1. Сбор, анализ и систематизация материалов по гидрогеологическим условиям и гидроэкологической изученности региона:

- информация о геохимических и гидрогеохимических методах ранее проведенных работ, видах и качестве работ по опробованию и аналитических работ, степени -геохимической изученности, сохранности аналитических материалов;

- информация о природно-климатических, физико-географических, гидрографи-ческих особенностях объектов работ;

- информация о гидрогеологическом строении территорий;

- разномасштабные карты различного содержания (фактического материала гео-химического опробования, ландшафтные, гидрогеохимической изученности, эколого-геохимические и др.).

Источниками информации являются отчеты по геохимическим, гидрогеологическим, экологическим работам различных масштабов и ежегодники соответствующих областных и республиканских центров Геомониторинга.

2. Полевые работы, отбор образцов для анализа включают:

- рекогносцировочные маршруты по изучению геоэкологической и гидрогеологической обстановки:

из поверхностных и подземных вод отбирается по одной пробе для производства экспресс-анализов в полевых условиях. В состав аналитических работ экспресс-методами в полевых условиях входит определение химических компонентов (сульфатов, нитраты, нитритов, хлоридов, фторидов, калия, натрия), показателей pH, Eh, минерализации, температуры и органолептических показателей качества воды: цветность, мутность, прозрачность, запах, вкус (Оценку можно проводить только у питьевой воды при отсутствии подозрений на ее загрязненность. При определении воду не проглатывать.);

- эколого-геохимические маршруты по линиям профилей с опробованием вод - природных, сточных, дренажных; водозаборов и водопроводов:

поверхностные и подземные воды анализируются на микро- и макрокомпоненты. Анализ микрокомпонентов проводиться в лабораторных условиях. Анализ макрокомпонентов может проводиться в полевых условиях в процессе проведения маршрутов и на базе отряда. В процессе проведения маршрутов на каждой точке отбора проб вод в них методами экспресс-анализов определяются жесткость, рН, eH, температура, минерализация (рис. 1). Для определения этих параметров в полевых условиях хорошо подходят приборы марки Hanna. Замеры производятся путем помещения электродов в воду, данные выводятся на экран.

Рис.1 Примеры приборов Hanna для экспресс-анализов воды.

Шаг опробования по линии профиля выбирается в зависимости от целей работ и по результатам рекогносцировочных маршрутов.

Работы проводятся с одновременной разбивкой профилей;

- детализационно-заверочные маршруты на участках с аномально-высокими геоэкологическими показателями;

- анализ вод в полевых условиях:

Анализ вод проводится на основные макрокомпоненты: Na, K, Са, Cl, NO₂ NO₃, SО₄, HCO₃ (CO₂), F, общую сумму металлов, общую жесткость:

- Метод вольтамперометрии (рис. 2). Инверсионная вольтамперометрия -современный высокочувствительный и экспрессный метод определения неорганических, органических веществ, пригодный для анализа геохимических, биологических, медицинских, фармацевтических и других объектов. С помощью метода инверсионной вольтамперометрии чаще всего решают проблему определения следов тяжелых металлов в водах и биологических материалах. Так, например, вольтамперометрические методики одновременного определения Cu, Cd и Pb, а также Zn и Pb или Tl в питьевой воде включены в ряд российских и международных стандартов. Важным достоинством вольтамперометрии является возможность идентифицировать формы нахождения ионов металлов в водах. Это позволяет оценивать качество воды, так как разные химические формы существования металлов обладают разной степенью токсичности. Из органических веществ можно определять соединения, обладающие группами, способными к восстановлению. Для ряда элементов метод конкурентоспособен со многими спектральными методами.

Рис. 2 Пример вольтамперометра.

Инверсионная вольтамперометрия является одним из вариантов электрохимических методов анализа, основанных на предварительном концентрировании определяемого компонента. Предварительное концентрирование осуществляется за счет перевода определяемого компонента из большого объема раствора с малой концентрацией на поверхность или в малый объем электрода. Перевод определяемого компонента из раствора на поверхность или в объем электрода может быть осуществлен за счет протекания соответствующей электрохимической реакции или за счет процесса адсорбции. После накопления на поверхности или в объеме электрода определяемое вещество подвергается электрохимическому превращению (восстановлению или окислению), причем этот процесс можно проводить в разных режимах. Применяется для определения содержания ионов металлов.

- Титриметрический анализ. Метод количественного анализа, основанный на измерении объёма раствора с точно известной концентрацией реактива, требующегося для реакции с данным количеством определяемого вещества (рис. 3). В титриметрическом анализе используются реакции осаждения, кислотно-основные, окислительно-восстановительные, комплексообразования и др. Основные требования к применяемым в титриметрическом анализе реакциям — взаимодействие быстрое, в стехиометрических соотношениях, без побочных реакций, искажающих результаты анализа. В титриметрическом анализе существует несколько приёмов.

Рис. 3. Пример прибора для титрования.

Прямое титрование состоит в том, что пробу анализируемого вещества титруют стандартным раствором, или титрантом, до точки эквивалентности — момента, когда количество стандартного раствора эквивалентно кол-ву определяемого вещества в соответствии с уравнением химическим для данной реакции. Конец титрования устанавливают визуально по изменению окраски вводимого индикатора либо инструментально. Чем более точно определена точка эквивалентности, тем меньше ошибка анализа. Расчёт ведут по формуле:

Р = 0,0001×N × v × Э,

где Р — вес (масса), Э —число грамм-эквивалентов определяемого вещества, N — нормальность, v — объём (в мл) стандартного раствора.

Титрование обратное, или по остатку, применяют, когда определяемое вещество не реагирует со стандартным раствором или реагирует недостаточно быстро. В этом случае к пробе анализируемого вещества прибавляют заведомый избыток стандартного раствора и остаток его после реакции с определяемым веществом титруют др. стандартным раствором.

Титрование по замещению применяют, когда непосредственное определение данного вещества затруднительно (отсутствует подходящий титрант, нет необходимого индикатора и т. д.). В этом случае анализируемое вещество посредством реакции с неопределённым избытком соответствующего реагента переводят в др. соединение, которое титруют стандартным раствором, как это было описано выше. Например, этим методом определяют количество бихромата калия в растворе.

В титриметрическом анализе наряду с водой применяют органические растворители: углеводороды, их галогенопроизводные, спирты, кетоны, кислоты, амины, амиды, нитрилы, что позволяет расширить круг определяемых соединений, поскольку титриметрический анализ можно проводить на основе тех реакций, которые в воде не идут или не дают резких конечных точек титрования, например слабые кислоты (основания) или смеси близких по силе кислот (оснований). Точность определений в неводных растворах обычно выше, так как вследствие небольшого поверхностного натяжения величина капель органических жидкостей меньше, чем водных растворов. Позволяет определить содержание: HCO₃(CO₂), F, общую сумму металлов.

- Фотоколориметрические методы. Это методы количественного определения содержания веществ в растворах, либо визуально, либо с помощью приборов, таких как колориметры. Колориметрия может быть использована для количественного определения всех тех веществ, которые дают окрашенные растворы, или могут дать окрашенное растворимое соединение с помощью химической реакции. Колориметрические методы основываются на сравнении интенсивности окраски исследуемого раствора, изучаемого в пропущенном свете, с окраской эталонного раствора, содержащего строго определенное количество этого же окрашенного вещества, или же с дистиллированной водой.

Для обеспечения максимальной точности и чувствительности необходимо выбирать спектральную область по возможности с более интенсивным поглощением, что достигается правильным подбором светофильтров. Светофильтры - это жидкие или твердые среды, обладающие избирательным пропусканием излучения в достаточно узком интервале длин волн. В качестве светофильтров используют окрашенные растворы некоторых веществ и оптические стекла, интерференционные светофильтры и диспергирующие призмы. Последние характеризуются более высокой степенью монохроматизации. Ширина пропускания определенного спектрального участка (линейная дисперсия) светофильтров колеблется от 100 до 20-40 нм; в призменных и дифракционных приборах - от 0,5 до 2 нм.

Важнейший элемент фотоколориметров (рис. 4) фотоэлемент преобразует световую энергию, проходящую через исследуемый окрашенный раствор, в электрическую. Сила возникающего фототока (чувствительность фотоэлемента) зависит от длины волны падающего света и температуры.

Измерительные кюветы - это прямоугольные со строго параллельными стенками или цилиндрические сосуды с определенным расстоянием между стенками или крышками. Стеклянные кюветы пропускают все лучи видимого света, кварцевые - видимые, УФ-лучи и часть ИК-лучей. В зависимости от интенсивности окраски раствора для измерения выбирают кювету с большей или меньшей толщиной слоя, чтобы достичь оптимального интервала оптической плотности.

Рис. 4 Пример Фотоколориметра, со сменными светодиодами.

Различают прямые и косвенные фотоколориметрические измерения. Широкое применение прямых измерений в концентрационном анализе основано на прямой зависимости количества поглощен­ной энергии от концентрации поглощающего вещества в растворе.

Косвенные методы основаны на образовании в системе ком­плексных или внутрикомплексных (хелатных) соединений достаточно высокой устойчивости в результате реакции определяемого иона М с реактивом Р. Повышенная устойчивость комплекса способствует бо­лее полному связыванию определяемого иона М реактивом Р, увели­чению точности и чувствительности измерений, снижению влияния посторонних ионов, присутствующих в растворе. Важнейшим требо­ванием является постоянство состава окрашенных соединений, обусловливающее стабильность интенсивности окраски раствора и, как Следствие, оказывающее влияние на точность измерений.

Изменение состава окрашенного комплекса может быть обу­словлено ступенчатым характером его образования и диссоциации, разложением во времени, присутствием посторонних веществ, взаи­модействующих с определяемым ионом Мили реактивом Р, влиянием рН среды. Существенным фактором является качество реактива, ис­пользуемого для проведения цветной реакции. Если комплекс высо­копрочный и отсутствуют компоненты, реагирующие с ионом М, то избыток реактива по сравнению со стехиометрически рассчитанным должен составлять 30-50 %. Если прочность окрашенного соединения невысока или из-за его диссоциации определяемый ион связывается не полностью, количество используемого реагента должно превышать стехиометрическое примерно на один порядок.

С помощью данного метода можно определить следующие компоненты: SO4^2-, NO₃^-, NO₂^-, Fe₃⁺, мутность, цветность.

- Потенциометрические методы (рис. 5). Потенциометрия - электрохимический метод анализа, осно­ванный на возбуждении исследуемого раствора электрическим полем и измерении равновесного потенциала электрода, являющегося функ­цией концентрации потенциалопределяющего вещества. Метод потенциометрии измеряет разность потенциалов (ЭДС) двух электродов - измерительного и вспомогательного, - помещенных в исследуемый раствор. Поскольку величина ЭДС зависит от температуры, приборы (рН-метры или иономеры) снабжены температурным компенсатором, управляемым вручную или автоматически.

Рис. 5. Пример потенциометра.

Различают прямую потенциометрию и потенциометрическое титрование.

Прямая потенциометрия состоит в измерении точной величи­ны электродного потенциала и нахождении по уравнению Нернста активности потенциалопределяющего иона в растворе. Методом потенциометрии определяют рН водных и неводных растворов, в том числе производственных растворов олигомеров; анализируют кислые и основные примеси в диметилформамиде и диметилацетамиде; определяют хлорид-ионы и кислотные компоненты в производственных растворах, реакционные концевые группы в олигомерах и т. д. Кроме того, метод широко используют для расчета термодинамических кон­стант электрохимических и химических реакций.

Потенциометрическое титрование основано на определении точки эквивалентности в реакциях нейтрализации, осаждения и ком­плексообразования по результатам потенциометрических измерений. Когда точно установлена эквивалентная точка титрования (окончание реакции), можно определить неизвестное количество вещества в контролируемом растворе - по расходу титрующего вещества (титранта) точно известной концентрации. При титровании определенного объема Vj раствора вещества неизвестной концентрации содержание ве­щества в растворе (в г-экв/л) легко вычислить по формуле

N^NV/V,.

Где N - нормальность титранта; V - объем титранта; Nx - нормальность анализируемого раствора; V} - объем анализируемого раствора.