Мониторинг окружающей среды, лаб практикум

3.Порядоквыполненияработы

Построениекалибровочногографика

Используют рабочий раствор нитрата калия, который в количествах, указанных в табл. 19, вносят в мерные колбы вместимостью 25 см3 и доводят до метки дистиллированной водой. Стандартные растворы обрабатывают так же, как и пробу воды (см. ниже «Анализ исследуемых проб»), измеряют оптическую плотность и строят калибровочный график на миллиметровой бумаге в координатах: оптическая плотность – содержание нитрат-ионов в пробе, мкг. Калибровочный график вклеивают в отч¸т по работе.

Таблица 19

Приготовление стандартных растворов для построения калибровочного графика

Анализ исследуемых проб воды

Перед началом анализа необходимо внимательно осмотреть пробу. Если известно, что в ней присутствуют окрашенные органические соединения, необходимо отобрать 150 см3 пробы и прибавить 3 см3 суспензии гидроксида алюминия. После тщательного перемешивания дают пробе отстояться и фильтруют, отбрасывая первые порции фильтрата. Отбирают 20 см3 фильтрата (или пробы, если осветление не проводилось), добавляют 2 см3 салицилата натрия и выпаривают в фарфоровой чашке на водяной бане досуха. Затем охлаждают чашку с осадком, добавляют в не¸ 2 см3 концентрированной серной кислоты и оставляют на 10 мин. По истечении этого времени в чашку приливают 15 см3 дистиллированной воды, 15 см3 раствора смеси гидроксида натрия и сегнетовой соли, количественно переносят в мерную колбу вместимостью 50 см3 и охлаждают. После охлаждения

доводят объ¸м раствора дистиллированной водой до метки, перемешивают и измеряют его оптическую плотность при длине волны 410 нм (фиолетовый светофильтр).Измерение нужно проводить не позднее чем через 10 мин после приливания гидроксида натрия, в противном случае окраска раствора изменится. Фотометрирование проводят в кювете с толщиной слоя 1–5 см. Параллельно готовят холостую пробу с 20 см3 дистиллированной воды, в которую добавляют все указанные реактивы, и проводят те же операции, что и с пробой. По оптической плотности на калибровочном графике находят содержание нитратов в растворе. По найденному значению рассчитывают содержание нитрат-ионов в пробе (C, ìã/äì3):

(35)

ãäå m – содержание нитрат-ионов, найденное по калибровочному графику, мкг; V – объ¸м пробы, взятой для анализа, см3.

Округление результатов проводят в соответствии с диапазоном концентраций, указанных в табл. 20.

Вопросыдлясамоконтроля

1.Что понимают под «общим азотом», «минеральным азотом»?

2.В каких формах могут присутствовать соединения азота в природных водах?

3.Какие факторы влияют на содержание соединений азота в водо¸ме?

4.Назовите источники поступления соединений азота в водо¸мы.

5.К каким негативным последствиям приводит загрязнение воды соединениями азота?

рованной водой. Хранят в полимерной посуде под защитой от контакта с воздухом.

Персульфат аммония ((NH4)2S2O8, аммоний надсернокислый), свежеприготовленный 0,1%-ный раствор. 0,1 г персульфата аммония растворяют в 100 см3 дистиллированной воды. Применяют свежеприготовленный раствор.

Стандартный раствор Сr(VI) с концентрацией 10 мг/дм3. 0,0141 г бихромата калия (K2Cr2O7) взвешивают на аналитических весах, помещают в мерную колбу вместимостью 500 см3, растворяют в небольшом количе- стве дистиллированной воды и доводят до метки дистиллированной водой. Полученный раствор перемешивают.

Стандартный раствор Сr(VI) с концентрацией 100 мкг/дм3. В мерную колбу вместимостью 100 см3 помещают 1 см3 раствора хрома (VI) с концентрацией 10 мг/дм3 и доводят до метки дистиллированной водой.

По пункту 3:

Бидистиллированная вода. Дистиллированную воду повторно дистиллируют в бидистилляторе или лабораторной установке для перегонки воды, выполненной из кварца или стекла. Все растворы готовят только на бидистиллированной воде.

Соляная кислота (HCl), 1 М раствор. В стакан из термостойкого стекла помещают 200–300 см3 бидистиллированной воды, приливают 41,2 см3 концентрированной соляной кислоты (12,14 моль/дм3; 37,23% мас.; плотность 1,19 г/см3), тщательно перемешивают стеклянной палочкой, а затем разбавляют бидистиллированной водой до 500 см3. Срок хранения не ограничен.

Соляная кислота (HCl), 0,001 М раствор. В мерную колбу вместимостью 500 см3 помещают 0,5 см3 1 М соляной кислоты, разбавляют бидистиллированной водой до 500 см3 и перемешивают. Раствор хранят в полиэтиленовой посуде. Срок хранения раствора специально не устанавливается. Признаком его непригодности является существенное увеличение сигнала холостой пробы.

Гидроксид натрия (NaOH), 1 М раствор. 20 г гидроксида натрия растворяют в небольшом количестве бидистиллированной воды в стакане из термостойкого стекла, переносят в мерную колбу вместимостью 500 см3 и доводят до метки бидистиллированной водой. Хранят в полимерной посуде. Срок хранения – 2 месяца.

Натрия тетраборат (Na2B4O7 · 10H2O, натрий тетраборнокислый), 0,05 М раствор. В стакане из термостойкого стекла нагревают 400–450 см3

бидистиллированной воды и растворяют 9,5 г натрия тетрабората, раствор хорошо перемешивают, охлаждают до комнатной температуры и разбавляют до 500 см3 бидистиллированной водой. Раствор хранят в полиэтиленовой посуде. Срок хранения – 2 месяца.

Трилон Б (С10H14N2Na2O8 · 2Í2О, комплексон III, динатриевая соль эти- лендиамина-N,N,N’,N’-тетрауксусной кислоты (ЭДТА)), 0,05 М раствор. В стакане из термостойкого стекла нагревают 400–450 см3 бидистиллированной воды до 60–70°С, растворяют 9,3 г трилона Б, раствор хорошо перемешивают, охлаждают до комнатной температуры и разбавляют до 500 см3 бидистиллированной водой. Срок хранения не ограничен.

Перманганат калия (KМnO4), 0,1 М раствор.

Первый способ. Растворяют 3,2 г KМnO4 в 1 л дистиллированной воды. Раствор хранят в т¸мной бутылке, его можно применять не ранее чем через 2–3 недели.

Второй способ. Раствор готовят из стандарт-титра. Содержимое ампулы количественно переносят в мерную колбу вместимостью 1 дм3, растворяют в дистиллированной воде и объ¸м раствора доводят до метки дистиллированной водой.

Серная кислота (H2SO4), 1 Ì. 5,6 ñì3 концентрированной кислоты (96% мас.; плотность 1,84 г/см3) разбавляют до 100 см3 дистиллированной водой. Срок хранения не ограничен.

Внимание!Запрещаетсяприливатьводукконцентрированнойсернойкислоте.

Пероксид водорода (H2O2), 1 М раствор. В мерную колбу вместимостью 100 см3 помещают 11 см3 пероксида водорода, разбавляют бидистиллированной водой и перемешивают. Раствор устойчив в течение месяца при хранении в сосуде из т¸много стекла. Точное значение концентрации раствора находят перманганатометрическим методом.

Определение концентрации пероксида водорода перманганатометрическим методом. Определение концентрации пероксида водорода основано на реакции взаимодействия пероксида водорода с перманганатом калия в кислой среде:

2KMnO4 + 5H2O + 3H2SO4 = K2SO4 + 2MnSO4 + 5O2 + 8H2O

10 ñì3 раствора пероксида водорода помещают в мерную колбу вместимостью 100 см3, разбавляют до метки дистиллированной водой и перемешивают. Отбирают в конические колбы три аликвоты по 10 см3 каждая, добавляют по 15–20 см3 раствора серной кислоты и титруют

раствором перманганата калия при непрерывном перемешивании до устойчивой слаборозовой окраски, не исчезающей в течение 40–60 с.

По результатам каждого титрования вычисляют молярную концентрацию пероксида водорода, используя формулу

(36)

ãäå Ñ – концентрация пероксида водорода, моль/дм3; Vò – объ¸м перманганата калия, пошедшего на титрование, см3; Vï – объ¸м аликвоты перманганата калия, взятого для титрования, см3.

Допускаемое расхождение между результатами параллельных титрований не должно превосходить 2%. За окончательный результат измерения принимают среднее арифметическое полученных значений.

Боратный буферный раствор, рН = 11,8. К 200 см3 раствора тетрабората натрия с концентрацией 0,05 М приливают при перемешивании 35 см3 1 М раствора гидроксида натрия. Контролируют рН смеси при помощи рН-метра. Если рН меньше 11,8, то добавляют раствор гидроксида натрия. Если рН больше 11,8, то добавляют раствор тетрабората натрия. Раствор хранят в полиэтиленовой посуде. Срок хранения – 2 месяца.

Люминол (C8H7N3O2), 0,004 М раствор. В мерную колбу вместимостью 50 см3 помещают точную навеску люминола 0,0354 г, растворяют в 2 см3 1 М раствора гидроксида натрия, добавляют 10 см3 0,05 М раствора трилона Б, доводят до метки бидистиллированной водой и тщательно перемешивают. Раствор используют свежеприготовленным.

Смешанный реагент. В мерную пробирку вместимостью 20–25 см3 помещают0,5см3 1Мрастворапероксидаводородаи10см3 боратногобуферного раствора. К полученному раствору приливают 10 см3 раствора люминола. Раствор готовят непосредственно перед проведением измерений.

Гидроксиламин гидрохлорид (HONH2 · HCl, гидроксиламин солянокислый), раствор с массовой долей 1%. Навеску 1 г гидроксиламина солянокислого помещают в мерную колбу вместимостью 100 см3, растворяют в небольшом количестве бидистиллированной воды, перемешивают и доводят до метки бидистиллированной водой. Срок хранения раствора в холодильнике – 3 дня.

Хром (VI), концентрация раствора 100 мг/дм3. В мерную колбу вместимостью 50 см3 помещают 5 см3 ГСО (государственный стандартный образец) состава раствора хрома (VI), разбавляют до метки дистиллированной водой и тщательно перемешивают. Срок хранения раствора – 3 месяца.

106

C = 0,5 Vò ,

Vï

Хром (VI), концентрация раствора 10 мг/дм3. В мерную колбу вместимостью 50 см3 помещают 5 см3 раствора хрома (VI) с концентрацией 100 мг/дм3, разбавляют до метки дистиллированной водой и тщательно перемешивают. Срок хранения раствора – 3 месяца.

Хром (VI), концентрация раствора 1 мг/дм3. В мерную колбу вместимостью 50 см3 помещают 5 см3 раствора хрома (VI) с концентрацией 10 мг/дм3, разбавляют до метки дистиллированной водой и тщательно перемешивают. Срок хранения раствора – 2 месяца.

Хром (VI), концентрация раствора 100 мкг/дм3. В мерную колбу вместимостью 50 см3 помещают 5 см3 раствора хрома (VI) с концентрацией 1 мг/дм3, разбавляют до метки дистиллированной водой и тщательно перемешивают. Срок хранения раствора – 1 месяц.

Хром (III), концентрация раствора 100 мкг/дм3:

Первый способ. В стеклянный стаканчик или кварцевую чашку вместимостью 50 см3 помещают 25 см3 раствора хрома (VI) с концентрацией 100 мкг/дм3, добавляют 2,5 см3 1 М раствора соляной кислоты, прибавляют 1 см3 пероксида водорода и упаривают до минимального объ¸ма (приблизительно 1 капля). К остатку прибавляют 10 см3 0,001 М раствора соляной кислоты, слегка нагревают до растворения солей, переносят в мерную колбу вместимостью 25 см3 и разбавляют до метки тем же раствором соляной кислоты. Раствор готовят непосредственно перед употреблением.

Второй способ . Навеску 0,48 мг хромокалиевых квасцов (Cr2(SO4)3 · K2SO4 · 24H2O) помещают в мерную колбу вместимостью 500 см3, растворяют в небольшом количестве дистиллированной воды, перемешивают и доводят до метки дистиллированной водой.

По пункту 4:

Азотнаякислота(HNO3),концентрированная(15,7моль/дм3; 69,8%мас.; плотность 1,42 г/см3).

Основной раствор соли железа с концентрацией 100 мкг железа/см3. 0,8634 г железоаммонийных квасцов FeNH4(SO4)2·12H2Oрастворяютвдистиллированной воде, прибавляют 2 см3 соляной кислоты (12,14 моль/дм3; 37,23% мас.; плотность 1,19 г/см3), разбавляют дистиллированной водой до 1 дм3.

Рабочий раствор соли железа с концентрацией 10 мкг железа/см3. Рабочий раствор готовят в день проведения анализа, разбавляя основной раствор в 10 раз: 10 см3 основного раствора доводят дистиллированной водой до метки в мерной колбе на 100 см3.

107

ртуть). И хотя термин «тяж¸лые металлы» неудачен, им приходится пользоваться, так как он прочно вошел в экологическую литературу.

Вработах,посвящ¸нныхпроблемамзагрязненияокружающейприродной среды, на сегодняшний день к тяж¸лым металлам относят более 40 элементов периодической системы Д. И. Менделеева с атомной массой свыше 50:V,Cr,Mn,Fe,Co,Ni,Cu,Zn,Mo,Cd,Sn,Hg,Pb,Biидр.Приэтомнемаловажнуюрольвкатегорированиитяж¸лыхметалловиграютследующиеусловия:

–их высокая токсичность для живых организмов при относительно низких концентрациях;

–способность к биоаккумуляции.

Практически все металлы, попадающие под это определение (за исключением свинца, ртути, кадмия и висмута, биологическая роль которых на настоящий момент не ясна), активно участвуют в биологических процессах, входят в состав многих ферментов.

Формально определению «тяж¸лые металлы» соответствует большое количество элементов. Однако, по мнению исследователей, занятых практической деятельностью, связанной с организацией наблюдений за состоянием и загрязнением окружающей среды, соединения этих элементов не равнозначны как загрязняющие вещества (по токсичности, реакционной и миграционной способности и другим факторам). Поэтому во многих работах происходит сужение рамок группы тяж¸лых металлов в соответствии с критериями приоритетности, обусловленными направлением и спецификой работ. Так, в работах Ю. А. Израэля в перечне химических веществ, подлежащих определению в природных средах на фоновых станциях в биосферных заповедниках, в разделе тя- ж¸лые металлы поименованы Pb, Hg, Cd,As. С другой стороны, согласно решению Целевой группы по выбросам тяж¸лых металлов, работающей под эгидой Европейской экономической комиссии ООН и занимающейся сбором и анализом информации о выбросах загрязняющих веществ в европейских странах, только Zn, As, Se и Sb были отнесены к тяж¸лым металлам. По определению Н. Ф. Реймерса, отдельно от тяж¸- лых металлов стоят благородные и редкие металлы, соответственно, остаются только Pb, Cu, Zn, Ni, Cd, Co, Sb, Sn, Bi, Hg. В прикладных работах к числу тяж¸лых металлов чаще всего добавляют Pt, Ag, W, Fe, Au, Mn.

Ионы металлов являются обязательными компонентами природных водо¸мов. В зависимости от условий среды (pH, окислительно-восста- новительного потенциала, наличия лигандов) они существуют в разных степенях окисления и входят в состав разнообразных неорганических и

металлорганических соединений, которые могут быть истинно раство- р¸нными, коллоидно-дисперсными или входить в состав минеральных и органических взвесей.

Истинно раствор¸нные формы металлов, в свою очередь, весьма разнообразны, что связано с процессами гидролиза, гидролитической полимеризации (образованием полиядерных гидроксокомплексов) и комплексообразования с различными лигандами. От форм существования металлов в водной экосистеме зависит их доступность для водных микроорганизмов.

Многие металлы образуют довольно прочные комплексы с органи- ческими соединениями; эти комплексы являются одной из важнейших форм миграции элементов в природных водах. Большинство органических комплексов образуются по хелатному механизму и являются устой- чивыми. Комплексы, образуемые почвенными кислотами с солями железа, алюминия, титана, урана, ванадия, меди, молибдена и других тяж¸- лых металлов, относительно хорошо растворимы в условиях нейтральной, слабокислой и слабощелочной реакции среды. Поэтому металлорганические комплексы способны мигрировать в природных водах на весьма значительные расстояния. Особенно важно это для маломинерализованных и, в первую очередь, поверхностных вод, в которых образование других комплексов невозможно.

Для понимания факторов, которые регулируют концентрацию металла в природных водах, их химическую реакционную способность, биологическую доступность и токсичность, необходимо знать не только валовое содержание, но и долю свободных и связанных форм металла.

Переход металлов в водной среде в металлокомплексную форму имеет три следствия:

–может происходить увеличение суммарной концентрации ионов металла за сч¸т перехода его в раствор из донных отложений;

–мембранная проницаемость комплексных ионов может существенно отличаться от проницаемости гидратированных ионов;

–токсичность металла в результате комплексообразования может сильно измениться.

Так, хелатные формы Cu, Cd, Hg менее токсичны, нежели свободные ионы. Для понимания факторов, которые регулируют концентрацию металла в природных водах, их химическую реакционную способность, биологическую доступность и токсичность, необходимо знать не только их валовое содержание, но и долю связанных и свободных форм.

Основными источниками загрязнения вод тяж¸лыми металлами служат сточные воды гальванических цехов, предприятий горнодобывающей промышленности, черной и цветной металлургии, машиностроительных заводов. Тяж¸лые металлы могут попадать в водо¸мы вместе со стоком с сельскохозяйственных угодий, так как используемые удобрения и пестициды содержат микроколичества таких металлов, как цинк, хром, кадмий, ванадий, свинец, мышьяк и др.

Повышение концентраций тяж¸лых металлов в природных водах ча- сто связано с другими видами загрязнения, например, с закислением. Выпадение кислотных осадков способствует снижению рН и переходу металлов из сорбированного состояния в свободное.

Прежде всего представляют интерес те металлы, которые в наибольшей степени загрязняют атмосферу вследствие использования их в зна- чительных объ¸мах в производственной деятельности. В результате накопления во внешней среде они представляют серь¸зную опасность с точки зрения их биологической активности и токсичных свойств (табл. 21). К ним относят свинец, ртуть, кадмий, цинк, висмут, кобальт, никель, медь, олово, сурьму, ванадий, марганец, хром, молибден и мышьяк.

Таблица 21

Биогеохимические свойства тяж¸лых металлов

Примечание. В – высокая, У – умеренная, Н – низкая

При значительном содержании металлов в крови и тканях развиваются острые и хронические отравления. Причину отравления объясняют образованием комплекса иона металла с аминокислотами, пептидами, альгумином и другими веществами в организме человека.

Рассмотрим характеристику наиболее распростран¸нных в окружающей среде тяж¸лых металлов.

Железо. Главными источниками соединений железа в поверхностных водах являются процессы химического выветривания горных пород, сопровождающиеся их механическим разрушением и растворением. В процессе взаимодействия с содержащимися в природных водах минеральными и органическими веществами образуется сложный комплекс соединений железа, находящихся в воде в раствор¸нном, коллоидном и взвешенном состояниях. Значительные количества железа поступают с подземным стоком и со сточными водами предприятий металлургической, металлообрабатывающей, текстильной, лакокрасочной промышленности и с сельскохозяйственными стоками.

Основной формой нахождения Fe(III) в поверхностных водах являются его комплексные соединения с раствор¸нными неорганическими и органическими соединениями, главным образом гумусовыми веществами. При рН = 8,0 основной формой является Fe(OH)3.

Содержание железа в поверхностных водах суши составляет десятые доли миллиграмма в 1 дм3, вблизи болот – единицы миллиграммов в 1 дм3. Повышенное содержание железа наблюдается в болотных водах, в которых оно находится в виде комплексов с солями гуминовых кислот – гуматами. Наибольшие концентрации железа (до нескольких десятков и сотен миллиграммовв1дм3)наблюдаютсявподземныхводахснизкимизначениямирН.

Являясь биологически активным элементом, железо в определ¸н- ной степени влияет на интенсивность развития фитопланктона и каче- ственный состав микрофлоры в водо¸ме.

Концентрация железа подвержена заметным сезонным колебаниям. Например, обычно в водо¸мах с высокой биологической продуктивностью в летний и зимний период заметно увеличение концентрации железа в придонных слоях воды. Осенне-весеннее перемешивание водных масс (гомотермия) сопровождается окислением Fe(II) в Fе(III) и выпадением последнего в виде Fe(OH)3.

В природных водах и источниках питьевого водоснабжения содержание железа колеблется в больших пределах – от 0,01 до 26,0 мг/дм3. Железо в концентрации более 0,05 мг/дм3 прида¸т воде ж¸лтую окраску, а в концентрации 1 мг/дм3 – металлический привкус. Сульфат и хлорид железа придают воде привкус в концентрации 0,1–0,2 мг/дм3.

Содержание железа в воде выше 1–2 мг/дм3 значительно ухудшает органолептические свойства, придавая ей неприятный вяжущий вкус,

и делает воду малопригодной для использования в хозяйственно-питье- вых и технических целях.

Соединения железа для людей и теплокровных животных при введении внутрь малотоксичны. Например, ЛД50 растворимых соединений хлорида железа составляет 900 мг/кг массы. Абсолютная смертельная доза хлорида железа при при¸ме внутрь через сутки составила: для кроликов 890 мг/кг, для крыс 984–1986 мг/кг массы; сульфата железа – для кроликов 2778,8 мг/кг, для крыс 1389–2778 мг/кг массы.

Соединенияжелезавызываютраздражениеверхнихдыхательныхпутей, нарушение функций печени, снижение желудочной секреции, бронхит.

При поступлении в водо¸мы хлоридов, сульфатов и нитратов железа оно выпадает в осадок в виде гидроксида. Но малые концентрации железа остаются в растворе и при низком значении рН оказывают токсичное действие на рыб и мелкие водные организмы. Механизм вредного действия железа на рыб сводится к тому, что железо, находящееся в воде в виде гидроксида, осаждаясь на слизистой оболочке жабр рыб, закупоривает их и разъедает. В щелочной среде железо губительно для рыб даже в концентрации 0,9 мг/дм3. Для карпа железо губительно в концентрации 0,9 мг/дм3 при рН 5,5 и ниже; для щуки, линя и форели – в концентрации 1–2 мг/дм3 при рН 5,0–6,7; при концентрации 0,52 мг/дм3 оболоч- ка икры байкальского омуля покрывается хлопьями оксида железа и почти утрачивает механическую прочность.

Хлорид железа в сточных водах в концентрации 5 мг/дм3 (в пересч¸- те на ион железа) задерживает образование активного ила на очистных сооружениях и сбраживание осадка в метантенках; при этой концентрации гибнет микрофлора биологических фильтров.

Кадмий. В природные воды он поступает при выщелачивании почв, полиметаллических и медных руд, в результате разложения водных организмов, способных его накапливать. Соединения кадмия выносятся в поверхностные воды со сточными водами свинцово-цинковых заводов, рудообогатительных фабрик, ряда химических предприятий (например, производство серной кислоты), гальванического производства, а также с шахтными водами. Понижение концентрации раствор¸нных соединений кадмия происходит за сч¸т процессов сорбции, выпадения в осадок гидроксида и карбоната кадмия и потребления их водными организмами.

Раствор¸нные формы кадмия в природных водах представляют собой главным образом минеральные и органоминеральные комплексы. Основной взвешенной формой кадмия являются его сорбированные

соединения. Значительная часть кадмия может мигрировать в составе клеток гидробионтов.

Вречныхнезагрязн¸нныхислабозагрязн¸нныхводахкадмийсодержится в субмикрограммовых концентрациях, в загрязн¸нных и сточных водах концентрация кадмия может достигать десятков микрограммов в 1 дм3.

Ìåäü. Медь – один из важнейших микроэлементов. Физиологическая активность меди связана главным образом с включением е¸ в состав активных центров окислительно-восстановительных ферментов. Недостаточное содержание меди в почвах отрицательно влияет на синтез белков, жиров и витаминов и способствует бесплодию растительных организмов. Медь участвует в процессе фотосинтеза и влияет на усвоение азота растениями. Вместе с тем избыточные концентрации меди оказывают неблагоприятное воздействие на растительные и животные организмы.

Основным источником поступления меди в природные воды являются сточные воды предприятий химической, металлургической промышленности, шахтные воды, альдегидные реагенты, используемые для унич- тожения водорослей. Медь может появляться в результате коррозии медных трубопроводов и других сооружений, используемых в системах водоснабжения. В подземных водах присутствие меди обусловлено взаимодействием воды с медьсодержащими горными породами (халькопирит, халькозин, ковеллин, борнит, малахит, азурит, хризаколла, бротантин).

Содержание меди в природных пресных водах колеблется от 2 до 30 мкг/дм3, в морских водах – от 0,5 до 3,5 мкг/дм3. Повышенные концентрации меди (до нескольких граммов в 1 дм3) характерны для кислых рудничных вод.

Медь прида¸т воде неприятный привкус при концентрации 1,5 мг/дм3, окрашивает воду при концентрации 0,5 мг/дм3 и снижает е¸ прозрач- ность при концентрации 101 мг/дм3.

Смертельная доза для человека составляет 10 г/кг массы, доза 60– 100 мг/кг массы вызывает тошноту, рвоту, гастроэнтерит, а доза 10– 30 мг/кг массы не оказывает токсического действия при потреблении меди внутрь в течение нескольких недель.

При концентрации меди 0,01 мг/дм3 замедляются процессы само- очищения водо¸мов. При концентрации 0,4–0,5 мг/дм3 медь губительно действует на микрофлору, задерживает размножение микроорганизмов.

Поступая со сточными водами в почву при поливе, медь аккумулируется почвой и растениями, оказывает на них вредное действие, начи- ная с концентрации 0,1 мг/дм3. ОДК (ориентировочная допустимая кон-

центрация химического соединения в почве, установленная расч¸тным пут¸м) с уч¸том фона: 33 мг/кг для песчаных и супесчаных почв, 66 мг/кг для кислых (суглинистых и глинистых) почв, 132 мг/кг для близких к нейтральным и нейтральных (суглинистых и глинистых) почв.

Свинец.Естественнымиисточникамипоступлениясвинцавповерхностные воды являются процессы растворения эндогенных (галенит) и экзогенных (англезит, церуссит и др.) минералов. Значительное повышение содержания свинца в окружающей среде (в том числе и в поверхностных водах) связано со сжиганием углей, с применением тетраэтил-свинца в ка- честве антидетонатора в моторном топливе, с выносом в водные объекты со сточными водами рудообогатительных фабрик, некоторых металлурги- ческих заводов,химическихпроизводств, шахтит. д.Существеннымифакторами понижения концентрации свинца в воде является адсорбция его взвешенными веществами и осаждение с ними в донные отложения. В числе других металлов свинец извлекается и накапливается гидробионтами.

Свинецнаходитсявприродныхводахвраствор¸нномивзвешенном(сорбированном) состоянии. В раствор¸нной форме встречается в виде минеральных и органоминеральных комплексов, а также простых ионов, в нерастворимой – главным образом в виде сульфидов, сульфатов и карбонатов.

В речных водах концентрация свинца колеблется от десятых долей до единиц микрограммов в 1 дм3. Даже в воде водных объектов, прилегающих к районам полиметаллических руд, концентрация его редко достигает десятков миллиграммов в 1 дм3.

Свинец в организм человека проникает главным образом через органы дыхания и пищеварения. Он накапливается в костях и поверхностных тканях. Свинец и его соединения – это цитоплазматические яды. Ионы свинца, поступившие в организм соединяются с сульфгидрильными и другими функциональными группами ферментов, что приводит к нарушению функционирования ферментных систем. Это приводит к постепенному развитию заболевания центральной нервной системы, изменению структуры и свойств клеток крови, в особенности эритроцитов, нарушению обмена углеводов. Свинцовая интоксикация5 проявляется нарушением функционирования желудочно-кишечного тракта и сердечно-сосудистой системы, т. е. поражаются практически все систе-

5 Интоксикация (от лат. in – в, внутрь и греч toxikуn – яд) отравление организма образовавшимися в н¸м самом или поступившими извне токсичными веществами.

мы организма. Соединения свинца не выводятся из организма и тем самым оказывают длительное токсичное воздействие.

Õðîì. В поверхностные воды соединения тр¸х- и шестивалентного хрома попадают в результате выщелачивания из пород (хромит, крокоит, уваровит и др.). Некоторое их количество поступает из почв в процессе разложения организмов и растений. Значительные количества могут поступать в водо¸мы со сточными водами гальванических цехов, красильных цехов текстильных предприятий, кожевенных заводов и предприятий химической промышленности. Понижение концентрации ионов хрома может наблюдаться в результате потребления их водными организмами и процессов адсорбции.

В поверхностных водах соединения хрома находятся в раствор¸нном и взвешенном состояниях, соотношение между которыми зависит от состава вод, температуры, рН раствора. Взвешенные соединения хрома представляют собой в основном сорбированные соединения хрома. Сорбентами могут быть глины, гидроксид железа, высокодисперсный оседающий карбонаткальция,остаткирастительныхиживотныхорганизмов.Враствор¸н- ной форме хром может находиться в виде хроматов и бихроматов. При аэробныхусловияхCr(VI)переходитвCr(III),соликотороговнейтральнойи щелочной средах гидролизуются с выделением гидроксида.

Содержание хрома в речных незагрязн¸нных и слабозагрязн¸нных водах колеблется от нескольких десятых долей микрограмма до нескольких микрограммов в 1 дм3, в загрязн¸нных водо¸мах оно достигает нескольких десятков и сотен микрограммов в 1 дм3, средняя концентрация в морских водах–0,05мкг/дм3,вподземныхводах–обычновпределах10–102мкг/дм3. Вводопроводнойводесредняяконцентрациясоставляет2,3мкг/дм3,макси- мальная–79мкг/дм3.Соединенияхрома(VI)вводо¸махоченьстабильны;в анаэробныхусловияххром(VI) переходитвхром (III),соединениякоторого выпадают в осадок. В щелочной среде осаждение происходит быстрее.

Хромат и бихромат калия в концентрации 1 мг/дм3 придают воде горький привкус интенсивностью в 3 балла; запах не ощущается даже в концентрации 50 мг/дм3. Сульфат хрома при концентрации 4 мг/дм3 (в пере- сч¸те на металл) прида¸т воде неприятный привкус, при 2 мг/дм3 окрашивает воду в голубоватый цвет, при 1 мг/дм3 увеличивает мутность воды.

Соединения Cr(VI) и Cr(III) в повышенных количествах обладают канцерогенными свойствами. Соединения хрома преимущественно поражают глубинные дыхательные пути, приводят к появлению острой недостаточности почек, сухого кашля, бронхита, нарушению работы желудочно-

кишечного тракта. Соединения Cr(VI) являются более опасными. Соединения хрома (VI) оказывают на организм общетоксическое, раздражающее, канцерогенное6, кумулятивное7, аллергическое и мутагенное8 действие.

Соединения хрома (VI) и хрома (III) губительно действуют на флору и фауну водо¸мов и тем самым замедляют процессы самоочищения.

Хром в концентрации 5 мг/дм3 вредно действует на растения, при концентрации 10 мг/дм3 наблюдается заметно выраженный хлороз, а при 15 мг/дм3 задерживается рост. В присутствии никеля вредное действие хрома проявляется при концентрации 2 мг/дм3. Хром аккумулируется в тканях растений.

Öèíê. Цинк попадает в природные воды в результате протекающих в природе процессов разрушения и растворения горных пород и минералов (сфалерит, цинкит, госларит, смитсонит, каламин), а также со сточными водами рудообогатительных фабрик и гальванических цехов, производств пергаментной бумаги, минеральных красок, вискозного волокна и др.

Âводе цинк существует главным образом в ионной форме или в форме его минеральных и органических комплексов, иногда встречается в нерастворимых формах: в виде гидроксида, карбоната, сульфида и др.

Цинк относится к числу активных микроэлементов, влияющих на рост и нормальное развитие организмов. В то же время многие соединения цинка токсичны, прежде всего, его сульфат и хлорид.

Âприродных водах цинк содержится в концентрациях 1–5770 ìêã/äì3.

Âречных водах концентрация цинка обычно колеблется от 3 до 120ìêã/äì3,вморских–от1,5до10мкг/дм3,врудныхиособенновшахтных водах с низкими значениями рН содержание может быть значительным.

При концентрации 2 мг/дм3 воде сообщается привкус, при 5 мг/дм3 появляется вяжущий привкус, опалесценция, пескоподобный осадок. При 30 мг/дм3 вода становится непригодной для питья по вкусу и приобретает мутный молочный цвет.

Минимальная летальная доза для теплокровных животных при при- ¸ме внутрь составляет для хлорида цинка 100 мг/дм3, сульфата цинка

6Канцерогенное действие (от лат. cancer – рак и греч. genes – рождающий, рожденный) – образование раковых и других злокачественных опухолей, а также доброкачественных новообразований.

7Кумулятивное действие (позднелат. cumulatio – скопление, от лат. cumulo – накапливаю) – усиление действия вещества при повторном его введении.

8Мутагенное действие – появление стойких наследственных изменений в живом организме.

118

750 мг/кг массы. Канцерогенное действие цинка проявляется при его содержании в питьевой воде в концентрациях 10–20 мг/дм3. По некоторым данным цинк проявляет мутагенное действие на организм.

Для рыб цинк во много раз токсичнее, чем для людей и теплокровных животных, и его вредное действие проявляется намного раньше, чем изменяются органолептические свойства воды.

Цинкспособенккумуляциитканямирыбинизшихводныхорганизмов. Цинк в концентрациях от 0,1 мг/дм3 воды вредно действует на сельс-

кохозяйственные культуры.

Цинк аккумулируется почвой, поэтому сточные воды, содержащие цинк, непригодны для орошения сельскохозяйственных культур. ОДК с уч¸том фона – 55 мг/кг для песчаных и супесчаных почв, 110 мг/кг для кислых почв, 220 мг/кг для близких к нейтральным и нейтральных почв.

Уровень содержания металлов в компонентах окружающей среды может изменяться в широких пределах, поэтому аналитические методы должны обеспечивать определение как следовых, так и высоких содержаний металлов.

В настоящее время применяются следующие методы определения металлов:

–фотоколориметрический;

–атомно-абсорбционный;

–эмиссионный;

–полярографический;

–флуоресцентный.

2.Фотоколориметрическоеопределениесодержанияхрома 2.1.Характеристикаметода

Фотоколориметрический метод определения массовой концентрации ионов хрома основан на реакции дифенилкарбазида в кислой среде с бихромат-ионами с образованием соединения фиолетового цвета, в котором хром находится в восстановленной форме, в виде хрома (III), а дифенилкарбазид окислен до дифенилкарбазона.

Измерение проводят при длине волны 540 нм (ж¸лто-зел¸ный светофильтр).

В одной порции пробы проводят окисление хрома (III) до хрома (VI) персульфатом аммония и определяют суммарное содержание в пробе

119