Главная
Коллекция "Revolution"
Экология и охрана природы
Методы определения металлов в водных объектах окружающей среды
Методы определения металлов в водных объектах окружающей среды
Тяжелые металлы в сточных водах гальванических цехов машиностроительных предприятий, их химическая и токсикологическая характеристика. Инструментальная база и методика обеспечения контроля содержания тяжелых металлов в водных объектах Республики Беларусь.
| Рубрика | Экология и охрана природы |
| Вид | курсовая работа |
| Язык | русский |
| Дата добавления | 01.04.2016 |
| Размер файла | 247,1 K |
Отправить свою хорошую работу в базу знаний просто. Используйте форму, расположенную ниже
Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.
Размещено на http://www.allbest.ru/
БЕЛОРУССКИЙ НАЦИОНАЛЬНЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ
Факультет природных ресурсов и экологии
Кафедра экологии
КУРСОВАЯ РАБОТА
по дисциплине: Мониторинг и методы контроля окружающей среды
Тема: Методы определения металлов в водных объектах окружающей среды
Исполнитель: студентка
Короткевич Ольга Сергеевна
Руководитель работы: старший преподаватель,
Макаревич Нина Фоминична
Минск 2004
Содержание
- Введение
- 1. Тяжелые металлы в сточных водах гальванических цехов машиностроительных предприятий, их химическая и токсикологическая характеристики
- 1.1 Железо
- 1.2 Медь
- 1.3 Никель
- 1.4 Хром
- 2. Методы определения тяжелых металлов
- 2.1 Фотометрический метод
- 2.2 Полярографический метод
- 2.3 Пламенно-эмиссионный метод
- 2.4 Атомно-абсорбционная спектрометрия
- 3. Инструментальная база и методическое обеспечение в РБ для контроля содержания тяжелых металлов в водных объектах
- 4. Проведение исследований атомно-абсорбционным методом
- Заключение
- Литература
Введение
Вода является важнейшим жизненно-необходимым элементом окружающей нас природной среды и ее загрязнение представляет большую опасность для здоровья человека. Борьба с загрязнением воды вредными веществами в настоящее время - одна из важнейших проблем, от решения которой во многом зависит сохранение и укрепление здоровья человека.
Главный вклад в загрязнение водного бассейна вносит промышленность. Основными источниками промышленных загрязнений воды являются машиностроительные предприятия. Производства машиностроения и металлообработки являются значительными потребителями водных ресурсов, забирающими из водных источников около 12% свежей воды от общего расхода промышленностью страны. Около половины этого количества расходуется на нужды гальванического производства.
Гальванические цеха машиностроительных предприятия являются главным источником загрязнения сточных вод тяжелыми металлами - хром, цинк, никель, медь и т.д. Оценки количества солей тяжелых металлов свидетельствуют о серьезном загрязнении природной среды и расточительном отношении к ресурсам. По данным в гальванике в среднем полезно используется 30-40% цветных металлов, 5-10% кислот и щелочей и только 2-3% воды. Помимо этого эти производства выбрасывают много токсичных шламов, образующихся при частичном обезвреживании сточных вод, переработка которых требует значительных затрат.
Сбросы отработанных растворов и электролитов по объему составляют 2-3% от общего количества сточных вод, а по общему содержанию сбрасываемых загрязнений достигают 50-80%.
Практически все сбросы гальванического производства имеют ярко выраженную биологическую активность и способны вызвать неблагоприятные последствия. Степень токсичности и опасности различных веществ неодинакова и может быть оценена по предельно-допустимым концентрациям (ПДК), учитывающим, наряду с токсичностью, их кумулятивные свойства, т.е. способность накапливаться в организме.
Наличие в сточных водах поверхностно-активных веществ (ПАВ) стабилизирует взвешенные вещества, например, гидроксиды металлов, снижая тем самым эффект осветления. Особую опасность представляют отработанные моющие растворы и эмульсии, приготовленные на основе неионогенных эмульгаторов, а также эмульгированные вещества органического происхождения. Наличии их в общем стоке повышает устойчивость и дисперсность нефтепродуктов и затрудняет очистку от ни [сточных вод.
В гальваническом производстве следует применять системы многократного использования воды, обеспечивающие регенерацию воды и рециркуляцию ценных компонентов.
металл тяжелый сточная вода
1. Тяжелые металлы в сточных водах гальванических цехов машиностроительных предприятий, их химическая и токсикологическая характеристики
Термин тяжелые металлы, характеризующий широкую группу загрязняющих веществ, получил в последнее время значительное распространение. В качестве критериев принадлежности металлов к тяжелым, используются многочисленные характеристики: атомная масса, плотность, токсичность, распространенность в природной среде, степень вовлеченности в природные и техногенные циклы.
На сегодняшний день к тяжелым металлам относят более 40 металлов периодической системы Д.И. Менделеева с атомной массой свыше 50 атомных единиц: V, Cr, Mn, Fe, Co, Ni, Cu, Zn, Mo, Cd, Sn, Hg, Pb, Bi и др. При этом немаловажную роль в категорировании тяжелых металлов играют такие условия как: их высокая токсичность для живых организмов в относительно низких концентрациях, а также способность к биоаккумуляции и биомагнификации. Практически все металлы, попадающие под это определение, активно участвуют в биологических процессах, входят в состав многих ферментов. По классификации Н. Реймерса, тяжелыми следует считать металлы с плотностью более 8 г/см3. Таким образом, к тяжелым металлам относятся Pb, Cu, Zn, Ni, Cd, Co, Sb, Sn, Bi, Hg [8].
Тяжелые металлы относятся к приоритетным загрязняющим веществам, наблюдения за которыми обязательны во всех средах.
Источниками загрязнения вод тяжелыми металлами служат сточные воды гальванических цехов, предприятий горнодобывающей, черной и цветной металлургии, машиностроительных заводов. Гальванические методы применяют в промышленности главным образом для получения защитных, декоративных или обладающих определенными физическими свойствами покрытий из хрома, никеля, меди, цинка, олова, а также серебра, золота и других благородных металлов или редких металлов.
В сточных водах машиностроительных предприятий контролируют содержание железа, меди, никеля, хрома и т.д.
1.1 Железо
Железо (Fe) плотность 7,87 г/см3; температура плавления 1535°С; температура кипения 2750°С. Железо имеет серебристо-белый цвет. Оно ковко, обладает большой твердостью.
Присутствующий растворенный кислород может окислять ионы двухвалентного железа до трехвалентного и способствует окислению металлического железа до его закисной формы. Этим путем железо под влиянием влаги и кислорода окисляется, или ржавеет. Процессу ржавления благоприятствует соприкосновение железа с более благородными металлами, например с платиной, медью или никелем.
В ионной форме мигрирует главным образом Fe (II), а Fe (III) в отсутствие комплексообразующих веществ не может в значительных количествах находиться в растворенном состоянии [5].
Главными источниками соединений железа в поверхностных водах являются процессы химического выветривания горных пород. Значительные количества железа поступают с подземным стоком и со сточными водами предприятий металлургической, машиностроительной, металлообрабатывающей, текстильной, лакокрасочной промышленности и с сельскохозяйственными стоками [3].
Содержание железа в поверхностных водах суши составляет десятые доли миллиграмма, вблизи болот - единицы миллиграммов. Повышенное содержание железа наблюдается в болотных водах, в которых оно находится в виде комплексов с солями гуминовых кислот - гуматами. Наибольшие концентрации железа (до нескольких десятков и сотен миллиграммов в 1 дм3) наблюдаются в подземных водах с низкими значениями рН.
Содержание железа в воде выше 1-2 мг Fe/л значительно ухудшает органолептические свойства, придавая ей неприятный вяжущий вкус, и делает воду малопригодной для использования в технических целях. ПДКв железа составляет 0.3 мг Fe/дм3 (лимитирующий показатель вредности - органолептический), ПДКвр для железа - 0.1 мг/дм3 [1].
Ионы железа входят в состав гемоглобина и участвуют в процессе переноса кислорода из легких в ткани. Недостаток железа в организме человека вызывает такие заболевания как анемия и нарушение иммунной системы. Являясь биологически активным элементом, железо в определенной степени влияет на интенсивность развития фитопланктона и качественный состав микрофлоры в водоеме. Данных о влиянии высоких концентраций Fe на организм нет.
1.2 Медь
Медь (Сu) плотность 8,96 г/см3; температура плавления 1084°С; температура кипения 2567°С.
Медь - светло-красный ковкий металл. Чистая вода не оказывает заметного действия на медь, но горячая вода, содержащая растворенный кислород, вызывает коррозию.
Медь - один из важнейших микроэлементов. Физиологическая активность меди связана главным образом с включением ее в состав активных центров окислительно-восстановительных ферментов. Недостаточное содержание меди отрицательно влияет на синтез белков, жиров и витаминов и способствует бесплодию растительных организмов. Медь участвует в процессе фотосинтеза и влияет на усвоение азота растениями. Вместе с тем, избыточные концентрации меди оказывают неблагоприятное воздействие на растительные и животные организмы.
Важнейшими сплавами меди являются латунь, бронза и нейзильбер [5].
Содержание меди в природных пресных водах колеблется от 2 до 30 мкг/дм3, в морских водах - от 0.5 до 3.5 мкг/дм3. Повышенные концентрации меди (до нескольких граммов в литре) характерны для кислых рудничных вод [1].
Основным источником поступления меди в природные воды являются сточные воды предприятий химической, машиностроительной, металлургической промышленности, шахтные воды, альдегидные реагенты, используемые для уничтожения водорослей. Медь может появляться в результате коррозии медных трубопроводов и других сооружений, используемых в системах водоснабжения. В подземных водах содержание меди обусловлено взаимодействием воды с горными породами, содержащими ее (халькопирит, малахит, азурит и др.). Избыток меди в организме человека вызывает цирроз печени. Недостаток - слабость артерий, нарушение деятельности печени, вторичная анемия [3].
Предельно допустимая концентрация меди в воде водоемов санитарно-бытового водопользования составляет 0.1 мг/дм3 (лимитирующий признак вредности - общесанитарный), в воде рыбохозяйственных водоемов - 0.001 мг/дм3 [1].
1.3 Никель
Никель (Ni) плотность 8,9 г/см3; температура плавления 1452°С; температура кипения 2900°С.
Никель обладает серебристо-белым цветом. Он твердый, ковкий и тягучий, обладает магнитными свойствами.
В воду попадает из почв и из растительных и животных организмов при их распаде. Соединения никеля в водные объекты поступают также со сточными водами цехов никелирования, заводов синтетического каучука, никелевых обогатительных фабрик. Огромные выбросы никеля сопровождают сжигание ископаемого топлива.
Концентрация его может понижаться в результате выпадения в осадок таких соединений, как цианиды, сульфиды, карбонаты или гидроксиды (при повышении значений рН), за счет потребления его водными организмами и процессов адсорбции.
В поверхностных водах соединения никеля находятся в растворенном, взвешенном и коллоидном состоянии, количественное соотношение между которыми зависит от состава воды, температуры и значений рН. Наиболее распространены в природных водах соединения никеля, в которых он находится в степени окисления +2. Соединения Ni3+ образуются обычно в щелочной среде [5].
Соединения никеля играют важную роль в кроветворных процессах, являясь катализаторами. Повышенное его содержание оказывает специфическое действие на сердечно-сосудистую систему, способствует появлению раковых новообразований, воспаление кожи, легочным повреждениям. Никель принадлежит к числу канцерогенных элементов. Он способен вызывать респираторные заболевания. Считается, что свободные ионы никеля (Ni2+) примерно в 2 раза более токсичны, чем его комплексные соединения. В то же время недостаток никеля в организме вызывает учащение депрессий и дерматиты.
В речных незагрязненных и слабозагрязненных водах концентрация никеля колеблется обычно от 0.8 до 10 мкг/дм3; в загрязненных она составляет несколько десятков микрограммов в 1 дм3. Средняя концентрация никеля в морской воде 2 мкг/дм3, в подземных водах - n.103 мкг/дм3. В подземных водах, омывающих никельсодержащие горные породы, концентрация никеля иногда возрастает до 20 мг/дм3.
Содержание никеля в водных объектах лимитируется: ПДКв составляет 0.1 мг/дм3 (лимитирующий признак вредности - общесанитарный), ПДКвр - 0.01 мг/дм3 (лимитирующий признак вредности - токсикологический) [1].
1.4 Хром
Хром (Cr) плотность 7,19 г/см3; температура плавления 1857°С; температура кипения 2672°С.
Хром - кристаллический металл серого цвета. Он не ковок и не обладает магнитными свойствами.
В поверхностные воды соединения трех - и шестивалентного хрома попадают в результате выщелачивания из пород (хромит, крокоит, уваровит и др.). Некоторые количества поступают в процессе разложения организмов и растений, из почв. Значительные количества могут поступать в водоемы со сточными водами гальванических цехов, красильных цехов текстильных предприятий, кожевенных заводов и предприятий химической промышленности. Понижение концентрации ионов хрома может наблюдаться в результате потребления их водными организмами и процессов адсорбции.
В поверхностных водах соединения хрома находятся в растворенном и взвешенном состояниях, соотношение между которыми зависит от состава вод, температуры, рН раствора. В растворенной форме хром может находиться в виде хроматов и бихроматов. При аэробных условиях Cr (VI) переходит в Cr (III), соли которого в нейтральной и щелочной средах гидролизуются с выделением гидроксида [5].
В речных незагрязненных и слабозагрязненных водах содержание хрома колеблется от нескольких десятых долей микрограмма в литре до нескольких микрограммов в литре, в загрязненных водоемах оно достигает нескольких десятков и сотен микрограммов в литре. Средняя концентрация в морских водах - 0.05 мкг/дм3, в подземных водах - обычно в пределах n.10 - n.102 мкг/дм3.
Соединения Cr (VI) и Cr (III) в повышенных количествах обладают канцерогенными свойствами. Соединения Cr (VI) являются более опасными.
Содержание их в водоемах санитарно-бытового использования не должно превышать ПДКв для Cr (VI) 0.05 мг/дм3, для Cr (III) 0.5 мг/дм3. ПДКвр для Cr (VI) - 0.001 мг/дм3, для Cr (III) - 0.005 мг/дм3 [1].
2. Методы определения тяжелых металлов
Для определения тяжелых металлов в лабораторной практике используются: фотометрические методы, атомно-абсорбционная спектрометрия, атомно-эмиссионная спектрометрия, полярографическая потенциометрия и т.д.
2.1 Фотометрический метод
Фотометрический метод предназначен для определения металлов, концентрация которых не превышает 0,1-10 мг/л.
В основе лежит определение концентрации растворов, основанное на сравнении поглощения (или пропускания) электромагнитного излучения видимого и ультрафиолетового диапазонов стандартными и исследуемыми растворами. Количественно поглощение описывается уравнением закона Бугера - Ламберта - Бера (основной закон светопоглощения), согласно которому интенсивность прошедшего излучения через вещество пропорционально концентрации вещества на его пути и коэффициенту поглощения:
Iпр = I0*10-kCl, (2.1)
где,
Iпр - интенсивность прошедшего света;
I0 - интенсивность падающего света;
k-коэффициент светопоглощения, зависящий от природы растворенного вещества, температуры, растворителя и длины волны света;
l - толщина поглощающего слоя;
С - концентрация растворенного вещества;
Iпр / I0 = T, (2.2)
где,
Т-пропускание
lg Iпр / I0= - kCl (2.3)
Величину lg I0/Iпр = А называют абсорбция (оптическая плотность).
A= kCl (2.4)
Если концентрация С выражается в молях на литр, а l - в сантиметрах, то k представляет собой молярный коэффициент светопоглощения и обозначается е. Уравнение (2.4) в этом случае будет иметь вид:
A= еCl (2.5)
где,
е характеризует способность данного вещества поглощать электромагнитные излучения и зависит только от его природы.
При графическом изображении зависимости оптической плотности от концентрации (при постоянном значении l) получается прямая линия. Эта прямая проходит через начало координат при отсутствии поглощения света растворителем и систематических погрешностей (Рис.2.1).
Рис 2.1 Зависимость оптической плотности от концентрации раствора (градуировочный график)
Фотометрический процесс состоит из ряда операций:
1) фильтрование пробы, т.к. анализируемый раствор должен быть прозрачным, чтобы не было рассеяния света взвешенными частицами.
2) удаление или маскирование мешающих компонентов.
3) проведение химической реакции для получения соединения с большим коэффициентом поглощения. Для этого используют органические реагенты, образующие комплексные соединения (сульфосалициловая кислота, о-фенантролин - для определения железа; диэтилдитиокарбамат свинца, пикрамин-эпсилон - для меди; диметилглиоксим - для никеля; дифенилкарбазид - для хрома и др.).
4) приготовление стандартных растворов, содержащих определенный компонент в концентрациях С1, С2, С3 и т.д.
5) прибавление к этим растворам реагента для получения светопоглощающих веществ.
6) измерение оптической плотности растворов с концентрациями С1, С2, С3 и т.д.
7) построение градуировочного графика.
8) измерение оптической плотности анализируемого раствора и определение концентрации по графику.
Измерения производят с помощью фотоколориметров или спектрофотометров [3].
Фотоколориметры предназначены для измерения коэффициента пропускания и оптической плотности жидких гомогенных растворов. Работают в видимой области 400-750 нм (300-1000 нм). Снабжены монохроматорами, интерференционные фильтры с полосой пропускания 10-15 нм; абсорбционные фильтры 30-50 нм. Используются фотоколориметры марки ФЭК (двулучевые) и КФК, КФО (однолучевые). Абсолютная погрешность прибора при измерении пропускания не превышает 1%. Среднее квадратическое отклонение определения пропускания по результатам 10 измерений не превышает 0,3%.
Спектрофотометры предназначены для измерения коэффициента пропускания, оптической плотности и регистрации спектров поглощения. Работают в видимой области 100-1100 нм. Используются спектрофотометры марки СФ (СФ-26, СФ-16, СФ-46 и др.). Абсолютная погрешность измерения не долее 1%. Стандартное отклонение пропускания, не более 0,1% [6].
2.2 Полярографический метод
Сущность данного метода состоит в том, что для проведения аналитических определений используют зависимость силы тока, протекающего при электролизе раствора, от концентрации электродноактивных веществ в нем. Как правило, для измерения силы тока, протекающего при электролизе раствора, процесс электролиза ведут при изменяющемся напряжении, приложенном к электролитической ячейке, от нуля до выбранного значения. При этом регистрируют ток, протекающий через ячейку при всех задаваемых значениях напряжения.
Для проведения полярографического анализа составляют цепь из двух электродов; поверхность одного из которого обычно во много раз больше поверхности другого, и прилагают к ней разность потенциалов от внешнего источника тока. Плавно изменяя эту разность потенциалов от нуля до 2-3 В, определяют зависимость силы тока, протекающего через цепь, от этой разности, а затем строят соответствующую кривую. Если при этом плотность тока на большем электроде оказывается недостаточной для изменения его равновесного потенциала (использован так называемый неполяризующийся, например, насыщенный каломельный электрод), то фактически происходит изменение потенциала меньшего (индикаторного, ртутного капающего) электрода относительно большего (вспомогательного), который в двухэлектродной системе одновременно играет роль и электрода сравнения.
Разность потенциалов между электродами ДЕ = Еа - Ек равна величине Е, приложенной от внешнего источника напряжения. Поскольку потенциал электрода сравнения (пусть им будет анод) не изменяется с изменением разности потенциалов (Еа = const), его можно принять за нуль в шкале отсчета потенциалов и записать Ек. == - Е.
Таким образом, кривая в системе координат сила тока - приложенная разность потенциалов отражает изменение скорости; процессов, протекающих на индикаторном электроде при принудительном изменений его потенциала. Подобная кривая для простейшего случая: приведена на рис. 2.2, она называется полярографической волной, а ее графическое изображение - полярограммой.
Рис. 2.2 Постоянно-токовая полярограмма (полярографическая волна) для обратимого (1) и необратимого (2) процессов (iпр-сила предельного тока; E1/2-потенциал полуволны)
Увеличение скорости поляризации, использование различных форм импульсов поляризующего напряжения, частотная модуляция постоянной составляющей и иные изменения поляризующего сигнала могут существенно изменить форму полярографической волны, однако суть происходящих процессов при этом остается неизменной - на индикаторном электроде происходит восстановление (окисление) анализируемого вещества; а сила тока электролиза пропорциональна концентрации электродноактивного вещества в растворе.
Измерения производят на полярографах, простейшей из которых состоит из: стеклянной емкости с ртутью, полиэтиленового (резинового) шланга, капилляра (диаметр ~0,05 мм), анализируемого раствора, донной ртути и электролизера.
Разновидности полярографического метода обусловлены видом поляризующего сигнала, поэтому различают постояннотоковую, импульсную и переменнотоковую полярографии [6].
2.3 Пламенно-эмиссионный метод
В атомно-эмиссионном спектральном анализе в качестве источников возбуждения спектров применяют пламя, электрические дуги, низко - и высоковольтную конденсированную искру и др. В последние годы широко используют различные виды высокочастотных разрядов - источник индуктивно-связанной высокочастотной плазмы (ИСП), микроволновой разряд и др. Из существующих методов возбуждения пламенный метод в анализе вод применяют чаще других.
Пламенный метод используют для определения щелочных и щелочноземельных металлов Температура пламени относительно низка (поддерживается в интервале 2000-3000 К), и метод применяют преимущественно для определения легко возбуждаемых атомов - лития, натрия, калия и т.д.[8].
Сущность метода заключается в том, что в исследуемый раствор вводят в виде аэрозоля в пламя горелки, работающей на смеси газов (воздушно - пропановой, воздушно - ацетиленовой). Давление воздуха и горючего газа поддерживается постоянным. В пламени атомы металлов возбуждаются и, переходя обратно из возбужденного в нормальное состояние, излучают свет определенных длин волн. Из спектра эмиссии монохроматором выделяются характерные для определяемых металлов линии. Для определения натрия л=589 нм, калия л=768 нм, стронция л=460,7 нм. По интенсивности этих линий судят о концентрации определяемых элементов в пробе, для чего строят калибровочные графики по стандартным растворам солей этих металлов. Чувствительность определения очень высока (менее 0,1 мг/л); относительная ошибка метода мала.
Особое значение метод фотометрии пламени имеет для определения микроколичеств соединений щелочных и щелочноземельных металлов, для которых предел обнаружения этим методом находится в диапазоне 0,001 - 1 нг/мл. Предел обнаружения порядка 0,1-1 нг/мл достигается для таких элементов, как свинец, медь, серебро, хром, марганец, алюминий и др., причем в некоторых случаях в качестве аналитического сигнала используют молекулярную эмиссию пламени.
Пламя обладает большей стабильностью излучения. Это позволяет при выполнении анализа не прибегать к использованию линий сравнения, а при фотоэлектрической регистрации спектров применять сравнительно простые и дешевые усилительно-регистрирующие устройства. Характерным для пламени является также и сравнительно низкий уровень спектральных помех.
Этим методом можно определять 30-40 элементов с погрешностью, не превышающей 2-4%. Режим измерений эмиссии пламени предусмотрен в большинстве типов современных атомно-абсорбционных спектрофотометров.
Основными ограничениями метода фотометрии пламени являются необходимость переведения анализируемых проб в раствор, сравнительно высокий уровень матричных эффектов и, как правило, одноэлементность анализа [6].
2.4 Атомно-абсорбционная спектрометрия
Метод атомно-абсорбционной спектрометрии используется для определения металлов как на уровне ПДК, так и при анализе следовых количеств.
Метод основан на поглощении ультрафиолетового или видимого излучения свободными не возбужденными атомами вещества. Применяется для определения элементарного состава жидких проб. Чтобы перевести 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.
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. Наибольшую чувствительность атомно-абсорбционная спектроскопия проявляет при определении As,Be, Bi, Cd, Hg, Mg, Pb, Те, Zn, Cs, In [3].
В атомно-абсорбционной спектрометрии (ААС) излучение пропускают через анализируемую пробу, которая частично его поглощает, а пропущенный свет проходит через монохроматор и попадает на фотодетектор - регистрирующее устройство, отмечающее количество пропущенного или поглощенного света. Источником света в ААС служит лампа с полым катодом, испускающая свет, имеющий очень узкий интервал длин волн, порядка 0,001 нм. 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. Существуют лампы, предназначенные для определения нескольких элементов (например, Mg, Ca, A1), но применение их не рекомендуется.
"Кюветой" в ААС служит само пламя. Поскольку в ААС соблюдается закон Бугера - Ламберта - Бера, чувствительность метода зависит от длины поглощающего слоя пламени, которая должна быть постоянной и достаточно большой. Применяют специальные щелевые горелки с узкой щелью длиной от 5 до 10 см, позволяющие получать тонкие плоские пламенна с большой длиной поглощающего слоя (рис. 2.4).
Рис. 2.4 Щелевая горелка
При атомизации элемента в пламени небольшая часть его атомов может возбудиться и испускать свет. Поскольку длины волн испускаемого и поглощаемого света совпадают, то свет, испускаемый в пламени, будет накладываться на излучение, прошедшее через
пламя, что искажает получаемый результат. Для того чтобы этого затруднения избежать, в приборе имеется так называемый модулятор.
Источники пламени. Применяют пламя, для получения которого в качестве горючего используют ацетилен, пропан или водород, а в качестве окислителя - воздух, кислород или оксид азота (I). Выбранная газовая смесь определяет температуру пламени. При определении элементов, образующих трудно диссоциирующие соединения, используют высокотемпературное пламя (3000-3200°С) - ацетилен. Такое пламя необходимо при определении алюминия, бериллия, кремния, ванадия и молибдена. Ртуть определяют "беспламенным методом", поскольку она может существовать в парообразном состоянии и при комнатной температуре.
Измерения производятся с использованием спектрофотометра, принципиальная схема которого показана на рис. 2.5
Рис. 2.5 Блок-схема атомно-абсорбционного спектрофотометра:
1 - линейчатый источник резонансного излучений; 2 - монохроматор; 3 - детектор; 4 - усилитель; 5 - стрелочный прибор; 6 - самописец; 7 - цифропечатающее устройство; 8,9 - ввод окислителя и топлива соответственно; 10 - распылитель; 11 - распылительная камера.
Мешающих влияний при использовании атомно-абсорбционной спектрометрии немного, проявляются они редко, что и является одним из главных преимуществ этого метода. Однако в пламени могут образоваться термостойкие соединения, молекулы которых не поглощают излучения. Происходит так называемое "гашение", и результаты получаются заниженными. Это наблюдается, например, при определении магния, если присутствуют фосфаты, а также при определении марганца в присутствии кремнекислоты. В первом случае затруднение преодолевается введением соли лантана, во втором случае - добавлением соли кальция.
Другой причиной появления систематических ошибок является уменьшение концентрации свободных атомов вследствие их ионизации. Это явление наблюдается при определении малых содержаний элементов с низкими потенциалами ионизации, например щелочных металлов, и может быть устранено введением в пробу элемента, имеющего еще меньший потенциал ионизации, например при определении бария вводят натрий или калий [6].
3. Инструментальная база и методическое обеспечение в РБ для контроля содержания тяжелых металлов в водных объектах
Для контроля тяжелых металлов - железа, меди, никеля и хрома в РБ рекомендуются следующие методики:
1) железо:
? МВИ (методики выполнения измерений) концентрации железа фотометрическим методом с сульфосалициловой кислотой; диапазон измерений (D) =1-10 мг/дм3; предел обнаружения 0,1 мг/дм3.
? МВИ концентрации железа фотометрическим методом с орто-фенантролином; D=0,05-2 мг/дм3.
? МВИ концентрации железа методом ААС; D=0,3-5,0 мг/дм3; чувствительность 0,12 мг/дм3.
2) медь:
? МВИ концентрации меди фотометрическим методом с диэтилдитиокарбаминатом натрия; D=0,01-5,0 мг/дм3.
? МВИ концентрации меди фотометрическим методом с дикупралом; D=0,01-1,0 мг/дм3.
? МВИ концентрации меди фотометрическим методом с пикрамин-эпсилон; D=0,5-40 мкг/пробе.
? МВИ концентрации меди фотометрическим методом с неокупроином; D=2-200 мкг/пробе.
? МВИ концентрации меди полярографическим методом; предел обнаружения 0,02 мг/дм3; D свыше 0,05 мг/дм3; D свыше 0,2 мг/дм3.
? МВИ концентрации меди методом ААС; D=0,2-6,0 мг/дм3; чувствительность 0,1 мг/дм3.
3) никель:
? МВИ концентрации никеля фотометрическим методом с диметилглиоксимом; D=1,0-20 мг/дм3; D=0,2-5,0 мг/дм3.
? МВИ концентрации никеля фотометрическим методом с фурилдиоксимом.
? МВИ концентрации никеля полярографическим методом; предел обнаружения 0,01 мг/дм3; D=0,02-2,0 мг/дм3.
? МВИ концентрации никеля гравиметрическим и титриметрическим методом с диметилглиоксимом; D=1,0-10 мкг/пробе.
? МВИ концентрации никеля методом ААС; D=0,3-5,0 мг/дм3; чувствительность 0,15 мг/дм3.
4) хром:
? МВИ концентрации хрома фотометрическим методом с дифенилкарбазидом; D=0,05-1,0 мг/дм3.
? МВИ концентрации хрома (больших количеств) титриметрическим методом
? МВИ концентрации хрома шестивалентного полярографическим методом; D свыше 0,2 мг/дм3; D свыше 0,05 мг/дм3;
? МВИ концентрации хрома методом ААС; D=0,5-10,0 мг/дм3; чувствительность 0,25 мг/дм3 [4].
Согласно государственному реестру, на территории РБ для проведения измерений допущены следующие приборы:
Фотоколориметр КФК-3 предназначен для измерения коэффициентов пропускания, оптической плотности D прозрачных твердых образов, а также для определения концентрации вещества С в растворах после предварительной градуировки фотометра потребителем и скорости изменения оптической плотности вещества.
Фотометр предназначен для применения в сельском хозяйстве, медицине, на предприятиях водоснабжения, в металлургической, химической, пищевой промышленности и других областях народного хозяйства.
Фотоколориметр ФК-120. Характеристика аналогичная.
Спектрофотометр автоматизированный восьмиканальный АС-8К. Предназначен для определения оптической плотности жидкости с использованием микротитрационных планшетов в диагностической и исследовательской практике лабораторий в медицине, микробиологии, биохимии, бактериологии. Режимы измерения; одноволновой; двухволновой; кинетика. Диапазон измерения оптической плотности 0 - 2. Погрешность измерения оптической плотности 1,5%. Длины волн светофильтров 405,414,450,492,510,540,620,690 нм. Время измерения в одноволновом режиме 60 сек.
Универсальный полярограф "ПУ - 1". Предназначен для качественного и количественного анализа веществ, находящихся в растворе, вольтамперометрическим методом, а также для других электрохимических исследований.
Полярограф может быть использован:
· для определения примесей в металлах, полупроводниках, химических реактивах
· для контроля чистоты воздуха, воды, пищевых продуктов, медицинских препаратов
· для проведения биохимических исследований
· для изучения электродных, адсорбционных, окислительно - восстановительных процессов в химии.
Метод измерений основан на определении высоты пика тока при определенном для данного вещества потенциале. Чувствительность полярографа, не ниже 8 мВ/мкА. Диапазон определяемых концентраций по кадмию, от 1Е-3 до 5Е-8 моль/л, в инверсионном режиме до 1Е-9 моль/л.
Полярограф "АВС-1" - портативный полярограф, который позволяет не использовать для анализа металлическую ртуть. Принцип анализа состоит в том, что в анализируемый раствор добавляется раствор соли ртути, которая заменяет металлическую ртуть при образовании амальгамы. Таким образом, из анализа исключается трудоемкая стадия очистки металлической ртути.
Регистрирующий блок полярографа позволяет работать как методом градуировочного графика, так и методом добавок. В памяти прибора накапливается информация обо всей вольтамперограмме.
Атомно-абсорбционный спектрометр МГА-915. Благодаря своей высокой селективности, позволяет определять содержание широкого круга элементов в пробах самого разного состава - без или с минимальной пробоподготовкой. Применяется для измерение содержания различных элементов в воде и почве.
Спектральный диапазон 190…600 нм, газ-носитель - аргон, маскимальная температура атомизации 2900 єС.
Спектрофотометр САТУРН-3-П1. В комплекте с приставкой "Графит".
Спектрометр атомно-абсорбционный СА12АН "Гелиос".
Спектрометр атомно-эмиссионный многоканальный АЭМС [2].
4. Проведение исследований атомно-абсорбционным методом
Определение концентрации железа атомно-абсорбционным методом в режиме пламенного атомизатора
Проба. Для определения концентрации железа была выдана контрольная проба. Внешний вид: прозрачная, бесцветная. Специальные указания: в контрольной пробе отсутствуют Si, Al, Mn, Ni, Cu, органические оксиды.
Оборудования, вспомогательные устройства, посуда, реактивы:
атомно-абсорбционный спектрофотометр марки AAS4 ZEISS, Germany
горелка-атомизатор для воздушно-ацетиленового пламени
лампы с полым катодом для определения железа
мерные колбы вместимостью 100 мл, ГОСТ 1770-74
пипетки
аналитические весы
дистиллированная вода
HCl, концентрированная
HNO3, концентрированная
стандартные растворы
запасной раствор
раствор соли лантана
раствор хлорида кальция
Ход работы.
Приготовление растворов:
Ионизационный буферный раствор.0,63 г. CaCO3 растворили в 10 мл концентрированной HCl, прилили 200 мл дистиллированной воды, нагрели до полного растворения. Охладили, разбавли дистиллированной водой до 1000 мл.
Спектроскопический буферный раствор.58,65 г. оксида лантана растворили в 250 мл концентрированной HCl, разбавили дистиллированной водой до 1000 мл.
Стандартные рабочие растворы. Из ГСО с концентрацией Fe 10/дм3 приготовили раствор с концентрацией 1000 мг/дм3, из которого соответствующим разбавлением дистиллированной водой, содержащей 1,5 мл концентрированной HNO3 в 1 л, приготовили серию стандартных рабочих растворов с концентрацией Fe 0,1; 0,5; 1; 2 мг/дм3.
Подготовка атомно-абсорбционного спектрофотометра к работе и проведению измерений:
Подготовка к измерению проводилась совместно с ведущим специалистом и заключалась в следующем:
1. Включить спектрофотометр, нажав клавишу "AAS4", и персональный компьютер.
2. Вызвать AAS-file.
3. Вставить необходимую лампу с полым катодом на Fe.
4. Установить ширину щели и длину волны, l=0,15, л=248,8 нм.
5. Задать ток для лампы, I=5 А.
6. Вызвать режим энергии.
7. Произвести точную настройку длины волны, отъюстировать лампу.
8. Включить вытяжное устройство над отделением горелки.
9. Включить компрессор для подачи сжатого воздуха в систему газовой автоматики.
10. Открыть трубопровод для подачи ацетилена в систему газовой автоматики, установить требуемое давление, р=60 кПа.
11. Нажать на клавишу "Power". Светодиодная индикация ошибок не должна гореть.
12. Провести тест с газом - окислителем.
13. Провести тест с горючим газом.
14. Зажечь пламя, распылить растворитель.
15. Оптимизировать расход газа-окислителя и горючего газа (120/60 кПа).
16. Оптимизировать скорость засасывания распылителя.
17. Задать параметры вида представления информации (в единицах концентрации) параметры интегрирования.
18. Распылить нулевой раствор, провести уравнивание нуля клавишей "AZ/AM".
19. Засосать пробу, запустить измерение клавишей "Run".
20. Распылить следующую пробу, запустить измерение посредством "Run".
21. После некоторого количества проб провести уравнивание нуля с нулевым раствором.
22. Вызвать режим калибровки.
23. Задать число стандартов (4).
24. Задать концентрацию стандартов (0,1; 0,5; 1; 2 мг/дм3).
25. Провести уравнивание нуля клавишей "AZ/AM".
26. Измерить стандарты.
27. Определить калибровочную кривую и записать в память (см Приложение).
28. Вызвать режим "СONC".
29. Распылить исследуемую пробу и измерить концентрацию посредством "Run".
30. Распылить для промывки дистиллированную воду.
31. Погасить пламя клавишей "OFF".
32. Перекрыть трубопровод для подачи горючего газа.
33. Выключить компрессор подачи сжатого воздуха.
34. Выйти из операционного матобеспечения "AAS4".
Заключение
Тема данной курсовой работы "Методы определения металлов в водных объектах окружающей среды". Объект анализа - сточные воды гальванических цехов машиностроительных предприятий.
В ходе выполнения курсовой работы была:
изучена научная литература и составлен литературный обзор по методам определения металлов в сточных водах гальванических цехов;
изучена справочная и нормативная литература, при установлении химической и токсикологической характеристики тяжелых металлов;
было выяснено наличие в РБ аттестованных методик для ведения измерений металлов, наличие инструментальной базы для проведения анализа;
проведено самостоятельное определение содержания железа в контрольной пробе атомно-абсорбционным методом.
Литература
1. Беспамятнов Г.П., Кpотов Ю.А. Пpедельно допустимые концетpации химических веществ в окpужающей сpеде. - Л., Химия, 1985.
2. Каталог "Оснащение лабораторий".
3. Лурье Ю.Ю. Аналитическая химия промышленных сточных вод. М.: Химия, 1984. - 448 с., ил.
4. Перечень методик выполнения измерений, допущенных к применению в деятельности лабораторий экологического контроля предприятий и организаций РБ., том 1 и 2. Мн. 1996.
5. Тредвелл Ф.П., Голл В.Т. Курс аналитической химии, том первый.М. - 1946. - 663 с.
6. Физико-химические методы анализа. Под редакцией Алесковского В.Б. - Л.: Химия, 1988. - 376 с., ил.
7. Хавезов И., Цалев Д. Атомно-абсорбционный анализ: Пер. с болг. - Л.: Химия, 1983.
8. www.biology. krc. karelia.ru
Размещено на Allbest.ru
...Подобные документы
Исследование основных экологических и химических аспектов проблемы распространения тяжелых металлов в окружающей среде. Формы содержания тяжелых металлов в поверхностных водах и их токсичность. Тяжелые металлы в почвах и растениях. Микробный ценоз почв.
реферат [33,2 K], добавлен 25.12.2010Характеристика тяжелых металлов и их распространение в окружающей среде. Клиническая и экологическая токсикология тяжелых металлов. Атомно-абсорбционный метод определения содержания тяжелых металлов, подготовка и взятие органических проб гидробионтов.
научная работа [578,6 K], добавлен 03.02.2016Тяжелые металлы в водной среде. Действие оксидов тяжелых металлов на организм некоторых пресноводных животных. Поглощение и распределение тяжелых металлов в гидрофитах. Влияние оксидов тяжелых металлов в наноформе на показатели роста и смертности гуппи.
дипломная работа [987,3 K], добавлен 09.10.2013Физические и химические свойства тяжелых металлов, нормирование их содержания в воде. Загрязнение природных вод в результате антропогенной деятельности, методы их очистки от наличия тяжелых металлов. Определение сорбционных характеристик катионитов.
курсовая работа [1,2 M], добавлен 23.02.2014Характеристика спектроскопических методов анализа. Сущность экстракционно-фотометрических методов. Примеры использования метода для определения тяжелых металлов в природных водах. Методика выявления бромид-ионов, нитрат–ионов. Современное оборудование.
курсовая работа [452,5 K], добавлен 04.01.2010Знакомство с методами обнаружения тяжелых металлов в высших водных растениях водоемов города Гомеля. Марганец как катализатор в процессах дыхания и усвоения нитратов. Рассмотрение особенностей процесса поглощения металлов растительным организмом.
дипломная работа [166,5 K], добавлен 31.08.2013Понятие тяжелых металлов, их биогеохимические свойства и формы нахождения в окружающей среде. Подвижность тяжелых металлов в почвах. Виды нормирования тяжелых металлов в почвах и растениях. Аэрогенный и гидрогенный способы загрязнения почв городов.
курсовая работа [1,9 M], добавлен 10.07.2015Методы контроля полициклических ароматических углеводородов (ПАУ) в объектах окружающей среды. Выделение полиароматических углеводородов из образцов почв. Определение ПАУ в объектах окружающей среды методами жидкостной и тонкослойной хроматографии.
курсовая работа [309,0 K], добавлен 08.01.2010Тяжелые металлы как группа химических элементов со свойствами металлов и значительным атомным весом либо плотностью, степень их распространенности в окружающей среде. Факторы, влияющие на концентрацию данных веществ в воздухе, влияние на человека.
доклад [12,2 K], добавлен 20.09.2011Основные способы переработки текстильных отходов. Технология локальной очистки сточных вод от аммиака, красителей и тяжелых металлов. Эффективность использования 8-оксихинолина при удалении ионов тяжелых металлов из сточных вод текстильных предприятий.
курсовая работа [399,7 K], добавлен 11.10.2010Анализ содержания алюминия в окружающей среде и характеристика основных путей проникновения в природные воды. Способы определения алюминия в сточных водах: фотометрический метод с экстракцией гидроксихинолята алюминия и с применением эриохромцианина Р.
курсовая работа [120,2 K], добавлен 27.01.2011Общая характеристика тяжёлых металлов, формы их нахождения в окружающей среде. Источники поступления тяжелых металлов в окружающую среду. Теория и методы биоиндикации. Биологические объекты как индикаторы загрязнения окружающей среды тяжелыми металлами.
курсовая работа [179,0 K], добавлен 27.09.2013Биогеохимические свойства тяжелых металлов. Климатические и природные особенности Биробиджанского района Еврейской автономной области, гидрологическая сеть и источники загрязнения вод. Отбор проб и методика определения содержания тяжелых металлов в рыбе.
курсовая работа [434,1 K], добавлен 17.09.2015Определение общего содержания серы в сточных водах. Анализ вод методом Кьельдаля. Ход и условия проведения определения запаха и цвета воды. Тяжелые металлы, суммарное определение, сущность метода. Общее содержание азота и азоторганических веществ.
реферат [72,1 K], добавлен 30.07.2010Тяжелые металлы в водной среде. Оценка характера воздействия некоторых концентраций оксидов тяжелых металлов в наноформе на основные показатели роста и смертности аквариумных рыб гуппи. Биологическое действие оксидов тяжёлых металлов на организм рыб.
курсовая работа [173,3 K], добавлен 18.07.2014Понятие экотоксикантов - долгоживущих в окружающей среде биологических веществ, включающихся в биологические циклы обмена и трансформации веществ в экосистемах и негативно влияющих на отдельные их виды. Классификация тяжелых металлов по их токсичности.
презентация [1,0 M], добавлен 05.10.2010Общая характеристика сорбционной очистки промывных сточных вод гальванических производств неуглеродными сорбентами. Исследование выделения ионов тяжелых металлов реагентным, адсорбционным, ионообменным, электрохимическим способами и методом выпаривания.
курсовая работа [490,5 K], добавлен 23.02.2011Биологический мониторинг окружающей среды. Преимущества, сферы применение, средства и методы биоиндикации. Роль и токсикологическое влияние тяжелых металлов (хрома, кобальта, никеля, свинца) на паростки вики - род цветковых растений семейства Бобовые.
дипломная работа [820,7 K], добавлен 19.04.2013Общее понятие экологического заболевания. Глобальное загрязнение окружающей среды. Воздействие тяжелых металлов на организм человека. Классификация тяжелых металлов по степени опасности. Экологически обусловленные болезни, примеры некоторых из них.
презентация [387,8 K], добавлен 21.04.2014Анализ методов очистки сточных вод при производстве сплавов. Оценка перспективных электрохимических методов очистки. Результаты исследований электрокоагуляторов по обезвреживанию шестивалентного хрома в сточных водах, содержащих другие тяжелые металлы.
реферат [11,8 K], добавлен 11.03.2012
