Учебно-методический комплекс дисциплины «анализ природных объектов» для специальности 5В060800 — «Экология» (стр. 11 )

Сорбенты с привитыми полярными группами также используются для разделения ПАУ. Радикалы алкил(арил)алканов, используемых для модификации поверхности сорбентов, содержат одну или несколько полярных групп (-NH2,-NO2,- ОН, - CN и др.). Механизм удерживания ПАУ на сорбентах с привитыми полярными группами довольно сложен. Учитывается взаимодействие между п - электронной системой компонентов пробы и различными структурами полярной поверхности. Незамещенные ПАУ элюируются в порядке возрастания молекулярной массы. На полярной фазе, содержащей аминогруппы, удерживание ПАУ растет с увеличением количества ароматических ядер в молекуле. В отличие от колонок с гидрофобными силикагелями, на полярных фазах присутствие алкильных групп в молекулах ПАУ незначительно влияет на порядок удерживания, что позволяет использовать указанные фазы для предварительного фракционирования при анализе сложных смесей ПАУ.

На практике чаще разделение ПАУ проводят на гидрофобных силикагелях, поскольку выше селективность разделения, лучше воспроизводимость результатов, а также наблюдается более длительный срок службы хроматографических колонок.

В варианте обращенно-фазовой хроматографии для разделения ПАУ чаще всего в качестве элюентов используют водно-спиртовые смеси (вода-метанол) и водно-ацетонитрильные смеси. Относительные времена удерживания для индивидуальных ПАУ сильно отличаются, поэтому чаще используют градиентный режим элюирования.

Существует множество вариантов детектирования ПАУ: амперометрическое, флуоресцентное, ультрафиолетовое. Наиболее часто используется флуоресцентное детектирование ПАУ. ВЭЖХ в сочетании с флуоресцентным детектором является селективным и чувствительным методом определения ПАУ в природных образцах. Спектрофотометрический детектор в УФ и видимой области на диодной матрице полезен для количественного и качественного анализа ПАУ в почвенных образцах в нанограммном диапазоне, в то время как флуоресцентный детектор рекомендован для анализа ПАУ в водных образцах в пикограммной области.

Наивысшая чувствительность флуоресцентного детектора может быть получена только при оптимальных длинах волн возбуждения и флуоресценции индивидуальных ПАУ. Это возможно только при программировании этих длин волн во времени. После оптимизации всех индивидуальных параметров минимальный предел детектирования отдельных ПАУ в питьевой воде достигает уровня 0,5 пикограмм.

Широко распространенные методики ЕРА рекомендуют определять нафталин, аценафтилен, аценафтен и флуорен при помощи ультрафиолетового детектора и использовать флуоресцентный детектор для определения всех остальных ПАУ.

Лекция № 8. Экологическая оценка и нормирование природных объектов.

ГОСТы, ПДК, ДОК. Кларки, региональные кларки, фоновое содержание. Интегральные показатели (ИЗВ, ИЗА, Сф, Кк, Кс, Ко).

Показатели загрязнения атмосферного воздуха. Они мо­гут быть подразделены на поингредиентные (частные) и инте­гральные (комплексные). Поингредиентные показатели включа­ют: абсолютные значения концентраций поллютантов в мг/м3, зна­чения, нормированные на ПДК (ПДКмр или ПДКсс), показатели повторяемости превышений ПДК в процентах. В справочной ли­тературе (Ежегодники состояния загрязнения атмосферы городов России) используются следующие поингредиентные харак­теристики:

♦ qc — средняя концентрация примеси в воздухе;

♦ q — наибольшая наблюдавшаяся концентрация примеси в воздухе;

♦ g — повторяемость разовых концентраций выше ПДК;

♦ g1 — повторяемость разовых концентраций выше 5 ПДК;

♦ g2 — повторяемость разовых концентраций выше 10 ПДК.

Основным, наиболее употребительным, интегральным пока­зателем является индекс загрязнения атмосферы (ИЗА):

EGA = (У gchi /ПДКcсi)Ki

где gchi — среднегодовая концентрация i-гo вещества; ПДКcсi — среднесуточная предельно допустимая концентрация i-гo вещества; Ц — безразмерная константа (показатель степени), позволяющая учесть различия в степени опасности отдельных веществ, и при­нимающая значения: 1,7 для веществ 1-го класса опасности; 1,3 для веществ 2-го класса опасности; 1,0 для веществ 3-го класса опасности; 0,9 для веществ 4-го класса опасности.

ПРИМЕР

На основе сопоставления многолетних данных о загрязнении атмосферного воздуха по данным стационарных постов (37 пунк­тов в 8 городах России и Украины) и о загрязнении почв в бли­жайших пунктах, опробованных при эколого-геохимических съем­ках, было получено уравнение, связывающее значения суммарного показателя загрязнения почв Zc и индексы загрязнения атмосфе­ры (учитывающие оксиды азота, серы, углерода и пыль):

ИЗА = 3,466Zc0,123 (r = 0,556).

Показатели экологического состояния водоемов

Экологическое состояние водоемов складывается в результате взаимодействия факторов самоочищения и техногенной нагрузки и определяется, главным образом, путем стационарных и экспе­диционных исследований. Показатели экологического состояния водоемов включают значительное число гидрохимических и гид­робиологических характеристик. Для водоемов, используемых в хозяйственно-питьевых и рекреационных целях, установлено 11 ос­новных показателей состава и свойств воды (содержание взвешен­ных веществ, плавающие примеси, запахи и привкусы, окраска, тем­пература, рН, минерализация, растворенный кислород, биохимичес­кое потребление кислорода, содержание бактерий, содержание токсичных веществ), в том числе ПДК для 420 веществ.

Для водоемов, используемых в рыбохозяйственных целях, ус­тановлено девять основных показателей состава и свойств воды (содержание взвешенных веществ, плавающие примеси, запахи и при­вкусы, окраска, температура, рН, растворенный кислород, биохи­мическое потребление кислорода, содержание токсичных веществ), в том числе ПДК для 72 веществ.

В биоэкологических исследованиях используются характерис­тики видового разнообразия, наличия и доли индикаторных видов. Роль индикаторных организмов могут выполнять виды, наиболее чувствительные к загрязнению и (чаще) малочувствительные к нему — сапробионты. Для оценки состояния водоемов употребля­йся индекс сапробности, по Пантле и Буку в модификации Сладечека.

Имеется ряд классификаций вод по сочетанию большого чис­ла физических, гидрохимических, биологических характеристик (классификация СЭВ, классификация Жукинского, классификация СанПиН 4630-88). Возможности использования сложных класси­фикаций для картографических целей незначительны по причине дороговизны и трудоемкости соответствующих исследований и, как следствие, малого числа пунктов определения.

Показатели загрязнения вод

. В качестве такого показателя чаще всего используется индекс за­грязненности воды (ИЗВ):

ИЗВ =1/3У(Сi /ПДК i

где С — концентрация каждого из 6 учитываемых ингредиентов (кислород, БПК5, 4 вещества с наибольшими превышениями ПДК); ПДКi — предельно допустимый показатель по соответству­ющему веществу.

Задачи изучения загрязнения почв

       ♦ Интерпретация результатов проводится путем сравнения данных анализов с фоновыми концентрациями тех же элементов в аналогичных почвах и почво-грунтах ландшафтов-аналогов, рас­положенных заведомо вне зон техногенного воздействия. При этом определяют поэлементные показатели концентрации Кс и суммар­ные показатели концентрации Zс, по формулам:

Кс = Сi/ Сф

где Сi — концентрация элемента в i-ой пробе; Сф— соответствую­щая фоновая концентрация.

Zс = У Кс - (п - 1),

где п — число элементов.

Суммарный показатель загрязнения Zc относится к числу важ­нейших и наиболее информативных параметров экологической обстановки. Шкала значений Zc, включающая четыре градации (табл. 1), вошла во многие нормативные документы по оценке экологической обстановки, в том числе в Критерии для выявления зон чрезвычайных экологических ситуаций и экологического бедствия. В районах с опасным и чрезвычайно опасным уровнями загрязнения должны осуществляться комплексы специальных мероприятий по реабилитации территорий и оздоровлению насе­ления.

Таблица 1

Оценочная шкала опасности загрязнения почв

Уровни загрязне­ния почв	Значе­ния Zс	Изменения показателей состояния здоровья (%)
Реакции организма	Детское населе­ние	Взрослое населе­ние
Допустимый	до 16	Уровень заболеваемости фоновый
Умеренно опасный	16-32	Функционально-морфо­логические отклонения	+ 10-30
Суммарная заболевае­мость	+ 10-20
Заболевания органов ды­хания	+ 10-50
Сердечно-сосудистые заболевания	фон
Патологии беременности и родов	фон
Онкологические заболе­вания	фон
Временные утраты трудо­способности	фон
Опасный	32-128	Функционально-морфо­логические отклонения	+30-100
Суммарная заболевае­мость	+20-60
Заболевания органов ды­хания	+50-100
Сердечно-сосудистые за­болевания	+50
Патологии беременности и родов	+20-30
Онкологические заболе­вания	фон
Временные утраты трудо­способности	фон
Чрезвычайно опасный	более 128	Функционально-морфоло­гические отклонения	+ 100
Суммарная заболеваемость	+30-100
Заболевания органов дыха­ния	+ 100-300
Сердечно-сосудистые забо­левания	до 300-400
Патологии беременности и родов	до +100
Онкологические заболева­ния	до +100
Временные утраты трудо­способности	до +100

Поскольку основным источником загрязнения поверхностно­го слоя почв являются атмосферные выпадения, по величине Zс можно оценивать общий уровень загрязнения воздуха (см. выше). Среднегодовое содержание отдельных металлов в атмосферном воздухе (у, в мкг/м3) может быть оценено по их содержанию в почвах (х, в мг/кг) с использованием эмпирических зависимостей. Так, для свинца: