Эколого-геохимическая оценка территории района г. Стрежевого по данным литогеохимической съёмки

Подготовка проб почвы  к анализам не менее важная операция, чем сам отбор проб. Она слагается  из нескольких последовательно протекающих  этапов: предварительное подсушивание почвы, удаление любых включений, почву  растирают и просеивают через  сито с диаметром отверстий 1 мм. Дальнейшие операции проводят в соответствии со схемой обработки почв (рисунок 2.1).

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Рисунок 2.1. - Схема обработки и изучения проб почв

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Методы  анализа почвенного покрова.

Аналитические методы, которые использовались для определения  количественного содержания элементов  в почве – атомно-абсорбционный  и эмиссионно-спектральный анализы. В данной работе показано содержание 16 химических элементов.

Атомно-абсорбционный  анализ (ААА) (атомно-абсорбционная  спектрофотометрия, атомная абсорбциометрия).

Метод основан на просвечивании  атомизированных паров исследуемой  пробы монохроматическим светом с длиной волны, соответствующей  резонансной линии поглощения определяемого  элемента. Анализируемую пробу в виде раствора распыляют в пламя.

Метод атомно-абсорбционного спектрального анализа отличается высокой абсолютной и относительной  чувствительностью. Метод позволяет  с большой точностью определять в растворах около восьмидесяти элементов в малых концентрациях, поэтому он широко применяется в  биологии, медицине (для анализа  органических жидкостей), в геологии, почвоведении (для определения микроэлементов в почвах), в металлургии (для исследований и контроля технологических процессов) и в других областях науки.

Установка для работы на ААА состоит из блоков:

• источник резонансного излучения – обеспечивает интенсивное монохроматическое излучение просвечивающее линии определяемого элемента. Для этого применяются лампы с полым катодом и высокочастотные безэлектродные лампы.
• атомизатор – перевод пробы в атомарный пар. Применяются 2-х типов.: пламенные и электротермические. Пламенные – распыленная проба (обычно в виде раствора) подается в пламя смеси воздуха и горючего газа (пропан, ацетилен и др). Электротермические – проба помещается в графитовое устройство, разогреваемое электрическим током.

Спектральный прибор (монохроматор) – служит для выделения аналитической  линии определяемого элемента. Приборы  для атомно-абсорбционного анализа - атомно-абсорбционные спектрометры - прецизионные высокоавтоматизированные устройства, обеспечивающие воспроизводимость условий измерений, автоматическое введение проб и регистрацию результатов измерения. В некоторые модели встроены микроЭВМ.

Индикация и регистрация  сигнала осуществляется автоматически.

Достоинства атомно-абсорбционного анализа – простота, высокая селективность  и малое влияние состава пробы  на результаты анализа.

Ограничения метода – невозможность  одновременного определения нескольких элементов при использовании  линейчатых источников излучения и, как правило, необходимость переведения  проб в раствор.

В данной лабораторной работе с помощью атомно-абсорбционного анализа проводились исследования ртути.

Эмиссионно-спектральный анализ (ЭСА)

ЭСА анализ является наиболее широко применяемым методом определения  содержания элементов по характеристическому  линейчатому спектру испускания (эмиссии) свободных, нейтральных или  ионизованных атомов химического элемента в оптическом диапазоне электромагнитных волн в самых разнообразных природных  и искусственных материалах.

С его помощью можно  анализировать твердые, жидкие и  газообразные вещества более 70 элементов в том числе и радиоактивных.

Основные области применения - анализ состава металлов и сплавов  в металлургии и машиностроении, исследование геологических образцов и минерального сырья в горнодобывающей  промышленности, анализ вод и почв в экологии, анализ моторных масел  и других технических жидкостей  на примеси металлов с целью диагностики  состояния машин и механизмов.

Принцип спектрального анализа  заключается в том, что исследуемое  вещество заставляют светиться, например, вводя его в зону электрического разряда, пламя или возбуждая  лазером. Спектр возбуждается при столкновениях  атомов с быстрыми электронами, существующими  в разрядах.

Процесс спектрального анализа  можно разделить на следующие  этапы:

• Возбуждение спектра – образование аналитического сигнала, когда информация о составе вещества преобразуется в совокупность спектральных линий.
• Передача и преобразование сигнала в регистрирующем спектральном устройстве, и переход от измерения спектра к определению химического состава пробы – получение результата анализа.
• Качественное заключение о составе пробы путем идентификации длины волны излучаемого света.

Эмиссионный-спектральный анализ делят по конечно получаемой информации на качественный и количественный.

• Качественный эмиссионный спектральный анализ основан на измерении по шкале-спектру железа длины волн нескольких линий, отвечающих энергиям квантов, испускаемых возбужденными атомами при спонтанном переходе в устойчивое состояние. Полученные в результате спектральные линий, говорит только о наличии конкретного химического элемента в пробе.
• Количественный эмиссионный спектральный анализ основан на зависимости интенсивности (яркости) аналитической линии от количества совершившихся квантовых переходов (числа квантов), что при определенных условиях позволяет отградуировать эту зависимость.

В качестве источника энергии  для возбуждения в ЭСА применяют: искровой разряд, дугу переменного  или постоянного тока с температурой 3500-7500 К, лазер или пламя.

Общим для всех источников света является наличие в них  плазмы, температура которой, а значит, и кинетическая энергия частиц в  ней достаточна для перевода атома  в возбужденное состояние.

Чувствительность и точность АЭСА зависят главным образом  от физических характеристик источников возбуждения спектров - температуры, концентрации электронов, времени пребывания атомов в зоне возбуждения спектров, стабильности режима источника и  т. д.

Достоинства анализа - многоэлементность метода, а также достаточно низкие пределы обнаружения элементов (10^–3–10^–4 %) в сочетании с относительно низкой себестоимостью анализа и простотой его выполнения.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Содержание тяжелых  металлов и радиоактивных элементов  в почве

 

В таблице 1 представлены данные по содержанию химических элементов  в почве территории г. Междуреченска. Согласно ГОСТу 17.4.1.02-83 изучаемые элементы – загрязнители относят к следующим классам опасности:

1 класс опасности  – As, Hg, Pb, Zn;

2 класс опасности  – Со, Ni, Mo, Cu, Cr;

3 класс опасности – Ва, V, Mn, Sr.

Также исследуются  радиоактивные элементы, такие как  торий, уран.

Для выборки по исследуемой территории подсчитываются основные параметры распределения  химических элементов: максимальные, минимальные, средние значения (С), мода, медиана  и стандартное отклонение (S), ошибка среднего, а также коэффициент вариации (V), который отражает меру неоднородности выборки. Все полученные значения представлены в таблице 2. Коэффициент вариации является наиболее распространенным показателем колебания, используемым для оценки типичности средних величин. В статистике совокупности, имеющие коэффициент вариации больше 30–35 %, принято считать неоднородными. Коэффициент вариации рассчитывается следующим способом формула (1):

                              (1)

где σ – среднее квадратическое  отклонение

С – среднее содержание элемента.

Таблица 1 - Радиоактивность  и микроэлементный состав почв                                    г. Стрежевого, мг/кг

№	V	Cr	Mn	Co	Ni	Cu	Zn	As	Sr	Mo	Ba	Hg	Pb	Th	U
50	20,0	100,0	400,0	6,0	20,0	10,0	20,0	30,0	100,0	2,0	200,0	0,0	18,0	1,0	1,0
51	30,0	150,0	600,0	4,0	20,0	8,0	40,0	30,0	200,0	3,0	300,0	0,0	7,0	1,0	2,0
52	10,0	200,0	300,0	3,0	20,0	8,0	40,0	30,0	100,0	3,0	300,0	0,0	8,0	1,0	1,0
57	20,0	200,0	300,0	3,0	20,0	10,0	20,0	30,0	200,0	3,0	200,0	0,0	10,0	1,0	1,0
58	30,0	150,0	600,0	6,0	40,0	15,0	20,0	30,0	200,0	3,0	400,0	0,0	12,0	2,0	3,0
59	30,0	150,0	300,0	4,0	30,0	15,0	40,0	30,0	100,0	2,0	400,0	0,0	11,0	2,0	4,0
60	20,0	100,0	400,0	3,0	20,0	10,0	20,0	30,0	100,0	2,0	300,0	0,0	12,0	2,0	2,0
61	10,0	100,0	200,0	3,0	10,0	8,0	20,0	30,0	100,0	2,0	300,0	0,0	8,0	1,0	3,0
62	30,0	150,0	600,0	6,0	40,0	20,0	40,0	34,0	100,0	2,0	200,0	0,0	11,0	1,0	3,0
63	20,0	150,0	300,0	6,0	30,0	15,0	60,0	47,0	100,0	3,0	600,0	0,0	16,0	1,0	2,0
71	20,0	200,0	400,0	6,0	30,0	20,0	80,0	30,0	200,0	3,0	400,0	0,1	35,0	1,0	1,0
107	30,0	200,0	300,0	6,0	20,0	10,0	20,0	30,0	200,0	2,0	300,0	0,0	14,0	2,0	3,0
108	20,0	80,0	200,0	3,0	8,0	8,0	20,0	30,0	100,0	2,0	400,0	0,0	10,0	5,0	2,0
109	40,0	150,0	300,0	8,0	20,0	8,0	20,0	30,0	100,0	2,0	300,0	0,3	6,0	1,0	3,0
113	20,0	100,0	300,0	6,0	15,0	15,0	20,0	30,0	200,0	2,0	600,0	0,0	8,0	4,0	4,0
114	30,0	100,0	300,0	8,0	15,0	10,0	20,0	30,0	200,0	2,0	400,0	0,0	30,0	1,0	1,0
115	20,0	100,0	200,0	3,0	10,0	8,0	20,0	30,0	100,0	2,0	400,0	0,0	6,0	4,0	4,0

 

Таблица 2 - Основные параметры распределения элементов

№	V	Cr	Mn	Co	Ni	Cu	Zn	As	Sr	Mo	Ba	Hg	Pb	Th	U
Макс	40,0	200,0	600,0	8,0	40,0	20,0	80,0	47,0	200,0	3,0	600,0	0,3	35,0	5,0	4,0
Мин.	10,0	80,0	200,0	3,0	8,0	8,0	20,0	30,0	100,0	2,0	200,0	0,0	6,0	1,0	1,0
Ср. знач	23,5	140,0	352,9	4,9	21,6	11,6	30,6	31,2	141,2	2,4	352,9	0,0	13,1	1,8	2,4
мода	20,0	100,0	300,0	6,0	20,0	8,0	20,0	30,0	100,0	2,0	300,0	0,0	8,0	1,0	1,0
медиана	20,0	150,0	300,0	6,0	20,0	10,0	20,0	30,0	100,0	2,0	300,0	0,0	11,0	1,0	2,0
ст.откл.	7,9	42,0	132,8	1,8	9,5	4,2	17,5	4,2	50,7	0,5	117,9	0,1	8,1	1,3	1,1
Дисперсия	61,8	1762,5	17647,1	3,2	90,5	17,4	305,9	17,4	2573,5	0,2	13897,1	0,0	65,3	1,7	1,2
коэф.Вар.	33,4	30,0	37,6	36,1	43,9	35,8	57,2	13,4	35,9	20,9	33,4	188,8	61,9	70,5	47,4
ст.ошиб.	1,3	7,1	22,5	0,3	1,6	0,7	3,0	0,7	8,6	0,1	19,9	0,0	1,4	0,2	0,2

 

Коэффициент концентрации является показателем уровня аномальности содержаний элементов и рассчитывается по формуле

                 ,                                                                            (2)

где К – коэффициент концентрации,

С – содержание элемента в пробе, мг/кг (табл. 1);

Ск – среднее содержание элемента в почве г. Срежевого, мг/кг (табл. 3).

Таблица 3 - Среднее  содержание элементов в почвах г. Стрежевого

 

Элемент	Среднее содержание элементов в почвах          г. Стрежевого, мг/кг
К
B	-
F	-
V	30
Cr	150
Mn	400
Co	7
Ni	23
Cu	15
Zn	45
As	-
Se	-
Sr	152
Mo	2,6
Cd	-
Sb	-
Ba	340
W	-
Hg	0,044
Pb	21
Th
U

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

На основе исходных данных был рассчитан коэффициент концентрации для каждой точки. Для расчета  было использовано среднее содержание элементов в почвах. Полученные данные представлены в таблице 4.

Расчет суммарного показателя загрязнения, отражающего эффект воздействия  группы элементов, проводится по формуле:

  ,                                            (3)