Вступ

Склад повітря, поверхневих вод і ґрунтів взаємно впливають одне на одне. Його формують і живі організми — від найпростіших (мікроорганізми) до вищих тварин. Однак найбільше впливає на стан дов­кілля господарська діяльність людини. Саме людина змінює довкілля до невпізнанності, будуючи житло, господарські об’єкти, транспортні артерії, видобуваючи корисні копалини та викидаючи й складаючи відходи виробництва.

До водних об’єктів, які потребують екологічного вивчення, належать океани, моря, річки, озера, штучні водойми, болота, підземні та стічні води. Хімічний склад води, її фізичні характеристики, швидкість трансформації забруднюючих речовин залежать від природних і ант­ропогенних чинників.

Лабораторний аналіз екологічного стану водойм пов’язаний з витратами на закупівлю реагентів, особливостями відбору проб на аналіз та інших чинників, але має беззаперечні переваги, оскільки формує вміння майбутніх спеціалістів з охорони навколишнього середовища. До нього віднесені лабораторне визначення екологічних характеристик водойм, органолептичних властивостей води, розчинених у воді речовин і зависей, показників хімічного та біохімічного споживання кисню (ХСК і БСК), жорсткості води, розчиненого у воді кисню, нітридів, нітратів та інших характеристик.

Лабораторне визначення чинників екологічного стану водних об’єктів дає можливість робити висновки про екологічний стан водойм, про перспективу використання досліджуваної води у тих або інших системах господарювання.

До водних об'єктів, які потребують екологічного вивчення, належать океани, моря, річки, озера, штучні водойми, болота, підземні та стічні води.

Вода — менш змінюване, ніж повітря, середовище. Хімічний склад води, її фізичні характеристики, швидкість трансформації забруднювачів залежать від природних та антропогенних чинників. До природних чинників відносяться: хімічний склад ґрунту берегів і мулу; температура; багатство рослинного й тваринного світу водойми; швидкість течії; глибина водойми; рН води; вміст розчиненого кисню. Антропогенні ж чинники пов’язані з сусідством таких об’єктів: тваринницьких ферм, звалищ; сільськогосподарських угідь, особливо рисових чеків та виноградників, де використовуються різноманітні пестициди; промислових підприємств, енергетичних об'єктів; штучних водосховищ; місць скидання господарсько-побутових або промислових стічних вод.

Стабільність і трансформація хімічних сполук у воді залежать від наявності кількох забруднювальних речовин, які, взаємодіючи між собою, можуть утворювати як нетоксичні, так і більш токсичні, ніж вихідні, сполуки. Зокрема, сполуки меркурію за наявності органічних речовин здатні утворювати значно небезпечнішу для живих організмів сполуку — диметилмеркурій; хлор у надлишкових концентраціях хлорує органічні речовини до хлороформу та діоксинів.

На хімічний стан водойм значною мірою впливають водонаповнення, скидання теплих вод, активізація різних мікробіологічних процесів.

Особливості відбору проб на аналіз

Місце відбору проб залежить від поставленого завдання. Проби води відбирають у маловодні й багатоводні періоди.

Відбір проб може бути одноразовим (нерегулярним) або серійним (регулярним). Проба або серія проб має бути характерною для місця відбору, а об’єм проби залежить від кількості визначуваних компонентів та обраної методики аналізу.

Прості проби одержують одноразовим відбором об'єму води, необхідного для аналізу; змішані — це суміш простих проб, відібраних одночасно з різних місць досліджуваного об'єкта або в одному місці через різні проміжки часу (вони характеризують склад води у просторі й часі). В окремих випадках, якщо стічні води скидаються у водойму, в якій аналізують воду, нерегулярно і в різних кількостях, відбирають середню пропорційну пробу (суміш простих проб, об'єм яких пропорційний кількості скинутих стічних вод).

Проби води відбирають у склянку з поліетилену або боросилікатного скла «пайрекс». Посуд миють синтетичними мийними засобами, розчином хлоридної кислоти, скляний посуд — хромовою сумішшю, після чого споліскують спочатку водопровідною, а потім дистильованою водою. Перед відбором проб посудину два-три рази промивають водою, яку беруть для досліджень (для достовірності результатів відбирають одночасно по дві проби).

Посудину заповнюють водою вщерть, щоб не залишалося повітря, і закривають пробкою. Записують місце забору проб, час, прізвище особи, яка відбирала проби.

Консервування та підготовка проб води до аналізу

Відібрану пробу води аналізують упродовж двох-трьох годин після відбору; крайній термін — 12 годин. В іншому випадку її зберігають у холодильнику або консервують (способи підготовки проб наведено в табл. В.1).

Таблиця В.1. Способи підготовки проб води

Компонент, властивість	Спосіб підготовки	Термін аналізу	Особливості відбору і зберігання
pН	Не консервується	Під час відбору проб Упродовж шести годин	Посудину заповнити повністю, не нагрівати
Магній	Не консервується	Упродовж двох діб
Твердість	Не консервується	Упродовж двох діб
Кислотність	Не консервується	Під час відбору проб Упродовж однієї доби	Посудину заповнити повністю, не нагрівати
Органічні речовини	Не консервується	У день відбору проб
Сульфати	Не консервується	Упродовж семи діб
Хлориди	Не консервується	Упродовж семи діб
Лужність	Не консервується	Під час відбору проб Упродовж однієї доби	Посудину заповнити доверху, зберігати за температури +4°С
Ферум	Не консервується 2…4 мл хлороформу на 1 л води	Не більше чотирьох годин Упродовж однієї доби

Закінчення табл. В.1

Компонент, властивість	Спосіб підготовки	Термін аналізу	Особливості відбору і зберігання
Кобальт, манган, купрум, нікель, плюмбум	3 мл нітратної кислоти (р=1,42 г/см3) на 1 л води (до рН=2) 5 мл хлоридної кислоти (1:1) на 1 л води (до рН=2)	Упродовж однієї доби Упродовж одного місяця
Нафтопродукти	2…4 мл хлороформу Екстрагують хлороформом на місці відбору проб	Упродовж однієї доби
Окиснюваність перманганатна	Не консервується 5 мл сульфатної кислоти (1:3) на 100 мл води	Не більше чотирьох годин Упродовж однієї доби	Під час визначення врахувати кількість доданої кислоти
Окиснюваність дихроматна	Не консервується 1 мл сульфатної кислоти (=1,84 г/см3) на 1 л води	Не більше чотирьох годин Упродовж однієї доби

Консервант може мати бактерицидні властивості, що перешкод­жає розмноженню мікроорганізмів. Він може також запобігати гідро­лізу, осаджувати той або інший компонент води тощо.

Слід пам'ятати, що під час визначення окремих характеристик води (кислотності, лужності, вмісту розчиненого кисню, аміаку тощо) консервування хімічними реагентами недопустиме.

Деякі компоненти містяться в природних водах у мізерних кількостях і їх концентрації визначають чутливими методами (полуменева фотометрія, мас-спектрометрія, люмінесценція тощо), що можливо зовсім не в кожній лабораторії. З метою підвищення концентрації визначуваного інгредієнта його попередньо концентрують, а потім визначають доступними методами. Методи концентрування поділяють на дві групи.

До першої групи належать випарювання й заморожування. Останнє має переваги, оскільки під час нагрівання з води виділяються леткі речовини, прискорюється гідроліз, відбуваються дегазація і руйнування окремих органічних сполук. При цьому об'єм розчину зменшується, а концентрація зростає (загальне концентрування).

До другої групи відносяться методи, за якими загальний об'єм проби води не змінюється, а одночасно з концентруванням мікрокомпонентів усуваються домішки, що перешкоджають визначенню. До них належать адсорбція, хроматографія, екстракція, співосадження, електрохімічне виділення (вибіркове концентрування).

Перед проведенням аналізу необхідно заздалегідь позбутися домішок, які перешкоджають процесу визначення. Вплив домішок усувають:

• фізичними методами (пропускання води крізь шар катіоніту або аніоніту; нагрівання, якщо домішка летка; екстрагування органічними розчинниками або попереднє зв'язування реагентами, що утворюють сполуку, яка переходить в органічну фазу; хроматографія);

• хімічними методами (окиснення або відновлення домішок; осадження у вигляді малорозчинних сполук; зв'язування у стійкі малодисоційовані комплекси; зміна рН, що зумовлює розчинення або осадження домішок).

Результат експерименту залежить від вибраного методу аналізу. Стандартна методика має бути перевірена на конкретній воді, яку аналізують, оскільки зміна компонентів, їх співвідношення або умов середовища можуть зумовити необхідність коригування в ході аналізу.

Чутливість методу має відповідати вимогам; його висока чутливість потрібна лише в разі дуже малих проб води. Точність визначення хімічного складу води залежить від його стабільності, правильності місця відбору проб, забезпечення умов зберігання проб, методики аналізу, селективності методу.