Лекція 4. Сучасні методи дослідження стану навколишнього середовища (2 год)

1. Якісний аналіз стану довкілля

Екологічні дослідження стану довкілля мають свої особливості. Елементи і функції природного середовища досить складні, різноманітні і тісно взаємозв’язані між собою. Ця характеристика повністю передається і на методи та способи його дослідження. Перш за все це пов’язано з різною структурою досліджуваних середовищ довкілля: газоподібна повітряна атмосфера, тверда літосфера, рідинна гідросфера.

При екологічно-санітарних дослідженнях довкілля досить часто вивчаються фізичні (температура, тиск, прозорість, швидкість тощо), хімічні (якісний та кількісний елементарний та речовинний склад), біологічні (популяції, сукцесії тощо) параметри. Всі ці фактори (параметри) досить часто пов’язані між собою і тому дослідження лише одного елемента може ґрунтуватись на дослідженні (вимірюванні) інших. Якісний і кількісний аналіз забруднення середовищ довкілля є одним з найважливіших елементів екологічного моніторингу.

Під час дослідження стану довкілля кількісному визначенню часто передує якісний аналіз на наявність того чи іншого хімічного елемента, йона, сполуки. Якісний аналіз проводиться хімічними і фізичними методами.

При проведенні аналізу хімічними методами використовують хімічні реакції. Аналізовані речовини можуть бути в твердому, рідкому і газоподібному агрегатному станах. Реакції, які використовуються в якісному аналізі, мають супроводжуватися візуальним ефектом:

- появою чи зникненням осаду;

- появою, зникненням чи зміною кольору розчину;

- виділенням газів;

- утворенням кристалів характерного кольору і форми;

- появою забарвлених перлів;

- забарвленням полум'я;

- появою світіння;

- виникненням характерного забарвлення при розтиранні речовин.

Ще у XIX столітті патер Ф. Денца визначав озон в атмосферному повітрі впродовж 26 років, розвішуючи на подвір'ї папірці, змочені розчином йодиду калію; за ступенем їх побуріння внаслідок виділення йоду отримував інформацію про приблизний вміст озону.

Газовидільні реакції проводять у мікрогазових камерах або пробірках, вносячи туди краплину реагенту чи реактивний папір (фільтрувальний папір, оброблений відповідним реагентом), змочений водою. Газ, що виділяється, вступає в хімічні реакції, що супроводжуються появою характерного кольору сполуки.

При сплавлянні кристалічних солей з бурою Nа₂В₄О₇*10Н₂О чи фосфатом натрію на платиновій петлі в полум'ї газового пальника утворюються прозорі забарвлені "перли" характерного кольору: купруму і хрому – зелені, кобальту – блакитні, феруму і ніколю – жовті, мангану – фіолетові, стибію (сурми) – безбарвні.

Попередній висновок про наявність певного хімічного елемента можна зробити і на підставі забарвлення ним полум'я пальника (пробу сухої речовини чи розчин наносять на ніхромовий дротик у формі кільця, змочений попередньо розчином хлоридної кислоти і прожарений у полум'ї).

Літій, кальцій і стронцій забарвлюють полум'я в коричнево-червоний колір, натрій – у жовтий, калій – у фіолетовий, купрум, бісмут, бор, барій – в зелений, стибій – у блакитний.

При розтиранні аналізованої проби з сухим реагентом на фарфоровій пластинці чи папері (іноді в присутності гідросульфату калію КНSO₄) відбуваються характерні реакції, що супроводжуються зміною забарвлення. Ці реакції часто використовують при встановленні типу мінералу.

У фізичних методах якісного аналізу використовують спостереження фізичних властивостей аналізованої речовини. Спектральні методи аналізу ґрунтуються на знятті спектрів поглинання або випускання речовини. В люмінесцентних методах речовини виявляють за здатністю світитись в ультрафіолетових променях. Для збудження люмінесценції необхідна ртутна лампа чи лампа розжарювання. Це чутливий метод. Зокрема, при взаємодії з 8-оксихіноліном Li+ дає блакитну люмінесценцію, Аg+ і К+ – жовто-зелену, А13+ – зелену, Мg2+ з люмомагнезоном – рожеву, Рb2+ з піридином і йодидом калію – жовто-коричневу, Сd2+ – блакитну. Виявлення речовин можливе також полярографічним шляхом, за електрохімічними явищами, які виникають у розчинах.

Елементи якісного аналізу досить ґрунтовно розглядаються в аналітичній хімії.