Raskasmetallit ovat vaarallisimpia aineita, jotka voivat saastuttaa maaperää. Raskasmetallit maaperässä
raskasmetallikasvimaa
HM:n pitoisuus maaperässä riippuu monien tutkijoiden mukaan alkuperäisten kivien koostumuksesta, jonka merkittävä monimuotoisuus liittyy alueiden monimutkaiseen geologiseen kehitykseen (Kovda, 1973). Maaperää muodostavien kivien kemiallinen koostumus, jota edustavat kivien rapautumistuotteet, määräytyy alkuperäisten kivien kemiallisen koostumuksen perusteella ja riippuu hypergeenimuutoksen olosuhteista.
Viime vuosikymmeninä ihmiskunnan antropogeeninen toiminta on ollut intensiivisesti mukana HM-vaellusprosesseissa luonnonympäristössä. määriä kemiallisia alkuaineita, jotka joutuvat ympäristöön teknogeneesin seurauksena, ylittävät joissakin tapauksissa merkittävästi niiden luonnollisen saannin tason. Esimerkiksi Pb:n maailmanlaajuinen päästö luonnollisista lähteistä on 12 tuhatta tonnia vuodessa. ja ihmisen aiheuttamat päästöt 332 tuhatta tonnia. (Nriagu, 1989). Luonnollisiin muuttokiertoihin osallistuvat ihmisen aiheuttamat virrat johtavat saasteiden nopeaan leviämiseen kaupunkimaiseman luonnollisiin komponentteihin, joissa niiden vuorovaikutus ihmisten kanssa on väistämätöntä. HM:a sisältävien epäpuhtauksien määrät kasvavat vuosittain ja aiheuttavat vahinkoa luonnonympäristölle, heikentävät olemassa olevaa ekologista tasapainoa ja vaikuttavat haitallisesti ihmisten terveyteen.
Tärkeimmät ihmisperäisten HM-päästöjen lähteet ympäristöön ovat lämpövoimalaitokset, metallurgiset yritykset, louhokset ja kaivokset polymetallimalmien louhinnassa, kuljetukset, kemikaalit maatalouskasvien suojeleminen taudeilta ja tuholaisilta, öljyn ja erilaisten jätteiden polttaminen, lasin, lannoitteiden, sementin jne. tuotanto. Tehokkaimmat HM-halot syntyvät rauta- ja erityisesti ei-rautametallien metallurgiayritysten ympärillä ilmakehän päästöjen seurauksena (Kovalsky, 1974; Dobrovolsky, 1983; Israel, 1984; Geochemistry..., 1986; Saet, 1987; Panin, 2000; Kabala ja Singh, 2001). Saasteiden vaikutus ulottuu kymmenien kilometrien päähän ilmakehään joutuvien alkuaineiden lähteestä. Näin ollen metallit 10-30 % kokonaispäästöistä ilmakehään leviävät vähintään 10 kilometrin etäisyydelle teollisuusyrityksestä. Samanaikaisesti havaitaan kasvien yhteissaastumista, joka koostuu aerosolien ja pölyn suorasta laskeutumisesta lehtien pinnalle sekä maaperään pitkän ilmakehän saastumisen aikana kertyneiden HM:ien juuriassimilaatiosta (Ilyin, Syso). , 2001).
Alla olevat mitat voidaan päätellä. antropogeeninen toiminta ihmiskunta: teknogeenisen lyijyn osuus on 94-97% (loput ovat luonnollisia lähteitä), kadmiumin - 84-89%, kuparin - 56-87%, nikkelin - 66-75%, elohopean - 58% jne. Samaan aikaan 26-44% näiden alkuaineiden maailman ihmisvirrasta osuu Eurooppaan, ja entisen Neuvostoliiton Euroopan alueen osuus on 28-42% kaikista Euroopan päästöistä (Vronsky, 1996). HM:n teknogeenisen laskeuman taso ilmakehästä maailman eri alueilla ei ole sama ja riippuu kehittyneiden esiintymien läsnäolosta, kaivos- ja jalostusteollisuuden sekä teollisuuden kehitysasteesta, liikenteestä, alueiden kaupungistumisesta jne.
Tutkimus eri toimialojen osuudesta HM-päästöjen maailmanlaajuisessa virtauksessa osoittaa: 73 % kuparista ja 55 % kadmiumista liittyy kuparin ja nikkelin tuotantoyritysten päästöihin; 54 prosenttia elohopeapäästöistä tulee hiilen poltosta; 46% nikkeliä - öljytuotteiden polttamiseen; 86 % lyijystä pääsee ilmakehään ajoneuvoista (Vronsky, 1996). Maatalous toimittaa tietyn määrän HM:ää myös ympäristöön, jossa käytetään torjunta-aineita ja mineraalilannoitteita, erityisesti superfosfaatit sisältävät merkittäviä määriä kromia, kadmiumia, kobolttia, kuparia, nikkeliä, vanadiinia, sinkkiä jne.
Kemian-, raskaan ja ydinteollisuuden putkien kautta ilmakehään pääsevillä alkuaineilla on huomattava vaikutus ympäristöön. Lämpö- ja muiden voimalaitosten osuus ilmansaasteista on 27 %, rautametallurgisten yritysten - 24,3 %, rakennusmateriaalien louhinta- ja valmistusyritysten - 8,1 % (Alekseev, 1987; Iljin, 1991). HM:t (elohopeaa lukuun ottamatta) päätyvät ilmakehään aerosoleina. Metallien joukon ja niiden pitoisuuden aerosoleissa määrää teollisuuden ja energiatoiminnan erikoistuminen. Kun hiiltä, öljyä ja liusketta poltetaan, näiden polttoaineiden sisältämät alkuaineet pääsevät ilmakehään savun mukana. Joten kivihiili sisältää ceriumia, kromia, lyijyä, elohopeaa, hopeaa, tinaa, titaania sekä uraania, radiumia ja muita metalleja.
Merkittävimmän ympäristön saastumisen aiheuttavat voimakkaat lämpövoimalat (Maistrenko et al., 1996). Joka vuosi, vain hiiltä poltettaessa, vapautuu ilmakehään 8700 kertaa enemmän elohopeaa kuin luonnolliseen biogeokemialliseen kiertokulkuun mahtuu, 60 kertaa enemmän uraania, 40 kertaa enemmän kadmiumia, 10 kertaa enemmän yttriumia ja zirkoniumia ja 3-4 kertaa enemmän. tina. 90 % ilmakehää saastuttavasta kadmiumista, elohopeasta, tinasta, titaanista ja sinkistä pääsee siihen, kun hiiltä poltetaan. Tämä vaikuttaa suurelta osin Burjatian tasavaltaan, jossa hiiltä käyttävät energiayhtiöt ovat suurimmat ilmansaasteet. Niistä erottuvat (osuuden mukaan kokonaispäästöihin) Gusinoozerskaya GRES (30 %) ja Ulan-Uden CHPP-1 (10 %).
Ilmakehän ja maaperän merkittävä saastuminen johtuu kuljetuksista. Useimmat teollisuusyritysten pöly- ja kaasupäästöjen sisältämät HM:t ovat pääsääntöisesti liukoisempia kuin luonnolliset yhdisteet (Bol'shakov et al., 1993). Suuret teollistuneet kaupungit erottuvat aktiivisimmista HM:n lähteistä. Metallit kerääntyvät suhteellisen nopeasti kaupunkien maaperään ja poistuvat niistä erittäin hitaasti: sinkin puoliintumisaika on jopa 500 vuotta, kadmiumin jopa 1100 vuotta, kuparin jopa 1500 vuotta, lyijyn jopa useita tuhansia vuosia. (Maisttrenko et ai., 1996). Monissa maailman kaupungeissa korkeat HM-saasteet ovat johtaneet maaperän tärkeimpien agroekologisten toimintojen häiriintymiseen (Orlov et al., 1991; Kasimov et al., 1995). Ruoaksi käytettävien maatalouskasvien viljely näiden alueiden lähellä on mahdollisesti vaarallista, koska viljelykasveille kertyy liikaa HM:iä, jotka voivat johtaa erilaisiin ihmisten ja eläinten sairauksiin.
Useiden kirjoittajien (Iljin ja Stepanova, 1979; Zyrin, 1985; Gorbatov ja Zyrin, 1987 jne.) mukaan on oikeampaa arvioida maaperän HM:iden saastumisen aste niiden biosaatavimpien liikkuvien muotojen pitoisuuden perusteella. Useimpien HM:iden liikkuvien muotojen enimmäispitoisuuksia (MPC:t) ei kuitenkaan ole vielä kehitetty. Siksi kirjallisuustiedot niiden haitallisiin ympäristövaikutuksiin johtavasta sisällön tasosta voivat toimia vertailun kriteerinä.
Alla on lyhyt kuvaus metallien ominaisuuksista, liittyen niiden käyttäytymiseen maaperässä.
Lyijy (Pb). Atomimassa 207,2. Ensisijainen alkuaine on myrkyllinen aine. Kaikki liukenevat lyijyyhdisteet ovat myrkyllisiä. Luonnollisissa olosuhteissa se esiintyy pääasiassa PbS:n muodossa. Clark Pb maankuorta 16,0 mg/kg (Vinogradov, 1957). Muihin HM:iin verrattuna se on vähiten liikkuva ja elementtien liikkuvuus vähenee huomattavasti, kun maaperää kalkitaan. Liikkuva Pb on läsnä komplekseina orgaanisen aineen kanssa (60 - 80 % liikkuvaa Pb:tä). Korkeilla pH-arvoilla lyijy kiinnittyy kemiallisesti maaperään hydroksidin, fosfaatin, karbonaatin ja Pb-orgaanisten kompleksien muodossa (sinkki ja kadmium…, 1992; Heavy…, 1997).
Maaperän luonnollinen lyijyn pitoisuus periytyy lähtökivistä ja liittyy läheisesti niiden mineralogiseen ja kemialliseen koostumukseen (Beus et al., 1976; Kabata-Pendias ja Pendias, 1989). Tämän alkuaineen keskimääräinen pitoisuus maailman maaperässä on eri arvioiden mukaan 10 (Saet et al., 1990) - 35 mg/kg (Bowen, 1979). Venäjällä maaperän lyijyn MPC-arvo vastaa 30 mg/kg (Ohjeellinen…, 1990), Saksassa 100 mg/kg (Kloke, 1980).
Maaperän korkea lyijypitoisuus voi liittyä sekä luonnollisiin geokemiallisiin poikkeamiin että ihmisen aiheuttamiin vaikutuksiin. Teknogeenisellä saastumisella alkuaineen suurin pitoisuus löytyy yleensä ylemmästä maakerroksesta. Joillakin teollisuusalueilla se saavuttaa arvon 1000 mg/kg (Dobrovolsky, 1983) ja Länsi-Euroopan ei-rautametallurgisten yritysten maaperän pintakerroksessa - 545 mg/kg (Rautse, Kyrstya, 1986).
Lyijypitoisuus maaperässä Venäjällä vaihtelee merkittävästi riippuen maaperän tyypistä, teollisuusyritysten läheisyydestä ja luonnollisista geokemiallisista poikkeavuuksista. Asuinalueiden maaperässä, erityisesti lyijypitoisten tuotteiden käyttöön ja tuotantoon liittyvissä maaperässä, tämän alkuaineen pitoisuus on usein kymmeniä tai useampia kertoja suurempi kuin MPC (taulukko 1.4). Tekijä: alustavia arvioita jopa 28 % maan pinta-alasta on Pb-pitoisuutta maaperässä keskimäärin alle taustatason ja 11 % voidaan luokitella riskivyöhykkeeksi. Samaan aikaan sisään Venäjän federaatio lyijyn aiheuttama maaperän saastuminen on pääasiassa asuinalueiden ongelma (Snakin et al., 1998).
Kadmium (Cd). Atomimassa 112,4. Kadmium on kemiallisilta ominaisuuksiltaan samanlainen kuin sinkki, mutta eroaa siitä suuremmalla liikkuvuudella happamissa ympäristöissä ja paremmalla saatavuudella kasveille. Maaliuoksessa metalli on Cd2+:n muodossa ja muodostaa kompleksisia ioneja ja orgaanisia kelaatteja. Päätekijä, joka määrittää alkuaineen pitoisuuden maaperässä ilman ihmisen aiheuttamaa vaikutusta, - lähtökivet (Vinogradov, 1962; Mineev et al., 1981; Dobrovolsky, 1983; Ilyin, 1991; sinkki ja kadmium ..., 1992; kadmium : ekologinen ..., 1994). Kadmiumin Clark litosfäärissä 0,13 mg/kg (Kabata-Pendias, Pendias, 1989). Maaperää muodostavissa kivissä keskimääräinen metallipitoisuus on: savessa ja saviliuskeessa - 0,15 mg / kg, lössissä ja lössin kaltaisissa savikiveissä - 0,08, hiekoissa ja hiekkasaviissa - 0,03 mg / kg (Sink ja kadmium ..., 1992 ). Länsi-Siperian kvaternaariesiintymissä kadmiumin pitoisuus vaihtelee välillä 0,01-0,08 mg/kg.
Kadmiumin liikkuvuus maaperässä riippuu ympäristöstä ja redox-potentiaalista (Heavy…, 1997).
Maailman maaperän keskimääräinen kadmiumin pitoisuus on 0,5 mg/kg (Saet et al., 1990). Sen pitoisuus Venäjän Euroopan osan maapeitteessä on 0,14 mg / kg - sota-podzolic-maassa, 0,24 mg / kg - chernozemissa (sinkki ja kadmium ..., 1992), 0,07 mg / kg - pääasiassa Länsi-Siperian maaperätyyppejä (Ilyin, 1991). Likimääräinen sallittu kadmiumin pitoisuus (AEC) hiekka- ja hiekkasavimailla Venäjällä on 0,5 mg/kg, Saksassa kadmiumin MPC on 3 mg/kg (Kloke, 1980).
Maaperän kadmiumpitoisuutta pidetään yhtenä vaarallisimmista ympäristöilmiöistä, koska se kerääntyy kasveihin normaalia korkeammalla tasolla jopa lievällä maaperän saastumisella (Kadmiy …, 1994; Ovcharenko, 1998). Korkeimmat kadmiumpitoisuudet ylemmissä maakerroksissa havaitaan kaivosalueilla - jopa 469 mg/kg (Kabata-Pendias, Pendias, 1989), sinkkisulattojen ympäristössä 1700 mg/kg (Rautse, Kyrstya, 1986).
Sinkki (Zn). Atomimassa 65,4. Sen clarkea maankuoressa on 83 mg/kg. Sinkki on keskittynyt saviesiintymiin ja liuskeisiin määrinä 80 - 120 mg/kg (Kabata-Pendias, Pendias, 1989), Uralin deluviaalisissa, lössimäisissä ja karbonaattisissa saviesiintymissä, Länsi-Siperian savimaissa - 60 - 120 mg/kg. 80 mg/kg.
Tärkeitä Zn:n liikkuvuuteen maaperässä vaikuttavia tekijöitä ovat savimineraalien pitoisuus ja pH-arvo. pH:n noustessa elementti muuttuu orgaanisiksi komplekseiksi ja sitoutuu maaperään. Myös sinkki-ionit menettävät liikkuvuutensa joutuessaan montmorilloniittikidehilan pakettien välisiin tiloihin. Orgaanisen aineen kanssa Zn muodostaa pysyviä muotoja, joten se kerääntyy useimmiten korkean humuspitoisuuden omaaviin maaperään ja turpeeseen.
Syynä sinkkipitoisuuden kasvuun maaperässä voivat olla sekä luonnolliset geokemialliset poikkeavuudet että teknogeeninen saastuminen. Sen tärkeimmät antropogeeniset lähteet ovat pääasiassa ei-rautametallurgiayritykset. Maaperän saastuminen tällä metallilla joillakin alueilla on johtanut sen erittäin suureen kertymiseen maaperän ylempään kerrokseen - jopa 66400 mg/kg. Puutarhamailla sinkkiä kertyy jopa 250 mg/kg (Kabata-Pendias, Pendias, 1989). Sinkin AEC-arvo hiekka- ja hiekkasavimailla on 55 mg/kg; saksalaiset tiedemiehet suosittelevat MPC-arvoa 100 mg/kg (Kloke, 1980).
Kupari (Cu). Atomimassa 63,5. Clark maankuoressa 47 mg/kg (Vinogradov, 1962). Kemiallisesti kupari on inaktiivinen metalli. Cu-pitoisuuden arvoon vaikuttava perustekijä on sen pitoisuus maaperää muodostavissa kivissä (Goryunova et al., 2001). Magmakivistä suurimman määrän alkuainetta keräävät pääkivet - basaltit (100-140 mg/kg) ja andesiitit (20-30 mg/kg). Peite- ja lössimäiset savet (20-40 mg/kg) ovat vähemmän kuparipitoisia. Sen alhaisin pitoisuus on hiekka-, kalkki- ja graniiteissa (5-15 mg/kg) (Kovalsky, Andriyanova, 1970; Kabata-Pendias, Pendias, 1989). Metallin pitoisuus entisen Neuvostoliiton alueen eurooppalaisen osan savessa saavuttaa 25 mg/kg (Malgin, 1978; Kovda, 1989), lössin kaltaisissa savessa - 18 mg/kg (Kovda, 1989). Altai-vuorten hiekkaiset ja hiekkaiset maaperää muodostavat kivet keräävät kuparia keskimäärin 31 mg/kg (Malgin, 1978), Länsi-Siperian eteläosassa 19 mg/kg (Iljin, 1973).
Maaperässä kupari on heikosti vaeltava alkuaine, vaikka liikkuvan muodon pitoisuus on melko korkea. Liikkuvan kuparin määrä riippuu monista tekijöistä: lähtökiven kemiallisesta ja mineralogisesta koostumuksesta, maaperän liuoksen pH:sta, orgaanisen aineksen pitoisuudesta jne. (Vinogradov, 1957; Peive, 1961; Kovalsky ja Andriyanova, 1970; Alekseev, 1987 jne.). Suurin määrä kuparia maaperässä liittyy raudan, mangaanin, rauta- ja alumiinihydroksidien oksideihin ja erityisesti vermikuliitti-montmorilloniittiin. Humus- ja fulvohapot pystyvät muodostamaan stabiileja komplekseja kuparin kanssa. pH:ssa 7-8 kuparin liukoisuus on alhaisin.
Maailman maaperän kuparipitoisuus on keskimäärin 30 mg/kg (Bowen, 1979). Teollisten saastelähteiden lähellä voidaan joissakin tapauksissa havaita maaperän saastumista kuparilla jopa 3500 mg/kg (Kabata-Pendias, Pendias, 1989). Keskimääräinen metallipitoisuus entisen Neuvostoliiton keski- ja eteläosien maaperässä on 4,5–10,0 mg/kg, Länsi-Siperian eteläosassa - 30,6 mg/kg (Iljin, 1973), Siperiassa ja Kaukoidässä - 27,8 mg/kg (Makeev, 1973). MPC kuparille Venäjällä on 55 mg/kg (Ohjeellinen ..., 1990), APC hiekka- ja hiekkasavimaille - 33 mg/kg (Control ..., 1998), Saksassa - 100 mg/kg (Kloke, 1980).
Nikkeli (Ni). Atomimassa 58,7. Mannersedimentissä sitä esiintyy pääasiassa sulfidien ja arseniittien muodossa, ja se liittyy myös karbonaatteihin, fosfaatteihin ja silikaatteihin. Maankuoren alkuaineen clarke on 58 mg/kg (Vinogradov, 1957). Ultraemäksiset (1400-2000 mg/kg) ja emäksiset (200-1000 mg/kg) kivet keräävät eniten metallia, kun taas sedimentti- ja happamat kivet sisältävät sitä paljon pienempinä pitoisuuksina - 5-90 ja 5-15 mg/kg, vastaavasti (Reuce, Kyrstya, 1986; Kabata-Pendias ja Pendias, 1989). Suuri merkitys nikkelin kerääntymisessä maaperää muodostaviin kiviin on niiden granulometrisellä koostumuksella. Länsi-Siperian maaperää muodostavien kivien esimerkissä voidaan nähdä, että kevyemmissä kivissä sen pitoisuus on alhaisin, raskaissa kivissä korkein: hiekoissa - 17, hiekkasaveissa ja kevyissä savikiveissä - 22, keskisuurissa savessa - 36, raskaat savet ja savet - 46 (Iljin, 2002).
Maaperän nikkelipitoisuus riippuu suurelta osin tämän alkuaineen saatavuudesta maaperää muodostavissa kivissä (Kabata-Pendias, Pendias, 1989). Korkeimmat nikkelipitoisuudet havaitaan pääsääntöisesti savi- ja savimaissa, emäksisille ja vulkaanisille kiville muodostuneissa ja orgaanisia aineita sisältävissä maaperäissä. Ni:n jakautuminen maaprofiiliin määräytyy orgaanisen aineksen, amorfisten oksidien ja savifraktion määrän perusteella.
Nikkelipitoisuuden taso maaperän yläkerroksessa riippuu myös niiden teknogeenisen saastumisen asteesta. Alueilla, joissa metalliteollisuus on kehittynyt, nikkeliä kertyy maaperään erittäin paljon: Kanadassa sen bruttopitoisuus on 206–26 000 mg/kg ja Isossa-Britanniassa liikkuvien muotojen pitoisuus 506–600 mg/kg. Ison-Britannian, Hollannin ja Saksan maaperissä, jotka on käsitelty jätevesilietteellä, nikkeliä kertyy jopa 84-101 mg/kg (Kabata-Pendias, Pendias, 1989). Venäjällä (selvityksen mukaan 40-60 % maatalousmaista) 2,8 % maaperästä on saastunut tällä alkuaineella. Ni:llä saastuneiden maaperän osuus muiden HM:ien joukossa (Pb, Cd, Zn, Cr, Co, As jne.) on itse asiassa merkittävin ja on toiseksi vain kuparilla saastuneiden maaperän (3,8 %) jälkeen (Aristarkhov, Kharitonova, 2002). ). Maatalouskemian palvelun "Buryatskaya" maaseurantatietojen mukaan vuosilta 1993-1997. Burjatian tasavallan alueella ylimääräinen nikkelin MAC rekisteröitiin 1,4 prosentilla tutkitun maatalousmaan maa-alasta, joista Zakamenskyn maaperä (20% maasta on saastunut - 46) tuhat hehtaaria) ja Khorinsky-alueet (11% maasta on saastunut - 8 tuhatta hehtaaria) erotetaan.
Chrome (Cr). Atomimassa 52. Luonnollisissa yhdisteissä kromin valenssi on +3 ja +6. Suurin osa Cr3+:sta on kromiitissa FeCr2O4 tai muissa spinellisarjan mineraaleissa, joissa se korvaa Fe:n ja Al:n, joita se on geokemiallisiltaan ja ionisäteeltään hyvin lähellä.
Kromi Clark maankuoressa - 83 mg / kg. Sen korkeimmat pitoisuudet magmakivistä ovat tyypillisiä ultraemäksisille ja emäksisille (1600-3400 ja 170-200 mg/kg, vastaavasti), alhaisemmat - keskisuurille kiville (15-50 mg/kg) ja pienimmät - happamille (4-25). mg/kg). kg). Sedimenttikivistä alkuaineen enimmäispitoisuus löytyi savisedimentistä ja liuskeesta (60-120 mg/kg), minimipitoisuus hiekka- ja kalkkikivestä (5-40 mg/kg) (Kabata-Pendias, Pendias, 1989). Eri alueiden maaperän muodostavissa kivissä metallipitoisuus on hyvin vaihtelevaa. Entisen Neuvostoliiton Euroopan osassa sen pitoisuus yleisimmissä maaperää muodostavissa kivissä, kuten lössissä, lössimäisissä karbonaateissa ja vaippasavissa, on keskimäärin 75-95 mg/kg (Jakushevskaya, 1973). Länsi-Siperian maaperän muodostavat kivet sisältävät keskimäärin 58 mg/kg Cr, ja sen määrä liittyy läheisesti kivien granulometriseen koostumukseen: hiekkaiset ja hiekkaiset savikivet - 16 mg/kg ja keskisaviiset ja saviiset kivet. - noin 60 mg/kg (Ilyin, Syso, 2001).
Maaperässä suurin osa kromista on Cr3+:n muodossa. Happamassa ympäristössä Cr3+-ioni on inertti, pH 5,5:ssä se saostuu lähes kokonaan. Cr6+-ioni on erittäin epästabiili ja mobilisoituu helposti sekä happamassa että emäksisessä maaperässä. Kromin adsorptio saveen riippuu väliaineen pH:sta: pH:n noustessa Cr6+:n adsorptio laskee, kun taas Cr3+:n adsorptio kasvaa. Maaperän orgaaninen aines stimuloi Cr6+:n pelkistymistä Cr3+:ksi.
Kromin luonnollinen pitoisuus maaperässä riippuu pääasiassa sen pitoisuudesta maaperää muodostavissa kivissä (Kabata-Pendias, Pendias, 1989; Krasnokutskaya et al., 1990), ja jakautuminen maaperän profiiliin riippuu maaperän muodostumisen ominaisuuksista. erityisesti geneettisten horisonttien granulometriseen koostumukseen. Keskimääräinen kromipitoisuus maaperässä on 70 mg/kg (Bowen, 1979). Alkuaineen korkein pitoisuus havaitaan maaperässä, joka muodostuu tätä metallia sisältäville emäksisille ja vulkaanisille kiville. Keskimääräinen Cr-pitoisuus USA:n maaperässä on 54 mg/kg, Kiinassa - 150 mg/kg (Kabata-Pendias, Pendias, 1989), Ukrainassa - 400 mg/kg (Bespamyatnov, Krotov, 1985). Venäjällä sen korkeat pitoisuudet maaperässä luonnollisissa olosuhteissa johtuvat maaperän muodostavien kivien rikastumisesta. Kurskin tshernozemit sisältävät 83 mg/kg kromia, Moskovan alueen sota-podzolic maaperät - 100 mg/kg. Uralin serpentiniteille muodostunut maaperä sisältää metallia jopa 10 000 mg/kg ja Länsi-Siperiassa 86–115 mg/kg (Jakushevskaya, 1973; Krasnokutskaja ym., 1990; Ilyin ja Syso, 2001).
Ihmisperäisten lähteiden osuus kromin saannista on erittäin merkittävä. Kromimetallia käytetään pääasiassa kromipinnoitukseen seosterästen komponenttina. Cr:n aiheuttamaa maaperän saastumista on havaittu johtuen päästöistä sementtitehtaista, rauta-kromikuonakaatopaikoista, öljynjalostamoista, rauta- ja ei-rautametallien metallurgian yrityksistä, teollisuuden jätevesilietteen käytöstä maataloudessa, erityisesti parkitustehtaissa, sekä mineraalilannoitteista. Korkeimmat kromipitoisuudet teknogeenisesti saastuneessa maaperässä saavuttavat 400 mg/kg tai enemmän (Kabata-Pendias, Pendias, 1989), mikä on erityisen tyypillistä suurille kaupungeille (taulukko 1.4). Burjatiassa Burjatskajan valtion maatalouskemian huoltoaseman vuosilta 1993-1997 suorittamien maanvalvontatietojen mukaan 22 tuhatta hehtaaria on kromin saastuttamia. Dzhidan (6,2 tuhatta ha), Zakamenskyn (17,0 tuhatta ha) ja Tunkinskyn (14,0 tuhatta ha) alueilla havaittiin 1,6-1,8-kertaisia MPC-ylijäämiä.
Raskasmetallipitoisuuden luokitus
maaperässä ja kasveissa on erittäin monimutkainen, koska kaikkia ympäristötekijöitä on mahdotonta ottaa täysin huomioon. Joten vain maaperän agrokemiallisten ominaisuuksien muuttaminen (ympäristön reaktio, humuspitoisuus, kyllästysaste emäksillä, granulometrinen koostumus) voi vähentää tai lisätä kasvien raskasmetallipitoisuutta useita kertoja. Joidenkin metallien taustapitoisuudestakin on ristiriitaisia tietoja. Tutkijoiden antamat tulokset eroavat joskus 5-10 kertaa.
Monia asteikkoja on ehdotettu
raskasmetallien ympäristösääntely. Joissakin tapauksissa suurimmaksi sallituksi pitoisuudeksi pidetään suurinta metallipitoisuutta, joka on havaittu tavallisessa ihmisperäisessä maaperässä, muut - sisältö, joka on rajoittava fytotoksisuus. Useimmissa tapauksissa MPC-arvoja on ehdotettu raskasmetalleille, jotka ylittävät ylärajan useita kertoja.
Teknogeenisen saastumisen karakterisoimiseksi
raskasmetallit käyttävät pitoisuustekijää, joka on yhtä suuri kuin pilaantuneen maaperän alkuaineen pitoisuuden suhde sen taustapitoisuuteen. Useilla raskasmetalleilla kontaminoituneena saastumisaste arvioidaan kokonaispitoisuusindeksin (Zc) arvolla. Taulukossa 1 on esitetty IMGRE:n ehdottama maaperän raskasmetallien saastuminen.
Taulukko 1. Kaavio maatalouskäyttöön tarkoitetun maaperän arvioimiseksi kemikaalien saastumisen asteen mukaan (Goskomgidromet of the USSR, nro 02-10 51-233, päivätty 10.12.90)
| Maaperäluokka pilaantumisasteen mukaan | Zc | Saastuminen suhteessa MPC:hen | Maan mahdollinen käyttö | Tarpeellisia aktiviteetteja |
| Sallittu | <16,0 | Ylittää taustan, mutta ei MPC:n yläpuolella | Käytä mihin tahansa kulttuuriin | Altistumisen tason vähentäminen maaperän saastelähteille. Myrkyllisten aineiden saatavuus kasveille on heikentynyt. |
| Kohtalaisen vaarallinen | 16,1- 32,0 | Ylittää MPC:n rajoittavalla yleisellä terveys- ja vaeltavien vesivaaraindikaattorilla, mutta alle MPC-arvon translokaatioindikaattorilla | Käytä kaikille viljelykasveille, jotka ovat viljelytuotteiden laadunvalvonnan alaisia | Kategorian 1 kaltaiset toiminnot. Jos on aineita, joilla on rajoittava siirtymävesiindikaattori, näiden aineiden pitoisuutta pinta- ja pohjavesissä seurataan. |
| Erittäin vaarallinen | 32,1- 128 | Ylittää MPC-arvon rajoittavalla haitallisuuden translokaatioindikaattorilla | Käytetään teollisuuskasveille hankkimatta niistä ruokaa ja rehua. Poista kemialliset rikastuslaitokset | Luokan 1 kaltaiset toimenpiteet. Elintarvikkeena ja rehuna käytettävien kasvien myrkyllisten aineiden pitoisuuden valvonta. Vihermassan käytön rajoittaminen karjan rehuissa, erityisesti rikastamoissa. |
| erittäin vaarallinen | > 128 | Ylittää MPC:n kaikilta osin | Sulje pois maatalouskäytöstä | Ilmakehän, maaperän ja veden saastumisen ja myrkyllisten aineiden sitoutumisen vähentäminen. |
Virallisesti hyväksytyt MPC:t
Taulukossa 2 on esitetty virallisesti hyväksytyt MPC:t ja niiden haitallisuuden sallitut tasot. Lääketieteellisten hygienistien hyväksymän järjestelmän mukaisesti maaperän raskasmetallien säätely on jaettu translokaatioon (elementin siirtyminen kasveihin), vaeltavaan veteen (siirtymä veteen) ja yleishygieniseen (vaikutus maaperän itsepuhdistuskykyyn). maaperä ja maaperän mikrobiosenoosi).
Taulukko 2. Kemiallisten aineiden suurimmat sallitut pitoisuudet (MAC) maaperässä ja niiden pitoisuuden sallitut tasot haitallisuuden kannalta (01.01.1991. Goskompriroda of the USSR, nro 02-2333, 12.10.90).
| Aineiden nimi | MPC, mg/kg maaperää, tausta huomioon ottaen | Vahinkoilmaisimet | ||
| Translokaatio | Vesi | yleinen saniteetti | ||
| Vesiliukoiset muodot | ||||
| Fluori | 10,0 | 10,0 | 10,0 | 10,0 |
| Siirrettävät lomakkeet | ||||
| Kupari | 3,0 | 3,5 | 72,0 | 3,0 |
| Nikkeli | 4,0 | 6,7 | 14,0 | 4,0 |
| Sinkki | 23,0 | 23,0 | 200,0 | 37,0 |
| Koboltti | 5,0 | 25,0 | >1000 | 5,0 |
| Fluori | 2,8 | 2,8 | - | - |
| Kromi | 6,0 | - | - | 6,0 |
| Karkea sisältö | ||||
| Antimoni | 4,5 | 4,5 | 4,5 | 50,0 |
| Mangaani | 1500,0 | 3500,0 | 1500,0 | 1500,0 |
| Vanadiini | 150,0 | 170,0 | 350,0 | 150,0 |
| Johtaa ** | 30,0 | 35,0 | 260,0 | 30,0 |
| Arseeni** | 2,0 | 2,0 | 15,0 | 10,0 |
| Merkurius | 2,1 | 2,1 | 33,3 | 5,0 |
| Lyijy + elohopea | 20+1 | 20+1 | 30+2 | 30+2 |
| Kupari* | 55 | - | - | - |
| Nikkeli* | 85 | - | - | - |
| Sinkki* | 100 | - | - | - |
* - bruttosisältö - likimääräinen.
** - ristiriita; arseenilla keskimääräinen taustapitoisuus on 6 mg/kg, myös lyijyn taustapitoisuus ylittää yleensä MPC-normit.
Virallisesti hyväksytty UEC
Vuonna 1995 kuuden raskasmetallin ja arseenin bruttopitoisuudelle kehitetyt DEC:t mahdollistavat enemmän täydellinen kuvaus maaperän saastumisesta raskasmetalleilla, koska ne ottavat huomioon ympäristön reaktiotason ja maaperän granulometrisen koostumuksen.
Taulukko 3 Raskasmetallien ja arseenin likimääräiset sallitut pitoisuudet (APC) maaperässä, jolla on erilaiset fysikaaliset ja kemialliset ominaisuudet (bruttopitoisuus, mg/kg) (Täydennys nro 1 MPC-luetteloon ja APC nro 6229-91).
| Elementti | Maaperäryhmä | JDC taustalla | Aggregaatti asiaintila maaperässä | Vaaraluokat | Erikoisuudet Toiminnot kehon päällä |
| Nikkeli | Hiekkainen ja hiekkainen | 20 | Kiinteä: suolojen muodossa, adsorboituneessa muodossa, mineraalikoostumuksessa | 2 | Se on vähän myrkyllistä lämminverisille eläimille ja ihmisille. Sillä on mutageeninen vaikutus |
| <5,5 | 40 | ||||
| Lähes neutraalia, (savinen ja savimainen), pHKCl >5,5 | 80 | ||||
| Kupari | Hiekkainen ja hiekkainen | 33 | 2 | Lisää solujen läpäisevyyttä, estää glutationireduktaasia, häiritsee aineenvaihduntaa vuorovaikutuksessa -SH-, -NH2- ja COOH-ryhmien kanssa | |
| Happo (savinen ja savimainen), pH KCl<5,5 | 66 | ||||
| Lähes neutraalia, (savi ja savi), pH KCl>5,5 | 132 | ||||
| Sinkki | Hiekkainen ja hiekkainen | 55 | Kiinteä: suoloina, orgaanis-mineraaliyhdisteinä, adsorboituneessa muodossa, mineraalikoostumuksessa | 1 | Puute tai ylimäärä aiheuttaa poikkeamia kehityksessä. Myrkytys sinkkiä sisältävien torjunta-aineiden käyttöönoton tekniikan rikkomisesta |
| Happo (savinen ja savimainen), pH KCl<5,5 | 110 | ||||
| Lähes neutraalia, (savi ja savi), pH KCl>5,5 | 220 | ||||
| Arseeni | Hiekkainen ja hiekkainen | 2 | Kiinteä: suoloina, orgaanis-mineraaliyhdisteinä, adsorboituneessa muodossa, mineraalikoostumuksessa | 1 | Myrkyllinen sisään, inhiboi erilaisia entsyymejä, negatiivinen vaikutus aineenvaihduntaan. Mahdollinen syöpää aiheuttava vaikutus |
| Happo (savinen ja savimainen), pH KCl<5,5 | 5 | ||||
| Lähes neutraalia, (savi ja savi), pH KCl>5,5 | 10 | ||||
| Kadmium | Hiekkainen ja hiekkainen | 0,5 | Kiinteä: suoloina, orgaanis-mineraaliyhdisteinä, adsorboituneessa muodossa, mineraalikoostumuksessa | 1 | Voimakkaasti myrkyllinen sisään, estää entsyymien sulfhydryyliryhmiä, häiritsee raudan ja kalsiumin vaihtoa, häiritsee DNA-synteesiä. |
| Happo (savinen ja savimainen), pH KCl<5,5 | 1,0 | ||||
| Lähes neutraalia, (savi ja savi), pH KCl>5,5 | 2,0 | ||||
| Johtaa | Hiekkainen ja hiekkainen | 32 | Kiinteä: suoloina, orgaanis-mineraaliyhdisteinä, adsorboituneessa muodossa, mineraalikoostumuksessa | 1 | Erilaisia negatiivisia vaikutuksia. Estää proteiinien -SH-ryhmiä, estää entsyymejä, aiheuttaa myrkytyksen, hermoston vaurioita. |
| Happo (savinen ja savimainen), pH KCl<5,5 | 65 | ||||
| Lähes neutraalia, (savi ja savi), pH KCl>5,5 | 130 |
Materiaalista seuraa, että vaatimukset esitetään pääosin raskasmetallien bruttomuodoille. Mobiililaitteiden joukossa vain kupari, nikkeli, sinkki, kromi ja koboltti. Siksi tällä hetkellä kehitetyt standardit eivät enää täytä kaikkia vaatimuksia.
on kapasiteettitekijä, joka heijastaa ensisijaisesti kasvituotteiden, tunkeutumisen ja pintavesien mahdollista saastumisvaaraa. Se luonnehtii maaperän yleistä saastumista, mutta ei heijasta elementtien saatavuuden astetta kasville. Kasvien maaperän ravinnon tilan karakterisoimiseksi käytetään vain niiden liikkuvia muotoja.
Siirrettävien muotojen määritelmä
Ne määritetään käyttämällä erilaisia uuttoaineita. Metallin liikkuvan muodon kokonaismäärä - käyttämällä happouutetta (esimerkiksi 1 N HCL). Liikkuvin osa maaperän liikkuvista raskasmetallivarannoista siirtyy ammoniumasetaattipuskuriin. Metallien pitoisuus vesiuutteessa osoittaa alkuaineiden liikkuvuuden asteen maaperässä, mikä on vaarallisin ja "aggressiivisin" fraktio.
Siirrettävien muottien määräykset
Useita ohjeellisia normatiivisia asteikkoja on ehdotettu. Alla on esimerkki yhdestä raskasmetallien suurimman sallitun liikkuvan muodon asteikosta.
Taulukko 4. Raskasmetallien liikkuvan muodon suurin sallittu pitoisuus maaperässä, mg/kg uuttoainetta 1n. HCl (H. Chuldzhiyan et ai., 1988).
| Elementti | Sisältö | Elementti | Sisältö | Elementti | Sisältö |
| hg | 0,1 | Sb | 15 | Pb | 60 |
| CD | 1,0 | Kuten | 15 | Zn | 60 |
| co | 12 | Ni | 36 | V | 80 |
| Cr | 15 | Cu | 50 | Mn | 600 |
| SIVUSTON NAVIGOINTI: | |||||||
| FAQ? | maaperään | geelissä | tulos | ne tiedot | hinnat | ||
Johdanto
Luonnonympäristön tila on tärkein ihmisen ja yhteiskunnan elämää määräävä tekijä. Suuria teknogeenisten prosessien aiheuttamia kemiallisia alkuaineita ja yhdisteitä esiintyy tällä hetkellä kaikissa luonnonympäristöissä: ilmakehässä, vedessä, maaperässä ja kasveissa.
Maaperä - erityinen luonnollinen muodostuminen, jolla on useita elolliseen ja elottomaan luontoon liittyviä ominaisuuksia; koostuu geneettisesti liittyvistä horisonteista (muodostavat maaprofiilin), jotka johtuvat litosfäärin pintakerrosten muutoksesta veden, ilman ja organismien yhteisvaikutuksesta; jolle on ominaista hedelmällisyys. Maaperällä on tärkeä rooli raskasmetallien kierrossa, ne ovat heterogeenisia seoksia erilaisista orgaanisista ja orgaanis-mineraalisista savimineraalien ainesosista, raudan oksideista (Fe), alumiinista (Al) ja mangaanista (Mn) ja muista kiinteistä hiukkasista, sekä erilaisia liukoisia yhdisteitä. Maaperätyyppien monimuotoisuuden, niiden redox-olosuhteiden ja reaktiivisuuden vuoksi maaperän raskasmetallien sitoutumismekanismit ja -tavat ovat erilaisia. Raskasmetallit, sisältämissä maaperissä useita muotoja: mineraalien kidehilassa isomorfisena seoksena, suolana ja oksidina, osana erilaisia orgaanisia aineita, ioninvaihtotilassa ja liukoisessa muodossa maaliuoksessa. On huomattava, että raskasmetallit, jotka tulevat maaperästä kasveihin ja sitten eläinten ja ihmisten organismeihin, pystyvät kerääntymään vähitellen. Myrkyllisimmät elohopea, kadmium, lyijy, arseeni, niiden myrkytys aiheuttaa vakavia seurauksia. Vähemmän myrkyllisiä: sinkki ja kupari, mutta niiden maaperän saastuminen estää mikrobiologista aktiivisuutta ja vähentää biologista tuottavuutta.
Raskasmetallit ovat vaarallisuudessa jo toisella sijalla torjunta-aineiden jälkeen ja selvästi edellä sellaisia tunnettuja saasteita kuin hiilidioksidi ja rikki. Tulevaisuudessa niistä voi tulla vaarallisempia kuin ydinvoimalaitosjätteet ja kiinteät jätteet. Raskasmetallien aiheuttama saastuminen liittyy niiden laajaan käyttöön teollisessa tuotannossa. Epätäydellisten puhdistusjärjestelmien vuoksi raskasmetallit pääsevät ympäristöön, mukaan lukien maaperään, saastuttavat ja myrkyttävät sitä. Raskasmetallit ovat erityisiä saasteita, joiden seuranta on pakollista kaikissa ympäristöissä.
Tällä hetkellä Venäjällä raskasmetallien aiheuttaman maaperän saastumisen arvioinnissa käytetään sekä virallisesti hyväksyttyjä että ei-virallisia standardeja. Niiden päätarkoituksena on estää liiallisten määrien maaperään kerääntyneiden kiinteiden metallien pääsy ihmiskehoon ja siten välttää niiden negatiivinen vaikutus.
Maaperän ja maaperän komponenttien raskasmetallien määrittämisessä käytetään maaperän ja eri uutteiden atomiabsorptioanalyysiä (esim. Zn:n, Cu:n, Pb:n, Fe:n, Ni:n uuttaminen, joka erottaa 70–90 % raskasmetallien bruttopitoisuudesta saastuneita maanäytteitä). Menetelmällä on useita etuja: hyvä herkkyys, selektiivisyys, melko hyvä tulosten toistettavuus, analyysin helppous. Se mahdollistaa jopa 70 alkuaineen määrittämisen, tarjoaa monille alkuaineille havaintorajan tasolla 0,1-0,01 μg/ml, mikä mahdollistaa monissa tapauksissa maaperän ja kasvien analysoinnin ilman alkuainepitoisuutta.
Tämän työn tarkoituksena on määrittää metallien happoliukoisten muotojen (lyijy, kupari, sinkki, nikkeli, rauta) pitoisuudet Tulan alueen maanäytteissä atomiabsorptiospektroskopialla.
Tämän tavoitteen saavuttamiseksi oli tarpeen ratkaista seuraavat tehtävät:
1. Tutkia atomiabsorptiospektrometrin sähkötermisellä sumutuksella "MGA-915M" toimintaperiaatetta.
2. Määritä kunkin raskasmetallin pitoisuus maanäytteissä.
3. Arvioi valittujen kohteiden kontaminaatioaste.
1. Kirjallisuuskatsaus
absorptiospektroskopia lyijy kupari
1.1 Maaperän saastuminen
Epäpuhtaus voi olla mikä tahansa fysikaalinen tekijä, kemiallinen aine tai laji, joka joutuu tai esiintyy ympäristössä kulloinkin normaalin pitoisuuden, rajojen, luonnollisten vaihtelurajojen tai keskimääräisen luonnontaustansa ulkopuolella.
Pääasiallinen epäpuhtauksien ympäristövaikutuksia kuvaava indikaattori on suurin sallittu pitoisuus (MAC). Ekologian näkökulmasta tietyn aineen suurimmat sallitut pitoisuudet ovat rajoittavien ympäristötekijöiden (erityisesti kemiallisten yhdisteiden) ylärajoja, joissa niiden pitoisuus ei ylitä ihmisen ekologisen markkinaraon sallittuja rajoja.
Epäpuhtauksien vastustuskyvyn mukaan maaperät erotetaan:
1. erittäin kestävä;
2. kestävä;
3. keskikestävä;
4. epävakaa;
5. erittäin epävakaa.
Maaperän herkkyys tai vastustuskyky epäpuhtauksille on määritettävä seuraavien periaatteiden mukaisesti:
2) sen laatu;
3) biologinen aktiivisuus;
4) humushorisontin syvyys;
6) savimineraalit;
7) maaperän profiilin syvyys.
Maaperä saastutetaan erilaisilla kemikaaleilla, torjunta-aineilla ja jätteillä Maatalous, teollisuustuotanto ja kotitalousyritykset. Maaperään joutuvat kemialliset yhdisteet kerääntyvät ja johtavat asteittaiseen muutokseen maaperän kemiallisissa ja fysikaalisissa ominaisuuksissa, vähentävät elävien organismien määrää ja heikentävät sen hedelmällisyyttä.
Kivennäislannoitteiden ja torjunta-aineiden aliannostelu johtuu maaperän saastumisesta ja normaalin ainekierron häiriintymisestä. Useilla maatalouden aloilla torjunta-aineita käytetään suuria määriä kasvinsuojeluun ja rikkakasvien torjuntaan. Niiden vuotuinen käyttö, usein useita kertoja kauden aikana, johtaa niiden kerääntymiseen maaperään ja sen myrkytykseen.
Yhdessä lannan ja ulosteiden kanssa maaperään pääsee usein patogeenisiä bakteereja, helmintin munia ja muita haitallisia organismeja, jotka pääsevät ihmiskehoon ruoan mukana.
Maaperä saastutetaan öljytuotteilla tankkattaessa autoja pelloilla ja metsissä, hakkuualueilla jne. .
Ajoneuvojen käytön aikana maaperään saapuvat raskasmetallit sekä tienpintojen kuluminen pääsevät: rautaa, nikkeliä, sinkkiä, lyijyä ja muita elementtejä.
ympärillä teollisuusyritykset erilaisia profiileja, maaperää, sisältävät myrkyllisiä alkuaineita määriä, jotka ylittävät sallitut normit kymmeniä ja satoja kertoja
Litosfäärin korkein pintahorisontti käy läpi suurimman muutoksen. Maan pinta-alasta on 29,2 % maapallo ja sisältää eri luokkiin kuuluvia maita, joista tärkein on hedelmällinen maa. Epäasianmukaisessa hyödyntämisessä maaperä tuhoutuu peruuttamattomasti eroosion, suolaantumisen, teollisuusjätteiden ja muiden jätteiden aiheuttaman saastumisen seurauksena.
Ihmisen toiminnan vaikutuksesta nopeutunut eroosio tapahtuu, kun maaperä tuhoutuu 100-1000 kertaa nopeammin kuin luonnollisissa olosuhteissa. Tällaisen eroosion seurauksena viimeisen vuosisadan aikana on menetetty 2 miljardia hehtaaria hedelmällistä maata eli 27 prosenttia maatalousmaasta.
Maaperään joutuvat kemialliset yhdisteet kerääntyvät ja johtavat asteittaiseen muutokseen maaperän kemiallisissa ja fysikaalisissa ominaisuuksissa, vähentävät elävien organismien määrää ja heikentävät sen hedelmällisyyttä.
Maaperän saastuminen liittyy ilman ja veden saastumiseen. Maaperään joutuu erilaisia teollisuustuotannon, maatalouden ja kunnallisten yritysten kiinteitä ja nestemäisiä jätteitä. Tärkeimmät maaperän epäpuhtaudet ovat metallit ja niiden yhdisteet.
Teollisuuden, energian, liikenteen intensiivinen kehitys sekä maataloustuotannon tehostaminen lisäävät osaltaan maatalouden ekosysteemeihin ja ennen kaikkea maapeitteeseen kohdistuvaa ihmisperäistä kuormitusta. Tämän seurauksena maaperä on saastunut raskasmetalleilla. Raskasmetallit, jotka päätyvät biosfääriin pääasiassa teollisuuden ja liikenteen päästöjen seurauksena, ovat yksi sen vaarallisimmista saasteista. Siksi niiden käyttäytymisen maaperässä ja maaperän suojakyvyn tutkiminen on tärkeä ympäristöongelma.
Raskasmetallit kerääntyvät maaperään ja myötävaikuttavat sen asteittaiseen muutoksiin kemiallinen koostumus kasvien ja elävien organismien häiriöitä. Maaperästä raskasmetallit voivat päästä ihmisten ja eläinten elimistöön ja aiheuttaa ei-toivottuja seurauksia. Ihmiskehossa raskasmetallit osallistuvat elintärkeisiin biokemiallisiin prosesseihin. Sallittujen pitoisuuksien ylittäminen johtaa vakaviin sairauksiin.
Siten maaperän saastumisella raskasmetalleilla on seuraavat lähteet:
1. Autojen pakokaasujätteet
2. Polttoaineen palamistuotteet
3. Teollisuuden päästöt
4. Metalliteollisuus
5. Maatalouden kemialisointikeinot.
1.2 Raskasmetallit maaperässä
Tällä hetkellä Venäjällä raskasmetallien aiheuttaman maaperän saastumisen arvioinnissa käytetään sekä virallisesti hyväksyttyjä että ei-virallisia standardeja. Niiden päätarkoituksena on estää liiallisten määrien maaperään kerääntyneiden raskasmetallien pääsy ihmiskehoon ja siten välttää niiden negatiivinen vaikutus. Maaperä, toisin kuin homogeeniset vesi- ja ilmaympäristöt, on monimutkainen heterogeeninen järjestelmä, joka muuttaa myrkyllisten aineiden käyttäytymistä ominaisuuksiensa mukaan. Vaikeudet arvioida järkevästi maaperän ekologista tilaa on yksi syy eri tasoilla maaperän fytotoksisuus.
Maaperällä on tärkeä rooli raskasmetallien ja muiden hivenaineiden kierrossa. Ne ovat heterogeenisia seoksia erilaisista savimineraalien orgaanisista ja orgaanis-mineraalisista aineosista, raudan, alumiinin ja mangaanin oksideista ja muista kiinteistä hiukkasista sekä erilaisista liukoisista yhdisteistä. Maaperätyyppien monimuotoisuuden, niiden redox-olosuhteiden ja reaktiivisuuden vuoksi maaperän raskasmetallien sitoutumismekanismit ja -tavat ovat erilaisia. Mikroelementtien imeytymiseen maaperässä teknogeenisen saastumisen aikana vaikuttavat mekaaninen koostumus, reaktio, humus- ja karbonaattipitoisuus, imukyky ja vesitilan olosuhteet. Hivenaineita, mukaan lukien raskasmetalleja, on maaperässä eri muodoissa: mineraalien kidehilassa isomorfisena seoksena, suolana ja oksidina, osana erilaisia orgaanisia aineita, ioninvaihtotilassa ja liukeneva muoto maaperän liuoksessa. Hivenaineiden käyttäytymiseen maaperässä vaikuttavat redox-olosuhteet, ympäristön reaktio, hiilidioksidipitoisuus ja orgaanisen aineksen esiintyminen. Muutokset maaperän redox-tilassa vaikuttavat merkittävästi vaihtelevan valenssin omaavien mikroelementtien käyttäytymiseen. Siten hapettumisen aikana mangaani siirtyy liukenemattomiin muotoihin, kun taas kromi ja vanadiini päinvastoin hankkivat liikkuvuutta ja kulkeutuvat. Maaperän happamassa reaktiossa kuparin, mangaanin, sinkin ja koboltin liikkuvuus lisääntyy ja molybdeenin liikkuvuus vähenee. Boori, fluori ja jodi ovat liikkuvia happamissa ja emäksisissä ympäristöissä.
Kemiallisten alkuaineiden liikkuvuus maaperässä muuttuu kiinteässä ja nestemäisessä faasissa olevien alkuaineen yhdisteiden välisen tasapainon siirtymisen seurauksena. Maaperään joutuvat epäpuhtaudet voivat siirtyä kiinteään tilaan, johon kasvien on vaikea päästä käsiksi. Maaperän korkeampi saastumiskestävyys määräytyy niiden maaperän ominaisuuksien perusteella, jotka edistävät saasteiden vahvaa sitoutumista. CO2-pitoisuuden kasvu maaperän liuoksessa johtaa mangaanin, nikkelin ja bariumin liikkuvuuden lisääntymiseen näiden alkuaineiden karbonaattien siirtymisen seurauksena bikarbonaatiksi. Epäspesifiset humus- ja orgaaniset aineet (muurahais-, sitruuna-, oksaali- ja muut hapot) voivat sitoa hivenaineita muodostaen kasveille sekä liukoisia että niukkaliukoisia yhdisteitä.
Vesiliukoiset metalliyhdisteet kulkeutuvat nopeasti maaprofiilia pitkin. Orgaanisten aineiden vaikutus metallien kulkeutumiseen maaperässä on kaksinkertainen. Maaperän orgaanisten aineiden mineralisaatioprosessissa muodostuu pienimolekyylisiä vesiliukoisia mineraaliyhdisteitä, jotka kulkeutuvat profiilin alaosaan. Raskasmetallit muodostavat pienimolekyylisiä komplekseja näiden aineiden kanssa. Orgaanisten aineiden syvemmällä muuttuessa tapahtuu suurimolekyylisten humushappojen muodostumista, ja niiden vaikutus metallien kulkeutumiseen on erilainen. Fulvohapot yhdistyvät metallien kanssa muodostaen kelaattiyhdisteitä, jotka liukenevat laajalla pH-alueella ja kulkeutuvat alas maaprofiilissa. Metallit muodostavat komplekseja humushappojen kanssa, jotka ovat inerttejä, liukenemattomia happamassa ympäristössä, mikä edistää raskasmetallien kertymistä organogeeniseen horisonttiin. Metallikompleksit fulvohappojen ja humushappojen kanssa ovat stabiileimpia pH:ssa 3-7.
Esimerkki sinkin ja kadmiumin muuttumisesta maaperässä on niiden siirtyminen nestefaasiin liukenemisprosessien seurauksena (Alekseenko et al., 1992) Kadmiumilla on korkea myrkyllisyys ja suhteellisen korkea liikkuvuus maaperässä ja kasvien saatavuus. Koska näiden metallien teknogeeniset yhdisteet ovat termodynaamisesti epävakaita maaperän olosuhteissa, niiden siirtyminen maaperän nestefaasiin on peruuttamatonta. Sinkin ja kadmiumin muuntuminen edelleen maaperässä liittyy palautuviin prosesseihin, jotka tapahtuvat maaliuoksen ja maaperää absorboivan kompleksin välillä, huonosti liukenevien sinkin ja kadmiumin suolojen, korkeampien kasvien ja mikro-organismien vakaaseen saostumiseen.
1.3 Raskasmetallien lähteet esineisiin ympäristöön
Raskasmetallit sisältävät yli neljäkymmentä D.I. Mendelejev, jonka atomien massa on yli viisikymmentä atomiyksikköä.
Tämä elementtiryhmä osallistuu aktiivisesti biologisiin prosesseihin osana monia entsyymejä. "Raskasmetallien" ryhmä vastaa suurelta osin "hivenaineiden" käsitettä. Näin ollen: lyijy, sinkki, kadmium, elohopea, molybdeeni, kromi, mangaani, nikkeli, tina, koboltti, titaani, kupari, vanadiini ovat raskasmetalleja.
Raskasmetallien lähteet jaetaan luonnollisiin (kivien ja mineraalien sääntyminen, eroosioprosessit, vulkaaninen toiminta) ja ihmisen aiheuttamiin (mineraalien louhinta ja käsittely, polttoaineiden poltto, liikenne, maatalous). Osa hienojen aerosolien muodossa ympäristöön joutuvista teknogeenisistä päästöistä kulkeutuu pitkiä matkoja ja aiheuttaa maailmanlaajuista saastumista. Toinen osa joutuu viemärittömiin vesistöihin, joissa raskasmetallit kerääntyvät ja muodostuvat toissijaisen saastumisen lähteeksi, ts. vaarallisten epäpuhtauksien muodostuminen suoraan ympäristössä tapahtuvien fysikaalisten ja kemiallisten prosessien aikana (esimerkiksi myrkyllisen fosgeenikaasun muodostuminen myrkyttömästä aineesta).
Raskasmetallit kerääntyvät maaperään, erityisesti ylempään humushorisonttiin, ja poistuvat hitaasti huuhtoutumisen, kasvien kulutuksen, eroosion ja deflaation - maaperän puhalluksen - vaikutuksesta. Puolien poistumisaika tai puolet alkuperäisestä pitoisuudesta on pitkä: sinkillä - 70 - 510 vuotta, kadmiumilla - 13 - 110 vuotta, kuparilla - 310 - 1500 vuotta ja lyijyllä - alkaen. 740-5900 vuotta.
Maaperän humusosassa tapahtuu siihen joutuneiden yhdisteiden ensisijainen muunnos.
Raskasmetalleilla on korkea kyky suorittaa erilaisia kemiallisia, fysikaalis-kemiallisia ja biologisia reaktioita. Monilla niistä on vaihteleva valenssi ja ne ovat mukana redox-prosesseissa. Raskasmetallit ja niiden yhdisteet, kuten muutkin kemialliset yhdisteet, pystyvät liikkumaan ja jakautumaan uudelleen asuinympäristöissä, ts. siirtyä. Raskasmetalliyhdisteiden kulkeutuminen tapahtuu suurelta osin orgaanis-mineraalikomponentin muodossa. Jotkut orgaaniset yhdisteet, joihin metallit sitoutuvat, ovat mikrobiologisen aktiivisuuden tuotteita. Elohopealle on ominaista kyky kertyä "ravintoketjun" lenkkeihin (tästä keskusteltiin aiemmin). Maaperän mikro-organismit voivat tuottaa elohopeaa kestäviä populaatioita, jotka muuttavat metallisen elohopean aineiksi, jotka ovat myrkyllisiä korkeammille organismeille. Jotkut levät, sienet ja bakteerit pystyvät keräämään elohopeaa soluihinsa. Elohopea, lyijy ja kadmium sisältyvät YK:n jäsenmaiden sopimaan yleiseen luetteloon tärkeimmistä ympäristön saasteista. Pysähdytään näihin aineisiin ja lisätään niihin rautaa ja nikkeliä.
Elohopea on erittäin huonosti jakautunut maankuoreen (-0,1 x 10-4%), mutta se on kätevä uuttamiseen, koska se on väkevöity sulfidijäämiin, esimerkiksi sinopin (HgS) muodossa. Tässä muodossa elohopea on suhteellisen vaaratonta, mutta ilmakehän prosessit, tulivuoren ja ihmisen toiminta ovat johtaneet siihen, että noin 50 miljoonaa tonnia tätä metallia on kertynyt maailman valtameriin. Elohopean luonnollinen poistuminen valtameriin eroosion seurauksena on 5000 tonnia/vuosi, toiset 5000 tonnia/vuosi elohopeaa poistuu ihmisen toiminnan seurauksena.
Aluksi elohopea pääsee valtamereen Hg2+:n muodossa, sitten se on vuorovaikutuksessa orgaanisten aineiden kanssa ja siirtyy anaerobisten organismien avulla myrkyllisiksi aineiksi metyylielohopeaksi (CH3 Hg) + ja dimetyylielohopeaksi (CH3 -Hg-CH3),
Elohopeaa ei ole vain hydrosfäärissä, vaan myös ilmakehässä, koska sillä on suhteellisen korkea höyrynpaine. Elohopean luonnollinen pitoisuus on ~0,003-0,009 µg/m3.
Elohopealle on ominaista lyhyt viipymäaika vedessä ja se siirtyy nopeasti sedimentteihin yhdisteiden muodossa, joissa on orgaanisia aineita. Koska elohopea adsorboituu sedimenttiin, se voi vapautua hitaasti ja liueta veteen, mikä johtaa kroonisen saasteen lähteeseen, joka vaikuttaa pitkä aika sen jälkeen, kun alkuperäinen saastelähde on kadonnut.
Maailman elohopean tuotanto on tällä hetkellä yli 10 000 tonnia vuodessa, suurin osa tästä määrästä käytetään kloorin valmistukseen. Elohopea pääsee ilmaan fossiilisten polttoaineiden palamisen seurauksena. Grönlannin jääkupolin jään analyysi osoitti, että vuodesta 800 jKr. 1950-luvulle asti elohopeapitoisuus pysyi vakiona, mutta 50-luvulta lähtien. vuosisadallamme elohopean määrä on kaksinkertaistunut.
Elohopea ja sen yhdisteet ovat hengenvaarallisia. Metyylielohopea on erityisen vaarallinen eläimille ja ihmisille, koska se siirtyy nopeasti verestä aivokudokseen tuhoten pikkuaivot ja aivokuoren. Tällaisen vaurion kliiniset oireet ovat puutuminen, suuntautumisen menetys avaruudessa, näön menetys. Elohopeamyrkytyksen oireet eivät ilmene heti. Toinen metyylielohopeamyrkytyksen epämiellyttävä seuraus on elohopean tunkeutuminen istukkaan ja sen kerääntyminen sikiöön, eikä äiti koe kipua. Metyylielohopea on teratogeeninen ihmisille. Elohopea kuuluu 1. vaaraluokkaan.
Metallinen elohopea on vaarallista nieltynä ja hengitettynä. Samaan aikaan ihmisellä on metallin makua suussa, pahoinvointia, oksentelua, vatsakrampit, hampaat muuttuvat mustiksi ja alkavat murentua. Vuotanut elohopea hajoaa pisaroiksi, ja jos näin tapahtuu, elohopea on kerättävä huolellisesti talteen. Epäorgaaniset elohopeayhdisteet ovat käytännössä haihtumattomia, joten vaarana on elohopean pääsy kehoon suun ja ihon kautta. Elohopeasuolat syövyttävät ihoa ja kehon limakalvoja. Elohopeasuolojen pääsy kehoon aiheuttaa nielun tulehdusta, nielemisvaikeuksia, puutumista, oksentelua ja vatsakipua. Jos aikuisella ihmisellä on nielty noin 350 mg elohopeaa, voi tapahtua kuolema.
Elohopean saastumista voidaan vähentää kieltämällä useiden tuotteiden valmistus ja käyttö. Ei ole epäilystäkään siitä, että elohopean saastuminen tulee aina olemaan akuutti ongelma. Elohopeaa sisältävän teollisuusjätteen sekä elintarvikkeiden tiukan valvonnan avulla voidaan kuitenkin vähentää elohopeamyrkytyksen riskiä.
Magmaisten kivien lyijypitoisuus mahdollistaa sen liittämisen harvinaisten metallien luokkaan. Se on keskittynyt sulfidikiviin, joita löytyy monista paikoista maailmassa. Lyijy eristetään helposti sulattamalla malmista. Luonnollisessa tilassaan sitä esiintyy pääasiassa galeenin (PbS) muodossa.Maankuoren sisältämä lyijy voi huuhtoutua pois ilmakehän prosessien vaikutuksesta ja siirtyä vähitellen valtameriin. Pb2+-ionit ovat melko epästabiileja ja lyijyn pitoisuus ionisessa muodossa on vain 10 -8 %. Se kuitenkin kerääntyy valtamerten sedimentteihin sulfiitteina tai sulfaatteina. Makeassa vedessä lyijypitoisuus on paljon korkeampi ja voi nousta 2 x 10 -6 %:iin, ja maaperässä se on suunnilleen sama määrä kuin maankuoressa (1,5 x 10 -3 %) tämän alkuaineen epävakauden vuoksi geokemiallinen kiertokulku.
Lyijymalmit sisältävät 2-20 % lyijyä. Vaahdotusmenetelmällä saatu rikaste sisältää 60-80 % Pb:tä. Sitä kuumennetaan rikin poistamiseksi ja lyijy sulatetaan. Tällaiset primaariprosessit ovat laajamittaisia. Jos jätettä käytetään lyijyn valmistukseen, sulatusprosesseja kutsutaan toissijaisiksi. Maailman lyijyn vuosikulutus on yli 3 miljoonaa tonnia, josta 40 % käytetään akkujen valmistukseen, 20 % lyijy-alkyyli-bensiinilisäaineiden valmistukseen, 12 % rakentamiseen ja 28 % muihin tarkoituksiin.
Maailmassa kulkeutuu vuosittain noin 180 tuhatta tonnia lyijyä ilmakehän prosessien vaikutuksesta. Lyijymalmien louhinnan ja käsittelyn aikana yli 20 % lyijystä menetetään. Myös näissä vaiheissa lyijyn vapautuminen ympäristöön on yhtä suuri kuin sen määrä, joka vapautuu ympäristöön ilmakehän prosessien vaikutusten seurauksena magmaisiin kiviin.
Vakavin lyijyn aiheuttama ympäristön saastumisen lähde ovat autojen moottoreiden pakokaasut. Nakutusta estävää tetrametyyliä - tai tetraetyylisiikkaa - on lisätty useimpiin bensiineihin vuodesta 1923 lähtien noin 80 mg/l.
Bensiini voi sisältää 380 mg lyijyä ja tetraetyylilyijyn kokonaispitoisuus saavuttaa 1 g/l. Kun bensiiniä poltetaan, noin 75 % sen sisältämästä lyijystä vapautuu aerosolin muodossa ja leviää ilmaan ja jakautuu edelleen eri etäisyyksille ajotiestä. Ajon aikana 25-75 % tästä lyijystä vapautuu ajo-olosuhteista riippuen ilmakehään. Sen päämassa laskeutuu maahan, mutta huomattava osa siitä jää ilmaan.
Lyijypöly ei peitä vain tienvarsia ja maaperää teollisuuskaupungeissa ja niiden ympäristössä, vaan sitä löytyy myös Pohjois-Grönlannin jäästä, ja vuonna 1756 lyijypitoisuus jäässä oli 20 µg/t, vuonna 1860 se oli jo 50 µg/t, ja vuonna 1965 - 210 µg/t. Aktiivisia lyijysaasteen lähteitä ovat hiilivoimalaitokset ja kotitalouksien uunit. Lyijyn saastumisen lähteitä kodissa voivat olla lasitetut keramiikka; väripigmenttien sisältämä lyijy.
Lyijy ei ole elintärkeä elementti. Se on myrkyllistä ja kuuluu vaaraluokkaan I. Sen epäorgaaniset yhdisteet häiritsevät aineenvaihduntaa ja ovat entsyymi-inhibiittoreita (kuten useimmat raskasmetallit). Yksi epäorgaanisten lyijyyhdisteiden toiminnan kavalimmista seurauksista on sen kyky korvata kalsiumia luissa ja olla jatkuva myrkytyksen lähde pitkään. Lyijyn biologinen puoliintumisaika luissa on noin 10 vuotta. Luustoon kertyneen lyijyn määrä kasvaa iän myötä, ja 30-40-vuotiailla ihmisillä, joilla ei ole ammatin aiheuttamaa lyijysaastetta, se on 80-200 mg.
Orgaanisia lyijyyhdisteitä pidetään jopa myrkyllisempänä kuin epäorgaanisia. Pääasiallinen lähde, josta lyijy pääsee ihmiskehoon, on ruoka, jonka ohella sisäänhengitetyllä ilmalla on tärkeä rooli, ja lapsilla lyijypitoista pölyä ja maaleja he nielevät. Hengitetystä pölystä noin 30-35 % jää keuhkoihin, josta merkittävä osa imeytyy verenkiertoon. Imeytyminen maha-suolikanavassa on yleensä 5-10%, lapsilla - 50%. Kalsiumin ja D-vitamiinin puute lisää lyijyn imeytymistä. Akuutti lyijymyrkytys on harvinaista. Niiden oireita ovat syljeneritys, oksentelu, suoliston koliikki, akuutti munuaisten vajaatoiminta, aivovaurio. Vakavissa tapauksissa kuolema tapahtuu muutamassa päivässä. Lyijymyrkytyksen varhaisia oireita ovat ärtyneisyys, masennus ja ärtyneisyys. Myrkytyksen sattuessa orgaaniset yhdisteet lyijyä, sen kohonnut pitoisuus löytyy verestä.
Maailmanlaajuisen lyijyn aiheuttaman ympäristön saastumisen vuoksi siitä on tullut kaikkialla elintarvikkeiden ja rehujen osa. Kasviruoat sisältävät yleensä enemmän lyijyä kuin eläinperäiset tuotteet.
kadmium ja sinkki.
Kadmium, sinkki ja kupari ovat tärkeimpiä metalleja saasteongelmien tutkimuksessa, koska ne ovat laajalle levinneitä maailmassa ja niillä on myrkyllisiä ominaisuuksia. Kadmiumia ja sinkkiä (sekä: lyijyä ja elohopeaa) löytyy pääasiassa sulfidisedimentistä. Ilmakehän prosessien seurauksena nämä alkuaineet pääsevät helposti valtameriin. Maaperä sisältää noin 4,5x10 -4%. Kasvillisuus sisältää vaihtelevia määriä molempia alkuaineita, mutta kasvin tuhkan sinkkipitoisuus on suhteellisen korkea - 0,14; koska tällä elementillä on olennainen rooli kasvien ravinnossa. Kadmiumin sulatuslaitosten toiminnan seurauksena ilmakehään pääsee vuosittain noin 1 miljoona kg kadmiumia, mikä on noin 45 % tämän alkuaineen aiheuttamasta kokonaissaasteesta. 52 % saasteista tulee kadmiumia sisältävien tuotteiden palamisesta tai käsittelystä. Kadmiumilla on suhteellisen korkea haihtuvuus, joten se leviää helposti ilmakehään. Sinkin ilmansaasteiden lähteet ovat samat kuin kadmiumilla.
Kadmiumin pääsy luonnonvesiin tapahtuu sen käytön seurauksena galvaanisissa prosesseissa ja teknologiassa. Vakavimpia sinkin aiheuttamia veden saastumisen lähteitä ovat sinkkisulatot ja galvanointilaitokset.
Lannoitteet ovat mahdollinen kadmiumin lähde. Samaan aikaan kadmiumia viedään kasveihin, joita ihmiset käyttävät ravinnoksi, ja ketjun lopussa ne kulkeutuvat ihmiskehoon. Sinkki on vähiten myrkyllisin kaikista yllä luetelluista raskasmetalleista. Kaikista alkuaineista tulee kuitenkin myrkyllisiä, jos niitä löytyy liikaa; sinkki ei ole poikkeus. Sinkin fysiologinen vaikutus on sen toiminta entsyymiaktivaattorina. Suurina määrinä se aiheuttaa oksentelua, tämä annos on noin 150 mg aikuiselle.
Kadmium on paljon myrkyllisempää kuin sinkki. Hän ja hänen yhdisteensä kuuluvat I vaaraluokkaan. Se tunkeutuu ihmiskehoon pitkän ajan kuluessa. Ilman hengittäminen 8 tunnin ajan kadmiumpitoisuudella 5 mg/m3 voi aiheuttaa kuoleman. Kroonisessa kadmiummyrkytyksessä virtsaan ilmaantuu proteiinia ja verenpaine nousee.
Tutkittaessa kadmiumin esiintymistä elintarvikkeissa havaittiin, että ihmisen eritteet sisältävät harvoin niin paljon kadmiumia kuin imeytyi. Tällä hetkellä ei ole yksimielisyyttä elintarvikkeiden hyväksyttävästä turvallisesta kadmiumin pitoisuudesta.
Yksi tehokas tapa estää kadmiumin ja sinkin vapautuminen saasteina on valvoa näiden metallien pitoisuutta sulattojen ja muiden teollisuudenalojen päästöissä.
Antimoni, arseeni, koboltti.
Antimonia on yhdessä arseenin kanssa metallisulfideja sisältävissä malmeissa. Maailman antimonituotanto on noin 70 tonnia vuodessa. Antimoni on metalliseosten komponentti, sitä käytetään tulitikkujen valmistuksessa, puhtaassa muodossaan puolijohteissa Antimonin myrkyllinen vaikutus on samanlainen kuin arseenilla. Suuret määrät antimonia aiheuttavat oksentelua, kroonisessa antimonimyrkytyksessä ruoansulatuskanavan häiriintyminen, johon liittyy oksentelua ja lämpötilan laskua. Arseeni esiintyy luonnossa sulfaattien muodossa. Sen pitoisuus lyijy-sinkkirikasteissa on noin 1 %. Haihtuvuuden vuoksi se pääsee helposti ilmakehään.
Tämän metallikontaminaation voimakkaimmat lähteet ovat rikkakasvien torjunta-aineet (rikkakasvien torjuntakemikaalit), sienitautien torjunta-aineet (kasvien sienisairauksien torjuntaan tarkoitetut aineet) ja hyönteismyrkyt (haitallisten hyönteisten torjuntaan käytettävät aineet).
Myrkyllisten ominaisuuksiensa mukaan arseeni kuuluu kertyviin myrkkyihin. Myrkyllisyysasteen mukaan alkuainearseeni ja sen yhdisteet on erotettava toisistaan. Alkuainearseeni on suhteellisen lievästi myrkyllistä, mutta sillä on teratogeenisiä ominaisuuksia. Haitallinen vaikutus perinnöllisyyteen (mutageenisuus) on kiistanalainen.
Arseeniyhdisteet imeytyvät hitaasti ihon läpi, nopeasti keuhkoihin ja maha-suolikanavaan. Ihmiselle tappava annos on 0,15-0,3 g.
Krooninen myrkytys aiheuttaa hermostosairauksia, heikkoutta, raajojen puutumista, kutinaa, ihon tummumista, luuytimen surkastumista, maksamuutoksia. Arseeniyhdisteet ovat syöpää aiheuttavia ihmisille. Arseeni ja sen yhdisteet kuuluvat II vaaraluokkaan.
Kobolttia ei käytetä laajalti. Joten sitä käytetään esimerkiksi terästeollisuudessa, polymeerien tuotannossa. Suuria määriä nautittuna koboltti vaikuttaa haitallisesti ihmisen veren hemoglobiinipitoisuuteen ja voi aiheuttaa verisairauksia. Koboltin uskotaan aiheuttavan Gravesin taudin. Tämä alkuaine on vaarallinen organismien elämälle erittäin korkean reaktiivisuuden vuoksi ja kuuluu vaaraluokkaan I.
Kupari ja mangaani.
Kuparia löytyy sulfidisedimentteistä yhdessä lyijyn, kadmiumin ja sinkin kanssa. Sitä on pieniä määriä sinkkirikasteissa ja sitä voidaan kuljettaa pitkiä matkoja ilmassa ja vedessä. Epänormaali kuparipitoisuus löytyy kasveista, joissa on ilmaa ja vettä. Epänormaalia kuparipitoisuutta löytyy kasveista ja maaperistä yli 8 km:n etäisyydellä sulatosta. Kuparisuolat kuuluvat II vaaraluokkaan. Kuparin myrkyllisiä ominaisuuksia on tutkittu paljon vähemmän kuin muiden alkuaineiden samoja ominaisuuksia. Suurien kuparimäärien imeytyminen ihmiseen johtaa Wilsonin tautiin, kun taas ylimääräinen kupari kertyy aivokudokseen, ihoon, maksaan ja haimaan.
Mangaanin luonnollinen pitoisuus kasveissa, eläimissä ja maaperässä on erittäin korkea. Mangaanin tuotannon pääalueet ovat seostettujen terästen, metalliseosten, sähköakkujen ja muiden kemiallisten virtalähteiden valmistus. Normin ylittävä mangaanin esiintyminen ilmassa (keskimääräinen päivittäinen mangaanin pitoisuus ilmakehässä - asuttujen alueiden ilmassa - on 0,01 mg / m3) vaikuttaa haitallisesti ihmiskehoon, mikä ilmaistaan asteittain tuhoutuvana keskushermosto. Mangaani kuuluu II vaaraluokkaan.
Tällä hetkellä Venäjällä raskasmetallien aiheuttaman maaperän saastumisen arvioinnissa käytetään sekä virallisesti hyväksyttyjä että ei-virallisia standardeja. Niiden päätarkoituksena on estää ihmisen toiminnasta kertyneiden HM:ien pääsy ihmiskehoon liiallisena määränä ja siten välttää niiden negatiivinen vaikutus. Maaperä, toisin kuin homogeeninen vesi ja ilma, on monimutkainen heterogeeninen järjestelmä, joka muuttaa myrkyllisten aineiden käyttäytymistä ominaisuuksiensa mukaan. maaperän ekologisen tilan järkevän arvioinnin vaikeudet ovat yksi syy eri tutkijoiden toteamiin maaperän fytotoksisuuden eri tasoihin.
Teknogeeniset raudan lähteet ympäristössä. Metallurgisten laitosten alueilla kiintoainepäästöt sisältävät 22 000 - 31 000 mg/kg rautaa.
Tämän seurauksena rauta kerääntyy puutarhakasveihin.
Paljon rautaa pääsee jätevesiin ja lieteeseen metallurgian, kemian, koneenrakennuksen, metallintyöstön, petrokemian, kemian-lääketeollisuuden, maali- ja lakkateollisuuden sekä tekstiiliteollisuuden aloilta. Suuren teollisuuskaupungin primääriselkeytysaltaisiin putoavan raakalietteen koostumuksessa rautapitoisuus voi olla 1428 mg/kg. Savu, teollisuuspöly voi sisältää suuria määriä rautaa raudan, sen oksidien ja malmien aerosolien muodossa. Raudan tai sen oksidien pölyä muodostuu metallityökalujen teroittamisen, osien ruosteen puhdistuksen, rautalevyjen valssauksen, sähköhitsauksen yms. tuotantoprosessit jotka sisältävät rautaa tai sen yhdisteitä.
Rauta voi kertyä maaperään, vesistöihin, ilmaan ja eläviin organismeihin. Tärkeimmät rautamineraalit joutuvat luonnossa fotokemialliseen tuhoutumiseen, kompleksien muodostukseen, mikrobiologiseen huuhtoutumiseen, minkä seurauksena niukkaliukoisista mineraaleista rauta kulkeutuu vesistöihin.
Rautaa sisältävät mineraalit hapettavat bakteerit, kuten Th. Ferrooksidaanit. Sulfidien hapettumista voidaan kuvata yleisellä tavalla rikkikiisu esimerkkiä käyttäen seuraavilla mikrobiologisilla ja kemiallisilla prosesseilla. Kuten voidaan nähdä, tässä tapauksessa muodostuu vielä yksi komponentti, rikkihappo, saastuttava pintavesiä. Sen mikrobiologisen koulutuksen laajuus voidaan arvioida tämän esimerkin perusteella. Pyriitti on yleinen hiiliesiintymien epäpuhtauskomponentti ja sen huuhtoutuminen johtaa kaivosvesien happamoittamiseen. Erään arvion mukaan vuonna 1932. noin 3 miljoonaa tonnia pSO4:a pääsi USA:n Ohio-jokeen kaivosvesien mukana. Raudan mikrobiologinen huuhtoutuminen ei tapahdu vain hapettumisen vuoksi, vaan myös hapettuneiden malmien pelkistyksen aikana. Siihen osallistuvat eri ryhmiin kuuluvat mikro-organismit.
Erityisesti Fe3:n pelkistämisen Fe2:ksi suorittavat Bacillus- ja Pseudomonas-sukujen edustajat sekä jotkut sienet.
Tässä mainitut luonnossa laajalle levinneet prosessit esiintyvät myös kaivosyritysten, metallurgisten laitosten kaatopaikoilla, jotka tuottavat suuri määrä jätekuona, tuhka jne. Sateen, tulvien ja pohjaveden mukana kiinteistä matriiseista vapautuvat metallit siirtyvät jokiin ja altaisiin. Rautaa löytyy luonnonvesistä eri olomuodoissa ja muodoissa todella liuenneena, se on osa pohjasedimenttejä ja heterogeenisia suspensio- ja kolloidijärjestelmiä. Jokien ja altaiden pohjasedimentit toimivat raudan varastoina. Korkea rautapitoisuus johtuu maaperän horisonttien muodostumisen geokemiallisista ominaisuuksista. Sen lisääntynyt pitoisuus maapeitteessä voi johtua vesien, joissa on luonnostaan korkea rautapitoisuus, käytöstä kasteluun.
Vaaraluokka - vaaraluokkiin ei ole jakoa.
Haitallisuuden rajoittavaa indikaattoria - haitallisuutta ei ole määritelty.
Nikkeli kuuluu Mn:n, Fe:n, Co:n ja Cun ohella ns. siirtymämetalleihin, joiden yhdisteet ovat biologisesti erittäin aktiivisia. Elektroniradan rakenteen erityispiirteistä johtuen edellä mainituilla metalleilla, mukaan lukien nikkelillä, on hyvin selvä kyky muodostaa komplekseja.
Nikkeli pystyy muodostamaan stabiileja komplekseja esimerkiksi kysteiinin ja sitraatin sekä monien orgaanisten ja epäorgaanisten ligandien kanssa. Peruskivien geokemiallinen koostumus määrää suurelta osin maaperän nikkelipitoisuuden. Suurin määrä nikkeliä on emäksisistä ja ultraemäksisistä kivistä muodostuneessa maaperässä. Joidenkin kirjoittajien mukaan nikkelin ylimäärän ja myrkyllisyyden rajat useimpien lajien kohdalla vaihtelevat välillä 10-100 mg/kg. Nikkelin päämassa on kiinteästi kiinnitetty maaperään, ja erittäin heikko migraatio kolloidisessa tilassa ja mekaanisten suspensioiden koostumuksessa ei vaikuta niiden jakautumiseen pystyprofiilia pitkin ja on melko tasaista.
Nikkelin esiintyminen luonnollisissa vesissä johtuu kivien koostumuksesta, jonka läpi vesi kulkee: sitä löytyy sulfidikupari-nikkelimalmien ja rauta-nikkelimalmien esiintymistä. Se pääsee veteen maaperästä sekä kasvi- ja eläinorganismeista rappeutuessaan. Sinilevässä havaittiin korkeampi nikkelipitoisuus muihin leviviin verrattuna. Nikkeliyhdisteitä pääsee myös vesistöihin jätevettä nikkelöintiliikkeet, synteettisen kumin tehtaat, nikkelirikastajat. Fossiilisten polttoaineiden polttamiseen liittyy valtavat nikkelipäästöt.
Sen pitoisuus voi laskea seuraavien yhdisteiden, kuten: sulfidien, syanidien, karbonaattien tai hydroksidien, saostumisen seurauksena (pH-arvojen nousu), koska vesieliöt kuluttavat sitä ja adsorptioprosesseja.
Pintavesissä nikkeliyhdisteet ovat liuenneessa, suspendoituneessa ja kolloidisessa tilassa, joiden välinen määrällinen suhde riippuu veden koostumuksesta, lämpötilasta ja pH-arvoista. Nikkeliyhdisteiden sorbentteja voivat olla rautahydroksidi, orgaaniset aineet, erittäin dispergoitunut kalsiumkarbonaatti, savet. Liuenneet muodot ovat pääosin kompleksisia ioneja, useimmiten aminohappojen, humus- ja fulvohappojen kanssa sekä myös vahvan syanidikompleksin muodossa. Nikkeliyhdisteet ovat yleisimpiä luonnonvesissä, joissa se on hapetustilassa +2. Ni3+-yhdisteet muodostuvat yleensä alkalisessa väliaineessa.
Nikkeliyhdisteillä on tärkeä rooli hematopoieettisissa prosesseissa katalyytteinä. Sen lisääntynyt pitoisuus vaikuttaa erityisesti sydän- ja verisuonijärjestelmään. Nikkeli on yksi syöpää aiheuttavista alkuaineista. Se voi aiheuttaa hengitystiesairauksia. Uskotaan, että vapaat nikkeli-ionit (Ni2+) ovat noin 2 kertaa myrkyllisempiä kuin sen monimutkaiset yhdisteet.
Metallurgiset yritykset päästävät vuosittain yli 150 tuhatta tonnia kuparia, 120 tuhatta tonnia sinkkiä, noin 90 tuhatta tonnia lyijyä, 12 tuhatta tonnia nikkeliä, 1,5 tuhatta tonnia molybdeeniä, noin 800 tonnia kobolttia ja noin 30 tonnia elohopeaa. maan pintaa. Yhtä grammaa kuparia kohti kuparin sulatusteollisuuden jäte sisältää 2,09 tonnia pölyä, joka sisältää jopa 15 % kuparia, 60 % rautaoksidia ja 4 % kutakin arseenia, elohopeaa, sinkkiä ja lyijyä. Konepaja- ja kemianteollisuuden jätteet sisältävät enintään 1000 mg/kg lyijyä, 3000 mg/kg kuparia, 10 000 mg/kg kromia ja rautaa, 100 g/kg fosforia ja enintään 100 g/kg. 10 g/kg mangaania ja nikkeliä. Sleesiassa sinkkitehtaiden ympärille kasataan kaatopaikkoja, joissa sinkkipitoisuus on 2-12 % ja lyijy 0,5-3 %.
Pakokaasujen mukana yli 250 tuhatta tonnia lyijyä pääsee maaperän pintaan vuodessa; se on tärkein maaperän pilaava lyijy.
1.4 Raskasmetallien määritysmenetelmät
Tähän mennessä on olemassa kaksi ryhmää perusanalyysimenetelmiä, jotka määrittävät raskasmetallien esiintymisen maaperässä:
1. Sähkökemiallinen
Sähkökemialliset menetelmät luokitellaan analyyttisen signaalin luonteen mukaan. Siten analyysin aikana on mahdollista mitata yhden elektrodin potentiaali (potentiometria), kennon resistanssi tai liuoksen sähkönjohtavuus (konduktometria). Monissa tapauksissa elektrodeihin johdetaan ulkoinen jännite, jonka jälkeen mitataan liuoksen läpi kulkevan virran voimakkuus (voltammemetriset menetelmät, erityisesti polarografia). Samanaikaisesti elektrodien pinnalla tapahtuu redox-reaktioita, eli liuos elektrolysoituu. Jos suoritamme elektrolyysin loppuun ja mittaamme määritettävän aineen hapettamiseen (tai pelkistämiseen) käytetyn sähkön määrän, voimme laskea tämän aineen massan. Tätä menetelmää kutsutaan kulometriaksi. Joskus analyytin pitoisuus lasketaan elektrodin painonlisäyksen perusteella, eli sille vapautuneen elektrolyysituotteen massan mukaan (sähköravimetria).
Sähkökemialliset menetelmät ovat melko selektiivisiä (paitsi konduktiometria), joten niiden avulla jotkin elementit määritetään kvantitatiivisesti muiden läsnä ollessa, ne määritetään erikseen erilaisia muotoja yksi alkuaine, jakaa monimutkaiset seokset ja tunnistaa niiden komponentit sekä väkevöidä myös joitain mikroepäpuhtauksia. Sähkökemiallisia menetelmiä käytetään laajasti luonnon- ja jätevesien, maaperän ja elintarvikkeiden, prosessiliuosten ja biologisten nesteiden koostumuksen säätelyyn. Asianmukaiset tekniikat eivät vaadi monimutkaisia laitteita, ne eivät käytä korkeita lämpötiloja ja paineita. Erilaiset sähkökemialliset menetelmät eroavat herkkyydestä, tarkkuudesta, nopeudesta ja muista indikaattoreista ja täydentävät siksi hyvin toisiaan.
Harkitse sähkökemiallisen ryhmän menetelmiä:
Voltammemetria:
Voltammemetriset menetelmät ovat analyysimenetelmiä, jotka perustuvat elektrolyyttikennon läpi kulkevan virran riippuvuuden kirjaamiseen ja tutkimiseen ulkoisesta jännitteestä. Tämän riippuvuuden graafista esitystä kutsutaan voltammogrammiksi. Voltamogrammin analyysi antaa tietoa analyytin laadullisesta ja kvantitatiivisesta koostumuksesta.
Voltamogrammien rekisteröintiä varten tarvitaan elektrolyysikenno, joka koostuu indikaattorielektrodista ja vertailuelektrodista. Vertailuelektrodi on yleensä kyllästetty kalomelielektrodi tai elohopeakerros kennon pohjassa. Indikaattorina käytetään tippuvaa elohopeaelektrodia, mikrolevyplatina- tai grafiittielektrodeja.
Indikaattorielektrodin tyypistä riippuen voltammetriset menetelmät jaetaan yleensä polarografiaan ja voltammetriaan. Jos indikaattorielektrodina käytetään elohopeaa tippuvaa elektrodia, niin saatuja virran riippuvuuksia jännitteestä kutsutaan polarogrammeiksi ja vastaavasti analyysimenetelmää kutsutaan polarografiaksi. Menetelmän on luonut erinomainen tšekkiläinen sähkökemisti ja Nobel-palkinnon voittaja Jar. Geyrovsky (1922). Kun työskentelet minkä tahansa muun indikaattorielektrodin, mukaan lukien kiinteän elohopean, kanssa, käsitellään voltammetriaa.
Potentiometria:
Potentiometrinen analyysi on ionitilassa olevien aineiden suorituskyvyn mittaaminen. Toisin sanoen tutkimuskohteiden alla ovat liuokset, lähes aina vesipitoiset, vaikka kiintoaineiden analyysi suoritetaan myös, jos liukoisia alkuaineita on läsnä. Jotkut hiukkaset saattavat vaatia elektrodin, jossa on tietyn muotoinen anturikalvo, joka auttaa analysoimaan viskoosisia aineita tai geelejä.
Potentiometrinen analyysi suoritetaan useilla tavoilla. Ensimmäinen on suora potentiometria. Useimmiten tämä menetelmä suoritetaan pH-tason mittaamiseen ja se riippuu itse mittauselektrodin tyypistä. Tämä menetelmä on helpoin. Toinen menetelmä on potentiometrinen titraus, joka suoritetaan monin eri tavoin. Sen ydin on se, että indikaattoreiden laskemiseksi suoritetaan useita kemiallisia reaktioita ioniselektiivisen elektrodin ohjauksessa. Tämä menetelmä eroaa edellisestä suuremmilla työvoimakustannuksilla, mutta myös tarkemmalla tuloksella. Ja kolmas menetelmä - lisäysmenetelmä - liittyy yllä olevaan. Se suoritetaan useilla vaihtoehdoilla, joiden avulla voit tehdä analyysin alhaisista pitoisuuksista.
Kulometria:
Kulometria on sähkökemiallinen analyysimenetelmä, joka perustuu analyytin sähkökemialliseen muuntamiseen tarvittavan sähkön määrän mittaamiseen. Kulometriassa on kahta tyyppiä analyysiä:
suora kulometria;
kulometrinen titraus.
Konduktometria:
Konduktometriset analyysimenetelmät perustuvat tutkittujen liuosten sähkönjohtavuuden mittaamiseen. Konduktometriseen analyysiin on olemassa useita menetelmiä:
suora johtavuus - menetelmä, jonka avulla voit määrittää suoraan elektrolyytin pitoisuuden mittaamalla liuoksen sähkönjohtavuus tunnetulla laadullisella koostumuksella;
· konduktometrinen titraus - analyysimenetelmä, joka perustuu aineen pitoisuuden määrittämiseen titrauskäyrän katkolla. Käyrä muodostetaan mittaamalla analysoitavan liuoksen ominaissähkönjohtavuus, joka muuttuu titrausprosessin aikana tapahtuvien kemiallisten reaktioiden seurauksena;
· kronokonduktometrinen titraus - perustuu aineen pitoisuuden määrittämiseen käytetyn titrausajan perusteella, joka kirjataan automaattisesti titrauskäyrän nauhuriin.
Siten maanäytteestä on mahdollista löytää ja laskea raskasmetallipitoisuudet alhaisella toteamisrajalla.
2. Erotus-fotometriset menetelmät
Näitä menetelmiä käytetään erittäin laajasti analyyttisessä kemiassa, ja uutteen analysoitavan komponentin määritys voidaan suorittaa sekä fotometrisesti että toisella menetelmällä: polarografisesti, spektraalisesti.
Samaan aikaan on olemassa joitakin uuttomenetelmien ryhmiä, joissa fotometrinen viimeistely on tehokkain ja tarjoaa tarvittavan nopeuden ja tarkkuuden. Näitä menetelmiä kutsutaan uutto-fotometrisiksi. Hyvin yleinen on menetelmä, jolla tietty mikroelementti muunnetaan vesiliukoiseksi värilliseksi yhdisteeksi, uutetaan ja uutetaan valomalli. Tämä tekniikka eliminoi vieraiden komponenttien häiritsevän vaikutuksen ja lisää määrityksen herkkyyttä, koska uuttamisen aikana mikroepäpuhtaudet konsentroituvat. Esimerkiksi raudan epäpuhtauksien määritys koboltti- tai nikkelisuoloista suoritetaan uuttamalla sen tiokainaattikompleksit amyylialkoholilla.
Spektrofotometria
Spektrofotometrinen analyysimenetelmä perustuu monokromaattisen valoenergian spektriselektiiviseen absorptioon sen kulkiessa testiliuoksen läpi. Menetelmällä voidaan määrittää eri aallonpituuksilla absorptiomaksiminsa omaavien värillisten aineiden seosten yksittäisten komponenttien pitoisuudet, se on herkempi ja tarkempi kuin fotoelektrokolorimetrinen menetelmä. Tiedetään, että fotokolorimetrinen analyysimenetelmä soveltuu vain värillisten liuosten analysointiin, värittömillä liuoksilla spektrin näkyvällä alueella on merkityksetön absorptiokerroin. Monilla värittömillä ja hieman värillisillä yhdisteillä (erityisesti orgaanisilla) on kuitenkin ominaisia absorptiovyöhykkeitä spektrin ultravioletti- ja infrapuna-alueilla, joita käytetään niiden kvantitatiiviseen määritykseen. Spektrofotometrinen analyysimenetelmä soveltuu valon absorption mittaamiseen näkyvän spektrin eri alueilla, spektrin ultravioletti- ja infrapuna-alueilla, mikä laajentaa huomattavasti menetelmän analyyttisiä mahdollisuuksia.
Spektrofotometrinen menetelmä spektrin ultraviolettialueella mahdollistaa kaksi- ja kolmikomponenttisten aineseosten yksilöllisen määrittämisen. Seoksen komponenttien kvantitatiivinen määritys perustuu siihen, että minkä tahansa seoksen optinen tiheys on yhtä suuri kuin yksittäisten komponenttien optisten tiheysten summa.
Atomiabsorptiospektroskopia.
Atomiabsorptiospektroskopiamenetelmä on tällä hetkellä kätevin ympäristön esineiden metallipitoisuuden määrittämiseen, elintarvikkeita, maaperät, erilaiset seokset. Menetelmää käytetään myös geologiassa kivien koostumuksen analysointiin ja metallurgiassa terästen koostumuksen määrittämiseen.
Useimmat valtion standardit suosittelevatelmää liikkuvan sinkin määrittämiseen maaperässä, luonnossa ja vedessä sekä useissa ei-rautametalliseoksissa.
Menetelmä perustuu vapaiden atomien sähkömagneettisen säteilyn absorptioon kiinteässä (virittymättömässä) tilassa. Aallonpituudella, joka vastaa atomin siirtymistä maasta virittyneeseen elektronitilaan, maanpinnan väestö vähenee. Analyyttinen signaali riippuu virittymättömien hiukkasten lukumäärästä analysoitavassa näytteessä (eli määritettävän elementin pitoisuudesta), joten absorboituneen sähkömagneettisen säteilyn määrää mittaamalla on mahdollista määrittää määritettävän elementin pitoisuus. alkuperäisessä näytteessä.
Menetelmä perustuu ultravioletti- tai näkyvän säteilyn absorptioon kaasuatomien toimesta. Näytteen siirtämiseksi kaasumaiseen atomitilaan se ruiskutetaan liekkiin. Säteilylähteenä käytetään lamppua, jossa on määritettävästä metallista valmistettu ontto katodi. Valonlähteen emittoiman spektriviivan ja saman elementin absorptioviivan aallonpituusväli liekissä on hyvin kapea, joten muiden elementtien häiritsevä absorptio ei juurikaan vaikuta analyysin tuloksiin. Atomiabsorptiospektrianalyysimenetelmälle on tunnusomaista korkea absoluuttinen ja suhteellinen herkkyys. Menetelmän avulla voidaan määrittää suurella tarkkuudella liuoksissa noin kahdeksankymmentä alkuainetta pieninä pitoisuuksina, joten sitä käytetään laajasti biologiassa, lääketieteessä (orgaanisten nesteiden analysoinnissa), geologiassa, maaperätieteessä (hivenaineiden määrittämiseen maaperässä). ja muilla tieteenaloilla sekä metallurgiassa teknisten prosessien tutkimukseen ja ohjaukseen.
Sumuttimen avulla saadun atomihöyrynäytteiden kerroksen läpi kulkee säteilyä alueella 190-850 nm. Valokvanttien absorption seurauksena atomit siirtyvät virittyneisiin energiatiloihin. Nämä siirtymät atomispektreissä vastaavat ns. tietylle elementille ominaiset resonanssiviivat. Bouguer-Lambert-Beer-lain mukaan alkuainepitoisuuden mitta on optinen tiheys A = lg(I0/I), missä I0 ja I ovat lähteestä tulevan säteilyn intensiteetti ennen ja jälkeen absorboivan läpäisyn. kerros.
Kuva 1.1 Kaaviokaavio atomiabsorptiospektrometristä: 1-ontto katodilamppu tai elektroditon lamppu; 2-grafiittikenno; 3-monokromaattori; 4-ilmaisin
Tarkkuuden ja herkkyyden suhteen tämä menetelmä ylittää monet muut; siksi sitä käytetään vertailuseosten ja geologisten kivien sertifioinnissa (liuokseksi siirtämällä).
Olennainen ero atomiabsorptio- ja liekkiemissiospektrometrian välillä on, että jälkimmäinen mittaa liekissä olevien virittyneiden atomien emittoimaa säteilyä, kun taas atomiabsorptio perustuu liekissä olevien neutraalien, virittymättömien atomien absorboiman säteilyn mittaamiseen. monet liekissä, kertaa enemmän kuin innoissaan. Tämä selittää menetelmän suuren herkkyyden määritettäessä elementtejä, joilla on korkea viritysenergia, eli joita on vaikea virittää.
AAS:n valonlähde on ontto katodilamppu, joka lähettää valoa, jolla on hyvin kapea aallonpituusalue, luokkaa 0,001 nm. Määritettävän elementin absorptioviiva on jonkin verran leveämpi kuin emittoitunut kaista, mikä mahdollistaa absorptioviivan mittaamisen maksimissaan. Laite sisältää tarvittavat lamput, jokainen lamppu on suunniteltu määrittämään vain yksi mistä tahansa elementistä.
AAS:n "kyvetti" on itse liekki. Koska AAS:ssa noudatetaan Baerin lakia, menetelmän herkkyys riippuu absorboivan liekkikerroksen pituudesta, jonka tulee olla vakio ja riittävän suuri.
Käytetään liekkiä, jonka polttoaineena käytetään asetyleeniä, propaania tai vetyä ja hapettimena ilmaa, happea tai typen oksideja (1). Valittu kaasuseos määrittää liekin lämpötilan. Ilma-asetyleeni ja ilma-propaani liekit ovat matala lämpötila(2200-2400 °C). Tällaista liekkiä käytetään alkuaineiden määrittämiseen, joiden yhdisteet hajoavat helposti näissä lämpötiloissa. Ilma-propaaniliekkiä käytetään, kun asetyleenin saamisessa on vaikeuksia; tällainen korvaaminen vaikeuttaa työtä, koska kaupallinen propaani sisältää epäpuhtauksia, jotka saastuttavat liekin. Määritettäessä alkuaineita, jotka muodostavat vaikeasti hajottavia yhdisteitä, käytetään korkean lämpötilan liekkiä (3000-3200 °C, syntyy typpioksidin (1) - asetyleenin seoksesta. Tällainen liekki on välttämätön määritettäessä alumiinia, berylliumia, pii, vanadiini ja molybdeeni. Arseenin ja seleenin hydrideiksi muunnetun määrittämiseen tarvitaan pelkistävä liekki, joka muodostuu polttamalla vetyä argon-ilma-seoksessa. Elohopea määritetään (liekitön menetelmä "koska se voi esiintyä höyrytilassa ja huoneenlämmössä.
Samanlaisia asiakirjoja
Teollisessa tuotannossa käytettävien ja ympäristön saastumisen lähteenä olevien raskasmetallien ja niiden yhdisteiden fysikaaliset ja kemialliset ominaisuudet: kromi, mangaani, nikkeli, kadmium, sinkki, volframi, elohopea, tina, lyijy, antimoni, molybdeeni.
tiivistelmä, lisätty 13.3.2010
Raskasmetallipitoisuuden määritys tuotantojätteestä. Atomiabsorptiospektrometrian periaatteet. Näytteen valmisteluvaatimukset. Spektrometrin laite, asennusjärjestys. Kalibrointiliuosten valmistelu, tutkimus.
lukukausityö, lisätty 9.3.2016
Raskasmetallien ja maatalousmaisemien käsite. Pääasialliset syyt metallien esiintymiseen korkeina pitoisuuksina maaperässä, minkä seurauksena niistä tulee ympäristölle haitallisia. Raskasmetallien biogeokemialliset kierrot: lyijy, kadmium, sinkki, nikkeli.
tiivistelmä, lisätty 15.3.2015
Metallien määritysmenetelmät. Raskasmetallien kemiallinen spektrimääritys luonnonvesistä. Metallipitoisuuden määritys jätevedestä, näytteen esikäsittely metallien määrityksessä. Menetelmät metallien rinnakkaiselon muotojen määrittämiseksi.
lukukausityö, lisätty 19.1.2014
Atomifluoresenssianalyysi. Röntgenfluoresenssi. Sähkökemialliset analyysimenetelmät. strippaus voltammetria. polarografinen menetelmä. Lyijyn ja sinkin pitoisuuden määritys yhdestä näytteestä. Sinkkipitoisuuden määritys ditisonimenetelmällä.
lukukausityö, lisätty 11.5.2016
Metallien yleiset ominaisuudet. Määritelmä, rakenne. Yleiset fysikaaliset ominaisuudet. Menetelmät metallien saamiseksi. Kemiallisia ominaisuuksia metallit. Metallien seokset. Pääalaryhmien elementtien ominaisuudet. Siirtymämetallien karakterisointi.
tiivistelmä, lisätty 18.5.2006
Ominaisuudet, luokitus ja kemialliset emäkset testijärjestelmät. Keinot ja tekniikat erilaisten ympäristöobjektien analysointiin testijärjestelmien avulla. Koboltti-ionien määritys liuoksista kolorimetrisellä menetelmällä, kupari-ionien konsentraatio.
opinnäytetyö, lisätty 30.5.2007
Raudan ja muiden raskasmetallien kemiallinen vaikutus ihmisiin. Gravimetriset ja titrimetriset menetelmät, potentiometria, voltammetria, kulometria, elektrogravimetria, atomiemissiospektroskopia, fotometriset ja luminesenssianalyysit.
lukukausityö, lisätty 12.8.2010
Raskasmetallipitoisuuden, fosforin ja pelkistysaineiden kokonaispitoisuuden määrittäminen vesissä ja rannikon kasveissa. Kaupunkien ilmansaasteiden taso. Näytteenotto sorbenttia varten ja sen jälkeen lämpödesorptio suoraan kromatografihaihduttimessa.
opinnäytetyö, lisätty 18.7.2011
Metalliatomien rakenne. Metallien asema jaksollisessa järjestelmässä. Metalliryhmät. Fyysiset ominaisuudet metallit. Metallien kemialliset ominaisuudet. Metallien korroosio. Seosten käsite. Menetelmät metallien saamiseksi.
Raskasmetallit ovat biokemiallisesti aktiivisia alkuaineita, jotka pääsevät orgaanisten aineiden kiertoon ja vaikuttavat pääasiassa eläviin organismeihin. Raskasmetalleja ovat esimerkiksi lyijy, kupari, sinkki, kadmium, nikkeli, koboltti ja monet muut.
Raskasmetallien kulkeutuminen maaperässä riippuu ennen kaikkea alkali-happo- ja redox-olosuhteista, jotka määräävät maaperän geokemiallisten olosuhteiden monimuotoisuuden. Tärkeä rooli raskasmetallien kulkeutumisessa maaprofiilissa on geokemiallisilla esteillä, jotka joissakin tapauksissa lisäävät, toisissa heikentävät (säästökyvyn vuoksi) maaperän vastustuskykyä raskasmetallien saastumiselle. Jokaisen geokemiallisen esteen kohdalla viipyy tietty ryhmä kemiallisia alkuaineita, joilla on samanlaiset geokemialliset ominaisuudet.
Tärkeimpien maanmuodostusprosessien erityispiirteet ja vesitilan tyyppi määräävät raskasmetallien jakautumisen maaperässä: kerääntymisen, säilymisen tai poistumisen. Tunnistettiin maaryhmiä, joissa raskasmetalleja kertyi eri puolille maaprofiilia: pinnalla, yläosassa, keskellä, kahdella maksimilla. Lisäksi tunnistettiin vyöhykkeen maaperää, joille on ominaista profiilin sisäisen kryogeenisen säilytyksen aiheuttama raskasmetallipitoisuudet. Erityisen ryhmän muodostavat maaperät, joissa liuotusolosuhteissa ja ajoittain liukenevissa olosuhteissa raskasmetallit poistetaan profiilista. Raskasmetallien profiilin sisäinen jakelu on hyvin tärkeä arvioida maaperän saastumista ja ennustaa saasteiden kertymisen voimakkuutta niihin. Raskasmetallien profiilin sisäisen jakautumisen ominaisuutta täydentää maaperän ryhmittely sen mukaan, kuinka voimakas ne osallistuvat biologiseen kiertokulkuun. Kaiken kaikkiaan erotetaan kolme asteikkoa: korkea, kohtalainen ja heikko.
Raskasmetallien kulkeutumisen geokemiallinen tilanne jokien tulvatasantojen maaperässä on erikoinen, missä kastelun lisääntyessä kemiallisten alkuaineiden ja yhdisteiden liikkuvuus lisääntyy merkittävästi. Geokemiallisten prosessien spesifisyys tässä johtuu ennen kaikkea redox-olosuhteiden muutoksen voimakkaasta kausiluonteisuudesta. Tämä johtuu jokien hydrologisen järjestelmän erityispiirteistä: kevättulvien kestosta, syystulvien olemassaolosta tai poissaolosta sekä matalavesijakson luonteesta. Tulvaterassien tulvaveden kesto määrittää joko oksidatiivisten (lyhytaikainen tulva) tai redox (pitkäaikainen tulva) olosuhteiden vallitsevuuden.
Peltomaat altistuvat suurimmalle alueelliselle teknogeeniselle vaikutukselle. Pääasiallinen saastelähde, jonka kanssa jopa 50 % joutuu peltomaalle kaikki yhteensä raskasmetallit, - fosfaattilannoitteet. Peltomaan mahdollisen saastumisasteen määrittämiseksi tehtiin maaperän ominaisuuksien ja saasteominaisuuksien kytkentäanalyysi: huomioitiin maaperän humuspitoisuus, humuskoostumus ja hiukkaskokojakauma sekä emäksiset happamat olosuhteet. Tiedot raskasmetallien pitoisuuksista eri syntyperäisten esiintymien fosforiitteissa mahdollistivat niiden keskimääräisen pitoisuuden laskemisen ottaen huomioon eri alueiden peltomalle levitetyt likimääräiset lannoiteannokset. Maaperän ominaisuuksien arviointi korreloi agrogeenisen kuormituksen arvojen kanssa. Kumulatiivinen kokonaisarviointi muodosti perustan mahdollisen maaperän raskasmetallipitoisuuden määrittämiselle.
Vaarallisimpia raskasmetallien saastumisasteen suhteen ovat multi-humusiset, savi-savumaat, joissa on ympäristön emäksinen reaktio: tummanharmaa metsämaa ja tumma kastanjamaa, jolla on korkea kertyvyys. Moskovan ja Brjanskin alueille on myös ominaista lisääntynyt maaperän raskasmetallien saastuminen. Sota-podzolisten maaperän tilanne ei edistä raskasmetallien kertymistä tänne, mutta näillä alueilla teknogeeninen kuormitus on korkea eikä maaperällä ole aikaa "itsepuhdistua".
Maaperän ekologinen ja toksikologinen raskasmetallipitoisuuden arviointi osoitti, että 1,7 % maatalousmaasta on vaaraluokan I (erittäin vaarallinen) aineilla ja 3,8 % - vaaraluokan II (kohtalaisen vaarallinen) aineilla. Maaperän raskasmetalli- ja arseenipitoisuudet ylittävät normit havaittiin Burjatian tasavallassa, Dagestanin tasavallassa, Mordvan tasavallassa, Tyvan tasavallassa, Krasnojarskin ja Primorskin alueilla, Ivanovossa, Irkutskissa, Kemerovossa ja Kostromassa , Murmansk, Novgorod, Orenburg, Sahalin, Chita alueet.
Maaperän paikallinen saastuminen raskasmetalleilla liittyy ensisijaisesti suuriin kaupunkeihin ja. Raskasmetallikompleksin aiheuttaman maaperän saastumisriskin arviointi suoritettiin kokonaisindikaattorin Zc mukaan.
Cr(VI)- ja Cr(III)-yhdisteillä on lisääntyneitä määriä syöpää aiheuttavia ominaisuuksia. Cr(VI)-yhdisteet ovat vaarallisempia.
Se pääsee luonnollisiin vesiin kivien ja mineraalien (sfaleriitti, sinsiitti, goslariitti, smithsoniitti, kalamiini) luonnollisten tuhoutumis- ja liukenemisprosessien seurauksena sekä malminjalostuslaitosten ja galvanointilaitosten jäteveden, pergamenttipaperin ja mineraalimaalien tuotannon seurauksena. , viskoosikuitu ja muut
Vedessä se esiintyy pääasiassa ionisessa muodossa tai mineraali- ja orgaanisten kompleksien muodossa. Joskus sitä esiintyy liukenemattomissa muodoissa: hydroksidin, karbonaatin, sulfidin jne. muodossa.
Jokivesillä sinkin pitoisuus vaihtelee yleensä välillä 3 - 120 µg/dm 3 , merivesissä - 1,5 - 10 µg/dm 3 . Pitoisuus malmissa ja erityisesti kaivosvesissä, joissa pH-arvo on alhainen, voi olla merkittävä.
Sinkki on yksi aktiivisista hivenaineista, jotka vaikuttavat organismien kasvuun ja normaaliin kehitykseen. Samaan aikaan monet sinkkiyhdisteet, pääasiassa sen sulfaatti ja kloridi, ovat myrkyllisiä.
MPC Zn 2+:ssa on 1 mg / dm 3 (haitallisuuden raja-indikaattori - organoleptinen), MPC vr Zn 2+ - 0,01 mg / dm 3 (haitallisuuden rajoittava merkki - toksikologinen).
Raskasmetallit ovat vaarallisuudessa jo toisella sijalla, antaen periksi torjunta-aineille ja selvästi edellä sellaisia tunnettuja saasteita kuin hiilidioksidi ja rikki, mutta ennusteen mukaan niistä tulee vaarallisimpia, vaarallisimpia kuin ydinvoimalaitosjätteet ja kiinteät aineet. jätettä. Raskasmetallien aiheuttama saastuminen liittyy niiden laajaan käyttöön teollisessa tuotannossa sekä heikkoja järjestelmiä puhdistus, jonka seurauksena raskasmetallit pääsevät ympäristöön, mukaan lukien maaperään, saastuttavat ja myrkyttävät sitä.
Raskasmetallit ovat ensisijaisia saasteita, joiden seuranta on pakollista kaikissa ympäristöissä. Erilaisissa tieteellisissä ja soveltavissa töissä kirjoittajat tulkitsevat termin "raskasmetallit" merkitystä eri tavoin. Joissakin tapauksissa raskasmetallien määritelmä sisältää alkuaineita, jotka ovat hauraita (esimerkiksi vismutti) tai metalloideja (esimerkiksi arseeni).
Maaperä on tärkein väliaine, johon raskasmetallit pääsevät, myös ilmakehästä ja vesiympäristö. Se toimii myös pinta-ilman ja vesien toissijaisen saastumisen lähteenä, joka tulee siitä Maailman valtamereen. Kasvit imevät raskasmetalleja maaperästä, ja ne pääsevät sitten paremmin järjestäytyneiden eläinten ravintoon.
3.3. lyijymyrkytys
Tällä hetkellä lyijyllä on ensimmäinen paikka teollisuusmyrkytysten aiheuttajista. Tämä johtuu sen laajasta soveltamisesta eri teollisuudenaloilla. Lyijymalmityöntekijät altistuvat lyijylle lyijysulatoissa, akkujen valmistuksessa, juottamisessa, painotaloissa, kristallilasin tai keraamisten tuotteiden, lyijypitoisen bensiinin, lyijymaalien jne. valmistuksessa. Ilman, maaperän ja maaperän lyijy saastuminen vesi tällaisten teollisuudenalojen läheisyydessä sekä suurten moottoriteiden lähellä aiheuttaa lyijymyrkytysuhan näillä alueilla asuvalle väestölle ja ennen kaikkea lapsille, jotka ovat herkempiä raskasmetallien vaikutuksille.
On valitettavaa, että Venäjällä ei ole yleistä politiikkaa lainsäädännöstä, sääntelystä ja taloudellinen sääntely lyijyn vaikutus ympäristöön ja kansanterveyteen, vähentää lyijyn ja sen yhdisteiden päästöjä (päästöt, jätteet) ympäristöön, lopettaa kokonaan lyijyä sisältävän bensiinin tuotanto.
Johtuen äärimmäisen epätyydyttävästä koulutustyöstä, jonka tarkoituksena on selittää väestölle raskasmetallialtistuksen vaaran astetta ihmiskeholle, Venäjällä lyijyn kanssa ammatillisesti kosketuksissa olevien joukkojen määrä ei vähene, vaan kasvaa vähitellen. Kroonisia lyijymyrkytystapauksia on todettu Venäjällä 14 toimialalla. Johtavia toimialoja ovat sähköteollisuus (akkujen valmistus), instrumentointi, painatus ja värimetallurgia, joissa päihtymyksen aiheuttaa työalueen ilman suurimman sallitun lyijypitoisuuden (MAC) ylitys 20 tai useamman kerran.
Merkittävä lyijyn lähde on autojen pakokaasut, sillä puolet Venäjästä käyttää edelleen lyijyllistä bensiiniä. Metallurgiset laitokset, erityisesti kuparisulatto, ovat kuitenkin edelleen suurin ympäristön saastumisen lähde. Ja täällä on johtajia. Sverdlovskin alueella on maan kolme suurinta lyijypäästöjen lähdettä: Krasnouralskin, Kirovogradin ja Revdan kaupungeissa.
Stalinin teollistumisen vuosina rakennetun Krasnouralskin kuparisulaton savupiiput, joissa on käytetty laitteita vuodelta 1932, roiskuvat vuosittain 150-170 tonnia lyijyä 34 000 asukkaan kaupunkiin peittäen kaiken lyijypölyllä.
Lyijyn pitoisuus Krasnouralskin maaperässä vaihtelee välillä 42,9 - 790,8 mg/kg ja suurin sallittu pitoisuus MPC = 130 mikronia/kg. Vesinäytteet naapurikylän vesistöön. Oktyabrsky, jota syötti maanalainen vesilähde, kirjasi ylimääräisen MPC:n jopa kaksi kertaa.
Lyijyllä on vaikutusta ihmisten terveyteen. Lyijyaltistus häiritsee naisten ja miesten lisääntymisjärjestelmiä. Raskaana oleville ja hedelmällisessä iässä oleville naisille veren kohonnut lyijypitoisuus on erityisen vaarallinen, sillä lyijy häiritsee kuukautisten toimintaa, useammin tapahtuu ennenaikaisia synnytyksiä, keskenmenoja ja sikiökuolemia lyijyn tunkeutumisesta istukan läpi. Vastasyntyneiden kuolleisuus on korkea.
Lyijymyrkytys on erittäin vaarallista pienille lapsille - se vaikuttaa aivojen ja hermoston kehitykseen. 165 Krasnouralskin yli 4-vuotiaan lapsen testaus paljasti merkittävän henkisen jälkeenjääneisyyden 75,7 %:lla ja 6,8 %:lla tutkituista lapsista todettiin kehitysvammaisuus, mukaan lukien henkinen jälkeenjääneisyys.
Esikouluikäiset lapset ovat herkimpiä lyijyn haitallisille vaikutuksille, koska heidän hermostonsa ovat vielä kehitysvaiheessa. Jo pienillä annoksilla lyijymyrkytys aiheuttaa älyllisen kehityksen, huomion ja keskittymiskyvyn heikkenemistä, viivettä lukemisessa, johtaa aggressiivisuuden, yliaktiivisuuden ja muiden ongelmien kehittymiseen lapsen käyttäytymisessä. Nämä kehityshäiriöt voivat olla pitkäaikaisia ja peruuttamattomia. Alhainen syntymäpaino, kitukasvuisuus ja kuulon menetys ovat myös seurausta lyijymyrkytyksestä. Suuret päihdeannokset johtavat henkiseen jälkeenjääneisyyteen, koomaan, kouristukseen ja kuolemaan.
Venäläisten asiantuntijoiden julkaisemassa valkoisessa kirjassa kerrotaan, että lyijysaasteet kattavat koko maan ja ovat yksi monista entisen Neuvostoliiton ympäristökatastrofeista, jotka ovat tulleet julkisuuteen viime vuosina. Suurin osa Venäjän alueesta kärsii lyijylaskeumasta, joka ylittää ekosysteemin normaalin toiminnan kriittisen arvon. Kymmenissä kaupungeissa on ylimääräisiä lyijypitoisuuksia ilmassa ja maaperässä MPC:tä vastaavien arvojen yläpuolella.
Korkein lyijyn aiheuttama ilmansaaste, joka ylitti MPC:n, havaittiin Komsomolsk-on-Amur, Tobolsk, Tjumen, Karabash, Vladimir ja Vladivostok kaupungeissa.
Hajoamiseen johtavat suurimmat lyijyn laskeumakuormitukset maan ekosysteemit, havaitaan Moskovan, Vladimirin, Nižni Novgorodin, Ryazanin, Tulan, Rostovin ja Leningradin alueilla.
Kiinteät lähteet vastaavat yli 50 tonnin lyijypäästöistä eri yhdisteiden muodossa vesistöihin. Samaan aikaan 7 akkutehdasta kaataa vuosittain 35 tonnia lyijyä viemäriverkostoon. Analyysi lyijypäästöjen jakautumisesta vesistöihin Venäjän alueella osoittaa, että Leningradin, Jaroslavlin, Permin, Samaran, Penzan ja Oryolin alueet ovat johtavia tämäntyyppisissä kuormissa.
Maa tarvitsee kiireellisiä toimenpiteitä lyijypäästöjen vähentämiseksi, mutta toistaiseksi Venäjän talouskriisi varjostaa ympäristöongelmat. Pitkään jatkuneen teollisen laman aikana Venäjällä ei ole varoja aiemman saastumisen puhdistamiseen, mutta jos talous alkaa elpyä ja tehtaat palaavat töihin, saastuminen voi vain pahentua.
10 entisen Neuvostoliiton saastuneinta kaupunkia
(Metallit on lueteltu tietyn kaupungin prioriteettitason mukaan laskevassa järjestyksessä)
| 1. Rudnaya Pristan (Primor. Territory) | lyijy, sinkki, kupari, mangaani + vanadiini, mangaani. |
| 2. Belovo (Kemerovon alue) | sinkki, lyijy, kupari, nikkeli. |
| 3. Revda (Sverdlovskin alue) | kupari, sinkki, lyijy. |
| 4. Magnitogorsk | nikkeli, sinkki, lyijy. |
| 5. Deep (Valko-Venäjä) | kupari, lyijy, sinkki. |
| 6. Ust-Kamenogorsk (Kazakstan) | sinkki, kupari, nikkeli. |
| 7. Dalnegorsk (Primorskyn alue) | lyijyä, sinkkiä. |
| 8. Monchegorsk (Murmanskin alue) | nikkeli. |
| 9. Alaverdi (Armenia) | kupari, nikkeli, lyijy. |
| 10. Konstantinovka (Ukraina) | lyijyä, elohopeaa. |
4. Maaperän hygienia. Jätehuolto.
Kaupunkien ja muiden taajamien ja niiden ympäristön maaperä on pitkään ollut erilainen kuin luonnollinen, biologisesti arvokas maa, jolla on tärkeä rooli ekologisen tasapainon ylläpitäjänä. Kaupunkien maaperään kohdistuu samoja haitallisia vaikutuksia kuin kaupungin ilmaan ja hydrosfääriin, joten sen merkittävää huononemista tapahtuu kaikkialla. Maaperän hygieniaa ei anneta tarpeeksi huomiota, vaikka sen merkitys yhtenä biosfäärin (ilma, vesi, maaperä) pääkomponenteista ja biologisena ympäristötekijänä on vieläkin merkittävämpi kuin vesi, sillä jälkimmäisen määrän (ensisijaisesti pohjaveden laadun) määrää valtio. maaperästä, ja näiden tekijöiden erottaminen toisistaan ystävä on mahdotonta. Maaperällä on biologinen itsepuhdistuskyky: maaperässä tapahtuu siihen pudonneiden jätteiden halkeamista ja niiden mineralisoitumista; lopulta maaperä kompensoi kadonneita mineraaleja heidän kustannuksellaan.