Методические подходы определения санитарно-гигиенических показателей окружающей среды (110

Подождать 1–2 мин, перемешивая раствор. Если окраска не стала синеголубой с зеленоватым оттенком, довести ее до этого цвета, добавить еще несколько капель раствора трилона Б из бюретки. Сравнить цвет рабочего раствора с окраской контрольного раствора в первой колбе. В момент изменения окраски записать положение уровня раствора трилона Б в бюретки по нижнему мениску и вычислить израсходованный на титрование объем трилона Б. Процесс титрования повторить еще 2 раза с новыми порциями воды. Результаты титрования не должны отличаться друг от друга. Если все же отличаются, опыт повторить.

При добавлении эриохрома черного в раствор, цвет раствора становится розоватым, а при добавлении туда избытка раствора трилона Б цвет меняется на сине-голубой.

Рассчитать среднее из близких результатов значение объема трилона Б, пошедшего на титрование, и по нему вычислить общую жесткость воды.

Vн = 0; VктрилонаБ1 = X мл; VктрилонаБ2 = Y мл; VктрилонаБ3 = Z мл.

По полученному значению жесткости можно сделать вывод, что вода очень мягкая, так как значение жесткости меньше 1,5 единиц по ГОСТ.

Работа 8. Количественное определение содержания железа в воде

Основы метода

Металлы в очень высокой степени вовлечены в антропогенную деятельность. Они отличаются настолько высокой технофильностью, что говорят о современной «металлизации» биосферы. Особое значение приобрела проблема загрязнения «тяжелыми металлами» (ТМ). К ним относятся более 40 химических элементов периодической системы с атомными массами выше 50 а.е.м. Иногда тяжелыми металлами называют элементы, имеющие плотность 7–8 г/см3. Однако указанные критерии условны.

К группе «тяжелых металлов» относят железо, свинец, хром, марганец, кобальт, никель, германий, молибден, медь, цинк, таллий, теллур и др. Указанные элементы активно участвуют в биологических процессах, а многие из них входят в состав ферментов. Железо относится к числу сидерофильных элементов (типичных металлов), имеющих химическое сродство к углероду (с образованием карбонатов), фосфору (фосфатов), сере и кремнию

21

(сульфаты, сульфиды, силикаты). При окислительном выветривании и почвообразовании в биосфере накапливаются минералы железа (III), преимущественно оксиды и гидроксиды. В почвах обнаружены многие минералы соединения железа (III) и железа (II).

Данные методы определения концентрации вещества основаны на сравнении поглощения или пропускания света стандартным и исследуемым окрашенным раствором. При прохождении света через слой окрашенного вещества часть его отражается, часть поглощается, часть проходит через раствор.

Интенсивность падающего светового потока при прохождении через окрашенный раствор составляет

Iо = I + Iп + Iот,

где Iо – интенсивность падающего светового потока; I – интенсивность светового потока, прошедшего через раствор; Iот – интенсивность отраженного светового потока; Iп – интенсивность поглощенного потока.

Рис. 3. Прохождение светового потока через окрашенный раствор

Оборудование, реактивы, материалы: 1) ФЭК-56, 2) пробирки, мерные колбы на 50 мл (6 шт.); 3) мерная колба на 1000 мл (1 шт.); 4) мерные пипетки 10–20 мл, железо-аммонийные квасцы; 5) персульфат калия, раствор роданида калия; 6) раствор серной кислоты (2 М); 7) раствор сульфосалициловой кислоты (0,01 М); 8) ацетатный буфер; 9) дистиллированная вода.

Ход работы Приготовление рабочего раствора. В качестве рабочего раствора ис-

пользуйте раствор FeNH4(SO4)2 ·12H2O (железоаммонийные квасцы) с концентрацией 0,1 мг железа в 1 мл. Для этого растворить 0,8636 г соли (х.ч.) в 25 мл 2 М раствора серной кислоты, довести объем до 1 мл.

В мерную колбу на 50 мл прилить 1 мл рабочего раствора, 30 мл 0,01 М раствора сульфосалициловой кислоты, 5 мл ацетатного буфера. Объем в мерной колбе довести дистиллированной водой до метки (50 мл) и тщательно перемешать.

Приготовление стандартных растворов. В мерные колбы (50 мл)

мерной пипеткой отмерьте определенный объем рабочего раствора: 1 мл; 2 мл; 3 мл; 4 мл; 5 мл.

22

Объем в каждой мерной колбе довести дистиллированной водой до метки (50 мл) и тщательно перемешать.

Измерение оптической плотности. ФЭК-56 подготовьте к работе,

предварительно прогрев лампы и прибор в течение 30 мин. Затем в кюветодержатель, расположенный справа, поместить две кюветы: с разбавленным раствором (1) и самым концентрированным раствором (2). В кюветодержатель, расположенный слева, можете поместить аналогичную кювету с водой или оставить пустым.

Предварительно подберите размер кюветы. Для определения содержания железа используйте кюветы объемом 3–5 мл.

Для подбора светофильтра необходимо снять показания прибора по шкале, расположенной слева (черные цифры шкалы – % пропускания света, красные цифры – светопропускание А). На правой шкале пропускание должно быть установлено на 100 %.

При снятии показаний необходимо сменять светофильтры (3–6), измеряя показания прибора. При снятии показаний в зеленом индикаторе, расположенном в нижней части прибора, обе части должны сомкнуться без просветов (плавно перемещайте ручку до полного совмещения сторон). Измерив показания для разбавленного раствора, переместить кюветы, чтобы луч проходил через другой раствор. Полученные по шкале данные записать в табл. 4.

Выберите светофильтр, в котором значения светопропускания составляет 0,3–1. Указанный светофильтр нужно использовать для дальнейших измерений.

Построение градуировочного графика. С выбранным светофильтром фотометрировать все стандартные растворы, начиная с самого разбавленного. Полученные результаты записать в табл. 5.

Т а б л и ц а 5

Значения показателей оптической плотности стандартных растворов

По полученным данным построить график зависимости А(С).

23

поле. Скорость движения инфузорий подсчитывается как число появившихся в поле зрения окуляра микроскопа простейших в минуту. Затем рядом с этой каплей наносится капля раствора хлористого натрия в указанных концентрациях, стеклянной палочкой или иголкой соединяются обе капли в одну и начинается определение изменения скорости движения клеток во времени с учетом увеличения общего объема, в течение 30 мин. Величина капель с инфузориями и капель с NaCl может быть легко подсчитана. Скорость движения инфузорий пропорциональна градиенту концентрации ионов Na+ в растворе и в организме инфузорий. Полученные данные заносятся в таблицу, и затем на основании этих данных строится график зависимости изменения скорости движения инфузорий от градиента концентрации NaCl. Чем больше градиент концентрации хлористого натрия, тем быстрее ионы натрия попадают в клетки инфузорий и вызывают прекращение движения.

Работа 10. Количественная оценка содержания нитратов и нитритов колориметрическим методом

Основы метода

Метод определения нитратов основан на способности салициловой (орто-гидроксибензойной) кислоты в присутствии концентрированной серной кислоты вступать в реакцию нитрования с образованием нитросалициловой кислоты, которая в щелочной среде образует окрашенную в желтый цвет соль. Метод определения концентрации нитрит-иона основан на его реакции в кислой среде (в виде азотистой кислоты) с реактивом Грисса (смесью сульфаниловой кислоты и альфа-нафтиламина).

Оборудование, реактивы, материалы: 1) растения, выращенные на пи-

тательном растворе или в почве; 2) 5%-ный раствор салициловой кислоты в концентрированной серной; 3) 2Н NaOH; 4) раствор KNO3 55 мкг/мл; 5) стеклянная палочка; 6) стакан с водой; 7) фильтровальная бумага; 8) белая фарфоровая тарелка; 9) центрифужные пробирки; 10) кюветы пластиковые для спектрофотометра.

Ход работы

Определение нитратов в растительных тканях титрованием салициловой кислотой можно вести в высушенном и сыром материале. В первом случае материал фиксируется острым паром в течение 5 мин и досушивается до постоянного веса при t = 70 °С. Высушенный образец измельчается, берется навеска в 50 или 100 мг, заливается деионизованной водой – 5 или 10 мл соответственно.

При определении нитратов в сыром материале берется навеска 1 г и 6 мл воды или фосфатного буфера. Гомогенат фильтруется, и фильтрат цен-

25

трифугируется при 3000 g 15 мин. Супернатант сливается и используется для анализа.

Ванализе используется деионизованная вода – вода, освобожденная от ионов и катионов. Дистиллят можно брать в том случае, если он свободен от нитратов. В противном случае его нужно пропустить через катионит, чтобы освободиться от нитратов и нитритов.

Суспензия инкубируется при 45 °С 1 час при постоянном встряхивании, далее центрифугируется (5000 g, 15 мин). Супернатант декатируется и используется для анализа. В колбу Эрленмеера на 50 мл заливается 0,2 мл центрифугата и 0,8 мл 5%-ного раствора салициловой кислоты, приготовленной на концентрированной серной кислоте (использовать серную кислоту марки ХЧ, в темной склянке раствор может храниться в течение 1 недели).

Через 20 мин при комнатной температуре в колбу медленно тонкой струей приливается из бюретки 19 мл 2 н. NaOH. Содержимое колбочки при этом нужно постоянно перемешивать. При наличии в образце нитратов появляется стойкое желтое окрашивание, стабильное на протяжении 48 ч. Раствор охладить и фотометрировать при 410 нм.

Вкачестве контроля используется образец, приготовленный так же, как опытный, только вместо фильтрата в него вносится 0,2 мл воды.

Калибровочный график для определения нитратов строится по KNO3. KNO3 гидроскопичен, поэтому перед взятием навески его нужно высушить в термостате до постоянного веса. При приготовлении серии рас-

творов с разной концентрацией KNO3 (5 мкг/мл – 55 мкг /мл) для построения калибровочного графика нужно брать их в объеме не более 0,2 мл, если же объем меньше 0,2 мл, то его нужно доводить водой до 0,2 мл.

Определение нитратов можно вести в присутствии ионов хлора (до 2%), аммония и нитритов.

26

§ 3. МЕТОДЫ ОЦЕНКИ КАЧЕСТВА АТМОСФЕРЫ

Согласно ГОСТу 17.2.1.04-77, загрязнением атмосферы называется изменение состава атмосферы в результате наличия в ней примесей. Загрязнение, обусловленное деятельностью человека, называется антропогенным загрязнением. Под примесью тот же ГОСТ понимает рассеянное в атмосфере вещество, не содержащееся в ее постоянном составе. Таким образом, к примесям могут относиться не только токсичные, но и нетоксичные вещества.

Для каждого вещества, загрязняющего атмосферный воздух, установлены два норматива:

1) максимальная разовая предельно допустимая концентрация за

20мин измерения (осреднения) – ПДКмр., мг/м3;

2)среднесуточная предельно допустимая концентрация, осредненная за длительный промежуток времени (вплоть до года) – ПДКсс., мг/м3.

ПДК вредного вещества в атмосфере – это максимальная концентрация, отнесенная к определенному периоду осреднения (20–30 мин, 24 ч, месяц, год), которая не оказывает ни прямого, ни вредного косвенного воздействия на человека и санитарно-гигиенические условия жизни.

При действии на организм одновременно нескольких вредных веществ, обладающих суммарным действием, сумма отношений фактических кон-

центраций каждого вещества (С1, С2, ... Сn) в воздухе и его предельно допустимой концентрации (ПДК1, ПДК2, ... ПДКn) не должна превышать еди-

ницу: С1 / ПДК1 + С2 / ПДК2 + ... + Сn / ПДКn–1.

Гигиеническое нормирование сталкивается с существенными затруднениями организационного, технического и физиологического характера. Экологическая ниша человека неизменна, поэтому условие – концентрация загрязняющего вещества должна быть меньше или равна ПДК – должно соблюдаться в любых местах пребывания человека. Это означает, что для каждого вредного вещества устанавливается несколько максимальных разовых предельно допустимых концентраций в воздушной среде, классификация которых приведена на рис. 5.

Наряду с предельно допустимыми концентрациями существуют временно допустимые концентрации (ВДК), иначе называемые ориентировочно безопасными уровнями воздействия (ОБУВ). Предельно допустимые концентрации устанавливаются на основе экспериментов с подопытными животными, что требует достаточно длительного времени. На первом этапе установления ПДК определяются основные токсикометрические характеристики исследуемых веществ, и фактически установленные в результате экспериментов нормативы считаются временно допустимыми концентрациями. На втором этапе эти исследования продолжаются и носят проверочный характер, а на третьем – осуществляются клинико-статистические исследования работающих в течение трех лет для проверки правильности получен-

27

ных в экспериментах на животных значений. Только после второго этапа полученные нормативы могут быть утверждены в качестве ПДК.

Рис 5. Классификация предельно допустимых концентраций загрязняющих веществ в атмосферном воздухе

Для регулирования качества окружающей среды введен и строго контролируется предельно допустимый выброс (ПДВ), который является научно обоснованной технической нормой выброса вредных веществ из промышленных источников в атмосферу, определяемой на основе различных параметров источников, свойств выбрасываемых веществ и атмосферных условий.

Экологический мониторинг

Мониторинг (от лат. monitor – предупреждающий, предостерегающий) – комплексная система наблюдений, оценки и прогноза изменения состояния окружающей среды под влиянием антропогенных факторов. Этот термин появился перед проведением Стокгольмской конференции ООН по окружающей среде (июнь, 1972 г.) в дополнение к понятию «контроль».

28

Исходным понятием в мониторинге служит качество среды, то есть такая совокупность ее параметров, которая всецело удовлетворяет как экологической нише человека, так и научно-техническому прогрессу общества. Для получения своевременной информации об изменениях в экологической системе необходима так называемая «точка отсчета», то есть какое-то определенное значение параметра качества среды, так называемое «фоновое». Параметры такого фонового состояния не являются постоянными, а меняются под влиянием деятельности человека в пределах некоторого критического уровня среды, за пределы которого посторонние воздействия не должны выводить данную систему во избежание необратимых изменений. Таковыми считаются предельно допустимая экологическая нагрузка (ПДЭН) или предельно допустимые концентрации чуждых данной системе веществ-ксенобиотиков (ПДК).

Рис. 6. Блок-схема системы мониторинга окружающей среды

При организации мониторинга возникает необходимость решения нескольких задач разного уровня, поэтому И.П. Герасимов (1975) предложил различать три ступени мониторинга:

– При биоэкологическом (синоним – локальный) мониторинге предполагается контроль за содержанием токсичных для человека химических веществ в атмосфере, природных водах, растительности, почве, подверженных воздействию конкретных источников загрязнения (промышленные предприятия, стройки, рудники, мелиоративные системы, предприятия энергетики и т.д.). При этом выявляют источник загрязнения и степень загрязнения природных сред. Состояние окружающей среды оценивают с точки зрения здоровья человека, что служит самым важным, емким и комплексным показателем. Проводят локальный мониторинг гидрометеорологические, водохозяйственные и санитарно-эпидемиологические службы.

29

–Геосистемный (синонимы – геоэкологический, региональный, природохозяйственный) мониторинг должен давать оценку антропогенного влияния на природную среду в ходе обычной хозяйственной деятельности человека, которая обязательно предполагает тот или иной вид взаимодействия с природой (градостроительство, сельское хозяйство, промышленность, энергетика, лесное хозяйство, рыболовство, коммунально-бытовая деятельность

ит. д.). Этот вид мониторинга предполагает оценку взаимодействия человека и природы во всех направлениях и дает характеристику привноса и выноса из природной среды вещества и энергии. Региональный мониторинг проводят агрослужба, гидроклиматическая, сейсмологическая и другие службы.

–Биосферный (синонимы – фоновый, глобальный) мониторинг предполагает контроль за общепланетарными изменениями в биосфере, которые связаны с деятельностью человека. Фоновый мониторинг проводят в соответствии с Глобальной системой мониторинга окружающей среды, Международной программой «Наблюдения за планетой», Программой ЮНЕСКО «Человек и биосфера», Программой ООН по окружающей среде ЮНЕП.

В настоящее время для оценки воздействия на окружающую среду антропогенных факторов используется шесть специальных методов: групповой экспертизы, «контрольного списка», картографического наложения, блок-схемы, матричный метод и моделирование. Последние два метода широко используются при экологической экспертизе в зарубежных странах. Так, при матричном методе в матрицу включают следующую информацию: по компонентам среды (климатические параметры – температура, влажность, ветер; земельные ресурсы; водные объекты и т.д.), по видам хозяйственной деятельности (шахты, обогатительные фабрики) с указанием индикаторов техногенного воздействия. Например, в США при проведении экспертизы различных проектов хозяйственных сооружений используются матрицы, в которые вводятся более 80 компонентов окружающей среды с учетом типов воздействий (шум, вибрация, отвалы, лесоразработки и др.).

Экологическую экспертизу подразделяют на три основные группы:

–ретроспективная экспертиза – изучение последствий реализованных ранее проектов, подведения итогов незапланированных промышленных экспериментов по воздействию на окружающую среду;

–оперативная экспертиза – расследование экологических проблем, связанных с аварийными ситуациями и необходимостью получения конкретных данных по экологической обстановке в различных пунктах и регионах;

–перспективная экспертиза – рассмотрение широкого круга проблем природопользования локального, регионального и глобального уровней.

30