Контрольні запитання

1. Чому для проведення визначень загальних показників об’єктів довкілля найчастіше використовують хімічні методи аналізу? Якао точність, чутливість та селективність цієї гріпи методів?

2. Які якісні проби слід виконати для контролю за вмістом розчинних солей у ґрунтах? Як для цього готують пробу ґрунту?

3. Перелічіть загальні кількісні показники для ґрунтів.

4. Поясніть, як визначають здатність ґрунту до засолення.

5. Яка відмінність у визначенні ємності поглинання ґрунту та суми поглинутих основ?

6. Якими способами у ґрунтах визначають вміст органічних речовин та гумусових сполук?

7. Як можна визначити вміст різних форм сполук фосфору в ґрунті?

8. Перелічіть, які загальні показники характеризують властивості як ґрунтів, так і вод.

9. Які форми кислотності ґрунту визначають та як здійснюють це визначення?

10. Як визначають кислотність та лужність води?

11. Як визначають карбон органічних речовин у воді або в ґрунті і який показник за його вмістом використовують для оцінки якості води?

12. У формі яких сполук нітроген зустрічається в ґрунті? Як можна визначити загальний вміст сполук нітрогену?

13. Як визначають вміст фториду у водах та ґрунтах та як для цього готують пробу ґрунту?

14. Перелічіть, за якими фізичними та за хімічними загальними показниками оцінюють якість води.

15. Як у воді визначають загальний вміст органічних речовин та які кількісні характеристики на основі цього визначення дозволяють оцінювати якість води?

16. Якими способами у воді визначають вміст розчиненого кисню та яка підготовка проби води для цього проводиться?

17. Що таке біологічне споживання кисню та як його визначають?

18. Навіщо визначають хлороємність води та як це виконують?

19. На які групи поділяється твердість води та як її визначають?

20. Для чого використовують пробу з нінгідрином під час аналізу води?

21. У складі яких сполук зустрічається хлор у воді? Як визначають сполуки хлору в різних ступенях окиснення?

22. У складі яких сполук зустрічаються сполуки сульфуру у воді? Як визначають сполуки сульфуру в різних ступенях окиснення?

23. Що таке проба з „метиленовою синню” та як її виконують?

24. Як у воді можна визначити загальний вміст важких металів? Чи можна таким чином визначити загальний вміст важких металів у ґрунті?

25. Перелічіть загальні кількісні показники якості повітря.

26. Перелічіть, які кількісні характеристики дозволяють оцінювати якість рослинного зразка.

27. Що таке зольність та „сира” зольність рослини та як їх визначають?

28. Як визначають у рослинах вміст важких металів?

29. У складі яких сполук зустрічається нітроген в рослинах та як аналізують ці форми сполук нітрогену?

30. Як визначають вміст нітрату у рослинах?

10. Огляд фізико-хімічних методів аналізу, які застосовують в контролі об’єктів довкілля

Навколишнє середовище найбільше забруднюють відходи виробництв, у яких зустрічаються токсичні важкі метали (Нg, Аs, Рb, Cd, Сr, Со, Ni, Сu, Zn, Fе, Мn), вміст більшості з них є на рівні 10^-7-10^-10 %. Значна частка забруднення припадає на леткі та нелеткі органічні речовини, полімерні матеріали. Аналітичний контроль вод, повітря та ґрунтів є однією з найважливіших екологічних проблем. Визначення мікрокількостей речовин в об'єктах довкілля ‘ досить складне завдання. Оскільки для близько 1500 речовин встановлені величини ГДК, то аналітичний контроль такої величезної кількості речовин здійснювати дуже важко. Тому зараз такий контроль здійснюють вибірково, з врахуванням специфіки забруднення біосфери, а також можливостей аналітичних лабораторій.

Для правильного визначення вмісту забруднювачів важливо правильно провести відбір проби, забезпечивши сталість хімічного складу зразка, отримати зручну для аналізу форму речовини – розчин або сухий залишок. На цій стадії важливо не втратити і не внести ззовні визначувані речовини. Для підготовки часто здійснюють випаровування, висушування, мінералізацію об'єкту аналізу – операції, під час яких відбувається концентрування.

Елементи в об’єктах довкілля є у формі різних сполук, в різних ступенях окиснення. Наприклад, у воді вони можуть бути у вигляді істинно розчинених речовин, зависей, колоїдів. Розчинені сполуки також мають різні форми: гідролізовані іони, комплексні сполуки переважно з природними органічними речовинами, і, залежно від умов, переходять з однієї форми в іншу. При визначенні загального вмісту елемента його необхідно перевести в одну, зручну для аналізу форму.

Якщо під час визначення макроелементів в об’єктах довкілля найбільш вживаними методами є хімічні, то для дослідження мікроелементів – фізико-хімічні та фізичні. Це велика група оптичних та електрохімічних методів аналізу. Дуже часто використовують спектрофотометричні методи аналізу, менше застосовують люмінесцентні, активаційні методи. Серед електрохімічних методів аналізу метод прямої потенціометрії або іонометрії, зручно використовувати для визначення інгредієнта на місці забору проби води. Важлива роль інших електрохімічних методів аналізу: полярографії, інверсійної вольтамперометрії, кондуктометрії, кулонометрії. Кінетичні та люмінесцентні методи, як одні з найбільш чутливих, використовують для визначення слідових кількостей речовин в об’єктах довкілля. Дуже часто в аналізі застосовують хроматографічні методи.

Під час вибору оптимального методу аналізу враховують: селективність, чутливість методу, інтервал визначуваних концентрацій, відносну похибку визначення (точність), експресність визначення, об’єм або масу проби, вміст визначуваного інгредієнта, специфіку підготовки проби до аналізу, агрегатний стан речовини, форми, в яких можуть існувати визначувані інгредієнти в об’єктах довкілля, доступність методу, можливість виконання аналізу в автоматичному режимі, вартість аналізу.

Селективність обраного методу впливає на тривалість та точність аналізу. Низька селективність методу може привести до значних помилок, а іноді навіть до недостовірних результатів аналізу. Цей факт особливо потрібно враховувати під час аналізу об’єктів з невідомим складом матриці або коли матриця містить багато хімічних речовин. Чим більш селективним є обраний метод, тим менше часу витрачається на аналіз, тому що нема потреби у виключенні компонентів, які заважають аналізу, або у відокремленні від них визначуваного інгредієнта. Уникнення допоміжних операцій впливає також на точність аналізу. Наприклад, атомно-абсорбційне визначення важких металів є значно селективніше, ніж фотометричне, в деяких випадках більш точне, а якщо попередньо проводили їх екстракційне концентрування, то екстракт можна вносити безпосередньо в полум’я.

Чутливість повинна бути достатньою для визначення концентрацій токсичних речовин, які є меншими за значення ГДК. Велика чутливість потрібна у випадку дуже малої наважки речовини та малого обєму розчину або дуже малого вмісту визначуваного інгредієнта. У випадку великої кількості інгредієнта надмірна чутливість не потрібна, а навіть помилкова.

Точність хімічних методів аналізу, для яких відносна похибка є в межах 0,01-0,5%, вища, ніж фізико-хімічних, похибка для яких становить 1-10%, та фізичних методів з похибкою в межах 2-20%.

В аналітичному контролі об’єктів довкілля найчастіше використовують такі методи аналізу: газорідинну хроматографію, рідинну хроматографію, іонообмінну хроматографію, атомну абсорбцію, полуменево-емісійну спектрометрію, метод індукційно-зв’язаної плазми, ІЧ-спектроскопію, УФ- і видима спектрофотометрію, люмінесцентні методи (фото- та хемілюмінесценція), потенціометрію, вольтамперометрію, кулонометрію, кінетичні методи, радіометричний.

Фізичні методи є високочутливими, селективними і експресними та достатньо точними. Вони зручні для автоматизації, але вимагають використання дорогої апаратури та спеціальної підготовки обслуговуючого персоналу.

Фізико-хімічні методи застосовують дуже широко в екологічних дослідженнях. Ці методи мають високу чутливість (до 210^-7 моль/л), що дозволяє визначати мікроелементи в об’єктах довкілля.

Різні фізико-хімічні та фізичні методи характеризуються різною селективністю. Особливо високоселективними є методи індуктивно-зв’язаної плазми, атомної абсорбції, полуменевої фотометрії, досить селективні потенціометричні, менш селективні фотометричні методи аналізу. Однак висока чутливість цієї групи методів поєднується з меншою точністю. Питома вага фізико-хімічних методів аналізу невпинно зростає. Цьому сприяє також створення переносної оптичної та електрохімічної апаратури з автоматичним електроживленням, яку можна використовувати безпосередньо на місці відбору проби. Це зокрема стосується аналізу природних вод, хімічний склад яких може змінюватися в процесі транспортування та зберігання проб внаслідок протікання різноманітних біологічних та фізико-хімічних процесів. Наприклад, визначити концентрацію розчиненого кисню та компонентів карбонатної системи, а також рН та окисного потенціалу (E_h) води обов’язково треба на місці відбору проби з урахуванням її температури, тому що ці показники є досить лабільними і їх практично неможливо стабілізувати шляхом консервування проби.

Перед виконанням аналізу фізико-хімічним методом у розчиненій пробі в більшості випадків руйнують комплекси важких металів з гумусовими речовинами та інші комплекси дією концентрованої HNO₃ у присутності Н₂О₂. Так не лише розкладаються комплекси, а й руйнуються природні органічні речовини. Часто перед початком визначення усувають вплив макроелементів, маскуючи їх відповідними комплексоутворювачами. У випадку застосування неселективних реакцій заважаючі іони також маскують. Якщо вміст мікроелементів надто малий і це не дозволяє проводити пряме визначення, то застосовують різноманітні методи концентрування, описані в розділі 11. Після концентрування аналізовані речовини переводять у водні розчини і приступають безпосередньо до аналізу. Різні форми, у вигляді яких можуть існувати визначувані інгредієнти, по-різному можуть відображатись на результатах аналізу. Такий вплив має місце при спектрофотометричних, люмінесцентних, електрохімічних та кінетичних методах аналізу.

Під час вибору методу аналізу потрібно також враховувати вартість проведення аналізу. Необхідно відмітити, що вартість комплексного аналізу якості питної води в економічно розвинутих країнах становить близько 1100 доларів США.