4. Відбір проб завислої речовини

Хімічні елементи мігрують у природних водах у розчиненій і завислій формах. Зависла речовина (ЗР) має подвійну природу - це частки мінерального й органічного походження: груба дисперсна завись (> 10 ⁷ м) і колоїдного ступеня дисперсності (10 ⁹ - 10 ⁷ м).

Походження ЗР:

• теригенне - це продукти розмиву ґрунтів і гірських порід;

• біогенне - проміжні продукти розкладання фрагментів тіл, тканин, екскрементів живих організмів;

• вулканогенне - це уламкові частки вулканічних вивержень;

• хемогенне - продукти гідролізу, окисно-відновних, фото- \ і мічних, біохімічних реакцій;

• космогенне - це космічний пил;

♦антропогенне - представлене результатом діяльності мюдини ~ промислові, побутові, стічні води.

Роль ЗР полягає в постачанні мікроелементів у природні води,

; і крім того ЗР є головним компонентом формування донних осадів, бере участь в адсорбційних процесах: хемосорбції, фізичній адсорбції, а також реакціях йонного обміну. Зависла речовина є посієм біологічно активних зв’язаних форм елементів, тому що вона м і стить планктонну складову. Вивчення біологічних і геопроцесів оеадоутворення в біогеохімії природних вод невіддільне від І'.становлення якісної і кількісної сполуки ЗР.

Серед відомих методів відокремлення зависей від водного І м ізчину найбільш розповсюджені мембранна ультрафільтрація, і гп арація на ультрацентрифугах безперервної дії і діаліз.

Завись і навіть часточки колоїдних розмірів дозволяють нідокремити мембранні фільтри з розміром пор 10³- 0,7 мкм. За куум-фільтрація досягається за допомогою електричного, ні >доструминного насосу або насосу Комовського (не перевищуючи І Ь атм) і приладу “колба Бунзена - лійка Бюхнера” {рис. 1.6, ч. І); також застосовують спеціальні лійки з оргскла і фільтрування

з кількісним атомно-емісійним аналізом встановлюють залягання рудного тіла при пошуках корисних копалин.

Групове визначення важких металів у водах базується на витягуванні металів після їхнього концентрування екстракцією у вигляді комплексів (напр., з диетилтіокарбаматом і 8-оксихіно- ліном) з наступним емісійним спектральним аналізом.

Існує класифікація методів спектроскопії в залежності від виду електромагнітного випромінювання, що поглинається або випромінюється речовиною. У цій системі розрізняють рентгено-, радіоспектральні й оптичні методи спектрального аналізу.

До оптичних відносяться усі методи спектрального аналізу, які досліджують спектри видимої, ультрафіолетової (УФ) і інфрачервоної (14) областей. Оскільки в УФ і видимій областях поглинання пов’язане зі збудженням електронів, то зазвичай молекулярні спектри УФ області називають електронними.

Електронні спектри є досить інформативними, напр., вони відмінно ідентифікують мультихлорфенольні полютанти: при збільшенні числа атомів хлору в молекулі максимум УФ погли­нання зсувається в довгохвильову область, (рис. 2.2).

Рис. 2.2. УФ спектри хлорофенолів (за II. всЬцзіег).

Аналіз за спектрами поглинання базується на використанні законів поглинання монохроматичного світла атомами і моле­кулами: енергія випромінювання, яка необхідна для збудження сіісктронів, є видимим або ультрафіолетовим світлом (енергія в це кілька еВ); коливання атомів і груп атомів у молекулі потребують квантів 14 випромінювання (енергія збудження до десятих часток еВ), обертальні спектри - квантів мікрохвильового ви н ромінювання.

В аналітичній практиці широко використовують коливальні спектри поглинання. Молекули, переходячи в збуджений стан під дачо 14 випромінювання, виявляютьсвій новий енергетичний стан «хм овною смугою поглинання в безперервному спектрі, частота якої дорівнює частоті коливання атомів у молекулі. У довідковій итературі наводяться частоти або хвильові числа 14 поглинання для функціональних груп органічних речовин, кореляційні діаграми і характеристичні спектри органічних і неорганічних сполук.

Ілюстрацією найціннішої інформації 14 спектроскопічного детектування є розшифровка будови ізомерів хлорбензольньїх і оміїонентів стічних і забруднювачів природних вод, оскільки практично ідентичні мас-спектри орто-, мета- і пара- ізомерів не підходять для встановлення структури дихлорбензенів, (рис. 2.3).

1,2-Дихлоробензен

1,3-Дихлоробензен

4000

400

Хвильове число

1,4-Дихлоробензен

Рис. 2.3. ІЧ-спектри ізомерів дихлоробензенів (за АУ.Р. Бипсап).

проводять під вакуумом або під тиском інертного газу. Для фільтрування використовують мембранні нітроцелюлозні ультра­фільтри, фільтри Синпор, ядерні фільтри на лавсановій основі. За кордоном у практиці досліджень застосовують мембранні фільтри Milliporre H.A., Sartorius, волокнисті скляні Whatman Fiber Glass, ядерні ультрафільтри Nuclepore.

Метод сепарації дозволяє одержувати проби суспензії від 10 до 100 г на сепараторах НСМ-2, НСМ-3, САЖ-ЗМ, СУС-ЗМ с тарілчастими вставками з неіржавіючої сталі і центрифугах з 3000 об/хв.

Недоліком методу є втрати частини проби, особливо при малих наважках, а також великих і важких часток суспензії, що захоплюються водою при виході із сепаратора.

Діаліз і електродіаліз, сутьність яких полягає у дифузії йонів крізь напівпроникні перетинки, ефективно відокремлює ЗР і колоїди від розчинних форм в природних водах, однак процес є дуже тривалим, методично складним, його виконання вимагає громіздкої апаратури.

Останнім часом для відбору ЗР стали популярні седимента­ційні пастки, що дозволяють збирати до 1 кг завислих часточок у мілководних місцях водойм. Вони являють собою складні споруди, постачені великою пластиковою лійкою, по якій ЗР осідає в пробовідбірник, закріплений на важкій платформі, яка встановле­на на дні водотоку.

Ультрафільтри для відбору ЗР вимагають періодичного очищення, кип’ятіння в 0,03- 0,05% хлоридній кислоті протягом 5-10 хв, сушіння до постійної маси при температурі 60 - 70 °С, зберігання в ексикаторі.

Підготовка проби ЗР до аналізу безпосередньо залежить від методу, що обраний. Традиційні методи аналізу стосовно ЗР поділяються на 2 групи: неруйнувальні щодо досліджуваної ЗР і руйнувальні. До 1-ої групи належать нейтронно-активаційний і рентгеноспектральний методи, за якими працюють з масами міліграмового рівня. Після висушування ЗР проби аналізуються на мембранних фільтрах і зберігаються для подальшого вивчення.

Більш доступними є методи 2-ої групи, що припускають для ідентифікації складу ЗР її попереднє концентрування: спочатку

висушуванням, а потім озоленням у фарфорових або кварцових тиглях. Для спектрального емісійного аналізу зразок після озолення в муфельній печі при 450 до постійної маси усереднюють квартуванням, потім розтирають в агатовій ступці до розміру часток 74 мкм.

Запитання до контролю знань

1. Які найефективніші фільтри для відокремлення часток колоїдного ступеня дисперсності від розчинів ви знаєте?

2. Назвіть джерела завислої речовини у воді.

3. Якими методами користуються для відокремлення завислих часточок від водного розчину?

4. Що таке седиментація і яке відношення до неї має седиментаційна пастка?