4.6. Подготовка проб почв к анализу
Из всех операций по пробоподготовке основная доля затрат приходится на процедуры по переводу проб в форму, удобную для анализа, и отделению определяемых компонентов от мешающих веществ (рис. 4.1). Для определения водорастворимых форм веществ готовят различные вытяжки: водную, солевую, кислотную или щелочную. Для определения экотоксикантов используют обычные методы концентрирования проб (табл. 4.1).
Таблица 4.1
Распространенность методов концентрирования*
-
Объект
Жидкостная экстракция
Газовая
экстракция
Сорбция
Сухая минерализация
Мокрая минерализация
Избирательное растворение
СФЗ**
Почвы
Растения
_______________
Примечание:
* Число точек характеризует распространенность метода.
** Сверхкритическая флюидная хроматография
Рис. 4.1. Схема пробоподготовки при определении загрязняющих
веществ в почвах
4.7. Аналитическая химия экотоксикантов в почве
Анализ следовых количеств веществ очень дорог. Часто в экспресс-методах применяют методологию скрининга, которая допускает неправильные положительные результаты, но полностью исключает неправильные отрицательные результаты. В дальнейшем пробы, давшие положительные результаты исследуются более тщательно. Таким образом, удается значительно сократить объем работы и удешевить стоимость аналитического контроля. Надежность результатов скрининга повышается при использовании нескольких независимых методов.
4.8. Загрязнение почв тяжелыми металлами
В последнее время термин «тяжелые металлы» приобрел негативное звучание. С этим термином связано представление о чем-то токсичном, опасном для живых организмов, будь то животное или растении
К основным тяжелым металлам в ФРГ относят мышьяк, свинец, кадмий, никель, хром, железо, ртуть, марганец, серебро, бериллий, кобальт, медь, цинк :. Более полный перечень приводит Н. Реймерс : к тяжелым металлам относятся свинец, медь, цинк, никель, кадмий, кобальт, сурьма, олово, висмут, ртуть, а в прикладных работах к этому списку нередко добавляют и платину, серебро, вольфрам, железо, золото, марганец.
Представление об обязательной токсичности тяжелых металлов является заблуждением, т.к. в эту же группу попадают медь, цинк, молибден, кобальт, марганец, железо, т.е. элементы, большое позитивное биологическое значение которых давно обнаружено и доказано. Некоторые из них в сельском хозяйстве получили название микроэлементов, что было связано не с их величиной, а с теми концентрациями, в которых они необходимы живым организмам, следовательно микроэлементы и тяжелые металлы – понятия, относящиеся к одним и тем же элементам, но используемые в разных значениях, характеризующих, скорее всего, их концентрацию в почве, удобрениях и продукции растениеводства и животноводства.
Источники поступления тяжелых металлов в окружающую среду подразделяются на природные и техногенные.
К природным источникам относятся выветривание горных пород и минералов, эрозионные процессы, вулканическая деятельность, космическая и метеоритная пыль; к техногенным - добыча и переработка полезных ископаемых, сжигание топлива, влияние транспорта, ТЭС, предприятия черной и особенно цветной металлургии, удобрения почвы. Поступление тяжелых металлов в окружающую среду, в том числе и в почву, происходит путем их техногенного рассеяния.
В современном мире ежегодно на каждого человека в среднем приходится до 5 тонн органических и минеральных отбросов и отходов, что составляет в целом для планеты величину порядка 20∙1019 т. Эти вещества загрязняют почвенный покров, воды и воздух, причем из водной и воздушной среды прямыми или косвенными путями попадают в почву.
К основным источникам поступления тяжелых металлов в почву относят:
поступление тяжелых металлов из атмосферы;
поступление тяжелых металлов в почву из минеральных удобрений (тяжелые металлы в минеральных удобрениях являются естественными примесями, содержащимися в агрорудах);
поступление тяжелых металлов в почву с пестицидами (отдельные пестициды содержат в своем составе тяжелые металлы, такие, как ртуть, цинк, медь, железо);
поступление тяжелых металлов в почву с осадками сточных вод, сточными водами и бытовым мусором;
поступление тяжелых металлов в почву с отходами промышленности(из отходов промышленности, используемых в качестве удобрений, необходимо назвать различные шлаки, золу каменного угля и сланца, фосфогипс, цементную пыль).
Из сельскохозяйственных источников загрязнения почв тяжелыми металлами выделяют: орошение сточными водами (СВ), внесение фосфатных, азотных, органических удобрений, пестицидов и известкование почв.
Наибольшее количество цинка поступает в почвы с орошаемых СВ (до 49000 мг/кг сухой массы), а также с внесением фосфатных и органических удобрений и при известковании почв.
Медь поступает в почву изо всех выше перечисленных источников.
Основными сельскохозяйственными источниками свинца в почве являются орошение СВ и известкование почв, а также внесение фосфорных удобрений и пестицидов.
Для кадмия выделяется орошение СВ и внесение фосфорных удобрений.
Промышленными источниками меди, цинка, свинца, к примеру, являются суперфосфатные заводы, вокруг которых наблюдаются геохимические аномалии. Сильное загрязнение тяжелыми металлами обнаружено вблизи автострад, особенно свинцом, а также цинком и кадмием. Ширина придорожных аномалий свинца в почве достигает 100 м и более. Марганец в основном поступает в почву из перечисленных выше сельскохозяйственных источников; аналогичные источники поступления характерны и для молибдена. Тяжелые металлы, поступающие на поверхность почвы, накапливаются в почвенной толще, особенно в верхних гумусовых горизонтах, и медленно удаляются при выщелачивании, потреблении растениями, эрозии и дефляции. Первый период полуудаления (или удаления половины от начальной концентрации) тяжелых металлов сильно варьирует для различных элементов, но составляет достаточно продолжительные периоды времени: для цинка от 70 до 510 лет; для кадмия – от 13 до 110 лет; для меди – от 3–10 до 1500 лет и для свинца – от 740 до 5900 лет.
Основным методом анализа валовой формы тяжелых металлов в почвах является атомно-абсорбционная спектроскопия. Метод основан на измерении поглощения электромагнитного излучения атомным паром вещества. При этом измеряется фотометрически разность энергий образца и стандарта. Для возбуждения атомов используют тепловую энергию. Атомизацию проводят путем распыления образца в горелке с последующей термической диссоциацией в пламени. Калибровку проводят по эталонам.