Лекция 6

МЕТОДЫ И ПРИБОРЫ КОНТРОЛЯ СОСТОЯНИЯ ПОЧВ

Химическое загрязнение почвы это: изменение химического состава почвы в результате антропогенной деятельности, способное вызвать ухудшение ее качества. Химическое загрязнение почвы происходит в результате переноса загрязняющих веществ в атмосфере, также в результате деятельности промышленных, энергетических предприятий (шлаки, глина, зола).

К источникам загрязнения почвы необходимо также отнести загрязнения обусловленные эксплуатацией транспортных средств (свинец), сельскохозяйственной деятельностью, необходимо также отметить хозяйственно-бытовую деятельность человека, создающего огромные свалки бытовых отходов. проводится мониторинг химического загрязнения почвы – т.е. регулярные наблюдения, определение уровней загрязненности, выявление источников загрязненности почвы. И как следствие ведется контроль химического загрязнения т.е. соответствие установленным нормам и требованиям.

Предельно допустимое количество загрязняющего почву химического вещества (ПДН) – это максимальная массовая доля загрязняющего почву химического вещества, не вызывающего влияния на окружающую среду и здоровье человека.

По степени опасности химические вещества подразделяются:

1. кл. – вещества высоко опасные, оказывающие сильное влияние на пищевую ценность сельхозпродукции к ним относятся: мышьяк, кадмий, ртуть, селен, свинец, цинк, фтор и пестициды.

2. кл. – вещества умерено опасные, оказывающие умеренное влияние на пищевую ценность с\х продукции к ним относятся: бор, кобальт, никель, молибден, медь, сурьма, хром, химические вещества средств защиты растений от вредителей.

3. кл. – вещества мало опасные не оказывающие вредного влияния на пищевую ценность с\х продукции это барий, кальций, вольфрам, марганец, стронций, химические удобрения. Изложено в ГОСТ 17. 4.1.02. – 83.

Опасность загрязнения оценивается коэффициентом К.

Опасность тем больше, чем больше фактические уровни содержания контролируемых веществ в почве С превышают ПДК т.е. чем выше К = 1, 2, 5, 10.

Существующие методы определения токсичных веществ в почвах следующие:

Свинец – полярографический атомно-абсорбционный

Хром – полярографический атомно-абсорбционный

Ртуть – спектрофотометрия беспламенным атомно-абсорбционная

Марганец – фотометричный

Ванадий – фотометричный

Мышьяк – ТСХ – бумажная хроматография

Медь } - атомно-абсорбционный

Никель

Бензол

Толуол } газовая хроматография

Стирол

Ксилол

Таким образом, мы подошли к знакомству с самими методами анализа.

Атомно-эмиссионныи спектральный анализ (аэса)

Атомно-эмиссионный спектральный метод анализа занимает одно из ведущих мест среди многочисленных методов опреде­ления элементного состава веществ и материалов в металлур­гии черных, цветных металлов и легких сплавов, в машино­строительных отраслях, промышленности чистых веществ, в геологии, сельском хозяйстве и других областях. На метал­лургических предприятиях до 70 % всех анализов проводят этим методом. Такое широкое распространение атомно-эмиссионного анализа обусловлено его универсальностью, возмож­ностью определения в пробе многих элементов одновременно, высокой чувствительностью (пределы обнаружения большин­ства элементов — миллионные доли, верхняя граница опреде­ляемых содержаний — до нескольких десятков процентов). Со­временные варианты спектрального анализа имеют хорошие метрологические характеристики. Воспроизводимость определе­ния на современных приборах составляет около 1 %. Этот эф­фективный метод позволяет определять до 80 элементов. Перио­дической системы элементов Д. И. Менделеева. Пробы можно анализировать в любом агрегатном состоянии. Метод экспрессен, поддается автоматизации. При анализе расходуются очень малые количества вещества (порядка миллиграмма).

Атомно-эмиссионным спектральным анализом называется метод определения химического состава, основанный на изуче­нии атомных спектров вещества, возбуждаемых в горячих ис­точниках света. Спектр — это излучение, разложенное по длинам волн, заключает в себе информацию о качественном и количе­ственном составах анализируемого объекта. Принципиальная схема эмиссионного спектрального анализа сводится к следую­щему: а) перевод вещества в парообразное состояние; б) воз­буждение атомов и ионов; в) разложение испускаемого ато­мами света в спектр; д) регистрация и расшифровка получен­ных спектров.

По характерным линиям в спектрах атомов можно иденти­фицировать элементы, содержащиеся в анализируемом образце (качественный спектральный анализ), а по относительным интенсивностям спектральных линий можно определять концен­трации элементов в исследуемом образце (количественный анализ).

Спектральный анализ был разработан в 1859 г. физиком Кирхгофом и химиком Бунзеном. С помощью сконструированного ими прибора, на­званного спектроскопом, они показали, что каждому виду атомов (элементу) присущ строго определенный, характерный спектр. Они же предложили ис­пользовать спектральный метод для качественного анализа проб. Когда уче­ные обнаружили в спектрах некоторых образцов спектральные линии, которые нельзя было отнести к каким-либо известным элементам, они объяснили наличие этих линий присутствием неизвестных элементов. Так, с помощью нового метода были открыты неизвестные в то время элементы рубидий и цезий. Позднее другие исследователи с помощью спектрального анализа открыли и другие элементы: таллии, индий, галлий, гелий.

Возникновение эмиссионных спектров. При нагревании твердых и жидких веществ >600 °С наблюдается излучение ими красного свечения (красное каление). При температурах > 1000 °С вещества излучают белый свет (белое каление). Ха­рактер свечения веществ, находящихся в конденсированном состоянии (твердом или жидком), не зависит от химического состава. Излучение представляет сплошной спектр, отдельные линии сливаются друг с другом.

Линейчатые, характерные спектры элементов можно наблю­дать только в том случае, когда проба атомизирована, т. е. находится в паро- или газообразном состоянии. Различный вид спектров является следствием того, что атомы каждого эле­мента имеют характерное, только им присущее электронное строение. Атомы всех элементов могут находиться в нормаль­ном (основном) и возбужденном состоянии. В нормальном со­стоянии атомы обладают минимальной энергией Ео, и при этом они света не излучают. Атомы могут перейти в возбужденное состояние вследствие различных причин, например вследствие сильного неупругого соударения с другими атомами при теп­ловом движении, в результате бомбардировки потоком движу­щихся с определенной энергией частиц — электронов. В резуль­тате столкновений атом получает дополнительную энергию, вследствие чего один или несколько электронов могут перейти с нормального уровня на один из более высоких энергетиче­ских уровней £ь Е2 и т. д.

Энергия, необходимая для возбуждения атома, называется потенциалом возбуждения. Ее величина зависит от заряда ядра, строения электронных оболочек атома и является функцией положения элемента в Периодической системе элементов Д. И. Менделеева. К числу трудновозбудимых элементов от­носятся инертные газы, а также азот, кислород, водород. К числу легковозбудимых — металлы: натрий, калий, магний и др. Так, потенциал возбуждения кислорода 9,5 электрон-вольт (эВ), натрия — 2,1 эВ, калия—1,6 эВ. Если атому сооб­щить достаточно большую энергию, то можно полностью уда­лить электрон из атома, атом при этом ионизируется. Наимень­шая энергия, необходимая для ионизации атома, называется потенциалом ионизации. Возбужденное состояние атомов не­устойчиво, в этом состоянии атом находится короткое время (~10~8 с) и возвращается в нормальное состояние. При переходе атома из возбужденного со­стояния в нормальное высвобожда­ется избыток энергии \Е в виде кванта света: