Определение тяжелых металлов атомно-адсорбционным методом в воде и почве Текст научной статьи по специальности «Экологические биотехнологии»

ЕСТЕСТВОЗНАНИЕ

В. А. Галафеев

ОПРЕДЕЛЕНИЕ ТЯЖЕЛЫХ МЕТАЛЛОВ АТОМНО-АДСОРБЦИОННЫМ МЕТОДОМ В ВОДЕ И ПОЧВЕ

Преамбула. Изучение содержания тяжелых металлов в окружающей среде имеет большое практическое значение. Оно необходимо для контроля за состоянием окружающей среды, охраны ее от загрязнения. Так называемое фоновое количество тяжелых металлов служит точкой отсчета при исследовании загрязненных почв и воды, позволяет определить темпы и степень загрязнения.

А томно-адсорбционный анализ - один из наиболее распространенных мето-. дов в почвенных и водных биологических исследованиях, один из наиболее точных, чувствительных, быстрых, селективных методов современный аналитической химии. Потребности народного хозяйства и преимущества этого метода перед другими методами аналитической химии способствуют его совершенствованию и распространению там, где необходим элементный анализ практически любых объектов [2].

Мощные темпы химизации сельского хозяйства во всем мире, проблемы оптимизации питания растений и оценка качества получаемых продуктов питания человека и животных, несомненно, играют решающую роль в развитии атомно-адсор-бционного метода для определения почти всех металлов в биологических материалах. Метод атомной адсорбции очень удобен для определения содержания элементов в природных водных и промышленных водах, для изучения загрязнения рек промышленными стоками и определения следов элементов в исследуемой пробе почв [1].

Известно, что химическое загрязнение окружающей среды несет в себе опасность для здоровья человека. Тяжелые металлы опасны тем, что они обладают способностью накапливаться в организме, быстро менять свою химическую форму и вступать в многочисленные реакции друг с другом и биологически важными неметаллами. При попадании в человеческий организм тяжелые металлы вызывают рак - выявлена четкая взаимосвязь между их содержанием в почве и количеством злокачественных новообразований у населения [4]. Проблема накопления тяжелых металлов в почвах и водах далеко выходит за рамки региональной и становится глобальной, так как в России, в отличие от боль-

шинства развитых стран, не проводится скоординированная государственная политика планомерного снижения выбросов тяжелых металлов, что отрицательно сказывается на состоянии здоровья населения.

Тяжелые металлы - это группа химических элементов, имеющих плотность более 5 г/мл. Для биологической классификации правильнее руководствоваться не плотностью, а атомной массой, то есть причислять к тяжелым металлам все металлы с относительной атомной массой более 40. Группа элементов, обозначающих тяжелые металлы, активно участвуют в биологических процессах, многие из них входят в состав ферментов, относятся к микроэлементам. Набор тяжелых металлов во многом совпадает с перечнем «микроэлементов». К наиболее токсичным тяжелым металлам относятся те, содержание которых в живых организмах очень мало, и достаточно небольшого абсолютного увеличения их концентрации, чтобы сделать ее опасной для процессов метаболизма. Естественно, что, добывая и очищая металлы от примесей, человек не только дает им новую жизнь, но и способствует их интенсивному рассеиванию в среде обитания. Почва, обладая ярко выраженной катионной поглотительной способностью, очень хорошо удерживает положительно заряженные ионы металлов. Поэтому постоянное поступление их даже в малых количествах в течение продолжительного времени способно привести к существенному накоплению металлов в почве. Поступление тяжелых металлов в биосферу вследствие техногенного рассеяния осуществляется разнообразными путями. Важнейшими из них являются выброс при высокотемпературных процессах (черная и цветная металлургия). Кроме того, источниками загрязнения биоценозов мо-

14

Вестник КГУ им. Н.А. Некрасова ♦ № 2, 2006

© В. А. Галафеев, 2006

Определение тяжелых металлов атомно-адсорбционным методом в воде и почве

Таблица 1

Содержание Zn и Mn в почвах Костромской области

№ Оптическая Концентрация Оптическая Концентрация

проб Источники проб почв плотность цинка в плотность марганца в воз

цинка воздушно-сухой марганца душно-сухой

пробе пробе

Поназыревский район:

1 автотрасса 0,1652 67,0155 0,0909 174,7200

2 железная дорога 0,1308 53,0905 0,0793 152,4130

3 Нерехтский район 0,2480 19,9112 0,0697 63,6145

Костромской район:

4 пос. Апраксино 0,0769 31,2015 0,1492 114,730

Город Кострома:

5 ул. Щемиловка 001643 66,6654 11,24 86,4540

6 автовокзал 0,1028 47,6813 0,0660 55,7413

7 завод текстильного 0,0875 101,4968 0,0485 102,6531

машиностроения

8 железная дорога 0,0963 111,7933 0,0725 153,4281

9 «Фанплит» 0,1720 198,3468 0,1361 115,1625

10 водоканал 0,2725 24,6915 0,0547 46,3125

жет служить орошение водами с повышенным содержанием тяжелых металлов, внесение осадков бытовых сточных вод в почвы в качестве удобрения. Набор металлов, поступающих в ландшафт, зависит, прежде всего, от характера человеческой деятельности в данном регионе [3]. Так, при сильном развитии автомобильного транспорта справедливо ожидать обогащение ландшафта свинцом, поступающим в окружающую среду с отработанными газами двигателей внутреннего сгорания.

Обогащение ландшафта цинком может произойти при систематическом использовании в

качестве органических удобрений осадков сточных вод городов, а также при сжигании на полях отходов резины, в состав которой он входит как элемент, улучшающий вулканизацию.

Марганец широко распространен в природе и содержится как в земной коре, так и в воде морей, рек.

В настоящее время трудно найти область промышленности, где бы не использовалась медь, ее сплавы или соединения. Самое важное обстоятельство в загрязнении почв медью - это большая склонность поверхностного слоя почв к ее накоплению.

№ проб ы Источники проб почв Оптическая плотность меди Концентрация меди в воздушно-сухой пробе Оптическая плотность свинца Концентрация свинца в воз душно-сухой пробе

1 Костромской район: пос. Апраксино 0,0283 219,76 0,0041 4,14

2 Поназыревский район: автотрасса 0,0032 24,99 0,0024 2,46

3 железная дорога 0,0198 154,05 0,0126 25,56

4 Нерехтский район 0,0019 14,4 0,0094 9,50

Город Кострома:

5 ул. Щемиловка 0,0067 51,26 0,0151 15,35

6 автовокзал 0,0388 12,45 0,0052 5,33

7 8 завод текстильного машиностроения «Фанплит» 0,0345 0,0112 12,02 17,88 0,0719 0,0238 73,29 24,21

9 железная дорога 0,0133 21,36 0,0462 47,04

10 водоканал 0,0233 37,37 0,0331 33,65

Таблица 2

Содержание РЬ и Си в почвах Костромской области

Вестник КГУ им. Н.А. Некрасова ♦ № 2, 2006

15

ЕСТЕСТВОЗНАНИЕ

В. П. Лебедев, Л. Е. Целикова

Таблица 3

Содержание Zn и Mn в воде

Определяемый элемент

№ Источники Zn Мп

пробы проб воды Оптическая Концентр ация, Оптическая Концентрация,

плотность мкг/мл плотность мкг/мл

1 р. Черная 0,1241 0,40285 0,0542 0,36704

2 Водоканал 0,1051 10,34131 0,0203 0,13795

3 р. Костромка 0,1180 0,38320 0,0295 0,20020

4 р. Волга 0,1124 0,36491 0,0287 0,19435

5 Водопроводная 0,0715 0,23228 0,0159 0,10772

6 р. Солоница 0,2706 0,87812 0,0298 0,20056

7 Галичское озеро 0,0999 0,32436 0,0160 0,10836

В настоящей работе экспериментально исследовано атомно-адсорбционным методом содержание тяжелых металлов марганца, меди, свинца, цинка. Для анализа отобрано 10 образцов почвы каждого из четырех элементов в г. Костроме, Костромском, Нерехтском и Поназыревском районах, 7 образцов воды каждого из четырех элементов в реках Черная, Костромка, Волга, Солоница, Га-личском озере, водопроводной, в горводоканале.

Определения содержания концентрации цинка, марганца, меди и свинца в пробах почвы и воды проведены на атомно-адсорбционном спектрометре «Квант-АФА». Результаты анализов образцов почв по содержанию цинка и марганца представлен в таблице 1, анализы образцов почв по содержанию меди и свинца - в таблице 2.

В целом полученные данные по содержанию марганца, цинка, меди и свинца в почвах Костромской области не превышают ПДК, что соответствует гигиеническим нормативам санэпидемстанции. Следует отметить, что содержание тяжелых металлов в почвах города значительно выше, чем в почвах сельской местности, чему способствуют большое количество транспорта,

хозяйственная и промышленная деятельность человека. Как видно из приведенных данных, пробы почвы, взятые вблизи предприятий г. Костромы: (завод текстильного машиностроения, «Фанплита»), содержат цинка в 2-4 раза, марганца в 1,2-4 раза выше, чем вблизи автовокзала и жилого массива. Это говорит о том, что промышленные предприятия в результате технологических процессов в большей степени способствуют интенсивному рассеиванию тяжелых металлов в составе газообразных выделений. Для почв г. Костромы и пригорода (пос. Апраксино), взятых вблизи жилого массива, характерно большее содержание цинка (в 3 раза), марганца (в 1,52 раза), меди (в 15 раз), чем в почвах Нерехтского района, так как в г. Костроме и его пригородах антропогенное воздействие человека сильнее, чем в районных центрах области.

Что касается проб воды в пос. Апраксино, то наблюдается превышение содержания ПДК по меди. Недалеко от поселка находится свалка. Она не оборудована противофильтрационным экраном, препятствующим проникновению загрязняющих веществ в грунтовые воды. Если сравни-

Таблица 4

Содержание Си и РЬ в воде

№ пробы Источники проб воды Определяемый элемент

Си РЬ

Оптическая плотность Концентрация, мкг/мл Оптическая плотность Концентрация, мкг/мл

1 р. Черная 0,0075 0,0914 0,0008 0,0318

2 Водоканал 0,0020 0,0241 0,0007 0,0260

3 р. Костромка 0,0017 0,0211 0,0006 0,0232

4 р. Волга 0,0018 0,0223 0,0006 0,0245

5 Водопроводная 0,0011 0,0133 0,0004 0,0176

6 р. Солоница 0,0023 0,0291 0,0008 0,0315

7 Галичское озеро 0,0072 0,0922 0,0007 0,0273

16

Вестник КГУ им. Н.А. Некрасова ♦ № 2, 2006

Особенности мозаик некоторых луговых злаков

вать содержание свинца на территории города Костромы и Костромской области, то в городе концентрация больше, чем в пригороде. Это связано с более развитой промышленностью и, самое главное, с большой сетью транспортных магистралей.

Результаты анализов образцов воды по содержанию цинка и марганца представлены в таблице 3, анализы образцов воды по содержанию меди и свинца - в таблице 4.

По данным исследований, в настоящее время Костромская область характеризуется как экологически чистый регион. Этому способствует как географическое положение области, так и низкий уровень воздействия на окружающую среду промышленных предприятий, транспорта, сельского хозяйства. В основу нормирования выбросов и сбросов загрязняющих веществ в окружающую среду положены действующие в настоящее время санитарно-гигиенические нормативы, то есть предельно допустимые концентрации загрязняющих веществ в соответствующей среде.

Качество воды в поверхностных водоемах, таких, как р. Волга, р. Костромка, р. Солоница, можно оценить как «умеренно чистое» по содержанию в них свинца и меди. Самое плохое состояние воды оказалось в р. Черной, находящейся на территории г. Костромы (содержание свинца равно 0,0318 мкг/мл, а меди 0,0914 мкг/мл). Это может быть связано с тем, что в аварийном состоянии на-

ходится коллектор Коркинских очистных сооружений, или с тем, что на берегу находится химический завод. Он производит моющие и чистящие средства, замазки и другую продукцию.

Также большое содержание металлов обнаружено в Галичском озере. Это можно объяснить тем, что сюда стекают сточные воды, приносимые водами притоков с галичских предприятий. Одним из самых крупных заводов, которые производят сбросы сточных вод в озеро, является «Автокран» и кожевенный завод.

В образце воды, взятой в р. Солоница (Не-рехтский район), содержание свинца и цинка также высоки по показателям.

Водопроводная вода оказалась самая чистая по исследованию содержания тяжелых металлов, так как она подвергается высокой очистке на предприятии «Костромагорводоканал».

Библиографический список

1. Алексеев Ю. В. Тяжелые металлы в почвах и растениях. - Л. : Агропромиздат, 1987.

2. Бритская М. Э. Атомно-адсорбционный спектрохимический анализ. - М. : Химия, 1982.

3. Доклад «О состоянии и об охране окружающей среды Костромской области в 2002 г». -Кострома : Министерство природных ресурсов РФ, 2003.

4. Николаев А. А. Металлы в живых организмах. - М. : Просвещение, 1986.

В. П. Лебедев, Л. Е. Целикова ОСОБЕННОСТИ МОЗАИК НЕКОТОРЫХ ЛУГОВЫХ ЗЛАКОВ

Проблемам структуры и динамики луговой растительности посвящена многочисленная литература. Горизонтальная же структура луговых растительных сообществ, а также пространственная структура ценопопуляций луговых растений остаются недостаточно изученной

В последние годы эта проблема наиболее интенсивно развивается применительно к лесной растительности (Восточноевропейские широколиственные леса, 1994). На наш взгляд основные подходы, предложенные авторами этой работы, могут быть использованы и в оценке луговых ценозов. Однако, как справедливо отмечают В.С. Ипатов и Л.А. Кирикова (1997), не надо забывать о масштабе явления: в травяных

сообществах все элементы миниатюрнее, чем в древесных.

Растительное сообщество с этих позиций представляется как совокупность вложенных разноразмерных мозаик, объединенных наиболее крупными мозаиками основных средообразователей. Или ключевых видов (Смирнова и др., 1996).

Задача данной рабаты - популяционный анализ мозаик, образованных молинией голубой (МоИша соеги1еа (Ц) МоепЛ) и луговиком дернистым (Deschampsia caespitosa (Ц) Веа^) в пределах одного ценоза.

В средней полосе Европейской России моли-ния, в отличии от луговика дернистого, встречается довольно редко. На некоторых же участках пойменных лугов она является одним из доминантов.

© В. П. Лебедев, Л. Е. Целикова, 2006

Вестник КГУ им. Н.А. Некрасова ♦ № 2, 2006

17