Оцінка якості методів визначення мікрокількостей неорганічних речовин в об'єктах навколишнього середовища

 

ЗМІСТ

ПЕРЕЛІК УМОВНИХ ПОЗНАЧЕНЬ  СИМВОЛІВ, ОДИНИЦЬ, СКОРОЧЕНЬ ТА ТЕРМІНІВ……………………………………………………………………………7

ВСТУП…………………………………………………………………………….............8

РОЗДІЛ 1. НЕОРГАНІЧНІ РЕЧОВИНИ В ОБЄКТАХ НАВКОЛИШНЬОГО СЕРЕДОВИЩА………………………………………………………………..…..........10

1.1. Основні неорганічні забрудники навколишнього середовища……………….......10

1.1.1. Сульфати...................................................................................................................10

1.1.2. Хлориди....................................................................................................................11

1.1.3. Нітрати................................................................................................................11

1.1.4. Фосфати...................................................................................................................12.

1.2. Важкі метали в екосистемах.……………………………………………….............13

1.3. Токсичні властивості важких металів……………………………………………16

1.3.1. Свинець……………………………………………………………………….……16

1.3.2. Кадмій…………………………………………………………..………………….17

1.3.3. Ртуть………………………………………………………………………………..17

1.3.4. Ванадій та бісмут………………………………………………………………….18

1.3.5. Залізо………………………………………………………………………………18

1.3.6. Кобальт……………………………………………………………..………………19

1.3.7. Манган…………………………………………………………………..…………20

1.3.8. Мідь………………………………………………………………………………21

1.3.9. Молібден…………………………………………………………………………22

1.3.10. Миш’як…………………………………………………………………………23

1.3.11. Нікель………………………………………………………….………………….23

1.3.12. Станум та стибій…………………………………………………………………24

1.3.13. Хром………………………………………………………………………………25

1.3.14. Цинк………………………………………………………………………………26

1.4. Забруднення ґрунту важкими металами…………………………………………...26

1.5. Забруднення водного середовища важкими металами …………………………..29

РОЗДІЛ 2. МЕТОДИ ВИЗНАЧЕННЯ СЛІДОВИХ КІЛЬКОСТЕЙ РЕЧОВИН………………………………………………………………………………33

2.1. Слідові кількості речовин…………………………………………………………..33

2.2. Межа визначення……………………………………………………………………34

2.3 Фізичні методи визначення  слідових кількостей речовин………………………...36

РОЗДІЛ 3. ОЦІНКА ЯКОСТІ МЕТОДІВ ВИЗНАЧЕННЯ СЛІДОВИХ КІЛЬКОСТЕЙ РЕЧОВИН………………………..……………..................................40

3.1. Точність вимірювань.............................................................................................40

3.2. Опис процедури визначення мінімальної концентрації, що може бути визначена даним методом…………………………………………………………………………42

3.3. Обчислення концентрацій  межі визначення……………………………………43

3.3.1. Обчислення межі визначення вмісту олова мас-спектрометричним методом.........................................................................................................................43

3.3.2. Визначення концентрації межі визначення вмісту цезію мас-спектрометричним методом…......................................................................................................................44

3.3.3. Обчислення межі визначення вмісту стронцію методом рідинної сцинтиляції……………………………………………………………………………….46

3.3.4. Визначення концентрації межі визначення вмісту заліза фотометричним методом…......................................................................................................................50

3.4. Порівняльна оцінка якості методів визначення межі визначення………………52

ВИСНОВОК……………………………………………………………………………..54

СПИСОК ВИКОРИСТАНОЇ ЛІТЕРАТУРИ ………………………………..………55

 

 

ВСТУП

Актуальність  теми. Інтенсивний розвиток промислового і сільськогосподарського виробництва, активне використання в різних галузях народного господарства хімічних засобів  призводить до появи в навколишньому середовищі великої кількості різноманітних хімічних сполук, які забруднюють біосферу і негативно впливають на стан природного середовища.

Серед хімічних забруднювачів  навколишнього середовища немала частина  належить ксенобіотикам – речовинам  неприродного походження (xenos - чужий, biotos - життя; грец.),які знаходяться у навколишньому середовищі у надзвичайно малих кількостях і зазвичай породжені господарською діяльністю людини. Загальне число ксенобіотиків не відоме; по-різних оцінках, людина в своєму житті використовує біля 60 тис. хімічних речовин, більшість яких створенні цілеспрямовано і є чужорідними для природного середовища. Чужорідні речовини включають як органічні,так і неорганічні речовини. Ксенобіотики можуть бути  низько- і високо молекулярними. Ксенобіотики включають такі речовини як пестициди, важкі метали, промислові отрути, відходи виробництв.

Низька якість питної води, забруднення повітря, ґрунту, підземних вод і рослинності  серйозно впливають на стан здоров’я населення і на збільшення захворюваності. Тому зростає роль хімічного аналізу та глобального моніторингу навколишнього середовища. Перелік токсикантів повітряного басейну може досягати декількох тисяч, і це тільки так звані пріоритетні забруднювачі. У поверхневих водах можуть знаходитися сліди не тільки пестицидів, але і важких металів, фенолів, нафтопродуктів, і т.д. В цій ситуації важливе значення становить проблема виявлення цих чужорідних живому організму речовин, які, як правило, у навколишньому середовищі знаходяться у вкрай низьких концентраціях, які називають слідовими. Тому питання оцінки якості методів визначення речовин- ксенобіотиків особливо актуальні.

 

 

Мета і завдання дослідження:

1. Проаналізувати сучасний стан забруднення навколишнього середовища неорганічними забрудниками.
2. Оцінити методи визначення слідових кількостей речовин в об’єктах навколишнього середовища.

Методи дослідження. Для дослідження використано аналіз інформації, викладеної у наукових статтях, монографіях, нормативних документах України. Для експериментальних досліджень використано методи статистики із застосуванням програми EXCEL.

 

 

РОЗДІЛ 1.

НЕОРГАНІЧНІ РЕЧОВИНИ В ОБЄКТАХ НАВКОЛИШНЬОГО СЕРЕДОВИЩА

 

1.1. Основні  неорганічні забрудники навколишнього  середовища

Забруднення - це внесення у навколишнє середовище або виникнення в ньому нових, зазвичай не характерних хімічних і біологічних речовин, агентів, внесення в надлишковій кількості будь-яких уже відомих речовин, які чинять шкідливий вплив на природні екосистеми та людину і яких природа не здатна позбутися самоочищенням [1].

Виробнича діяльність людства  призвела до забруднення навколишнього  середовища різноманітними неорганічними  і органічними речовинами. Багато з них при постійній дії  викликають серйозні порушення діяльності основних життєвих систем організму. Деякі з цих речовин – цільовий продукт людської діяльності, який володіє цінними технічними властивостями. Другі – малі, деколи навіть незначні домішки речовин, які утвоються при виробництві енергії і матеріалів. Ці токсичні речовини  потрапляють в навколишнє середовище і можуть надовго затримуватися в ґрунті або розповсюджуються на сотні і тисячі кілометрів водотоком або при вітровому переміщенні повітря.

Серед неорганічних забрудників  найбільш поширеними є важкі метали, йони SO₄²⁻, Cl⁻, PO₄³⁻, NO3⁻. Теоретично неорганічним забрудником може бути більшість елементів періодичної системи [2, 3].

1.1.1. Сульфати. Присутні у всіх поверхневих водах і є одним з найважливіших іонів. У великих кількостях сульфати містяться в шахтних водах промислових стоках виробництв, де використовується сульфатна кислота. Сульфати виносяться також із стічними водами комунального господарства і сільськогосподарського виробництва.

Іонна форма SO₄^2- характерна тільки для маломінералізованих вод. При збільшенні мінералізації сульфат-іони утворюють стійкі нейтральні пари типу CaSO₄, MgSO₄. Концентрація сульфатів в природній воді досить різна. В річкових водах і у водах прісних озер вона змінюється від 5-10 до 60 мг/дм³, в дощових водах 1 до 10 мг/дм³ [4, 5].

1.1.2. Хлориди. Хлориди – група хімічних сполук, солі соляної кислоти.

Хлориди присутні практично  у всіх прісних поверхневих і  грунтових водах, а також у  питній воді у вигляді солей металів. ГДК для питної води по хлоридах встановлена на рівні 350мг/л, за лімітуючим показником шкідливості – органолептичним.

Великі кількості хлоридів утворються в промислових процесах концентрування розчинів, іонного обміну і т.д., утворюючи стічні води з  високим вмістом хлорид-аніону.

Високі концентрації хлоридів у питній воді не мають  токсичного впливу на людину, хоча солоні води дуже корозійно активні по відношенню до металів, згубно впливають на ріст рослин, викликають засолення грунтів.

На відміну від сульфатних і карбонатних іонів, хлориди  не схильні до утворення асоційованих іонних пар. З усіх аніонів хлориди мають найбільшу міграційну здатність, що пояснюється їх доброю розчинністю, слабо виражену здатність до сорбції зваженими речовинами і споживання водними організмами [6].

Підвищений вміст хлоридів погіршує смакові якості води, робить її малопридатною для питного водопостачання та обмежує її застосування для багатьох технічних і господарських цілей, а також для зрошення сільськогосподарських угідь [4].

1.1.3. Нітрати. Присутність нітратних іонів у природних водах пов'язана з:

• внутрішніми процесами нітрифікації амонійних іонів за участі кисню під дією нітрифікуючих бактерій;
• промисловими і господарсько-побутовими стічними водами, особливо після біологічного очищення, коли концентрація досягає 50 мг/дм³;
• стоком з сільськогосподарських угідь і зі стоками води зі зрошуваних полів, на яких застосовуються азотні добрива.

Головними процесами, спрямованими на зниження концентрації нітратів, є  споживання їх фітопланктоном і денітрифікуючими бактеріями, які при нестачі кисню  використовують кисень нітратів на окислення органічних речовин.

У поверхневих водах  нітрати знаходяться в розчиненої формі. У незабруднених поверхневих  водах концентрація нітратів-іонів  не перевищує розміру порядку  десятків мікрограмів в 1 дм³ (в перерахунку на азот). У незабруднених підземних водах вміст нітратних іонів звичайно виражається сотими, десятими частками міліграма і рідше одиницями міліграмів у 1 дм³.[4]

Підземні водоносні  пласти є більш схильні до нітратного забруднення, ніж поверхневі водойми. Присутність нітрату амонію в  концентраціях порядку 2 мг/дм³ не викликає порушення біохімічних процесів у водоймі; гранична концентрація цієї речовини, що не впливає на санітарний режим водойми, 10 мг/дм³.

У впливі на людину розрізняють  первинну токсичність власне нітрат-іона; вторинну, пов'язану з утворенням нітрит-іона. Смертельна доза нітратів для людини складає 8-15 г. [5].

1.1.4. Фосфати. Фосфор – найважливіший біогенний елемент, частіше за все лімітує розвиток продуктивності водойм. Тому надходження надлишку сполук фосфору з водозбору у вигляді мінеральних добрив з поверхневим стоком з полів із стоками з ферм, з недоочищених або неочищеними побутовими стічними водами, а також з деякими виробничими відходами призводить до різкого неконтрольованого приросту рослинної біомаси водного об'єкту. Відбувається так звана зміна трофічного статусу водойми що призводить до переважання гнильних процесів (зростання каламутності, солоності, концентрації бактерій) [7].

Фосфати надходять у  природні води в результаті вивітрювання і розчинення порід, що містять ортофосфати (апатити і фосфорити), а також з поверхні водозбору у вигляді орто-, мета-, піро- і поліфосфат-іонів (добрива, синтетичні миючі засоби, добавки, що попереджають утворенню накипу в котлах, і т.д.). Надлишковий вміст фосфатів у воді, особливо в ґрунтовій, може бути відображенням присутності в водному об'єкті домішок добрив, компонентів господарсько-побутових стічних вод.

Основною формою неорганічного  фосфору при значеннях pH водойми  більше 6,5 є іон HPO₄^2- (близько 90%). У кислих водах неорганічний фосфор присутній переважно у вигляді H₂PO₄^- [6].

Концентрація фосфатів у природних водах звичайно дуже мала – соті, рідко десяті частки міліграмів фосфору в 1 дм³, в забруднених водах вона може досягати декількох міліграмів у 1 дм³. Підземні води містять звичайно не більш 100 мкг/дм³ фосфатів [5].

Загальна токсична дія  солей фосфорної кислоти можлива  лише у високих дозах і частіше  усього обумовлена домішками фтору [4].

 

1.2. Важкі метали  в екосистемах