Лекція 5. Методи контролю стану довкілля (4 год)

Ця група методів, як і фізико-хімічні, відноситься до інструментальних. Вона ґрунтується на визначенні фізичних характеристик досліджуваних речовин (спектрів випромінювання, селективного розділення газоподібних йонів у магнітному і електричному полі, явищ радіоактивності тощо), які залежать від вмісту речовини. Взагалі, фізичні методи аналізу класифікують за типом фізичних явищ, що лежать в їх основі, а тому розрізняють спектральний, мас-спектрометричний, радіометричний, рентгеноспектральний, люмінесцентний та деякі інші методи аналізу.

Спектральний аналіз – це фізичний метод визначення складу та будови речовини за її спектром – упорядкованим за довжиною хвилі електромагнітним випромінюванням. Для збудження речовини використовують полум'я пальника, енергію електричної дуги чи іскри.

Радіометричні методи аналізу ґрунтуються на виявленні й вимірюванні як природної, так і штучної радіоактивності. Для кількісного визначення радіоактивності використовують поняття абсолютної активності радіоактивних речовин, яку вимірюють у кюрі, та питомої активності - радіоактивності одиниці маси даної речовини, тобто міри відносного вмісту радіонуклідів у досліджуваному зразку, її виражають числом розпадів за хвилину (чи секунду) і вимірюють у беккерелях.

Використовуючи природну радіоактивність, кількісно визначають понад 20 хімічних елементів, зокрема уран, торій, радій, актиній. Калій можна визначити у воді в концентрації 0,05 моль/л. Природна радіоактивність лежить в основі пошуку уранових руд за допомогою авіації та супутників. Радіонукліди застосовують для виявлення пошкоджень у газопроводах, місць витікання води з магістральних колекторів стічних і каналізаційних вод.

Основними перевагами аналітичних методів, основаних на вимірюванні радіоактивного випромінювання, є низький поріг виявлення аналізованого елементу і широка універсальність. Аналіз радіоактивації має абсолютно нижчий поріг виявлення серед всіх інших аналітичних методів (10^-15 г).

Рентгеноспектральний аналіз базується на послабленні інтенсивності рентгенівського випромінювання під час проходження крізь пробу. В рентгенофлуоресцентному аналізі на пробу діє первинне рентгенівське випромінювання, під впливом якого виникає вторинне рентгенівське випромінювання проби, характер якого залежить від якісного та кількісного складу речовини, що аналізується.

Люмінесцентний аналіз ґрунтується на здатності речовин випромінювати світло під дією різних збудників: ультрафіолетового випромінювання або видимого світла (фотолюмінесценція), розламування (тріболюмінесценція), енергії хімічної реакції (хемілюмінесценція), яка дуже поширена в живій природі: світяться окремі види молюсків, ракоподібних, глибоководних риб, червів внаслідок взаємодії кисню з люциферином; ця реакція каталізується ферментом люциферазою, а явище називають біолюмінесценцією.

Деякі мінерали, наприклад флюорит СаР₂, світяться при дії на них ультрафіолетового випромінювання, що використовують для безконтактного пошуку корисних копалин, зокрема нафти, виявлення плям нафти і нафтопродуктів на поверхні ґрунту чи водної гладі Світового океану.

Люмінесценція виникає в результаті електронного переходу при поверненні частинок із збудженого стану в нормальний. Таким чином, молекула перетворює поглинену енергію у власне випромінювання.

У сільському господарстві і харчовій промисловості люмінесцентний аналіз використовують для визначення життєздатності насіння, аналізу харчових продуктів. Наприклад, життєздатне насіння дає жовту люмінесценцію, а нежиттєздатні – коричневу. За кольором люмінесценції можна встановити сорт муки: чим більше в ній висівок, тим інтенсивніше свічення. Люмінесценція дозволяє легко виявити початкову стадію загнивання різних овочів і фруктів.

Хроматографічний аналіз – метод розподілу, якісного виявлення та кількісного визначення компонентів рідких і газоподібних сумішей, що ґрунтується на різному їх розподілі між рухомою і нерухомою фазами. Важливе місце займає хроматографія і в кількісному аналізі. З цією метою використовують декілька варіантів хроматографії – рідинну, газову, газорідинну, паперову, тонкошарову, йонообмінну та деякі інші.

Мікроскопія. Відомо, що можливості людського ока обмежені природою. Чутливі рецептори зорового нерва у сітківці мають порівняно невеликий діаметр (кілька мікронів), і якщо промені світла від двох точок, розміщених дуже близько одна від одної, потрапляють на один і той же рецептор, то зображення цих об'єктів зливається і око не розрізняє їх як дві точки. Здорове людське око на відстані 25 см від об'єкта формує зображення двох точок останнього роздільно, якщо вони знаходяться на відстані не менше 0,1 мм. Найменша відстань між двома точками, зображення яких око формує окремо, називається розподільчою відстанню. Чим менша вона для певного пристрою, тим більша його розподільча здатність (сі). Для того, щоб збільшити розподільчу здатність ока, люди здавна почали застосовувати збільшувальні скельця (лінзи). Це були відносно прості мікроскопи.

Оптична система мікроскопа. Включає окуляр, об'єктиви  та освітлювальний пристрій, призначені для освітлення об'єкта, що розглядається. Головною частиною мікроскопа є об'єктиви, від яких залежать такі основні його якості, як розподільча здатність, власне збільшення і чіткість зображення.