3

Аналитические методы в геоэкологии

Оптические и радиоспектроскопические методы основаны на измерении оптических показателей анализируемых веществ, на изучении взаимодействия электромагнитного излучения с атомами или молекулами вещества, сопровождающегося излучением, погдощением или отражением лучистой энергии.

Все аналитические методы основаны на получении и измерении аналитического сигнала, т.е. любого проявления химических или физических свойств вещества, которое можно использовать для установления качественного оценки содержания в них компонентов состава анализируемого объекта или для количественной.

Физические и физико-химические методы анализа

1. Спектроскопические методы, основанные на взаимодействии вещества с электромагнитным излучением:

• спектрофотометрия и фотометрия, позволяющие определить содержание микроэлементов воды и почв (методы не требуют дорогой аппаратуры, простые в исполнении, в основном надежные и чувствительные).;

• эмиссионный спектральный анализ, используемый для установления качественного состава почв и ориентировочного количественного анализа;

• эмиссионная фотометрия пламени, применяемая , в основном для определения щелочных и щелочно-земельных элементов, высокочувствительная и простая в исполнении;

• атомно-абсорбционная спектроскопия, все чаще применЯется для определения микроэлементов;

• методы люминесценции

• рентгенофлуоресцентный анализ, перспективный для определения микроэлементов ( этот метод требует сложную и дорогую аппаратуру).

2. Электрохимические методы,основанные на электрохимических свойствах определяемых веществ:

• прямая потенциометрия, применяемая для определения содержания различных ионов (K⁺, Na⁺, Ca⁺, Cl^- и др.), рН и окислительно-восстановительных потенциалов почв;

• кондуктометрия, применяема для опреленения общегоо содержания солей в водных вытяжек из почв;

• кулонометрия, применяемая для определения кислорода в водах и газах.

3. Хроматографические методы – основаны на сорбционных процессах.

Электрохимические методы

В основе электрохимических методов анализа и исследования лежат процессы, протекающие на электродах или в межэлектродном пространстве.В электрохимических методах тем или иным способом используют уникальную способность окислительно-восстановительных реакций протекать не только при непосредственном контакте, но и при их пространственном разделении. Перенос электронов от восстановителя к окислителю осуществляется с помощью пары электронов.

Независимо от режима работы ячейки один из электродов должен обратимо реагировать на изменение концентрации определяемого вещества. Такой электрод называют индикаторным или рабочим.

Для того, чтобы устранить возможность взаимодействия электрода с компонентами исследуемого раствора, индикаторный электрод изготавливают из благородного металла (платина, золото, ртуть) или таких химических инертных электропроводящих материалов как графит, стеклоуглерод.

Другой электрод в электрохимической ячейке называют электродом сравнения. Его назначение быть надежной точкой отсчета измеряемого параметра индикаторного электрода. Потенциал электрода сравнения должен быть устойчив, воспроизводим и независим от состава раствора, в который он погружен, он не должен изменяться при протекании через ячейку небольших токов.

В качестве электродов сравнения используют хлорид-серебряный и каломельный электроды. Обычно при изготовлении хлорид-серебряного электрода применяют насыщенный раствор хлорида калия, поскольку активность хлорид- ионов в насыщенном растворе при t= const постоянна. Каломельный электрод- один из наиболее распространенных электродов сравнения, представляющий собой метал. ртуть в контакте с ионами Hg₂ ²⁺ в растворе KCl .

Ионселективные электроды - важнейшей составной частью ионселективного электрода является полупроницаемая мембрана. Это тонкая пленка, отделяющая внутреннюю часть электорода от анализируемого раствора и обладающая способностью пропускать ионы только одного знака заряда ( катионы или анионы).

В зависимости от материала, использованного для изготовления различают твердые, стеклянные и жидкие мембраны.

Твердая мембрана – это маленький диск или таблетка из монокристаллического или порошкообразного материала с ионной проводимостью. Удобным материалом для изготовления твердых мембран является Ag₂S, поскольку он характеризуется малой растворимостью, выстокой устойчивостью к действию окислителей и восстановителей.

Стеклянные мембраны изготавливают из специальных стекол, подбирая их состав так, чтобы мембрана проявляла повышенную селективность к определяемому иону. Первым был создан электод, селективный относительно Н+ ионов, который вытеснил все другие электроды, применявшиеся для измерения рН. Для изготовления мембраны чаще всего используют стекло, содержащее 22% Na₂O, 6% CaO, 72 % SiO₂.Внутрь шарика наливают 0,1 М раствор соляной кислоты, насыщенный хлоридом серебра, и вставляют серебряную проволочку, которая служит внутренним электродом сравнения.

Если стеклянный электрод длительное время выдержать в воде, то на обоих поверхностях мембраны образуется тонкий слой гидратированного геля. Все пустоты занимаются ионами Н+, вытеснившими находившиеся там ионы натрия^.. Электрод обладает водородной функцией и его можно использовать для измерения рН.

Жидкие мембраны готовят, растворяя органическое ионное соединение в органическом растворителе. По конструкции он похож на стеклянный.