Источники и возможные последствия для здоровья человека загрязнения почвы пестицидами, нитратами и тяжелыми металлами

Пестициды — химические вещества, используемые для борьбы с органическими, растительными или живыми вредителями. Термин включает определенные соединения, применяемые в качестве регулятора роста растений, дефолианта, осушителя или агента для прореживания плодов. Помимо этого, они используются до или после сбора урожая, для защиты готового товара от порчи при хранении и транспортировке.

Соединения пестицидов различаются исходя из характера использования и главного раздражителя. Некоторые группы:

• гербициды — для борьбы и профилактики сорняков;
• инсектициды — против мелких вредителей, включая насекомых;
• нематоциды — при значительном вреде круглыми червями;
• бактерициды — против бактериальных заболеваний;
• зооциды — для устранения грызунов;
• арборициды — с целью уничтожения органической растительности древесного и кустарного типа.

К самым распространенным относятся гербициды, на долю которых приходится 80% от всего использования.

Использование пестицидов способно снизить потерю урожайности сельскохозяйственных культур. Это позволяет сократить расходы в несколько раз. Экономически обусловленная эффективность способствует их широкому распространению. Так, ежегодная выработка химической продукции в среднем составляет 2 млн. т, включая более 100000 различных коммерческих наименований.

Источники загрязнения почвы тяжелыми металлами

Загрязнение почв тяжелыми металлами имеет разные источники:

1. отходы металлообрабатывающей промышленности;

2. промышленные выбросы;

3. продукты сгорания топлива;

4. автомобильные выхлопы отработанных газов;

5. средства химизации сельского хозяйства.

Металлургические предприятия ежегодно выбрасывают на поверхность земли более 150 тыс. тонн меди, 120 тыс. тонн цинка, около 90 тыс. тонн свинца, 12 тыс. тонн никеля, 1,5 тыс. тонн молибдена, около 800 тонн кобальта и около 30 тонн ртути. На 1 грамм черновой меди отходы медеплавильной промышленности содержат 2,09 тонн пыли, в составе которой содержится до 15% меди, 60% окиси железа и по 4% мышьяка, ртути, цинка и свинца. Отходы машиностроительных и химических производств содержат до 1 г/кг свинца, до 3 г/кг меди, до 10 г/кг хрома и железа, до 100 г/кг фосфора и до 10 г/кг марганца и никеля. В Силезии вокруг цинковых заводов громоздятся отвалы с содержанием цинка от 2 до 12% и свинца от 0,5 до 3%, а в США эксплуатируют руды с содержанием цинка 1,8%.

С выхлопными газами на поверхность почв попадает более 250 тыс. тонн свинца в год; это главный загрязнитель почв свинцом. Тяжелые металлы попадают в почву вместе с удобрениями, в состав которых они входят как примесь.

Хотя тяжелые металлы иногда обнаруживаются в почвах в низких концентрациях, они формируют устойчивые комплексы с органическими соединениями и вступают в специфические реакции адсорбции легче, чем щелочные и щелочноземельные металлы.Вблизи предприятий естественные фитоценозы предприятий становятся более однообразными по видовому составу, так как многие виды не выдерживают повышения концентрации тяжелых металлов в почве. Количество видов может сокращаться до 2-3, а иногда до образования моноценозов.В лесных фитоценозах первыми реагируют на загрязнения лишайники и мхи. Наиболее устойчив древесный ярус. Однако длительное или высокоинтенсивное воздействие вызывает в нем сухостойкие явления.Восстановление нарушенного почвенного покрова требует длительного времени и больших капиталовложений.

Особенно трудной задачей является восста­новление растительного покрова на отвалах вскрышных пород и хвостохранилищах (хвостах) выработок, где добывались руды металлов: такие хвосты обычно бедны элементами питания, бога­ты токсичными металлами и слабо удерживают воду. Серьезной проблемой для окружающей сре­ды является ветровая эрозия рудниковых отва­лов.
Нормирование содержания тяжелых металлов в почве
Нормирование содержания тяжелых металлов в почве и растениях является чрезвычайно сложным из-за невозможности полного учета всех факторов природной среды. Так, изменение только агрохимических свойств почвы (реакции среды, содержания гумуса, степени насыщенности основаниями, гранулометрического состава) может в несколько раз уменьшить или увеличить содержание тяжелых металлов в растениях. Имеются противоречивые данные даже о фоновом содержании некоторых металлов. Приводимые исследователями результаты различаются иногда в 5-10 раз.

Предложено множество шкал экологического нормирования тяжелых металлов. В некоторых случаях за предельно допустимую концентрацию принято самое высокое содержание металлов, наблюдаемое в обычных антропогенных почвах, в других — содержание, являющееся предельным по фитотоксичности. В большинстве случаев для тяжелых металлов предложены ПДК, которые превосходят реально допустимые значения концентраций металлов в несколько раз.

Для характеристики техногенного загрязнения тяжелыми металлами используется коэффициент концентрации, равный отношению концентрации элемента в загрязненной почве к его фоновой концентрации.

В таблице 1 приведены официально утвержденные ПДК и допустимые уровни их содержания по показателям вредности. В соответствие с принятой медиками-гигиенистами схеме нормирование тяжелых металлов в почвах подразделяется на транслокационное (переход элемента в растения), миграционное водное (переход в воду), и общесанитарное (влияние на самоочищающую способность почв и почвенный микробиоценоз).

Таблица 1. Предельно-допустимые концентрации (ПДК) химических веществ в почвах (по состоянию на 01.01.1991. Госкомприрода СССР, № 02-2333 от 10.12.90).

Предельно допустимые количества (ПДК) тяжелых металлов в почве
Элемент	ПДК, мг/кг почвы с учетом фона
Валовое содержание
Марганец	1500
Ванадий	150
Свинец	30
Мышьяк	2,0
Ртуть	2,1
Свинец и ртуть	2+1
Медь	55
Никель	85
Цинк	100
Подвижные формы
Медь	3,0
Никель	2,0
Цинк	23,0
Кобальт	5,0
Хром	6,0

Из материалов следует, что в основном предъявлены требования к валовым формам тяжелых металлов. Среди подвижных только медь, никель, цинк, хром и кобальт. Поэтому в настоящее время разработанные нормативы уже не удовлетворяют всем требованиям.

Валовое содержание является фактором емкости, отражающим в первую очередь потенциальную опасность загрязнения растительной продукции, инфильтрационных и поверхностных вод. Характеризует общую загрязненность почвы, но не отражает степени доступности элементов для растения. Для характеристики состояния почвенного питания растений используются только их подвижные формы.

Нормативы для подвижных форм: предложено несколько ориентировочных нормативных шкал. Ниже находится пример одной из шкал предельно допустимых подвижных форм тяжелых металлов.

Таблица 2. Предельно допустимое содержание подвижной формы тяжелых металлов в почве, мг/кг экстрагент 1н. HCl (Х. Чулджиян и др., 1988).

Элемент	Содержание	Элемент	Содержание	Элемент	Содержание
Hg	0,1	Sb	Pb
Cd	1,0	As	Zn
Co	Ni	V
Cr	Cu	Mn

Экологическое воздействие

Использование пестицидов вызывает ряд экологических проблем. Более 98% распыляемых инсектицидов и 95% гербицидов достигают места назначения, что приводит к тяжелым последствиям для окружающей среды и для почвы.

Проблема загрязнения почв пестицидами — важнейшая экологическая опасность для современного общества.

Широкое применение в сельскохозяйственном производстве приводит к деградации естественной микрофлоры почвы. Это особо выражено при чрезмерной или неправильной эксплуатации. При повышенных дозах возможно загрязнение воды, что объясняется испарением из почвенного покрова.

Наиболее стойким видом считаются хлорорганические пестициды. Их пагубное воздействие на почву продолжается десятилетиями, что отрицательно влияет на сохранение почвенного покрова. Повышенное накопление данного вещества оказывает сокрушительный вред на экологию, вплоть до развития заболеваний у людей и животных.

Главные источники загрязнения — вещества для выращивания сельскохозяйственных культур. Также они применяются для уничтожения нежелательных растений в аквариумах, при чистке механического оборудования или в качестве агротехнического метода. В этом случае влияние пестицидов на почву незначительное.

Контроль за загрязнением почв.

Почвенный покров — важнейшее природное образование. Его роль в жизни общества определяется тем, что почва представляет собой источник продовольствия, обеспечивающий 95-97 % продовольственных ресурсов для населения планеты.
В настоящее время возросшее воздействие человека на почву вследствие все большего использования земель, их ресурсов для индустриального и жилищного строительства, роста потребностей в продуктах питания, приводит к изменению характера почвы, меняются факторы почвообразования — рельеф, микроклимат. Под влиянием промышленных и сельскохозяйственных загрязнений изменяются свойства почвы и почвообразовательные процессы, потенциальное плодородие, снижается технологическая и питательная ценность сельскохозяйственной продукции.

Загрязнителем почв может быть любой физический агент, химическое вещество и биологический вид, попадающие в окружающую среду или возникающие в ней в количествах, выходящих в рамки своей обычной концентрации, Основным показателем, характеризующим воздействие загрязняющих веществ на окружающую природную среду, являются предельно допустимая концентрация (ПДК). С позиции экологии предельно допустимые концентрации конкретного вещества представляют собой верхние пределы лимитирующих факторов среды (в частности, химических соединений), при которых их содержание не выходит за допустимые границы.

Принято различать естественное и антропогенное загрязнение почвы. Естественное загрязнение почв возникает в результате природных процессов в биосфере, происходящих без участия человека и приводящих к поступлению в почву химических веществ из атмосферы, литосферы или гидросферы, например, в результате выветривания горных пород или выпадения осадков в виде дождя или снега, вымывающих загрязняющие ингредиенты из атмосферы.

Наиболее опасно для природных экосистем и человека антропогенное загрязнение почвы, особенно техногенного происхождения. Наиболее характерными загрязнителями являются пестициды, удобрения, тяжелые металлы и другие вещества промышленного происхождения.

Контроль радиоактивного загрязнения почвы.

Радиоактивность почв обусловлена содержанием в них радионуклидов. Различают естественную и искусственную радиоактивность.

Естественная радиоактивность почв вызывается естественными радиоактивными изотопами, которые всегда в тех или иных количествах присутствуют в почвах и почвообразующих породах.

Естественные радиоактивные элементы распределяются по профилю почв обычно относительно равномерно, но в некоторых случаях они аккумулируются в иллювиальных и глеевых горизонтах. В почвах и породах присутствуют преимущественно в прочносвязанной форме.

Искусственная радиоактивность почв обусловлена поступлением в почву радиоактивных изотопов, образующихся в результате атомных и термоядерных взрывов, в виде отходов атомной промышленности или в результате аварий на атомных предприятиях. Образование изотопов в почвах может происходить вследствие наведенной радиации. Наиболее часто искусственное радиоактивное загрязнение почв вызывают изотопы 235U, 238U, 239Pu, 129I, 131I, 144Се, 140Ba, 106Ru, 90Sr, 137Cs и т. д.

Экологические последствия радиоактивного загрязнения почв заключаются в следующем. Включаясь в биологический круговорот, радионуклиды через растительную и животную пищу попадают в организм человека и, накапливаясь в нем, вызывают радиоактивное облучение. Радионуклиды, подобно многим другим загрязняющим веществам, постепенно концентрируются в пищевых цепях.

В экологическом отношении наибольшую опасность представляют 90Sr и 137Cs. Это обусловлено длительным периодом полураспада (28 лет 90Sr и 33 года 137Cs), высокой энергией излучения и способностью легко включаться в биологический круговорот, в цепи питания. Стронций по химическим свойствам близок к кальцию и входит в состав костных тканей, а цезий близок калию и включается во многие реакции живых организмов.

Искусственные радионуклиды закрепляются в основном (до 80 — 90 %) в верхнем слое почвы. Наибольшей сорбцией обладают почвы с высоким содержанием гумуса, тяжелым гранулометрическим составом, богатые монтмориллонитом и гидрослюдами, с непромывным типом водного режима. В таких почвах радионуклиды способны к миграции в незначительной степени.

Скорость самоочищения почв от радиоизотопов зависит от скоростей их радиоактивного распада, вертикальной и горизонтальной миграции. Период полураспада радиоактивного изотопа — время, необходимое для распада половины количества его атомов.

Особенность радиоактивного загрязнения почвенного покрова заключается в том, что количество радиоактивных примесей чрезвычайно мало и они не вызывают изменений основных свойств почвы — рН, соотношения элементов минерального питания, уровня плодородия. Поэтому, в первую очередь, следует лимитировать (нормировать) концентрации радиоактивных веществ, поступающих из почвы в продукцию растениеводства.

Поскольку в основном радионуклиды являются тяжелыми металлами, то основные проблемы и пути нормирования, санации и охраны почв от загрязнения радионуклидами и тяжелыми металлами в большой степени сходны и зачастую могут рассматриваться вместе.

Курсовая работа на тему: Тяжелые металлы в почве

В статье «Как научиться правильно писать курсовую работу», я написала о правилах и советах написания лучших курсовых работ, прочитайте пожалуйста.

Собрала для вас похожие темы курсовых работ, посмотрите, почитайте:

Введение

Состояние природной среды является важнейшим фактором, определяющим жизнедеятельность человека и общества. Высокие концентрации многих химических элементов и соединений, вызванных техногенными процессами, встречаются сегодня во всех природных средах: атмосфера, вода, почва, растения.

Почва является особым природным образованием, которое имеет ряд особенностей, свойственных живой и неживой природе; состоит из генетически связанных горизонтов (они образуют почвенный профиль), которые являются результатом трансформации поверхностных литосферных слоев под совместным воздействием воды, воздуха и организмов; характеризуется плодородием.

Почвы играют важную роль в круговороте тяжелых металлов; это гетерогенные смеси различных органических и органо-минеральных компонентов глинистых минералов, оксидов железа (Fe), алюминия (Al) и марганца (Mn) и других твердых частиц, а также различных растворимых соединений. Благодаря разнообразию типов почв, условий их окисления и восстановления, а также их реакционной способности, механизмы и методы связывания тяжелых металлов в почвах разнообразны. Тяжелые металлы в почвах присутствуют в различных формах: в кристаллической решетке минералов в виде изоморфной смеси, в солевой и оксидной форме, в составе различных органических веществ, в ионообменном состоянии и в растворимой форме в почвенном растворе.

Следует отметить, что тяжелые металлы, которые переносятся из почвы в растения, а затем в организмы животных и человека, имеют способность к постепенному накоплению. Ртуть, кадмий, свинец и мышьяк являются наиболее токсичными веществами, и их отравление имеет серьезные последствия. Менее токсичны: цинк и медь, но их загрязнение почвы подавляет микробиологическую активность и снижает биологическую продуктивность.

Тяжелые металлы уже занимают второе место по степени опасности, уступая пестицидам и значительно опережая такие известные загрязнители, как углекислый газ и сера. В будущем они могут стать более опасными, чем отходы АЭС и твердые отходы. Загрязнения тяжелыми металлами связаны с их широким использованием в промышленном производстве. Неадекватные системы очистки позволяют тяжелым металлам попадать в окружающую среду, в том числе в почву, загрязняя и отравляя ее. Тяжелые металлы относятся к особым загрязняющим веществам, наблюдение за которыми является обязательным во всех средах.

В настоящее время в России для оценки загрязнения почвы тяжелыми металлами используются как официально утвержденные, так и неофициальные нормативы. Их основная цель — предотвратить проникновение в организм человека избытка антропогенно накопленных карбидов в почве, избегая тем самым их негативных последствий.

При определении тяжелых металлов в почвах и компонентов почвы используется атомно-абсорбционный анализ почв и различные экстракты (например, экстракция Zn, C, Pb, Fe, Ni, которая извлекает 70-90% валового содержания тяжелых металлов из образцов загрязненных почв). Метод имеет ряд преимуществ: хорошая чувствительность, селективность, довольно хорошая воспроизводимость результатов, простота анализа. Позволяет определять до 70 элементов, обеспечивает предел детектирования для многих элементов на уровне 0,1—0,01 мкг/мл, что во многих случаях позволяет проводить анализ почв и растений без предварительной концентрации элементов.

Целью данной работы является определение содержания кислото-растворимых форм металлов (свинец, медь, цинк, никель, железо) в пробах почвы методом атомно-абсорбционной спектроскопии.

Для достижения поставленной цели необходимо было решить следующие задачи:

• Исследование функционального принципа атомно-абсорбционного спектрометра с электротермической атомизацией «МГА-915М».
• Определить концентрацию каждого тяжелого металла в пробах почвы
• Оценить степень загрязнения выбранных объектов.
• Обзор литературы

Загрязнение почвы

Загрязнением может быть любой физический агент, химическое вещество или вид, который в любой момент времени попадает в окружающую среду или покидает ее в количествах, превышающих ее нормальную концентрацию, предельных количествах, ограниченных природных колебаниях или среднестатистическом природном фоне.

Основным показателем, характеризующим воздействие загрязняющих веществ на окружающую среду, является предельно допустимая концентрация (ПДК). С экологической точки зрения предельно допустимыми концентрациями данного вещества являются верхние пределы предельных факторов окружающей среды (особенно химических соединений), где их содержание не превышает допустимых пределов экологической ниши человека.

В зависимости от степени устойчивости к загрязняющим веществам, почва высвобождается:

• Очень устойчивые;
• Устойчивые;
• Среднеустойчивые;
• Малоустойчивые;
• Очень малоустойчивые.

Чувствительность или устойчивость почв к загрязняющим веществам должна быть определена соответственно:

• содержание гумуса;
• его качество;
• биологическая активность;
• глубина гумусового горизонта;
• содержание фракций < 0,01 мм и с учетом содержания фракций < 0,001 мм (механический состав почвы);
• глинистые минералы;
• глубина профиля почвы.

Почвы загрязнены различными химическими веществами, пестицидами, отходами сельского хозяйства, промышленного производства и коммунального хозяйства. Химические соединения, попадающие в почву, накапливаются и постепенно изменяют химические и физические свойства почвы, уменьшают численность живых организмов и снижают ее плодородие.

Загрязнение почвы и нарушение нормального круговорота веществ вызвано недозированным внесением минеральных удобрений и пестицидов. В некоторых областях сельского хозяйства пестициды используются в больших количествах для защиты растений и борьбы с сорняками. Их ежегодное использование, часто несколько раз в сезон, приводит к их накоплению в почве и отравлению.

Вместе с навозом и фекалиями почва часто заражена патогенными бактериями, яйцами гельминтов и другими вредителями, которые попадают в организм человека через пищу.

При заправке автомобилей в полях и лесах, на лесосеках и т.д. почва загрязняется нефтепродуктами.

Тяжелые металлы попадают в почву во время работы транспортных средств, а также в результате абразивного износа дорожных покрытий: железо, никель, цинк, свинец и другие элементы.

Окружающие промышленные установки различных профилей, полов содержат токсичные элементы в количествах, в десять и сто раз превышающих допустимые нормы.

Верхний, поверхностный горизонт литосферы претерпевает наибольшие изменения. Она занимает 29,2% поверхности Земли и включает в себя страны различных категорий, из которых наиболее важной является плодородная почва. В случае ненадлежащей эксплуатации почва необратимо разрушается в результате эрозии, засоления, загрязнения промышленными и другими отходами.

Под воздействием деятельности человека ускоренная эрозия происходит при разрушении почв в 100-1000 раз быстрее, чем в естественных условиях. В результате этой эрозии за последнее столетие было утрачено 2 млрд. га плодородных земель, т.е. 27% сельскохозяйственных площадей.

Химические соединения, попадающие в почву, накапливаются и постепенно изменяют химические и физические свойства почвы, уменьшая количество живых организмов и ухудшая ее плодородие.

Загрязнение почвы связано с загрязнением воздуха и воды. В почву попадают различные твердые и жидкие отходы промышленного производства, сельского хозяйства, коммунально-бытового хозяйства. Основными загрязнителями почвы являются металлы и их соединения.

Интенсивное развитие промышленности, энергетики, транспорта и интенсификация сельскохозяйственного производства способствуют увеличению антропогенной нагрузки на агроэкосистемы и, прежде всего, на почвенно-растительный покров. В результате происходит загрязнение почвы тяжелыми металлами. Тяжелые металлы, которые попадают в биосферу в основном в результате промышленных и транспортных выбросов, относятся к числу наиболее опасных загрязнителей. Поэтому изучение их поведения в почве и их способности к защите является важным экологическим вопросом.

Тяжелые металлы накапливаются в почве и способствуют постепенному изменению их химического состава, нарушая тем самым жизненно важные функции растений и живых организмов. Тяжелые металлы из почвы могут проникать в человека и животных и вызывать нежелательные эффекты. Тяжелые металлы участвуют в жизненно важных биохимических процессах в организме человека. Превышение допустимых концентраций приводит к серьезным заболеваниям.

Поэтому загрязнение почв тяжелыми металлами имеет следующие источники:

• выхлопные газы от автотранспорта отходы;
• продукты сгорания топлива
• промышленные выбросы
• металлообрабатывающая промышленность
• средства для химизации сельского хозяйства.

Тяжелые металлы в почве

В настоящее время в России для оценки загрязнения почвы тяжелыми металлами используются как официально утвержденные, так и неофициальные нормативы. Их основная цель — предотвратить попадание в организм человека избытка тяжелых металлов, которые накапливаются антропогенно в почве, избегая тем самым их негативного воздействия. В отличие от однородной водной и воздушной среды, почва представляет собой сложную гетерогенную систему, изменяющую поведение токсинов в зависимости от их свойств. Сложность проведения разумной оценки состояния окружающей среды почвы является одной из причин различного уровня фитотоксичности почв.

Почвы играют важную роль в цикле тяжелых металлов и других микроэлементов. Это гетерогенные смеси различных органических и органо-минеральных компонентов глинистых минералов, оксидов железа, алюминия и марганца и других твердых частиц, а также различных растворимых соединений. В силу разнообразия типов почв, условий их окисления и восстановления, а также их реакционной способности, механизмы и методы связывания тяжелых металлов в почвах различны.

Механический состав, реакция, содержание гумуса и карбонатов, поглощающая способность и водные условия влияют на поглощение микроэлементов почвами при техногенном загрязнении. Микроэлементы, в том числе и тяжелые металлы, присутствуют в почвах в различных формах: в кристаллической решетке минералов в виде изоморфной примеси, в виде солей и оксидов, в составе различных органических веществ, в ионообменном состоянии и в растворимой форме в почвенном растворе.

На поведение микроэлементов в почве влияют условия рекультивации окисления, реакция окружающей среды, концентрация углекислого газа и наличие органического материала. Изменение окислительно-восстановительного состояния почв существенно влияет на поведение микроэлементов с переменной валентностью. Марганец, например, во время окисления превращается в нерастворимые формы, а хром и ванадий, наоборот, приобретают подвижность и мигрируют. Если почва реагирует кислым способом, то увеличивается подвижность меди, марганца, цинка, кобальта и снижается подвижность молибдена. Бор, фтор и йод подвижны в кислых и щелочных средах.

Мобильность химических элементов в почве изменяется в связи со смещением равновесия между элементными соединениями в твердой и жидкой фазах. Загрязнители, попадающие в почву, могут измениться в прочно закрепленное состояние, к которому растениям трудно получить доступ. Более высокая устойчивость почв к загрязнениям обусловлена свойствами почвы, которые способствуют твердой фиксации загрязняющих веществ. Увеличение концентрации CO2 в почвенном растворе приводит к повышению подвижности марганца, никеля, бария в результате перехода карбонатов этих элементов в бикарбонаты. Гумус и органические вещества неспецифического характера (муравьиные, лимонные, щавелевые кислоты и др.) могут связывать микроэлементы и образовывать как растворимые соединения, так и труднорастворимые соединения.

Водорастворимые соединения металлов быстро мигрируют по профилю почвы. Органическое вещество оказывает двойное влияние на миграцию металлов в почве. В процессе минерализации органического вещества в почве образуются низкомолекулярные водорастворимые минеральные соединения, которые мигрируют в нижнюю часть профиля. Тяжелые металлы вместе с этими веществами образуют низкомолекулярные комплексы. В процессе более глубокой трансформации органических веществ образуются высокомолекулярные гумусовые кислоты, влияние которых на миграцию металлов варьируется.

Фульвеокислоты, которые в сочетании с металлами образуют хелатные соединения, растворимые в широком диапазоне pH и мигрирующие вниз по профилю почвы. Металлы образуют комплексы с гуминовыми кислотами, которые характеризуются инерционностью, нерастворимы в кислой среде, что способствует накоплению тяжелых металлов в органогенном горизонте. Комплексы металлов с фульвиевыми и гуминовыми кислотами наиболее устойчивы при значениях pH от 3 до 7.

Примером трансформации цинка и кадмия в почвах является их переход в жидкую фазу за счет процессов растворения (Алексеенко и др., 1992). Кадмий высокотоксичен, относительно подвижен в почве и доступен для растений. Поскольку техногенные соединения этих металлов термодинамически не стабильны в почвенных условиях, их переход в жидкую фазу почв необратим. Дальнейшая трансформация цинка и кадмия в почве связана с обратимыми процессами, происходящими между почвенным раствором и почвопоглощающим комплексом, устойчивым выпадением малорастворимых солей цинка и кадмия, высших растений и микроорганизмов.

Источники притока тяжелых металлов в объекты окружающей среды

Тяжелые металлы включают более сорока химических элементов периодической таблицы Д.И. Менделеева, атомная масса которых составляет более пятидесяти атомных единиц.

Эта группа элементов активно участвует в биологических процессах, так как является частью многих ферментов. Группа «тяжелых металлов» во многом совпадает с понятием «микроэлементы». Поэтому: свинец, цинк, кадмий, ртуть, молибден, хром, марганец, никель, олово, кобальт, титан, медь, ванадий — тяжелые металлы.

Источники тяжелых металлов подразделяются на природные (выветривание пород и минералов, эрозионные процессы, вулканическая деятельность) и антропогенные (добыча и переработка минералов, сжигание топлива, транспорт, сельское хозяйство). Часть антропогенных выбросов, попадающих в природную среду в виде тонких аэрозолей, переносится на значительные расстояния и вызывает глобальное загрязнение. Другая часть уходит в безсточные пруды, где тяжелые металлы накапливаются и становятся источником вторичного загрязнения, т.е. образования опасных загрязнений в ходе физико-химических процессов, происходящих непосредственно в окружающей среде (например, образования токсичного фосгенового газа из нетоксичных веществ).

Тяжелые металлы накапливаются в почве, особенно в верхних гумусовых горизонтах, и медленно удаляются выщелачиванием, расходом растений, эрозией и дефляцией — дрейфами почвы. Период, в течение которого удаляется половина исходной концентрации, длителен: для цинка — от 70 до 510 лет, для кадмия — от 13 до 110 лет, для меди — от 310 до 1500 лет, для свинца — от 740 до 5900 лет.

В гумусовой части почвы происходит первичная трансформация удерживаемых в ней соединений.

Тяжелые металлы обладают высокой способностью к различным химическим, физико-химическим и биологическим реакциям. Многие из них имеют переменную валентность и участвуют в процессах окисления и восстановления. Тяжелые металлы и их соединения, а также другие химические соединения способны перемещаться и перераспределяться, т.е. мигрировать, в среде жизни. Миграция соединений тяжелых металлов происходит в основном как органо-минеральный компонент. Некоторые из органических соединений, с которыми соединяются металлы, представлены продуктами микробиологической активности. Ртуть характеризуется способностью накапливаться в звеньях «пищевой цепи» (об этом уже говорилось). Почвенные микроорганизмы могут образовывать устойчивые к ртути популяции, которые превращают металлическую ртуть в токсичные вещества для высших организмов. Некоторые водоросли, грибы и бактерии могут хранить ртуть в клетках. Ртуть, свинец и кадмий являются одними из важнейших загрязнителей окружающей среды, согласованных государствами-членами ООН. Рассмотрим эти вещества более подробно и добавим к ним железо и никель.

Ртуть

Ртуть чрезвычайно слабо распространена (-0.1 x 10-4%) в земной коре, но хорошо подходит для добычи, так как концентрируется в сульфидных остатках, таких как киноварь (NgS). В этой форме ртуть относительно безвредна, но атмосферные процессы, вулканическая и человеческая деятельность привели к накоплению около 50 миллионов тонн этого металла в Мировом океане. Естественные сбросы ртути в океан в результате эрозии составляют 5000 т/год, а еще 5000 т/год ртути высвобождается в результате деятельности человека.

Ртуть сначала поступает в океан в виде Hg2+, затем взаимодействует с органическим материалом и преобразуется анаэробными организмами в токсичные вещества метилртуть (CH3 Hg )+ и диметилртуть (CH3 -HgCH3 ),

Ртуть присутствует не только в гидросфере, но и в атмосфере, так как имеет относительно высокое давление паров. Содержание натуральной ртути

Ртуть характеризуется коротким временем пребывания в воде и как соединение с содержащимися в ней органическими веществами быстро переходит в отложения. Поскольку ртуть адсорбируется отложениями, она может медленно высвобождаться и растворяться в воде, в результате чего возникает источник хронического загрязнения, который остается эффективным еще долгое время после исчезновения первоначального источника загрязнения.

В настоящее время мировое производство ртути превышает 10 000 тонн в год, большая часть которых используется для производства хлора. Ртуть высвобождается в воздух при сжигании ископаемого топлива. Анализ ледяного купола Гренландии показал, что содержание ртути оставалось постоянным с 800 г. н.э. до 1950-х гг., но с 1950-х гг. количество ртути удвоилось.

Ртуть и ее соединения опасны для жизни. Метилртуть особенно опасна для животных и человека, поскольку она быстро переходит из крови в ткани мозга, разрушая мозжечок и кору головного мозга. Клиническими симптомами этого поражения являются сонливость, потеря ориентации в пространстве, потеря зрения. Симптомы отравления ртутью появляются не сразу. Еще одним неприятным последствием отравления метилртутью является проникновение ртути в плаценту и накопление ртути в плоде, при этом мать не чувствует боли. Метилртуть оказывает тератогенное воздействие на человека. Ртуть относится к классу опасности I .

Металлическая ртуть опасна, если ее проглотить и вдыхать парами. В этом случае у человека развивается металлический вкус во рту, тошнота, рвота, колики в животе, зубы становятся черными и начинают осыпаться. Пролитая ртуть заканчивается каплями, и когда это происходит, ртуть необходимо тщательно собрать. Соединения неорганической ртути практически нелетучие, поэтому существует риск попадания ртути в организм через рот и кожу. Ртутные соли разъедают кожу и слизистые оболочки организма. Введение ртутных солей в организм вызывает зевотное воспаление, затрудненное глотание, онемение, рвоту и боли в животе. У взрослого человека около 350 мг ртути может привести к смерти, если его проглотить.

Загрязнение ртутью можно уменьшить, запретив производство и использование определенной продукции. Нет сомнений, что загрязнение ртутью всегда будет острой проблемой. Однако риск отравления ртутью может быть снижен при условии строгого контроля за ртутьсодержащими отходами производства и пищевыми продуктами.

Свинец

Содержание свинца в магматических породах можно классифицировать как редкие металлы. Она концентрируется в сульфидных породах, что встречается во многих местах мира. Свинец легко отделяется от руды путем плавки. В своем естественном состоянии он встречается в основном в виде галенита (PbS). Свинец, содержащийся в земной коре, может вымываться атмосферными процессами и постепенно попадать в океаны. Ионы Pb2+ достаточно нестабильны, а содержание свинца в ионной форме составляет всего 10 -8%. Однако он накапливается в осадочных породах океанов в виде сульфитов или сульфатов. В пресных водах содержание свинца значительно выше и может достигать 2 x 10 -6 %, а в почве оно примерно такое же, как в земной коре (1.5 x 10 -3 %), что связано с нестабильностью этого элемента в геохимическом цикле [10].

Свинцовые руды содержат 2-20% свинца. Концентрат, полученный в процессе флотации, содержит 60-80% Pb. Он нагревается для удаления серы и расплавленного свинца. Эти первичные процессы являются крупномасштабными. Когда отходы используются для производства свинца, процессы плавки называются вторичными процессами. Ежегодное мировое потребление свинца составляет более 3 млн. тонн, из которых 40% используется для производства аккумуляторов, 20% — для производства свинцово-алкиловых бензиновых добавок, 12% — для строительства и 28% — для других целей.

Ежегодно в результате атмосферных процессов в мир выбрасывается около 180 тысяч тонн свинца. Более 20% свинца теряется при добыче и переработке свинцовых руд. Даже на этих стадиях выброс свинца в окружающую среду эквивалентен количеству свинца, выбрасываемого в окружающую среду под влиянием атмосферных процессов на магматические породы.

Выбросы от автомобильных двигателей являются самым серьезным источником загрязнения организмов свинцом. С 1923 года антидетонатор тетраметил — или тетраэтилсвинеп — добавляется в большинство бензиновых двигателей в количестве около 80 мг/л.

Бензин может содержать 380 мг свинца, а общее содержание тетраэтилсвинца достигает 1 г/л. При сгорании бензина около 75% содержащегося в нем свинца высвобождается в виде аэрозоля и рассеивается в воздухе только для того, чтобы позже перераспределить себя на разных расстояниях от дороги. При движении автомобиля от 25 до 75% этого свинца выбрасывается в атмосферу в зависимости от условий вождения. Большая часть этого свинца оседает на земле, но в воздухе также имеется заметное количество свинца.

Свинцовая пыль не только покрывает обочины дорог и землю в промышленных городах и вокруг них, она также встречается во льдах Северной Гренландии. В 1756 г. содержание свинца в льду составляло 20 мкг/т, в 1860 г. — уже 50 мкг/т, а в 1965 г. — 210 мкг/т. Активными источниками свинцового загрязнения являются электростанции и бытовые угольные печи. Источниками свинцового загрязнения в домашних хозяйствах могут быть глиняная посуда; свинец содержится в цветных пигментах.

Свинец не является жизненно необходимым элементом. Он токсичен и принадлежит к I классу опасности. Его неорганические соединения вмешиваются в обмен веществ и являются ингибиторами ферментов (как и большинство тяжелых металлов). Одним из самых коварных эффектов неорганических соединений свинца является их способность замещать кальций в костях и быть постоянным источником отравления в течение длительного времени. Биологический период полураспада костного свинца составляет около 10 лет. Количество свинца, которое накапливается в костях, увеличивается с возрастом, и в 30-40 лет оно составляет 80-200 мг у людей, не имеющих профессионального отношения к воздействию свинца.

Органические соединения свинца считаются даже более токсичными, чем неорганический свинец. Основными источниками свинца в организме человека являются пища, воздух, которым мы дышим, и попадание свинца в пыль и краски детьми. Дышащая пыль задерживает около 30-35% в легких, и большая ее часть поглощается кровью. Всасывание в желудочно-кишечном тракте обычно составляет 5-10%, у детей — 50%. Недостаток кальция и витамина D увеличивает всасывание свинца. Острое отравление свинцом — редкость. Их симптомы — слюноотделение, рвота, кишечные спазмы, острая почечная недостаточность, повреждение мозга. В тяжелых случаях смерть в течение нескольких дней. Ранние симптомы отравления свинцом проявляются в повышенной возбудимости, депрессии и раздражительности. При органическом отравлении свинцом в крови обнаруживается более высокий уровень свинца.

В связи с глобальным загрязнением окружающей среды свинец стал вездесущим компонентом всех продуктов питания и кормов. Растительная продукция обычно содержит больше свинца, чем животные.

Кадмий и цинк

Кадмий, цинк и медь являются наиболее важными металлами в изучении загрязнения окружающей среды, так как они широко используются во всем мире и обладают токсическими свойствами. Кадмий и цинк (а также свинец и ртуть) были обнаружены в основном в сульфидных отложениях. В результате атмосферных процессов эти элементы легко попадают в океаны. Почвы содержат около 4,5х10 -4 %. Растительность содержит различное количество обоих элементов, но содержание цинка в золе растений относительно высокое при -0,14, так как этот элемент играет существенную роль в питании растений. Ежегодно в атмосферу металлургическими комбинатами выбрасывается около 1 млн. кг кадмия, что составляет около 45% от общего объема загрязнения этого элемента. 52% загрязнения происходит в результате сжигания или переработки продуктов, содержащих кадмий. Кадмий является относительно летучим веществом, поэтому он легко выходит в атмосферу. Источники загрязнения воздуха цинком такие же, как и кадмием.

Кадмий поступает в природные воды благодаря его использованию в гальванических процессах и технологиях. Наиболее серьезными источниками загрязнения воды цинком являются цинковые заводы и гальваническое производство.

Потенциальными источниками загрязнения кадмия являются удобрения. В этом случае кадмий вводится в растения, потребляемые человеком, и поступает в организм человека в конце цепи. Из всех перечисленных выше тяжелых металлов цинк является наименее токсичным. Однако все элементы становятся токсичными при избыточном поглощении; цинк не является исключением. Физиологический эффект цинка заключается в том, что он действует как активатор ферментов. В больших количествах вызывает рвоту; для взрослого человека эта доза составляет около 150 мг.

Кадмий намного токсичнее цинка. Он и его соединения относятся к классу опасности I. Он проникает в человеческое тело в течение длительного периода времени. Вдыхание воздуха в течение 8 часов при концентрации кадмия 5 мг/м³ может привести к смерти. При хроническом отравлении кадмием в моче вырабатывается белок и повышается артериальное давление.

В исследовании о присутствии кадмия в продуктах питания было обнаружено, что человеческие выделения редко содержат такое же количество кадмия, как и при приеме пищи. В настоящее время нет глобального консенсуса в отношении приемлемого безопасного уровня кадмия в продуктах питания.

Эффективным способом предотвращения поступления кадмия и цинка в виде примесей является введение контроля за содержанием этих металлов в выбросах от плавильных заводов и других промышленных установок.

Сурьма, Мышьяк, Кобальт

Сурьма встречается вместе с мышьяком в рудах, содержащих сульфиды металлов. Мировое производство сурьмы составляет около 70 тонн в год. Сурьма является компонентом сплавов, используется в производстве спичек и используется в полупроводниках. Токсическое воздействие сурьмы похоже на воздействие мышьяка. Большое количество сурьмы вызывает рвоту, а хроническое отравление сурьмой приводит к расстройствам пищеварения с рвотой и жаром. Мышьяк в природе встречается в виде сульфатов. Его содержание в свинцово-цинковых концентратах составляет около 1%. Благодаря своей волатильности, он легко выходит в атмосферу.

Основными источниками загрязнения этого металла являются гербициды (химические средства борьбы с сорняками), фунгициды (вещества, используемые для борьбы с грибковыми болезнями растений) и инсектициды (вещества, используемые для борьбы с насекомыми-вредителями).

Для токсичности мышьяк относится к накопленным токсинам. С точки зрения токсичности необходимо проводить различие между элементарным мышьяком и его соединениями. Элементный мышьяк относительно менее токсичен, но обладает тератогенными свойствами. Вредное воздействие на генетический материал (мутагенность) является спорным.

Соединения мышьяка всасываются медленно через кожу и быстро через легкие и желудочно-кишечный тракт. Смертельная доза для человека составляет 0,15-0,3 г.

Хроническое отравление вызывает нервные заболевания, слабость, онемение конечностей, зуд, потемнение кожи, атрофию костного мозга, изменения в печени. Мышьяковые соединения являются канцерогенными для человека. Мышьяк и его соединения относятся к классу опасности II.

Кобальт не распространен. Используется, например, в сталелитейной промышленности, в производстве полимеров. Если большое количество кобальта попадает внутрь, то это влияет на содержание гемоглобина в крови человека и может вызвать заболевания крови. Подозревается, что кобальт вызывает болезнь Базедова. Этот элемент опасен для организмов из-за своей чрезвычайно высокой реакционной способности и относится к классу опасности I.

Медь и марганец

Медь встречается в сульфидных отложениях вместе со свинцом, кадмия и цинком. Он содержится в небольших количествах в цинковых концентратах и может транспортироваться на большие расстояния воздушным и водным транспортом. Аномальное содержание меди встречается в растениях с воздухом и водой. Медная аномалия встречается в растениях и почве более чем в 8 км от завода. Медные соли относятся к классу опасности II. Токсичные свойства меди были изучены гораздо меньше, чем аналогичные свойства других элементов. Потребление человеком большого количества меди приводит к болезни Уилсона, при которой избыток меди оседает в мозговой ткани, коже, печени и поджелудочной железе.

Содержание природного марганца в растениях, животных и почве очень высокое. Основными направлениями производства марганца являются легированные стали, сплавы, электрические батареи и другие химические источники энергии. Наличие марганца в воздухе выше нормы (среднесуточное содержание марганца в атмосфере — в воздухе населенных пунктов — составляет 0,01 мг/м3 ) наносит вред организму человека, что выражается в постепенном разрушении центральной нервной системы. Марганец относится к классу опасности II.

В настоящее время в России для оценки загрязнения почвы тяжелыми металлами используются как официально утвержденные, так и неофициальные нормативы. Их основная цель — предотвратить чрезмерное антропогенное накопление ТМ в почве в организме человека, избегая тем самым их негативных последствий. В отличие от однородной водной и воздушной среды, почва представляет собой сложную гетерогенную систему, которая изменяет поведение токсинов в зависимости от своих свойств. Трудности в обоснованной оценке экологического состояния почв являются одной из причин различных уровней фитотоксичности почв, выявленных разными исследователями.

Железо

Техногенные источники поглощения железа в окружающую среду. В зонах металлургических заводов в твердых выбросах содержится от 22000 до 31000 мг/кг железа.

В результате в овощеводстве накапливается железо.

Большое количество железа попадает в сточные воды и шламы металлургической, химической, технической, металлообрабатывающей, нефтехимической, химико-фармацевтической, лакокрасочной и текстильной промышленности. Содержание железа в сыром осадке, выпадающем в первичных осветлителях крупного промышленного города, может достигать 1428 мг/кг. Дым, промышленная пыль могут содержать большое количество железа в виде аэрозолей железа, его окислов и руд. Пыль железа или его оксидов образуется при заточке металлических инструментов, очистке деталей от ржавчины, прокатке железных листов, электросварке и других производственных процессах, в которых присутствует железо или его соединения.

Железо может накапливаться в почве, прудах, воздухе и живых организмах. В природе основные минералы железа подвергаются фотохимической деструкции, сложному образованию, микробиологическому выщелачиванию, в результате чего железо из плохо растворимых минералов попадает в воду.

Минералы, содержащие железо, окисляются бактериями типа Th. Феррооксиданты. Окисление сульфидов может быть описано в общих чертах следующими микробиологическими и химическими процессами на примере пирита. Как видно, в результате образуется еще один поверхностный загрязняющий воду компонент — серная кислота. Степень его микробиологического образования может быть оценена на этом примере. Пирит является распространенным загрязняющим компонентом угольных месторождений, и его выщелачивание приводит к подкислению шахтных вод. По оценкам, в 1932 году в реку Огайо США было доставлено около 3 млн. тонн H2SO4 с шахтной водой. Микробиологическое выщелачивание железа обусловлено не только окислением, но и восстановлением окисленных руд. В этом процессе принимают участие микроорганизмы, принадлежащие к различным группам.

В частности, представители родов Бациллы и Псевдомонаса и некоторых грибов превращают Fe3 обратно в Fe2.

Упомянутые здесь процессы, имеющие широкое распространение в природе, происходят также на полигонах ТБО горнодобывающих компаний, металлургических заводах, которые производят большое количество шлаков, отвалов и т.д. При дождевых, паводковых и грунтовых водах высвобождающиеся из твердой матрицы металлы переносятся в реки и водоемы. Железо встречается в природных водах в различных состояниях и формах в истинно растворенной форме и является компонентом почвенных отложений и гетерогенных суспензионных и коллоидных систем. Донные отложения рек и водохранилищ служат железными водохранилищами. Высокое содержание железа обусловлено геохимическими особенностями формирования почвенных горизонтов. Его повышенное содержание в почвенном покрове может быть вызвано использованием воды с естественно повышенным содержанием железа для орошения.

Никель

Вместе с Mn, Fe, Co и Cu никель относится к так называемым переходным металлам, соединения которых обладают высокой биологической активностью. В связи с особенностями структуры электронных трактов вышеперечисленные металлы, в том числе никель, обладают хорошо развитой способностью к образованию комплексов.

Никель способен образовывать стабильные комплексы, например, с цистеином и цитратом, а также со многими органическими и неорганическими лигандами. Геохимический состав материнской породы во многом определяет содержание никеля в почвах. Почвы, образованные из основных и ультраосновных пород, имеют самое высокое содержание никеля. По мнению некоторых авторов, предельные значения для избыточного и токсичного никеля варьируются в пределах от 10 до 100 мг/кг для большинства видов. Основная масса никеля неподвижна в почве, а очень слабая миграция в коллоидном состоянии и в составе механических суспензий не влияет на их распределение по вертикальному профилю и достаточно равномерна.

Появление никеля в природных водах связано с составом пород, через которые протекает вода: Встречается на участках сульфидных медно-никелевых руд и железо-никелевых руд. Он попадает в воду из почвы и из организмов растений и животных во время их разложения. Более высокое содержание никеля по сравнению с другими видами водорослей встречается в сине-зеленых водорослях. Соединения никеля в водных объектах также образуются из сточных вод никелеплавильных заводов, заводов синтетического каучука и никелевых концентраторов. Огромные выбросы никеля связаны со сжиганием ископаемого топлива.

Концентрация никеля может снижаться вследствие осаждения таких соединений, как сульфиды, цианиды, карбонаты или гидроксиды (при увеличении pH), его поглощения водными организмами и процессов адсорбции.

В поверхностных водах соединения никеля находятся в растворенном, взвешенном и коллоидном состоянии, количественное соотношение которых зависит от состава воды, температуры и значений pH. Сорбентами соединений никеля могут быть гидроксид железа, органические вещества, высокодисперсный карбонат кальция, глина. Растворенные формы представляют собой в основном сложные ионы, в основном с аминокислотами, гуминовыми и фульвиевыми кислотами, а также сильный цианидный комплекс. Наиболее распространенными в природных водах являются соединения никеля, в которых он присутствует в состоянии окисления +2. Соединения Ni3+ обычно образуются в щелочной среде.

Соединения никеля играют важную роль в качестве катализаторов кроветворных процессов. Его повышенное содержание оказывает специфическое влияние на сердечно-сосудистую систему. Никель — один из канцерогенных элементов. Это может вызвать респираторные заболевания. Предполагается, что свободные ионы никеля (Ni2+) примерно в 2 раза более токсичны, чем их комплексные соединения.

Металлургические предприятия ежегодно выбрасывают в атмосферу более 150 тысяч тонн меди, 120 тысяч тонн цинка, около 90 тысяч тонн свинца, 12 тысяч тонн никеля, 1,5 тысяч тонн молибдена, около 800 тонн кобальта и около 30 тонн ртути. На 1 грамм черновой меди в отходах медеплавильного завода содержится 2,09 тонны пыли, которая содержит до 15% меди, 60% окиси железа и 4% мышьяка, ртути, цинка и свинца. Механические и химические отходы содержат до 1000 мг/кг свинца, до 3000 мг/кг меди, до 10 000 мг/кг хрома и железа, до 100 г/кг фосфора и до 10 г/кг марганца и никеля. На Силезских цинковых заводах имеются полигоны ТБО с содержанием цинка от 2 до 12% и свинца от 0,5 до 3%.

Ежегодно на поверхность почвы выбрасывается более 250 тыс. тонн свинца с отходящими газами — это самый существенный загрязнитель в почве: свинец.

Методы определения тяжелых металлов

Сегодня существует две группы основных аналитических методов, которые определяют наличие тяжелых металлов в почве:

Электрохимический

Электрохимические методы классифицируются в соответствии с характером аналитического сигнала. Например, можно измерить потенциал одного из электродов (потенциометрия), сопротивление ячейки или проводимость раствора (кондуктометрия). Во многих случаях на электроды подается внешнее напряжение, после чего измеряется ток, протекающий через раствор (вольтамперометрические методы, особенно полярографические). В этом случае окислительно-восстановительные реакции происходят на поверхности электродов, т.е. происходит электролиз раствора. Если провести электролиз до конца и измерить количество тока, прошедшего в окисление (или редуцирование) вещества, можно рассчитать массу этого вещества. Этот метод называется кулонометрией. Иногда содержание определяемого вещества рассчитывается по массе электрода, т.е. по массе выброшенного на него продукта электролиза (электрогравиметрия).

Электрохимические методы достаточно селективны (за исключением кондуктометрии), поэтому их можно использовать для количественного определения одних элементов в присутствии других, раздельного определения различных форм элемента, расщепления сложных смесей и идентификации их компонентов, концентрирования некоторых микрозагрязнителей. Электрохимические методы широко применяются для контроля состава природных и сточных вод, почвы и пищевых продуктов, технологических растворов и биологических жидкостей. Эти методы не требуют сложного оборудования и не используют высоких температур и давлений. Различные электрохимические методы отличаются чувствительностью, точностью, скоростью и другими показателями и поэтому хорошо дополняют друг друга.

Рассмотрим методы электрохимической группы:

Вольтамперометрия

Вольтамперометрия — это аналитические методы, основанные на регистрации и изучении зависимости тока, проходящего через электролитическую ячейку, от внешнего наложенного напряжения. Графическое представление этого отношения называется вольтамперограммой. Анализ вольтамперограммы дает информацию о качественном и количественном составе анализируемого вещества.

Для записи вольтамперограммы требуется электролитическая ячейка, состоящая из индикаторного и эталонного электродов. Электрод сравнения обычно представляет собой насыщенный калориметрический электрод или ртутный слой в нижней части электролизера. В качестве электродов-индикаторов используются ртутные капли, микродиски из платины или графита.

В зависимости от типа индикаторного электрода вольтамперометрические методы делятся на полярографические и фактические вольтамперометрии. Если в качестве электрода-индикатора используется ртутный капельный электрод, то полученные зависимости ток/напряжение называются полярограммами, а метод анализа, соответственно, называется полярографией. Метод был разработан выдающимся чешским электрохимиком, лауреатом Нобелевской премии Яром. Гейровский (1922). При работе с любым другим индикаторным электродом, в том числе со стационарным ртутным электродом, это вольтамперометрия.

Потенциометрия

Потенциометрический анализ — это измерение тех веществ, которые находятся в ионном состоянии. Иными словами, растворы, почти всегда водные, действуют среди исследуемых объектов, хотя при наличии растворимых элементов анализируются и твердые частицы. Для анализа некоторых частиц может потребоваться электрод с чувствительной мембраной определенной формы, что полезно при анализе вязких веществ или гелей.

Потенциометрический анализ может быть выполнен в нескольких вариантах. Первое — прямая потенциометрия. Этот метод наиболее часто используется для измерения pH и зависит от типа самого электрода. Этот метод самый простой. Второй метод — потенциометрическое титрование, которое выполняется во многих вариантах. Его суть заключается в том, что для расчета показателей под управлением ионоселективного электрода осуществляется ряд химических реакций. Этот метод отличается от предыдущего высокими трудозатратами, но и более точным результатом. А третий метод — метод добавок — аналогичен описанному выше. Он осуществляется во многих вариантах, позволяющих проводить анализ малых концентраций.

Кулонометрия

Кулонометрия — электрохимический аналитический метод, основанный на измерении количества электричества, необходимого для электрохимической конверсии определенного вещества.

Кулонометрия различает два типа анализа:

• прямая кулонометрия;
• кулонометрическое титрование.

Кондуктометрия:

Методы кондуктометрического анализа основаны на измерении электропроводности исследуемых растворов.

Существует несколько методов кондуктометрического анализа:

Прямая кондуктометрия — метод, позволяющий определить концентрацию электролита непосредственно путем измерения электропроводности раствора с известным качественным составом;

Кондуктометрическое титрование — аналитический метод, основанный на определении содержания вещества по дробной кривизне. Кривая строится путем измерения удельной электропроводности анализируемого раствора, которая изменяется в результате химических реакций при титровании;

Хронопроводимость титрования — основано на определении содержания вещества по истечении времени, потраченного на титрование, автоматически фиксируется на диаграмме ленточным самописцем кривой титрования.

Это позволяет найти и рассчитать содержание тяжелых металлов в пробе почвы с низким пределом обнаружения.

Экстракционно-фотометрические методы

Эти методы широко используются в аналитической химии, и определение анализируемого компонента в экстракте может быть сделано фотометрическим или другими методами:

• полярографическим,
• спектральным.

Однако существуют некоторые группы методов извлечения, в которых фотометрические окончания наиболее эффективны и обеспечивают необходимую скорость и точность определения. Эти методы называются экстракционными фотометрическими. Очень распространена техника, при которой определенный микроэлемент преобразуется в водорастворимое цветное соединение, извлекается и экстракт фотомоделируется. Такая методика позволяет устранить тревожное влияние посторонних компонентов и повысить чувствительность определения, так как при экстракции присутствует концентрация микрозерен. Например, определение примесей железа в солях кобальта или никеля осуществляется путем выделения его тиоцианатных комплексов амиловым спиртом [3].

Спектрофотометрия

Метод спектрофотометрического анализа основан на спектральном селективном поглощении монохроматического потока световой энергии при прохождении через исследуемый раствор. Метод позволяет определять концентрации отдельных компонентов смесей краски с максимумом поглощения на различных длинах волн; он более чувствителен и точный, чем фотоэлектрический колориметрический метод. Известно, что метод фотоколориметрического анализа применим только для анализа окрашенных растворов; бесцветные растворы в видимой части спектра имеют незначительный коэффициент поглощения. Однако многие бесцветные и слабо окрашенные соединения (особенно органические) имеют характерные полосы поглощения в ультрафиолетовой и инфракрасной областях спектра, которые используются для их количественного определения. Метод спектрофотометрического анализа применим для измерения поглощения света в различных областях видимого спектра, в ультрафиолетовом и инфракрасном спектральном диапазоне, что значительно расширяет аналитические возможности метода.

Спектрофотометрический метод в ультрафиолетовом диапазоне спектра позволяет индивидуально определять двух- и трехкомпонентные смеси веществ. Количественное определение компонентов смеси основано на том, что оптическая плотность каждой смеси равна сумме оптических плотностей отдельных компонентов.

Атомно-абсорбционная спектроскопия

Метод атомно-абсорбционной спектроскопии в настоящее время является наиболее удобным методом определения содержания металлов в объектах окружающей среды, пищевых продуктах, почве, различных сплавах. Метод также используется в геологии для анализа состава пород и в металлургии для определения состава сталей.

Метод атомно-абсорбционной спектроскопии рекомендован большинством государственных стандартов для определения подвижного цинка в почве, природе и воде, а также во многих сплавах цветных металлов.

Метод основан на поглощении электромагнитного излучения свободными атомами в стационарном (непоглощенном) состоянии. На длине волны, соответствующей переходу от основного атома в возбужденное электронное состояние, численность населения основной плоскости уменьшается. Аналитический сигнал зависит от количества невозбужденных частиц в анализируемой пробе (т.е. от концентрации конкретного элемента), поэтому, измеряя количество поглощенного электромагнитного излучения, можно определить концентрацию конкретного элемента в исходной пробе.

Метод основан на поглощении ультрафиолетового или видимого излучения атомами газов. Образец вводится в газообразное атомное состояние. В качестве источника излучения используется лампа с полым катодом из определенного металла. Интервал между длинами волн спектральной линии, излучаемой источником света, и линией поглощения одного и того же элемента в пламени очень узкий, так что мешающее поглощение других элементов практически не влияет на результаты анализа. Метод спектрального анализа атомного поглощения характеризуется высокой абсолютной и относительной чувствительностью. Метод позволяет с большой точностью определять в растворах около восьмидесяти элементов в малых концентрациях, поэтому он широко используется в биологии, медицине (для анализа органических жидкостей), геологии, почвоведении (для определения микроэлементов в почвах) и других областях науки, а также в металлургии для исследований и управления технологическими процессами.

Излучение в диапазоне 190-850 нм пропускается через слой образцов атомных паров, полученных распылителем. В результате поглощения легких квантов атомы переходят в возбужденные энергетические состояния. Эти переходы в атомных спектрах соответствуют так называемым резонансным линиям, характерным для этого элемента. Согласно закону Буге-Ламберта-Бера, мерой концентрации элемента является оптическая плотность A = lg(I0/I), где интенсивность I0 и I излучения от источника измеряется до и после прохождения через поглощающий слой, соответственно.

По точности и чувствительности этот метод превосходит многие другие и поэтому используется для сертификации эталонных сплавов и геологических пород (путем трансформации в раствор).

Основное различие между атомно-абсорбционной и пламенной эмиссионной спектрометрией состоит в том, что последний метод измеряет излучение, испускаемое атомами в возбужденном состоянии в пламени, а атомное поглощение основано на измерении излучения, поглощенного нейтральными, невозбужденными атомами в пламени, которые во много раз больше в пламени, чем возбужденные. Это объясняет высокую чувствительность метода при определении тех элементов, которые обладают высокой энергией возбуждения, т.е. трудновозбуждаемы.

Источником света в ААС — лампа с полым катодом, которая излучает свет в очень узком диапазоне длин волн, около 0,001 нм. Линия поглощения определенного элемента немного шире полосы излучения, что позволяет измерять линию поглощения по максимуму. Прибор содержит необходимый комплект ламп, каждая лампа предназначена для обнаружения только одного элемента.

Кювета в ААС — это само пламя. Так как AAS соблюдает закон Баера, чувствительность метода зависит от длины поглощающего слоя пламени, который должен быть постоянным и достаточно большим. Пламя используется для производства с использованием ацетилена, пропана или водорода в качестве топлива и воздуха, кислорода или окиси азота в качестве окислителя. Выбранная газовая смесь определяет температуру пламени. Воздушно-ацетиленовое пламя и воздухопропан имеют низкие температуры (2200-2400 °C). Это пламя определяет элементы, соединения которых легко разлагаются при таких температурах. Воздушно-ацетиленовое пламя используется, когда возникают трудности с рекуперацией ацетилена; эта замена усложняет работу, так как технический пропан содержит примеси, загрязняющие пламя. При определении элементов, образующих труднодиссоцирующиеся соединения, используют высокотемпературное пламя (3000-3200 OS, получаемое из смеси окиси азота — ацетилена. Это пламя необходимо для определения алюминия, бериллия, кремния, ванадия и молибдена. Для определения мышьяка и селена, которые превращаются в свои гидриды, требуется восстановительное пламя, которое образуется при сжигании водорода в аргонно-воздушной смеси. Ртуть определяется (свободным методом), потому что она может существовать в паровом состоянии и при комнатной температуре.

Сравнительная оценка возможностей и свойств различных оптических методов не может быть абсолютной из-за большого разнообразия и специфики задач анализа. Требования к диапазону концентрации, точности и нижним пределам количественных определений могут варьироваться. В зависимости от веса анализируемой пробы требования к характеристикам пределов обнаружения, достигаемых с помощью используемого аналитического метода, значительно варьируются. Например, в случае большой массы пробы можно решить задачу определения примесей аналитическими методами, которые характеризуются низкими относительными пределами обнаружения. Если аналитик имеет лишь небольшую массу пробы, то аналитический метод характеризуется низкими абсолютными пределами обнаружения интересующих элементов. Экономическая эффективность этих методов играет важную роль в оценке недостатков и преимуществ различных методов: стоимость оборудования, энергопотребление, трудозатраты, продолжительность анализа.

Атомно-эмиссионный спектральный анализ является практически наиболее широко используемым эксплицитным высокочувствительным методом идентификации и количественного определения малых количеств элементов. Важным преимуществом метода по сравнению с другими оптическими спектральными, а также многими химическими и физико-химическими методами анализа является возможность одновременного количественного определения большого количества элементов в широком диапазоне концентраций с приемлемой точностью с использованием малой массы образца. Преимуществами метода атомно-флуоресцентного анализа являются относительно низкий фоновый уровень, высокая селективность измерений, малые спектральные помехи, что позволяет обнаруживать слабые аналитические сигналы и сажу. Одним из недостатков методов атомной абсорбции и, в некоторой степени, атомно-флуоресцентной спектрометрии является сложность обнаружения нескольких элементов одновременно.

Новые методы атомной флуоресценции и атомной ионизации с возбуждением и ионизацией атомов перестраиваемыми лазерами на красителях, а также некоторые современные варианты методов оптической атомной эмиссии и атомно-абсорбционного анализа заслуживают особого внимания с точки зрения возможности определения сверхмалого абсолютного содержания элементов (#10-11-10-12 г) оптическими атомными спектральными методами. В последнее время широкое распространение получил атомно-эмиссионный анализ с возбуждением спектров в высокостабильной индуктивно-связанной плазме (ICP-APP).

Современные анализаторы, основанные на этом методе, обычно содержат полихроматор с решеткой и приемником с зарядной связью. Такая оптическая схема позволяет одновременно регистрировать все спектральные линии в ультрафиолетовом и видимом диапазонах. Программное обеспечение современных анализаторов ICP-AES способно автоматически рассчитывать концентрацию обнаруженных элементов, исходя из интенсивности их спектральных линий с коррекцией фона и возможными спектральными перекрытиями. Соответственно, такие анализаторы характеризуются высокой точностью и производительностью.

Основные особенности MGA-915-M: Универсальность и селективность. Благодаря высокой селективности анализатор МГА-915М позволяет определять содержание большого количества элементов в образцах различного состава — при отсутствии или минимальной пробоподготовке. ААС с ЭТА и неизбирательным корректором поглощения Zeeman признан во всем мире эталонным методом определения низкого содержания элементов в образцах сложного состава.

Пределы обнаружения элементов на уровне лучших атомно-абсорбционных спектрометров, доступных на рынке аналитических приборов.

Автоматизация измерений. MGA-915M является полной автоматической машиной с автоматической сменой источников излучения и установкой соответствующих резонансных линий, имеется башенка на 6 ламп (компьютерная регулировка от одного элемента к другому без необходимости ручной регулировки). Для ввода образцов в МГА-915М используется автопробоотборник с 55 ячейками. Полученные данные могут непрерывно передаваться в систему управления для управления процессом. Анализ воздуха — с электростатическим разделением аэрозолей воздуха непосредственно в графитовом атомайзере. Анализ низких концентраций гидридообразующих элементов (особенно Se, As и др.) и ртути в природных водах с использованием приставки к гидриду ртути.

Возможен прямой анализ питьевой, сточной и морской воды и жидкого биотоплива (без предварительной пробоподготовки). Прибор имеет автономную систему охлаждения. Спектрометр «МГА-915М» может использоваться в области экологии, геологоразведки, контроля технологических процессов, утилизации промышленных сточных вод и научных исследований.

Экологический контроль:

• Измерение различных элементов в воде, почве, донных отложениях, атмосферном воздухе и тканях растительного и животного происхождения.

Технологический контроль:

• четкий анализ и постоянный контроль состава веществ в технологических процессах;
• входной контроль, контроль готовой продукции.

Медицина:

• Анализ тканей и жидкостей биологического происхождения (кровь, моча, волосы и т.д.).

Судебно-медицинская экспертиза: Анализ тканей и жидкостей биологического происхождения (кровь, моча, волосы и т.д.):

• Идентификация примесей и следовых количеств элементов.

Ветеринарные лаборатории:

• Корма, кровь, продукты животного происхождения.

Контрольные и сертификационные лаборатории:

• Анализ пищевых продуктов и кормов, сточных вод, природы, питьевой воды и воздуха.

Контроль качества вин и спиртных напитков:

• Содержание широкого спектра элементов в алкогольных напитках;
• Определение подлинности напитков.

Спектрометр измеряет концентрацию элементов, аналитические линии которых находятся в рабочем диапазоне спектра спектрометра путем атомно-абсорбционного анализа (АА) с электротермической атомизацией.

Контроль процесса измерения и обработки полученной информации осуществляется с помощью компьютера с установленным программным обеспечением. Дозирование жидкой пробы в распылительной печи может быть выполнено как ручным микро-дозированием объемом 5 … 50 мкл или с помощью автопробоотборника.

MGA-915″ предназначен для измерения содержания элементов (Ag, Al, As, Au, Ba, Be, Bi, Cd, Co, Cr, Cu, Fe, Hg, Mn, Mo, Ni, Pb, Pt, Rh, Ru, Se, Sn, Sb, Sr, Ti, V, Zn и т.д.). ) в различных объектах: различные виды воды (питьевые, природные, сточные и морские воды), атмосферный воздух, почвы, почвенные осадки и осадки сточных вод, продукты питания и сырьевые материалы (в том числе напитки), биологические ткани и жидкости (кровь, моча), продукция нефтехимического производства, металлы и сплавы и другие объекты.

Методика определения

Подготовка проб к анализу

Для измерения образцов на MGA 915M были подготовлены образцы для анализа. Для этого в коническую термостойкую колбу объемом 100 см3 поместили подвеску объемом 2,00 г, добавили и тщательно перемешали 10 см3 раствор азотной кислоты с молярной концентрацией 5 моль/дм3. Колбу закрыли стеклянной воронкой и поместили в кипящую водяную баню на 3 часа. Образец перемешивался каждый час.

После охлаждения раствор был отфильтрован через фильтр в градуированную колбу объемом 50 см3 и образец был промыт на фильтре и в оригинальной колбе биодисперсной водой (ок. 30 см3). Полученный фильтрат был приведен к отметке биологически дистиллированной водой. Затем был приготовлен пустой образец. Проба подготавливалась и анализировалась одновременно с каждой партией рабочих проб, с использованием тех же реагентов и в тех же количествах, что и для анализа проб, но без фиксации анализируемого объекта.

Градуировка спектрометра

Разделительная характеристика спектрометра — это сигнал от массы элемента.

Графитовая ячейка распылителя инжектируется последовательно с помощью дозатора или с помощью разделительного раствора площадью 10,20,40 мм2. Рекомендуемые значения массовой концентрации делительных растворов для каждого элемента при делительном и пробном анализе.

Каждый из рекомендуемых объемов делительного раствора вводился в графитовую ячейку 5 раз подряд, а аналитический сигнал измерялся с помощью программного обеспечения спектрометра. Затем вычислялось среднее арифметическое сигнала для всех входов и его SCR, которое не должно превышать 6%.

Измерение массовой концентрации элементов в рабочем образце

Перед тем, как приступить к измерению содержания конкретного элемента в образцах, была выполнена «распыление пустого значения». Приготовленные образцы анализируются с помощью ЭЭ-спектрометра, при этом графитовая кювета должна быть обязательно предварительно драннелирована.

Рекомендуется начинать анализ с ввода графитовой кюветы с минимально возможным объемом пробы (10 мм3). В зависимости от принятого значения аналитического сигнала принимается следующее:

• если величина сигнала мала (менее половины величины сигнала от точки первого деления), то объем дозированной пробы увеличивается, но не более чем до 40 мм3
• если значение концентрации в окне результатов заменить на «> калибр.» или «неверное значение», проба разбавляется таким образом, чтобы сигнал разбавленной пробы при дозировке от 10 до 40 мм3 находился примерно в середине диапазона калибровочной кривой.

Обсуждение результатов

Среди многих проблем, стоящих сегодня перед человечеством, на первом месте стоит проблема загрязнения окружающей среды различными химическими веществами — продуктами техногенеза, большая часть которых накапливается в почве. Тяжелые металлы играют важную роль среди загрязняющих веществ. Основным фактором, обусловливающим актуальность этой экологической ситуации, остается высокая концентрация загрязняющих и разрушающих природу производств, преобладание таких экологически опасных производств, как черная и цветная металлургия, химическая и горнодобывающая промышленность, машиностроение и другие. Антропогенные почвы отличаются от природных по своим химическим и гидрофизическим свойствам. Они переупаковываются, почвенные горизонты смешиваются и обогащаются строительными и бытовыми отходами и поэтому обладают более высокой щелочностью, чем их естественные аналоги. Большая часть загрязняющих веществ попадает в городские почвы с атмосферными осадками со свалок промышленных и бытовых отходов. Особенно опасно загрязнение почвы тяжелыми металлами. Для оценки содержания тяжелых металлов, таких как медь, никель, цинк и свинец, в природных и антропогенных почвах Тульской области методом атомно-абсорбционной спектроскопии измерялось содержание их кислото-растворимых форм. Этот метод основан на извлечении элементов из образцов почвы с последующим измерением их массовой концентрации с помощью атомно-абсорбционного спектрометра с электротермической атомизацией модификации МГА-915М.

Результаты измерений, представленные в таблице 1, показывают, что наибольшее содержание тяжелых металлов в почве наблюдается непосредственно в городах. Неравномерное распределение происходит из-за различной интенсивности антропогенного фактора в местах проведения измерений. Промышленно-производственные и сельскохозяйственные зоны сосредоточены в городах и ближайших к ним районах.

Наиболее выраженное загрязнение наблюдается в антропогенных почвах городов Плавск, Суворов и Новомосковск, что связано с развитой промышленностью в этих областях (химической, энергетической, горнодобывающей, машиностроительной и т.д.), интенсивным сельским хозяйством и разветвленной сетью автомобильных дорог.

Технико-экономическое обоснование диссертации

Почвы играют важную роль в круговороте тяжелых металлов, это гетерогенные смеси различных органических и органо-минеральных компонентов глинистых минералов, оксидов железа, алюминия и марганца и других твердых частиц, а также различных растворимых соединений. В силу разнообразия типов почв, условий их окисления и восстановления, а также их реакционной способности, механизмы и методы связывания тяжелых металлов в почвах различны. Тяжелые металлы в почвах присутствуют в различных формах: в кристаллической решетке минералов в виде изоморфной смеси, в солевой и оксидной форме, в составе различных органических веществ, в ионообменном состоянии и в растворимой форме в почвенном растворе. Следует отметить, что тяжелые металлы, которые переносятся из почвы в растения, а затем в организмы животных и человека, имеют способность к постепенному накоплению. Ртуть, кадмий, свинец и мышьяк являются наиболее токсичными веществами, и их отравление имеет серьезные последствия. Менее токсичны: цинк и медь, но их загрязнение почвы подавляет микробиологическую активность и снижает биологическую продуктивность.

Тяжелые металлы уже занимают второе место по степени опасности, уступая пестицидам и значительно опережая такие известные загрязнители, как углекислый газ и сера. В будущем они могут стать более опасными, чем отходы АЭС и твердые отходы. Загрязнения тяжелыми металлами связаны с их широким использованием в промышленном производстве. Неадекватные системы очистки позволяют тяжелым металлам попадать в окружающую среду, в том числе в почву, загрязняя и отравляя ее. Тяжелые металлы относятся к особым загрязняющим веществам, наблюдение за которыми является обязательным во всех средах.

В настоящее время в России для оценки загрязнения почвы тяжелыми металлами используются как официально утвержденные, так и неофициальные нормативы. Их основная цель — предотвратить проникновение тяжелых металлов в организм человека за пределы антропогенного накопления твердых металлов в почве, избегая тем самым их негативных последствий.

Среди многих проблем, стоящих сегодня перед человечеством, на первом месте стоит проблема загрязнения окружающей среды различными химическими веществами — продуктами техногенеза, большая часть которых накапливается в почве. Тяжелые металлы играют важную роль среди загрязняющих веществ. Основным фактором, обусловливающим актуальность этой экологической ситуации, остается высокая концентрация загрязняющих и разрушающих природу производств, преобладание таких экологически опасных производств, как черная и цветная металлургия, химическая и горнодобывающая промышленность, машиностроение и другие. Антропогенные почвы отличаются от природных по своим химическим и гидрофизическим свойствам. Они переупаковываются, почвенные горизонты смешиваются и обогащаются строительным мусором и бытовыми отходами и поэтому обладают более высокой щелочностью, чем их естественные аналоги. Большая часть загрязняющих веществ попадает в городские почвы с атмосферными осадками со свалок промышленных и бытовых отходов. Особенно опасно загрязнение почвы тяжелыми металлами. Для оценки содержания тяжелых металлов, таких как медь, никель, цинк и свинец, в природных и антропогенных почвах Тульской области методом атомно-абсорбционной спектроскопии измерялось содержание их кислото-растворимых форм. Этот метод основан на извлечении элементов из образцов почвы с последующим измерением их массовой концентрации с помощью атомно-абсорбционного спектрометра с электротермической атомизацией модификации МГА-915М.

Требования охраны труда

Общие сведения

Лаборатория должна быть оснащена системой водоснабжения, канализации, электроснабжения, боксами с механической приточно-вытяжной вентиляцией, центральным отоплением и горячим водоснабжением, газифицированными.

Лаборатория должна быть оборудована раковинами для мытья рук персонала и умывальниками для моющего оборудования. Руки должны быть высушены электрическими полотенцами.

Помещения должны быть оборудованы легко открывающимися истребителями и вентиляторами, которые летом оборудованы небольшими сетками, а также вытяжными колпаками с индуктивной вентиляцией (скорость воздуха при открытых крыльях составляет не менее 1 м/с).

Выхлопные клапаны должны быть максимально закрыты во время работы (опущены с небольшим зазором внизу для тяги), их можно открывать только во время обслуживания оборудования и установок. Поднятые крылья должны быть надежно закреплены устройствами, предотвращающими их непредвиденное падение.

Выключатели вентиляции в вытяжных шкафах должны находиться рядом с вытяжными шкафами, а розетки для включения приборов, расположенные в вытяжных шкафах, должны быть выведены на их внешние стороны.

Вытяжные шкафы должны располагаться на концах (краях) с учетом исключения возможности их случайного открывания Розетки должны быть размещены на передней стороне рабочего стола снаружи вытяжного шкафа.

Вентиляция лабораторных помещений должна быть оборудована в соответствии с СНиП-69-78 «Нормы проектирования лечебно-профилактических учреждений». При эксплуатации вентиляторов, помимо соблюдения положений «Инструкции по эксплуатации и проверке работоспособности вентиляторов в медицинских учреждениях» от 20.03.75г. «1231-75 и ГОСТ 12.3.018-79 ССТБ», необходимо назначить лицо, непосредственно отвечающее за эксплуатацию систем вентиляции по приказу руководителя (главного врача санитарно-эпидемиологической станции).

Принцип работы вентиляционного оборудования должен быть таким, чтобы давление в коридорах было несколько выше, чем в лабораторных помещениях и боксах. Воздух из коридора в боксы должен направляться через верхнее отверстие (фильтры), оснащенное фильтром.

Все лабораторные помещения должны иметь естественное и искусственное освещение, отвечающее требованиям строительных норм. Для отдельных помещений (термальное помещение, фотолаборатория и т.д.) естественное освещение не допускается. В каждой комнате должен быть общий выключатель.

Температура воздуха в лабораторных помещениях должна поддерживаться в пределах от 18 до 21°. Для зон III и IV климатических зон в летний период необходимо устанавливать системы кондиционирования воздуха с охлаждением.

Стены в лабораторных помещениях должны быть облицованы глазурованной плиткой высотой до 1,5 м или окрашены светлой масляной краской; в ящиках, сервисных и погрузочно-разгрузочных помещениях, в виварии — белой плиткой или плиткой из гладких синтетических материалов Ширина основных проходов к рабочим местам или между двумя рядами оборудования должна быть не менее 1,5 метра с учетом любых выступающих конструкций.

Столы, на которых при дневном свете проводится микроскопическое исследование, должны располагаться рядом с окнами

Рабочие поверхности столов должны быть выполнены из водонепроницаемого, кислото- и щелочестойкого, негорючего материала, не подвергающегося воздействию кипящей воды и дезинфицирующих растворов.

Лабораторная мебель должна быть окрашена легким маслом или эмалевой краской. Внутренние и внешние поверхности мебели должны быть свободны от щелей и пазов, препятствующих обработке дезинфицирующими средствами.

Лабораторная мебель должна располагаться во время производства анализов и рационально соотноситься с основными потоками технологического процесса

В коридорах или в легкодоступных местах должны быть установлены щиты, содержащие комплект средств пожаротушения, а также пожарный гидрант и огнетушитель Огнетушители следует размещать в помещениях, в которых обрабатываются пожарные или взрывоопасные реагенты и легковоспламеняющиеся обогреватели.

Оборудование и аппаратуру следует размещать в каждой лаборатории таким образом, чтобы они были максимально просты в использовании и занимали как можно меньше времени при передвижении.

Следует помнить, что умелый уход за помещениями, бережное обращение с оборудованием, инвентарем, приборами, поддержание чистоты и порядка на рабочем месте являются необходимыми элементами промышленной эстетики, гигиены и санитарии.

Запрещено пользоваться лабораторными помещениями:

• оставлять горящие горелки и другие нагревательные устройства без присмотра, работать на горелках с неисправными кранами, держать вату, марлю, спирт и другие горючие материалы рядом с горящими горелками;
• удалять случайные разливы горючих жидкостей при зажженных горелках и включенных электронагревателях;
• разжечь огонь и включить электричество, если в лаборатории пахнет газом. Во-первых, необходимо обнаружить и устранить утечку газа, а также проветрить помещение. Место утечки газа должно быть определено с помощью мыльной воды. Все мероприятия по устранению утечки газа должны проводиться аварийной службой газовой сети;
• выполнять работы, связанные с дистилляцией, удалением, истиранием загрязняющих веществ и т.д. в случае неисправной вентиляции;
• при работе в вытяжном шкафу держите голову под вытяжным шкафом;
• попробовать и вдыхать неизвестные вещества;
• наклонить головку над сосудом, в котором кипит жидкость или в который наливается быстро испаряющаяся жидкость;
• хранить запасы токсичных, сильных, взрывчатых веществ и растворов на столах и полках;
• хранить и использовать реагенты без этикеток;
• для хранения веществ неизвестного происхождения в рабочих зонах;
• курить, хранить и употреблять в пищу продукты питания и выращивать цветы в цветочных вазах в коробках и помещениях, предназначенных для обращения с инфекционными материалами;
• работать без специальной или гигиенической одежды и средств безопасности;
• выполнение работы, не связанной с выполнением задачи;
• высушить все на обогревателях;
• перекрывать и загораживать коридоры и проходы, а также проходы для огнетушителей.

Во избежание поражения электрическим током, это запрещено:

• транспортировка включенных электроприборов и ремонт электроприборов, находящихся под напряжением
• Подвешивать различные предметы и предметы к электроприборам, вилкам, выключателям и проводам, а также армировать провода канатами или шнурами.

Характеристики условий труда в лаборатории

Процедуры обеспечения безопасности лабораторных работ

Особая опасность кислот и щелочей заключается в том, что они могут воздействовать на глаза, поэтому все лица, работающие в лаборатории, должны носить защитные очки, чтобы избежать ожогов при работе с агрессивными веществами. Работа с кислотами и щелочами без защитных очков запрещена.

При работе с концентрированными кислотами и щелочами необходимо соблюдать следующие меры предосторожности:

• Все работы должны выполняться в вытяжном шкафу;
• В дополнение к защитным очкам носите резиновые перчатки, наручные повязки и каучуковый фартук;
• Желательно, чтобы рабочие носили костюмы по ГОСТам: 12.4.036-78; 12.4.037-78; 12.4.038-78; 12.4.039-78;
• Использовать специальные ловушки для переливания из бутылок, содержащих кислоты, щелочи и другие агрессивные жидкости;
• Концентрированная кислота удаляется из сосуда только специальной пипеткой с лампочкой или сифоном;
• При приготовлении разбавленных растворов кислоты сначала залейте в емкость необходимое количество воды, а затем постепенно добавьте кислоту. Не заливайте воду в кислоту;
• Для приготовления щелочных растворов опустите определенное количество щелочи в большую емкость с широким горлом, залейте необходимое количество воды и тщательно перемешайте. Куски щелочи следует удалять только клещами;
• Крупные куски едкой щелочи разбить на мелкие кусочки в специальном месте, накрыть разбитые куски ремнями или другим материалом. Для этой работы используются защитные очки, фартук и перчатки;
• После нейтрализации в раковину заливают концентрированные кислоты и щелочи;
• Большое количество кислот и щелочей хранится на специальных вентилируемых складах;
• Концентрированные кислоты и щелочи хранятся в специально отведенном месте в корзинах хорошего качества или прогонах, облицованных минеральной ватой или стружкой;
• Бутылки, содержащие кислоты, щелочи и другие агрессивные вещества, транспортируются вместе в специальных ящиках или корзинах или на специальной тележке Перед транспортировкой кислот, щелочей и других агрессивных жидкостей необходимо проверить пригодность контейнера для использования;
• Чтобы раствор не нагревался, при приготовлении щелочных растворов предварительно поместите посуду в водяную баню.

Использованные кислоты, щелочи должны собираться отдельно в специальных лотках, которые затем нейтрализуются.

Если вы моете посуду смесью хрома, следите за тем, чтобы она не попадала на кожу, одежду или обувь.

Пролитую щелочь следует засыпать песком, затем удалить песок, залить сильно разбавленной соляной кислотой или уксусом. Затем удалите кислоту тряпкой, вымойте стол и перчатки.

Если пролилась кислота, ее следует засыпать песком, затем удалить промокший песок лопатой и накрыть его содой, затем также удалить соду и промыть место большим количеством воды.

Если проливаются нетоксичные растворы, достаточно протереть поверхность стола тканью, удерживаемой в резиновой перчатке, затем хорошо прополоскать тканью, вымыть стол и перчатки водой.

Когда кислые и щелочные растворы закипают и до полного остывания не закрывать миски (пробирки и колбы) плотно пробкой

Не сливать легковоспламеняющиеся жидкости в канализацию. Они должны быть собраны в герметичные контейнеры, которые удаляются из лаборатории (в конце рабочего дня).

При случайном попадании воспламеняющихся жидкостей все газовые горелки и нагреватели должны быть немедленно отключены. Место, где проливаются жидкости, должно быть покрыто песком. Сбор глинистого песка должен производиться неметаллическими лопатами.

Все работы, при которых даже слегка пахнущие загрязнители — такие как бензол, нитробензол, толуол, ксилол, хлороформ, диэтиловый эфир, спирты, эфиры органических кислот, диоксид серы — испаряются в атмосфере лаборатории, следует проводить только в вытяжном шкафу.

Производственное освещение

Освещение — это естественное и искусственное освещение, которое позволяет рабочим осуществлять производственный процесс. Рациональное освещение является показателем высокого уровня работы, эргономики и рабочей этики.

Освещение комнаты использует естественный, искусственный и смешанный свет. Естественное освещение делится на боковое (одностороннее или двустороннее) через отверстия во внешних стенах, освещение сверху через отверстия и панели и комбинированное освещение через комбинацию верхнего и бокового освещения.

Искусственное освещение может быть общим (равномерным и локализованным) и комбинированным.

Рациональные световые потоки играют важную роль: Рабочие поверхности должны быть свободны от резких теней и полностью рассеянного света. Равномерному распределению яркости способствует светлый цвет потолка, стен и оборудования.

Чтобы охарактеризовать освещенность лаборатории, необходимо описать тип освещения, постоянство освещения во времени, безопасность осветительного оборудования.

Вентиляция представляет собой комплекс взаимосвязанных процессов, направленных на создание организованного воздухообмена, т.е. удаление загрязненного или перегретого воздуха с производственной территории и подача вместо него чистого и охлажденного воздуха, что может создать благоприятные условия в рабочей зоне.

Вентиляционные системы делятся на механические и естественные. Возможно комбинирование этих двух типов вентиляции. При механической вентиляции обмен воздуха происходит при помощи специальных стимулов — вентиляторов; при естественной вентиляции — за счет разной плотности воздуха снаружи и изнутри.

В зависимости от места использования: общая вентиляция, если воздухообмен происходит во всем помещении; локальная вентиляция — воздухообмен происходит только в пределах рабочей зоны.

Общие системы могут быть: приточными — организуется только приток воздуха, а вытяжка происходит естественным путём из-за повышения давления в помещении; вытяжным — организуется только вытяжка, а приток воздуха происходит путём его подсоса извне из-за его разряжения в помещении; приточно-вытяжными — организуется как приток, так и отток воздуха. Местные системы могут быть также приточными и вытяжными.

Для того, чтобы охарактеризовать вентиляцию в лаборатории, необходимо описать ее характер, способность обеспечить требуемую чистоту воздуха, ее эксплуатационную надежность.

Вывод

Изучен принцип работы атомно-абсорбционного спектрометра с электротермической атомизацией «МГА-915М».

Установлено повышенное содержание тяжелых металлов (медь, никель, свинец) в пробах почвы из Плавска, Суворова и Новомосковска в связи с расселением на этих территориях крупных промышленных предприятий.

По карте загрязнения почв тяжелыми металлами Тульской области: районы Плавска, Киреевска, Ефремовского относятся к зоне среднего загрязнения, а Суворовский и Новомосковский районы — к зоне высокого загрязнения.

Список литературы

1. Абашеева Н.Е. Агрохимикаты почв транссбактерий. — Новосибирск: Наука, 1993.
2. Добровольский Г.В. Тяжелые металлы: загрязнение и глобальная геохимия // Тяжелые металлы в окружающей среде. — М.: Издательский дом МГУ, 1980 — С.3-12.
3. Основы аналитической химии. Практическое руководство / Под ред. Ю.А. Золотова. М.: Выш. шк. 2002.
4. Пилипенко А.Т., Пятницкий И.В. Аналитическая химия. Через 2 т.м.: Химия, 1991.
5. Основы аналитической химии / Под ред. Ю.А. Золотова. В 2-х томах М.: Выш. шк. 2001.
6. Буренков Е.К., Гинзбург Л.Н., Грибанова Н.К. и другие. Комплексная эколого-геохимическая оценка техногенного загрязнения природной среды. — М.: «Прима-пресс», 1998 — 72 с.
7. Управление природными ресурсами. Учебник. Арустамов Е.А. Издательский дом «Дашков и Ко М — 2001».
8. Основы экологии. В.Д. Валова. Издательство «Дашков и Ко». М — 2002.
9. Миркин Б.М., Наумова Л.Г. Экология России. М.: 1996. — 232 с.
10. Уильямс Д. «Металлы жизни». М.: Мир, 1974. — 236 с.
11. Майстренко В.Н., Хамитов Р.З., Будников Г.К. Экологический мониторинг суперэкотоксиков. М.: Химия, 1997. — 320 с.
12. Методы измерения массовой доли ванадия, кадмия, кобальта, марганца, меди, мышьяка, никеля, ртути, свинца, хрома и цинка в пробах почв, грунтов, почвенных отложений, осадков сточных вод методом атомной абсорбции с электротермическим распылением с использованием атомно-абсорбционных спектрометров модификаций .

Изучу , оценю , оплатите , через 2-3 дня всё будет на «4» или «5» !

Откройте сайт на смартфоне, нажмите на кнопку «написать в чат» и чат в whatsapp запустится автоматически.

Образовательный сайт для студентов и школьников

Копирование материалов сайта возможно только с указанием активной ссылки «www.lfirmal.com» в качестве источника.

© Фирмаль Людмила Анатольевна — официальный сайт преподавателя математического факультета Дальневосточного государственного физико-технического института

Загрязнение почв тяжелыми металлами, пестицидами

Плодородная земля, которая была дана людям, действительно драгоценна и стоит столько же, сколько угольные пласты, нефтяные месторождения и золотые жилы. Защита почвы от загрязнения является важной задачей для человека, так как вредные соединения в почве рано или поздно попадут в организм человека.

Во-первых, загрязнение общественных и подземных вод постоянно вымывается и может использоваться людьми для питья и других нужд.

Во-вторых, эти загрязнители из почвенной влаги, грунтовых вод и резервуаров попадают в организм животных и растений, которые потребляют эту воду, а затем снова попадают в организм человека через пищевую цепь.

В-третьих, многие соединения, вредные для организма человека, обладают способностью накапливаться в тканях, особенно в костях. По данным исследователей, ежегодно в биосферу вывозится от 20 до 30 миллиардов тонн твердых отходов. 50-60% из них — органические соединения, около 1 млрд. тонн газообразных или аэрозольных кислотных веществ.

Земельные ресурсы играют важную роль в российском аграрном секторе. В настоящее время земельные ресурсы сильно истощены из-за экологии и связанных с этим проблем. В этой статье сделана попытка изучить одну из наиболее важных проблем землепользования сегодня, загрязнение почвы пестицидами, и определить несколько способов ее решения.

Почвенный покров, наряду с его микромиром, играет роль универсальных биологических адсорбентов, оборудования для таможенной обработки, нейтрализаторов загрязнения и минерализаторов различных органических веществ. Свойства почвы определяются в первую очередь микрофлорой, составом и количеством микрофлоры, населяющей ее, а также устойчивостью почвенных микроорганизмов к внешним воздействиям, в том числе к воздействию пестицидов. Неконтролируемое использование пестицидов может вызвать необратимые качественные изменения в окружающей среде человека в течение жизни нашего поколения.

Современное состояние почвенного покрова

Почвенный покров Земли играет важную роль в обеспечении человечества продовольствием и сырьем для жизненно важных отраслей промышленности. Использование морских продуктов, гидропоники или искусственно синтезированных материалов для этой цели не может заменить производство наземных экосистем (продуктивность почвы), по крайней мере, в обозримом будущем. Поэтому постоянный мониторинг состояния почвы и почвенного покрова является необходимым условием для получения запланированных продуктов агролесоводства.

В то же время почвенный покров является естественной основой поселения людей и служит основой для создания рекреационных зон. Вы можете создать оптимальную экологическую среду для жизни людей, работы и отдыха. Чистота и состав воздуха, грунтовых и подземных вод зависят от характера почвенного покрова, природы почвы, а также химических и биохимических процессов в почве. Почвенный покров является одним из сильнейших регуляторов химического состава атмосферы и гидросферы. Почва всегда была главным условием существования нации и человечества в целом. Фундаментальные и важные ресурсы в контексте сохранения и улучшения почвенного покрова и, как следствие, сельскохозяйственного производства, промышленного развития, быстрого роста городов и транспорта хорошо зарекомендовали себя при использовании всех типов почв и земельных ресурсов.

Почва наиболее чувствительна к воздействию человека. Из всех земных раковин почвенный покров является самой тонкой оболочкой, и даже в черноземе толщина наиболее плодородного гумусового слоя в принципе не превышает 80-100 см, а во многих почвах в большинстве природных зон всего 15-20 см. Многолетняя растительность и разрушение почвы подвержены эрозии и сокращению.

В связи с плохо продуманным антропогенным воздействием и нарушением сбалансированной природно-экологической взаимосвязи почвы быстро развиваются нежелательные процессы минерализации гумуса, повышая кислотность или щелочность, накопление соли. И процесс восстановления развивается — все это резко ухудшает свойства почвы и, в крайних случаях, приводит к локальному разрушению почвенного покрова. Высокая чувствительность и хрупкость почвенного покрова обусловлены ограничениями буферизации и устойчивости почвы, а также воздействием сил, не свойственных почве с экологической точки зрения.

Даже Чернозем претерпел огромные изменения за последние 100 лет, вызывая осторожность и обоснованные опасения за свою будущую судьбу. Загрязнение почвы тяжелыми металлами, нефтепродуктами и моющими средствами становится все более заметным, воздействие азотной и серной кислот технологического происхождения возрастает, а вблизи некоторых промышленных предприятий формируются технические пустыни.

Общая информация о пестицидах

Пестициды — это в основном органические соединения с низкой молекулярной массой и различной растворимостью в воде. Химический состав, их кислотность или щелочность, растворимость в воде, структура, полярность, размер, молекулярная поляризация — все эти функции вместе или индивидуально влияют на процесс адсорбции и десорбции почвенными коллоидами. Принимая во внимание вышеупомянутые характеристики инсектицидов и сложный характер связывания при адсорбции и десорбции коллоидами, их можно разделить на два основных класса: полярные и неполярные, и не включенные в эту классификацию, Например, хлорорганические пестициды — ионные и неионные.

Пестициды, которые содержат кислотные или основные группы или которые диссоциируют в качестве катионов, образуют группу ионных соединений. Пестициды, которые не реагируют кислотно или щелочно, образуют группу неионогенных соединений.

На природу соединения и способность почвенного коллоида адсорбировать и десорбировать влияет природа функциональных групп и заместителей, а также степень функциональной группы и молекулярное насыщение. На адсорбцию молекул пестицидов почвенными коллоидами большое влияние оказывает природа молекулярного заряда, и полярность молекулы играет свою роль. Неравномерное распределение заряда увеличивает асимметрию молекулы и ее реакционную способность.

Почва функционирует главным образом как преемник пестицидов, которые разрушаются и постоянно попадают в растения и окружающую среду. Или он действует как хранилище, где он может жить годами после распространения.

Применение пестицидов

Использование пестицидов резко снижает потери урожая, снижает затраты на сельское хозяйство в два-три раза и ежегодно экономит от 10 до 12 миллиардов культур. Высокая экономическая эффективность пестицидов приводит к неуклонному увеличению их использования. На сегодняшний день ежегодное производство пестицидов в мире превысило 2 миллиона тонн. Глобальный ассортимент пестицидов включает более 100 000 наименований, основанных на более чем 700 химических веществах, относящихся к самым различным классам органических и неорганических соединений.

Признавая несомненные положительные эффекты химических методов борьбы с сорняками, потенциал гербицидов для других компонентов природной экосистемы: дикой природы, выращивания полезных диких растений, воздуха, почвы и водоемов. Побочные эффекты должны быть приняты во внимание. Нежелательные результаты возникают чаще всего при систематическом лечении больших площадей и связаны с появлением как токсичности, так и проблем окружающей среды. Наибольшую опасность представляют остатки пестицидов и их метаболиты, которые могут накапливаться и сохраняться в окружающей среде в течение десятилетий. При определенных условиях метаболиты пестицидов могут образовывать вторичные метаболиты, и их роль, значение и воздействие на окружающую среду часто остаются неизвестными.

Поведение пестицидов в почве

Пестициды в почве — мелкодисперсные вещества — подвержены ряду биологических и абиотических свойств. Некоторые определяют его поведение, трансформацию и, в конечном итоге, минерализацию. Тип и скорость превращения зависят от химической структуры действующего вещества и его стабильности, механического состава и структуры почвы, химических свойств почвы, состава флоры и фауны почвы, внешних воздействий и силы влияния сельскохозяйственной системы.

Чтобы правильно понять поведение пестицидов и других химических веществ в почве, необходимо учитывать как минимум наиболее важные факторы, влияющие на миграцию, деградацию, активность и срок годности в почве.

Вещества с высоким давлением пара относительно легко испаряются с поверхности почвы и в зависимости от структуры подвергаются более или менее быстрому фотохимическому разложению или окислению под воздействием солнечного света. Чем выше температура, тем быстрее испаряется вещество и происходит его фотохимическое разложение. Скорость движения воздуха над поверхностью почвы и состав почвы также оказывают существенное влияние на скорость испарения. Состав почвы оказывает большое влияние на испарение вещества. Это связано с тем, что адсорбционная способность изменяется, и чем выше адсорбционная способность почвы для конкретного вещества, тем медленнее испарение из конкретной почвы. Аналогично, способность почвы адсорбироваться, как упоминалось выше, влияет на способность материала выщелачиваться в нижние слои почвы.

Конечно, на стабильность пестицидов в почве большое влияние оказывает химическая стабильность вещества, особенно простота гидролиза. Гидролиз с водой является одним из наиболее важных процессов и в большинстве случаев приводит к расщеплению пестицидов и образованию менее токсичных соединений. Для легко гидролизуемых веществ влажность почвы очень важна. Самый простой гидролиз пестицидов происходит во влажных почвах. Кроме того, многие вещества легко окисляются кислородом воздуха. Это особенно характерно для производных тио- и дитиофосфорных кислот и фосфоновых кислот, а также когда в молекуле пестицида присутствуют сульфиды и другие окисляемые группы. Простое окисление в случае производных тиофосфорной кислоты и тиолфосфоновой кислоты в принципе приводит к образованию соединений, которые являются более токсичными для соединений позвоночника, но после их гидролиза образуется совершенно безопасное вещество.

Различные почвенные микроорганизмы, где пестициды часто являются источником углерода, могут оказывать существенное влияние на стойкость химических веществ в почве. Даже очень химически стабильные соединения разрушаются почвенными микроорганизмами. Во многих случаях эта деградация начинается не сразу, но через некоторое время микроорганизмам необходимо будет приспособиться к разрушению этого соединения. Алифатические и гидроксилсодержащие соединения наиболее легко разлагаются почвенными микроорганизмами.

Алкоксилированные ароматические соединения разлагаются несколько медленнее, чем вещества, которые не содержат кислород, серу или азот в качестве заместителей в ароматическом ядре, но все же быстрее. Как правило, ароматические соединения без таких заместителей гидроксилируются под воздействием микроорганизмов, после чего ароматическое ядро ​​разрушается. Разложение ароматических фенолов, аминов и сульфидов также в основном начинается с гидроксилирования ароматического ядра.

Большинство гетероциклических соединений относительно легко разрушаются почвенными микроорганизмами. Однако некоторые классы гетероциклических соединений, таких как пиримидины и бензимидазолы, разрушаются очень медленно.

Различные микроорганизмы, в том числе бактерии, грибки и актиномицеты, участвуют в разрушении химических веществ в почве.

Разрушение химических соединений в почве также происходит под воздействием растений. Он может поглощать некоторые вещества из почвы и перерабатывать их в простые продукты или некоторые другие метаболиты, которые образуют конъюгаты с растительным веществом.

Как уже упоминалось, срок годности пестицидов в почве сильно зависит от температуры. Чем выше температура почвы, тем быстрее разлагается препарат, как под воздействием химических факторов (гидролиз, окисление), так и под влиянием микроорганизмов и других людей почвы.

Различные штамы микроорганизмов разрушают пестициды с различной скоростью. Большое значение имеет также аэрация почвы. Некоторые вещества, например ДДТ, в анаэробных условиях разрушаются быстрее, чем в аэробных, что связано с различным механизмом разрушения. Если в обычных условиях первой стадией разрушения ДДТ является образование 1,1-дихлор-2,2-бис (4-хлорфенил) этилена, то в анаэрооных условиях происходит восстановление ДДТ до ДДД, разрушение которого протекает значительно быстрее.

Для правильного понимания поведения того или иного пестицида в почве необходимо изучение его метаболизма под влиянием почвенных микроорганизмов в различных условиях, причем даже гомологи одного и того же класса химических соединений часто в почве ведут себя различно, не только по персистентности, но и по направлениям разложения в разных условиях. Особенно сильно отличается поведение метальных гомологов различных классов органических соединений. Так, метиловые эфиры кислот фосфора являются сильными метилирующими средствами и в связи с этим легко отщепляют О—СН₃-группы, превращаясь в мало токсичные для позвоночных и других животных кислые эфиры. Метильная группа ароматических соединений легко окисляется до карбоксильной, что также приводит к снижению токсичности соединения, хотя в некоторых случаях окисление метильной группы ароматических соединений приводит к более токсичным соединениям. Важное значение имеет и окисление метильной группы, связанной с азотом. В этом случае в результате окисления происходит деметилирование, приводящее в большинстве случаев к менее токсичным продуктам, которые далее распадаются с выделением аммиака или азота.

По скорости разложения в почве пестициды предложено разделить на следующие шесть групп.

• Препараты с продолжительностью действия более 18 месяцев (большинство хлорорганических пестицидов).
• Препараты с продолжительностью действия около 18 месяцев (некоторые производные мочевины, пиклорам, симазин и другие триазины).
• Пестициды с продолжительностью сохранения в почве до 12 месяцев (производные бензойной кислоты, амиды кислот).
• Препараты с продолжительностью сохранения в почве до 6 месяцев (нитроанилины, акрилоксиалканкарбоновые кислоты и другие).
• Пестициды с продолжительностью сохранения в почве более 3 месяцев (производные карбаминовой кислоты, алифатические карбоновые кислоты и другие).
• Пестициды с продолжительностью сохранения в почве менее 3 месяцев (органические соединения фосфора и другие).

Выявление загрязнения почв

Обнаружение загрязнения почвы тяжелыми металлами осуществляется прямыми методами отбора проб почвы в исследуемом районе и химическим анализом содержания тяжелых металлов. Для этих целей также эффективно использовать некоторые косвенные методы: визуальную оценку состояния развития растений, анализ распределения видов и индикаторов поведения между растениями, беспозвоночными и микроорганизмами.

Сравнительные географические методы, а также методы картирования структурных компонентов биогеографии, включая почву, используются для определения пространственных закономерностей признаков загрязнения почвы. Такие карты не только фиксируют уровень загрязнения почвы тяжелыми металлами и соответствующие изменения в почвенном покрове, но также могут прогнозировать изменения условий окружающей среды. Было рекомендовано брать образцы почвы и растительности по радиусу от источника и учитывать преобладающие ветры вдоль маршрута длиной 25-30 км.

Расстояние от источника до обнаружения ореола загрязнения варьируется в широких пределах и может варьироваться от сотен метров до десятков километров в зависимости от интенсивности загрязнения и преобладающего ветра.

В Соединенных Штатах датчики были установлены на спутнике ресурсов ERTS-1 для измерения степени повреждения Веймаспина и серы почвой диоксидом серы. Источником загрязнения был цинковый завод, работающий с ежедневной эмиссией 6,3-9 тонн цинка. Концентрация цинка 80000 мкг / г была зафиксирована в поверхностном слое почвы в радиусе 800 м от завода. Растительность вокруг завода погибла в радиусе 468 га. Сложность использования дистанционных методов заключается в интеграции материалов, поскольку информация, полученная в результате серии контрольных испытаний в конкретной загрязненной зоне, должна быть расшифрована.

Определить уровень токсичности тяжелых металлов непросто. В почвах с различным механическим составом и содержанием органических веществ этот уровень будет другим. В настоящее время сотрудники Института здоровья пытаются измерить ПДК металлов в почве. Рекомендуется в качестве тестовых растений: ячмень, овес, картофель. Уровни токсичности учитывали при снижении продуктивности на 5-10%. ПДК-25 мг / кг для ртути, мышьяка 12-15, кадмия-20 мг / кг. Установлены разрушительные концентрации (г / млн) некоторых тяжелых металлов в растениях: свинец-10, ртуть-0,04, хром-2, кадмий-3, цинк и марганец-300, медь-150, Кобальт-5, молибден и никель-3, ванадий-2.

Воздействие пестицидов

Последствия чрезмерного использования пестицидов являются наиболее неожиданными и, что самое важное, биологически непредсказуемыми. Один тип вредителя часто заменяется другим, который производит иммунитет и может выжить даже после самого эффективного лечения. Чтобы преодолеть иммунитет людей, устойчивых к пестицидам, необходимо увеличить дозу лекарств, повышающих риск загрязнения окружающей среды. Перенос пестицидов по воздуху и поток иловой воды из биологической циркуляции веществ показали их токсическое воздействие в областях, где химические вещества никогда не использовались.

Растущее использование пестицидов, особенно гербицидов, во всем мире является важной задачей для исследователей тщательно и всесторонне изучить и предсказать все типы изменений, происходящих в биосфере, Должны быть разработаны эффективные меры для предотвращения нежелательных последствий химической химии или контроля за функционированием экосистем в загрязненных ситуациях.

Вредное воздействие пестицидов — это уничтожение полезных или экономически нейтральных видов и истощение экосистем, что также приводит к появлению устойчивой популяции вредных организмов. Они накапливаются в экосистемах и могут длиться несколько лет.

В настоящее время численность птиц, особенно хищных, значительно снизилась в результате хлорорганического отравления. Пестициды особенно токсичны для плотоядных животных, так как они постепенно концентрируются на организмах, когда они перемещаются по последнему звену в пищевой цепи. Опасность также заключается в том, что небольшие повторные введения могут привести к развитию потенциального хронического отравления, которое трудно диагностировать. Пестициды действуют как кумулятивные яды.

Защита почвы от загрязнения

Защита почвы от загрязнения тяжелыми металлами основана на улучшении производства. Например, одна технология использует 45 кг ртути для производства одной тонны хлора, а другая использует 14-18 кг. В будущем это значение может быть уменьшено до 0,1 кг.

Новые стратегии защиты почв от загрязнения тяжелыми металлами были также заключены при создании закрытых технологических систем в безотходных производственных организациях. Отходы химической и машиностроительной промышленности также являются ценным вторичным сырьем. Поэтому отходы производителей техники являются ценным сырьем для сельского хозяйства из-за фосфора.

В настоящее время задачей является набор обязательных проверок всех возможностей для утилизации каждого типа отходов перед захоронением или удалением.

Загрязнение воздуха тяжелыми металлами позволяет удалять их и внедрять в самые высокие сантиметры почвы, если они обогащены в больших количествах.

Недавно был рекомендован ряд химических веществ, которые могут инактивировать тяжелые металлы в почве или снизить их токсичность. Германия предложила использовать ионообменные смолы, которые образуют хелаты с тяжелыми металлами. Они используются в форме кислоты и соли или в смеси обеих форм.

В Японии, Франции, Германии и Великобритании одна из японских компаний запатентовала метод фиксации тяжелых металлов меркапто-8-триазином. С этим препаратом кадмий, свинец, медь, ртуть и никель прочно фиксируются в почве в нерастворимой и недоступной для растений форме.

Кальцификация почвы снижает кислотность удобрений и растворимость свинца, кадмия, мышьяка и цинка. Абсорбция растениями резко уменьшается. Кобальт, никель, медь и марганец в нейтральной или слабощелочной среде не наносят вреда растению.

Органические удобрения продолжают адсорбировать и поглощать большинство тяжелых металлов, аналогично органическим веществам в почве. Внесение больших доз органических удобрений, использование зеленых удобрений, птичьего помета и рисовой соломы снижает содержание кадмия и фтора в растениях, а также токсичность хрома и других тяжелых металлов.

Оптимизация минерального питания растений путем корректировки состава и дозировки удобрений также снижает токсическое воздействие отдельных элементов. В Англии почвы, загрязненные свинцом, мышьяком и медью, были устранены путем внесения минеральных азотных удобрений. Введение высоких доз фосфора позволило снизить токсичность свинца, меди, цинка и кадмия. Во время щелочной реакции среды на затопленных рисовых полях внесение фосфорных удобрений приводило к образованию фосфата кадмия, который был нерастворимым и недоступным для растений.

Однако уровень токсичности тяжелых металлов, как известно, варьируется между видами растений. Таким образом, устранение токсичности тяжелых металлов путем оптимизации минерального питания должно отличаться не только состоянием почвы, но и типом и разнообразием растений.

Многие виды и разновидности природных растений и культур, устойчивых к загрязнению тяжелыми металлами, были идентифицированы. К ним относятся хлопок, свекла и некоторые бобовые. Сочетание мер предосторожности с мерами по устранению загрязнения почвы тяжелыми металлами позволяет защитить почвы и растения от их токсического воздействия.

Одним из основных условий защиты почвы от биоцидного загрязнения является создание и использование менее токсичных и менее стойких соединений, а также их внесение в почву и дозы их внесения в почву. Существует несколько способов уменьшить количество биоцида без снижения эффективности культивирования.

Сочетание пестицидов и других методов. Как интегрировать борьбу с вредителями — сельское хозяйство, биологию, химию и т. д. В то же время задача состоит не в уничтожении целых видов, а в обеспечении защиты культуры. Украинские ученые используют микробиологические препараты в сочетании с небольшим количеством пестицидов. Это ослабляет организм вредителя и делает его более восприимчивым к болезням.

Чередование использования ядов с различными механизмами действия. Такой способ введения химического средства контроля предотвращает появление устойчивых форм вредителей. При обработке почв пестицидами лишь небольшая их часть достигает места токсического воздействия на растения и животных.

Остальное накапливается на поверхности почвы. Степень загрязнения почвы зависит от ряда причин, особенно от устойчивости самого биоцида. Под устойчивостью к биоцидам понимается способность ядов противостоять разрушительному воздействию физических, химических и биологических процессов.

В России и во всем мире защита окружающей среды от загрязнения пестицидами очень важна. Проблема использования пестицидов рассматривалась в России, США, Великобритании, Германии, Японии и других странах. Был сделан вывод о невозможности отказаться от их использования в ближайшее время. Определены конкретные методы рационального использования пестицидов в сельском хозяйстве.

Экологические соображения влияют на использование пестицидов для защиты растений. Во многих странах существуют строгие правила их применения. Он высоко оценил предотвращение загрязнения окружающей среды, накопление остатков пестицидов в сельскохозяйственных продуктах и ​​почвах, гибель полезных организмов и вред здоровью людей. В последнее время государственный контроль над пестицидами был усилен.

Заключение

Химические методы были улучшены с учетом экологических требований. Снижает токсичность пестицидов для теплокровных организмов и ограничивает использование хлорорганических и других лекарств, которые накапливаются в окружающей среде. В сельскохозяйственное производство были внедрены более совершенные методы использования пестицидов, что привело к снижению загрязнения окружающей среды пестицидами и, прежде всего, хлорорганическими продуктами.

Рациональное использование пестицидов связано с разработкой и внедрением комплексных измерительных систем, где химические методы сочетаются с агротехническими, биологическими, механическими и т. д. В этом случае учитывается экологическая ситуация, подлежащая защите, и критерии количества вредителей и полезных организмов.

Присылайте задания в любое время дня и ночи в whatsapp.

• Готовые заказы по всем предметам
• Готовые заказы по высшей математике
• Готовые заказы по физике
• Готовые заказы по химии
• Готовые заказы по экономике

Официальный сайт Брильёновой Натальи Валерьевны преподавателя кафедры информатики и электроники Екатеринбургского государственного института.

Все авторские права на размещённые материалы сохранены за правообладателями этих материалов. Любое коммерческое и/или иное использование кроме предварительного ознакомления материалов сайта natalibrilenova.ru запрещено. Публикация и распространение размещённых материалов не преследует за собой коммерческой и/или любой другой выгоды.

Сайт предназачен для облегчения образовательного путешествия студентам очникам и заочникам по вопросам обучения . Наталья Брильёнова не предлагает и не оказывает товары и услуги.

https://natural-world.ru/problemy/tyazhelye-metally-v-pochve.html
https://lfirmal.com/kursovaya-rabota-na-temu-tyazhelye-metally-v-pochve/
https://natalibrilenova.ru/zagryaznenie-pochv-tyazhelyimi-metallami-pestitsidami/