Физико-химические методы получения информации о состоянии окружающей среды

  Оглавление 

  Введение …………………………………………………………………………………........3

  1. Экологический мониторинг………………………………………………………….........4

  2. Основные физико-химические методы мониторинга……………………………….......6

  3. ИК-спектрофотометрия…………………………………………………………………....7

  4. Люминесцентные методы…………………………………………………………………9

  5. Хроматографические методы………………………………………………………........11

  5.1. Газовая хроматография………………………………………………………………..12

  5.1.1 Детекторы…………………………………………………………………………......13

  5.1.2. Методы количественного анализа………………………………………………….15

  5.2. Высокоэффективная жидкостная хроматография (ВЭЖХ)………………………...16

  5.3. Тонкослойная хроматография (ТСХ)………………………………………………...18

  5.4. Ионная хроматография……………………………………………………………......22

  5.5. Хроматомасс-спектрометрия (ХМС)………………………………………………....23

  6. Полярография……………………………………………………………………………24

  7. Дистанционные методы…...………………………………………………………….....25

  Заключение……………………………………………………………………………........27

  Список  литературы………………………………………………………………………...28

                                                                                                      
                                                                Введение

  В настоящее время общество находится  на таком этапе антропогенного влияния  на биосферу, когда изменения, вызванные  человеком, широко затронули всю оболочку планеты и приняли небывалые по масштабам размеры. В целом - все возрастающее антропогенное воздействие на биосферу и как следствие - резкое ухудшение качества среды обитания человека, состояния биоты и экосистем; одностороннее изменение концентрации биогенов (углерода, азота, фосфора) и нарушение их основных циклов; нарушение экологической стабильности и нормального функционирования основных систем жизнеобеспечения Земли.

  И  поэтому для своей курсовой работы я выбрала эту тему: « Физико-химические методы получения информации о состоянии окружающей среды». Она мне показалась достаточно актуальной и интересной для изучения. В условиях усиливающегося антропогенного воздействия на природные экосистемы настоящая работа приобретает особую актуальность, поскольку направлена на создание такой технологии экологического контроля, которая в на основе сбора сведений о биотическом и абиотическом компонентах экосистемы обеспечивает своевременную и адекватную оценку степени неблагополучия экосистем, а также предлагает пути восстановления нарушенных экосистем. Для эффективного хранения, систематизации и статистической обработки таких сведений, представляющих огромные массивы многомерных данных, требуются адекватные методы исследования, реализованные в рамках настоящей технологии.

  Целью данной работы является изучение физико-химических методов мониторинга окружающей среды. Физико-химические методы мониторинга окружающей среды – методы контроля химических веществ, загрязняющих окружающую среду. Они используются для определения состава загрязняющих веществ, их количества в окружающей среде. Различают колориметрические, потенциометрические, люминесцентные методы анализа веществ.

 

   1. Экологический мониторинг

  Экологический мониторинг (мониторинг окружающей среды) — это комплексная система наблюдений за состоянием окружающей среды, оценки и прогноза изменений состояния окружающей среды под воздействием природных и антропогенных факторов.

  Уровни  экологического мониторинга:

• Глобальный
• Государственный
• Региональный
• Локальный

  В России основные концепции экологического мониторинга заложены еще в 70-х  гг. Ю. А. Израэлем мониторинг ОС рассмотрен как система наблюдений, оценки и прогноза антропогенных изменений состояния абиотических компонентов биосферы, ответной реакции экосистем на эти изменения и антропогенных изменений в экосистемах, связанных с воздействием хозяйственной деятельности. По И. П. Герасимову, мониторинг – это система наблюдения, контроля и управления состоянием окружающей среды. В обеих концепциях в основе мониторинга лежит система наблюдений. Система экологического мониторинга должна накапливать, систематизировать и анализировать информацию:

• о состоянии окружающей среды;
• о причинах наблюдаемых и вероятных изменений состояния (то есть об источниках и факторах воздействия);
• о допустимости изменений и нагрузок на среду в целом;
• о существующих резервах биосферы.

  Таким образом, в систему экологического мониторинга входят наблюдения за состоянием элементов биосферы и наблюдения за источниками и факторами антропогенного воздействия.

  В соответствии с приведенными определениями  и возложенными на систему функциями, мониторинг включает три основных направления  деятельности:

• наблюдения за факторами воздействия и состоянием среды;
• оценку фактического состояния среды;
• прогноз состояния окружающей природной среды и оценку прогнозируемого состояния.

  Следует принять во внимание то, что сама система мониторинга не включает деятельность по управлению качеством  среды, но является источником необходимой  для принятия экологически значимых решений информации.

  Экологический мониторинг окружающей среды может  проводиться на различных уровнях  пространственной организации: на уровне промышленного объекта, города, области, края, республики в составе федерации, а также на национальном уровне.

  Обычно  на территории уже имеется ряд  сетей наблюдений, принадлежащих  различным службам, и которые  ведомственно разобщены, не скоординированы  в хорологическом, параметрическом, хронологическом и других аспектах. Поэтому задача подготовки оценок, прогнозов, критериев альтернатив выбора управленческих решений становится на базе имеющихся в регионе ведомственных данных, в общем случае, неопределенной. В связи с этим, центральными проблемами организации экологического мониторинга являются эколого-хозяйственное районирование и выбор «информативных показателей» экологического состояния территорий с проверкой их системной достаточности. 
 
 
 
 
 
 
 
 

  2.Физико-химические методы мониторинга ОС 

  Физико-химические методы мониторинга окружающей среды – методы контроля химических веществ, загрязняющих окружающую среду. Они делятся на:

  -качественные  методы - позволяют определить, какое вещество находится в испытуемой пробе;

  -количественные методы;

  -гравиметрический метод. Суть метода состоит в определении массы и процентного содержания какого-либо элемента, иона или химического соединения, находящегося в испытуемой пробе;

  -титрометрический (объемный) метод. В этом виде анализа взвешивание заменяется измерением объемов, как определяемого вещества, так и реагента, используемого при данном определении. Методы титрометрического анализа разделяют на 4 группы: а) методы кислотно-основного титрования; б) методы осаждения; в) методы окисления-восстановления; г) методы комплексообразования;

  -колориметрические методы. Колориметрия — один из наиболее простых методов абсорбционного анализа. Он основан на изменении оттенков цвета исследуемого раствора в зависимости от концентрации. Колориметрические методы можно разделить на визуальную колориметрию и фотоколориметрию;

  -экспресс-методы. К экспресс-методам относятся инструментальные методы, позволяющие определить загрязнения за короткий период времени. Эти методы широко применяются для определения радиационного фона, в системе мониторинга воздушной и водной среды;

  -потенциометрические методы основаны на изменении потенциала электрода в зависимости от физико-химических процессов, протекающих в растворе. Их разделяют на: а) прямую потенциометрию (ионометрию); б) потенциометрическое титрование; 
 

  3. ИК-спектрофотометрия 

  Один  из физико-химических методов мониторинга – ИК-спектрофотометрия. Инфракрасные спектры поглощения, отражения или рассеяния несут чрезвычайно богатую информацию о составе и свойствах пробы. Сопоставляя ИК спектр образца со спектрами известных веществ, можно идентифицировать неизвестное вещество, определить основной состав пищевых продуктов, полимеров, обнаружить примеси в атмосферном воздухе и газах, провести фракционный или структурно-групповой анализ. Методом корреляционного анализа по ИК спектру пробы также можно определить его физико-химические или биологические характеристики, например всхожесть семян, калорийность пищевых продуктов, размер гранул, плотность и т.д.

          Все органические вещества имеют в инфракрасном диапазоне свои индивидуальные спектры поглощения. Положение полос поглощения в ИК-спектрах веществ характеризуется волновым числом v, см^-1, или длиной волны λ, мкм. Для ИК-анализа углеводородов используют диапазон от 0,7 до 25 мкм, который обычно разделяют на три области: ближнюю — 0,7 – 2,5 мкм или 14300-5000 см-1, область основных частот — 2,5-6 мкм или 4000-1600 см-1, дальнюю — 6-25 мкм или 1600 – 400 см-1.

       Ближняя ИК-область аналитических  определений в технологических  и экологических целях в нашей  стране в отличие от многих  развитых стран практически не осваивается.

       Наиболее широко используется  область основных частот. Нормативные  документы по анализу суммарных  загрязнений окружающей среды  нефтепродуктами с ИК спектрометрическим  окончанием регламентируют проведение  измерений в интервале длин  волн 3,30 – 3,5 мкм. Стандартная смесь, содержащая 37,5% изооктана, 37,5% метана, 25% бензола, предназначена для калибровки приборов в этой области. Это обеспечивается рядом причин особенностью приборной базы (достаточно чувствительные и дешевые приемные устройства — фоторезисторы без охлаждения или пироэлектрические приемники, кварцевая оптика, простые оптические схемы); наличием интенсивных полос поглощения 2960 см^-1 (3,38 мкм), 2924 см^-1 (3,42 мкм), 2850 см^-1 (3,5 мкм).

  Дальняя ИК-область используется в основном для идентификации источника загрязнения, а также для определения типов нефти по показателю ароматизированности и для структурно-группового анализа.

  Пробоподготовка для ИК-детектирования не вызывает сложностей. Анализ с помощью ИК-спектрометрии требует малого количества вещества любой молекулярной массы в любом агрегатном состоянии. После анализа вещество сохраняется неизменным. Что касается приборов для ИКспектроскопии, принципиально новым шагом явилось создание лабораторных  ИК-спектрометров на основе Фурье преобразования. Следует заметить, что большинство отечественных и зарубежных портативных ИК-анализаторов нефтепродуктов проводят измерение концентраций нефтяных загрязнений на одной длине волны. Из этого ряда следует выделить прибор ИКАН-1, в котором предусмотрена возможность установки любой длины волны в диапазоне от 1,85 до 3,5 мкм с индикацией ее значения на цифровом табло. Это дает принципиально новую возможность проводить анализ многокомпонентных смесей на нескольких длинах волн, что позволяет реализовать измерения по стандартной методике ASTM (ISO). Кроме того, с помощью этого прибора возможно определение других органических веществ. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

  4.Люминесцентные методы 

  Люминесцентный  методы характеризуются высокой  экспрессностью и чувствительностью, что позволяет их использовать для систематического контроля за состоянием биосферы и гидросферы и для определения микроэлементов, а также суммарного содержания загрязняющих органических веществ и индивидуальных органических соединений.