Учебно-методический комплекс дисциплины «анализ природных объектов» для специальности 5В060800 — «Экология» (стр. 2 )

Лекция № 1.  Предмет и задачи курса.

1. Предмет и задачи дисциплины «Анализ природных объектов».

2. Анализ природных объектов в экологических исследованиях.

1. Анализ природных объектов является неотъемлемой часть исследовательской работы эколога. При этом используются качественные и количественные методы анализа, также физические, химические, физико-химические и биологические. При этом необходимо владеть не только методиками определения токсикантов, но и уметь определять основные физико-химические, биологические показатели природных объектов. Особую  актуальность  анализ природных объектов  приобрел  в  настоящее  время,  поскольку  основным фактором неблагоприятного антропогенного воздействия на природу является химическое загрязнение. Определение их концентрации  в  различных природных объектах становится важнейшей задачей.

Основная  цель  курса  -  сформировать целостное представление  об  основных методах и способах анализа и исследования природных объектов.

Задачи преподавания дисциплины:

• изучить основные классификации методов анализа природных объектов;

• сформировать знания о физико-химических методах анализа, как основных, используемых в экологических исследованиях;

• изучить особенности анализа различных природных объектов;

• ознакомится с основными приборами, используемыми при анализе природных объектов.

2. Почвы, растения природные воды – основные важнейшие компоненты биосферы. Огромные масштабы коммунального, сельскохозяйственного и промышленного использования этих объектов привели к необходимости аналитического контроля их качественного и количественного состава.

Проблема аналитического контроля любого процесса, объекта, всегда обусловлена принципиальными особенностями исследуемой системы. Представление о сущности изучаемого объекта определяют объем и структура аналитического контроля:

Минимально необходимый ассортимент определяемых показателей; Требования к чувствительности и точности рекомендуемых методов, способов, места и периодичности отбора проб для анализа; Характер обработки получаемой аналитической информации.

Проблема охраны биосферы приобретает первостепенное значение. Многолетние загрязнение компонентов биосферы отходами производства и жизнедеятельности людей приводит к высокой, зачастую токсичной концентрации в почвах, водах, растениях таких элементов, как Pb, Hg, Cd, As, Se, F, V, Cr и др.

Внимание ученых привлекают необходимые для жизни растений и животных микроэлементы: B, Mn, Co, Cu, Zn, Mo, I. В последнее время возрос интерес к количественному определению редких и рассеянных элементов в природных объектах. Подвижные формы этих элементов часто содержаться в  недостатке.

Аналитические данные необходимы для изучения круговорота веществ в природном и антропогенном ландшафте, для контроля чистоты экосистемы, для прогноза положительного действия и установления причин токсикоза повышенных количеств элементов в окружающей среде, кормах и пищевых продуктах, а также для разработки мер по борьбе  с загрязнением биосферы.

В результатах количественного определения редких и рассеянных элементов в экосистеме нуждаются экологи и биологи, медики и агрохимики, ветеринары и почвоведы,  географы и геологи.

Многокомпонентные природные материалы - сложные объекта анализа. Например, наличие органического вещества, соединений Si, Fe, Al в почве осложняет определение почти всех микро - и ультрамикроэлементов. В тоже время большинство рекомендованных аналитических методов анализа проверялись на относительно простых по составу растворах и образцах. Поэтому на долю экологов, биологов и почвоведов выпадает сложная задача апробации и доработки метода применительно к природным объектам.

По возрастающей сложности анализа природные материалы располагаются в такой ряд:

воздух »  природные воды »  зола растений  »  почвы.

Современный этап развития  контроля и охраны природной среды от загрязнения требует увеличения числа определяемых элементов, многие из которых содержатся в ультрамикроконцентрациях. Наиболее перспективными окажутся те методы, которые позволяют одновременно получать информацию о содержании большого числа элементов без значительных затрат времени на предварительную пробоподготовку.

Часто для экономичности и высокой продуктивности массовых анализов природных объектов количество определяемых компонентов сокращают и используют упрощенные методы определения, что достаточно оправдано.

Например, при анализе сточных вод аграрного комплекса определяют только БПК или ХПК, упуская другие компоненты, содержание которых значительно ниже нормативных значений. В тоже время в случае частого определения высоких значений БПК и ХПК вместо классического метода, протекающего 5 дней, используют экспресс-анализ, который осуществляется за 0,5 часа.

Т. о., в экологических исследованиях анализ природных объектов играет большую роль и является важным звеном экологических изысканий. В цепочке постановки цели и задач, выбора методов, отбора проб, анализа природных объектов, обработки результатов, формулировке выводов, именно анализ природных объектов определяет корректность дальнейшего проведения экологических исследований.

Лекция № 2. Классификация методов исследования природных объектов.

Выбор метода. Количественные и качественные методы анализа. Физические, химические, физико-химические, биологические методы анализа. Физико-химические методы, как основные в экологических исследованиях.

1.

Основные  требования  к  методам  аналитической  химии: правильность,  хорошая воспроизводимость  результатов,  низкий  предел  обнаружения  нужных  компонентов, избирательность,  экспрессность,  простота  анализа,  возможность  его  автоматизации.

Выбирая метод анализа, необходимо четко знать цель анализа, задачи, которые нужно при этом решить, оценить достоинства и недостатки доступных методов анализа. Наибольшее  практическое  значение  в  химическом  качественном  анализе  имеют качественные  реакции,  позволяющие  обнаруживать  данный  элемент  даже  при небольших его концентрациях в присутствии большого числа других элементов. Помимо селективности,  важнейшей  характеристикой  реакции  является  ее  чувствительность, выраженная  наименьшим  количеством  обнаруживаемого  элемента  или  же  наименьшей концентрацией раствора, при которой данный элемент может быть однозначно обнаружен без  предварительного  обогащения (предельная  концентрация).

Чувствительность – минимальная  определяемая  концентрация  вещества.

         В  основе  аналитических  методов – получение и  измерение  аналитического сигнала,  т. е.  любое  проявление  химических  и физических свойств вещества в результате протекания химической реакции.

Качественные аналитические реакции по способу их выполнения делятся на реакции

«мокрым» и «сухим» путем. Анализ «сухим» путем проводится с твердыми веществами.

Анализ  сухим  путем  применяется  для  предварительных  испытаний  и  при  исследовании минералов. Он включает испытание на окрашивание пламени газовой горелки, в которое на платиновой игле вносят исследуемое вещество, смоченное 7,5 н. растворе HCl. Таким путем  обнаруживают Hg(I), Pb, Cu, As, Sb, Te, Ga, Ba, Sr, Ca, Li, Na, K, Rb, Cs. Другим классическим  методом  предварительного  испытания «сухим»  путем  является получение перлов  буры  со  следами  анализируемого  вещества  при  нагревании.  По  окраске  перлов можно  судить  о  наличии Ti, V, Cr, Mn, Fe, Ni, Cu, Mo, W, Nb. Иногда  нагревают небольшую пробу анализируемого материала в закрытой или открытой стеклянной трубке и  наблюдают  образующиеся  на  холодных  частях  трубки  возгоны  или  распознают выделяющиеся газы по запаху либо другим путем.

Наибольшее  значение  имеют  реакции,  проводимые  «мокрым»  путем.  Для  их проведения  исследуемое  вещество  нужно  предварительно  растворить.  В  качественном анализе используются только  те реакции, которые сопровождаются какими-либо хорошо заметными  внешними  эффектами:  изменением  окраски  раствора,  выпадением  или растворением осадка, выделением газов с характерным запахом или цветом и др. Анализируемый  объект ( индивидуальное  вещество  или  смесь  веществ)  может находиться  в любом агрегатном состоянии (твердом, жидком, газообразном). Объект для анализа  называется  образцом  или  пробой.  Перед  исследованием  вещество предварительно  подготавливают  к  анализу.  Отбор  средней  пробы  является  одной  из важнейших  подготовительных  операций.  Его  цель – получить  относительно  небольшое количество исходного вещества, в котором количественное содержание всех компонентов должно  быть  равно  количественному  содержанию  их  во  всей  массе  анализируемого вещества.  Если  средняя  проба  анализируемого  вещества  не  соответствует  составу  всей партии, то теряет смысл даже самый тщательный анализ этого вещества. Методы отбора пробы  различных  материалов  сильно  отличаются  друг  от  друга.  При  отборе  проб руководствуются  правилами,  подробно  описанными  в  ГОСТах,  посвященных  анализу этих материалов.

2.

Существуют следующие классификации методов анализа: