Ekologichesky_monitoring / Мониторинг_пособие

121

2.1. Критерии качества почвы

Критерии качества почвы разработаны с учетом воздействия на особо уязвимые и чувствительные группы пользователей земли, а именно для частного садоводства и огородничества, детских садов или спортивно-оздоровительных и игровых площадок. Направленность на защиту малышей обусловлена тем, что дети считаются наиболее уязвимой группой, которая подвержена воздействию почвы (непосредственное попадание почвы в организм, контакты через руки и рот), а также потому, что воздействие некоторых химических загрязнителей может с биологической стороны оказаться более чувствительным, чем на взрослого человека. Расчет критериев качества почвы базируется на стандартных исходных данных, а именно: вес ребенка принят 10 кг и средняя доза попадания почвы в организм составляет 0,2 грамма в день. Для высоко токсичных веществ принята доза потребления почвы в 10 грамм. Средняя величина кожного контакта установлена в 1 грамм для веществ с высокой кожной проницаемостью. Другим фактором при установлении критериев качества почвы послужила способность к бионакоплению веществ в почве.

Для городских территорий критерии качества обычно превышаются по нескольким веществам (в особенности по содержанию свинца и полициклических ароматических углеводородов). Поэтому в нормативные указания по почве был введен новый показатель для случаев использования земель для особо чувствительных нужд и уязвимых групп населения, так называемая «предельное пороговое значение».

Если значение предельной пороговой концентрации превышено на территориях, используемых для жилой застройки, детских учреждений или детских и спортивно-оздоровительных площадок, то должны быть предприняты меры по устранению загрязнения. Если же концентрация загрязнителей находится между предельной пороговой величиной и показателем критерия качества, то местные власти информируют и разъясняют ситуацию общественности, землевладельцам и землепользователям территории.

122

Цель такого подхода состоит в том, чтобы определить са- нитарно-эпидемиологические требования и мероприятия по ликвидации воздействия загрязнения через почву и тем самым достичь того же уровня защиты, который обычно обеспечивается при соблюдении критериев качества почвы. Расхождение в предельном пороговом значении концентрации загрязнителя и показателя критерия качества носит название «интервал уведомления проживающего населения».

Основной принцип состоит в том, чтобы избежать открытых, голых участков поверхности грунта, которые в таком случае могут привести к прямому воздействию почвы на детей, уведомление касается мероприятий в отношении таких участков. Вместе с тем, несмотря на показания о наличии небольшого количества загрязнителей в овощах, выращенных на слабо загрязненной почве, даются уведомления и рекомендации о прекращении выращивания овощей на загрязненных участках, потому что почти невозможно выращивать их без наличия участков открытого грунта, который напрямую воздействует на людей, в особенности на детей.

Предельные пороговые значения могут быть использованы только для неподвижных и достаточно стойких химических веществ и определяются только для группы из 10 металлов и полициклических ароматических углеводородов.

Предельная пороговая величина и критерий качества идентичны в тех случаях, где критерий качества был установлен для того, чтобы предотвратить резкое токсическое воздействие. Предельная пороговая величина может быть в десять раз выше, чем критерий качества для тех случаев, где критерий качества почвы установлен для предотвращения токсического хронического воздействия. Основная идея состоит в том, что в целом оповещение общественности и меры снижения риска должны привести в результате к снижению показателя среднего токсического воздействия на детей. Однако эти меры необязательно позволят обеспечить защиту при разовых случаях сильного воздействия почвы при попадании ее в организм через рот. Это означает, что предельная пороговая величина не может быть увеличена по сравнению со значением критерия качества, если за

123

основу для установления критерия качества почвы принято резкое сильное токсическое воздействие загрязнителя.

12.2. Показатели качества почвы

Практически всегда возникает необходимость в определении влажности почвы. Для этого навеску почвы помещают в химический стакан и доводят до постоянной массы. Для глинистых, высокогумусных почв с высокой влажностью отбирают 15-20 г почвы, навеска органических почв – 15-50 г. Определение проводят дважды, температура нагрева – 105 ±2°С в течение 8 ч. Песчаные почвы нагревают 3 ч при 105±2°С, загипсованные почвы нагревают 8 ч при 80±2°С. Продолжительность последующего высушивания - 1 ч для песчаных почв и 2 ч — для остальных почв.

При концентрировании исследуемых веществ путем экстракции их из почвы жидкими растворителями концентрацию вещества в почве вычисляют по формуле

С = a·V1/V·в,

где а - содержание вещества, найденное в исследуемом объеме раствора, мкг; V1 - общий объем раствора пробы, мл; V - объем раствора пробы, взятый для анализа, мл; в - масса исследуемой почвы, г.

Если анализируемое вещество в растворе пробы определено в виде концентрации (мкг/мл), то концентрацию вещества

впочве (С, мг/кг) вычисляют по формуле

С= a·V/в,

где а - концентрация анализируемого вещества в растворе пробы, мкг/мл; V - объем исследуемой пробы, мл; в — масса исследуемой почвы, г.

Важную роль при анализе почв играют дистанционные методы, позволяющие получать данные по крупномасштабным изменениям. Это методы с использованием космических средств

– спутников «Метеор», «Метеор-природа», в США – «Лэндсат». Уже в 70-е годы прошлого века с советского спутника «Метеор» принимались изображения, позволявшие достаточно точно судить об изменении состояния пастбищной растительности в

124

республиках Средней Азии. Обширная информация о различных природных ресурсах, процессах, происходящих на поверхности Земли, поступает и с других космических систем. Значимые результаты по оценке антропогенных воздействий получили на основе комплексного использования информации, предоставляемой космическими, наземными системами, аэросъемкой.

К информации, получаемой со спутников и используемой при организации экологического мониторинга, относятся и данные о состоянии лесов, сельскохозяйственных угодий, растительности на суше, фитопланктона на море, земной поверхности, перераспределении водных ресурсов, загрязнении атмосферы, морей и суши. Для получения такой информации, например, спутники системы «Метеор-природа» оборудованы многоспектральными сканерами, спектрометрами и микроволновыми радиометрами, которые способны выделять шлейфы аэрозолей антропогенного происхождения в районе городов и промышленных центров, места загрязнения поверхностных вод и др. Данные с космических станций «Салют», «Мир» позволяют квалифицированно интерпретировать получаемую информацию и фотографировать поля антропогенных воздействий, включая загрязнения. Показано, что при некоторых метеорологических условиях территория Европы покрывается дымкой антропогенного нахождения. Антропогенные изменения на суше обусловлены не только воздействием загрязнений, но и тотальной урбанизацией, расширением площади сельскохозяйственных угодий, вырубкой лесов, открытой разработкой полезных ископаемых. С помощью космической съемки определяется суммарный эффект антропогенности, на фоне которого можно выделить и его отдельные компоненты (например, шлейфы загрязнений).

В настоящее время уже имеется обширный опыт использования спутниковой информации для изучения экологических антропогенных изменений, выявления причин этих изменений.

Вопросы для самопроверки

1.В чем особенности почвы как объекта анализа?

2.Перечислите источники загрязнения почв.

3.Каковы критерии и показатели качества почвы?

125

ГЛАВА 13

ЛАБОРАТОРНЫЕ РАБОТЫ

13.1.Определение загрязняющих веществ в атмосфере

13.1.1.Определение брома и йода

Br2 - жидкость красно-бурого цвета, tпл = -7,25°С, tкип = 59,2°С, хорошо растворяется в эфире, хлороформе. В воде его растворимость составляет 3,41 %. Жидкий бром вызывает ожог кожи, раздражает дыхательные пути.

I2 - твердое кристаллическое вещество фиолетово-черного цвета, tпл = 113,6°С, tкип = 185,5°С, растворяется в этиловом спирте, эфире, тетрахлориде углерода, сероуглероде. В 100 г воды растворяется 0,280 г I2. Раздражает кожу и действует на нервную систему.

ПДКСС по Br2 в воздухе - 0,04 мг/м3, ПДКСС по I2 в воздухе - 0,03 мг/м3, класс опасности - 2 (сссреднесуточная концентра-

ция).

Отбор пробы. Для определения разовой концентрации воздух аспирируют со скоростью 2 л/мин через два последовательно соединенных прибора, содержащих по 5 мл 1 моль/л раствора гидроксида калия, в течение 30 мин. Для определения среднесуточной концентрации Br2 и I2 пробу воздуха отбирают так же, как и при определении разовой концентрации, шесть раз в течение суток через равные промежутки времени.

Принцип анализа. Определение основано на концентрировании брома и йода из воздуха раствором гидроксида калия путем перевода их в бромат и йодат с использованием гипохлорита калия. Йодат и бромат определяют полярографическим методом, основанным на регистрации полярографических волн, отвечающих переходу шести электронов при восстановлении броматов и йодатов до бромидов и йодидов, при потенциалах

полуволн Е1/2 для йодатов, равному 1,2 В, и для броматов 1,7 В. Применяется переменно-токовый режим, скорость развертки

напряжения - 5 мВ/с, период капания - 3 с. Нижний предел обнаружения I2 и Br2 - 0,04 мкг/мл раствора, точность измерения –

± 25 % , измеряемые концентрации - 0,01-0,46 мг/м3.

126

Для определения используются:

-полярограф ППТ-1;

-электроаспиратор с расходомером;

-поглотительные приборы с пористой пластинкой;

-калия гидроксид, хч, 01 моль/л раствор;

-калия гипохлорит, 1 моль/л раствор (насыщают 2 моль/л раствор КОН газообразным хлором);

-натрия сульфит, хч, насыщенный, свежеприготовленный раствор:

-калия йодид, хч, исходный стандартный раствор, содержащий 0,1 мг/мл йодид-иона (0,0654 г КI растворяют в 500 мл дистиллированной воды);

-калия бромид, чда, исходный стандартный раствор с содержанием 0,1 мг/мл готовят путем растворения 0,0774 г KВr

в500 мл дистиллированной воды;

-азот газообразный, oсч, в баллоне с редуктором;

-рабочие стандартные растворы, содержащие 0,002 мг/мл иодид- и бромид-ионов, готовят из исходных стандартных растворов путем последовательного разбавления.

Построение градуировочного графика. В мерные колбы вносят 0,5; 1,0; 2,0; 3,0; 3,5 мл рабочих стандартных растворов брома или йода. Прибавляют по 5 мл 1 моль/л раствора КОН и 1

моль/л раствора KClO, по 1,5 мл насыщенного раствора Na2SO3 и 3,0; 2,5; 1,5; 0,5; 0,0 мл дистиллированной воды. Содержимое колб перемешивают и обрабатывают аналогично пробам, продувают азотом и полярографируют. По средним результатам строят график зависимости высоты пика (мм) от концентрации брома или йода (мкг/мл). Концентрация брома или йода в стан-

дартах составляет 0,067; 0,133; 0,267; 0,4; 0,457 мкг/мл.

Ход анализа. Пробу из поглотительных приборов переносят в выпарительную чашку и нагревают на водяной бане до сухого остатка. К остатку добавляют 5 мл 1 моль/л раствора гипохлорита калия, содержимое перемешивают и оставляют стоять на 5 мин. Для разрушения KClO добавляют 1,5 мл насыщенного раствора сульфита натрия. Пробу переносят в мерную колбу, и объем доводят до 15 мл дистиллированной водой, тщательно перемешивая. Через 5 мин пробу продувают азотом и поляро-

127

графируют. Содержание брома и йода в пробе находят по градуировочному графику.

Расчет. Концентрацию брома и йода (C, мкг/мл) в атмосферном воздухе вычисляют по формуле

C= в V1 /V.

13.1.2.Определение оксида углерода

СО - бесцветный газ, без запаха, tкип = -191,5°С, растворяется в этаноле, бензоле, малорастворим в воде, не реагирует со щелочами, кислотами. ПДКМР = 5 мг/м3, ПДКСС = 3 мг/м3, класс опасности - 4.

Отбор пробы. Пробы воздуха отбирают в газовые пипетки путем десятикратного воздухообмена или в резиновые футбольные камеры. Пробы можно хранить 15 суток.

Принцип анализа. Определение основано на методе реакционной газовой хроматографии, включающим разделение оксида углерода и сопутствующих компонентов на колонке с молекулярными ситами. Конверсию СО в метан осуществляют в присутствии нихромового катализатора и водорода. Нижний предел определения – 0,0004 мкг, точность измерения – ± 5 %, измеряемые концентрации – 0,2 - 30 мг/м3.

Для анализа необходимы:

-хроматограф с пламенно-ионизационным детектором;

-аспирационное устройство с расходомером;

-муфельная печь с термопарой;

-пипетки газовые на 0,1-0,5 л, шприцы стеклянные;

-молекулярные сита;

-колонка стальная длиной 2 м, диаметром 3 мм;

-микрокомпрессор ВК-1;

-метанатор (U-образная трубка из нержавеющей стали длиной 25 см и диаметром 3 мм);

-гелий, азот, водород газообразные в баллонах с редук-

тором.

Ход анализа. Хроматограф выводят на рабочий режим. Ввод пробы в хроматографическую колонку осуществляют кра- ном-дозатором. Для этого шприцем отбирают 20 мл исследуемого воздуха из резиновой камеры и продувают им дозирую-

128

щую петлю. Для количественного определения СО используют метод параллельного сравнения параметров пика, полученного для известного количества оксида углерода. Количественную оценку проводят путем сравнения высот пиков стандартной смеси и пробы.

Расчет. Концентрацию СО (С, мг/м3) в атмосферном воздухе вычисляют по формуле

С = ССТ Н2/Н1,

где ССТ - концентрация СО в стандартной смеси, мг/м3; Н1 - высота пика СО стандартной смеси, мм; Н2 - высота пика оксида углерода пробы, мм.

13.1.3. Определение фтороводорода

HF - бесцветный газ, tкип=20°С, смешивается с водой в любых соотношениях, вступает в реакцию с диоксидом кремния,

поэтому его нельзя хранить и получать в стеклянных емкостях. ПДКРЗ = 0,02 мг/м3, ПДКСС = 0,005 мг/м3, класс опасности - 2.

Отбор проб. Для определения разовой концентрации HF воздух со скоростью 5 л/мин аспирируют 30 мин через фильтр АФА-ВП-10 и последовательно соединенный фильтр «белая лента», импрегнированный раствором фосфата калия.

Принцип анализа. Определение основано на поглощении HF из воздуха фильтром, импрегнированным двузамещенным фосфатом калия, с последующей экстракцией водой и потенциометрическим анализом с фторселективным электродом. Нижний предел определения – 2 мкг F−, точность измерения –

±10%, интервал определяемых концентраций – 0,013 - 1 мг/м3. Аппаратура и реактивы:

-рН-метр с хлорсеребряным электродом ЭВЛ-1М3;

-электрод 9F-V1;

-посуда стеклянная, платиновая чашка;

-электроаспиратор;

-фильтры АФА-ВП-10, “белая лента”, импрегнированные 10%-ным раствором K2HPO4;

-натрия фторид, чда;

-натрия цитрат трехзамещенный, чда;

129

-исходный и рабочий стандартные растворы NaF;

-HСl, хч (0,2; 1,0; 6,0 моль/л); NaOH, хч (0,2 моль/л)

цитратный буферный раствор с рН 6,0±0,5;

- K2HPO4 - 10 %-ный раствор, хранят в полиэтиленовой

посуде.

Построение градуировочного графика. В полиэтилено-

вые мензурки вносят стандартные растворы NaF с содержанием

0,0; 1,0; 3,0; 5,0; 10,0; 25,0; 50,0 мкг F− и доводят объем дистил-

лированной водой до 25 мл. Приливают по 4 мл цитратного буферного раствора и перемешивают. В растворы погружают электроды и через 3 мин измеряют потенциалы. После измерения электроды сушат фильтровальной бумагой, помещают в раствор холостой пробы и выдерживают в нем до установления первоначального потенциала. Таким путем электрод отмывается от фторид-ионов. По оси абсцисс откладывают в логарифмическом масштабе содержание фторид-ионов (мкг), а по оси ординат в линейном масштабе – значения потенциалов (мВ).

Ход анализа. Фильтр с пробой помещают в полиэтиленовую мензурку, приливают 5 мл дистиллированной воды и помешивают полиэтиленовой палочкой. Экстракт сливают в другую полиэтиленовую мензурку. Экстрагирование повторяют еще дважды по 5 мл. Объединенные экстракты доводят дистиллированной водой до 25 мл, нейтрализуют по фенолфталеину, приливают 4 мл цитратного буферного раствора и проводят потенциометрическое измерение с фторидным электродом. Одновременно с анализом пробы проводят контрольный опыт с чистым фильтром «белая лента», импрегнированным K2HPO4 .

Расчет. Концентрацию HF в воздухе (С, мг/м3) вычисляют по формуле

С = a/V.

13.1.4. Определение бериллия и других тяжелых металлов

(Ni, W, Zn, Ta, V)

Be – металл светло-серого цвета, на воздухе покрывается оксидной пленкой, tпл = 1287°С, tкип = 2507°С. В разбавленных кислотах и концентрированных щелочах легко растворяется. Безопасный уровень воздействия - 0,001 мкг/м3.

130

Отбор пробы. Исследуемый воздух аспирируют через два аэрозольных фильтра со скоростью 20-100 л/мин. Для определения разовой концентрации бериллия отбирают 5 м3 воздуха; для среднесуточной концентрации бериллия отбирают шесть разовых проб в течение суток через равные промежутки времени.

Принцип анализа. Определение проводят эмиссионным спектральным методом, в качестве эталона используют барий. Предел обнаружения бериллия – 0,00125 мкг, точность измерения – ±25 % , измеряемые концентрации – 5 10-4 - 8 10-3 мкг/м3.

Аппаратура и реактивы:

-спектрограф кварцевый ИСП-30;

-микрофотометр МФ-2 или МФ-4;

-спектропроектор СПП-2;

-аспирационное устройство с расходомером;

-весы аналитические ВЛР-200 или АДВ-200;

-вибромельница электрическая;

-электроды графитовые;

-генератор дуги переменного тока ДГ-2;

-ступка с пестиком (агатовая);

-тигли фарфоровые № 4;

-фотопластинки спектральные, тип 2 с чувствительностью 10-20 относительных единиц;

-печь муфельная, шкаф сушильный;

-бария нитрат, для спектрального анализа, xч;

-бериллия оксид, ч; вольфрама оксид, ч; цинка оксид, ч; тантала оксид, ч; ванадия оксид, ч;

-угли графитовые, ocч -7-3. ТУ 48-20-76;

-графит высокой чистоты, ocч -7-4. ТУ 48-20-74;

-гидрохинон “фото”;

-калия бромид, xч; натрия сульфит, натрия тиосульфат, xч; натрия хлорид, xч; натрия гидроксид, xч;

-закрепитель. Растворяют 250 г тиосульфата натрия, 2,6

гсульфита натрия и 10 мл ледяной уксусной кислоты в 1 л дистиллированной воды;

-проявитель Д-19. Растворяют 60 г сульфита натрия, 30 г гидрохинона, 25 г гидроксида натрия, 20 г бромида калия в 1 л дистиллированной воды;

-уксусная кислота, ледяная, чда;