобрений, солей неизвестного происхождения);
- экспресс-анализ соков овощей и фруктов с помощью нитрат-теста;
- учебное моделирование химических загрязнений объектов окружающей среды (воздуха, воды, почвы).
Работу с предложенным комплектом-лабораторией «Пчелка -У» осуществляют следующим образом.
Комплект в походном состоянии доставляют на место с помощью ручки 3. По прибытии к месту комплект готовят к работе, устанавливая его на горизонтальной поверхности. Открывают замки, откидывают откидную крышку 2. Затем, в зависимости от вида лабораторной работы достают из корпуса 1, а также из откидной крышки 2 необходимые реактивы 9, приспособления 10 для отбора проб и средства для анализа проб.
Например, для анализа загрязненного воздуха вынимают из откидной крышки 2 насос-пробоотборник 11 с набором индикаторных трубок 12. Принцип действия индикаторных трубок 12 основан на фильтрации через индикаторный порошок загрязненного воздуха при просасывании его с помощью насоса-пробоотборника 11. При этом происходит поглощение из воздуха компонента-загрязнителя, сопровождающееся избирательной химической
реакцией этого компонента с нанесенным на индикаторный порошок химическим реактивом 9 и индикаторный порошок меняет окраску. Длина изменившего окраску слоя является мерой концентрации определяемого компонента в воздухе. Селективность контроля воздуха с помощью индикаторных трубок 12 обеспечивается применением фильтрующей трубки, которая присоединяется к индикаторной трубке 12 отрезком резиновой соединительной трубки. При этом воздух просасывается последовательно через соединенные фильтрующую и индикаторную 12 трубки. Фильтрующая трубка поглощает большинство мешающих примесей, пропуская анализируемый компонент.
Для проведения экспресс теста "Аммиак" достают из ячеек 4 соответствующие реактивы 9 и проводят соответствующий методическом руководству анализ, который состоит в проникновении молекул аммиака за счет диффузии по текстильной основе, содержащей аналитическую рецептуру, помещенной между двумя прозрачными полимерными пленками, в результате чего на текстильной основе образуется окрашенный продукт.
Для проведения анализа из ячеек 4 и гнезд 5 достают соответствующие реактивы 9 и пробирки необходимые для контроля воды и водных растворов. Принцип анализа основан на впитывании раствора, содержащего компонент-загрязнитель, гидрофильной основой теста, помещенной между прозрачными полимерными пленками. В результате на индикаторной полоске теста образуется окрашенное соединение, при этом цвет и интенсивность окраски являются мерой концентрации анализируемого компонента в растворе.
Анализ воды и водных вытяжек с помощью аналитических растворов, реактивов и принадлежностей основан на химических реакциях определяемых в воде компонентов с реагентами, содержащимися в аналитических растворах из состава комплекта. Растворы имеют специально подобранный химический состав, а их добавление к анализируемой пробе проводится с использованием мерной химической посуды.
Оптимальное расположение и закрепление комплектующих лаборатории, а также достаточно полный набор комплектующих реагентов, оборудования для отбора проб и их анализа позволяет использовать комплект лабораторию как в походных условиях, так и в стационарных, обеспечивая надежность, компактность и наглядность. Масса комплекта лаборатории «Пчелка - У» не превышает 3 кг. Габаритные размеры не более 80÷200: 200÷370: 400 мм. Продолжительность выполнения анализов составляет от 30 с. до 10 мин., в зависимости от вида анализа.
Комплект лаборатория "Пчелка-У" находится в серийном производстве, апробирован более чем в 300 образовательных учреждениях на территории России и прошел сертификацию в системе "УЧСЕРТ" при Российской академии образования на соответствие педагогическим, эргономическим и эстетическим требованиям.