Тяжелые металлы в почве, пдк, одк. Современные проблемы науки и образования Очистка воды от кадмия при помощи реагентов

Некоторые знакомые химфизики при упоминания кадмия сразу закатывают глаза - мол, страшная дрянь, непередаваемая.

Интересно разобраться.

Физиологическое действие

Соединения кадмия ядовиты. Особенно опасным случаем является вдыхание паров его оксида (CdO). Вдыхание в течение 1 минуты воздуха с содержанием 2,5 г/м3 окиси кадмия, или 30 секунд при концентрации 5 г/м3 является смертельным. Кадмий является канцерогеном .

В качестве первой помощи при остром кадмиевом отравлении рекомендуется свежий воздух, полный покой, предотвращение охлаждения. При раздражении дыхательных путей - тёплое молоко с содой, ингаляции 2 %-ным раствором NaHCO3. При упорном кашле - кодеин, дионин, горчичники на грудную клетку, необходима врачебная помощь. Противоядием при отравлении, вызванном приёмом внутрь кадмиевых солей, служит альбумин с карбонатом натрия.

Острая токсичность

Пары кадмия, все его соединения токсичны, что связано, в частности, с его способностью связывать серосодержащие ферменты и аминокислоты.

Симптомы острого отравления солями кадмия - рвота и судороги.

Хроническая токсичность

Кадмий - кумулятивный яд (способен накапливаться в организме).

Санитарно-экологические нормативы

В питьевой воде ПДК для кадмия 0,001 мг/дм³ (СанПиН 2.1.4.1074-01).

Вот кто бы сказал: это для кадмия в любом виде, в любых соединениях?

Механизм токсического действия

Механизм токсического действия кадмия заключается, по-видимому, в связывании карбоксильных, аминных и особенно сульфгидрильных групп белковых молекул, в результате чего угнетается активность ферментных систем. Растворимые соединения кадмия после всасывания в кровь поражают центральную нервную систему, печень и почки, нарушают фосфорно-кальциевый обмен. Хроническое отравление приводит к анемии и разрушению костей.

Кадмий в норме в небольших количествах присутствуют в организме здорового человека. Кадмий легко накапливается в быстроразмножающихся клетках (например в опухолевых или половых). Он связывается с цитоплазматическим и ядерным материалом клеток и повреждает их. Он изменяет активность многих гормонов и ферментов. Это обусловлено его способностью связывать сульфгидрильные (-SH) группы.

И тут тоже вопрос: в норме в каких именно количествах содержится в организме, и в каком виде?

40 % производимого кадмия используется для нанесения антикоррозионных покрытий на металлы.

Около 20 % кадмия идет на изготовление кадмиевых электродов, применяемых в аккумуляторах (никель-кадмиевых и серебряно-кадмиевых), нормальных элементах Вестона, в резервных батареях (свинцово-кадмиевый элемент, ртутно-кадмиевый элемент) и др.

Около 20 % кадмия используется для производства неорганических красящих веществ (сульфиды и селениды, смешанные соли, например, сульфид кадмия - кадмий лимонный).

Используют кадмий для получения пигментов (~ 20%) и спец. припоев, полупроводниковых материалов, стабилизаторов (~ 10%) пластмасс (напр., поливинилхлорида) , как компонент антифрикционных, легкоплавких и ювелирных сплавов, для изготовления регулирующих и аварийных стержней ядерных реакторов.

Пары кадмия и его соед. токсичны, причем кадмий может накапливаться в организме. Симптомы острого отравления солями кадмия рвота и судороги. Растворимые соед. кадмия после всасывания в кровь поражают центр. нервную систему, печень и почки, нарушают фосфорно-кальциевый обмен. Хронич. отравление приводит к анемии и разрушению костей. ПДК (рекомендованная) в сточных водах для солей 0,1 мг/л, в питьевой воде 0,01 мг/л.

Тут ПДК (это по идее еше советские нормативы) даже для питьевой воды на порядок мягче - если не опечатка.

Не все знают какие химические элементы всё-таки входят в эту категорию. Есть очень много критерий, по которому, разные учёные определяют тяжелые металлы: токсичность, плотность, атомная масса, биохимические и геохимические циклы, распространение в природе. По одним критериям в число тяжелых металлов входят мышьяк (металлоид) и висмут (хрупкий металл).

Общие факты про тяжелые металлы

Известно более 40 элементов, которые относят к тяжелым металлам. Они имеют атомную массу больше 50 а.е. Как не странно именно эти элементы обладают большой токсичностью даже при малой кумуляции для живых организмов. V, Cr, Mn, Fe, Co, Ni, Cu, Zn, Mo…Pb, Hg, U, Th…все они входят в эту категорию. Даже при их токсичности, многие из них являются важными микроэлементами , кроме кадмия, ртути, свинца и висмута для которых не нашли биологическую роль.

По другой классификации (а именно Н. Реймерса) тяжелые металлы — это элементы которые имеют плотность больше 8 г/см 3 . Таким образом получится меньше таких элементов: Pb, Zn, Bi, Sn, Cd, Cu, Ni, Co, Sb.

Теоретически, тяжелыми металлами можно назвать всю таблицу элементов Менделеева начиная с ванадия, но исследователи нам доказывают, что это не совсем так. Такая теория вызвана тем, что не все они присутствуют в природе в токсических пределах, да и замешательство в биологических процессах для многих минимальна. Вот почему в эту категорию многие включают только свинец, ртуть, кадмий и мышьяк. Европейская Экономическая Комиссия ООН не согласна с этим мнением и считает что тяжелые металлы это — цинк, мышьяк, селен и сурьма. Тот же Н. Реймерс считает, что удалив редкие и благородные элементы из таблицы Менделеева, остаются тяжелые металлы. Но и это тоже не правило, другие к этому классу добавляют и золото, платину, серебро, вольфрам, железо, марганец. Вот почему я вам говорю, что не всё ещё понятно по этой теме…

Обсуждая про баланс ионов различных веществ в растворе, мы обнаружим, что растворимость таких частиц связанно со многими факторами. Главные факторы солюбилизации являются рН, наличие лигандов в растворе и окислительно-восстановительный потенциал. Они причастны к процессам окисления этих элементов с одной степени окисления к другой, в которой растворимость иона в растворе выше.

В зависимости от природы ионов, в растворе могут происходить различные процессы:

• гидролиз,
• комплексообразование с разными лигандами;
• гидролитическая полимеризация.

Из-за этих процессов, ионы могут переходить в осадок или оставаться стабильными в растворе. От этого зависит и каталитические свойства определённого элемента, и его доступность для живых организмов.

Многие тяжелые металлы образуют с органическими веществами довольно стабильные комплексы. Эти комплексы входят в механизм миграции этих элементов в прудах. Почти все хелатные комплексы тяжелых металлов устойчивы в растворе. Также, комплексы почвенных кислот с солями разных металлов (молибден, медь, уран, алюминий, железо, титан, ванадий) имеют хорошую растворимость в нейтральной, слабощелочной и слабокислой среды. Это факт очень важен, потому что такие комплексы могут продвигаться в растворенном состоянии на большие расстояния. Самые подверженные водные ресурсы — это маломинерализованные и поверхностные водоёмы, где не происходит образование других таких комплексов. Для понимания факторов, которые регулируют уровень химического элемента в реках и озерах, их химическую реакционную способность, биологическую доступность и токсичность, необходимо знать не только валовое содержание, но и долю свободных и связанных форм металла.

В результате миграции тяжелых металлов в металлокомплексы в растворе могут произойти такие последствия:

1. В первых, увеличивается кумуляция ионов химического элемента за счёт перехода этих из донных отложений в природные растворы;
2. Во вторых, возникает возможность изменения мембранной проницаемости полученных комплексов в отличие от обычных ионов;
3. Также, токсичность элемента в комплексной форме может отличаться от обычной ионной формы.

Например, кадмий, ртуть и медь в хелатные формы, имеют меньшую токсичность, чем свободные ионы. Вот почему не правильно говорить о токсичности, биологической доступности, химической реакционной способности только по общему содержанию определённого элемента, при этом, не учитывая долю свободных и связанных форм химического элемента.

Откуда же берутся тяжелые металлы в нашу среду обитания? Причины присутствия таких элементов могут быть сточные воды с разных промышленных объектов занимающийся черной и цветной металлургией, машиностроением, гальванизацией. Некоторые химические элементы входят в состав пестицидов и удобрений и таким образом могут быть источником загрязнения местных прудов.

А если войти в тайны химии, то самым главным виновником повышения уровня растворимых солей тяжелых металлов является кислотные дожди (закисление). Понижение кислотности среды (уменьшение рН) тянет за собою переход тяжелых металлов из малорастворимых соединений (гидроксиды, карбонаты, сульфаты) в более хорошо растворимые (нитраты, гидросульфаты, нитриты, гидрокарбонаты, хлориды) в почвенном растворе.

Ванадий (V)

Надо отметить в первую очередь, что загрязнение этим элементом натуральными способами маловероятна, потому что этот элемент очень рассеян в Земной коре. В природе обнаруживается в асфальтах, битумах, углях, железных рудах. Важным источником загрязнения является нефть.

Содержание ванадия в природных водоёмах

Природные водоёмы содержит ничтожное количество ванадия:

• в реках — 0,2 — 4,5 мкг/л,
• в морях (в среднем) — 2 мкг/л.

В процессах перехода ванадия в растворённом состоянии очень важны анионные комплексы (V 10 O 26) 6- и (V 4 O 12) 4- . Также очень важны растворимые ванадиевые комплексы с органическими веществами, типа гумусовых кислот.

Предельно-допустимая концентрация ванадия для водной среды

Ванадий в повышенных дозах очень вреден для человека. Предельно-допустимая концентрация для водной среды (ПДК) составляет 0,1 мг/л, а в рыбохозяйственных прудах, ПДК рыбхоз ещё ниже — 0,001 мг/л.

Висмут (Bi)

Главным образом, висмут может поступать в реки и озера в результате процессов выщелачивания минералов содержащих висмут. Есть и техногенные источники загрязнения этим элементом. Это могут быть предприятия по производству стекла, парфюмерной продукций и фармацевтические фабрики.

Содержание висмута в природных водоёмах

• Реки и озера содержат меньше микрограмма висмута на литр.
• А вот подземные воды могут содержать даже 20 мкг/л.
• В морях висмут как правило не превышает 0,02 мкг/л.

Предельно-допустимая концентрация висмута для водной среды

ПДК висмута для водной среды — 0,1 мг/л.

Железо (Fe)

Железо — химический элемент не редкий, оно содержится во многих минералах и пород и таким образом в природных водоёмах уровень этого элемента повыше других металлов. Оно может происходить в результате процессов выветривания горных пород, разрушения этих пород и растворением. Образуя разные комплексы с органическими веществами из раствора, железо может быть в коллоидальном, растворённом и в взвешенном состояниях. Нельзя не упомнить про антропогенные источники загрязнения железом. Сточные воды с металлургических, металлообрабатывающих, лакокрасочных и текстильных заводов зашкаливают иногда из-за избытка железа.

Количество железа в реках и озерах зависит от химического состава раствора, рН и частично от температуры. Взвешенные формы соединений железа имеют размер более 0,45 мкг. Основные вещества которые входят в состав этих частиц являются взвеси с сорбированными соединениями железа, гидрата оксида железа и других железосодержащих минералов. Более малые частицы, то есть коллоидальные формы железа, рассматриваются совместно с растворенными соединениями железа. Железо в растворённом состоянии состоит из ионов, гидроксокомплексов и комплексов. В зависимости от валентности замечено что Fe(II) мигрирует в ионной форме, а Fe(III) в отсутствии разных комплексов остаётся в растворённом состоянии.

В балансе соединений железа в водном растворе, очень важно и роль процессов окисления, так химического так и биохимического (железобактерии). Эти бактерии ответственны за переход ионов железа Fe(II) в состояние Fe(III). Соединения трехвалентного железа имеют склонность гидролизовать и выпадать в осадок Fe(OH) 3 . Как Fe(II), так и Fe(III) склоны к образованию гидроксокомплексов типа — , + , 3+ , 4+ , + , в зависимости от кислотности раствора. В нормальных условиях в реках и озерах, Fe(III) находятся в связи с разными растворёнными неорганическими и органическими веществами. При рН больше 8, Fe(III) переходит в Fe(OH) 3 . Коллоидные формы соединений железа самые малоизучены.

Содержание железа в природных водоёмах

В реках и озерах уровень железа колеблется на уровне n*0,1 мг/л, но может повыситься вблизи болот до несколько мг/л. В болотах железо концентрируется в форме солей гуматов (соли гуминовых кислот).

Подземные водохранилища с низким рН содержат рекордные количества железа — до нескольких сотен миллиграммов на литр.

Железо — важный микроэлемент и от него зависят разные важные биологические процессы. Оно влияет на интенсивность развития фитопланктона и от него зависит качество микрофлоры в водоёмах.

Уровень железа в реках и озерах имеет сезонный характер. Самые высокие концентрации в водоёмах наблюдаются зимою и летом из-за стагнации вод, а вот весною и осенью заметно снижается уровень этого элемента по причине перемешивания водных масс.

Таким образом, большое количество кислорода ведёт к окислению железа с двухвалентной формы в трехвалентной, формируясь гидроксид железа, который падает в осадок.

Предельно-допустимая концентрация железа для водной среды

Вода с большим количеством железа (больше 1-2 мг/л) характеризуется плохими вкусовыми качествами. Она имеет неприятный вяжущий вкус и непригодна для промышленных целей.

ПДК железа для водной среды — 0,3 мг/л, а в рыбохозяйственных прудах ПДК рыбхоз — 0,1 мг/л.

Кадмий (Cd)

Загрязнение кадмием может возникнуть во время выщелачивания почв, при разложения разных микроорганизмов которые его накапливают, а также из-за миграции из медных и полиметаллических руд.

Человек тоже виноват в загрязнении этим металлом. Сточные воды с разных предприятий занимающеюся рудообогащением, гальваническим, химическим, металлургическим производством могут содержать большие количества соединений кадмия.

Естественные процессы по снижению уровня соединений кадмия являются сорбция, его потребление микроорганизмами и выпадение в осадок малорастворимого карбоната кадмия.

В растворе, кадмий находится, как правило, в форме органо-минеральных и минеральных комплексов. Сорбированные вещества на базе кадмия — важнейшие взвешенные формы этого элемента. Очень важна миграция кадмия в живых организмов (гидробиониты).

Содержание кадмия в природных водоёмах

Уровень кадмия в чистых реках и озерах колеблется на уровне меньше микрограмма на литр, в загрязнённых водах уровень этого элемента доходит до нескольких микрограммов на литр.

Некоторые исследователи считают, что кадмий, в малых количествах, может быть важным для нормального развития животных и человека. Повышенные концентрации кадмия очень опасных для живых организмов.

Предельно-допустимая концентрация кадмия для водной среды

ПДК для водной среды не превышает 1 мкг/л, а в рыбохозяйственных прудах ПДК рыбхоз — меньше 0,5 мкг/л.

Кобальт (Co)

Реки и озера могут загрязниться кобальтом как следствие выщелачивания медных и других руд, из почв во время разложения вымерших организмов (животные и растения), ну и конечно же в результате активности химических, металлургических и металлообрабатывающих предприятии.

Главные формы соединений кобальта находится в растворенном и взвешенном состояниях. Вариации между этими двумя состояниями могут происходить, из-за изменений рН, температуры и состава раствора. В растворённом состоянии, кобальт содержится в виде органических комплексов. Реки и озера имеют характерность, что кобальт представлен двухвалентным катионом. При наличии большого количества окислителей в растворе, кобальт может окисляться до трехвалентного катиона.

Он входит в состав растений и животным, потому что играет важную роль в их развитии. Входит в число основных микроэлементов. Если в почве наблюдается дефицит кобальта, то его уровень в растениях будет меньше обычного и как следствие могут появиться проблемы со здоровьем у животных (возникает риск возникновения малокровия). Этот факт наблюдается особенно в таежно-лесной нечерноземной зоне. Он входит в состав витамина В 12 , регулирует усвоение азотистых веществ, повышает уровень хлорофилла и аскорбиновой кислоты. Без него растения не могут наращивать необходимое количество белка. Как и все тяжелые металлы, он может быть токсичным в больших количествах.

Содержание кобальта в природных водоёмах

• Уровень кобальта в реках варьирует от несколько микрограммов до миллиграммов на литр.
• В морях в среднем уровень кадмия — 0,5 мкг/л.

Предельно-допустимая концентрация кобальта для водной среды

ПДК кобальта для водной среды — 0,1 мг/л, а в рыбохозяйственных прудах ПДК рыбхоз — 0,01 мг/л.

Марганец (Mn)

Марганец поступает в реки и озера по таким же механизмам, как и железо. Главным образом, освобождение этого элемента в растворе происходит при выщелачивании минералов и руд, которые содержат марганец (черная охра, браунит, пиролюзит, псиломелан). Также марганец может поступать вследствие разложения разных организмов. Промышленность имеет, думаю, самую большую роль в загрязнении марганцем (сточные воды с шахт, химическая промышленность, металлургия).

Снижение количества усваиваемого металла в растворе происходит, как и в случае с другими металлами при аэробных условиях. Mn(II) окисляется до Mn(IV), вследствие чего выпадает в осадок в форме MnO 2 . Важными факторами при таких процессах считаются температура, количество растворённого кислорода в растворе и рН. Снижение растворённого марганца в растворе может возникнуть при его употреблении водорослями.

Мигрирует марганец в основном в форме взвеси, которые, как правило, говорят о составе окружающих пород. В них он содержится как смесь с другими металлами в виде гидроксидов. Преобладание марганца в коллоидальной и растворенной форме говорят о том что он связан с органическими соединениями образуя комплексы. Стабильные комплексы замечаются с сульфатами и бикарбонатами. С хлором, марганец образует комплексы реже. В отличие от других металлов, он слабее удерживается в комплексах. Трехвалентный марганец образует подобные соединения только при присутствии агрессивных лигандов. Другие ионные формы (Mn 4+ , Mn 7+)менее редки или вовсе не встречаются в обычных условиях в реках и озерах.

Содержание марганца в природных водоёмах

Самыми бедными в марганце считаются моря — 2 мкг/л, в реках содержание его больше — до 160 мкг/л, а вот подземные водохранилища и в этот раз являются рекордсменами — от 100 мкг до несколько мг/л.

Для марганца характерны сезонные колебания концентрации, как и у железа.

Выявлено множество факторов, которые влияют на уровень свободного марганца в растворе: связь рек и озер с подземными водохранилищами, наличие фотосинтезирующих организмов, аэробные условия, разложение биомассы (мертвые организмы и растения).

Немаловажная биохимическая роль этого элемента ведь он входит в группу микроэлементов. Многие процессы при дефиците марганца угнетаются. Он повышает интенсивность фотосинтеза, участвует в метаболизме азота, защищает клетки от негативного воздействия Fe(II) при этом окисляя его в трехвалентную форму.

Предельно-допустимая концентрация марганца для водной среды

ПДК марганца для водоёмов — 0,1 мг/л.

Медь (Cu)

Такой важной роли для живых организмов не имеет ни один микроэлемент! Медь — один из самых востребованных микроэлементов. Он входит в состав многих ферментов. Без него почти ничего не работает в живом организме: нарушается синтез протеинов, витаминов и жиров . Без него растения не могут размножаться. Всё-таки избыточное количество меди вызывает большие интоксикации во всех типов живых организмов.

Уровень меди в природных водоёмах

Хотя медь имеет две ионные формы, чаще всего в растворе встречается Cu(II). Обычно, соединения Cu(I) трудно растворимые в растворе (Cu 2 S, CuCl, Cu 2 O). Могут возникнуть разные акваионны меди при наличии всяких лигандов.

При сегодняшнем высоком употреблении меди в промышленности и сельское хозяйство, этот металл может послужить причиной загрязнения окружающей среды. Химические, металлургические заводы, шахты могут быть источниками сточных вод с большим содержанием меди. Процессы эрозии трубопроводов тоже имеют свои вклад в загрязнении медью. Самыми важными минералами с большим содержанием меди считаются малахит, борнит, халькопирит, халькозин, азурит, бронтантин.

Предельно-допустимая концентрация меди для водной среды

ПДК меди для водной среды считается 0,1 мг/л, в рыбохозяйственных прудах ПДК рыбхоз меди уменьшается до 0,001 мг/л.

Молибден (Mo)

Во время выщелачивания минералов с высоким содержанием молибдена, освобождаются разные соединения молибдена. Высокий уровень молибдена может замечаться в реках и озерах, которые находятся рядом с фабриками по обогащению и предприятиями занимающиеся цветной металлургией. Из-за разных процессов осаждения труднорастворимых соединений, адсорбции на поверхности разных пород, а также употребления водными водорослями и растениями, его количество может заметно уменьшится.

В основном в растворе, молибден может находиться в форме аниона MoO 4 2- . Есть вероятность присутствия молибденоорганических комплексов. Из-за того что при окисления молибденита формируются рыхлые мелкодисперсные соединения, повышается уровень коллоидального молибдена.

Содержание молибдена в природных водоёмах

Уровень молибдена в реках колеблется между 2,1 и 10,6 мкг/л. В морях и океанах его содержание — 10 мкг/л.

При малых концентрациях, молибден помогает нормальному развитию организма (так растительного, как и животного), ведь он входит в категорию микроэлементов. Также он является составной частью разных ферментов как ксантиноксилазы. При недостатке молибдена возникает дефицит этот фермента и таким образом могут проявляться отрицательные эффекты. Избыток этого элемента тоже не приветствуется, потому что нарушается нормальный обмен веществ.

Предельно-допустимая концентрация молибдена для водной среды

ПДК молибдена в поверхностных водоёмах должен не превышать 0,25 мг/л.

Мышьяк (As)

Загрязнены мышьяком в основном районы, которые находятся близко к минеральным рудников с высоким содержанием этого элемента (вольфрамовые, медно-кобальтовые, полиметаллические руды). Очень малое количество мышьяка может произойти при разложении живых организмов. Благодаря водным организмам, он может усваиваться этими. Интенсивное усваивание мышьяка из раствора замечается в период бурного развития планктона.

Важнейшими загрязнителями мышьяком считаются обогатительная промышленность, предприятия по производству пестицидов , красителей, а также сельское хозяйство.

Озера и реки содержат мышьяк в два состояния: во взвешенном и растворённом. Пропорции между этими формами может меняться в зависимости от рН раствора и химической композиции раствора. В растворённом состоянии, мышьяк может быть трехвалентном или пятивалентном, входя в анионные формы.

Уровень мышьяка в природных водоёмах

В реках, как правило, содержание мышьяка очень низкое (на уровне мкг/л), а в морях — в среднем 3 мкг/л. Некоторые минеральные воды могут содержать большие количества мышьяка (до несколько миллиграммов на литр).

Больше всего мышьяка могут, содержат подземные водохранилища — до несколько десяток миллиграммов на литр.

Его соединения очень токсичны для всех животных и для человека. В больших количествах, нарушаются процессы окисления и транспорт кислорода к клеткам.

Предельно-допустимая концентрация мышьяка для водной среды

ПДК мышьяка для водной среды — 50 мкг/л, а в рыбохозяйственных прудах ПДК рыбхоз — тоже 50 мкг/л.

Никель (Ni)

На содержание никеля в озерах и реках влияют местные породы. Если рядом с водоёмом находятся месторождения никелевых и железно-никелевых руд концентрации могут быть и ещё больше нормального. Никель может поступить в озера и реки при разложении растениях и животных. Сине-зеленые водоросли содержат рекордные количества никеля по сравнению с другими растительными организмами. Важные отходные воды с высоким содержанием никеля освобождаются при производстве синтетического каучука, при процессах никелирования. Также никель в больших количествах освобождается во время сжигания угля, нефти.

Высокий рН может послужить причиной осаждения никеля в форме сульфатов, цианидов, карбонатов или гидроксидов. Живые организмы могут снизить уровень подвижного никеля, употребляя его. Важны и процессы адсорбции на поверхности пород.

Вода может содержать никель в растворённой, коллоидальной и взвешенной формах (баланс между этими состояниями зависит от рН среды, температуры и состава воды). Гидроксид железа, карбонат кальция, глина хорошо сорбируют соединения содержащие никель. Растворённый никель находится в виде комплексов с фульвовой и гуминовой кислот, а также с аминокислотами и цианидами. Самой стабильной ионной формой считается Ni 2+ . Ni 3+ , как правило, формируется при большом рН.

В середине 50ых годов никель был внесён в список микроэлементов, потому что он играет важную роль в разных процессах как катализатор. В низких дозах он имеет положительный эффект на кроветворные процессы. Большие дозы всё-таки очень опасны для здоровья, ведь никель — канцерогенный химический элемент и может спровоцировать разные заболевания дыхательной системы. Свободный Ni 2+ более токсичный, чем в форме комплексов (примерно в 2 раза).

Уровень никеля в природных водоёмах

Предельно-допустимая концентрация никеля для водной среды

ПДК никеля для водной среды — 0,1 мг/л, а вот в рыбохозяйственных прудах ПДК рыбхоз — 0,01 мг/л.

Олово (Sn)

Природными источниками олова являются минералы, которые содержат этот элемент (станнин, касситерит). Антропогенными источниками считаются заводы и фабрики по производству разных органических красок и металлургическая отрасль работающая с добавлением олова.

Олово — малотоксичный металл, вот почему употребляя пищу из металлических консервов мы не рискуем своим здоровьем.

Озера и реки содержат меньше микрограмма олова на литр воды. Подземные водохранилища могут содержать и несколько микрограммов олова на литр.

Предельно-допустимая концентрация олова для водной среды

ПДК олова для водной среды — 2 мг/л.

Ртуть (Hg)

Главным образом, повышенный уровень ртути в воде замечается в районах где есть месторождения ртути. Самые частые минералы — ливингстонит, киноварь, метациннабарит. Сточная вода с предприятий по производству разных лекарств, пестицидов, красителей может содержать важные количества ртути. Другим важным источником загрязнения ртутью считаются тепловые электростанции (которые используют как горючее уголь).

Его уровень в растворе уменьшается главным образом за счёт морских животных и растений, которые накапливают и даже концентрировать ртуть! Иногда содержание ртути в морских обитателей поднимается в несколько раз больше чем в морской среде.

Природная вода содержит ртуть в две формы: взвешенную (в виде сорбированных соединений) и растворённую (комплексные, минеральные соединения ртути). В определённых зонах океанов, ртуть может появляться в виде метилртутных комплексов.

Ртуть и его соединения очень токсичны. При больших концентрациях, имеет отрицательное действие на нервную систему, провоцирует изменения в крови, поражает секрецию пищеварительного тракта и двигательную функцию. Очень опасны продукты переработки ртути бактериями. Они могут синтезировать органические вещества на базе ртути, которые во много раз токсичнее неорганических соединений. При употреблении рыбы, соединения ртути могут попасть в наш организм.

Предельно-допустимая концентрация ртути для водной среды

ПДК ртути в обычной воде — 0,5 мкг/л, а в рыбохозяйственных прудах ПДК рыбхоз — меньше 0,1 мкг/л.

Свинец (Pb)

Реки и озера могут загрязняться свинцом натуральным путём при смывании минералов свинца (галенит, англезит, церуссит), так и антропогенным путём (сжигание угля, применение тетраэтилсвинца в топливе, сбросы фабрик по рудообогащению, сточные воды с шахт и металлургических заводов). Осаждение соединений свинца и адсорбция этих веществ на поверхности разных пород являются важнейшими натуральными методами понижения его уровня в растворе. Из биологических факторов, к уменьшению уровня свинца в растворе ведут гидробионты.

Свинец в реках и озерах находится во взвешенной и растворённой форме (минеральные и органоминеральные комплексы). Также свинец находится в виде нерастворимых веществ: сульфаты, карбонаты, сульфиды.

Содержание свинца в природных водоёмах

Про токсичность этого тяжелого металла мы наслышаны. Он — очень опасный даже при малых количествах и может стать причиной интоксикации. Проникновение свинца в организм осуществляется через дыхательную и пищеварительную систему. Его выделение из организма протекает очень медленно, и он способен накапливаться в почках, костях и печени.

Предельно-допустимая концентрация свинца для водной среды

ПДК свинца для водной среды — 0,03 мг/л, а в рыбохозяйственных прудах ПДК рыбхоз — 0,1 мг/л.

Тетраэтилсвинец

Он служит в качестве антидетонатора в моторном топливе. Таким образом, основными источниками загрязнения этим веществом — транспортные средства.

Это соединение — очень токсичное и может накапливаться в организме.

Предельно-допустимая концентрация тетраэтилсвинца для водной среды

Предельно-допустимый уровень этого вещества приближается к нулю.

Тетраэтилсвинец вообще не допускается в составе вод.

Серебро (Ag)

Серебро главным образом попадает в реки и озера из подземных водохранилищах и как следствие сброса сточных вод с предприятий (фотопредприятия, фабрики по обогащению) и рудников. Другим источником серебра могут быть альгицидные и бактерицидные средства.

В растворе, самые важные соединения являются галоидные соли серебра.

Содержание серебра в природных водоёмах

В чистых реках и озерах, содержание серебра — меньше микрограмма на литр, в морях — 0,3 мкг/л. Подземные водохранилища содержат до несколько десяток микрограммов на литр.

Серебро в ионной форме (при определённых концентрациях) имеет бактериостатический и бактерицидный эффект. Для того чтобы можно было стерилизовать воду при помощи серебра, его концентрация должна быть больше 2*10 -11 моль/л. Биологическая роль серебра в организм ещё недостаточно известна.

Предельно-допустимая концентрация серебра для водной среды

Предельно-допустимая серебра для водной среды — 0,05 мг/л.

Главный редактор и администратор сайта www.! //\\ Через меня проходят все опубликованные статьи на нашем сайте. //\\ Я модерирую и одобряю, чтобы читателю было интересно и полезно!

В организме взрослого человека содержится около 13 мг ртути, причем около 70 % - в жировой и мышечной ткани. Период полувыведения метилртути из организма человека (полупериод биологического распада соединений ртути) составляет около 70 дней. Однако процесс выведения ртути зависит от особенностей организма и может достигать 190 дней.

Высокая токсичность ртути обусловливает очень низкие значения ПДК: 0,0003 мг/м3 в воздухе и 0,0005 мг/л в воде.

Предельно допустимые концентрации ртути в основных пищевых продуктах представлены на рис. 3.8.

Рис. 3.8. ПДК ртути в основных пищевых продуктах

Кадмий (Сd)

Обольшойопасностизагрязненияпочвыкадмиемсвидетельствуетмассовая интоксикация кадмием жителей бассейна реки Дзинцу в Японии. Цинковый рудникзагрязнилкадмиемреку, водукоторойиспользовалидляпитьяиорошениярисовыхполейисоевыхплантаций. Спустя15…30 лет150 человекумерлиотхронического отравлениякадмием. Содержаниекадмияврисеосновномпродуктепитания - достигало 600…1 000 мкг/кг, что явилось причиной заболевания, вошедшего висто- риюэндемическихотравленийтяжелымиметалламиподназваниемитаи-итаи.

В природе кадмий не встречается в свободном виде и не образует специфических руд. Его получают как сопутствующий продукт при рафинировании цинка и меди. В земной коре содержится около 0,05 мг/кг кадмия, в морской воде - 0,3 мкг/л. По своей электронной конфигурации кадмий напоминает цинк. Он обладает большим сродством к тиоловым группам и замещает цинк в некоторых металлферментных комплексах. Кадмий легко обра-

зует пары. Кадмий относится к числу сильно ядовитых веществ и не является необходимым элементом для млекопитающих.

В организме человека среднего возраста содержится около 50 мг кадмия, 1/3 - в почках, остальное количество - в печени, легких и поджелудочной железе. Период полувыведения кадмия из организма составляет 13…40 лет.

Как металлический кадмий, так и его соли оказывают выраженное токсическое действие на людей и животных. Механизмы токсичности кадмия заключаются в том, что он ингибирует ДНК-полимеразу, нарушает синтез ДНК (стадию расплетения), разделяет окислительное фосфорилирование в митохондриях печени. Патогенез отравления кадмием включает также взаимодействие его с высокомолекулярными белками, особенно тиолсодержащими ферментами.

Механизм токсического действия кадмия связан с блокадой сульфгидрильных групп белков; кроме того, он является антагонистом цинка, кобальта, селена, ингибирует активность ферментов, содержащих указанные металлы. Известна способность кадмия нарушать обмен железа и кальция. Все это может привести к широкому спектру заболеваний: гипертоническая болезнь, анемия, ишемическая болезнь сердца, почечная недостаточность и другие. Отмечены канцерогенный, мутагенный и тератогенный эффекты кадмия.

Желудочно-кишечная абсорбция кадмия для человека составляет 3…8 %. На нее влияет уровень потребления цинка и растворимость солей кадмия. Будучи абсорбированным, кадмий остается в организме, подвергаясь лишь незначительной экскреции. Главные центры накопления - печень и почки. В этих органах 80 % кадмия связано с металлотионеинами. В то же время, биологической функцией металлотионеинов является участие их в гомеостазе необходимых элементов - цинка и меди. Поэтому кадмий, взаимодействуя с металлотионеинами, может нарушать гомеостаз биогенных меди и цинка.

Наличие кадмия в тканях вызывает симптомы, связанные с дефицитом меди, цинка и железа. Кальций плазмы крови снижает абсорбцию кадмия в кровь. Содержание кадмия в тканях тем больше, чем меньше количество кальция в пище. Хроническая интоксикация кадмием нарушает минерализацию костей и увеличивает концентрацию кальция в печени. Он также блокирует синтез витамина D.

Загрязнение окружающей среды кадмием связано с горнорудной, металлургической, химической промышленностью, с производством ракетной и атомной техники, полимеров и металлокерамики. В воздух кадмий поступает вместе со свинцом при сжигании топлива на ТЭЦ, с газовыми выбросами предприятий, производящих или использующих кадмий. Загрязнение почвы кадмием происходит при оседании содержащих кадмий аэрозолей из воздуха и дополняется внесением минеральных удобрений: суперфосфата (7,2 мг/кг), фосфата калия (4,7 мг/кг), селитры (0,7 мг/кг). Заметно содержание кадмия и в навозе, где он обнаруживается в результате следующей цепи переходов: воздух – почва – растения - травоядные животные - навоз.

В некоторых странах соли кадмия используются как антигельминтные

и антисептические препараты в ветеринарии.

Все это определяет основные пути загрязнения кадмием окружающей среды, а следовательно, продовольственного сырья и пищевых продуктов. Источником загрязнения кадмием пищевых продуктов растительного происхождения являются сточные воды некоторых промышленных предприятий, а также фосфорные удобрения. В районах промышленных выбросов он депонируется в почве и растениях. В растения кадмий поступает за счет корневого поглощения и через листья. У многих сельскохозяйственных культур выявлена чувствительность к кадмию. Под его действием у растений может развиться хлороз, искривления стебля, бурые некротические пятна на листьях и т.д. Однако чаще симптомы начинающегося отравления растений этим металлом не проявляются на внешнем виде растения, а только снижается урожайность. Граница чувствительности к кадмию у зерновых и картофеля лежит в пределах 6…12 мг/кг почвы. При этом по чувствительности к кадмию сельскохозяйственные растения располагаются в следующем возрастающем порядке: томаты, овес, салат, морковь, редис, фасоль, горох и шпинат. Больше всего кадмия откладывается в вегетативных органах растений. Так, в листьях моркови, томатов и овса кадмия откладывается в 25 раз больше, чем в плодах и корнях. Содержание кадмия составляет (в мкг/кг) в растительных продуктах: зерновые 28…95, горох 15…19, фасоль 5…12, картофель

12…50, капуста 2…26, помидоры 10…30, салат 17…23, фрукты 9…42, рас-

тительное масло 10…50, сахар 5…31, грибы 100…500; в продуктах животноводства: молоко 2,4, творог 6,0, яйца 23…250.

В организм человека кадмий поступает в основном с пищей (примерно 80 %), Экспертами ФАО установлено, что взрослый человек с пищей получает в среднем 30 – 150 мкг/сутки кадмия, причем в Европе - 30...60 мкг, в Японии - 30...100 мкг, в кадмиевых геохимических районах - около 300 мкг.

Предельно допустимые концентрации кадмия в основных пищевых продуктах представлены на рис. 3.9.

Рис. 3.9. ПДК кадмия в основных пищевых продуктах

Примерно 20 % кадмия поступает в организм человека через легкие из атмосферы и при курении. В одной сигарете содержится 1,5…2,0 мкг Сd.

Количество кадмия, попадающее в организм человека, зависит не только от потребления им содержащих кадмий пищевых продуктов, но и в большой степени от качества его диеты. В частности, достаточное количество железа в крови, по-видимому, тормозит аккумуляцию кадмия. Кроме того, большие дозы витамина D действуют как противоядие при отравлении кадмием.

Большое значение в профилактике интоксикации кадмием имеет правильное питание (включение в рацион белков, богатых серосодержащими аминокислотами, аскорбиновой кислоты, железа, цинка, селена, кальция), контроль за содержанием кадмия (полярографический, атомноабсорбционный анализы) и исключение из рациона продуктов, богатых кадмием.

Всемирная организация здравоохранения считает максимально допустимой величину поступления кадмия для взрослых людей 500 мкг в неделю, то есть ДСП 70 мкг в сутки, а ДСД 1 мкг/кг массы тела.

Мышьяк (Аs)

В Аргентине наблюдалось хроническое отравление мышьяком,

вызванное потреблением воды, содержащей от 1 до 4 мг/л Аs2 О3 . Аналогичная ситуация наблюдалась в Чили. Употребление колодезной воды, содержащей 0,6 мг/л мышьяка, привело к локальным хроническим отравлениям на о. Тайвань.

В Балтиморе была обнаружена территория, где смертность от рака в 4,3 раза выше, чем в городе в целом. Эта полоса окружает бывшую фабрику, производившую в течение 100 лет мышьяк.

Трагический случай произошел в Японии в 1955 г., когда отравилось более 12 000 детей. Их кормили молочной смесью, в состав которой входило сухое молоко, загрязненное оксидом мышьяка (III). Он случайно попал в фосфат натрия, которым стабилизировали порошок молока. Фосфат натрия являлся отходом при выделении алюминия из боксита, в котором содержалось существенное количество мышьяка. Более 120 детей погибли от потребления смеси через 33 дня при ежедневной дозе Аs 2 03 5 мг.

Существует также версия об отравлении мышьяком Наполеона Бонапарта. С помощью нейтронно-активационного анализа волос Наполеона разных периодов его жизни эксперты установили, что содержание мышьяка в них в 13 раз превышает обычную норму для человеческих волос, а отложения мышьяка в растущих волосах совпадали по времени с периодом пребывания Наполеона на острове Святой Елены.

Мышьяк принадлежит к тем микроэлементам, необходимость которых для жизнедеятельности организма не доказана. Мышьяк широко распростра-

нен в окружающей среде. Он встречается в природе в элементном состоянии, а также в больших количествах в виде арсенитов, арсеносульфидов и органических соединений. В морской воде содержится около 5 мкг/л мышьяка, в земной коре – 2 мг/кг.

Токсичность мышьяка зависит от его химического строения. Элементный мышьяк менее токсичен, чем его соединения. Арсениты (соли трехвалентного мышьяка) более токсичны, чем арсенаты (соли пятивалентного мышьяка). В целом соединения мышьяка можно расположить в порядке снижения токсичности следующим образом: арсины > арсениты > арсенаты > метиларсоновая и диметиларсоновая кислоты.

Очень высокую токсичность проявляет арсин (АsН3 ) - очень сильный восстановитель, восстанавливающий различные биогенные соединения. Одна из главных мишеней арсина - гем; он представляет собой яд гемолитического действия.

Арсениты являются тиоловыми ядами, ингибирующими различные ферменты. Они взаимодействуют с тиоловыми группами белков, цистеина, липоевой кислоты, глутатиона, кофермента А, присутствующими в организме, нарушая в конечном итоге цикл трикарбоновых кислот. Кроме того, арсениты влияют на митоз, синтез и распаривание ДНК, что связано с блокированием ими тиоловых групп ДНК - полимеразы.

Арсенаты играют роль фосфатного аналога, легко проникают в клетки по транспортным системам фосфата и конкурируют с фосфатами в процессе окислительного фосфорилирования в митохондриях (ингибируют цитохром и глицеролоксидазы). Арсенаты нарушают протекание одной из фосфорилитических реакций - образование АТФ из АДФ, что приводит к прекращению синтеза АТФ.

Неорганические соединения мышьяка более токсичны, чем органические, накапливающиеся в рыбе. Соединения мышьяка хорошо всасываются в пищеварительном тракте. Выделение их из организма происходит в основном через почки (до 90 %) и пищеварительный канал. Он также может выделяться с грудным молоком и проникать через плацентарный барьер.

По данным ФАО суточное поступление мышьяка в организм взрослого человека составляет 0,45 мг, т.е. около 0,007 мг/кг массы тела. Значительно увеличивается поступление мышьяка в тех случаях, когда в рационе повышен удельный вес продуктов моря. ДСД мышьяка для взрослого человека составляет 0,05 мг/кг массы тела (около 3 мг/сутки).

Ежегодное мировое производство мышьяка составляет приблизительно 50 тыс. т в год, увеличиваясь каждые 10 лет на 25 %. Наиболее мощными источниками загрязнения окружающей среды мышьяком являются атмосферные выбросы электростанций, металлургических производств, медеплавильных заводов и других предприятий цветной металлургии, промышленные сточные воды, мышьяксодержащие пестициды. Мышьяк также используется в производстве хлора и щелочей (до 55 % потребляемого промышленностью количества), полупроводников, стекла,

МИНИСТЕРСТВО ЗДРАВООХРАНЕНИЯ СССР

ОБЩЕСОЮЗНЫЕ САНИТАРНО-ГИГИЕНИЧЕСКИЕ
И САНИТАРНО-ПРОТИВОЭПИДЕМИЧЕСКИЕ ПРАВИЛА И НОРМЫ

САНИТАРНЫЕ НОРМЫ
ДОПУСТИМЫХ КОНЦЕНТРАЦИЙ
ХИМИЧЕСКИХ ВЕЩЕСТВ В ПОЧВЕ

СанПиН 42-128-4433-87

Москва - 1988

Санитарные нормы допустимых концентраций (ПДК) химических веществ в почве подготовлены к изданию Ордена Трудового Красного Знамени НИИ общей и коммунальной гигиены им. А. Н. Сысина АМН СССР (к.м.н. Н. И. Тонкопий).

ПДК химических веществ в почве разработаны:

Бенз(а)пирен - Ордена Трудового Красного Знамени НИИ общей и коммунальной гигиены им. А. Н. Сысина АМН СССР (В. М. Перелыгин, Н. И. Тонкопий, А. Ф. Перцовская, Г. Е. Шестопалова, Г. П. Кашкарова, Е. В. Филимонова, Е. Э. Новикова, С. А. Агрэ).

Онкологический научный центр АМН СССР (А. П. Ильницкий, Л. М. Шабад, Л. Г. Соленова, В. С. Мищенко).

Киевский Ордена Трудового Красного Знамени НИИ общей и коммунальной гигиены им. А. Н. Марзеева МЗ УССР (Н. Я. Янышева, И. С. Киреева, Н. Л. Павлова).

Кобальт - Узбекский научно-исследовательский институт санитарии, гигиены и профзаболеваний МЗ Узбекской ССР (Л. Н. Носкова, Н. E . Боровская).

Ксилолы и стирол - Уфимский НИИ гигиены и профзаболеваний МЗ РСФСР (Л. О. Осипова, С. М. Сафонникова, Г. Ф. Максимова, Р. Ф. Даукаева, С. А. Магжанова).

Мышьяк - Киевский Ордена Трудового Красного Знамени НИИ общей и коммунальной гигиены им. А. Н. Марзеева МЗ УССР (С. Я. Найштейн, Н. П. Вашкулат).

Государственный институт гигиены, Будапешт, ВНР (А. Хорват).

Отходы флотации угля (ОФУ) - Киевский Ордена Трудового Красного Знамени медицинский институт им. академика А. А. Богомольца МЗ УССР (Н. П. Третьяк, Е. И. Гончарук, И. В. Савицкий).

Ртуть - Киевский Ордена Трудового Красного Знамени НИИ общей и коммунальной гигиены им. А. Н. Марзеева МЗ УССР (С. Я. Найштейн, Г. Я. Чегринец).

Свинец - Ордена Трудового Красного Знамени НИИ общей и коммунальной гигиены им. А. Н. Сысина АМН СССР (В. М. Перелыгин, Т. И. Григорьева, А. Ф. Перцовская, А. А. Динерман, Г. П. Кашкарова, В. Н. Павлов, Т. В. Доскина, Е. В. Филимонова, Е. Э. Новикова).

Ростовский-на-Дону медицинский институт (П. А. Золотов, О. В. Пруденко, Т. Н. Ружникова, Т. В. Колесникова).

Свинец + ртуть - Иркутский Государственный медицинский институт МЗ РСФСР (Г. В. Суркова, С. Я. Найштейн).

Сернистые соединения - Львовский НИИ эпидемиологии и микробиологии МЗ УССР (И. Н. Бескопыльный, А. А. Деканоидзе).

Формальдегид - Волжский опорный пункт Всесоюзного НИИ сельскохозяйственного использования сточных вод (В. И. Марымов, Л. И. Сергиенко, П. П. Власов).

Фтор - Киевский Ордена Трудового Красного Знамени медицинский институт им. академика А. А. Богомольца МЗ УССР (В. И. Циприян, П. М. Бурьян, Г. А. Степаненко, И. И. Швайко, Н. Т. Музычук, А. А. Масленко, В. Г. Сук).

Волжский опорный пункт Всесоюзного НИИ сельскохозяйственного использования сточных вод (Л. И. Сергиенко, Л. А. Халимова, В. И. Тимофеева).

Хлористый калий - Научно-исследовательский институт санитарии и гигиены им. Г. М. Натадзе МЗ Груз. ССР (Р. Г. Мжаванадзе, Р. Э. Хазарадзе).

Хром - Ордена Трудового Красного Знамени НИИ общей и коммунальной гигиены им. А. Н. Сысина АМН СССР (В. М. Перелыгин, Р. В. Меркурьева, Дахбайн Бейбетхан, А. Ф. Перцовская, Л. X. Мухамбетова, Г. Е. Шестопалова, Н. Л. Великанов, З. И. Коганова, С. И. Долинская, О. Э. Боброва).

Настоящие санитарно-гигиенические нормы разрешается размножать в необходимом количестве.

ОБЩЕСОЮЗНЫЕ САНИТАРНО-ГИГИЕНИЧЕСКИЕ И САНИТАРНО-ПРОТИВОЭПИДЕМИЧЕСКИЕ ПРАВИЛА И НОРМЫ

Нарушение санитарно-гигиенических и санитарно-противоэпидемических правил и норм влечет дисциплинарную, административную или уголовную ответственность в соответствии с законодательством Союза ССР и союзных республик (статья 18).

Государственный санитарный надзор за соблюдением санитарно-гигиенических и санитарно-противоэпидемических правил и норм государственными органами, а также всеми предприятиями, учреждениями и организациями, должностными лицами и гражданами возлагается на органы и учреждения санитарно-эпидемической службы Министерства здравоохранения СССР и министерств здравоохранения союзных республик (статья 19).

(Основы законодательства Союза ССР и союзных республик о здравоохранении, утвержденные законом СССР от 19 декабря 1969 года).

«УТВЕРЖДАЮ»

Заместитель Главного

Государственного санитарного

врача СССР

А. И. КОНДРУСЕВ

Наименование вещества

Величина ПДК мг/кг почвы с учетом фона (кларка)

Лимитирующий показатель

ПОДВИЖНАЯ ФОРМА

Кобальт *

Общесанитарный

Транслокационный

Общесанитарный

ВОДОРАСТВОРИМАЯ ФОРМА

Транслокационный

ВАЛОВОЕ СОДЕРЖАНИЕ

Бенз(а)пирен

Общесанитарный

Ксилолы (орто-, мета-, пара)

Транслокационный

Транслокационный

Водный и общесанитарный

Транслокационный

Общесанитарный

Свинец + ртуть

Транслокационный

Сернистые соединения (S)

элементарная сера

Общесанитарный

сероводород

Воздушный

серная кислота

Общесанитарный

Воздушный

Формальдегид

Хлористый калий

* Подвижная форма кобальта извлекается из почвы ацетатно-натриевым буферным раствором с рН 3,5 и рН 4,7 для сероземов и ацетатно-аммонийным буферным раствором с рН 4,8 для остальных типов почв.

** Подвижная форма фтора извлекается из почвы с рН £ 6,5 - 0,006 М HCl, с рН > 6,5 - 0,03 М K 2 SО 4 .

*** Подвижная форма хрома извлекается из почвы ацетатно-аммонийным буферным раствором рН 4,8.

**** ОФУ - отходы флотации угля. ПДК ОФУ контролируется по содержанию бенз(а)пирена в почве, которое не должно превышать ПДК БП.

Методика определения контролируемых веществ в почве изложена в приложении.

Методы определения бенз(а)пирена изложены в «Методических указаниях по отбору проб из объектов внешней среды и подготовке их для последующего определения канцерогенных полициклических ароматических углеводородов» № 1424-76, утв. МЗ СССР 12 мая 1976 года и в «Методических указаниях по качественному и количественному определению канцерогенных полициклических ароматических углеводородов в продуктах сложного состава» № 1423-76, утв. МЗ СССР 12 мая 1976 года.

Методы определения калия изложены в ГОСТ 26204-84 - ГОСТ 26213 -84 «Почвы. Методы анализа».

Приложение

к списку ПДК

химических веществ в почве.

МЕТОДЫ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ЗАГРЯЗНЯЮЩИХ ВЕЩЕСТВ В ПОЧВЕ

Подготовлено к изданию сотрудниками Ордена Трудового Красного Знамени научно-исследовательского института общей и коммунальной гигиены им. А. Н. Сысина АМН СССР к. б. н. Н. И. Казниной, к. б. и. Н. П. Зиновьевой, к. с.-х. н. Т. И. Григорьевой.

КОБАЛЬТ*

(подвижные формы)

Со Атомн. масса

Уксусная кислота ледяная, х. ч., ГОСТ 61-75

Натрий лимоннокислый (трехзамещенный), ГОСТ 22280-76 , ч.д.а., 20 % раствор

Натрий уксуснокислый, ГОСТ 199-78 , ч.д.а., 40 % раствор

Натрий уксуснокислый перед приготовлением раствора предварительно отмывают от примесей цинка раствором дитизона в четыреххлористом углероде

Нитрозо-Р-соль, ГОСТ 10553-75, 0,05 % водный раствор

Кобальт сернокислый (CoSО 4 × 7H 2 О), ГОСТ 4462-78 , ч.д.а.

Ортофосфорная кислота по ГОСТ 6552-80 , ч.д.а., 85 %

Смесь ортофосфорной и азотной кислот 5: 2

Ацетатно-натриевые буферные растворы с рН 4,7 и 3,5.

Исходными растворами являются: 1) 1 н. раствор уксусной (кислоты, который готовят разбавлением 60 мл СН 3 СООН дистиллированной водой до 1 л;

Исходный стандартный раствор кобальта с содержанием 100 мкг/мл готовят в мерной колбе емкостью 100 мл. Для чего 0,0477 г сульфата кобальта растворяют в небольшом количестве бидистиллированной воды, добавляя 1 мл серной кислоты (пл. 1,84). Объем раствора в колбе доводят водой до метки.

Рабочие стандартные растворы кобальта с содержанием 10 и 1 мкг/мл готовят соответствующим разбавлением исходного стандартного раствора бидистиллированной водой.

Калибровочный график

Для построения калибровочного графика в ряд колб вносят рабочие стандартные растворы кобальта с содержанием 0 - 1,0 -5,0 - 10,0 - 15,0 - 25,0 - 30,0 - 40,0 мкг, объем доводят до 60 мл буферным ацетатно-натриевым раствором. Содержимое колб перемешивают, переносят в стаканы, прибавляют по 1 мл концентрированной азотной кислоты и перекиси водорода. Смесь выпаривают до кристаллизации солей. Операцию повторяют дважды и далее обрабатывают в условиях анализа пробы. Окрашенные растворы стандартов фотометрируют при l = 536 нм. По полученным средним результатам из пяти определений каждого стандарта строят график зависимости оптической плотности от количества кобальта.

Отбор проб

Отбор проб почвы проводят в соответствии с ГОСТ 17.4.4.02-84

Ход анализа

Уксусная кислота ледяная, х.ч., ГОСТ 61-75

Исходный стандартный раствор с содержанием фтора 0,1 мг/мл готовят растворением 0,2211 г фторида натрия в воде в мерной колбе емкостью 1 л.

Рабочий стандартный раствор с содержанием фтора 0,01 мг/мл готовят соответствующим разбавлением исходного стандартного раствора водой.

Вода дистиллированная, ГОСТ 6709-72

Калибровочный график

Для построения калибровочного графика в ряд колб емкостью 50 мл вносят 0 - 0,5 - 1,0 - 2,0 - 3,0 - 5,0 мл рабочего стандартного раствора, что соответствует содержанию 0 - 5,0 - 10,0 - 20,0 - 30,0 - 50,0 мкг фтора. Приливают по 1 мл ацетатного буферного раствора, по 5 мл раствора нитрата церия. Объемы до метки доводят водой, перемешивают и оставляют на час в темном месте. Затем измеряют величину оптической плотности окрашенных растворов при l = 615 нм по отношению к контрольной пробе. По средним результатам из 3 - 5-тн определений строят график зависимости оптической плотности от количества фтора (мкг).

Отбор проб

Пробы почвы отбирают по ГОСТ 17.4.4.02-84 «Охрана природы. Почвы. Методы отбора и подготовки проб для химического, бактериологического, гельминтологического анализа». Для анализа отбирают смешанную пробу в количестве 1 кг, помещают в склянку с пришлифованной крышкой. Допускается хранение проб не более суток в холодильнике при температуре 0 - 5 °С, но лучше приступать к анализу непосредственно после поступления проб в лабораторию.

Ход анализа

Вода бидистиллированная, используют для приготовления растворов и стандартных образцов.

Основной стандартный раствор с содержанием хрома 100 мкг/мл готовят растворением 0,2827 г бихромата калия в колбе емкостью 1 л в бидистиллированной воде.

Рабочие стандартные растворы с содержанием хрома 0,2 - 0,5 - 1,0 - 5,0 - 10,0 - 20,0 мкг/мл готовят в день анализа разбавлением основного стандартного раствора бидистиллированной водой.

Ацетатно-аммонийный буферный раствор с рН 4,8. Для приготовления 1 л буферного раствора 108 мл 98 % уксусной кислоты разбавляют бидистиллированной водой до 800 - 900 мл, приливают 75 мл 25 % водного раствора аммиака, перемешивают, измеряют рН и, если необходимо, доводят его до 4,8, добавляя кислоту или аммиак, и после этого раствор доводят до 1 л бидистиллированной водой.

Ацетилен в баллонах с редуктором

Калибровочный график

Для построения калибровочного графика в пробирки вносят по 10 мл рабочих стандартных растворов с содержанием хрома 0,5 - 1,0 - 5,0 - 10,0 - 20,0 мкг/мл и анализируют в условиях определения пробы. По полученным результатам строят график в координатах «показания прибора (ед.) - концентрация хрома (мкг/мл)». График строят в день анализа пробы.

Отбор и подготовка проб почвы

Отбор и подготовку проб проводят по ГОСТ 17.4.4.02-84 «Охрана природы. Почвы. Методы отбора и подготовки проб для химического, бактериологического, гельминтологического анализа».

Ход анализа

Хлороводородная кислота, ч.д.а., ГОСТ 3118-77

Азотная кислота, х.ч., ГОСТ 4461-77

Трилон Б (соль динатриевая этилендиамин-N ,N ,N ¢ , N ¢ -тетрауксусной кислоты 2-водная), ГОСТ 10652-73

Аммония карбонат, х.ч., ГОСТ 3770-75

Буферный раствор (фоновый)

В стакан вместимостью 1 л вносят 1 г трилона Б, 58 г хлорида натрия, 57 мл ледяной уксусной кислоты и разбавляют приблизительно до 700 мл водой. Затем раствор нейтрализуют 50 % раствором гидрооксида натрия до рН 5,8 ± 0,1, прибавляют 10 мл 0,01 М раствора нитрата лантана и 3 мл 0,01 М раствора фторида натрия. Смесь переносят в мерную колбу вместимостью 1 л и доводят до метки водой. При хранении в закрытой полиэтиленовой емкости раствор устойчив в течение 2 месяцев.

Вода дистиллированная, ГОСТ 6709-72 .

Натрия гидроксид, х.ч. или ч.д.а., ГОСТ 4328-77 и 50 % раствор.

Подготовка к работе фторидного электрода по ГОСТ 4386 -81

Новый фторидный электрод выдерживают погружением в 0,001 М раствор фтористого натрия в течение суток, а затем тщательно промывают дистиллированной водой. Когда работа с электродом проводится ежедневно, его хранят, погрузив в 0,0001 М раствор фторида натрия. При длительных перерывах в работе электрод хранят в сухом состоянии.

Калибровочный график

Для построения калибровочного графика готовят стандартные растворы с концентрацией фторидов 2 × 10 -5 М, 4 × 10 -5 М, 6 × 10 -5 М, 8 × 10 -5 М, 2 × 10 -4 М, 4 × 10 -4 × М, 6 × 10 -4 M и 8 × 10 -4 М путем последовательного разбавления водой растворов фторидов с концентрацией 1 × 10 -2 М и 1 × 10 -3 М.

Для приготовления 2 × 10 -5 М раствора в мерную колбу вместимостью 100 мл отмеривают 20 мл 1 × 10 -4 М раствора фторида, разбавляют водой до метки и перемешивают.

Для приготовления 4 × 10 -5 М раствора в мерную колбу вместимостью 100 мл отмеривают 40 мл 1 ×

Для приготовления 6 × 10 -5 М раствора фторида в мерную колбу вместимостью 100 мл отмеривают 6 мл 1 × 10 -3 М раствора фторидов, разбавляют водой до метки и перемешивают.

Для приготовления 8 × 10 -5 М раствора фторидов в мерную колбу вместимостью 100 мл отмеривают 8 мл 1 × 10 -3 М раствора фторида, разбавляют водой до метки и перемешивают.

Для приготовления 2 × 10 -4 М раствора фторидов в мерную колбу вместимостью 100 мл отмеривают 2 мл 1 ×

Для приготовления 4 × 10 -4 М раствора фторидов в мерную колбу вместимостью 100 мл отмеривают 4 мл 1 × 10 -2 М раствора фторида, разбавляют водой до метки и перемешивают.

Для приготовления 6 × 10 -4 М раствора фторида в мерную колбу вместимостью 100 мл отмеривают 6 мл 1 × 10 -2 М раствора фторида, разбавляют водой до метки и перемешивают.

Для приготовления 8 × 10 -4 М раствора фторида в мерную колбу вместимостью 100 мл отмеривают 8 мл 1 × 10 -2 М раствора фторида натрия, разбавляют водой до метки и перемешивают.

Все стандартные, растворы хранят в закрытых полиэтиленовых емкостях, они устойчивы в течение 1 - 2 недель.

Включают иономер в сеть переменного тока, дают прибору прогреться в течение 30 минут, в гнездо электрода сравнения подключают вспомогательный электрод, а в гнездо стеклянного электрода подключают индикаторный фторидселективный электрод. Измерения разности электродных потенциалов производят в полиэтиленовых стаканчиках вместимостью около 50 мл, куда помещается магнит в полиэтиленовой оправе. Стаканчик помещается на магнитную мешалку. В стаканчик вносят 10 мл фонового (буферного) раствора и 10 мл дистиллированной воды, погружают электроды, включают магнитную мешалку и секундомер и, спустя 1 минуту, записывают показания разности электродных потенциалов, которые соответствуют начальной точке на градуированной кривой. После измерения содержимое стаканчика выливают, стаканчик и электрод ополаскивают дистиллированной водой и приступают к следующим измерениям.

В стаканчик вносят 10 мл фонового (буферного) раствора, затем 10 мл 1 10 -5 М раствора фторидов, перемешивают и измеряют разность электродных потенциалов после установления постоянного значения (0,5 - 1 мин) и записывают в таблицу (см. таблицу 1).

Аналогично производят измерения всех остальных стандартных растворов. По средним результатам строят калибровочные графики зависимости разности потенциалов (мВ) от количества фторидов (мкг).

Калибровочную кривую следует проверять каждый раз по двум-трем точкам. По результатам измерений строят калибровочный график в координатах, откладывают по оси абсцисс величину pF стандартных растворов, а по оси ординат соответствующие им значения разности электродных потенциалов в милливольтах.

Если при изменении концентраций растворов в десять раз, при котором pF изменяется на единицу, разность электродных потенциалов не изменяется на величину 56 ± 3 мВ, то фторидный электрод следует регенерировать вымачиванием в 0,001 М растворе фтористого натрия в течение суток, а затем тщательно отмыть дистиллированной водой.

Отбор проб

Отбор проб почвы и подготовку ее к анализу проводят по ГОСТ 17.4.4.02-84 «Охрана природы. Почвы. Методы отбора и подготовки проб для химического, бактериологического, гельминтологического анализа».

Ход анализа

Почву высушивают до воздушно-сухого состояния, просеивают через сито Кноппа с ячейками 1 мм и растирают в агатовой ступке до состояния пудры. 10 г почвы помещают в полиэтиленовый стакан, добавляют 50 мл воды. Содержимое стаканчика встряхивают в течение 15 мин и оставляют стоять на ночь. Затем перемешивают содержимое стаканчика круговым движением, центрифугируют, отбирают 10 мл аликвоты в полиэтиленовый стакан, добавляют 10 мл буферного раствора и анализируют фториды, как описано выше.

Иономер подготавливают к работе в соответствии с инструкцией по эксплуатации. Измерения проводят на шкале диапазонов - 1 + 4 и на шкале «мВ».

Концентрацию водорастворимых ферм фторидов в почве (С мг/кг) вычисляют по формуле:

С = ,

где а - содержание водорастворимых фторидов, найденное по графику, мкг/10 мл;

Петролейный эфир фракции 29 - 52°, перегнанный

Диэтиловый эфир, ГОСТ 6265-74

Газообразные водород, ГОСТ 3022-80 ; азот, ГОСТ 9293-74 ; воздух ГОСТ 11882-73 в баллонах с редукторами

Исходные стандартные растворы пара-мета-орто-ксилола с концентрацией 1 мг/мл готовят растворением веществ в этиловом спирте в мерных колбах емкостью 100 мл

Рабочие стандартные растворы ксилолов с содержанием 10 мкг/мл готовят соответствующим разбавлением исходных стандартных растворов дистиллированной водой

Насадка для заполнения хроматографической колонки состоит из ПЭГ 20000, нанесенного в количестве 15 % от веса носителя на хроматон

Сухой насадкой заполняют хроматографическую колонку. Заполненную колонку с обоих концов закрывают стеклянной ватой, помещают в рабочем состоянии в термостат хроматографа, не присоединяя к детектору, и кондиционируют первые 2 часа при 50°, затем 2 часа при 100° и 7 часов при 170° в токе газоносителя. После этого колонку подсоединяют к детектору и тренируют при рабочем режиме прибора, записывают «нулевую линию». При отсутствии мешающих влияний на хроматограмме колонка готова к работе.

Калибровочный график

Для построения калибровочного графика готовят образцы стандартов. В ряд колб емкостью 250 мл вносят по 100 г контрольной почвы, в которую вносят стандартный раствор и дистиллированную воду в соответствии с таблицей.

Таблица

Шкала стандартов для определения о-, м-, п-ксилолов

Колбы после внесения стандартных растворов закрывают пробками, встряхивают для перемешивания почвы с растворами, оставляют на 3 - 4 часа и анализируют аналогично пробам. В испаритель прибора вводят по 1 мкл эфирных экстрактов и хроматографируют. На хроматографе вычисляют площади пиков путем умножения высоты на основание, намеренное на половине высоты. По полученным средним данным из пяти определений каждого стандарта строят графики зависимости площади пика (мм 2) от количества ксилола (мкг).

Отбор проб

Пробу отбирают почвенным буром или лопатой с различных глубин в соответствии с ГОСТом 17.4.4.02-84. Среднюю пробу почвы на одной глубине составляют из 5 стаканов бура, взятых по типу конверта со сторонами 1 м. Отобранные пробы помещают в герметичную емкость из стекла, пластмассы. Пробы анализируют в день отбора, хранение возможно в течение 1 - 2 суток при температуре не выше 2 - 3°.

Ход анализа

Навеску почвы 100 г* помещают в колбу с притертой пробкой, заливают 50 мл петролейного или диэтилового эфира и устанавливают на аппарат для встряхивания в течение 10 минут. Затем экстракт сливают в другую колбу, профильтровывая через бумажный пористый фильтр с 5 г безводного сульфата натрия (для осушки от влаги). Пробы еще 2 раза обрабатывают в течение 5 минут с 50 мл эфира. Объединенные экстракты концентрируют в приборе для перегонки с дифлегматором при температуре не выше 50°. Отгон избытка растворителя ведут под вакуумом, создаваемым водоструйным насосом, до объема 6 - 8 мл. Затем переносят в центрифужную пробирку и упаривают под тягой до 1 мл.

* Одновременно берут пробу для определения влажности почвы. Методика определения описана на стр. 64 - 65.

Хроматограф включают в соответствии с инструкцией и выводят на рабочий режим:

температура термостата колонок 100°

температура испарителя 150°

скорость водорода 25 мл/мин

скорость воздуха 200 мл/мин

время удерживания пара-мета-ксилола 5 мин, орто-ксилола - 5 мин 50 с, время выхода петролейного эфира 2 мин 10 с.

Пробу в количестве 1 мкл вводят микрошприцем через испаритель в хроматографическую колонку. На полученной хроматограмме измеряют площади пиков анализируемых веществ и по калибровочным графикам находят содержание о-, м-, п-ксилолов в пробе.

Расчет

Концентрацию о-, м-, п-ксилолов в почве (С мг/кг) вычисляют по формуле;

С = ,

где а - количество о-, м-, п-ксилолов, найденное по графику, мкг;

Реактивы

Азотная кислота, пл. 1,4, ГОСТ 4461-77 и разбавленная 1:4

Хлороводородная кислота, пл. 1,19, х.ч., ГОСТ 3118-77 , разбавленная 1:1

Натрия гидроксид, чда, ГОСТ 4328-77

Ртуть хлорная (HgCl 2 ) х.ч., МРТУ 6-09-5322-68

Исходный стандартный раствор ртути с содержанием 100 мкг/мл готовят в мерной колбе емкостью 100 мл растворением 13,5 мг хлорной ртути в растворе азотной кислоты

Олово двуххлористое (SnCl 2 ), чда, ГОСТ 36-78 и 10 % раствор, в 20 мл разбавленной хлороводородной кислоты растворяют 10 г двуххлористого олова, нагревают на плитке до полного растворения. Объем раствора доводят до 100 мл дистиллированной водой.

Вода дистиллированная, ГОСТ 6709-72

Калибровочный график

Для построения калибровочного графика готовят рабочие стандартные растворы с содержанием ртути 1,0 - 0,1 - 0,01 - 0,001 мкг/мл соответствующим последовательным разбавлением исходного стандартного раствора ртути раствором азотной кислоты 1:4. По 1 мл каждого стандарта вносят в анализатор, прибавляют по 4 мл дистиллированной воды и по 1 мл 10 % раствора двуххлористого олова, перемешивают и анализируют в условиях определения пробы. По результатам анализа строят графики для малых и больших концентраций ртути, откладывая на оси ординат lg , где J 0 исходное показание потенциометра, a J - высота зарегистрированного пика, а по оси абсцисс - содержание металла, мкг.

Отбор проб

Отбор проб почвы проводят по ГОСТ 17.4.4.02-84 «Охрана природы. Почвы. Методы отбора и подготовки проб для химического, бактериологического, гельминтологического анализа».

Ход анализа

Навеску почвы помещают в колбу емкостью 50 - 100 мл, приливают концентрированной азотной кислоты из расчета 5 мл на 1 г почвы. Колбу закрывают часовым стеклом, нагревают на электроплитке (160 - 185°) в течение 20 мин до полного растворения материала. После охлаждения объем минерализата сливают в пробирку и доводят объем до 5 мл азотной кислотой, перемешивают и анализируют.

Одновременно готовят «холостую пробу».

Исходный стандартный раствор свинца с содержанием 100 мкг/мл готовят растворением 14,35 мг уксуснокислого свинца в мерной колбе емкостью 100 мл в азотной кислоте.

Рабочие стандартные растворы с содержанием 1,0 - 0,1 - 0,01 - 0,001 мкг/мл готовят соответствующим разбавлением исходного стандартного раствора свинца раствором азотной кислоты 1:4.

Калибровочный график

Для построения калибровочного графика рабочие стандартные растворы по 1 мл вносят в атомизатор, добавляют 5 мл воды и анализируют в условиях исследования пробы. По полученным результатам строят два графика для концентрации свинца от 0,001 до 0,01 мкг/мл и от 0,01 до 0,1 мкг/мл в координатах по оси ординат lg (где J 0 -исходное показание потенциометра и J - высота зарегистрированного пика), по оси абсцисс - содержание металла, мкг.

Отбор проб

Отбор проб почвы и подготовку их к анализу проводят по ГОСТ 17.4.4.02-84 «Охрана природы. Почвы. Методы отбора и подготовки проб для химического, бактериологического, гельминтологического анализа».

Ход анализа

Навеску почвы помещают в колбу емкостью 50 - 100 мл, приливают концентрированной азотной кислоты из расчета 5 мл на 1 г почвы. Колбу закрывают часовым стеклом, смесь нагревают на электроплитке до полного растворения. После охлаждения минерализат сливают в пробирку. Объем доводят до 6 мл азотной кислотой, перемешивают и анализируют в следующих условиях:

аналитическая линия свинца 283,3 нм

напряжение, подаваемое на лодочку, 10 В

температура нагрева лодочки 1300°

Фильтры «синяя лента», ТУ 6-09-1678-77

Воронки стеклянные, ГОСТ 8613-75

Посуда стеклянная лабораторная, ГОСТ 20292-74 и ГОСТ 1770-74

Реактивы

Хлороводородная кислота, пл. 1,19, ГОСТ 3118-77 и 10 % раствор в бидистиллированной воде

Бария хлорид (ВаСl 2 × 2Н 2 О),ГОСТ 4108-72 , 10 % раствор в бидистиллированной воде

Метиловый красный (индикатор), ГОСТ 5853-51 и 0,2 % раствор в 60 % растворе этилового спирта

Изменение окраски в интервале рН от 4,4 до 6,2: окраска кислотной формы индикатора - красная, щелочной - желтая

Ход анализа

Почву анализируют в свежем состоянии. 100 г почвы помещают в круглодонную колбу емкостью 1000 мл, приливают 500 мл бидистиллированной воды, закрывают резиновой пробкой и взбалтывают в течение 3 мин. Вытяжку фильтруют через складчатый фильтр «синяя лента», под которой подкладывается еще один фильтр меньшего диаметра. 5 - 50 мл фильтрата переносят в химический стакан, подкисляют 10 % раствором хлороводородной кислоты до розовой окраски по метиловому красному.

Раствор нагревают до кипения и приливают к нему по каплям 10 мл горячего 10 % раствора хлорида бария, тщательно размешивая палочкой каждую каплю.

Избытка НCl следует избегать, т. к. растворимость BaS О 4 в сильно кислом растворе значительно увеличивается.

Для определения следует брать такое количество вытяжки, чтобы вес осадка BaSO 4 был не больше 0,2 г и не меньше 50 мг. Если для анализа берут 5 - 10 мл вытяжки, взятый объем разбавляют водой до 100 мл, чтобы провести осаждение BaSО 4 в разбавленном растворе, когда же берут 25 мл вытяжки, ее разбавляют до 50 мл.

В опалесцирующих вытяжках при нагревании подкисленного раствора выпадает небольшой хлопьевидный осадок скоагулировавшихся коллоидов. Осадок отфильтровывают через маленький плотный фильтр, промывают горячей дистиллированной водой, подкисленной HCl, и только после этого приступают к осаждению сульфат-иона.

Колбу покрывают часовым стеклом и кипятят 10 мин. Затем колбу ставят на кипящую водяную баню на 2 ч для отстаивания осадка и фильтруют через фильтр «синяя лента». Предварительно в воронку с фильтром наливают доверху горячей бидистиллированной воды, чтобы уменьшить поры фильтра. Если в фильтрате появится частично осадок сульфата бария, то фильтрат снова фильтруют через тот же фильтр. Осадок промывают 10 мл холодной бидистиллированной воды, подкисленной 0,5 мл 10 %-ым раствором хлороводородной кислоты. Фильтр с осадком подсушивают на воронке, помещают в тигель, доведенный до постоянного веса и ставят в холодную муфельную печь, постепенно нагревая до 750°. При этой температуре пробу выдерживают в течение 60 мин. Пробу доводят до постоянного веса и по разности весов тигля с пробой и тигля вычисляют вес сульфата бария.

Во второй пробе образца почвы определяют содержание влаги, которую учитывают при пересчете результатов на абсолютно сухую почву.

Расчет

Концентрацию сульфатов в почве (С мг/кг) вычисляют по формуле:

С = ,

где а - вес сульфата бария, мг;

в - вес исследуемой почвы, кг;

СЕРОВОДОРОД*

Н 2 S Мол. масса 34,09

* Методика усовершенствована Деканоидзе Л. Л. (Львовский НИИ эпидемиологии и микробиологии).

Газ, плотность по отношению к воздуху 1,19, температура кипения - 60,8°. Сероводород растворим в воде и в органических растворителях. Является сильным восстановителем. Водный раствор сероводорода имеет кислую реакцию и является слабой двуосновной кислотой.

Сероводород раздражает слизистые оболочки глаз, дыхательных путей, вызывая жжение, светобоязнь. При действии больших концентраций вызывает судороги.

Предельно допустимая концентрация 0,4 мг/кг почвы.

Методика предназначена для исследования почв на содержание сероводорода в местах, где постоянно имеется загрязнение нефтепродуктами, в прибрежной почве рек и других водоемов, куда сбрасываются сточные воды, загрязненные нефтепродуктами.

Принцип анализа

Определение основано на окислении сероводорода йодом, выделившимся при взаимодействии йодида калия с перманганатом калия в кислой среде.

Нижний предел измерения 0,34 мг/кг почвы

Точность измерения ±25 %

Измеряемые концентрации от 0,34 до 2000 мг/кг

Аппаратура

Аппарат для встряхивания, ТУ 64-1-2451-78

Посуда лабораторная стеклянная по ГОСТ 20292-74, ГОСТ 1770-74 и ГОСТ 8613-75

Бумага фильтровальная

Реактивы

Калия перманганат (KMnO 4 ) ГОСТ 20490-75 , х.ч., 0,01 м раствор

Натрия тиосульфат (Na 2 S 2 O 3 ), ТУ 6-09-2540, 0,005 м раствор. Готовят растворением 0,79 г Na 2 S 2 O 3 в колбе емкостью 1 л в бидистиллированной воде

Серная кислота, пл. 1,84, ГОСТ 4204-77 , разбавленная 1:3

Калия йодид, ГОСТ 4232-74 , х.ч., 10 % раствор

Крахмал растворимый, ГОСТ 10168-76, 1 % раствор

Растворы готовят на бидистиллированной воде

Отбор проб

Отбор проб почвы проводится по ГОСТ 17.4.4.02-84 . Проба может сохраняться не более 6 часов в герметично закрытой склянке.

Ход анализа

100 г почвы помещают в коническую колбу, приливают 200 мл бидистиллированной воды, колбу закрывают и встряхивают в течение 3-х минут. Затем вытяжку фильтруют через складчатый фильтр. 100 мл фильтрата вносят в коническую колбу, подкисляют несколькими каплями раствора серной кислоты, приливают 1 мл 10 % раствора йодида калия, взбалтывают и приливают из бюретки 0,01 н раствор перманганата калия до появления желтого окрашивания. Избыток йода оттитровывают 0,01 н раствором тиосульфата натрия, прибавляя к концу титрования несколько капель 1 % раствора крахмала. Разность между количеством прилитого 0,01 н раствора перманганата калия и раствором тиосульфата натрия, пошедшего на титрование, соответствует количеству 0,01 н раствора йода, пошедшего на окисление сероводорода в 100 мл фильтрата, 1 мл 0,01 н раствора йода соответствует 0,17 мг сероводорода.

Пример расчета

Например, разность между количеством 0,01н раствора перманганата калия и раствором тиосульфата натрия, пошедших на титрование равно 3 мл. Следовательно количество сероводорода составляет 0,17 мг Н 2 S × 3 мл = 0,51 мг H 2 S, содержащегося в 100 мл фильтрата. В 200 мл фильтрата или в 100 г почвы содержится 1,02 мг H 2 S . Отсюда концентрация сероводорода в почве (С мг/кг) составляет

С = = 10,2 мг/кг

Примечание

Одновременно с анализом из образца почвы отбирают пробу и определяют в ней содержание влаги для пересчета результата на абсолютно сухую почву.

СТИРОЛ*

(винилбензол, фенилэтилен)

С 6 Н 5 СН = СН 2 Мол. масса 104,15

* Даукаева Р. Ф. Уфимский НИИ гигиены и профзаболеваний.

Жидкость, температура кипения 145,2°, температура плавления 30,63°, плотность 0,906 при 20°. Хорошо растворим в четыреххлористом углероде, ацетоне, этиловом, метиловом спиртах, в бензоле, в 100 г воды растворяется при 20° 0,125 г стирола. Под действием солнечного света и кислорода воздуха стирол полимеризуется в полистирол. Реакция полимеризации ускоряется с повышением температуры.

Стирол обладает наркотическими свойствами и действует на кроветворные органы и на слизистые оболочки.

Предельно допустимая концентрация 0,1 мг/кг почвы

Принцип анализа

Определение основано на извлечении стирола из почвы органическими растворителями, концентрировании, газохроматографическом анализе на приборе с пламенно-ионизационным детектором

Нижний предел измерения 0,005 мкг

Измеряемые концентрации от 0,05 до 0,5 мг/кг почвы.

Точность измерения ±25 %

Определению не мешают бензол, толуол, изопронилбензол, a -метилстирол, о-м-п-ксилолы.

Аппаратура

Хроматограф с пламенно- ионизационным детектором

Колонка из нержавеющей стали длиной 3 м и внутренним диаметром 3 мм

Почвенный бур

Аппарат для встряхивания

Прибор для перегонки жидкостей или ротационный вакуумный испаритель ИР-1М, ТУ 25-11-917-74

Вакуумный водоструйный насос, ГОСТ 10696-75

Баня водяная

Микрошприц МШ-10

Лупа измерительная ГОСТ 8309-75

Секундомер ГОСТ 5072-67

Фильтры бумажные

Посуда лабораторная стеклянная, ГОСТ 1770-74 , ГОСТ 20292-80 -70, азот по ГОСТ 9293-74 , воздух по ГОСТ 11882-74 в баллонах с редукторами

Исходный стандартный раствор стирола с концентрацией 1 мг/мл готовят растворением навески в этиловом спирте в мерных колбах емкостью 50 мл.

Рабочий стандартный раствор с содержанием 10 мкг/мл готовят соответствующим разбавлением исходного стандартного раствора стирола дистиллированной водой.

Насадка для заполнения хроматографической колонки состоит из ПЭГ 20000, нанесенного в количестве 15 % от веса носителя на хроматон N- AW .

Полиэтиленгликоль растворяют в хлороформе и в полученный раствор вносят твердый носитель. Раствора должно быть достаточно, чтобы полностью смочить носитель. Смесь осторожно встряхивают или слегка перемешивают до улетучивания основного количества растворителя. Остатки растворителя удаляют выпариванием на водяной бане.

Сухой насадкой заполняют хроматографическую колонку, которую предварительно промывают хромовой смесью, водой, спиртом, бензолом, высушивают и продувают сухим воздухом или азотом. Заполнение колонки проводят под вакуумом. Заполненную колонку с обоих концов закрывают стеклянной ватой, помещают в термостат хроматографа, не присоединяя к детектору, и кондиционируют первые 2 часа при 50 °С, затем 2 часа при 100 °С и 7 часов при 170 °С в токе газа-носителя. После этого колонку подсоединяют к детектору, тренируют при рабочем режиме прибора, записывают «нулевую линию». При отсутствии мешающих влияний на хроматограмме колонка готова для анализа проб.

Калибровочный график

Для построения калибровочного графика готовят шкалу стандартных образцов. Для чего в ряд колб емкостью 250 мл вносят по 100 г контрольной почвы, на которую наносят стандартный раствор в соответствии с таблицей и дистиллированную воду, постепенно пропитывая почву. 4,5

Дистиллированная вода, мл

Колбы закрывают пробками и встряхивают для перемешивания почвы со стандартным раствором и оставляют на 3 - 4 часа. Затем контрольные пробы анализируют аналогично пробам. По 1 мкл экстракта из каждого стандартного образца вводят в испаритель и хроматографируют в условиях анализа пробы. По полученным средним данным из 5 определений для каждого образца строят калибровочный график зависимости площади пика от количества стирола.

Отбор проб

Отбор проб почвы проводят по ГОСТ 17.4.4.02-84 «Охрана природы. Почва. Методы отбора и подготовки проб для химического, бактериологического и гельминтологического анализа». Пробу почвы в количестве 1 кг помещают в герметичную емкость из стекла или пластмассы. Пробу анализируют в день отбора, хранение возможно в течение 1 - 2 суток при температуре не выше 2 - 3 °С.

Ход анализа

100 г почвы помещают в колбу с притертой пробкой, заливают 50 мл петролейного или диэтилового эфира и устанавливают на аппарат для встряхивания в течение 10 минут. Затем экстракт сливают в другую колбу, профильтровывая через бумажный пористый фильтр с 5 г безводного сульфата натрия (для осушки от влаги). Пробы еще 2 раза экстрагируют по 5 минут с 30 мл эфира. Объединенные экстракты концентрируют в приборе для перегонки жидкостей с дефлегматором при температуре не выше 50°. Отгон избытка растворителя ведут под вакуумом, создаваемым водоструйным насосом, до объема. 6 - 8 мл. Затем переносят в центрифужную пробирку и упаривают под тягой до 1 мл. Перед анализом включают хроматограф в соответствии с инструкцией и выводят на рабочий режим:

температура термостата 100°

температура испарителя 150°

скорость газа-носителя (азота) 20 мл/мин

скорость водорода 25 мл/мин

скорость воздуха 200 мл/мин

скорость диаграммной ленты 240 мм/час

Время удерживания стирола 6 мин 20 с. Время выхода петролейного эфира 2 мин 10 с.

Пробу в количестве 1 мкл вводят микрошприцем через испаритель в хроматографическую колонку. На полученной хроматограмме измеряют площади пиков анализируемых веществ и по калибровочному графику находят содержание стирола в пробе.

Расчет

Концентрацию стирола в почве (С мг/кг) вычисляют по формуле:

С = ,

где а - количество стирола в пробе, мкг;

V - объем экстракта, мл;

V 1 -объем экстракта, вводимого в прибор для анализа, мл;

е - влажность почвы, %;

в - навеска исследуемой почвы, г;

Коэффициент пересчета на абсолютно сухую почву.

ФОРМАЛЬДЕГИД*

Колориметрический метод

Принцип и характеристика метода

* Сергиенко Л. И. ВНИИ сельскохозяйственного использования сточных вод. Волжский опорный пункт. Методика перепечатана из сб. «Предельно допустимые концентрации химических веществ в почве», М., 1980, № 2264-80, отмеченного в части пестицидов.

Формальдегид извлекается из почвы перегонкой с водяным паром в сильно кислой среде и определяется при содержании менее 10 мг/л в отгоне колориметрированием по цветной реакции с хромотроповой кислотой. Чувствительность метода составляет 0,005/100 г почвы. Определению мешают диметилдиоксан и уротропин, так как в процессе загрязнения растворов в сильнокислой среде происходит их гидролиз, приводящий к образованию формальдегида. Поэтому данный метод позволяет определить лишь сумму свободного и связанного формальдегида. При отгонке из почвы, кроме формальдегида, будут извлекаться и другие альдегиды, из которых реагирует с хромотроповой кислотой только ацетальдегид в концентрациях порядка граммов в 1 л, остальные альдегиды определению не мешают. Определению не мешают также глиоксаль, уксусная кислота и щавелевая кислота, ацетон и глицерин.

3 Формальдегид. Стандартные растворы. Основной раствор с содержанием 0,020 мг/мл НСНО, рабочий раствор с содержанием 0,001 мг/мл НСНО.

Отбор проб

Пробы почвы отбираются послойно на глубину 0 - 20 см, 20 - 40 см, 40 - 60 см с помощью ручного почвенного бура и помещаются в склянки с пришлифованными крышками. Допускается хранение проб не более суток в холодильнике при температуре от 0 °С до + 5 °С, но лучше приступать к анализу немедленно.

Ход анализа

100 г свежей почвы, из которой предварительно удалены корешки и возможные примеси, помещают в колбу емкостью 500 мл, приливают 300 - 500 мл дистиллированной воды. Колбу помещают в колбонагреватсль, присоединяют холодильник и проводят отгонку. Одновременно проводят определение содержания влаги в почве. Содержимое колбы необходимо периодически перемешивать, чтобы почва в колбе не привлекалась. Когда в приемник отгонится 130 - 150 мл дистиллята, перегонную колбу охлаждают, добавляют еще 100 мл дистиллированной воды и продолжают перегонку до тех пор, пока объем дистиллята не составит около 230 мл. Дистиллят переносят в мерную колбу на 250 мл и разбавляют водой до метки.

В термостойкие пробирки наливают 5 мл дистиллята, 0,5 мл 2 % раствора натриевой соли хромотроповой кислоты, 5 мл концентрированной серной кислоты и все это перемешивают. Пробирки помещают в кипящую водяную баню на 30 мин. Затем содержимое пробирок охлаждают и разбавляют водой до 20 мл. После перемешивания раствор колориметрируют на ФЭК с зеленым светофильтром в кюветах с толщиной оптического слоя 5 см.

Построение калибровочного графика

В ряд пробирок набирают по 5 мл образцовых растворов с концентрацией 0; 0,0125; 0,025; 0,050; 0,100; 0,150; 0,200; 0,250 мг формальдегида в 250 мл. Для этого в мерные колбы на 100 мл наливают 5, 10, 20, 40, 60, 80, 100 мл рабочего стандартного раствора (0,001 мг/мл) и разбавляют отгоном из контрольной пробы до метки. Далее поступают как и при анализе пробы. По показаниям ФЭКа строят калибровочную кривую зависимости светопоглощения от концентрации формальдегида.

Расчет анализа

а - концентрация формальдегида, найденная по калибровочному графику;

н - навеска почвы, взятая для определения в г в пересчете на абсолютно сухую почву;

100 - коэффициент пересчета на 100 г почвы.

Объемный метод

Принцип и характеристика метода

Объемный метод определения формальдегида в почве основан на взаимодействии карбонильных соединений (альдегидов и кетонов) с солянокислым гидроксиламином. При этом образуется оксим и выделяется соляная кислота в количестве, эквивалентном взятому альдегиду. Реакция для формальдегида протекает по уравнению:

С = О + NH 2 OH.HCl ?С = NOH + H 2 O + HCl

Образующаяся соляная кислота определяется титрованием щелочью в присутствии смешанного индикатора. Чувствительность метода 5 мг/100 г почвы. Определению не мешают другие альдегиды, фенол и метиловый спирт.

Аппаратура и посуда

Колба перегонная емкостью 0,5 л со шлифом.

Холодильник Либиха со шлифом

Насадка к колбе с двумя шлифами

Коническая колба емкостью 250 мл для приема отгонной жидкости

Колбонагреватель или электрическая плитка с асбестом.

Бюретка для титрования на 50 мл.

Реактивы и растворы

1 . Солянокислый гидроксиламин 1 % раствор.

2 . Едкий натр, чда, 0,1N и 0,01 N растворы

3 Смешанный индикатор (метилоранж - метиленовая синь 1:1)

Отбор проб производится так же, как и для определения формальдегида колориметрическим методом.

Ход анализа

Предварительная подготовка проб для анализа заключается в отгонке формальдегида в сильнокислой среде по методике, аналогичной с колориметрическим методом. В коническую колбу на 250 мл помещают 50 мл отгона, прибавляют 6 - 8 капель смешанного индикатора и нейтрализуют 0,1N раствором NaOH до зеленого цвета. Затем приливают 10 мл 1 % гидроксиламина и оставляют стоять 30 минут при комнатной температуре. Раствор при этом окрашивается в розовый цвет вследствие образования свободной кислоты. Одновременно проводится холостой опыт с отгоном из контрольной пробы. Через 30 минут испытуемую и контрольную пробы титруют 0,01 N раствором NaOH до перехода розовой окраски в зеленую.

Расчет анализа

Х =

где X - содержание формальдегида, мг/100 г почвы;

а - мл 0,01 и р-ра NaOH, пошедшие па титрование испытуемой пробы;

в - мл 0,01 и р-ра NaOH, пошедшего на титрование контрольной пробы;

0 ,01 - нормальность NaOH;

30 - коэффициент для пересчета с мг-экв. на мг для формальдегида;

100 - коэффициент для пересчета на 100 г почвы;

Н - навеска абсолютно сухой почвы, взятая на определение, г.

Определение влажности почвы

При исследовании почвы на содержание вредных примесей возникает необходимость определения ее влажности. В этом случае 1,5 - 50 г почвы помещают в стаканчики, доведенные до постоянного веса, и закрывают крышками. Для глинистых, высокогумусных почв с высокой влажностью достаточна навеска массой 15 - 20 г, для легких почв с невысокой влажностью 40 - 50 г. Масса навесок органогенных почв варьирует в широких пределах от 15 до 50 г в зависимости от влажности почвы. Определение выполняют в двухкратной повторности. Взвешивание выполняют с погрешностью не более 0,1 г. Стаканчик с пробой открывают и вместе с крышкой помещают в сушильный шкаф. Нагревают при температуре 105 ± 2 °С. Загипсованные почвы нагревают при 80 ± 2 °С в течение 8 часов. При 105 ± 2 °С песчаные почвы высушивают в течение 3-х ч, остальные в течение 5 ч. Последующее высушивание проводят в течение 1 ч для песчаных почв и 2 ч для остальных почв.

После каждого высушивания стаканчики с почвой закрывают крышками, охлаждают в эксикаторе с хлористым кальцием и взвешивают с погрешностью не более 0,1 г. Высушивания и взвешивания прекращают, если разность между повторными взвешиваниями не превышает 0,2 г.

Влажность почвы W в процентах вычисляют по формуле

W = × 100 %

где m 1 - масса влажной почвы со стаканчиком и крышкой, г;

m 0 - масса высушенной почвы со стаканчиком и крышкой, г;

m - масса пустого стаканчика с крышкой, г.

Вычисление W производят точностью 0,1 %. Допустимые расхождения двух параллельных определений 10 % от среднего арифметического повторных определений. При расхождении результатов двух параллельных более, чем на 10 %, следует увеличить количество определений до трех и более, обратив повышенное внимание на соблюдение правил отбора средней пробы,

При необходимости проведения пересчета с воздушно-сухой почвы на абсолютно-сухую определение гигроскопической влажности проводят так же как описано выше.

Нормирование содержания тяжелых металлов в воде (ПДК)

Предельно допустимая концентрация (ПДК) - утверждённый в законодательном порядке санитарно-гигиенический норматив. Под ПДК понимается такая концентрация химических элементов и их соединений в окружающей среде, которая при повседневном влиянии в течение длительного времени на организм человека не вызывает патологических изменений или заболеваний, устанавливаемых современными методами исследований в любые сроки жизни настоящего и последующего поколений.

Значения ПДК включены в ГОСТы, санитарные нормы и другие нормативные документы, обязательные для исполнения на всей территории государства, их учитывают при проектировании технологических процессов, оборудования, очистных устройств и пр. Санитарно-эпидемиологическая служба в порядке санитарного надзора систематически контролирует соблюдение нормативов ПДК в воде водоёмов хозяйственно-питьевого водопользования, в атмосферном воздухе и в воздухе производственных помещений, контроль за состоянием водоёмов рыбопромыслового назначения осуществляют органы рыбнадзора.

Вода является средой, в которой возникала жизнь и обитает большая часть видов живых организмов (в атмосфере лишь слой около 100 м. наполнен жизнью).

Поэтому при нормировании качества природных вод необходимо заботиться не только о воде как ресурсе, потребляемом человеком, но и о сохранении водных экосистем как важнейших регуляторов условий жизни планеты. Однако действующие нормативы качества природных вод ориентированы главным образом на интересы здоровья человека и рыбного хозяйства и практически не обеспечивают экологическую безопасность водных экосистем.

Требования потребителей к качеству воды зависят от целей использования.

Выделяют три вида водопользования:

• - Хозяйственно-питьевое - использование водных объектов или их участков в качестве источника хозяйственно-питьевого водоснабжения, а также для водоснабжения предприятий пищевой промышленности;
• - Культурно-бытовое - использование водных объектов для купания, занятий спортом и отдыха. К этому виду водопользования относятся и участки водных объектов, находящиеся в черте населенных мест;
• - Водоемы рыбохозяйственного назначения, которые, в свою очередь, делятся на три категории:
• - высшая категория - места расположения нерестилищ, массового нагула и зимовальных ям особо ценных и ценных видов рыб, других промысловых водных организмов, а также охранные зоны хозяйств для искусственного разведения и выращивания рыб, других водных животных и растений;
• - первая категория - водные объекты, используемые для сохранения и воспроизводства ценных видов рыб, обладающих высокой чувствительностью к содержанию кислорода;
• - вторая категория - водные объекты, используемые для других рыбохозяйственных целей.

Конечно, природные воды являются объектами и других видов водопользования - промышленного водоснабжения, орошения, судоходства, гидроэнергетики и т. д.

Использование воды, связано с ее частичным или полным изъятием, называют водопотреблением. Все водопользователи обязаны соблюдать условия, которые обеспечивают качество воды, соответствующее установленным для данного водного объекта нормативам.

Существуют и некоторые общие требования к составу и свойствам воды (табл. 1.1).

Поскольку требования к качеству воды зависят от вида водопользования, необходимо определить этот вид для каждого водного объекта или его участков.

Согласно Правилам виды водопользования устанавливаются региональными органами экологического и санитарного контроля и утверждаются соответствующей исполнительной властью.

Под ПДК природных вод подразумевается концентрация индивидуального вещества в воде, при превышении которой она непригодна для установленного вида водопользования. При концентрации вещества равной или меньше ПДК вода так же безвредна для всего живого, как и вода, в которой полностью отсутствует данное вещество.

Таблица 1.1 - Общие требования к составу и свойствам воды (правила охраны поверхностных вод от загрязнения):

Характер воздействия загрязняющих веществ на человека и водные экосистемы может быть разным.

Многие химические вещества могут тормозить естественные процессы самоочищения, что приводят к ухудшению общего санитарного состояния водоема:

• - дефициту кислорода;
• - гниению;
• - появлению сероводорода;
• - метана и т. д.

В этом случае устанавливают ПДК по общему санитарному признаку вредности. При нормировании качества воды водоемов ПДК устанавливается по лимитирующему признаку вредности - ЛПВ.

ЛПВ - признак вредного действия вещества, который характеризуется наименьшей пороговой концентрацией.

В табл. 1.2 приведены значения ПДК соединений тяжелых металлов в водоемах хозяйственно-питьевого водопользования.

Таблица 1.2 - Предельно допустимые концентрации вредных веществ в воде водоемов хозяйственно-питьевого водопользования:

Примечание:

При установлении ПДК вредных веществ в воде водоемов ориентируются на минимальную концентрацию веществ по одному из следующих показателей:

• - ППКт - подпороговая концентрация вещества в водоеме, определяемая по токсилогическим характеристикам, мг/л.;
• - ППКорл - подпороговая концентрация веществ в водоеме, определяемая по изменению органолептических характеристик(запах, цвет, привкус), мг/л.;
• - ППКс.р.в. - подпороговая концентрация вещества, определяемая по влиянию на санитарный режим водоема (сапрофитная микрофлора, биологическая потребность в кислороде и др.), мг/л.;
• - ПДКв - предельно допустимая концентрация вещества в воде водоема, мг/л.

Противоречие и отличие установления ПДК для водоемов различного назначения. Перечни ПДК для водоемов различного применения разрабатывают определенные ведомства рыбохозяйственного и санитарно-гигиенического профиля, как правило, не согласовывая свои действия. В результате получается следующее: одно и то же вещество называется по-разному в различных перечнях, на некоторые вещества существуют ПДК только для одних водоемов, а для других - отсутствуют.

Например, для хлорорганических соединений ПДК существуют только санитарно-гигиенические требования и отсутствуют для рыбохозяйственных водоемов. Как известно, санитарно-гигиенические ПДК более завышены по сравнению с рыбохозяйственными, ибо устанавливаются по результатам биотестирования на теплокровных животных, а не на гидробионтах-рыбах. Это приводит к путанице и отсутствию информации в Государственном реестре веществ.

Отсутствие информации, например, о ПДК хлорорганических соединений, с одной стороны, вызывает сомнения о безопасности сброса в водоемы рыбохозяйственного назначения (а к водоемам рыбохозяйственного назначения можно отнести практически любой водоем, так как рыба водится, кроме болот, везде), с другой стороны, позволяет надзорным органам, ссылаясь на норматив, запретить сброс хлорорганических веществ, или в лучшем случае - «атоматом» применить к водопользователю повышающий коэффициент 25.

НДС устанавливают требования к сбросным СВ более жесткие, чем ПДК для рыбохозяйственных водоемов, или на уровне ПДК, а в свою очередь, требования СанПиН к качеству питьевой воды более «мягкие», чем ПДК (табл. 1.3).

Таблица 1.3 - ПДК тяжелых металлов в воде рыбохозяйственных водоемов и в питьевой воде:

Элементарный здравый смысл подсказывает, что нормативные требования НДС к сточным водам и питьевой воде должны поменяться местами.

В большинстве европейских стран при установлении нормативов на качество очистки сточных вод основным условием является достижение максимально возможной степени очистки с учетом использования наилучших современных технологий.