Каталог файлов
| Главная » Файлы » Группа АК-21 » Аналитический контроль состояния окружающей среды |
Задание ДО АК 21 04.10.2023 V пара Тема 1. Анализ воздушных объектов. Понятие об АКСОС. Химический состав воздуха и атмосферных осадков.
| [ Скачать с сервера (28.3 Kb) ] | 04.10.2023, 11:18 |
| Задание ДО АК 21 04.10.2023 V пара План учебного занятия Дисциплина: МДК 02.002. Аналитический контроль состояния окружающей среды Тема 1. Анализ воздушных объектов. Понятие об АКСОС. Химический состав воздуха и атмосферных осадков. Вид занятия: Проблемная лекция Лекция: «Понятие об АКСОС. Химический состав воздуха и атмосферных осадков.» План лекции: 1 Задачи экологической аналитической химии. 2 Область применения эколого-химического и эколого-физического анализа 3 Виды загрязнений окружающей среды 4 Задачи эколого-химического анализа 5 Методы эколого-химического анализа 6 Химический состав воздуха 7 Основные загрязнители воздуха Понятие об АКСОС Термины «экологическая аналитическая химия» или «эколого-аналитическая химия» («экоаналитика») появились не так давно – в конце предыдущего века [2], но постепенно все чаще начинают употребляться как в научной, так и учебной литературе наряду с ранее веденными терминами «экоаналитический мониторинг» (в частности, [3]или [4]) и «экоаналитический контроль» (например, [5]и [6]). Появление указанных новых терминов свидетельствует о том, что на пересечении классической аналитики и экологического мониторинга (контроля окружающей среды) формируется самостоятельная область науки и практики, имеющая предметом своего изучения – химические реакции и основанные на них методы анализа наиболее часто встречающихся в окружающей среде (ОС) или наиболее опасных (вредных, токсичных) загрязняющих веществ (ЗВ). Остановимся на нескольких ключевых понятиях курса, перешедших в него из своих «прародителей». Так как в целом, аналитическая химия (или по-другому, химический анализ) занимается разработкой и применением методов обнаружения, концентрирования, разделения и определения веществ во всевозможных объектах, то экоаналитика включает в их число только объекты окружающей среды (ОС): воздух и атмосферные осадки, воды и донные отложения водных объектов, загрязненную почву и подземные объекты, а также некоторые другие объекты эколого-химического анализа – биологические ткани растительного и животного происхождения, продукты питания и иную продукцию, произведенную из природного сырья, а также всевозможные отходы производства и потребления и т.д. Химический анализ, понимаемый здесь как анализ химических веществ различными методами (а не как анализ чего-то только химическими методами) включает в себя и эколого-химический анализ (ЭХА), являющийся сегодня основой контроля загрязнения окружающей среды, т.е. содержания в ней загрязняющих веществ (ЗВ) – в рамках мониторинга объектов ОС. Он позволяет обнаружить и количественно определять вредные химические вещества, а его аналог эколого-физический анализ – также физические факторы (поля и излучения, которые веществом не являются, хотя и вполне материальны), присутствующие в среде в виде примеси. Кроме того он позволяет устанавливать их характер («идентифицировать»), оценить количество или содержание и в некоторых случаях выявить источник антропогенного, а также естественного (природного) загрязнения. То есть здесь термин «эколого-химический анализ» понимается нами максимально широко и не сводится только к «анализу химическим методами» или «анализу химических веществ». Приставка «ЭКО» значительно расширяет его как и все остальное, с чем она связывается. Эколого-химический анализ дает возможность устанавливать факт наличия и определять содержание природных компонентов (ПК) окружающей среды, информация о динамике изменения концентраций которых, также как и содержания антропогенных ЗВ служит диагностике «экологических» заболеваний. В задачи ЭХА часто входит и идентификация форм существования природных (фоновых) и загрязняющих веществ, а также и их «метаболитов» – продуктов превращений в среде, что необходимо для решения вопросов о миграции и трансформации этих веществ в окружающей среде. Курс знакомит студентов с теоретическими основами и некоторыми особенностям практического применения классических химических и современных инструментальных методов анализа загрязняющих веществ. Впоследствии назовем и кратко охарактеризуем самые распространенные из них, опираясь на классические представления, изложенные в известном практическом руководстве , а также на более современные . Важно, что существует универсальный принцип аналитики - принцип определения химического состава, относящийся ко всем аналитическим методам: состав вещества определяется по его свойствам. Этот принцип, несколько видоизмененный и дополненный, работает и в экоаналитике: поведение ЗВ в ОС определяется свойствами вещества, а также свойствами самой среды. Каждое вещество, отличающееся от других веществ своим составом и строением, обладает некоторым индивидуальным набором только ему одному присущих свойств. Растворимость, спектр поглощения или электрохимические характеристики, форма кристаллов и другие аналитические свойства изменяются при изменении состава вещества. Таким образом, определив свойства неизвестного вещества, можно отождествить его с одним из известных веществ, т.е. опознать («идентифицировать») это ранее неизвестное вещество. Для такого качественного анализа достаточно исследовать несколько характерных аналитических свойств данного вещества или продуктов некоторых его реакций. Определяя зависимость величин, характеризующих свойства раствора, от концентрации растворенного вещества, можно проводить количественный анализ. Например, по величине оптической плотности раствора определяют концентрацию растворенного вещества. При этом большинством химиков справедливо считается что изучение соотношений между составом и свойствами систем (как правило равновесных), состоящих из нескольких веществ, и является предметом физико-химического анализа, давно уже представляющего собой самостоятельную область химии. Результаты физико-химического анализа обычно выражают диаграммами «состав – свойство». В экоаналитике свойства окружающей среды не менее важны, чем свойства самого вещества. Так, одно и то же соединение (например, двуокись серы) может существовать в воздухе – в форме газа, а в воде – кислоты, а в почве, скорее, всего – соли какого-нибудь щелочного металла. При этом используемые аналитические методы могут меняться (например, в воздухе – ИК, в воде – УФ, в почве – ЭХ). Позже мы рассмотрим классификацию этих методов, а пока остановимся на главных терминах и определениях экоаналитики. Химический состав воздуха В воздушном бассейне находится много неорганических и органических соединений естественного и антропогенного происхождения в газообразном и парообразном состоянии и в виде жидких и твердых аэрозолей. По сравнению с содержанием в природных водах, концентрации химических соединений, загрязняющих воздух, значительно меньше и составляют, за исключением основных компонентов - кислорода, азота, аргона, диоксида углерода и паров воды,- величины на уровне мг/м3 и мкг/м3 . Поэтому определения микропримесей токсичных веществ в воздухе требует, как правило, их предварительного концентрирования, которое в основном проводят в процессе отбора проб для анализа. Определения основных компонентов атмосферного воздуха, как правило, не приводится, потому что их концентрация над поверхностью Земли является практически постоянной и только при значительном удалении от земной поверхности заметно уменьшается. Однако в случаях замкнутого пространства, например в помещениях подводных лодок в погруженном состоянии или в атмосфере производственных цехов, возникает необходимость определения кислорода, диоксида углерода и паров воды. Определить все вещества-загрязнители в атмосферном воздухе или в воздухе производственных помещений практически невозможно. В связи с этим в каждом конкретном случае необходимо выявить главные загрязнители, исходя из характера и количества промышленных и других выбросов в атмосферу и степени их токсичности. Следует также иметь в виду, что многие химические вещества в воздухе взаимодействуют между собой с образованием новых соединений, которые непосредственно в атмосферу не попадали. Например, диоксид серы, который является постоянным компонентом выбросов тепловых электростанций, при взаимодействии с кислородом воздуха и парами воды образует аэрозоль серной кислоты. Диоксид азота при контакте с парами воды образует азотную и азотистую кислоты. Твердый аэрозоль хлорида аммония образуется при взаимодействии газообразного аммиака с хлороводородом и т.д. Образование новых соединений в результате химической реакции, а также фотохимических процессов может мешать концентрированию и определению отдельных ингредиентов в воздухе, что следует учитывать при отборе пробы воздуха и ее подготовке для анализа. Атмосферные осадки - дождь, снег, град, воды, тумана, росы и иней - относятся к природным водам. Они оседают на поверхность Земли и могут рассматриваться как самая чистая вода на планете, поскольку образуются в природных условиях дистилляционных процессов. Однако в результате постоянного интенсивного контакта с воздухом дождевая вода, имеющая большую поверхность, насыщается различными веществами, которые являются составными частями воздуха и способны хорошо растворяться в воде. Среди них, в частности, следует назвать СО2 и О2, а также многочисленные вещества антропогенного происхождения - СО, SО2 , оксиды азота, аммиак, а также чрезвычайно большое количество летучих органических соединений различных классов. Поэтому химический состав таких объектов зависит от состава воздуха, с которым они контактируют. Поэтому химическую характеристику воздуха и атмосферных осадков целесообразно рассматривать вместе. Основной химический состав чистого сухого воздуха, в котором содержатся молекулы различных ингредиентов в газообразном состоянии, следующий: Ингредиент % по объему мг/м3 Азот (N2) 78.1 9.76*105 Кислород (О2) 20.9 2.98*105 Аргон (Ar) 0.93 1.66*104 Диоксид углерода (CO2) 0.03 5.89*102 Инертные газы 10-3 - 10 -6 20 – 0.5 Закись азота (N2O) 5 *10-5 0.98 Водород (H2) 5 *10-5 0.045 Озон (O3) 2 *10 -6 0.042 Содержание этих ингредиентов в воздухе, а также паров воды, концентрация которых колеблется в очень широких пределах, формировался на протяжении многих миллионов лет эволюции Земли и обеспечивает существование всех живых существ, дышащих воздухом. В воздухе всегда присутствуют в малых количествах различные примеси газообразных веществ природного происхождения - вулканические выделения из недр Земли (SO2, NH3, HCI, H2S, CO, HF и др.) и соединения биогенного происхождения (СН4, СО2, более сложные летучие органические соединения), их концентрация в незагрязненном воздухе обычно находится на уровне мкг/ м3 (кроме СО2 ) и изменяется в очень широких пределах. Наконец, в воздушном бассейне промышленных зон и крупных городов, а также в воздухе цехов различных предприятий содержится большое количество газообразных веществ антропогенного происхождения - СО2 , SO2, NH3, HCI, H2S, HF, СІ2, Br2, NO2, НВг, PH3, AsH3, галогенорганических соединений, органических кислот, эфиров, альдегидов, спиртов, кетонов, амино - и нитросоединений, ароматических углеводородов, серосодержащих органических соединений, пестицидов и т.д. Для большинства из них установлены нормы ПДК, которые колеблются в широких пределах - от 3 мг/м3 (СО) до 0,001 мг/м3 (PH3) и значительно меньше. Кроме этого в атмосфере содержатся не только газообразные вещества, а также большое количество твердых и жидких аэрозолей - пыли, дыма, высокодисперсных агрегатов растворимых солей различной степени влажности, мелких капель растворов газообразных веществ (SO2, HCI, NO2 , органических соединений) и т.д. Аэрозоли находятся в воздухе в динамическом равновесии, и продолжительность их существования зависит от дисперсности частиц и интенсивности турбулентных потоков воздуха. Аэрозоли в значительной степени являются центрами конденсации атмосферной влаги. По размерам их разделяют на три группы: а) мельчайшие (так называемые частицы Айткена) с радиусом г< 2*10-5см; б) крупные (г - 2*10-5 - 1* 10-4 см); в) гигантские (г> 1* 10-4 см); Характер земной поверхности очень влияет на концентрацию аэрозолей в воздухе. Наиболее загрязненный аэрозолями воздух - над сушей, особенно в промышленных районах. Наиболее чистым по содержанию аэрозолей является воздух высокогорных районов. В аэрозолях содержится основная масса химических ингредиентов, которые попадают на поверхность Земли с атмосферными осадками. Можно предположить, что в разных районах Земли атмосферные осадки содержат разную концентрацию химических ингредиентов. Так, например, для осадков над поверхностью суши бывшего Советского Союза наиболее характерными являются такие ингредиенты концентраций главных ионов (мг/л): SО42- (3 - 12), Си - (1 - 3), НСО3-(0,5 - 5), Са2+ (0,5 - 3), Mg2+ (0.2 - 0.7), Na+(1 - 2), K+(0.4 - 1). Для атмосферных осадков над Тихим и Индийским океанами они несколько другие: SО42- (1 - 5), Си- (2 - 12), НСО3-(0,6 - 6), Na+(2 - 12), K+(0.5 - 1,5). Кислотность атмосферных осадков в основном характеризуется величиной рН 5 - 6, хотя при значительном загрязнении атмосферы некоторыми промышленными выбросами (NO2 ,SO2) она может составлять рН 4,5 - 5 („кислотные дожди”). Данные о концентрации биогенных элементов, микроэлементов и органических соединений в атмосферных осадках ограничены. Можно отметить, например, что атмосферные осадки над территорией Украины в среднем содержат 0,6 мг/л, фосфатного фосфора 0,11 мг/л. Представление о концентрации некоторых микроэлементов в атмосферных осадках могут дать средние данные, определенные, например, для дождевых и снеговых вод Японии (мг/л): Si (0,83), Fe (0,11), Zn (0,0042), Cu (0,0003), Mo (6 * 10-6). Для атмосферных осадков Грузии характерны примерно такие же значения (мг/л): Fe (0 - 0,15), Zn (0,003 - 0,013), Cu (0 - 0,008), Mn (0,0001 - 0,015), Pb (0 - 0,03), F (0 - 0,08), Br (0,0002 - 0,045), I(0,004 - 0,020). Значительный интервал колебания концентраций обусловлен тем, что пробы отбирались в зонах промышленных предприятий, крупных городов, сельскохозяйственных районов, долин и высокогорий. Итак, в воздухе и в атмосферных осадках, за исключением очень загрязненных аэрозолями районов, концентрации химических ингредиентов значительно ниже, чем в поверхностных водах суши. Это необходимо учитывать при анализе дождя, снега, льда и особенно воздуха. Задание для домашней самостоятельной работы 1 Изучить и законспектировать учебный материал 2 Ответить на вопросы задания 2.1-2.7 2.1 Задачи экологической аналитической химии. 2.2 Область применения эколого-химического и эколого-физического анализа 2.3 Виды загрязнений окружающей среды 2.4 Задачи эколого-химического анализа 2.5 Методы эколого-химического анализа 2.6 Химический состав воздуха 7 2.7 Основные загрязнители воздуха Литература: 1. Другов Ю.С. Экологическая аналитическая химия. С.-Пб.: Анатолия, 2000. – 432 с. 2. Израэль Ю.А. Экология и контроль состояния природной среды. М.: Гидрометеоиздат., 1984. – 560 с. 3. Майстренко В.Н.. Хамитов Р.З., Будников Г.К. «Эколого-аналитический мониторинг супертоксикантов. – М.: Химия, 1006. – 319 с. 4. Золотов Ю.А., Кузьмин Н.М., Кимстач В.А. и др. //Журн. Российского хими об-ва им. Д.И. Менделеева, 1993, №4, С. 8-20. | |
| Просмотров: 22 | Загрузок: 0 | Рейтинг: 0.0/0 | |
| Всего комментариев: 0 | |