7. Особенности анализа природных объектов
1. Химический состав природных объектов в отличии от стали, чугуна, стекла, цемента является лабильным и изменяется во времени и в пространстве, полностью подтверждая пословицу «Невозможно войти в одну и ту же реку дважды».
2. Наличие химических компонентов в различном агрегатном состоянии. Принято считать, что если размер частиц определяемого компонента 5-15 нм, то вещество находится в растворенном состоянии; 5-500 нм – в коллоидно-дисперсной форме; 300-500 нм – во взвесях.
Определение концентрации многих химических компонентов в нефильтрованной и профильтрованной воде дает разные результаты.
Например, токсичность воды реки Дунай, которая очень мутная, полностью исчезает, если воду профильтровать. Это обусловлено сорбцией соединений токсичных металлов Hg, Cd, Pb, Cr на взвесях и коллоидных частицах. Следовательно, необходимо определять не только общее (валовое) содержание компонента, но и его фазовый состав.
Обычно анализ природной воды проводят следующим образом.
- Одну порцию воды обрабатывают кислотой для переведения всех форм определяемого компонента в истинно растворенное состояние и определяют его общую концентрацию (Собщ).
- Вторую порцию воды фильтруют через мембранный фильтр с размером пор 450 нм, через который не проходят взвеси, и определяют концентрацию в фильтрате (С1). Концентрация исследуемого компонента во взвесях рассчитывается как (Собщ– С1).
- Третью порцию воды фильтруют через мембранный фильтр с размерами пор 10 нм и в фильтрате определяют концентрацию С2. Это концентрация истинно растворенных форм (молекулярно и ионно-дисперсные частицы). Концентрация исследуемого компонента в коллоидном состоянии составляет (С1– С2).
В воздухе анализируемые компоненты также могут находится в разных формах:
- в газообразном состоянии – СО, О3, NH3;
- в виде паров – ароматические и алифатические углеводороды, спирты, органические кислоты, I2, нафталин, фенол;
- в виде жидких и твердых аэрозолей – оксиды металлов, серная кислота, соли.
Иногда одно и то же вещество может находится одновременно в разных формах. Например, дибутилфталат, капролактам и другие вещества с высокими температурами кипения могут одновременно образовывать пары и жидкий аэрозоль в зависимости от массовой доли, летучести, температуры воздуха.
3. Летучесть ряда определяемых элементов.
Этот факт надо учитывать как при отборе проб и при учете возможных потерь, так и при правильном выборе сорбентов и фильтров, которые используются для улавливания и концентрирования микропримесей.
Оценку агрегатного состояния веществ проводят на основе параметра летучести, т.е. максимальной концентрации паров вещества в воздухе при данной температуре.
Летучесть (L) рассчитывают в мг/л следующим образом:
|
где Р – давление насыщенных паров вещества в мм ртутного столба при температуре t; М – молекулярная масса вещества. |
В справочной литературе данные о давление насыщенных паров вещества при разных температурах часто отсутствуют. Эту величину можно рассчитать:
Р = 2,763 – 0,019 ∙ tкип. + 0,024 ∙ t
Однако значение летучести не всегда дает объективную информацию о токсичности соединений.
Сравним летучесть ртути (·tкип = 357ºС) и октилового спирта (tкип= 195ºС).
На основании значений рассчитанной летучести ртуть по сравнению с октанолом можно считать малолетучим вешеством (соответствующие значения L при 20ºС составили 15 мг/л для ртути и 420 мг/л для октанола).
Однако при оценке токсичности следует учитывать, во сколько раз превышено значение ПДК (ПДК(Hg) = 0,0003 мг/м3, ПДК (октанола) = 0,6 мг/м3).
Исходя из этого агрегатное состояние токсичных примесей в воздухе оценивают по величине относительной летучести, равной отношению летучести токсиканта при 20ºС (L
20, мг/л) к его ПДК (мг/л).
Если летучесть вещества при 20ºС ниже ПДК в 10 и больше раз (т.е. относительная летучесть менее 0,1), то наличием ее паров в воздухе можно пренебречь и определять содержание токсиканта только в аэрозолях. А это уже совсем другие методы отбора проб.
Если относительная летучесть составляет 50 и более, то в воздухе определяют только пары токсикантов. В диапазоне относительной летучести 0,1 – 50 необходимо определять суммарное содержание токсиканта в парах и аэрозолях.