Контрольні питання

1 Які Ви знаєте методи аналізу дослідження стану довкілля?

2 Чим супроводжуються реакції, які використовуються в якісному аналізі?

3 Які Ви знаєте реакції?

4 Для чого використовують кількісний аналіз?

5 Від чого залежить вибір методу дослідження для визначення того чи іншого компоненту?

Таблиця 2.1. Методи визначення хімічних інгредієнтів у об’єктах природного середовища

2.2 Хімічні методи дослідження стану довкілля

(самостійне вивчення)

Мета: - розвинути у студента навики самостійної роботи зі спеціальною літературою, вміння вибирати головне, узагальнити і систематизувати знання;

- надати студентам загальні уявлення про титриметричний та гравіметричний методи аналізу стану довкілля.

Завдання: прочитати текст в підручнику Г.О. Білявський, Л.І. Бутченко «Основи екології: теорія та практикум» стр.183-185. Скласти конспект. Відповісти на питання для самоконтролю.

Титрометричний (об`ємний) метод аналізу ґрунтується на вимірюванні об’єму розчину реагенту відомої концентрації, витраченого на взаємодію з аналізованою речовиною за умови, що речовини вступають у реакцію в стехіометричних кількостях. Концентрація визначуваного компонента 10^-1- 10^-3 моль/л.

Цим методом визначають загальну і карбонатну твердість води, хімічне споживання кисню (ХСК), біохімічне споживання кисню (БСК₅), кислотність, лужність, вміст розчиненого кисню, концентрацію катіонів меркурію, феруму (II), аніонів Cl^-, SO₄^2-, S^2- тощо.

Гравіметричний метод базується на кількісному переведенні аналізованого компонента в малорозчинному сполуку і зважування продукту після виділення, промивання, висушування чи прожарювання.

Метод застосовують при концентрації визначуваної речовини в розчині не нижче 10^-2-10^-3моль/л. Гравіметричним методом визначають у природних, стічних водах ферум (Ш) та алюміній у вигляді оксидів, хлориди - AgCl, сульфати – BaSO₄ в кислому середовищі, багато металів – у вигляді малорозчинних сполук з органічними реагентами – оксихінолінатів, дитизонатів тощо.

Склавши конспект, закрийте зошит та відповідайте на запитання.

Запитання для самоконтролю

1. Назвіть основні хімічні методи аналізу, які широко використовуються у визначенні якості природного середовища.

2. На чому ґрунтується титриметричний (об’ємний) метод аналізу?

3. Як працює гравіметричний метод?

2. 3 Фізико-хімічні методи аналізу стану довкілля

(лекція)

Мета: надати студентам загальні відомості про фізико-хімічні методи аналізу стану довкілля, ознайомитися з фотометричними, хроматографічними та електрохімічними методами.

План

1 Загальні відомості про фізико-хімічні методи аналізу стану довкілля

2 Фотометричний аналіз, його методи.

3 Хроматографічний аналіз, його методи.

4 Електрохімічні методи аналізу.

Ця група методів ґрунтується, як і хімічні, на хімічних реакціях, однак визначають фізичну характеристику (оптичну густину, електропровідність, окисно – відповідний потенціал), що залежить від аналізованої речовини.

Фотометричний аналіз охоплює всі методи, які ґрунтуються на поглинанні світла в ультрафіолетовій, видимій та інфрачервоній частинах електромагнітного спектра визначуваною речовиною чи продуктом реакції.

Фотометричні методи високочутливі, розроблені для визначення практично всіх хімічних елементів, крім інертних газів; з їх допомогою визначають як макро-, так і мікрокількість (до 10^–8 %) аналізованого компонента.

Методи фотометрії широко застосовують в аналізі природних об`єктів: повітря, поверхневих вод, ґрунту, донних мулів, рослин, а також стічних вод, газоподібних викидів, відходів промисловості. Наприклад, катіони купруму визначають у вигляді діетилдитіокарбамату купруму жовтого кольору, чи аміачного комплексу [Cu (NH₃)₄]SO₄ волошково – синього кольору; ферум (ІІІ) – у вигляді роданідного комплексу Fe (SCN)₃ криваво – червоного кольору чи сульфосаліцилату (зележно від pH середовища окремо можна визначити вміст Fe (II) і Fe (III); Al³⁺ утворює рожеві комплекси з алюміноном в ацетатному буфері.

Хроматографічний аналіз – метод розподілу, концентрування, якісного виявлення та кількісного визначення компонентів рідких і газоподібних сумішей, що ґрунтується на різному їх розподілі між рухомою та нерухомою фазами.

Метод все частіше використовують для аналізу стану довкілля. Саме завдяки йому вдалося швидко виявити стафілококове та мікозне ушкодження ліквідаторів аварії на ЧАЕС.

Високоефективна рідинна хроматографія – найбільш вживаний метод аналізу складних органічних проб. В установках рідинної хроматографії (як і в газових) використовують різноманітні детектори: ультрафіолетовий, електрохімічний, детектор з діодною матрицею, флуорометричний. Застосування електрохімічного детектора дає змогу визначати сполуки при їх вмісті 10^–12 г в 1мл проби. Найбільшу чутливість при визначенні сполук з малими ГДК (біогенні аміни, поліароматичні вуглеводні, гормони, токсини) має флуорометричний детектор. До речі, хроматографічними методами криміналістика виявляє в організмі алкалоїди, що спричинили отруєння.

Методом газорідинної хроматографії визначають склад стічних вод нафтопереробних та хіміко–фармацевтичних підприємств, заводів органічного синтезу.

Газова хроматографія характеризується високою розподільною здатністю, гнучкістю завдяки застосуванню різних детекторів. Найуживанішим є полуменово-іонізаційний; для визначення галогеновуглеводнів застосовують детектор електронного захоплення; азото- і фосфоровмісні агрохімічні препарати виявляють за допомогою спеціального N/P – детектора.

Кількісною характеристикою газової та рідинної адсорбційної хроматографії є висота або площа хроматографічного піка, які пропорційні вмісту компонента в досліджуваній суміші.

Під час розділення сумішей методом тонкошарової хроматографії (її різновид - паперова хроматографія) отримують забарвлені плями окремих компонентів; у разі безбарвних сполук їх проявляють фізичним (УФ-опромінення, нагрівання) або хімічним (обробка реагентом, який утворює забарвлені сполуки з речовинами, наприклад, амінокислоти набувають блакитного кольору після обробки їх розчином нінгідрину) способом. Це якісне виявлення компонентів суміші; кількісний склад визначають за площею плями або розчиняють вміст у відповідному розчиннику і аналізують одним із методів.

Методом тонкошарової хронографії розділяють амінокислоти і барвники рослин, визначають активність ґрунтової фауни за продукцією амінокислот.

Іонообмінну хроматографію використовують для розділення елементів із подібними хімічними властивостями. Так, елююванням розчином NCl з концентрацією 1моль/л можна розділити катіони натрію і калію. Йонообмінна хроматографія дає змогу після попереднього розділення і послідовного вилучення компонентів суміші з колонки визначити їх вміст фотометричним, титриметричним та іншим способом.

Цим методом визначають загальну твердість води, вміст катіонів важких металів у воді, ґрунті, донних мулах.

Методом йонної хроматографії визначають понад 70 аніонів неорганічних і органічних кислот, катіони лужних і лужноземельних металів у воді, продуктах, лікарських препаратах тощо.

Молекулярно-ситова хроматографія дає змогу розділяти речовини на основі різних розмірів їх молекул. Так можна розділити, наприклад, мономерні й полімерні гідрокомплекси алюмінію, які мають різну токсичність і механізм дії на гідробіонтів в у разі їх надлишку в природних водах.

Електрохімічні методи аналізу.

Потенціометрія. Методом абсолютної потенціометрії вимірюють потенціал Е і за рівнянням Нернста обчислюють концентрацію йона в речовині. Метод використовується для визначення рН природних і стічних вод за допомогою скляного електрода; йоноселективні електроди дають змогу встановити вміст нітратів у рослинах та продуктах, концентрацію катіонів натрію, калію, кальцію, магнію, купруму, аніонів CI^¯,Br¯, J¯, CN¯ та ін.

Методом потенціометричного титрування визначають численні сполуки; порівняно зі звичайним титриметричним методом він дає змогу аналізувати забарвлені і каламутні середовища. Потенціометричні біодатчики використовують для визначення концентрації пестицидів у складних багатокомпонентних системах.

Вольтамперометрію поділяють на два типи: полярографічний аналіз, що базується на процесі електролізу і вивченні залежності сили струму від прикладеної напруги (цим методом у природних водах і ґрунтах визначають вміст цинку, кадмію, плюмбуму, купруму; з попереднім екстракційним відділенням токсичних елементів – залишкову кількість плюмбуму у виноградному соці з чутливістю 0,002 мг/л; токсичні елементи в продуктах, повітрі, стічних водах; користуються методом і для визначення концентрації вітамінів, ферментів, гормонів в організмі людини, для діагностики захворювань), і амперометричне титрування (дає змогу визначати аніони, для яких немає точних і швидких титриметричних методів: C₂O₄^2¯, SO₄^2¯, CO₃^2¯, PO₄^3¯, MoO₄^2¯, а також багато органічних сполук).

Методами абсорбційної інверсійної вольтамперометрії визначають понад 40 катіонів металів, числені аніони, органічні сполуки (білки, ферменти, лікарські препарати, пестициди, стимулятори росту тварин, комплексони) в різних екологічних об’єктах.

Кондуктометрію (аналіз за електричною провідністю) використовують для визначення концентрації розчинених солей у питних водах і водах для теплообмінного обладнання (пряма кондуктометрія). Кондуктометричним титруванням визначають суміші кислот у водному та водно-органічному середовищах, численні катіони й аніони; титруванням розчином BaCl₂ визначають сульфати, хромати, оксалати, карбонати, цитрати; трилоном Б за різних значень рН аналізують суміші катіонів металів без попереднього їх розділення.