Экспресс-методы как методы анализа экологического мониторинга

 

год	Наименование и масса  ЗВ, т
	нитриты	СПАВ	медь	цинк	никель	хром	марганец	фенолы
2009	189,04	35,94	0,82	3,61	1,24	0,31	4,93	0.29
2010	177,44	35,80	0,97	2,08	1,03	0,27	6,66	0,71

 

 

Основной объем сточных  вод, отведенных в 2010 г. в поверхностные  водные объекты коммунальными предприятиями, относится к категории «недостаточно  очищенные» – 96,8 % от общего объема водоотведения  по отрасли; 3 % – сброшены в реки загрязненными без очистки (основ-ной  объем сточных вод, сброшенных без  очистки, приходится на МУП «Водоканал»  г. Казань и ЗАО «Челныводоканал» г. Наб. Челны). Со сточными водами коммунальных предприятий в реки республики поступило 66 % всей массы основных ЗВ сброшенных в поверхностные водные объекты  республики.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Экологический мониторинг водных объектов.

Основными объектами исследования являются малые (местные) реки и озера.

Особое внимание при отборе проб требуется обратить на то, что  отбор воды должен проводится на 15 - 30 см ниже зеркала воды. Это связано  с тем, что поверхностная пленка представляет собой граничную среду  между воздухом и водой и концентрации большинства загрязняющих веществ в ней в 10-100 и более раз выше, чем в самой толще воды. О загрязнении непроточных водоемов можно судить по донным отложениям. При отборе проб важно учитывать сезон, в который происходит отбор. Различают 4 основных сезонных периода: зимняя и летняя межени (минимальный уровень) и весенний и осенний паводки (максимальный уровень). В межени уровни воды в водоемах минимальны, т.к. нет поступления воды с осадками или количество осадков меньше, чем испарение. В эти периоды роль подземных и грунтовых вод в питании наиболее велико. В периоды паводков уровень воды в водоемах и водотоках повышается, особенно весной, в период половодья. В эти сроки дождевое питание и питание за счет снеготаяния составляют максимальную долю. При этом происходит поверхностный смыв частиц грунта и с ними загрязняющих веществ в реки и озера. Для мелких рек и ручьев выделяют также дождевые паводки, характеризующиеся повышением уровня воды в течении нескольких часов или дней после дождя, что играет заметную роль в смыве загрязняющих веществ с окружающих территорий. Состояние уровня воды в водоемах важно учитывать в связи с тем, что по тому, в какой период концентрация загрязняющих веществ в воде выше, можно судить об его источнике. Если концентрация в межень выше, чем в паводок или практически не изменяется, значит загрязняющих вещества в водоток поступают с грунтовыми и подземными водами, если же наоборот - с выпадениями из атмосферы и смывом с подстилающей поверхности.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Глава II.

2.  Методы экологического монитринга.

В зависимости от точности результатов, которые необходимо получить при проведении мониторинга по тому или иному компоненту, явлению, процессу, от среды, в которой проходят исследования, доступных финансовых и других средств, используют различные методы мониторинга.

1. Дистанционные методы

1.1 Аэрокосмические

1.2 Компьютерные методы обработки спутниковых данных

1.3 Наземные

2. Физико-химические методы

-Качественные методы. Позволяют определить, какое вещество находится испытуемой пробе. Например на основе хроматографии.

-Количественные методы.

-Гравиметрический метод. Суть метода состоит в определении массы и процентного содержания какого-либо элемента, иона или химического соединения, находящегося в испытуемой пробе.

-Титриметрический (объемный) метод. В этом виде анализа взвешивание заменяется измерением объемов, как определяемого вещества, так и реагента, используемого при данном определении. Методы титриметрического анализа разделяют на 4 группы: а) методы кислотно-основного титрования; б) методы осаждения; в) методы окисления-восстановления; г) методы комплексообразования.

-Колориметрические методы. Колориметрия — один из наиболее простых методов абсорбционного анализа. Он основан на изменении оттенков цвета исследуемого раствора в зависимости от концентрации. Колориметрические методы можно разделить на визуальную колориметрию и фотоколориметрию.

Потенциометрические методы основаны на изменении потенциала электрода в зависимости от физико-химических процессов, протекающих в растворе. Их разделяют на: а) прямую потенциометрию (ионометрию); б) потенциометрическое титрование.

3 .Методы биологического мониторинга

4 .Методы статистической и математической обработки данных

5. Географические информационные системы

-Экспресс-методы. К экспресс методам относятся инструментальные методы (тест системы), позволяющие определить загрязнения за короткий период времени.

 

 

 

 

 

2.1. Тест системы как экспресс-методы экологического мониторинга.

Тест – системы для  химического анализа представляют собой простые, портативные, лёгкие и дешёвые  аналитические средства и соответствующие экспрессные методики для обнаружения и определения веществ без существенной пробоподготовки, без использования сложных стационарных приборов, лабораторного оборудования, без самой лаборатории, без сложной обработки результатов.

Общий принцип почти всех химических тест-методов – это  использование аналитических реакций  и реагентов в условиях и формах, обеспечивающих получение визуально  наблюдаемого или легко измеряемого эффекта. Например, интенсивность окраски бумаги или длина окрашенной части трубки. В качестве средств для тест-методов химического анализа могут быть использованы индикаторные бумаги, индикаторные порошки и трубки, таблетки и др.

Особое значение имеют  тест-методы для анализа «на месте» (on site), вне лаборатории. Дело в том, что существуют огромные, острые потребности во внелабораторном анализе. 

Анализ «на месте» имеет  много достоинств. Экономится время  и средства на доставку проб в лабораторию  и на сам  анализ. Часто анализ в стационарной лаборатории вообще невыполним или не имеет никакого смысла, поскольку, например, изменяются формы существования компонентов.

Во многих случаях тест-методы используют для предварительной  оценки наличия и содержания компонентов. Очень удобны тест-системы для  оценки обобщённых показателей изучаемого объекта, например химического потребления  кислорода или суммы тяжёлых  металлов в водах. Химический анализ постепенно перемещается из лабораторий к тем местам, где находится анализируемый объект. Это одна из важнейших тенденций развития аналитической химии.

Общие требования, предъявляемые  к тестам, состоят в следующем:

• при оценке наличия нужного компонента предпочтительнее ошибочное «да», чем ошибочное «нет»;
• экспрессность;
• число операций, осуществляемых при тестировании, должно 

быть минимальным;

• при визуальной оценке границы раздела по-разному

окрашенных зон должны быть чёткими, изменения окраски  достаточно контрастными и т.д., т.е. следует сводить к минимуму возможность  неоднозначного толкования  результата.

Правильность тест-методов  обычно проверяют сравнением их результатов  с результатами, полученными «инструментальными»  методами. Это, конечно, делается при  разработке тест-методов. Многие тест-системы  не являются универсальными и предназначены  для определения компонентов  только в определённых объектах.

Химия тест-методов основана главным образом на цветных реакциях, например реакциях комплексообразования или окисления – восстановления.

Для создания тест-методов  и тест-средств используют химические реакции почти всех основных типов:

1. кислотно-основные;

2. комплексообразования;

Кислотно-основные реакции  имеют большое значение при определении  величины рН. Определение концентрации водородных ионов при анализе  природных и сточных вод, технологических  растворов, биологических жидкостей  – одна из самых массовых аналитических  операций. Несмотря на развитие потенциометрических  методов определения рН, определение  кислотности с помощью кислотно-основных индикаторных бумаг остаётся весьма распространённой процедурой. Этот способ имеет ряд достоинств: простота анализа, экспрессность, отсутствие необходимости  использовать аппаратуру и связанная  с этим дешевизна определений, возможность  проводить анализ практически в  любом месте. 

Реакции комплексообразования широко используют в многочисленных тест-методах на ионы металлов, реже - в методах  определения органических веществ. Специфических реакций образования комплексных соединений почти нет, поэтому во многих тест-средствах предусматривается  регулирование рН, использование маскирующих веществ и другие способы повышения селективности. Одним из широко используемых реагентов является дитизон. Он образует окрашенные комплексы со многими ионами металлов; по устойчивости их можно расположить в ряд:

Ag>Hg>Pd>Pt>Au>Cu>Bi>In>Sn>Zn>Cd>Co>Pb>Ni>Fe(II)>Mg>Tl(I). Хотя дитизон  является реагентом на 30 катионов, можно, используя зависимость реакции от рН, маскирующие реагенты и реакции вытеснения, проводить довольно селективное определение. Например, в сочетании с тиомочевинной и ацетатом натрия дитизон использован при получении индикаторных бумаг для определения суммы тяжёлых металлов, предел обнаружения 0,5 мг/л катиона.

Помимо собственно аналитических  реагентов в тест-средства обычно вводят и другие вещества – восстановители или окислители, буферы, маскирующие  агенты, смачивающие соединения, закрепители  и др.

 

 

 

 

 

 

 

 

2.2. Средства и приёмы анализа тестирования воды на ионы тяжелых металлов.

Основными средствами тестирования воды, водных растворов и других жидких сред являются бумажные  индикаторные полоски, индикаторные трубки, таблетки  и простейшие устройства для тестирования.

Быстро оценить качество исследуемого объекта позволяют  обобщённые показатели, такие как  рН, кислотность, щелочность, суммарное  определение тяжёлых металлов.

Индикаторные порошки  представляют собой либо смеси необходимых  реагентов для определения веществ, либо сыпучие материалы, на которых  иммобилизованы реагенты. Они могут  быть помещены в приборы для тестирования, представленные на рисунке 1. В первом случае концентрацию определяют по интенсивности  окраски жидкости после внесения индикаторного порошка  и его растворения в анализируемом растворе. Во втором случае индикаторный порошок вносят в пробу, перемешивают и определяют концентрацию по интенсивности окраски порошка.

Halamex E., Prikryl F. предложили метод  суммарного определения тяжёлых металлов [Cu (II), Co, Ni, Cd, Zn, Pb, Mn (II)]   с помощью индикаторных трубок в питьевых, сточных, природных водах и атмосферных осадках. В основу определения положена цветная реакция  взаимодействия ионов металлов с 1-(2-пиридилазо)-2-нафтолом. Тест-средство представляет собой стеклянную трубку (длина -50 мм, внутренний диаметр- 2 мм), заполненную индикаторным порошком. Измеряют длину окрашенной в фиолетовый цвет зоны и определяют содержание металлов с помощью шкалы длин или по уравнению градуировочного графика. Диапазон определяемых содержаний составляет 0,01-1мМ.

Для определения меди (II) в сточных, природных и питьевых водах, атмосферных осадках, технологических растворах предложены индикаторные трубки. Тест-средство представляет собой стеклянную трубку (длина — 50 мм, внутренний диаметр — 1—2 мм), заполненную индикаторным порошком. При пропускании анализируемой пробы через трубку с помощью медицинского шприца в трубке возникает окрашенная зона. Длина окрашенной зоны пропорциональна концентрации меди. Эту концентрацию определяют с помощью шкалы длин или уравнения градуировочного графика. В основу определения положена цветная реакция взаимодействия меди (II) с 1-(2-пиридилазо)-2-нафтолом, включенным в состав индикаторного порошка. Высокая селективность определения достигается за счет проведения реакции в кислой среде.

Диапазон определяемых содержаний 0,06—0,3 мг/л для трубок с внутренним диаметром 1,0 мм, 0,12-0,4 мг/л для трубок с внутренним диаметром 2,0 мм. Определению не мешают кратные количества К, Na, (1 * 104), Са (300), Mg (75), Pb (50), Ni (40), Zn (30), Al (25), сопоставимые количества Mn(II) и Co(II).

Определение никеля с помощью таблеток на основе пенополиуретана. Тест-средство предназначено для качественной и полуколичественной оценки содержания никеля в природных водах. Метод основан на сорбции никеля из аммиачного буферного раствора таблеткой пенополиуретана, модифицированной диметилглиоксимом в присутствии пластификатора. О наличии никеля судят по изменению окраски таблетки пенополиуретана из белой в розовую; содержание никеля определяют, сравнивая визуально интенсивность окраски таблетки с заранее приготовленной цветовой шкалой. Можно определять никель в диапазоне от 0,2 до 4 мг/л.

Селективность методики характеризовали  предельным соотношением сопутствующее соединение: никель, при котором погрешность определения не превышает 15 %. Определению 1 мг/л никеля не мешают в кратных количествах Са, Mg, ацетат, тартрат (5∙103), фторид (103), оксалат (500), Cu(II), Zn(II), Cd(II), Cr(II), Fe(III), гидрофосфат (100), Pb(II) (10), Со(II).

Тест-средство позволяет  провести скрининг проб воды на наличие  никеля и дать положительный ответ  о его присутствии в том  случае, если его содержание превышает 0,1 мг/л.