--6-05~2

Соединения ртути высоко токсичны. Они поражают нервную систему человека, вызывают изменения со стороны слизистой оболочки, нарушение двигательной функции и секреции желудочно-ки- шечного тракта, изменения в крови и др.

Свинец (Pb)

Естественными источниками поступления свинца в поверхностные воды являются процессы растворения эндогенных (галенит) и экзогенных (англезит, церуссит и др.) минералов. 75 % свинца поступают в окружающую среду с выхлопами автотранспорта. Значительное повышение содержания свинца в окружающей среде (в том числе и в поверхностных водах) связано со сжиганием угля, применением тетраэтилсвинца в качестве антидетонатора в моторном топливе, с выносом руд обогатительных фабрик, металлургических заводов, химических производств, шахт и т. д.

Свинец – промышленный яд, способный при неблагоприятных условиях оказаться причиной отравления. В организм человека проникает главным образом через органы дыхания и пищеварения. Удаляется из организма очень медленно, вследствие чего накапливается в костях, печени и почках, влияет на нервную систему и органы кровообращения. Пожилые люди и дети особенно чувствительны даже к низким дозам свинца, при этом у них может развиваться слабоумие, выражающееся в снижении памяти, концентрации внимания, восприятия нового материала.

Кадмий (Cd)

В природные воды поступает при выщелачивании почв, полиметаллических и медных руд, в результате разложения водных организмов, способных накапливать кадмий. Соединения кадмия выносятся в поверхностные воды со сточными водами свинцово-цинко- вых заводов, рудообогатительных фабрик, ряда химических предприятий (производство серной кислоты), гальванического производства, а также с шахтными водами. В последнее время количество кадмия в окружающей среде увеличилось, что связано с увеличением парка дизельных автомобилей.

Хроническое воздействие кадмия на человека приводит к нарушениям почечной функции, легочной недостаточности, остеомаляции, анемии и потере обоняния. Существуют данные о возможном канцерогенном эффекте кадмия и о вероятном участии его в развитии сердечно-сосудистых заболеваний. Наиболее тяжелой формой

381

хронического отравления кадмием является болезнь итай-итай, характеризующаяся деформацией скелета с заметным уменьшением роста, поясничными болями, болезненными явлениями в мышцах ног. Кроме того, отмечаются частые переломы размягченных костей даже при кашле, а также нарушение функции поджелудочной железы, изменения в желудочно-кишечном тракте, гипохромная анемия, дисфункция почек и др.

Цинк (Zn)

Попадает в природные воды в результате протекающих в природе процессов разрушения и растворения горных пород и минералов, а также со сточными водами рудообогатительных фабрик и гальванических цехов, производств пергаментной бумаги, минеральных красок, вискозного волокна 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. Повышенные концентрации цинка оказывают токсическое влияние на живые организмы. У человека они вызывают тошноту, рвоту, дыхательную недостаточность, фиброз легких.

Является канцерогеном.

Определение тяжелых металлов в природных средах осуществляют с помощью методов спектрометрии.

Спектральные методы анализа

Спектральные методы анализа являются наиболее распространенными способами исследования качественного и количественного состава загрязненной воды.

Инфракрасная, ультрафиолетовая, рентгенофлуоресцентная спектроскопия, лазерные методы и другие позволяют определить множество микропримесей в воде. Эти методы основаны на избирательном поглощении излучений конкретной длины волны определенными атомами и молекулами или возбуждении атомов с целью получения их характеристики излучений. К числу наиболее чувствительных методов определения примесей относится люминесцентный, который основан на возбуждении атомов контролируемых растворов с помощью рентгеновского или лазерного облучения и последующем измерении длины волны, излучаемой возбужденными компонентами.

382

Принцип действия спектрометра основан на возбуждении рентгеновской флуоресценции контролируемых элементов излучением рентгеновской трубки малой мощности с последующим анализом вторичного характеристического излучения. По интенсивности аналитических линий путем пересчета может быть определена концентрация содержащихся в образце химических элементов.

Диапазон определения концентраций химических элементов составляет от сотых долей % до 100 %.

Спектрометр функционирует в комплексе с персональным компьютером. Программное обеспечение позволяет производить качественный и количественный анализ разнообразных материалов.

Спектрометр может быть использован в различных областях народного хозяйства:

в промышленности для определения элементного состава различных продуктов производства, для управления технологическими процессами;

черной и цветной металлургии для контроля состава сплавов;

горнодобывающей и горнообогатительной промышленности для управления процессом добычи и обогащения руд;

геологии и геохимии для поиска и разведки полезных ископаемых;

в машиностроении и авиации для контроля ресурсов двигате-

лей;

в сельском хозяйстве для определения содержания микроэлементов в кормах и почвах;

в экологических исследованиях промышленных выбросов, определения содержания тяжелых металлов в атмосфере, почвах и водоемах;

в искусствоведении для датировки и определения подлинности произведения искусства;

в прикладных научных исследованиях для целей спектрального анализа образцов и т. д.

Порядок подготовки проб и изготовления контрольных образцов

При рентгеноспектральном анализе растворов интенсивность аналитических линий можно регистрировать или непосредственно от

385

жидкой пробы, или от приготовленного из нее сухого излучателя. Первый способ наиболее простой.

Анализируемые пробы наливаются в кюветы из коррозионностойкой стали или пластмассы. Для предохранения кювет от разрушения их внутренние стенки покрывают парафином или воском. Кюветы закрываются специальной тонкой органической пленкой (устойчивые к рентгеновскому излучению материалы). Допускается перенос растворов на фильтровальную бумагу, которая после высушивания служит излучателем.

При определении малых концентраций раствор выпаривают и затем проводят анализ получаемой выпарки.

В качестве анализируемых растворов используют пробы воды, где концентрации тяжелых элементов достаточно высоки для проведения эксперимента непосредственно в жидкой фазе.

Анализ спектрограмм

В результате работы «Спектроскана» получают спектрограммы, с помощью которых определяются элементный состав и концентрация тяжелых металлов в пробах.

Качественный анализ

Качественный анализ заключается в определении элементного состава пробы. Параметр, который характеризует наличие элемента в пробе, - длина волны основного и вспомогательного пиков.

На рисунке 1.2 приведен пример спектрограммы. На спектрограмме три химических элемента представлены шестью пиками. Каждый элемент имеет два пика: вспомогательный (малый) и основной (большой).

Проецируя вершину пика на ось абсцисс, определяются длины волн для каждого пика : 1060 мĂ (вспомогательный пик), 1180 мĂ (ос-

новной пик), 1390 мĂ, 1540 мĂ, 1760 мĂ и 1940 мĂ.

Для определения возможных элементов используют стандартную шкалу характеристических линий в диапазоне 20 мĂ (таблица 1.1). Методом исключения определяется, что данные длины волн соответствуют трем элементам: As (мышьяк), Cu (медь), Fe (железо).

386

I, имп/с

Рисунок 1.2 – Пример спектрограммы

Таблица 1.1 – Стандартная шкала характеристических линий

387

Количественный анализ

Количественный анализ заключается в определении концентрации, массы или количества вещества

Параметром, характеризующим концентрацию элемента в пробе, является интенсивность линий основного пика Iосн, имп/с.

Для определения концентрации тяжелых металлов используется метод абсолютной калибровки.

388

Используя данные таблицы 1.2, на миллиметровой бумаге строится калибровочный график для каждого определяемого элемента Iосн=f(Ccт). (Калибровочный график – график, построенный на основании экспериментальных данных стандартных растворов.)

Данные для построения графиков приведены в таблице 1.2. Через полученные точки (а при необходимости – между ними) прово-

дят прямую линию.

Таблица 1.2 – Данные зависимости интенсивности линий I элементов на спектрограмме от стандартных концентраций C для построения калибровочных графиков

389

По интенсивности основного пика каждого элемента Iосн исследуемой пробы с помощью калибровочного графика определяются концентрации тяжелых металлов.

После проведения количественного анализа химических элементов в воде сравнивается значения фактических концентраций с их ПДК, приведенными в таблице 1.3, и делается вывод о степени загрязнения воды и необходимых мерах по снижению концентраций до требуемого уровня.

Таблица 1.3 – Предельно допустимые концентрации (ПДК) тяжелых металлов для водоёмов

390