Особенности анализа природных объектов

1. Химический состав природных объектов в отличии от стали, чугуна, стекла, цемента является лабильным и изменяется во времени и в пространстве, полностью подтверждая пословицу «Невозможно войти в одну и ту же реку дважды».

2. Наличие химических компонентов в различном агрегатном состоянии. Принято считать, что если размер частиц определяемого компонента 5-15 нм, то вещество находится в растворенном состоянии; 5-500 нм – в коллоидно-дисперсной форме; 300-500 нм – во взвесях. Определение концентрации многих химических компонентов в нефильтрованной и профильтрованной воде дает разные результаты. Например, токсичность воды реки Дунай, которая очень мутная, полностью исчезает, если воду профильтровать. Это обусловлено сорбцией соединений токсичных металлов Hg, Cd, Pb, Cr на взвесях и коллоидных частицах. Следовательно, необходимо определять не только общее (валовое) содержание компонента, но и его фазовый состав.

Обычно анализ природной воды проводят следующим образом. Одну порцию воды обрабатывают кислотой для переведения всех форм определяемого компонента в истинно растворенное состояние и определяют его общую концентрацию (Собщ). Вторую порцию воды фильтруют через мембранный фильтр с размером пор 450 нм, через который не проходят взвеси, и определяют концентрацию в фильтрате (С1). Концентрация исследуемого компонента во взвесях рассчитывается как (Собщ – С1). Третью порцию воды фильтруют через мембранный фильтр с размерами пор 10 нм и в фильтрате определяют концентрацию С2. Это концентрация истинно растворенных форм (молекулярно и ионно- дисперсные частицы). Концентрация исследуемого компонента в

коллоидном состоянии составляет (С1 – С2).

В воздухе анализируемые компоненты также могут находится в разных формах. В газообразном состоянии – СО, О3, NH3; в виде паров – ароматические и алифатические углеводороды, спирты, органические кислоты, I2, нафталин, фенол; в виде жидких и твердых аэрозолей – оксиды металлов, серная кислота, соли. Иногда одно и то же вещество может находится одновременно в разных формах. Например, дибутилфталат, капролактам и другие вещества с высокими температурами кипения могут одновременно образовывать пары и жидкий аэрозоль в зависимости от массовой доли, летучести, температуры воздуха.

3. Летучесть ряда определяемых элементов. Этот факт надо учитывать как при отборе проб и при учете возможных потерь, так и при правильном выборе сорбентов и фильтров, которые используются для улавливания и концентрирования микропримесей.

Оценку агрегатного состояния веществ проводят на основе параметра летучести, т.е. максимальной концентрации паров вещества в воздухе при данной температуре. Летучесть (L) рассчитывают в мг/л следующим образом:

где Р – давление насыщенных паров вещества в мм ртутного столба

при температуре t;

 М – молекулярная масса вещества.

В справочной литературе данные о давление насыщенных паров вещества при разных температурах часто отсутствуют. Эту величину можно рассчитать:

Однако значение летучести не всегда дает объективную информацию о токсичности соединений. Сравним летучесть ртути (tкип = 357º С) и октилового спирта (tкип = 195º С). На основании значений рассчитанной летучести ртуть по сравнению с октанолом можно считать малолетучим вешеством (соответствующие значения L при 20º С составили 15 мг/л для ртути и 420 мг/л для октанола). Однако при оценке токсичности следует учитывать, во сколько раз превышено значение ПДК (ПДК(Hg) = 0, 0003 мг/м³, ПДК (октанола) = 0, 6 мг/м³). Исходя из этого агрегатное состояние токсичных примесей в воздухе оценивают по величине относительной летучести, равной отношению летучести токсиканта при 20º С (L20, мг/л) к его ПДК (мг/л). Если летучесть вещества при 20º С ниже ПДК в 10 и больше раз (т.е. относительная летучесть менее 0, 1), то наличием ее паров в воздухе можно пренебречь и определять содержание токсиканта только в аэрозолях. А это уже совсем другие методы отбора проб. Если относительная летучесть составляет 50 и более, то в воздухе определяют только пары токсикантов. В диапазоне относительной летучести 0, 1 – 50 необходимо определять суммарное содержание токсиканта в парах и аэрозолях.

4. Неопределенное количество (список) приоритетных загрязнителей

окружающей среды.

Списки приоритетных загрязнителей называют «черный список». В 1982 г. Европейское сообщество приняло такой список для воды. В него были включены следующие основные группы: 1) неорганические соединения; 2)летучие органические соединения; 3) органические соединения средней летучести; 4) ПАУ; 5) пестициды, гербициды, бифенилы; 6) фенолы; 7) аналины и нитроароматические соединения; 8) бензидины; 9) оловоорганические соединения; 10) другие соединения. В список были включены 129 соединений, позже были добавлены еще 3.

Чисто случайно список американского Агентства по охране окружающей среды также содержит 129 соединений. Такое значительное количество веществ-загрязнителей вызывает естественный вопрос – какими методами их контролировать? Надо отметить, что в списке Агентства по охране окружающей среды указано, какие методы надо использовать для каждого загрязнителя (первый, второй или третий), а также метод пробоподготовки.

5. Влияние биоты на химический состав проб.

Достаточно подробно описано метилирование металлической ртути в природных водах. Причем метилртуть CH3Hg⁺ сорбируется человеческим организмом на 95%, а неорганическая ртуть – на 7%.Наряду с этим для ртути и олова было обнаружено, что в морских анаэробных условиях, т.е. в отложениях отмерших водорослей, они, присоединяя водород, переходят в летучие гидриды. Подобное гидрирование может осуществляться и с другими тяжелыми металлами. На отдельных участках моря, покрытых обильной растительностью, покров из водорослей не только угрожает морским обитателям, но и повышает лабильность тяжелых металлов, переводя их в форму летучих гидридов, в которой они покидают воду.

Марганец при окислении выпадает в виде нерастворимого MnO2, который в анаэробных условиях, вероятно при участии микроорганизмов, переходит в растворимый в воде ион Mn²⁺: MnO2 + 4H⁺ + 2e = Mn²⁺ + 2H2O

При высоких концентрациях марганец токсичен.

Для некоторых тяжелых металлов установлена возможность микробиологического алкилирования, таким образом они могут включаться в цикл питания. Метилирование характерно для мышьяка; предварительно арсенат AsO4^3– переходит в арсенит AsO3^3–, а затем при метилировании в метилмышьяковую CH3AsO2H2 и диметилмышьяковую кислоту (CH3)2AsO2H. В аэробных условиях образуется триметиларсин, а в анаэробных – диметиларсин (CH3)3As (CH3)2AsH. Формы нахождения мышьяка в окружающей среде необходимо учитывать при вещественном анализе. Например, методом ВЭЖХ с АЭС-ИСП детектором было установлено, что в дождевой воде могут присутствовать арсенбетаин и арсенхолин:

С точки зрения экоаналитической химии проблема определения различных форм токсиканта состоит в том, что хроматографическим методом можно определить только те формы элементов, которые устойчивы в условиях хроматографического процесса.

При участии микробов метилируются соединения Sn(IV) c образованием диметил- и триметилоловохлоридов CH3SnCl3 и (CH3)2SnCl2.

6. Необходимость изучения пространственного и фазового распределения элементов и их соединений, их накопление в отдельных частях и органах растительных и животных организмов.

Например, при исследовании, в каких органах человека преимущественно накапливается свинец, не возникает проблем при анализе крови, мочи, молочных зубов. А вот определение свинца в костях, где он как раз и депонируется, представляет сложную задачу. Как отобрать пробу? Масштаб накопления свинца в костях можно оценить косвенно на основании примерного суточного материального баланса по свинцу для среднестатистического горожанина, в котором учтены различные источники поступления свинца в организм. Так, с аэрозолем в воздухе в организм попадает 10 мкг свинца. Поступление свободного и связанного в комплексы свинца с водой составляет 15 мкг. С продуктами питания ежесуточно человек получает 200 мкг свинца. Около 200 мкг свинца выводится из организма с мочой, потом и т.д. Таким образом, 25 мкг свинца ежесуточно накапливается в костях.

7. Необходимость изучения распределения элементов по отдельным химическим формам (вещественный анализ).

8. Необходимость дальнейшего развития и совершенствования дистанционного анализа.

⇐ Предыдущая3456789101112Следующая ⇒

Поделиться: