Общие сведения об экологическом мониторинге
Экологический мониторинг - это комплексная система наблюдений за состоянием окружающей среды, которая включает в себя прогноз изменений состояния окружающей среды под воздействием природных и антропогенных факторов.
Мониторинг представляет собой многоуровневую систему и включает следующие уровни:
- детальный,
- локальный,
- региональный,
- национальный,
- глобальный.
Также в данную систему входит определенный перечень процедур:
- Выделение объекта наблюдения.
- Обследование выделенного объекта.
- Составление информационной модели для выделенного объекта.
- Планирование наблюдений.
- Оценка состояния объекта наблюдения.
- Прогнозирование изменения состояния объекта наблюдения.
- Представление информации в удобной для использования форме и доведение ее до потребителя.
Классификация методов экологического мониторинга
Выделяют следующие методы экологического мониторинга:
- Дистанционный (неконтактный) метод. Источниками данного метода являются материалы дистанционного зондирования. Они бывают пассивными (прием зондирующего поля исходит от самого объекта) и активными (зондирующие поля создаются источником).
Биологический метод включает в себя биоиндикацию и биотестирование.
Определение 2Биоиндикация - это метод, который основан на поиске и использовании биоиндикаторов, то есть живых организмов, по наличию, численности и развитию которых можно судить об изменениях окружающей среды.
Биотестирование связано с оценкой токсичности среды с использованием тест-объектов.
Контактные методы, а именно химические (гравиметрический, титриметрический), физические (магнитная спектроскопия, масс-спектроскопия, рентгеноспектроскопия) и физико-химические (спектральный, электрохимический, хроматографический) методы.
Титриметрический метод
Данный метод основан на точном измерении количества реактива, израсходованного на реакцию с определяемыми веществами. Также этот вид анализа называется объемным.
Рассмотрим основные понятия, связанные с проведением данного метода.
Титрование - это процесс добавления титрованного раствора к анализируемому для определения эквивалентного количества.
Титрованный раствор - это раствор, концентрация которого известна с наибольшей точностью, или стандартный раствор.
Титрующий раствор - это титрант.
Точка эквивалентности – это момент завершения процесса титрования, когда число эквивалентов титранта равно числу определяемого образца.
Выделяют четыре группы титриметрического метода анализа.
Кислотно-основное титрование.
Данный метод основан на реакции нейтрализации и необходим для определения концентрации кислоты или основания. Точка эквивалентности достигается в момент, когда количество добавленного компонента будет эквивалентно количеству анализируемого компонента, то есть она достигается при строгом значении рН, поэтому для этого используются индикаторы.
Изменение рН можно изобразить графически с помощью кривых кислотно-основного титрования. На оси абсцисс - объем прибавленного титранта, на оси ординат - значения рН. В последующем рассчитывают рН исходного титруемого раствора, до точки эквивалентности, в точке эквивалентности и после нее.
На кривой обычно видны две точки перегиба, между которыми находится точка эквивалентности, то есть резкий скачок рН. Скачком титрования, который зависит от концентрации реагентов, называют расстояние между точками перегиба.
Рисунок 1. Кривая кислотно-основного метода титрования. Автор24 — интернет-биржа студенческих работ
Выделяют четыре вида кривых: сильная кислота - сильное основание, сильная кислота - слабое основание, слабая кислота - сильное основание, слабая кислота - слабое основание.
Осаждение.
Метод основан на реакциях образования малорастворимого соединения определяемого иона с титрантом. Наиболее часто используются растворы солей ртути (II) - меркурометрия и серебра (I) - аргентометрия. Данные растворы используются для осаждения галогенидов, но ртуть применяется реже, из-за своей токсичности.
Окисление-восстановление.
Окислительно-восстановительное титрование (редоксметрия) - это титрование, которое основано на переходе электронов от иона-донора или молекулы (восстановителя) к акцептору электронов (окислителю).
В ходе окислительно-восстановительной реакции образуются две редокс-пары: одна образуется в результате перехода восстановительной формы одного вещества в окислительную, а вторая - при переходе окислительной формы другого вещества в восстановительную.
Выделяют два вида окислительно-восстановительного титрования:
- оксидиметрия (определение восстановителей с помощью титранта-окислителя);
- редуктометрия (определение окислителей применением титранта-восстановителя).
Комплексообразование.
В результате данного метода образуется слабо диссоциирующий комплекс. Применяется для определения катионов металлов-комплексообразователей.
В данном методе выделяют комплексонометрию. Комплексон представляют собой аминополикарбоновые кислоты и их производные. Выделяют три комплексона: комплексон I - нитрилотриуксусная кислота $ \mathrm{N \! - \! (CH_2COOH)_3}$, комплексон II - этилендиаминтетрауксусная кислота $ \mathrm{(CH_2COOH)_2 \! - \! N \! - \! CH_2 \! - \! CH_2 \! - \! (CH_2COOH)_2}$, комплексон III (трилон Б) - двухнатриевую соль этилендиаминтетрауксусной кислоты.
Рисунок 2. Трилон Б. Автор24 — интернет-биржа студенческих работ
Комплексон III образует с катионом прочные, растворимые в воде соли. При этом катион металла замещает атомы водорода карбоксильных групп и взаимодействует с азотом посредством координационной связи. Точка эквивалентности устанавливается при исчезновении анализируемого катиона в растворе с помощью металл-индикаторов, к которым относятся эриохром черный Т (хромоген черный) и мурексид.
Эриохром черный Т $\mathrm{C_20H_12N_3NaO_7S}$ используется для определения ионов $Mg, Ca, Zn, Cd, Co, Ni, Pb$. В соединении с данными катионами образуются комплексы красно-фиолетового цвета, при последующем их титровании окраска меняется на синию, то есть при рН=7,5-11 окраска из красной переходит в синюю.
Мурексид - пурпурат аммония, который используется для обнаружения ионов никеля (рН=9,5-10), меди (рН=8-10), кальция (рН=10,8-13,2), марганца (рН=10) и др. При титровании красная окраска переходит в сине-фиолетовую.
