Методы контроля загрязняющих веществ в объектах окружающей среды
Экологический мониторинг. Для оценки негативных изменений среды осуществляется экологический мониторинг, представляющий собой систему наблюдений и контроля за изменениями в составе и функциях различных экологических систем. Он может осуществляться в глобальном, национальном, региональном или локальных масштабах. Существует фоновый и импактный мониторинг. В то же время изучение и контроль состояния окружающей среды включают исследование таких природных ресурсов, как вода, воздух, почва, совокупность этих систем с точки зрения определения в них загрязняющих химических веществ, нарушающих сложившееся экологическое равновесие в природе. С этой точки зрения можно говорить и о химическом мониторинге, поскольку речь идет о химико-аналитическом исследовании с помощью различных методов аналитической химии – науки о методах анализа.
Результаты аналитических определений и измерений рассматриваются уже в рамках экологического мониторинга. Это дает информацию о загрязнении биосферы различными ксенобиотиками. Данные экологического мониторинга используют для всестороннего анализа состояния окружающей среды и регулирования её качественных характеристик.
Химические методы анализа. При мониторинге вод, к перечню обобщенных показателей, характеризующих их общую загрязненность относятся: химическое потребление кислорода (ХПК), биохимическое потребление кислорода (БПК), общий органический углерод, растворенный органический углерод, общий азот, адсорбирующиеся органические галогениды.
|
|
|
ХПК – мера общей загрязненности воды содержащимися в ней органическими и неорганическими восстановителями, реагирующими с сильным окислителем. Её обычно выражают в молях эквивалента кислорода, израсходованного на реакцию.
Поскольку ХПК не характеризует всех органических загрязнителей, окисляемых до углекислоты и воды, проводят еще определение общего органического углерода. Для этого в пробе окисляют органические загрязнители. Выделяющийся СО2 поглощают раствором щелочи. Оттитровав остаток щелочи кислотой, находят искомый показатель. Вычислив отношение ХПК к общему углероду, получают показатель загрязненности сточных вод органическими веществами.
БПК – это количество кислорода, требующееся для окисления находящихся в воде веществ в аэробных условиях, в результате происходящих в воде процессов. Для его определения отбирают две пробы воды. В первой сразу же определяют содержание растворенного кислорода. Вторую пробу закрывают и оставляют на 2, 3, 5, 10 или 15 суток. Далее, находят остаток кислорода. Разность между первым и вторым определениями дает БПК.
|
|
|
Приведенные примеры иллюстрируют применение в экологическом мониторинге классических химических методов анализа. Особенно велика роль в экологическом мониторинге современных методов аналитической химии, называемых инструментальными.
Отбор проб для анализа объектов окружающей среды.
Специфика объектов окружающей среды как объектов химического анализа предполагает их изменяющийся состав, многокомпонентность и многофазность. Множество протекающих в природной среде химических, биохимических и биогеохимических процессов предопределяет чрезвычайную сложность химико-аналитических исследований. Это необходимо учитывать при анализе жидких сред: растворов, суспензий, эмульсий, летучих и нелетучих твердых веществ, газов; при определении различных неорганических и органических веществ, исследований живого вещества.
Принципиально важными этапами являются: отбор проб, сохранение и консервация проб с последующим переведением их в форму, удобную для проведения анализа. С целью полного извлечения определяемых компонентов используют все способы, применяемые в химическом анализе: измельчение твердых образцов, растворение, обработку реактивами, нагревание.
|
|
|
Сложность почв как объекта анализа определяется их гетерогенным и многофазным характером. Минеральная основа, органические и биологические компоненты: гумусовые вещества, почвенные растворы и воздух – вот объекты анализа в этом случае. К ним следует прибавить еще и оказывающие наиболее сильный загрязняющий эффект минеральные удобрения, пестициды и продукты их превращения.
При определении веществ в следовых количествах, чувствительности применяемых инструментальных аналитических методов иногда бывает недостаточно. В этом случае применяют различные способы аналитического концентрирования: экстракционное концентрирование, дистилляцию, соосаждение, использование криогенных ловушек. Например, органические загрязнители присутствуют в питьевой воде в очень малых количествах порядка 0,000001 мг/дм3. Для выполнения определений необходима их концентрация в каком-то объеме. Летучие органические вещества извлекают из вод потоком инертного газа и улавливают твердыми адсорбентами. Далее нагреванием осуществляют их термическую десорбцию и переносят сконцентрированные компоненты и ловушки в газовый хроматограф. Нелетучие органические вещества экстрагируют органическими растворителями. Экстракты анализируют методами высокоэффективной жидкостной хроматографии. Процесс извлечения полициклических ароматических и гетероциклических углеводородов, пестицидов, диоксидов из твердых образцов, например почв, упрощают приготовлением концентрата.
|
|
|
Методы определения загрязняющих веществ. С этой целью используют инструментальные методы современной аналитической химии, основанные на измерении различных физических свойств определяемых веществ или продуктов химических превращений с помощью физических и физико-химических приборов.
Спектроскопические методы анализа основаны на использовании взаимодействия атомов или молекул определяемых веществ с электромагнитным излучением широкого диапазона энергии. Это могут быть гамма-кванты, рентгеновское излучение, ультрафиолетовое и видимое инфракрасное и радиоволновое излучение. Сигналом может быть испускание или поглощение излучения. Важнейшими для экологического мониторинга являются: нейтронно-активационный, рентгеноспектральный и атомно-эмиссионный анализы.
Ценную информацию в анализе вод представляют электрохимические методы анализа: потенциометрия, полярографические и кулонометрические методы.
Исключительно мощное средство контроля загрязнения различных объектов окружающей среды – хроматографические методы, позволяющие анализировать сложные смеси компонентов. Наибольшее значение приобрели тонкослойная газожидкостная и ионная хроматография. Тонкослойная хроматография используется для определения пестицидов и других органических соединений-загрязнителей. Газожидкостная хроматография показательна при анализе многокомпонентных смесей летучих органических веществ.
Жидкостную хроматографию применяют при анализе смесей многих загрязняющих веществ. Используя высокочувствительные детекторы, спектрофотометрические, флуориметрические, можно определять очень малые количества веществ. При анализе смеси сложного состава особенно эффективно сочетание хроматографии с инфракрасной спектрометрией и особенно с масс-спектрометрией при обязательном включении в комплекс мощного компьютера. Так определяют пестициды, диоксины, нитрозоамины и другие токсичные вещества. Ионная хроматография удобна при анализе катионного и анионного состава вод.
Для определения содержания SO2, NO2, CO и других газов в атмосферном воздухе применяют отечественные газоанализаторы различного конструктивного решения: «Платон-1» (AsH3); «Гамма-М» (бензол); «Палладий-М3» (CO); «Нитрон» (NO2); «Сирена-2» (NH3).
Чтобы контролировать концентрацию загрязнителей меньше ПДК необходимы мощные информативные и чувствительные методы анализа, ибо «отсутствие компонента» еще не означает его действительное отсутствие. Возможно, концентрация настолько мала, что традиционными методами его определить невозможно.
Дата добавления: 2019-09-13; просмотров: 1792; Мы поможем в написании вашей работы! |
Мы поможем в написании ваших работ!