ХИМИЯ ЭКЗАМЕН. Химия окружающей среды или экологическая химия раздел химии, изучающий химические и биохимические превращения, происходящие в окружающей природной среде, или экосфере
 Скачать 240.25 Kb.
|
|
26 БИЛЕТ Около 96% структуры литосферы составляют горные породы. В свою очередь, в составе горных пород можно выделить следующие минералы: гранит, диарит и диффузивы составляют 20,8% от всего состава, в то время как, базальты габбро составляют 50,34%. На долю кристаллических сланцев приходится 16,9%, все остальное, это осадочные породы, такие как глинистые сланцы и пески. В химическом составе литосферы можно выделить следующие элементы: Кислород, его массовая доля в составе твердой оболочки Земли составила 49,13 %; На долю Алюминия и Кремния пришлось по 26 %; Железо составило 4,2 %; Доля Кальция в литосфере всего 3,25 %; Натрий, Магний, Калий составили примерно по 2,4 %; Незначительную долю в структуре составили такие элементы как Углерод, Титан, Хлор и Водород, их показатели составили от 1 до 0,2 %. Земная кора состоит по большей части из различных минералов, которые были образованы посредством изверженных горных пород различных форм. На сегодняшний день в понятие «земная кора» вкладывается отверделый слой земной поверхности, находящийся выше сейсмической границы. Как правила, граница находится на разных уровнях, где отмечаются резкие колебания показаний сейсмических волн. Эти волны возникают в ходе различного рода землетрясений. Ученые выделают два типа земной коры: континентальная и океаническая. Континентальная кора занимает примерно 45% земной поверхности, при этом имеет более высокую мощность, чем океаническая. Под толщей гор ее протяженность составляет 60-70 км. Кора состоит из базальтового, гранитового и осадочного слоя. Океаническая земная кора более тонкая по сравнению с континентальной. Состоит она из базальтового и осадочного слоя, ниже базальтового слоя начинается мантия. Как правило, рельеф океанического дна имеет сложную структуру. Кроме обычных форм рельефа, выделяют океанические хребты. Как раз на этих местах происходит формирование базальтовых слоев из мантии. В местах разлома, проходящих по центральной части хребта, образуются лавовые потоки, что и служит образованию базальта. В основном, хребты возвышаются над дном океана на несколько тысяч километров, за счет этого, рифовые зоны считаются самыми не спокойными с точки зрения сейсмических показателей. 28 БИЛЕТ Проблемы пробоотбора и пробоподготовки. Пробоотбор — это совокупность операций, обеспечивающих отбор пробы от контролируемого объекта, технической системы или ОС и преобразование ее неизмеряемых параметров с целью подготовки для обработки в соответствии с методикой анализа. Его назначение состоит в получении представительной пробы с соответствующими параметрами. Пробоподготовка — совокупность операций, обеспечивающих подготовку пробы к измерению ее параметров в соответствии с методикой анализа. Ее назначение заключается в обеспечении достоверности измерений. Процедура подготовки пробы вещества или материала обычно включает в себя две стадии — предварительную и окончательную. Целью первой предварительной стадии является получение пробы определенной массы и гранулометрического состава; основные операции на этой стадии – измельчение пробы и ее сокращение. Целью второй, окончательной стадии пробоподготовки является переведение пробы в такое состояние, которое требуется для анализа при помощи аналитического прибора; Проблемы с отбором проб и их подготовкой могут возникнуть во время любого анализа, в котором для получения результатов используются образцы. Некоторые из наиболее распространенных проблем включают: Недостаточное количество проб – если взятые пробы не представляют достаточного количества отходов, это может привести к неправильным результатам. Случайные ошибки – возникают, когда из-за человеческого фактора экспериментаторы случайно вносят изменения в данные, взятые из образцов. Систематические ошибки являются проблемой, когда процесс отбора проб или подготовки образцов искажает результаты, и все образцы содержат одну и ту же систематическую ошибку. Неправильное хранение образцов – неправильное хранение образцов может привести к изменению состояния материала или его разложению, что приведет к неправильным результатам. Неправильная маркировка образцов – Неправильная маркировка образцов может привести к их неправильной идентификации, что приведет к путанице и неверным результатам. Чтобы решить эти проблемы, необходимо тщательно контролировать процесс отбора проб и пробоподготовки, а также использовать правильные приемы и методы хранения проб. Также необходимо обеспечить четкую маркировку образцов и улучшить контроль качества при проведении анализов. 29 БИЛЕТ Основные методы анализа объектов окружающей среды на содержание тяжелых металлов. Спектрофотометрия Спектрофотометрический метод анализа основан на спектрально-избирательном поглощении монохроматического потока световой энергии при прохождении его через исследуемый раствор. Метод позволяет определять концентрации отдельных компонентов смесей окрашенных веществ, имеющих максимум поглощения при различных длинах волн, он более чувствителен и точен, чем фотоэлектроколориметрический метод. Известно, что фотоколориметрический метод анализа применим только для анализа окрашенных растворов, бесцветные растворы в видимой области спектра обладают незначительным коэффициентом поглощения. Однако многие бесцветные и слабо окрашенные соединения (особенно органические) обладают характерными полосами поглощения в ультрафиолетовой и инфракрасной областях спектра, что используют для их количественного определения. Спектрофотометрический метод анализа применим для измерения светопоглощения в различных областях видимого спектра, в ультрафиолетовой и инфракрасной областях спектра, что значительно расширяет аналитические возможности метода. Спектрофотометрический метод в ультрафиолетовой области спектра позволяет индивидуально определять двух- и трехкомпонентные смеси веществ. Количественное определение компонентов смеси основано на том, что оптическая плотность любой смеси равна сумме оптических плотностей отдельных компонентов. Атомно – абсорционной спектроскопии Метод атомно-абсорбционной спектроскопии в настоящее время является самым удобным для определения содержания металлов в объектах окружающей среды, пищевых продуктах, почвах, различных сплавах. Также метод используется в геологии для анализа состава горных пород, металлургии для определения состава сталей. Метод атомно-абсорбционной спектроскопии рекомендуется большей частью государственных стандартов для определения подвижного цинка в почве, природных и водах, а также во множестве цветных сплавов [5]. Метод основан на поглощении электромагнитного излучения свободными атомами в стационарном (невозбужденном) состоянии. При длине волны, соответствующей переходу атома из основного в возбужденное электронное состояние, заселенность основного уровня уменьшается. Аналитический сигнал зависит от числа невозбужденных частиц в анализируемом образце (т.е. от концентрации определяемого элемента), следовательно, измеряя количество поглощенного электромагнитного излучения можно определить концентрацию определяемого элемента в исходном образце [4]. Метод основан на поглощении ультрафиолетового или видимого излучения атомами газов. Чтобы провести пробу в газообразное атомное состояние, ее впрыскивают в пламя. В качестве источника излучения применяют лампу с полым катодом из определяемого металла. Интервал длин волн спектральной линии, испускаемой источником света, и линии поглощения того же самого элемента в пламени очень узок, поэтому мешающее поглощение других элементов практически не сказывается на результатах анализа. Метод атомно-абсорбционного спектрального анализа отличается высокой абсолютной и относительной чувствительностью. Метод позволяет с большой точностью определять в растворах около восьмидесяти элементов в малых концентрациях, поэтому он широко применяется в биологии, медицине (для анализа органических жидкостей), в геологии, почвоведении (для определения микроэлементов в почвах) и других областях науки, а также в металлургии для исследований и контроля технологических процессов. Через слой атомных паров пробы, получаемых с помощью атомизатора пропускают излучение в диапазоне 190-850 нм. В результате поглощения квантов света атомы переходят в возбужденные энергетические состояния. Этим переходам в атомных спектрах соответствуют т. Наз. Резонансные линии, характерные для данного элемента. Согласно закону Бугера-Ламберта-Бера, мерой концентрации элемента служит оптическая плотность A = lg(I0/I), где I0 и I-интенсивности излучения от источника соответственно до и после прохождения через поглощающий слой. По точности и чувствительности этот метод превосходит многие другие; поэтому его применяют при аттестации эталонных сплавов и геологических пород (путем перевода в раствор). Существенным отличием атомной абсорбции от пламенно-эмиссионной спектрометрии является то, что в последнем методе измеряется излучение, испускаемое атомами в возбужденном состоянии в пламени, а атомная абсорбция основана на измерении излучения, поглощенного нейтральными, невозбужденными атомами, находящимися в пламени, которых в пламени во много раз больше, чем возбужденных. Этим объясняется высокая чувствительность метода при определении элементов, имеющих высокую энергию возбуждения, т. Е. трудно возбуждающихся [4]. Источником света в ААС служит лампа с полым катодом, испускающая свет, имеющий очень узкий интервал длин волн, порядка 0, 001нм. Линия поглощения определяемого элемента несколько шире испускаемой полосы, что позволяет измерять линию поглощения в ее максимуме. Прибор содержит необходимый набор ламп, каждая лампа предназначается для определения только одного какого-либо элемента. «Кюветой» в ААС служит само пламя. Поскольку в ААС соблюдается закон Бэра, чувствительность метода зависит от длины поглощающего слоя пламени, которая должна быть постоянной и достаточно большой. Применяют пламя, для получения которого в качестве горючего используют ацетилен, пропан или водород, а в качестве окислителя – воздух, кислород или оксид азота (1). Выбранная газовая смесь определяет температуру пламени. Воздушно-ацетиленовое пламя и воздушно-пропановое имеют низкую температуру (2200-2400 °С). Такое пламя используют для определения элементов, соединения которых легко разлагаются при этих температурах. Воздушно-пропановое пламя используют тогда, когда имеются затруднения в получении ацетилена; такая замена осложняет работу, поскольку в техническом пропане имеются примеси, загрязняющие пламя. При определении элементов, образующих труднодиссоциирующие соединения используют высокотемпературное пламя (3000-3200 ОС, создаваемое смесью оксид азота (1) – ацетилен. Такое пламя необходимо при определении алюминия, бериллия, кремния, ванадия и молибдена. Для определения мышьяка и селена, превращенных в их гидриды, требуется восстановительное пламя, образующееся сжиганием водорода в аргоно-воздушной смеси. Ртуть определяют (беспламенным методом» , поскольку она может существовать в парообразном состоянии и при комнатной температуре. Сравнительная оценка возможностей и характеристик различных оптических методов не может носить абсолютного характера в связи с большим разнообразием и спецификой задач анализа. Различными могут быть требования к концентрационному диапазону, точности и нижним границам количественных определений. В зависимости от массы анализируемой пробы существенно различны требования к характеристике пределов обнаружения, достигаемых применяемым методом анализа. Так, располагая большой массой пробы, можно решить задачу определения микропримесей с помощью методов анализа, характеризуемых низкими относительными пределами обнаружения. Если же в распоряжении аналитика имеется лишь малая масса пробы, метод анализа должен характеризоваться низкими абсолютными пределами обнаружения интересующих элементов-примесей. Не последнюю роль в оценке недостатков и достоинств различных методов играет экономичность этих методов: стоимость аппаратуры, расход энергии, трудовые затраты, продолжительность анализа [5]. Атомно-эмиссионный спектральный анализ – практически самый распространенный экспрессный высокочувствительный метод идентификации и количественного определения малых содержаний элементов. Важным достоинством метода по сравнению с другими оптическими спектральными, а также многими химическими и физико-химическими методами анализа является возможность одновременного количественного определения большого числа элементов в широком интервале концентраций с приемлемой точностью при использовании малой массы пробы [4]. Достоинствами метода атомно-флуоресцентного анализа являются сравнительно низкий уровень фона, высокая селективность измерений, малые спектральные помехи, что позволяет детектировать слабые аналитические сигналы и соответственно очень малые абсолютные количества элементов. К недостаткам метода атомно-абсорбционной и в определенной мере атомно-флуоресцентной спектрометрии следует отнести затруднительность одновременного определения нескольких элементов [3]. С точки зрения возможности определения ультрамалых абсолютных содержаний элементов-примесей (#10-11-10-12 г) из оптических атомно-спектральных методов заслуживают особого внимания новые атомно-флуоресцентные и атомно-ионизационные методы с возбуждением и ионизацией атомов с помощью перестраиваемых лазеров на красителях, а также некоторые современные варианты оптических атомно-эмиссионного и атомно-абсорбционного методов анализа. В последнее время широкое распространение получил атомно-эмиссионный анализ с возбуждением спектров в высокостабильной индуктивно-связанной плазме (ИСП-АЭС). Современные анализаторы на основе этого метода обычно включают полихроматор с решеткой и приемники с зарядовой связью. Такая оптическая схема позволяет одновременно регистрировать все спектральные линии в ультрафиолетовом и видимом диапазонах. Программное обеспечение современных ИСП-АЭС-анализаторов способно автоматически рассчитывать концентрацию определяемых элементов по интенсивности их спектральных линий с коррекцией фона и возможных спектральных наложений. Соответственно такие анализаторы отличаются высокой точностью и продуктивностью Рентгеновская флуоресценция: Этот метод измеряет характерные флуоресцентные лучи, испускаемые атомами металла при их облучении рентгеновскими лучами. Было обнаружено, что каждый элемент обладает уникальным спектром излучения, который позволяет идентифицировать конкретный металл. Методы электрохимического анализа: Они предполагают использование электрических потенциалов для изменения растворимости металлов в образцах и для исследования этих изменений. Одним из методов является вольтамперометрия. Другим методом является кулонометрия. Они могут быть использованы для анализа металлов в жидких и твердых образцах. 30 БИЛЕТ 30. Методы контроля воздействия на окружающую среду. Экологический мониторинг -комплексные наблюдения за состоянием окружающей среды, в том числе компонентов природной среды, естественных экологических систем, за происходящими в них процессами, явлениями, оценка и прогноз изменений состояния окружающей среды Основными задачами экологического мониторинга являются: Наблюдение за состоянием окружающей среды, ее загрязнения, в том числе атмосферы, поверхностных вод, морской среды, почв, околоземного космического пространства, радиационной обстановки на поверхности Земли и в околоземном космическом пространстве; оценка и прогноз изменения климата, водных ресурсов, загрязняющих веществ Объектами экологического мониторинга являются: 1) компоненты природной среды, в том числе атмосферный воздух, поверхностные и подземные воды, почвы, грунты, зеленые насаждения, животные и другие организмы, находящиеся в пределах административных границ города , а также природные процессы, физические и геохимические поля, развивающиеся в окружающей среде; 2) природные и природно-антропогенные объекты, находящиеся в пределах административных границ города 3) природно-климатические условия; 4) воздействие антропогенных объектов на состояние окружающей среды. Ключевая цель, стоящая перед экологическим мониторингом окружающей среды, заключается в определении степени влияния антропогенного фактора на природные условия и информировании жителей исследуемой зоны о вероятных последствиях. Все мониторинговые мероприятия проводятся согласно международным требованиям Виды мониторинга Различают мониторинг глобальный и региональный, импактный и фоновый. Глобальный мониторинг — слежение за развитием общемировых процессов (например, состоянием озонового слоя, изменением климата). Региональный (локальный) мониторинг — слежение за природными процессами и явлениями в пределах какого-то региона (например, контроль за состоянием воздуха в городах). Фоновый (базовый) мониторинг — слежение за природными явлениями и процессами, протекающими в естественной обстановке, без антропогенного влияния. Осуществляется на базе биосферных заповедников. Импактный мониторинг — слежение за антропогенными воздействиями в особо опасных зонах. Мониторинг осуществляется с помощью различных технических средств, в т.ч. авиационной и космической техники, и с помощью биоиндикаторов, то есть каких-либо живых организмов по наличию, состоянию и поведению которых можно судить об изменении в ОС |