Размещено на http://www.allbest.ru/

РЕФЕРАТ

На тему «Хімічний склад ґрунтів та донних відкладів. Антропогенні джерела забруднення грунтів»



ЗМІСТ

ВСТУП

РОЗДІЛ 1. ХІМІЧНИЙ СКЛАД ҐРУНТІВ ТА ДОННИХ ВІДКЛАДІВ

РОЗДІЛ 2. ХАРАКТЕРИСТИКА МЕТОДІВ ТА ОСОБЛИВОСТІ АНАЛІЗУ

2.1 Відбір проб та їх підготовка до аналізу

2.2 Основні етапи аналізу

2.3 Статистична обробка результатів аналізу

РОЗДІЛ 3. АНТРОПОГЕННІ ЗАБРУДНЮВАЧІ

3.1 Метали

3.2 Неорганічні сполуки

3.3 Органічні сполуки

ВИСНОВКИ

СПИСОК ВИКОРИСТАНОЇ ЛІТЕРАТУРИ

ДОДАТОК



ВСТУП

Природна екосистема складається з неживих та живих об'єктів, які постійно взаємодіють між собою. Живі істоти існують і розвиваються в природному навколишньому середовищі, основними складовими частинами якого є ґрунти, води та повітря. їхній хімічний склад формується значною мірою в процесі взаємодії всіх об'єктів природної екосистеми і тому є надзвичайно різноманітним в якісному та кількісному відношеннях і змінюється в часі та в просторі.

Контроль за станом природного середовища є однією з найважливіших ланок у розв'язанні багатьох екологічних проблем, зокрема охорони водного басейну, повітря тощо. Основним джерелом інформації про стан об'єктів природного середовища є аналіз, тому особливого значення набуває правильність визначення великої кількості хімічних інгредієнтів, наявних у цих об'єктах.

Одним із екологічних об'єктів є ґрунти та донні відклади. Донні ґрунти і відклади - мінеральні та органічні частинки, якими устелені дно і схили улоговин водойм. Ґрунти як унікальне екологічне середовище і акумулююча система, здатні нагромаджувати важкі метали і хімічні засоби захисту рослин. Багато з них мають природне походження і є необхідними для їх нормального функціонування. В той же час дуже велика кількість неорганічних та органічних сполук надходить до навколишнього середовища внаслідок дії антропогенного фактора. Такі сполуки у більшості випадків мають токсичні властивості, і їх необхідно визначати на рівні дуже низьких, гранично допустимих концентрацій, часто з використанням різних методів концентрування. Для оцінки ґрунтового середовища державні служби моніторингу і контролю якості ґрунту використовують різні методи, які можна умовно поділити на хімічні і біологічні. Хімічні методи дозволяють якісно оцінити інтенсивність антропогенної дії конкретної забруднюючої речовини на ґрунтовий або водний об'єкт.

Хімічний склад об'єктів природного середовища - це сукупність хімічних інгредієнтів (іонів, молекул та їх агрегатів), які містяться в грунтах, природних водах і в повітрі у твердому, розчиненому та газуватому станах. Багатокомпонентний хімічний склад природних екосистем потребує ретельного вибору найбільш ефективних методів аналізу та високої майстерності виконання аналітичних досліджень. їх результати є базою для створення банку даних, без яких неможливе науково обґрунтоване здійснення технічних чи біологічних заходів, спрямованих на збереження або відтворення нормального екологічного стану.



РОЗДІЛ 1. ХІМІЧНИЙ СКЛАД ҐРУНТІВ ТА ДОННИХ ВІДКЛАДІВ

Мінеральну частину ґрунтів становлять силікати та алюмосилікати, домінуючими компонентами яких є сполуки силіцію, алюмінію, заліза та кальцію. Хімічний склад ґрунтів виражають через відсотковий вміст оксидів елементів, віднесений до повітряно-сухої проби. З даних рис. 1 (ДОДАТОК А) видно, що крім сполук названих вище елементів, сумарний вміст яких, виражений в оксидах, становить понад 80--85%, до складу ґрунтів входять у значних кількостях сполуки магнію, кальцію, натрію, титану, мангану, фосфору (фосфати), сірки (сульфати) та неорганічного вуглецю (карбонати). З органічних компонентів до валового складу ґрунтів входять органічний вуглець та азот. Крім цього, повітряно-сухі ґрунти залежно від їх дисперсності містять до 10% гігроскопічної води (ДОДАТОК А. рис.1).

За вмістом основних мінеральних компонентів ґрунти поділяються на кілька груп:

· підзолисті піщані;

· підзолисті суглинисті;

· лісостепові суглинисті;

· каштанові суглинисті;

· торф'яні тощо[8].

Вміст оксидів металів у ґрунтах різних типів змінюється в досить вузьких межах, що полегшує вибір методів їх аналізу. Вміст оксидів зменшується в ряді:

CaO?MnO

Вміст неорганічного фосфору в ґрунтах є досить сталим. В той же час вміст сульфатної сірки (S) та карбонатного вуглецю може коливатися в широких межах; це саме стосується органічного вуглецю та азоту органічного (графік 1).

До складу ґрунтів входять також мікроелементи, найбільш важливими з яких для розвитку рослин є бор (його вміст змінюється в межах 1--200 мг/кг), манган (20--5000 мг/кг), мідь (1--150 мг/кг), цинк (5--100 мг/кг), кобальт (0.5--20 мг/кг) та молібден (0,2-- 10 мг/кг).

Особливо важливим в аналізі ґрунтів є визначення деяких показників, які характеризують вміст доступних для рослин хімічних інгредієнтів. Одним з таких показників є обмінна поминальна здатність ґрунтів за іонами яка вказує на рівень забезпеченості ґрунту елементами так званого зольного живлення рослин. Вона змінюється в широких межах для грунтів різних типів і виражається в мілімолях еквівалентів на 100 г ґрунту (табл.1)[3].

Сумарна ємність поглинання за іонами Ca2+, Mg2+ та Na+ при рН= 7 для різнотипних ґрунтів змінюється в межах віл 2--5 ммоль екв/100 г (підзолисті піщані та супіщані) до 70--100 ммоль екв/100 г (торф'яні).

Важливою характеристикою ґрунтів є вміст у них доступних для рослин біогенних елементів, таких як NH4+, NО3-, N02- (середня сума 3--15 мг N/100 г), Р043- (1--50 мг Р205/100 г), К+ (5--50 мг К20/100 г) та амінокислот. В різних витяжках із ґрунтів визначають вміст доступних для рослин мікроелементів, а також вміст воскосмол (бітумів) та гумінових і фульвокислот. Сума цих та деяких інших показників визначає біологічну цінність ґрунтів. Крім інгредієнтів природного походження, до складу ґрунтів входять також численні неорганічні та органічні сполуки, які є продуктами промислової та сільськогосподарської діяльності людини. Так, з атмосферними опадами у вигляді рідких та твердих аерозолей до ґрунтів потрапляють сірчана кислота («кислотні дощі»), сульфати, хлориди, оксиди металів, органічні сполуки тощо. Речовини-забруднювачі вносяться до ґрунтів з органомінеральними добривами і при зрошуванні -- забрудненою водою. Основними джерелами забруднення ґрунтів навколо великих промислових центрів є підприємства чорної та кольорової металургії, хімічної, нафтохімічної та енергетичної промисловості. Під впливом атмосферних опадів та розтавання снігу антропогенні забруднення проникають в глибину ґрунтів на 20--30 см і більше залежно від їхньої розчинності у воді й сорбційної здатності. Ґрунти є добрими акумуляторами токсичних інгридієнтів-забруднювачів, таких як пестициди, сполуки важких металів тощо[11].

Важливою екологічною характеристикою ґрунтів є вміст у них радіонуклідів стронцію, цезію, плутонію та інших радіоактивних ізотопів, які можуть потрапляти до ґрунтів унаслідок аварій на підприємствах ядерної енергетики. Мінеральною основою донних відкладів річок, озер, водоймищ та інших природних водних об'єктів є також силікати та алюмосилікати, їхній якісний та кількісний хімічний склад близький до складу ґрунтів (ДОДАТОК А, рис.1), хоч інтервали коливань окремих інгредієнтів дещо ширші, ніж для ґрунтів, особливо в бік їх зменшення. Навпаки, вміст мікроелементів (металів) у донних відкладах дещо виший, ніж у ґрунтах цього ж географічного району. Однак у цілому хімічний склад донних відкладів близький до складу ґрунтів не тільки за основними мінераліьними компонентами та мікроелементами, а також і за іншими інгредієнтами. Тому у більшості випадків аналіз ґрунтів та донних відкладів виконують одними і тими самими методами.

Донні відклади внаслідок їх високої сорбційної здатності часто є показниками антропогенного забруднення водних екосистем. Так, наприклад, унаслідок дії стічних вод цукрових заводів донні відклади річок збагачуються на вміст органічного вуглецю. Стічні води гальванічних цехів та металургійних виробництв збагачують донні відклади сполуками нікелю, хрому, свинцю, кадмію та інших металів. Донні відклади річок, водоймищ, озер часто забруднені консервативними органічними сполуками, які є у стічних водах підприємств органічного синтезу, наприклад хлорорганічними пестицидами. В донних відкладах можуть нагромаджуватися радіонукліди стронцію та інших радіоактивних елементів. Тому аналіз донних відкладів є неодмінною складовою частиною екологічного контролю природних водних екосистем[8].



РОЗДІЛ 2. ХАРАКТЕРИСТИКА МЕТОДІВ ТА ОСОБЛИВОСТІ АНАЛІЗУ

Хімічні інгредієнти, які входять по складу ґрунтів та донних відкладів з точки зору їх аналітичного визначення можна поділити на три групи:

· До першої групи належать компоненти, які становлять основну мінеральну частину цих об'єктів, а також вуглець та азот органічних сполук. Для їх визначення тверду пробу треба повністю перевести у розчин.

· Другу групу інгредієнтів складають біологічно активні та доступні для рослин компоненти, які вилучають з ґрунтів та донних відкладів дією певних розчинників.

· До третьої групи входять неорганічні та органічні токсичні речовини, які є антропогенними забруднювачами ґрунтів та донних відкладів. Для визначення цих сполук їх також переводять в розчинений стан обробкою спеціальними розчинниками[14].

При цьому слід враховувати те, що один і той же інгредієнт може одночасно входити до різних груп. Наприклад, певна частина іонів кальцію або іншого металу (мікроелемента) входить до складу практично нерозчинних у воді сполук, однак інша частина вступає в обмін з іншими іонами і переходить у розчин, тобто є біологічно активною формою. Через те спосіб підготовки та обробки проб ґрунтів та донних відкладів залежить від цілей аналізу і може призвести до одержання різних результатів при визначенні одного і того ж інгредієнта в певному об'єкті. Наприклад, валовий вміст багатьох хімічних інгредієнтів у ґрунтах та донних відкладах, як правило, перевищує вміст доступних для рослин форм цих інгредієнтів[12].

2.1 Відбір проб та їх підготовка до аналізу

На відміну від природних вод та повітря хімічний склад ґрунтів і донних відкладів є більш стабільним у часі і в просторі, особливо щодо вмісту в них основних компонентів. Через це для визначення таких компонентів немає потреби часто відбирати проби в багатьох місцях. Однак вміст у ґрунтах та донних відкладах доступних для споживання рослинами цих форм є більш лабільним і може значно змінюватись у часі й просторі, зокрема на різних ділянках поверхні та на різних глибинах. Тому для визначення цих компонентів проби відбирають з більшої кількості місць на поверхні та з різних глибин. Час відбору проб необхідно узгоджувати з етапами вегетації посухостійких та водних рослин[8].

Для визначення антропогенних забруднювачів проби ґрунтів та донних відкладів відбирають в районах найбільш інтенсивного забруднення. Проте треба мати на увазі, що антропогенне забруднення часто має мозаїчний характер і тому найбільш забруднені місця виявляють спеціальними дослідженнями.

Відібраний для аналізу грунт висушують на повітрі протягом декількох діб. Донні відклади відбирають за допомогою спеціальних пристроїв -- ґрунтовідбірників, відділяють від них воду фільтруванням під вакуумом і висушують на повітрі, як і ґрунти. Висушування сприяє припиненню мікробіологічних процесів, які призводять до зміни вмісту біогенних елементів та органічних сполук. Повітряно-рсухі зразки можна легко просіювати крізь спеціальні сита при підготовці проби для аналізу. Сухі зразки можна також добре перемішувати з метою відбору середньої проби. Однак потрібно враховувати, що при висушуванні змінюються рН, гідролітична кислотність, вміст закисного аналіза та доступних для рослин сполук азоту, фосфору тощо. Через те при спеціальних дослідженнях аналізують свіжий відібраний грунт або свіжі донні відклади[10].

Підготовка проби до аналізу. Повітряно-сухий ґрунт або донні відклади масою 600 - 750 г розмішують на чистому папері і вилучають з них корені рослин, каміння та інші включення. Великі грудки ґрунту розтирають у фарфоровій ступці і перемішують з основною масою.

Середню пробу готують до аналізу способом квартування. Для цього ретельно перемішану пробу розмішують на чистому папері у вигляді квадрата і шпателем ділять по діагоналі на чотири рівні частини. Дві протилежні частини об'єднують і з них відбирають проби для аналізу, а інші дві висипають у коробку, закривають і зберігають для можливих повторних аналізів.

Щоб одержати однорідні зразки, середню пробу перед аналізом просіюють через сито з діаметром дірочок 0,25 мм. Частки, які залишилися на ситі, розтирають у ступці і знову просіюють. Просіювання через грунтові сита треба проводити з закритою кришкою і відкривати її не раніше ніж через 2 - 3 хв після закінчення просіювання, для того щоб надати можливість осісти пилу і не втратити найбільш активну частину грунтів та донних відкладів -- мулисту фракцію. Таку підготовку середньої проби виконують для проведення валового аналізу. При підготовці ґрунтів або донних відкладів для одержання витяжки досить просіяти пробу через сито з діаметром дірочок 1 мм[7].

Для відбору лабораторної проби просіяну середню пробу розмішують на аркуші чистого паперу, перемішують і розстеляють шаром завтовшки -0,5 см. Потім ділять шпателем на малі квадрати і відбирають ложкою або шпателем з кожного квадрата або через один невелику порцію зразка і ретельно перемішують. Для аналізу треба відібрати 5 - 6 г дрібно розтертої і добре перемішаної проби)

Існують також інші способи підготовки ґрунтів та донних відкладів для виконання спеціальних аналізів[10].

2.2 Основні етапи аналізу

Аналіз ґрунтів та донних відкладів включає такі основні етапи:

· визначення валового складу;

· визначення катіонообмінної (поминальної) ємності;

· визначення доступних для рослин форм азоту, фосфору та калію (NPK), мікроелементів, рухомих форм силіцієвої кислоти та полуторних оксидів;

· аналіз водної витяжки;

· визначення визначення антропогенних забруднювачів.

Валовий аналіз включає комплекс визначень, які дають змогу встановити елементарний склад ґрунтів та донних відкладів, тобто загальний вміст в них хімічних елементів. До цієї групи показників входить також гігроскопічна вода[5].

Для встановлення валового складу визначають такі компоненти: гігроскопічну воду, склад мінеральної частини, який виражають вмістом Si02, А12О3. Fe2О3, ТіО2, MnO, CaO, MgO, SO3, Р205, К20 та Na20, а також вуглець і азот органічних сполук. В карбонатних грунтах визначають С02 карбонатів (неорганічний вуглець). Інтегральною характеристикою валового складу ґрунтів та донних відкладів є також втрата при прожарюванні (ВПП), яка характеризує сумарний вміст хімічно зв'язаної води, карбонатів та органічних сполук, що розкладаються при високій температурі.

Визначення гігроскопічної води. ВПП, вуглецю та азоту органічних сполук, загального азоту, СО2 карбонатів та мінеральної частини проводять з окремих наважок (ДОДАТОК Б).

Калій та натрій визначають в окремих наважках ґрунтів або донних відкладів після їхнього розкладу та повного розчинення дією суміші фтористоводневої та сірчаної кислот.

Катіонообмінна (поглинальна) здатність ґрунтів та донних відкладів відіграє важливу роль у кореневому живленні рослин. Вона включає визначення обмінних катіонів, ємності поглинання, солонцюватості та кислотності[7].

Основні закономірності іонного обміну грунтів та донних відкладів такі:

· поглинений катіон можна витіснити іншим катіоном;

· катіонний обмін у розчинах мінеральних солей відбувається швидко і в еквівалентних кількостях;

· при підвищенні концентрації катіона-витіснювача збільшується кількість витіснених іонів, але не пропорційно концентрації іонів- витіснювачів;

· здатність грунтів (донних відкладів) поглинати різні катіони зростає в міру збільшення величини зарядч- катіона та ного атомної маси: Na23+ < (N Н4+)18 < K39+ < Mg272+ < Са402+ < Аl273+ < Fe593+.

Особливе місце в катіонообмінному ряді займають іони водню, які поглинаються краще за інші одно- та двозарядні катіони. Найменшу енергію споріднення мас іон Na+ і тому його солі витісняють з грунтів та донних відкладів меншу кількість обмінних катіонів. ніж солі амонію при однакових концентраційних умовах. Через те вміст обмінних катіонів визначають з використанням амонійних витяжок[5].

Результати визначення катіонообмінної (поглинальної) здатності ґрунтів та донних відкладів виражають у ммолях еквівалентів на 100 г зразка.

Доступні для споживання рослинами азот, фосфор та калій (NPK.) характеризують забезпеченість ґрунтів та донних відкладів основними речовинами живлення рослин. В цю групу входять іони NH4+, N03-, N02-, лсгкогідролізні азотомісткі органічні сполуки, водорозчинні фосфати та іони К+ Інтенсивність споживання цих речовин рослинами залежить від багатьох факторів, серед яких головним є природа рослини - її біологічні особливості та фізіологічний стан, в якому вона перебуває на час відбору проб для аналізу. Через те одноразовий хімічний аналіз ґрунту або донних відкладів не дає можливості належною мірою характеризувати їх забезпечення поживними речовинами. Для цього треба проводити аналіз ґрунтів та донних відкладів, а також рослин протягом усього вегетаційного періоду.

Результати визначення NPK виражають у мг/100 г сухого зразка.

Групу мікроелементів, які найбільш часто визначають у ґрунтах та донних відкладах, складають такі біометали, як манган, міль, цинк, кобальт, молібден, а також бор. Залежно від цілей дослідження аналіз проводять на загальний вміст мікроелементів після повного розчинення проби або на вміст рухомих, доступних для рослин форм елементів у кислотних або буферних витяжках. екологічний ґрунт донний відклад

Рухомі форми силіцієвої кислоти та полуторних оксидів є важливими характеристиками геохімічних та біологічних процесів при творенні ґрунтів та донних відкладів різних типів. Рухомі форми силіцію та алюмінію визначають після обробки проб розчином КОН, а заліза -- розчином оксалату амонію при рН 3,2.

Аналіз водної витяжки дає інформацію про вміст у ґрунтах водорозчинних речовин. У водних витяжках з грунтів визначають ті ж інгредієнти, шо і в природних водах -- рН, сольові компоненти, біогенні елементи, мікроелементи та вуглець органічних сполук інгредієнти, що і в природних водах -- рН, сольові компоненти, біогенні елементи, мікроелементи та вуглець органічних сполук (ХСК). Інколи визначають також перманганатну окиснюваність водних витяжок.

Антропогенні забруднювачі визначають у пробах грунтів, які відбирають в районах промислових, сільськогосподарських, комунально-побутових та транспортних джерел забруднення. Донні відклади відбирають в місцях скидання стічних вод та в місцях, куди переносяться донні відклади з течією води. Особливу увагу слід звертати на визначення радіонуклідів у ґрунтах та донних відкладах поблизу атомних електростанцій, зокрема після виникнення на них аварійних ситуацій.

При визначенні речовин, які сорбуються на поверхні фунтів та донних відкладів, таких як нафта, нафтопродукти, важкі метали тощо, проби для аналізу відбирають пошарово на глибинах 0,5 та 20 см масою 0,2 кг. При забрудненні ґрунтів та донних відкладів леткими або хімічно нестійкими сполуками проби кладуть у скляні ємкості і герметично закривають. При необхідності зберігання проб строком понад один місяць їх консервують, як зазначено в методиці аналізу. З неорганічних забруднювачів найчастіше визначають такі метали, як ртуть, свинець, хром, мідь, нікель, цинк та манган, а також нітрати, фосфати, фториди і сульфати, а з органічних -- ароматичні вуглеводні (бензин, бензол, стирол, толуол), пестициди та поверхнево-активні речовини. Останнім часом у зв'язку з частими аваріями на атомних електростанціях виникла необхідність визначати в ґрунтах та донних відкладах радіонукліди стронцію, цезію, плутонію та ін.[2].

2.3 Статистична обробка результатів аналізу

Основними характеристиками надійності результатів хімічного аналізу будь-якого об'єкта є їх правильність та точність (відтворюваність).

Правильність аналізу -- це ступінь адекватності кількості (концентрації) визначуваного інгредієнта його дійсному вмісту в об'єкті, який аналізується. Критерієм правильності аналізу є ступінь збігу результатів визначення певного інгредієнта різними незалежними методами. Наприклад, концентрацію іонів міді у пробі природної води можна визначити методами спектрофотометрії, атомної абсорбції та полярографії. Якщо середній результат окремих визначень є статистично достовірним, то аналіз уважають правильним.

Такий спосіб перевірки правильності аналізу є досить тривалим та громіздким і при аналізі природних об'єктів використовується лише тоді, коли результати аналізу одним методом викликають сумнів.

Незалежно від того, яким способом одержано п значень паралельних аналітичних вимірювань, їх обробляють статистично. Для цього в першу чергу визначають середнє арифметичне значення результатів за формулою1:

.

Потім обчислюють середню квадратичну похибку (стандартне відхилення) за формулою:



.

Точність (відтворюваність) аналізу характеризують величиною довірчого інтервалу середнього значення, який визначають за формулою:

,

Де . Його величини для різних значень n при ймовірностях P (ДОДАТОК Б табл.1).

Значення обчислюють з імовірністю Р = 0,95 (95% -- на імовірність). При визначенні певного інгредієнта виконують не більше 3--4 паралельних аналізів, тому що збільшення n мало впливає на величину t(P), тобто на точність аналізу.

З формули (2) випливає, що результат одиночного вимірювання є статистично недостовірним, тому що при n = 1 стандартне відхилення S і довірчий інтервал середнього значення приймають нескінченно велику величину.

Важливим є визначити статистичну достовірність середнього значення х, тобто переконатися в тому, що при виконанні паралельних аналізів не було допущено випадкової грубої помилки. При невеликих значеннях п випадкові грубі помилки знаходять за допомогою розмаху варіювання. Для цього розраховують відношення

= (4),

де х1 - значення, яке викликає сумнів,

х2 - сусіднє значення;

R -- розмах варіювання.

Розраховану величину Q порівнюють із значеннями Q (P,n) (ДОДАТОК Б, таб. 2.).

Якщо Q > Q(P,n), то це вказує на наявність грубої помилки. В такому разі відповідний результат одиничного вимірювання х, відкидають і повторюють розрахунки .

Особливу увагу слід звернути на те, що статистична обробка результатів аналізу, виконаного одним методом, дає змогу виявити тільки випадкову помилку. Якщо ж аналітиком була припущена систематична помилка, наприклад, при приготуванні робочих розчинів, при калібруванні вимірювальної апаратури тощо, то виявити таку помилку методами математичної статистики неможливо.

Одноразовий аналіз об'єктів природного середовища, тобто аналіз однієї проби, особливо води або повітря, не може характеризувати з достатньою надійністю їх хімічний склад, який значно змінюється в часі та в просторі.

Отже, виникає потреба аналізу серій проб, які відібрані через різні проміжки часу в багатьох місцях досліджуваного природного об'єкта. На підставі серійних аналізів оцінюють середній хімічний склад досліджуваного природного об'єкта в цілому за певний проміжок часу. Очевидно, що розбіжність між результатами серійного аналізу багатьох проб буде завжди значно більшою, ніж між результатами паралельних аналізів одноразово відібраної проби. Тому при характеристиці середнього хімічного складу води водосховищ, річок, озер, повітря великого міста, ґрунту сільськогосподарських угідь тощо статистично обробляють середні результати одноразових_ аналізів. При цьому розраховують не тільки середній результат х ± Дх. а також і статистично достовірні екстремальні значення вмісту певного інгредієнта xmax та хmin.

Для таких розрахунків можна застосувати спосіб, придатний у випадку значень 10 < n < 1000, тобто для статистичної обробки значної кількості результатів аналізу. Суть цього способу полягає в тому, що відкидають крайні значення хi, і розраховують та S Статистично недостовірними вважають результати, які відхиляються від х на величину, більшу ніж 4S. Після виключення недостовірних результатів розраховують х±, а значення xmax та хmin приймають за достовірні екстремальні величини, характерні для даного природного об'єкта[4].



РОЗДІЛ 3. АНТРОПОГЕННІ ЗАБРУДНЮВАЧІ

Найбільш поширеними антропогенними забруднювачами грунтів та донних відкладів є сполуки мангану, міді, нікелю, цинку, хрому свинцю і ртуті, сульфати, фосфати, нітрати і фториди, а також бензин, пестициди, синтетичні поверхнево-активні речовини та добрива, якщо їх кількість перевищує агротехнічні норми[15].

Мінеральні добрива у грунті визначають за вмістом того компонента, який переважає в добриві. Наприклад, рідкі комплексні добрива мають наступний склад:

· N - 10%;

· Р - 34%;

· Мn - 0 6%;

· К - 0,2%;

· Al2O3 - 0,7%;

· Fe2O3 - 1,1%;

· Mg - 0,1%;

· Са - 0,6%;

· Zn - 0.0001%;

· Co - 0,0004%:

· Ni - 0,0002%;

· SiO2 - 0,3%;

· Сu - 0,002%;

· Pb - 0,0005%.

Гранично допустима кількість добрив становить 80 мг/кг грунту. Тому наявність добрив у грунті контролюють за вмістом рухомих форм фосфатів, які становлять найбільшу частину добрив.

Або, наприклад, комплексні гранульовані азотно-калійні мінеральні добрива мають такий склад: К -- 14,45%, NO3- - 63,50%, Са - 1,27%, Na - 14,86%, Mg - 1,05%, SO42- - 2,33%, CO32- - 1,74%, H20 - 3,22%, NO2- - 0,001%, PO42- - 0,001%, Cl- - 0,005%, H4+ - 0,002%, важкі метали - 0,003%, Al - 0,03%, хром, титан і арсен -- 0,00001%. Подібно до попереднього прикладу вміст цих добрив у грунті контролюють за вмістом основного компонента -- нітратів, які не повинні перевищувати 76,8 мг/кг сухого грунту[13].

За останні роки виникла потреба визначати в грунтах та донних відкладах радіонукліди цезію, стронцію та інших елементів.

3.1 Метали

Манган, мідь, нікель і цинк. Пробу грунту або донних відкладів розкладають сумішшю кислот, як наведено в п. 3.3.4, після чого визначають фотометричними або атомноабсорбційним методом.

Хром. Іони хрому вилучають із проби ацетатним буферним розчином з рН 4,8, як наведено в методиці визначення рухомих форм мікроелементів і закінчують аналіз атомноабсорбційним методом при довжині хвилі аналітичної лінії 357,9 нм тиску ацетилену 75 810 Па і тиску повітря 151 620 Па. Кількість хрому знаходять за градуювальним графіком і виражають в мг/кг проби ґрунту або донних відкладів.

Свинець. 1- 1,5 г повітряно-сухої проби змочують v тиглі 10-15 краплинами концентрованої сірчаної кислоти І прожарюють при 420--500°С до повного видалення парів SO3. Залишок охолоджують в ексикаторі, розчиняють у 20--30 мл 20% соляної кислоти при нагріванні і фільтрують у мірну колбу на 100 мл. Доводять об'єм цією ж кислотою до мітки, а в аліквоті визначають концентрацію іонів свинцю. Результати аналізу розраховують на мг/кг сухої проби.

Ртуть. Ртуть визначають, вимірюючи концентрацію її парів у газуватій фазі атомноабсорбційним методом при довжині хвилі резонансного випромінювання 253,7 нм.

До 10 г повітряно-сухої проби додають 25 мл концентрованої азотної кислоти і кип'ятять 10 хв. Потім додають 5 мл концентрованої соляної кислоти, 5 мл 4% розчину К2Сг207 і кип'ятять ще 15 хв. Якшо жовте забарвлення розчину зникає, то додають 1 мл дихромату калію і знову кип'ятять до збереження жовтого кольору надлишку дихромату. Додають 200 мл дистильованої води, перемішують, фільтрують і об'єм фільтрату доводять до 500 мл у мірній колбі. Паралельно готують такий же холостий розчин.

По 100 мл одержаних розчинів наливають у реактор атомноабсорбційного аналізатора, який містить відновник - солянокислий розчин SnCl2, і проводять вимірювання відповідно до інструкції, що додається до аналізатора.

Кількість ртуті знаходять за градуювальним графіком і її вміст у пробі, мг/кг, обчислюють за формулою:

,

де а --а0 -- кількість ртуті, знайдена в досліджуваному розчині і в холостій пробі відповідно, мг;

g -- маса наважки проби, г;

К -- коефіцієнт перерахунку з повітряно-сухої проби на суху [6].

3.2 Неорганічні сполуки

Нітрати. Нітрати вилучають з грунту або донних відкладів розчином алюмокалієвих галунів і вимірюють їх концентрацію в одержаній витяжці з допомогою нітратселективного електрода.

Витяжку одержують обробкою 20 г повітряно-сухої проби 50 мл 1% розчину алюмокалієвих галунів протягом 30 хв при збовтуванні і вимірюють в ній концентрацію нітрат-іонів. Градуювальний графік будують з використанням розчинів нітрату калію, які мають такий же об'єм і таку ж концентрацію алюмокалієвих галунів, що й досліджуваний розчин.

Кількість нітратного азоту в пробі, мкг/кг, обчислюють за формулою:

,

де С -- концентрація іонів NO3-; у витяжці, моль/л: 14 - атомна маса азоту; g -- маса наважки, г; К -- коефіцієнт перерахунку на суху пробу.

Сульфати. Сульфат-іони визначають гравіметрично у водній витяжці. Результат аналізу виражають у мг сірки на 1 кг ґрунту або донних відкладів і розраховують за формулою:

,

де а - маса вагової форми сульфату барію, мг;

0.137 -- коефіцієнт перерахунку сульфату барію на сірку;

g --маса наважки проби, г;

К -- коефіцієнт перерахунку повітряно-сухої проби на суху[9].

Фосфати. Ґрунти можуть бути забруднені суперфосфатом, з гранично допустимою кількістю 200 мг Р205 на 1 кг.

Наважку 2 г лабораторної проби повітряно-сухого ґрунту вносять у колбу на 100 мл, змочують 3 мл воли, додають 10 мл концентрованої сірчаної кислоти і залишають на 60 хв. Додають 5--6 краплин 30% хлорної кислоти, вставляють у горло колби лійку і нагрівають на електроплитці 5--7 хв для розкладу органічних сполук. Якщо за цей час розчин не знебарвлюється, то додають ще І--2 краплини хлорної кислоти і знову нагрівають. Після знебарвлення розчину його нагрівають ще протягом 15--20 хв. Долають 30--40 мл дистильованої води і фільтрують через подвійний паперовий фільтр у мірну колбу на 250 мл. Осад на фільтрі тричі промивають розведеною соляною кислотою (1--2 краплини концентрованої кислоти на 1 л води), додають до фільтрату 5--10 мл концентрованої соляної кислоти і доводять об'єм до риски дистильованою водою. В ал і квоті цього розчину визначають вміст фосфат-іонів фотометричним методом у вигляді фосфорномолібденової сині. Вміст фосфатів, мг/кг, визначають за формулою

Р2О5 = % Р205*10*1000 (8).

Фториди. Загальний вміст фторидів і їх водорозчинні рухомі форми визначають потенціометричним методом з використанням фторидселективного електрода.

Для визначення загального вмісту фторид-іонів змішують 1 г повітряно-сухого грунту або сухих донних відкладів з 10 г суміші K2CO3 та Na2C03 і сплавлюють у муфельній печі 4 год при 900°С. Сплав розчиняють у гарячій воді, фільтрують через фільтр «синя стрічка», нейтралізують 5 моль/л розчином НСІ. додають 10 г карбонату амонію для осадження гідроксокарбонатів заліза й інших металів і випарюють на водяній бані до видалення надлишку аміаку (за запахом). Осад відфільтровують, промивають двічі гарячою дистильованою водою і доводять об'єм до 100 мл в поліетиленовому циліндрі. Концентрацію фторид-іонів в одержаному розчині визначають.

Вміст водорозчинних рухомих фторидів визначають аналогічно у витяжці, яку отримують збовтуванням у поліетиленовому стакані 10 г ґрунту 50 мл води протягом 15 хв. Після фільтрування доводять об'єм розчину дистильованою водою до 100 мл в поліетиленовому циліндрі. Вміст фторид-іонів, мг/кг визначають за формулою:

,

де С -- концентрація іонів F, знайдена у 100 мл розчину, моль/л;

17 -- атомна маса фтору;

g -- маса наважки, г;

К -- коефіцієнт перерахунку на суху пробу.

При аналізі сухих донних відкладів К=1 [8].

3.3 Органічні сполуки

Бензин. Приблизно 10 г ґрунту на місці відбору проби вносять у скляний флакон відомої маси ємністю 45 мл з гумовою пробкою і пластмасовим ковпаком. Одночасно відбирають пробу грунту для визначення гігроскопічної води. В лабораторії зважують флакон з ґрунтом і знаходять масу проби. Флакон з пробою термостатують 15 хв при температурі 100°С, періодично збовтуючи. Через гумову пробку відбирають шприцем 5 мл парогазуватої суміші і вводять у випарювач газорідинного хроматографа з полуменевоіонізаційним детектором. Вміст бензину визначають за сумою вуглеводнів С4--С9, які на хроматограмі утворюють один пік. Хроматограф калібрують з використанням бензину марки А-72. Результат аналізу виражають в мг/кг сухого грунту. Умови хроматографування:

· довжина колонки 2 м. діаметр 3 мм;

· твердий носій інертон AW-DMCS (фракція 0,16--0,20 мм);

· нерухома рідка фаза --трипропіонітриламін (ТПНА). чда;

· тем і іература термостата колонки 100°С, випарювача -- 150°C;

· витрати азоту 20 мл/хв, водню 30 мл/хв, повітря 200 мл/хв;

· швидкість діаграмної стрічки 600 мм/год; час утримування бензину 45 с, етанолу -- 3 хв 45 с.

Насадка для хроматографічної колонки: ТПНА в кількості 20 % від маси інертону розчиняють в ацетоні і в розчин вносять твердий носій так, щоб він повністю був залитий розчином. Суміш перемішують до повного видалення ацетону. Суху насадку вносять у колонку хроматографа і кондиціонують протягом 10 годин при температурі 100°С [3].

Пестициди. Визначення пестицидів полягає в їх вилученні експедицією з грунту або донних відкладів різними розчинниками з екстракцією з ґрунту або донних відкладів різними риючим пиками j наступним аналізом методом тонкошарової хроматографії. Для вилучення пестицидів найчастіше використовують н-гексан та хлороформ. Заливають 100 г проби органічним розчинником до повного її покриття і збовтують протягом 60 хв. Фільтрують через фільтр з безводним сульфатом натрію і далі проводять аналіз[14].

Аніонні поверхнево-активні речовини (ПАР). Методика придатна для визначення сумарного вмісту аніоноактивних ПАР у грунтах та донних відкладах, а саме солей карбонових кислот, первинних і вторинних алкілсульфатів, сульфонатів та їх ефірів і амідів. За стандартний приймають розчин алкілсульфонату натрію. Фізико-хімічні основи методу.

Повітряно-суху лабораторну пробу ґрунту або сухих донних відкладів у кількості 1--1.5 г вносять у конічну колбу на 100 мл, додають 25 мл 70% етанолу, нагрітого до кипіння, і суміш пеоемішують протягом 3 хв. Екстракт фільтрують у мірну колбу на 100 мл і доводять об'єм фільтрату до риски дистильованою водою.

Вміст ПАР, мг/кг, обчислюють за формулою:

,

де а --кількість ПАР. знайдена в екстракті, мкг;

100 --загальний об'єм екстракту, мл;

v -- об'єм екстракту, використаний для аналізу, мл;

g -- маса наважки проби, г;

К -- коефіцієнт перерахунку на суху пробу[11].



ВИСНОВКИ

1. Ґрунт це складне органо-мінеральне утворення до складу якого входять неорганічні та органічні речовини. Присутність цих речовин зумовлює різноманітні хімічні властивості. Для мінерального живлення рослин найбільше значення мають сполуки азоту, сірки і фосфору. Також, родючість ґрунту не можлива без органічних речовин.

2. Елементний склад ґрунтів залежить від механічного складу, типу ґрунту і властивостей хімічного елемента.

3. Мінеральну частину ґрунтів становлять силікати та алюмосилікати, домінуючими компонентами яких є сполуки силіцію, алюмінію, заліза та кальцію, сполуки магнію, кальцію, натрію, титану, мангану, фосфору (фосфати), сірки (сульфати) та неорганічного вуглецю (карбонати). З органічних компонентів - входять органічний вуглець та азот.

4. Хімічний склад донних відкладів близький до складу грунтів не тільки за основними мінераліьними компонентами та мікроелементами, а також і за іншими інгредієнтами. Тому у більшості випадків аналіз ґрунтів та донних відкладів виконують одними і тими самими методами.

5. Крім інгредієнтів природного походження, до складу ґрунтів та донних відкладів входять також численні неорганічні та органічні сполуки, які є продуктами промислової та сільськогосподарської діяльності людини. Найбільш поширеними антропогенними забруднювачами грунтів та донних відкладів є сполуки мангану, міді, нікелю, цинку, хрому свинцю і ртуті, сульфати, фосфати, нітрати і фториди, а також бензин, пестициди, синтетичні поверхнево-активні речовини та добрива, якщо їх кількість перевищує агротехнічні норми.



СПИСОК ВИКОРИСТАНОЇ ЛІТЕРАТУРИ

1. Алехина Т.Н., Бобко А.А., Малахов И.Н. Тяжелые металлы в донных осадках рек индустриальных регионов. Довкілля і здоров'я. 2007, 3, 9-13.

2. Введення в хімію навколишнього середовища / Дж. Андруз, П. Брімбле-Кумб, Т. Джікелз, П. Лісс. - М.: Мир, 1999. - 270 с.

3. Величко О. М. Екологічний моніторинг / О. М. Величко, Д. В. Зеркалов - К.: Либідь, 2001 - 125

4. Вольф І. В. Хімія навколишнього середовища. - СПб.: СПбГТУРП, 2006. - 126 с.

5. Гусакова Н.В. Хімія навколишнього середовища / Н.В. Гусакова. - Ростов н / Д: Фенікс, 2004. - 192 с.

6. Дорохова Е.Н., Прохорова Г.В. Аналітична хімія. Фізико-хімічні методи аналізу. - М.: Вища школа, 1991. - 256 с.

7. Дягілєва А. Б., Лоренцсон А. В, Чернобережского Ю. М. Хімія довкілля. - СПб.: СПб ГТУ РП, 2009. - 58 с

8. Клименко М.О. Моніторинг довкілля / М.О. Клименко А.М. Прищепа - K.: Видавничий центр“ Академія”, 2006 . - 360 c.

9. Короткий довідник фізико-хімічних величин / під ред. К. П.Міщенко, А. А. Равделя. - Л .: Хімія, 1967. -184 с.

10. Кузьма Ю., Ломніцька Я., Чабан Н. Аналітична хімія: Навчальний посібник з теоретичним основ аналітичної хімії. - Львів: Відавн. Центр Львівського національного університету імені Івана Франка. - 2001. - 217 с.

11. Линник П.Н. Донные отложения водоемов как потенциальный источник вторичного загрязне- ния водной среды соединениями тяжелых метал- лов. Гидробиологический журнал. 1999, 35(2), С. 97-109.

12. Новіков Ю.В. Екологія, довкілля та людей / Ю.В.Новиков. - М.: ФАИР-ПРЕСС, 2005. - 736 с.

13. Папина Т.С. Транспорт и особенности распределения тяжелых металлов в ряду: вода- взвешенное вещество-донные отложения речных экосистем. Аналит. обзор. Новосибирск: Изд-во ГПНТБ СО РАН, 2001. С. 58.

14. Романова Н.В. Основи хімічного аналізу. К.; Ірпінь: ВТФ Перун,1998. - 240 с.

15. Фоновий вміст мікроелементів у ґрунтах України. За редакцією А.І. Фатєєва, Я.В. Пащенко. Харків: ННЦ «Інститут ґрунтознавства та агрохімії ім. О.Н. Соколовського», 2003. С. 117.



ДОДАТОК

Рис. 1 Найбільш поширений вміст основних компонентів

а) та мікроелементів;

б) у ґрунтах і природних водах

Табл. 1. Обмінна поглинальна здатність деяких типів грунтів

Ґрунт	Горизонт (глибини), см	Обмінні катіони	Сума
		Ca2+	Mg2+	Na+	H+
Підзолистий піщаний	0 - 10 18 - 26	0,9 0,2	0,3 0,1	- -	2,3 1,1	3,5 1,4
Підзолистий суглинистий	0 - 10 14 - 24	4,8 3,0	1,4 1,0	- -	4,0 2,1	10, 2 6,2
Лісостеповий суглинистий	0 - 10 20 - 30	14,0 15,0	2,0 2,0	- -	4,0 3,0	20,0 20,0
Суглинистий чорнозем	0 - 10 20 - 30	31,0 29,0	- -	2,0 1,0	2,0 -	35,0 35,0



Схема 1. Схема визначення основних компонентів мінеральної частини грунтів та донних відкладів

Табл. 2 Залежніст t-розподілу від n для різних значень імовірності P

n	P=0,90	P=0,95	P=0,99
2	6,32	12,7	63,7
3	2,92	4,30	9,92
4	2,35	3,18	5,84
5	2,13	7,78	4,60
6	2,01	2,57	4,03
7	1,94	2,45	3,71
8	1,89	2,36	3,50
10	1,83	2,26	3,25

Табл. 3 Числові значення Q (P, n)

n	P=0,90	P=0,95	P=0,99
3	0,89	0,94	0,99
4	0,68	0,77	0,89
5	0,56	0,64	0,76
6	0,48	0,56	0,70
7	0,43	0,51	0,64
8	0,40	0,48	0,58

Размещено на Allbest.ru