Ekologichesky_monitoring / Мониторинг_пособие

71

сти – фракционирование выделенных веществ по молекулярной массе или другим свойствам.

Вкачестве материала для полупроницаемых мембран чаще всего используют ацетилцеллюлозу. Описаны также полиамидные, полифурановые, полиакрилонитрильные мембраны, мембраны из полиэтилена различной плотности.

Вслучае обратноосмотических процессов, идущих при сравнительно высоком давлении, обычно применяют композитные мембраны, обладающие повышенной механической устойчивостью: химически модифицированное пористое стекло, полиуретаны, триацетат или полиамиды на полисульфоне.

8. Иногда в качестве методов пробоподготовки используют специальную дополнительную обработку проб для модифицирования (получения производных) анализируемого вещества

вдругое соединение, более легко определяемое выбранным методом анализа.

Для изменения поведения отдельных компонентов проб в процессах разделения рекомендуются различные способы. Можно, например, изменить растворимость вещества, что сказывается на его поведении при извлечении из жидких и твердых проб. Можно изменить полярность молекул путем превращения их в менее полярные производные, что повышает летучесть соединения. В других случаях вводят хромофорные группы или электрофильные группировки для последующего определения методами спектрофотометрии или вольтамперометрии.

Впринципе химическую модификацию определяемых соединений можно осуществлять на различных стадиях:

• до выделения компонентов из смеси;

• в процессе выделения (например, непосредственно в хроматографической колонке);

• после выделения вещества из матрицы.

Метод реакционной хроматографии. Основан на химическом взаимодействии компонентов смеси непосредственно в хроматографической системе, вне ее до или после разделения компонентов анализируемой смеси. Для этого используют такие химические реакции, как гидрирование и дегидрирование, этерификация и гидролиз, образование нелетучих соединений. Реакции проводят в реакционных петлях, включаемых в схему

72

стандартного газового хроматографа. По изменению окраски или выпадению характерного осадка судят о природе примесей, зарегистрированных на хроматографе.

Способ вычитания. В основе способа лежит реакция селективного образования каким-либо из компонентов разделяемой смеси нелетучих соединений с реагентом, помещенным непосредственно в аналитическую колонку или реакционную петлю до или после аналитической колонки. «Вычитание» может быть осуществлено в результате необратимо протекающих химических реакций или вследствие необратимой сорбции компонентов неподвижной фазой. Сопоставление хроматограмм, полученных до и после удаления из исходной смеси тех или иных компонентов, позволяет провести их групповую идентификацию.

Предпочтительны решения, которые позволяют обойтись минимальным числом операций пробоподготовки. Кроме того, они должны быть адекватны друг другу по точностным параметрам, ведь, как известно, именно пробоотбор и пробоподготовка лимитируют надежность получаемых результатов.

Вопросы для самопроверки

1.В чем заключается подготовка проб к анализу в лаборатории? Перечислите методы разделения и концентрирования.

2.В чем заключаются недостатки и преимущества существующих методов пробоподготовки: концентрирование микропримесей; выпаривание; отгонка микрокомпонента; соосаждение; экстракция; сорбция; вымораживание; мембранные методы; химическая модификация соединений; хромотография?

73

ГЛАВА 7

ИНТЕРПРЕТАЦИЯ РЕЗУЛЬТАТОВ: ТИПИЧНЫЕ ОШИБКИ И ПУТИ ИХ ПРЕОДОЛЕНИЯ

Улики сами по себе не страшны, страшна неправильная интерпретация.

Братья Стругацкие. Хромая судьба

Итак, получены долгожданные результаты измерений. Но аналитические материалы должны быть интерпретированы так, чтобы цифры «заговорили» - стали информацией.

Действительно, в основе любого заключения о сложившейся экологической ситуации, о качестве воздуха, воды, почвы лежит информация, а не некоторый массив цифр. Интерпретация и представление полученных результатов в значительной мере определяют возможности использования данных для принятия экологически значимых решений (таких, как отказ от одного из видов водопотребления или водопользования, требование пересмотра границы санитарно-защитной зоны предприятия и др.)

К сожалению, очень часто под интерпретацией понимают сравнение полученных результатов, выраженных в количественной форме, с соответствующими значениями ПДК или другими нормативными показателями. В результате получаются те же цифры, выраженные в других единицах (например, в единицах ПДК), что не дает никакой дополнительной информации. Соответственно, такая процедура не может считаться интерпретацией результатов и, в лучшем случае, представляет собой лишь первый ее этап. (Отметим, однако, что уже на этом этапе появляется почва для ошибок и манипуляций - прежде всего, путем отнесения результатов к «ненадлежащему» нормативу, предусмотренному для других условий.)

Процесс интерпретации полученных результатов можно коротко описать как анализ данных, целью которого является получение как можно большего объема информации о процессах, к которым данные имеют (или предположительно могут иметь) отношение. Интерпретация результата, как количествен-

74

ного, так и качественного, подразумевает ответы на следующие вопросы:

1.Каковы причины полученных результатов (т. е. ПОЧЕМУ получены именно эти результаты)? При этом имеются в виду не только причины методического характера (им следует уделять внимание на более ранних этапах программы — при планировании измерений, отборе проб, собственно измерениях). Если полученные данные достоверны, следует задать вопросы о причинах, обусловивших наблюдаемые явления. Каков источник зафиксированного загрязнения (предприятие, дачный поселок, естественный процесс)? Что можно сказать о применяемом производственном процессе на основании анализа сточных вод предприятия?

2.Соответствуют ли полученные результаты тому, что вы ожидали? Если да (нет), то почему? Невнимание к этому вопросу способно привести к обнародованию «сенсационных» данных, которые не подтвердятся впоследствии.

3.Каковы следствия наблюдаемых явлений? Речь здесь главным образом идет не о прогнозе. Должен быть поставлен вопрос о том, что практически означает полученный результат -

сточки зрения здоровья населения, состояния экосистемы и т.п. При этом следует принимать во внимание ответы на первые два вопроса. Это, например, означает, что следует ставить вопрос не только о том, каково воздействие на окружающую среду обнаруженного вещества, но и о том, каково воздействие производственного процесса, признаком которого является это вещество.

Лишь получив ответы на все три вопроса, вы можете быть уверены в том, что отнеслись к интерпретации результатов должным образом.

Некоторые типичные трудности, возникающие в процессе интерпретации результатов, хорошо видны на примере государственной системы мониторинга.

Одной из серьезнейших проблем государственного экологического мониторинга является иерархическая система интерпретации полученных данных. Обычно местные службы, занимающиеся сбором первичного материала, сами и не пытаются его интерпретировать. Они передают сведения (прежде всего в количественной форме) в вышестоящие инстанции, где первич-

75

ные данные заносятся в обобщающие таблицы. Эти таблицы дают возможность взглянуть на проблему шире, увидеть то, что не очевидно на местном уровне. Однако при этом местная специфика исчезает: локальные данные «умирают», оживить их уже нельзя, разве что путем возвращения к первичным журналам, чего в реальной жизни не происходит. В результате безвозвратно погибает огромный пласт информации.

Даже многие исследовательские коллективы, проводящие научные исследования состояния окружающей среды, обращаются с экспериментальными данными не лучшим образом. Они долго накапливают свои результаты, приступая к интерпретации только тогда, когда получен большой массив данных. Если при этом обнаруживается, что в начальный момент был допущен хотя бы небольшой недочет в планировании эксперимента, ситуация становится необратимой: полученные материалы трудно интерпретировать корректным образом.

Есть только один способ избежать подобных ошибок: ин-

терпретация полученных результатов должна быть процес- сом, параллельным их получению. При этом могут быть исполь-

зованы несложные методы получения дополнительной информации, например качественные наблюдения или "разведывательные" подходы к организации наблюдений.

7.1. Требования, предъявляемые к аналитическим данным

Основополагающим условием для объективной оценки состояния окружающей среды является получение достоверных

исопоставимых аналитических данных. К результатам измерений, к способам их представления и интерпретации предъявляются достаточно строгие требования.

Прежде всего это достоверность, как в качественном, так

иколичественном отношении. Достоверная информация должна адекватно отражать содержание определяемого вещества в объекте анализа.

Основным фактором, влияющим на достоверность анализа, независимо от используемой методики и способов регистрации аналитического сигнала, является стадия пробоотбора, причем погрешность определений, обусловленная пробоотбором, может достигать сотен процентов. Необходимо использовать

76

стандартные методы пробоотбора (как правило, они описаны в тех сборниках аналитических методик, которыми вы решили пользоваться). Выполнение измерений без отбора проб (например, на месте при исследовании минерализации воды, рН воды и почвы, влажности почвы) позволяет избежать этого источника ошибок.

Другое важное требование к аналитической информации

— ее сопоставимость. Это требование напрямую связано с необходимостью использования данных, полученных в различных лабораториях, причем их сопоставимость во многом зависит от погрешности анализа. Если точность результатов неодинакова, то сопоставлять их (а тем более делать на основании этого выводы) некорректно. Если вы пытаетесь сопоставить полученные с помощью компаратора (полуколичественного метода) и спектрофотометра результаты определения аммония в воде, то сравнение можно проводить лишь на качественном уровне.

Надежность аналитической информации зависит также от применения специфических средств обеспечения качества результатов анализа (таких, как градуировочные стандарты и межлабораторные исследования). В общем виде контроль качества результатов химического анализа должен обеспечивать:

•контроль случайных погрешностей (воспроизводимости);

•контроль систематических погрешностей (достоверно-

сти);

•контроль матричного эффекта в отношении воспроизводимости, достоверности и точности;

•контроль отклонений в пределах одной серии;

•установление причин отклонений и их устранение. Контроль систематических погрешностей, установление

причин отклонений и их устранение лучше всего проводить в сотрудничестве с коллегами, ведущими аналогичные исследования.

Вопросы для самопроверки

1.Каковы типичные ошибки при интерпретации результатов анализа и пути их преодоления?

2.Перечислите основные требования, предъявляемые к аналитиче-

ским данным.

78

водоеме летом в результате спуска загрязненных вод не должна повышаться более чем на 3°С по сравнению со среднемесячной температурой самого жаркого года за последние 10 лет.

8.2.Органолептические показатели

Корганолептическим показателям относят цветность, мутность, запах, вкус и привкус, пенистость. Органолептическая оценка качества воды - обязательная начальная процедура сани- тарно-химического контроля воды. Ее правильному проведению специалисты придают большое значение.

Международные стандарты ИСО 6658 и другие устанавливают специальные требования к дегустаторам и методам проведения дегустации. Например, установлены три квалификационных уровня дегустаторов: консультант, квалификационный консультант и эксперт. Перед исследованием запаха и вкуса проводят предварительные испытания образца, свободного от посторонних запаха или привкуса, и такой образец шифрованным образцом включается в серию анализируемых проб.

Цветность - естественное свойство природной воды, обусловленное присутствием гуминовых веществ и комплексных соединений железа. Цветность воды может определяться свойствами и структурой дна водоема, характером водной растительности, прилегающих к водоему почв, наличием в водосборном бассейне болот и торфяников. Цветность воды определяют визуально или фотометрически, сравнивая окраску пробы

сокраской условной 100-градусной шкалы цветности воды,

приготавливаемой из смеси K2Cr2O7 и CoSO4. Для воды поверхностных водоемов этот показатель допускается не более 20 градусов по шкале цветности. Если окраска воды не соответствует природному тону, а также интенсивной естественной окраске, определяют высоту столба жидкости, при котором обнаруживается окраска, а также качественно характеризуют цвет воды.

Соответствующая высота столба не должна превышать для воды водоемов хозяйственно-бытового назначения 20 см, культурно-бытового назначения 10 см. Можно определять цветность и качественно (ГОСТ 1030). Стеклянная пробирка заполняется водой до высоты 10 - 12 см. Цветность воды определяют, рассматривая пробирку на белом фоне.

79

Различают следующие оттенки:

Слабо - желтоватая, светло - желтоватая, желтая, коричневая, красно - коричневая, другая (укажите какая).

Запах воды обусловлен наличием в ней летучих пахнущих веществ, которые попадают в воду естественным путем либо со сточными водами. Практически все органические вещества имеют запах и передают его в воде. Обычно запах определяют при нормальной (20°С) и при повышенной (60°С) температуре воды.

Запах по характеру подразделяют на две группы, описывая его субъективно по своим ощущениям (табл. 3):

•естественного происхождения (от живущих и отмерших организмов, от влияния почв, водной растительности);

•искусственного происхождения. Такие запахи обычно значительно изменяются при обработке воды.

Таблица 3

Запах естественного происхождения Запах искусственного происхождения

80

Для питьевой воды допускается запах не более 2 баллов. Количественно интенсивность запаха оценивают, опреде-

ляя «пороговое число» запаха N - степень разбавления анализируемой воды водой, лишенной запаха (обрабатывают активированным углем (0,6 г на 1 л), либо пропустив воду через бытовой фильтр для очистки воды).

N = V0/Va,

где V0 - суммарный объем воды (с запахом и без запаха); Va - объем анализируемой воды (с запахом), мл.

Если анализируемая вода содержит какое - либо пахнущее вещество, то описанным способом можно определить его концентрацию в пробе.

Cx = C0·(N0/Nx),

где С0 - концентрация определяемого вещества в стандартном растворе, мг/л; N0 и Nx - «пороговое число» запаха стандартного раствора и пробы соответственно.

Определение порогового числа избавляет от необходимости определять количественное содержание в воде тех веществ,