Введение 3
Глава I. Обзор литературы 5
1.1. Мониторинг загрязнения окружающей среды 5
1.1.1. Основные определения и понятия мониторинга 5
1.1.2. Мониторинг почвы, атмосферного воздуха 9
1.1.3. Мониторинг состояния снежного покрова 11
1.2. Химическое загрязнение окружающей среды 13
1.3. Источники поступления тяжелых металлов в окружающую среду ...16
1.4. Тяжелые металлы и их нахождение в природе 18
1.5. Методы мониторинга загрязнения снежного покрова 21
1.5.1. Физико-химические, физические и химические методы анализа..21
1.5.2. Рентгенофлуоресцентный метод в экологических исследованиях..25
Глава II. Экспериментальная часть 27
2.1. Отбор проб снежного покрова 27
2.2. Подготовка проб снежного покрова к анализу 29
2.3. Определение пылевой нагрузки снежного покрова 29
2.4. Выбор условий подготовки проб НОСП к РФА 31
2.5. Аппаратура рентгенофлуоресцентного анализа 32
2.6. Градуирование методики РФА НОСП 35
2.7. Результаты РФА снежного покрова и их статистическая обработка.35
2.8. Оценка загрязненности снежного покрова тяжелыми металлами..37
2.9. Рекомендации по результатам проведенных исследований 40
Выводы 41
Литература 42
Приложение 47
Интенсивный процесс урбанизации обусловил целый ряд экологических проблем, связанных с резким ухудшением качества городской среды, внимание к которым возрастает с каждым годом. В качестве объекта мониторинга состояния атмосферы все чаще используют снежный покров как интегральный показатель загрязненности атмосферы на территориях, характеризующихся наличием устойчивого снежного покрова в течение длительного времени. Снежный покров, обладая свойством накопления загрязняющих веществ, которые адсорбируются на поверхности кристаллов в процессе их выпадения, используется в качестве планшета- индикатора загрязнения атмосферы. Аккумулируемые в снежном покрове пылеаэрозоли сохраняются до снеготаяния и, таким образом, несут в себе значительную сезонную геохимическую информацию. При образовании и выпадении снега в результате процессов сухого и влажного вымывания концентрация пылеаэрозолей в нем оказывается обычно на 2-3 порядка величины выше, чем в атмосферном воздухе. Поэтому изменения содержания этих веществ могут производиться достаточно простыми методами и с высокой степенью надежности. Рентгенофлуоресцентный метод анализа (РФА) является удобным для контроля загрязнения снежного покрова, вследствие его многоэлементности, экспрессности и простоты выполнения операций анализа.
Наиболее опасными источниками загрязнения атмосферы являются углеводородные выбросы промышленных предприятий, автотранспорта, топок печного отопления частного сектора. Также негативное воздействие на окружающую среду оказывают твердофазные аэрозольные частицы. Для экологической оценки аэрозольных загрязнений необходимо знать концентрацию содержащихся в них химических элементов. В качестве опорного пункта для фоновых измерений был выбран г. Кызыл.
Актуальность исследования - оценка возможностей РФА для изучения степени загрязненности снежного покрова на новом приборе- рентгенофлуоресцентном анализаторе «Спектроскан».
Целью нашей работы явился рентгенофлуоресцентный анализ нерастворимых осадков снежного покрова на анализаторе «Спектроскан».
Для достижения поставленной цели были поставлены следующие задачи:
1. Отбор проб снежного покрова и подготовка их к анализу;
2. Разработка способа подготовки проб нерастворимых осадков снежного покрова (НОСП) к РФА;
3. Анализ проб НОСП;
4. Статистическая обработка результатов анализа;
5. Оценка степени загрязненности тяжелыми металлами снежного покрова г. Кызыла.
Объект исследования - снежный покров г. Кызыла
Предмет исследования - химический состав нерастворимых осадков снежного покрова г. Кызыла.
Методы исследования: 1) гравиметрический метод анализа; 2) рентгенофлуоресцентный метод анализа.
В литературном обзоре рассмотрены: химическое загрязнение окружающей среды, источники поступления тяжелых металлов в окружающую среду, тяжелые металлы и их нахождение в природе, методы мониторинга загрязнения снежного покрова.
В экспериментальной части описаны методики отбора проб, подготовка проб к химическому анализу и методики анализа снежного покрова и НОСП.
Работа была выполнена в лаборатории физико-химических исследований научно-образовательного центра коллективного пользования и лаборатории аналитической химии Тувинского государственного университета.
1. Для оценки вкладов погрешности химического анализа, пробоотбора, пробоподготовки эксперимент спланировали по схеме дисперсионного анализа, для этого было отобрано по 2 параллельные пробы снежного покрова в 10 опорных точках г. Кызыла, от каждой пробы после соответствующей подготовки получили по 2 излучателя.
2. Предложен способ подготовки проб НОСП к РФА, с предварительным фильтрованием проб снеготалой воды, озолением проб осадков, собранных на фильтрах, измельчением проб в агатовой ступке со спиртом, прессованием с добавлением связующего.
3. Пробы НОСП были проанализированы на содержание TiO2,
Fe2O3, CaO, Al2O3, SiO2, P2O5, K2O, MgO, MnO, V, Cr, Co, Ni, Cu, Zn, As, Sr,
Pb на анализаторе «Спектроскан». Методику РФА НОСП градуировали с помощью ГСО почв.
4. При статистической обработке результатов анализа были оценены коэффициенты вариации воспроизводимости РФА и погрешности пробоотбора, пробоподготовки, а также чувствительность методики РФА НОСП.
5. Изучена степень загрязненности тяжелыми металлами снежного покрова. Сравнение полученных результатов РФА НОСП с ПДК показало, что содержания V, Cr, Cu, As в снежном покрове г. Кызыла не превышают ПДК. Содержание Ni, Zn в некоторых пробах оказались на уровне ПДК. Содержание Pb во всех пробах превышают ПДК, но значительное превышение наблюдается в пробах, отобранных в центре города.
1. Алесковский В.Б. Физико-химические методы анализа: учеб. пособие для вузов / В.Б. Алесковский, К.Б. Яцимирский.- М.: Химия, 1988. - 452 с.
2. Андрухова Т.В. Элементный анализ аэрозольных загрязнений снежного покрова г. Барнаула / Т.В. Андрухова, В.И. Букатый, И.А. Суторихин, И.П. Чефранов // Тезисы международной конференции «Взаимодействие общества и окружающей среды в условиях глобальных и региональных изменений». - Барнаул, 2003. - С. 46-47.
3. Артемов А.В. Сравнительный анализ антропогенного загрязнения снежного покрова и гидросферы урбанизированных ландшафтов / А.В. Артемов // Экология человека. - 2003.- № 4. - с. 2-7.
4. Афанасьев Ю.А. Мониторинг и методы контроля окружающей среды: учеб.пособие / Ю.А. Афанасьев, С.А. Фомин и др. - М.: МНЭПУ, 2001. - 208 с.
5. Ашихнина Т.Я. Экологический мониторинг: учеб.пособие / Т.Я. Ашихнина. -М.: Академия, 2005. - 416 с.
6. Баранова Л.А. Экологический мониторинг состояния атмосферного воздуха, почвы и растительности вокруг ТЭЦ г. Тюмени // Материалы 5-ой Международной биогеохимической школы. Семипалатинск, 2005, с. 324-325.
7. Безуглая Э.Ю. Мониторинг состояния и загрязнения атмосферы в городах / Э.Ю. Безуглая. -Л.: Гидрометеоиздат, 1986.-180 с.
8. Большаков В.А. Аэротехногенное загрязнение почвенного покрова тяжелыми металлами: источники, масштабы, рекультивация / В.А. Большаков, Н.М. Краснова, Т.Н. Борисочкина. -М.: изд-во Почвенного ин-та им. В.В.Докучаева, 1993.-92 с.
9. Бортников В.Ю. Автоматизированная установка для проведения эмиссионного спектрального анализа аэрозолей / В.Ю. Бортников, В.И. Букатый // Естественные и антропогенные аэрозоли, НИИФ им. В.А. Фока - СпбГУ, 2006. - С. 18.
10. Василенко В.Н. Мониторинг загрязнения снежного покрова / В.Н. Василенко.- Л.: Гидрометеоздат., 1985-150 с.
11. Васильев В.П. Аналитическая химия. Лабораторный практикум: пособие для вузов / В.П. Васильев, Р.П. Морозова, Л.А. Кочергина. - М.: Дрофа, 2004.- 416 с.
12. Вронский В.А. Экология: словарь-справочник / В.А. Вронский. - Ростов-на-Дону.: Феникс, 1999.-648 с.
13. Герасимов И.П. Научные основы мониторинга окружающей среды: учебник для вузов / И.П. Герасимов - Л.: Гидрометеоиздат, 1987. - 560с.
14. ГОСТ 17.1.5.05-85. Общие требования к отбору проб поверхностных и морских вод, льда и атмосферных осадков.
15. Грачева И.В. Геоэкология снегового покрова урбанизированных территорий / И.В. Грачева, Л.М. Зарина, Е.М. Нестеров // Вестник МАНЭБ. - 2011. - № 5. - с. 29-42.
16. Дмитриев М.Т. Санитарно-химический анализ загрязняющих веществ в окружающей среде / М.Т. Дмитриев, Н.И. Казнина, И.А. Пинигина - М.: Химия, 1989.-260 с.
17. Добровольский В.В. Тяжелые металлы: загрязнение окружающей среды и глобальная геохимия / В.В. Добровольский. - М.: изд-во Моск. гос. ун-та,1989. - с.3-11.
18. Зарина Л.М. Геоэкологические особенности распределения тяжелых металлов в снежном покрове Санкт-Петербургского региона // Авто-реф. дисс. . канд. геогр. наук. — СПб., 2009. — 20 с.
19. Зинченко Г.С. Снежный покров как индикатор загрязнения урбанизированной территории Алтайского края / Г.С. Зинченко, В.Е. Павлов, И.А. Суторихин. -2009.-№1. - с. 96-100.
20. Ковда В.А. Изучение миграции и трансформации загрязняющих
веществ / В.А. Ковда, А.С. Керженцев // Комплексный глобальный мониторинг загрязнения окружающей природной среды. - Л.:
Гидрометеоиздат, 1980. — с. 252-256.
21. Израэль, Ю.А. Экология и контроль состояния природной среды: учебник для вузов / Ю.А. Израэль - М.: Гидрометеоиздат, 1984. - 560с.
22. Кара-Сал И.Д. Оценка эколого-геохимического состояния территории города Кызыла (Республики Тыва): автореф. дис.канд. геогр. наук: 25.00.36. Томск, 2012. 23 с.
23. Кара-Сал И.Д. Оценка уровня загрязнения тяжелыми металлами снежного покрова г. Кызыла / И. Д. Кара-Сал // Естественные и технические науки. - 2009. - № 5 (43). - С. 232-238.
24. Логинов Н.Я. Аналитическая химия / Н.Я. Логинов, А.Г. Воскресенский, Н.С. Солодкин. - М.: Просвещение, 1975.-350 с.
25. Мазулина О.В. Экологический мониторинг атмосферного воздуха / О.В. Мазулина, Я.А. Полонский.- Волгоград.: ВолгГАСУ, 2004.-74 с.
26. Максимычев А.В. Физические методы исследования: учебно-методическое пособие / А.В. Максимычев. -М.: МФТИ, 2006.-124 с.
27. Методика выполнения измерений массовой доли элементов (металлов): ванадия, висмута, железа, кобальта, марганца, меди, никеля, свинца, хрома, цинка, мышьяка и стронция, а также оксидов: MgO, Al2O3, SiO2, P2O5, K2O, CaO, TiO2, MnO, Fe2O3 в подготовленных порошковых пробах рентгенфлуоресцентным методом на аппаратах рентгеновских для спектрального анализа Спектроскан МАКС, разработанная ООО «НПО Спектрон». - СПб., 2010.-17 с.
28. Методические рекомендации по оценке загрязнения городских почв и снежного покрова тяжелыми металлами. -М.: изд-во Почвенного ин-та им. В.В. Докучаева, 1990.-32 с.
29. Макарова Т.С. Микробиологический мониторинг атмосферного воздуха г. Волгограда / Т.С. Макарова, А.В. Кузнецова, И.В. Владимцева // Вестник Волгогр. гос. ун-та. Сер.3, 2011. №2 (19) ISSN 1998-992X
30. Марин Л.М. Мониторинг загрязнения снежного покрова пылеаэрозолями в г. Тюмень / Л.М. Марин, Т.В. Гарманова, Н.С. Ларин // Вестник тюменского гос. ун-та, 2012.- №7-с.4.
31. Нестеров Е.М. Мониторинг поведения тяжелых металлов в снежном и почвенном покровах центральной части Санкт-Петербурга / Е.М. Нестеров, Л.М. Зарина // Вестник МГОУ. 2009. -№ 1. с. 12-14.
32. Никитин А.Т. Тяжелые металлы и их удаление из стоков, почв / А.Т. Никитин // Экология, охрана природы, экологическая безопасность. -М.: изд-во МИНЭПУ, 2000.- 648 с.
33. Ондар. У.В. Рентгенофлуоресцентный контроль тяжелых металлов в осадках снежного покрова / У.В. Ондар, И.В. Чамбал // Химия в интересах устойчивого развития. -Кызыл., 2015. -№4. -с.17.
34. Орлов Д.С. экология и охрана бисоферы при химическом загрязнении: учебн. пособие для вузов / Д.С. Орлов, Л.К. Садовникова, И.Н. Лозановская. - М.: Высш.шк., 2002. - 334 с.
35. Петров А.М. Содержание тяжелых металлов в снежном покрове территории РГПУ им. А.И. Герцена / А.М. Петров // Школа экологической геологии: Мат. конф. — СПб., 2004. с. 268-270.
36. Петрухина О.М. Практикум по физико-химическим методам анализа / О. M. Петрухина. -M.: Химия, 1987.-87 с.
37. Пилипенко А.Т. Аналитическая химия / А.Т. Пилипенко, И.В. Пятницкий. - М.: Химия, 1990.- 480 с.
38. Пинский Д.Л. Тяжелые металлы и окружающая среда / Д.Л. Пинский. - М.: Дрофа, 1997.-116 с.
39. Реймерс Н.Ф. Охрана природы и окружающей человека среды: словарь-справочник / Н.Ф. Реймерс. - М.: Просвещение, 1992. - 320 с.
40. Руководство по контролю загрязнения атмосферы. РД 52.04.186¬89 (действует с 01.07.1991). — М.: Госкомгидромет, 1991.
41. Сборник санитарно-гигиенических нормативов и методов
контроля вредных веществ в объектах окружающей среды. - М.:
Гидрометеоиздат, 1991.- 234 с.
42. Свинец // Большая Советская Энциклопедия. 3-е изд.—М.: Советская Энциклопедия, 1976.— Т.23. - 77 с.
43. Смагунова А.Н. Методы математической статистики в аналитической химии: учебн. пособие / А.Н. Смагунова, О.М. Карпукова. - Иркутск.: изд-во Иркут. гос. ун-та, 2008. - 339 с.
44. Аппарат рентгеновский для спекрального анализа Спектроскан МАКС-GV Паспорт РА 5.000.000 ПС.
45. Таловская А.В. Оценка эколого-геохимического состояния районов г. Томска по данным изучения пылеаэрозолей: автореф. дисс. ... канд. геол.-минер. наук. Томск, 2008. 23 с.
46. Тариковская С.М. Физические методы исследования: учебно-методическое пособие / С.М. Тариковская.- М.: МФТИ, 2003.-210 с.
47. Франкевич Е.Л. Физические методы исследования. Учебное пособие / Е.Л. Франкевич. -М.: МФТИ, 1980. -157 с.
48. Харитонов Ю.Я. Аналитическая химия. Количественный анализ, физико-химические методы анализа / Ю.Я. Харитонов, Д.Н. Джабаров, В.Ю. Григорьева. - М.: Высш. школа, 2005.-599 с.
49. Цинк и кадмий в окружающей среде. -М.: Наука, 1992.- 200 с.
50. Цыганкова В.Д. Химия окружающей среды. учеб. пособие для вузов / В.Д. Цыганкова - М.: Химия, 1992.-350 с.
51. Шарло Г. Методы аналитической химии / Г. Шарло - М.: Химия, 1965. - 254 с.
52. Юинг Г., Инструментальные методы химического анализа, пер. с англ. / Г. Юинг.- M., 1989. - 167 с.