Методики определения тяжелых металлов почве

Тяжёлые металлы – это загрязняющие вещества, мониторинг которых имеет важное значение, как для городских экосистем в целом, так и для отдельных организмов. Развитая промышленность, активное увеличение транспортных потоков и накопление неутилизированных коммунально-бытовых отходов могут способствовать росту содержания тяжелых металлов в городских почвах.

Это одна из важнейших проблем не только мегаполисов, но и небольших населенных пунктов, поскольку быстрое самоочищение почв от такого загрязнения практически невозможно.

В почве тяжелые металлы могут содержаться в различных формах: в составе разных органических веществ, в кристаллической решетке минералов, в солевой и окисной форме, в ионообменном состоянии и в растворимой форме в почвенном растворе.

Опасность повышенного содержания тяжелых металлов в почве заключается в том, что они могут мигрировать в грунтовые воды, взаимодействовать с почвенными компонентами, ухудшая плодородие почвы, снижать численность микроорганизмов, накапливаться в растениях, а затем, по пищевой цепи, поступать в организмы животных и человека.

Именно поэтому сбор урожая плодов или трав в пределах городской черты и употребление их в пищу может быть опасно для здоровья. Также потенциальную угрозу для человека может нести уличная пыль, содержащая повышенное концентрации вредных веществ, попадая в лёгкие при вдыхании, и для растений – оседая на них, подавляет процессы фотосинтеза и транспирации.

При сильном загрязнении почвы солями таких тяжелых металлов как медь, цинк, свинец может наблюдаться гибель растительности. По данным доклада «О состоянии окружающей среды в городе Москве в 2019 году», опубликованного на сайте Департамента Природопользования и Охраны Окружающей Среды г. Москвы за период наблюдений 2015-2019 гг.

было выявлено, что валовое содержание тяжелых металлов в почве г. Москвы снижается, наиболее заметно уменьшился уровень загрязнения почв свинцом. Однако, сравнительно повышенный уровень содержания тяжелых металлов отмечен в ЦАО, ЮВАО и ЮАО.

Основной вклад в формирование высокого уровня загрязнения почв на этих территориях внесло присутствие высоких валовых содержаний меди, цинка, свинца, кадмия. В основном, эти превышения приурочены к промышленным зонам и автомобильным магистралям.

Лаборатория санитарно-эпидемиологического и радиационного контроля ГБУ «Центр экспертиз, испытаний и исследований в строительстве» по заказу Комитета государственного строительного надзора города Москвы осуществляет оценку качества почв (грунтов) на содержание тяжелых металлов на строительных объектах в столице.

Оценка проводится на этапе благоустройства и озеленения территории, при вводе объекта в эксплуатацию. Измерения массовой доли металлов в почве производится в отобранных образцах с использованием вакуумного рентгенофлуоресцентного спектрометра «Спектроскан МАКС-GVM».

Методика, используемая лабораторией в рамках государственных проверок, позволяет определять валовые концентрации таких элементов, как ванадий, хром, марганец, кобальт, никель, медь, цинк, мышьяк, стронций, свинец, магний, алюминий, кремний, фосфор, калий, кальций, железо.

Метод основан на зависимости интенсивности рентгеновского флуоресцентного излучения от содержания элемента в подготовленной пробе. Флуоресцентное излучение возбуждается первичным излучением рентгеновской трубки. Массовую долю компонентов определяют с помощью предварительно построенных градуировочных характеристик, представляющих собой экспериментальную зависимость массовой доли определяемого компонента от аналитического сигнала. Аналитический сигнал представляет собой скорость счета электрических импульсов датчика на линии флуоресцентного излучения, откорректированную на дрейф или фон. Каждый анализ включает два параллельных определения, выполняемых с двумя образцами подготовленной пробы. Пробу подготавливают в несколько этапов: 1) Высушивание материала в сушильном шкафу при t=40 ºС до суховоздушного состояния 2) Предварительное просеивание высушенной пробы через сито 1 мм, отбор 10 г. и дальнейшее измельчение с помощью дискового истирателя до крупности частиц ≤63 мкм.

1) Прессование таблеток в чашечку из борной кислоты.

Борная кислота насыпается пресс-форму и с помощью фигурного пуансона формируется чашечка глубиной не менее 3 мм. Фигурный пуансон вынимается, засыпается материал пробы и запрессовывается гладким пуансоном в таблетку.

Аналогичным образом готовят второй рабочий образец.

Таблетку помещают в обойму, обойму – в спектрометр.

Все измерения и вычисления проводятся с помощью программного обеспечения. При измерениях должны быть соблюдены режимы, выбранные при градуировании спектрометра.

Результаты по каждому определяемому металлу, полученные для первого и второго рабочего образца, усредняют. Среднеарифметическое значение принимают в качестве результата анализа (измерения).

Методы определения тяжелых металлов в почве

Прежде всего, надо понимать, что состав почвы неоднородный, поэтому даже на одном и том же земельном участке почвенные показатели могут сильно различаться в различных его частях. Поэтому нужно брать несколько проб и либо исследовать каждую в отдельности, либо смешивать их в единую массу и брать образец для исследования оттуда.

• Количество методов определения металлов в почве достаточно велико, например, некоторые из них:
• · метод определения подвижных форм.
• · метод определения обменных форм.
• · метод выявления растворимых в кислотах (техногенных) форм.
• · метод валового содержания.
• С помощью данных методик производится процесс вытяжки металлов из почвы. Впоследствии нужно определить процент содержания тех или иных металлов в самой вытяжке, для чего применяются три основных технологии:
• 1) Атомно-абсорбционная спектрометрия.
• 2) Масс-спектрометрия с индуктивно-связанной плазмой.
• 3) Электрохимические методы.
• Прибор для соответствующей технологии выбирается в зависимости от того, какой элемент исследуется, и какая его концентрация предполагается в почвенной вытяжке.
• Спектрометрические методы исследования тяжелых металлов в почве
• 1) Атомно-абсорбционная спектрометрия.

Проба грунта растворяется в специальном растворителе, после чего реагент связывается с определенным металлом, выпадает в осадок, высушивается и прокаливается, чтобы вес стал постоянным. Затем производится взвешивание с использованием аналитических весов.

К недостаткам этого метода относится значительное количество времени, требуемое на анализ, и высокий уровень квалификации исследователя.

2) Атомно-абсорбционная спектрометрия с плазменной атомизацией.

Это более распространенный метод, позволяющий определить сразу несколько различных металлов за один прием. Также отличается точностью. Суть метода заключается в следующем: пробу нужно перевести в газообразное атомное состояние, затем анализируется степень поглощения атомами газов излучения — ультрафиолетового или видимого.

1. Электрохимические методы исследования тяжелых металлов в почве
2. Подготовительный этап заключается в растворении образца почвы в водном растворе. В дальнейшем применяются такие технологии определения в нем тяжелых металлов:
3. · Вольтамперометрический анализ — основан на измерении тока как функции приложенной известной разности потенциалов и концентрации раствора;
4. · Кондуктометрический анализ — основан на измерении электрической проводимости растворов как функции их концентрации;
5. · Кулонометрический анализ- основан на измерении количества электричества, прошедшего через раствор, как функции его концентрации;
6. Фотометрический метод

Определение основано на извлечение ртути из почвы с использованием трубки Пемфильда с последующим фотометрическим анализом соединения ртути с дитизоном. Нижний предел обнаружения 1 мг/кг почвы, точность измерения +- 25% измеряемые концентрации 1-20 мг/кг почвы. Метод специфичен.

Ход анализа: почву высушивают до воздушно-сухого состояния. смешивают 1 г почвы с 0,25 г диоксида свинца и через воронку с оттянутым концом вносят в нижний шарик трубки Пемфильда. Пробу нагревают сначала в коптящем, а затем в окислительном пламени до красного каления. Трубка находится под углом 10-15 градусов. Продолжительность отгонки ртути 5-6 мин.

Затем шарик оплавляют и в запаяный конец трубки наливают 1 мл азотной кислоты пл. 1,4 г/см3. Оставляют на несколько минут, затем сливают раствор в делительную воронку. Ополаскивают несколько раз трубку 18 мл воды. К раствору добавляют по каплям 0,1 н. раствор перманганата калия до появления розовой окраски, которую устраняют, добавляя 1каплю 3%-ного раствора пероксида водорода.

Смесь перемешивают и добавляют 1мл

1%-ного раствора ЭДТА и 4 мл 20%-ного раствора сульфита натрия. После перемешивания к раствору добавляют 4 мл 0,0005%-ного раствора дитизона в хлороформе. Смесь встряхивают 1 мин.

Хлороформный экстракт переносят в пробирку и измеряют оптическую плотность при λ=490 нм. Содержание ртути в пробе находят по градировочному графику.

Одновременно с определением ртути определяется влажность, которая учитывается при пересчете результатов на сухую почву.

• Определения содержания ртути методом беспламенной атомно­ абсорбционной спектрофотометрии (метод «холодного пара»).
• Диапазон измерений содержания ртути: от 0,1 мкг/г до 5,0 мкг/г при навеске 0,2 — 0,3 г и разведении конечного раствора до 100 см3 (диапазон со­ держания ртути для растворов 0,2 — 10 мкг/дм3).
• Если определяемые концентрации превышают верхний предел, указанный в МВИ, следует уменьшить величину навески или увеличить разбавление конечного раствора.

Анализ содержания тяжелых металлов в почве

Тяжелые металлы относятся к самым токсичным и опасным веществам, оказывающим крайне негативное воздействие на здоровье людей и окружающую среду. Загрязнение почвы тяжелыми металлами ведет к ухудшению ее качества, сужению возможностей хозяйственного использования.

Каждая организация или предприниматель, использующие или планирующие использовать почву в экономической или иной деятельности, должны исследовать ее на предмет содержания вредных веществ.

Анализ почвы на содержание тяжелых металлов позволяет оценить степень ее безопасности, подтвердить соблюдение хозяйствующим субъектом требований экологического законодательства, помогает принять верные управленческие решения.

Тяжелые металлы поступают в окружающую среду в основном в результате деятельности человека. Источниками загрязнения становятся:

• выбросы предприятий – преимущественно тяжелой промышленности;
• сжигание топлива и горючих ископаемых;
• гидрогенное загрязнение от поступления промышленных сточных вод в водоемы;
• внесение комплексных удобрений, мелиорантов, средств защиты растений;
• отвалы золы, шлака, руд, шламов;
• разливы нефти и нефтепродуктов;
• свалки ТБО.

Распространение тяжелых металлов зависит от источника, метеорологических условий, направления ветра, рельефа местности, особенностей вещества. ПДК металлов в почве устанавливаются с учетом фоновых концентраций. В некоторых случаях за предельно допустимую концентрацию принимают самое высокое содержание тяжелых металлов, наблюдаемое в незагрязненных почвах.

Оценка степени загрязнения почв тяжелыми металлами необходима:

• для определения пригодности почвы для того или иного вида деятельности, городского озеленения, рекультивации;
• оценки воздействия предприятия на природные объекты;
• установления стоимости земельного участка;
• разработки мероприятий по оздоровлению почвы;
• перевода земель из одной категории в другую при изменении их целевого назначения.

Лабораторные анализы позволяют оценить состояние почвенного покрова, его экологическую безопасность, уровень загрязнения. Результаты используются для принятия решений по использованию земельного участка, восстановлению почвы.

К тяжелым металлам относят 58 элементов с атомной массой более 50. По степени опасности они подразделяются на 4 класса:

1. Высокоопасные – мышьяк, кадмий, ртуть, селен, свинец, цинк, фтор.
2. Умеренноопасные – бор, кобальт, никель, молибден, медь, хром, сурьма.
3. Малоопасные – барий, ванадий, вольфрам, марганец, стронций.

Стандартный анализ почвы на содержание тяжелых металлов определяет концентрацию свинца, кадмия, ртути, меди, никеля, цинка, мышьяка (мг/кг). Перечень веществ может быть расширен в зависимости от цели исследования и специфики предприятия.

Исследование почвы на содержание тяжелых металлов проводят не реже 1 раза в 3 года, на территориях дошкольных учреждений, школ, лечебных учреждений, рекреационных зон – дважды в год: в теплый и холодный сезон.

Образцы почв отбирают в районах воздействия источников загрязнения согласно требованиям ГОСТ 17.4.4.02-2017г. Места пробоотбора намечают с применением системы концентрических окружностей и «метода конверта».

Инструменты, используемые при отборе проб, должны быть изготовлены из инертных к действию образцов и реагентов материалов, иметь гладкую, легко очищаемую поверхность.

Не допускается использование оцинкованных и эмалированных емкостей, окрашенных инструментов. Образцы для анализа содержания тяжелых металлов отбираются почвенным буром или лопатой, запаковываются в мешочки из натуральной ткани. После транспортировки в лабораторию пробы немедленно просушивают.

Выделяют 3 основных группы аналитических методов определения тяжелых металлов в почве:

• Электрохимические – потенциометрия, кондуктометрия, вольтамперометрия.
• Экстракционно-фотометрические – спектрофотометрия, атомно-абсорбционная спектроскопия, колориметрия.
• Тонкослойная хроматография – физико-химический метод, позволяющий обнаружить искомое вещество в ничтожно малых количествах.

Для анализа почв на тяжелые металлы используют оборудование с высокой абсолютной чувствительностью и возможностью идентификации и количественного определения токсичных форм веществ. Средства измерения подготавливают к работе согласно руководству по эксплуатации и аттестованной методике измерений. По окончанию исследования составляют протокол.

Наши преимущества

Группа компаний «Лаборатория» проводит лабораторные анализы на содержание тяжелых металлов в почве с использованием высокоточного оборудования и аттестованных методик.

Мы располагаем всеми необходимыми ресурсами для выполнения задач любой сложности. Наша команда работает быстро, качественно, подтверждением чему служит постоянное увеличение числа постоянных клиентов. Нам доверяют крупнейшие компании страны.

Чтобы сделать заказ, оставьте заявку на сайте или позвоните по номеру 8(800) 700-50-24.

Качественное определение ионов тяжелых металлов в почве во внеурочных занятиях

Кабанова, И. Е. Качественное определение ионов тяжелых металлов в почве во внеурочных занятиях / И. Е. Кабанова. — Текст : непосредственный // Молодой ученый. — 2017. — № 51 (185). — С. 280-282. — URL: https://moluch.ru/archive/185/47387/ (дата обращения: 22.07.2022).



В школьной программе и программах средних и высших учебных заведений обучение предмета химии занимает важное место, так как в повседневной жизни мы постоянно сталкиваемся с различными химическими процессами, происходящими в природе или быту.

Но для того, чтобы понять природу и значение этих процессов, необходимо не просто хорошо выучить тему, а провести химический эксперимент, который определяется путем проведения всевозможных опытов, что и предполагает, собственно, предмет химия.

Химический эксперимент помогает вызвать интерес к предмету, научить наблюдать процессы, освоить приемы работы, сформировать практические навыки и умения.

В сочетании с техническими средствами обучения он способствует более эффективному овладению знаниями, умениями и навыками.

Систематическое использование на уроках химии эксперимента поможет развить умения наблюдать явления и объяснять их сущность в свете изученных теорий и законов, сформировать экспериментальные умения и навыки.

Я остановила свое внимание на данной теме, так как, наша почва богата химическими элементами. Одни из которых приносят пользу организму человека, а другие — вред.

Поэтому, я считаю, что каждый из нас должен знать какое влияние оказывает на нас, на окружающую среду тот или иной химический элемент.

Практическая работа.

Опыт 1. Качественное определение иона Pb2+ впочве.

• Цель: научиться определять ионы Pb2 в почве.
• Реактивы иоборудование: пробы почвы, пробирки, спирт, дистиллированная вода, фильтры, раствор родизоната натрия (Na2C6O6).
• Последовательность выполнения опыта.

1. Измельчить собранную почву.
2. Подготовить водную вытяжку; определить химические элементы в почве, в воде. (В данной водной вытяжке почвы содержатся катионы тяжелых металлов).
3. На лист фильтровальной бумаги нанести несколько капель исследуемого раствора.
4. Добавить 1 каплю свежеприготовленного 0,2 % раствора родизоната натрия.

Выводы по результатам практической работы:

В присутствии ионов свинца образуется синее пятно или кольцо. При добавлении 1 капли буферного раствора синий цвет превращается в красный. Реакция очень чувствительна: обнаруживаемый минимум 0,1 мкг.

Опыт 2.1 Качественное определение ионов общего Feвпочве.

1. Цель: научиться определять ионы общего Fe в почве.
2. Реактивы иоборудование: пробы почвы, пробирки, спирт, дистиллированная вода, фильтры, раствор пероксида водорода(H₂O₂), раствор роданида натрия(KSCN).
3. Последовательность выполнения опыта:

1. Измельчить собранную почву.
2. Подготовить водную вытяжку; определить химические элементы в почве, в воде.
3. В пробирку помещают 10 мл исследуемого раствора, прибавляют 1 каплю концентрированной азотной кислоты.
4. Далее добавляют несколько капель раствора пероксида водорода и примерно 0,5 мл раствора роданида калия.

Вывод по результатам практической работы:

При содержании железа 0,1 мг/л появляется розовое окрашивание, а при более высоком — красное.

Опыт 2.2 Качественное определение ионов Fe2+ впочве.

• Цель: научиться определять ионы Fe2+ в почве.
• Реактивы иоборудование: пробы почвы, пробирки, спирт, дистиллированная вода, фильтры, раствор серной кислоты(H₂SO₄), раствор роданида натрия(KSCN).
• Последовательность выполнения опыта:

1. Измельчить собранную почву.
2. Подготовить водную вытяжку; определить химические элементы в почве, в воде.
3. К 1 мл исследуемой воды добавить 2–3 капли раствора серной кислоты.
4. Следом добавить 2–3 капли раствора роданида натрия.

Вывод по результатам практической работы:

Гексацианоферрат (III) калия, в кислой среде (рН ~ 3) образует с катионом Fe осадок турнбулевой сини темно-синего цвета.

Опыт 2.3 Качественное определение ионов Fe3+ впочве.

1. Цель: научиться определять ионы Fe3+ в почве.
2. Реактивы иоборудование: пробы почвы, пробирки, спирт, дистиллированная вода, фильтры, раствор соляной кислоты(HCl), раствор роданида натрия(KSCN).
3. Последовательность выполнения опыта:

1. Измельчить собранную почву.
2. Подготовить водную вытяжку; определить химические элементы в почве, в воде.
3. К 1 мл исследуемой воды прибавить 1–2 капли раствора соляной кислоты.
4. Далее добавить 2 капли раствора роданида натрия.

• Вывод по результатам практической работы:
• Гексацианоферрат (II) калия в слабокислой среде с катионом
• Fe образует темно-синий осадок берлинской лазури.

Опыт 3. Качественное определение ионов Mn2+ впочве.

1. Цель: научиться определять ионы Mn2+ в почве.
2. Реактивы иоборудование: пробы почвы, пробирки, спирт, дистиллированная вода, фильтры, 25 % раствор азотной кислоты, 2 % раствор нитрата серебра AgNO₃, 0,5 г персульфата аммония((NH₄)₂S₂O₈)), диоксид свинца(PbO₂).
3. Последовательность выполнения опыта:

1. Измельчить собранную почву.
2. Подготовить водную вытяжку; определить химические элементы в почве, в воде.
3. В колбу помещают 25 мл исследуемой воды, подкисляют несколькими каплями 25 %-ной азотной кислоты.
4. Далее прибавляют по каплям 2 %-ный раствор нитрата серебра до тех пор, пока продолжается помутнение.
5. Затем вводят 0,5 г персульфата аммония или несколько кристалликов диоксида свинца, нагревают до кипения.

Вывод по результатам практической работы:

В присутствии марганца при концентрации 0,1 мг/л и выше появляется бледно-розовая окраска.

Опыт 4. Качественное определение ионов Cu2+ впочве.

• Цель: научиться определять ионы Cu2+ в почве.
• Реактивы иоборудование: пробы почвы, пробирки, спирт, дистиллированная вода, фильтры, концентрированный раствор аммиака (NH4OH).
• Последовательность выполнения опыта:

1. Измельчить собранную почву.
2. Подготовить водную вытяжку; определить химические элементы в почве, в воде.
3. В фарфоровую чашку поместить 3–5 мл исследуемой воды, осторожно выпарить досуха.
4. На периферийную часть пятна нанести каплю концентрированного раствора аммиака.

1. Вывод по результатам практической работы:
2. Появление интенсивно синей или фиолетовой окраски свидетельствуете присутствии Cu+
3. Выводы по результатам практической работы:
4. Использование химического эксперимента в процессе преподавания поможет учащимся более эффективно освоить учебный материал, улучшить уровень наглядности на уроке.
5. Литература:

1. Вайнштейн Б. М. Практические занятия по химии. М., 1939,- 454с.
2. Назарова Т. С., Грабецкий А. А., Лаврова В. Н. Химический эксперимент в школе (Библиотека учителя химии). М., 1987,-240с.
3. Кристиан, Г. Д. Аналитическая химия в 2-х томах т.1 и т.2 / Г. Д. Кристиан. — М.: Бином. Лаборатория знаний, 2011,-1127с.
4. Иванова, М. А. Аналитическая химия и физико-химические методы анализа: Учебное пособие / М. А. Иванова. — М.: ИЦ РИОР, 2013. — 289 c.

Основные термины (генерируются автоматически): практическая работа, KSCN, водная вытяжка, дистиллированная вода, последовательность выполнения опыта, проба почвы, собранная почва, почва, ион, исследуемая вода.

Анализ содержания тяжелых металлов в почве

Тяжелые металлы являются одними из главных загрязнителей почвы как в городе, так и на прилегающих к городу сельскохозяйственных территориях.

Техногенные нагрузки сильно влияют на почвы вокруг населенных пунктов, для этих почв характерен низкий потенциал к восстановлению плодородия, высокое содержание азота, калия, фосфора и, конечно, накопление токсичных тяжелых металлов, таких как свинец, кадмий, медь, цинк, ртуть и др.

Источники и причины загрязнений тяжелыми металлами

Самыми мощными источниками вредных выбросов, содержащими тяжелые металлы, являются металлургические предприятия, специализирующиеся на выплавке и переработке цветных металлов, например, концентрация свинца, кадмия и др. металлов повышается в сотни раз на прилегающих к таким предприятиям территориях, при этом средняя площадь воздействия подобных промышленных производств составляет до 1000 км2.

Энергетические предприятия также являются источниками выброса огромного количества отходов, содержащих тяжелые металлы.

Другой источник загрязнения тяжелыми металлами – выхлопные газы автомобилей, с ними в окружающую среду, почву попадает значительное количество свинца. Автотранспортные загрязнения одни из самых опасных, они влияют на содержание тяжелых металлов в почве не только рядом с городами, но и везде, где проходят транспортные магистрали.

Некоторые мелиоранты, например, некоторые структурообразователи почвы, вместо улучшения пахотных земель и стимуляции роста растений обогащают почву свинцом, медью, висмутом и т.д.

Для чего выполняют анализ содержания тяжелых металлов в почве

Основные сложности, связанные с наличием тяжелых металлов в почве, обусловлены их миграцией в продукцию сельскохозяйственного производства и сложным устранением влияния этого фактора в силу затратности и трудоемкости мероприятий по очистке почвы. Поэтому анализ почвы на содержание тяжелых металлов позволяет своевременно выявить источники загрязнения для принятия мер по предотвращению или минимизации их влияния.

Итак, для чего нужен анализ почвы на содержание тяжелых металлов:

• Определение источника выброса загрязнений.
• Для инженерно-экологических изысканий с целью строительства различных объектов гражданского и промышленного назначения.
• В случае разработки комплекса мероприятий для улучшения состояния почвы на землях.
• Для определения кадастровой и/или рыночной стоимости земли (состояние земли является одним из параметров, влияющих на цену надела).
• При принятии решений о пригодности почвы для возделывания сельхозкультур под сельскохозяйственные нужды.
• При принятии решений о возможности облагораживать данную местность (озеленять, благоустраивать и т.д.).
• При планировании строительства зданий, использовании систем дренажа и орошения, пересадке растений.
• Для определения пригодности почв для рекультивации, если ранее на них находились захоронения бытовых или промышленных отходов.
• При переводе земель из одной категории в другую в связи с изменением целевого назначения их использования (анализ состава почвы в этом случае проводится в соответствии с требованиями Федерального Закона РФ № 172-ФЗ от 12.12.2004г. «О переводе земель и земельных участков из одной категории в другую»)

Перечень тяжелых металлов устанавливаемых в ходе мероприятий по их выявлению

Выявление загрязнения проводят путем отбора проб почвы на локации, как правило, в нескольких точках исследуемого участка с последующим проведением анализа проб почвы в агрохимической лаборатории.

Во время стандартного анализа почвы определяют концентрацию следующих металлов в валовых формах:

1. Свинец, мг/кг
2. Кадмий, мг/кг
3. Ртуть, мг/кг
4. Медь, мг/кг
5. Никель, мг/кг
6. Мышьяк, мг/кг
7. Цинк, мг/кг

После анализа заполняется протокол, который предоставляется заказчику

Расширенный анализ почвы на содержание тяжелых металлов включает определение валовых и подвижных форм тяжелых металлов и проводится в местах наиболее высокого риска там, где угрожающая экологическая обстановка влияет на здоровье людей и детей в особенности. Это детские и образовательные учреждения, санитарные зоны водоемы и т.д. Расширенное исследование кроме контроля тяжелых металлов включает проверку содержания хлорорганических пестицидов, бензапирена и нефтепродуктов.

Читать курсовая по химии: "Методы определения тяжелых металлов в почве" Страница 1

(Назад) (Cкачать работу)

Функция «чтения» служит для ознакомления с работой.

Разметка, таблицы и картинки документа могут отображаться неверно или не в полном объёме!

Введение Состояние окружающей природной среды является важнейшим фактором, определяющим жизнедеятельность человека и общества.

Высокие концентрации многих химических элементов и соединений, обусловленные техногенными процессами, обнаружены в настоящее время во всех природных средах: атмосфере, воде, почве, растениях.

Почва — особое природное образование, обладающее рядом свойств, присущих живой и неживой природе; состоит из генетически связанных горизонтов (образуют почвенный профиль), возникающих в результате преобразования поверхностных слоев литосферы под совместным воздействием воды, воздуха и организмов; характеризуется плодородием [1].

Почва играет важную роль в круговороте тяжелых металлов, они представляют собой гетерогенные смеси разных органических и органо-минеральных составляющих глинистых минералов, оксидов железа (Fe), алюминия (Al) и марганца (Mn) и других твердых частиц, а также различных растворимых соединений.

Вследствие разнообразия типов почв, их окислительно-восстановительных условий и реакционной способности, механизмы и способы связывания тяжелых металлов в почвах разнообразны.

Тяжелые металлы, в почвах содержаться в различных формах: в кристаллической решетке минералов в виде изоморфной подмеси, в солевой и окисной форме, в составе разных органических веществ, в ионообменном состоянии и в растворимой форме в почвенном растворе.

Следует отметить, что, тяжелые металлы, поступая из почвы в растения и затем в организмы животных и человека, обладают способностью постепенно накапливаться. Наиболее токсичны ртуть, кадмий, свинец, мышьяк, отравление ими вызывает тяжелые последствия. Менее токсичны: цинк и медь, однако загрязнение ими почв подавляет микробиологическую деятельность и снижает биологическую продуктивность.

Тяжёлые металлы уже сейчас занимают второе место по степени опасности, уступая пестицидам и значительно опережая такие известные загрязнители, как двуокись углерода и серы. В перспективе они могут стать более опасными, чем отходы атомных электростанций и твёрдые отходы.

Загрязнение тяжёлыми металлами связано их широким использованием в промышленном производстве. В связи с несовершенными системами очистки тяжёлые металлы попадают в окружающую среду, в том числе в почву, загрязняя и отравляя её.

Тяжёлые металлы относятся к особым загрязняющим веществам, наблюдения за которыми обязательны во всех средах.

В настоящее время в России для оценки загрязнения почв тяжелыми металлами используется как официально одобренные, так и не имеющие официального статуса нормативы. Основное их назначение — не допустить поступления в избыточном количестве антропогенно накапливающихся в почве твердых металлов в организм человека и тем самым избежать их негативного влияния [6].

При определении тяжелых металлов в почвах и почвенных компонентах применяется атомно-абсорбционный анализ почв и различных вытяжек (например, экстрагирование Zn, Си, РЬ,Fe,Ni, которая извлекает из образцов загрязненных почв 70-90 % от валового содержания тяжелых металлов). Метод обладает целым рядом достоинств: хорошая чувствительность, избирательность, достаточно хорошая воспроизводимость результатов, простота выполнения анализов. Он позволяет определить до 70 элементов, обеспечивает предел

Интересная статья: Основы написания курсовой работы

Методы определения тяжелых металлов в почве

Введение

Состояние окружающей природной среды является важнейшим фактором, определяющим жизнедеятельность человека и общества. Высокие концентрации многих химических элементов и соединений, обусловленные техногенными процессами, обнаружены в настоящее время…

Читать полностью…

Литературный обзор

абсорбционный спектроскопия свинец медь
Загрязнение почв
Загрязнителем может быть любой физический агент, химическое вещество и биологический вид, попадающие в окружающую среду или возникающие в ней в количествах, выходящих в рамки своей обычной…

Читать полностью…

Тяжелые металлы в почве

В настоящее время в России для оценки загрязнения почв тяжелыми металлами используется как официально одобренные, так и не имеющие официального статуса нормативы. Основное их назначение — не допустить поступления в избыточном количестве антропогенно…

Читать полностью…

Методы определения тяжелых металлов

На сегодняшний день существуют две группы основных аналитических методов, определяющие наличие тяжелых металлов в почве:
1. Электрохимические
Электрохимические методы классифицируют по природе аналитического сигнала. Так, в ходе анализа можно…

Читать полностью…

Экспериментальная часть

Определение содержания тяжёлых металлов в пробах почв проводили согласно ПНД Ф 16.1:2:2.2.63-09 [12].
Приготовление раствора
Все растворы готовят с использованием бидистиллированной (деионизованной) воды.
Раствор азотной кислоты, объемная доля 0,3%…

Читать полностью…

Обсуждение результатов

Среди множества проблем, стоящих в настоящее время перед человечеством одно из первых мест занимает проблема загрязнения окружающей среды различными химическими веществами — продуктами техногенеза, большая часть которых накапливается в почве. Среди…

Читать полностью…

Экономическое обоснование исследования

Технико-экономическое обоснование исследование дипломной работы
Почва играет важную роль в круговороте тяжелых металлов, они представляют собой гетерогенные смеси разных органических и органо- минеральных составляющих глинистых минералов, оксидов…

Читать полностью…

Расчет накладных расходов

Накладные расходы принимаются в размере 150% от суммы основной и дополнительной заработной платы без начислений в социальные фонды: (20850+2085)*1,5=34402,5
Таблица 4.6 Смета затрат на проведение исследований наименование сумма, руб доля в…

Читать полностью…

Требования к охране труда

Общие сведения
1. Лаборатория должна быть обеспечена водопроводом, канализацией, электричеством, боксами с приточно-вытяжной вентиляцией с механическим побуждением, центральным отоплением и горячим водоснабжением, газифицирована.
2. В лаборатории…

Читать полностью…

Выводы

1. Изучен принцип работы атомно-абсорбционного спектрометра с электротермической атомизацией «МГА-915М».
2. Выявлено повышенное содержание тяжелых металлов (меди, никеля, свинца)в образцах почв г.Плавска, г.Суворова и г.Новомосковска, что связано с…

Читать полностью…

Определение содержания в почве микроэлементов (тяжелых 17 металлов) атомно-абсорбционным методом 2. Диагностика признаков голодания растений

• Цель практического занятия: овладение классической методологией исследований в области агрохимии; приобретение навыков проведения почвенной диагностики для принятия мер по агроэкологической оптимизации минерального питания растений;
• — изучение влияния систематического внесения удобрений на агрохимические показатели плодородия почв и окружающую среду при проведении полевых опытов с удобрениями.
• Ключевые понятия: атомно-абсорбционная спектрофотометрия, основные и промежуточные стандартные растворы, подвижные соединения микроэлементов.
• План практического занятия.

• 1. Изучение принципа работы атомно-абсорбционного спектрофотометра.
• 2. Изучение методики атомно-абсорбционного метода определения содержания в почве микроэлементов.
• 3. Проведение анализа.
• 4. Обработка результатов анализа.

Метод атомно-абсорбционной спектрофотометрии (ААС) основан на явлении селективного поглощения (абсорбции) резонансного излучения определяемого элемента атомным паром исследуемого вещества. Принцип метода иллюстрирует рисунок 2.

Превращение анализируемой пробы из жидкого (или твердого) состояния в атомный пар происходит в атомизаторе. Пар вводится в аналитическую зону атомизатора, просвечиваемую источником излучения с линейчатым спектром изучаемого элемента.

Рисунок 2 — Принципиальная схема атомно-абсорбционного спектрофотометра:

• 1 — источник резонансного излучения; 2 — атомизатор; 3 — аналитическая чаша; 4 — монохроматор; 5 — фотоумножитель; 6 — усилитель;
• 7 — регистрирующее устройство; 8 — проба

Атомно-абсорбционный метод отличается от традиционных аналитических методов простотой выполнения анализа и высокой производительностью. Он обеспечивает предел обнаружения многих элементов 0,1-0,01 мкг/см3 (с атомизацией в пламени) и ниже, что в большинстве случаев оказывается достаточным для применения метода в почвенно-агрохимических исследованиях.

Ход анализа.

Приготовление стандартных растворов. В качестве основных стандартных растворов используют государственные стандартные образцы (ГСО) с гарантированной концентрацией элемента или комплекса элементов -1000 мкг/см3.

Возможно приготовление стандартных растворов из окислов или солей металлов с постоянной стехиометрией.

Цинк. Навеску 1,000 г металлического цинка помещают в стакан вместимостью 100 см3 и добавляют 20 см3 раствора азотной кислоты (1:1). Растворившийся цинк количественно переносят в мерную колбу объемом 1000 см3 и доводят до метки 1%-ным раствором азотной кислоты. Полученный раствор имеет концентрацию 1000 мкг/см3 цинка.

Марганец. Навеску 4,388 г сернокислого марганца (MnSO4 • 5Н2О) помещают в стакан вместимостью 100 см3, растворяют в бидистиллированной воде и затем количественно переносят в мерную колбу з

объемом 1000 см . В колбу приливают приблизительно 500 см^бидистиллированной воды, добавляют 82 см3 концентрированной соляной кислоты и доводят до метки бидистиллированной водой. Полученный з

раствор имеет концентрацию 1000 мкг/см' марганца.

Медь. Навеску 3,798 г нитрата меди (Cu(NO3)2 • ЗН-,0) помещают в стакан вместимостью 100 см3, растворяют в бидистиллированной воде и количественно переносят в мерную колбу объемом 1000 см3. Добавляют 30 см3раствора азотной кислоты (1:1) и доводят до метки 1%-ным раствором азотной кислоты. Полученный раствор имеет концентрацию меди — 1000 мкг/см3.

1. Свинец. Навеску 1,000 г металлического свинца помещают встакан
2. 3 3
3. вместимостью 100 см , растворяют в 30 см азотной кислоты (1:1) и з

количественно переносят в мерную колбу объемом 1000 см . Доводят до метки 1%-ным раствором азотной кислоты. Полученный раствор имеет концентрацию 1000 мкг/см3 свинца.

Кадмий. Навеску 1,142 г оксида кадмия (CdO) помещают в стакан вместимостью 100 см3, растворяют в 20 см3 азотной кислоты (1:1) и количественно переносят в мерную колбу объемом 1000 см3. Доводят объем до метки 1%-ным раствором азотной кислоты. Полученный раствор имеет з концентрацию 1000 мкг/см кадмия.

Никель. Навеску 4,953 г нитрата никеля (Ni(NO3)9) помещают в стакан вместимостью 100 см3, растворяют в бидистиллированной воде и количественно переносят в мерную колбу объемом 1000 см3, доводят объем до метки 1%-ным раствором азотной кислоты.

Кобальт. Навеску 4,769 г сернокислого кобальта (CoSO4 • 7Н?О) з

помещают в стакан вместимостью 100 см , растворяют в бидистиллированной воде и количественно переносят в мерную колбу з з

объемом 1000 см . Добавляют 50 см'азотной кислоты (1:1) и доводят до метки бидистиллированной водой. Полученный раствор имеет концентрацию 1 000 мкг/см3 кобальта.

Железо. Навеску 8,635 г железоаммонийных квасцов (FeNH4(SO4)2-

• 3 3
• 12Н?О) помещают в стакан вместимостью 100 см', растворяют в 50 см' 8%-ного раствора серной кислоты, количественно переносят в мерную колбу объемом 1000 см3 и доводят до метки бидистиллированной водой. Полученный раствор имеет концентрацию 1000 мкг/см3 железа.

Хром. Навеску 3,734 г хромата калия (К,СгО4) помещают в стакан з вместимостью 100 см , растворяют в бидистиллированной воде, количественно переносят в мерную колбу объемом 1000 см3 и доводят до метки 1%-ным раствором соляной кислоты. Полученный раствор имеет з концентрацию 1000 мкг/см .

Основные стандартные растворы хранят в герметичной посуде из стекла или полиэтилена высокого давления на рассеянном свету. Гарантированный срок хранения основных растворов — 1 год.

Промежуточные стандартные растворы элементов готовят последовательным разбавлением основных растворов в 10 и 100 раз 1%-ной азотной кислотой. Эти растворы хранят в герметичной посуде не более 1 года.

Стандартные растворы сравнения готовят из промежуточных растворов путем разбавления проб тем же раствором кислоты. Содержание тяжелых металлов не должно выходить за пределы следующих диапазонов рабочих концентраций: для железа, цинка и марганца — 0,1-5; для меди — 0,05-5; для з

хрома, никеля и свинца — 0,1-5; для кадмия — 0,02-1 мкг/см'. В рабочих диапазонах необходимо иметь по 3^4 стандартных раствора сравнения.

Стандартные растворы сравнения могут быть как смешанными, так и моноэлементными.

Растворы с концентрацией металла от 1 до 10 мкг/см^ хранят в герметичной посуде не более 1 месяца, растворы с концентрацией менее 1 мкг/см3 должны быть свежеприготовленными.

В качестве нулевого стандарта (бланк) используют 1 %-ный раствор азотной или соляной кислоты, то есть тот раствор, который применяли для растворения проб и разбавления растворов.

Реактивы, материалы:

• — государственные стандартные образцы (смешанные или моноэлементные) с концентрацией каждого элемента 1000 мкг/см3 или:
• — цинк гранулированный по ГОСТ 4165;
• — марганец сернокислый пятиводный по ГОСТ 435-77;
• — медь азотнокислая трехводная по ГОСТу;
• — свинец металлический по ТУ 6-09-3523-74;
• — кадмий оксид по ГОСТ 11120-75;
• — никель азотнокислый шестиводный по ГОСТ 4055-70;
• — кобальт сернокислый по ГОСТу 4462-58;
• — калий хромовокислый по ГОСТу 4220;
• — колбы мерные объемом 1000 см3 по ГОСТ 1770;
• — стаканы объемом 100 см3 по ГОСТ 25336;
• — кислота азотная по ГОСТ 11125 «ос. ч.» раствор в бидистиллированной воде 1:1 по объему;
• — кислота азотная по ГОСТ 11125 «ос. ч.» раствор в бидистиллированной воде с массовой долей 1 %;
• — кислота соляная по ГОСТ 14261 «ос. ч.» раствор в бидистиллированной воде с массовой долей 1 %;
• — кислота серная по ГОСТ 4204 «ос. ч.» или «х. ч.» раствор в бидистиллированной воде с массовой долей 8 %.

• Проведение измерений. Подготовку атомно-абсорбционного
• спектрофотометра к работе, его включение и выведение на рабочий режим осуществляют в соответствии с инструкциями по эксплуатации. Особое внимание следует уделить выполнению таких моментов, как:
• установление требуемой силы тока (на каждой лампе с полым катодом указаны оптимальная сила тока и максимально допустимая) и прогрев источника резонансного излучения не менее 30 минут;
• точная настройка монохроматора на резонансную линию по максимуму излучения при минимальной ширине щели, но проведение измерений при рекомендуемой ширине щели; используют наиболее чувствительные линии поглощения элементов со следующими длинами волн: цинк — 213,9 нм, железо — 248,3 нм, кадмий — 228,8 нм, никель — 232,0 нм, свинец — 283,3 нм, кобальт — 240,7 нм, марганец — 278 нм, медь — 324,8 нм, хром — 357,9 нм;
• юстировка источников резонансного и (если корректором фона служит дейтериевая лампа и в спектрофотометре отсутствует режим автокомпенсации) нерезонансного излучения;
• юстировка высоты горелки и ее положения относительно луча источника резонансного излучения;
• если в состав инструкций по эксплуатации прибора не включено «Руководство для оператора» с оптимальными аналитическими параметрами определения каждого элемента, то юстировку высоты горелки и соотношение ацетилен/воздух необходимо проводить во время прогрева горелки по максимуму абсорбции одного из стандартных растворов сравнения;

прогрев включенной горелки перед началом измерений с одновременной ее промывкой бидистиллированной водой в течение 5 минут. Техника измерений.

Сначала распыляют в пламя нулевой стандарт (при экстракционном концентрировании — его экстракт) и устанавливают показания прибора на ноль.

Затем в порядке возрастания концентрации измеряют абсорбцию стандартных растворов сравнения (или их экстрактов). В конце градуировки отмечают положение нулевой линии при распылении нулевого стандарта.

После окончания градуировки прибора в пламя распыляют исследуемые растворы и измеряют величину абсорбции (практически во всех моделях современных атомно-абсорбционных спектрофотометров предусмотрен режим автопостроения градуировочного графика, что позволяет получать результаты измерений, как в величине абсорбции, так и в единицах концентрации).

Измерение каждого раствора проводится не менее двух раз. Для проверки стабильности работы прибора через каждые 10-15 измерений исследуемых проб в пламя вводят нулевой стандарт и один из стандартных растворов сравнения.

Если обнаружено отклонение от первоначально полученных значений величины абсорбции (или концентрации), то градуировку прибора проводят заново и повторно измеряют последние 10-15 проб.

При прямом определении в исследуемых растворах кадмия, свинца, никеля, кобальта и хрома необходимо обязательно проводить коррекцию фонового поглощения.

Обработка результатов. При наличии в приборе автоматизированной системы расчета концентрации по величине абсорбции результаты можно получить в единицах концентрации.

При ручной обработке данных строят график зависимости величины абсорбции от концентрации.

По градуировочному графику находят концентрацию определяемого металла в исследуемом растворе (и в холостой пробе) и рассчитывают его содержание в пробе по формуле:

1. X=((Cx-Co)-V)/m,
2. где X — массовая доля элемента в пробе, млн_1 (мг/кг);
3. Сх — концентрация элемента в исследуемом растворе, мкг/см3;
4. Со — концентрация элемента в холостой пробе, мкг/см3;
5. V — объем исследуемого раствора;
6. m — навеска пробы, г.
7. За окончательный результат принимают среднее арифметическое результатов двух параллельных определений.
8. Аппаратура, реактивы, материалы:

• — атомно-абсорбционный спектрофотометр с пламенным вариантом атомизатора и укомплектованный источниками резонансного излучения железа, марганца, цинка, меди, кадмия, свинца, кобальта, никеля и хрома (лампами с полым катодом, безэлектродными разрядными лампами);
• — компрессор воздушный, соответствующий требованиям технической инструкции для атомно-абсорбционного спектрофотометра, или сжатый воздух в баллонах;
• — ацетилен растворенный и газообразный технический по ГОСТ 2457 в баллонах.

• Определение содержания цинка, марганца, кобальта в почве атомноабсорбционным методом
• Метод основан на извлечении соединений элементов из почвы и измерении поглощения электромагнитного резонансного излучения свободными атомами цинка, марганца, кобальта.
• Содержание подвижного цинка, марганца, кобальта в большинстве используемых вытяжек определяют атомно-абсорбционным методом напрямую в пламени «ацетилен — воздух».

При определении цинка в вытяжке 1 М раствора КС1 из-за высокой концентрации соли нарушается нормальное распыление раствора и горение пламени. Для устранения указанного явления необходимо предварительно разбавить вытяжку, использовать трехщелевую горелку на атомноабсорбционном спектрофотометре и учитывать неселективное поглощение с помощью корректора фона.

1. Методика определения подвижных соединений цинка, извлекаемых из почвы ацетатно-аммонийным буферным раствором с pH 4,8 и последующим атомно-абсорбционным и фотометрическим дитизоновым окончанием, утверждена в качестве ГОСТ РФ.
2. Методика определения подвижных соединений марганца, извлекаемых из почвы ацетатно-аммонийным буферным раствором с pH 4,8 (по Крупскому и Александровой), а также 0,1 М раствором 1/2 H2SO4 (по Пейве -Ринькису) и последующим атомно-абсорбционным и фотометрическим (с формальдоксимом) окончанием, утверждена в качестве Государственного стандарта РФ.
3. При определении марганца по Крупскому и Александровой из карбонатных почв по стандартизованной методике на каждые 10 см3 почвенной вытяжки, контрольного раствора и растворов сравнения добавляют по 1 капле насыщенного раствора хлористого стронция.
4. Приготовление насыщенного раствора хлористого стронция — 100 г стронция хлористого шестиводного (по ГОСТ 4140) растворяют при нагревании в 100 см3 дистиллированной воды.

Содержание подвижного кобальта в используемых вытяжках можно определять атомно-абсорбционным методом напрямую в пламени «ацетилен — воздух».

Однако с целью повышения чувствительности определения и устранения мешающего влияния матрицы предварительно проводят экстракционное концентрирование элемента.

Для получения устойчивого комплекса кобальта наиболее часто используют 2-нитрозо-1-нафтол, экстрагируют соединение изоамиловым эфиром уксусной кислоты и в экстракте проводят определение кобальта атомно-абсорбционным методом.

• Методика определения подвижных соединений кобальта, извлекаемых из почвы ацетатно-аммонийным буферным раствором с pH 4,8 (по Крупскому и Александровой), а также 1 М раствором азотной кислоты (по Пейве — Ринькису) и последующим атомно-абсорбционным и фотометрическим (с нитрозо-Р-солью и с 1-(2-пиридилазо)-2-нафтолом (ПАН)) окончанием, утверждена в качестве Государственного стандарта РФ.
• В стандартной методике экстракционно-атомно-абсорбционное определение кобальта в вытяжке из почвы по Крупскому и Александровой проводят так же, как и меди.
• В вытяжке из почвы по Пейве — Ринькису стандартная методика предусматривает экстракционно-атомно-абсорбционное определение кобальта с использованием 2-нитрозо-1-нафтола.
• Ход анализа.
• _ _ 3

25 см вытяжки из почвы или стандартного раствора сравнения помещают в делительную воронку объемом 100 см3, добавляют 25 см3 маскирующего раствора и 2 см3 раствора 2-нитрозо-1-нафтола.

После добавления каждого реагента содержимое воронки тщательно перемешивают. Воронку с содержимым оставляют на 1,5 часа. Затем добавляют 5 см3изоамилацетата и в течение 1 минуты энергично встряхивают.

После разделения фаз водный нижний слой отбрасывают, а экстракт сливают в пробирку с притертой пробкой.

Реактивы:

• 1. Маскирующий раствор готовят в день проведения анализа. В мерную колбу объемом 1000 см3 помещают 400 см3 40 %-ного раствора лимоннокислого натрия, 400 см3 40 %-ного раствора уксуснокислого натрия и 40 см3 концентрированного раствора перекиси водорода. Объем до метки доводят дистиллированной водой;
• 2. Стандартные растворы сравнения кобальта с содержанием элемента 0,1-5 мкг в 1 см3. Для приготовления используют ГСО с содержанием кобальта 1 мг/см3 или кобальт сернокислый (ГОСТ 4462);
• 3.2-нитрозо-1-нафтол МРТУ 6-09-5829 «ч.д.а.», раствор в

дистиллированной воде с массовой долей 0,1 %;

4. Натрий лимоннокислый трехзамещенный (ГОСТ 3161 «ч.д.а.»), раствор в дистиллированной воде с массовой долей 40 %;

• 5. Натрий уксуснокислый (ГОСТ 199 «ч.д.а.»), раствор в дистиллированной воде с массовой долей 40 %;
• 6. Перекись водорода (ГОСТ 10929);