Тяжелые металлы

Содержание

Введение……………………………………………………………………….2
Глава 1.Тяжелые металлы………………………………………..…..………..3
1.1. Тяжелые металлы в воде………………………………………………3-5
1.2. Источники поступления………………………………………………….5
1.3. Свинец……………………………………….…………………………...5-7
Глава 2. Методы определения металлов………………….……………..….8-9
2.1. Химико-спектральное определение тяжелых металлов в природной воде…………………………………………….………………………………...9
2.2.Колориметрический метод…...…………...…………………………….9-10
2.3 Методы разделения…………………………………………………...….10-11
Глава 3. Экспериментальная часть……………………………………………..
Заключение……………………………………………………………………….20
Список использованных источников………………………………………...…21
Приложение……………………………………………………………………....22















     Введение
     Для определения загрязняющих веществ используют инструментальные методы современной аналитической химии, основанные на измерении различных физических свойств определяемых веществ или продуктов их химических превращений (аналитических реакций) с помощью физических и физико-химических приборов. Результат измерения, несущий химико-аналитическую информацию, часто называют аналитическим сигналом.
     Металлы оказывают существенное влияние на развитие гидробионтов и функционирование водных экосистем, поскольку многие из них входят в состав биоактивных соединений: витаминов, ферментов, гормонов. В то же время некоторые из них обладают мутагенными и канцерогенными свойствами, что отрицательно сказывается на жизнедеятельности водных организмов. Исследование распределения металлов среди сосуществующих форм в природных и сточных водах требует глубокого понимания аналитиком объекта анализа, правильного выбора методов определения содержания металлов, адекватной интерпретации полученных результатов. Не менее важное значение при этом имеют такие этапы, как отбор проб, их хранение и транспортировка. Понятно, что наиболее достоверными являются результаты, полученные на месте отбора пробы. Но на практике это не всегда возможно.
     Цель работы: Определение тяжелых металлов таких как свинец  в реке Иртыш города Тобольск 
     Выбранная цель обусловила решение следующих поставленных задач:
* Сбор воды  с реки Иртыш в г. Тобольске;
* Проанализировать и изучить состояние воды;
* Выявить тяжелые металлы в реке Иртыш
Объект исследования:Вода взятая с разных берегов г. Тобольска.
Предмет исследования:Вода,талая вода



Глава 1.Тяжелые металлы
Термин тяжелые металлы, характеризующий широкую группу загрязняющих веществ, получил в последнее время значительное распространение. В связи с этим количество элементов, относимых к группе тяжелых металлов, изменяется в широких пределах. В качестве критериев принадлежности используются многочисленные характеристики: атомная масса, плотность, токсичность, распространенность в природной среде, степень вовлеченности в природные и техногенные циклы. В некоторых случаях под определение тяжелых металлов попадают элементы, относящиеся к хрупким (например, висмут) или металлоидам (например, мышьяк).
В работах, посвященных проблемам загрязнения окружающей природной среды и экологического мониторинга, на сегодняшний день к тяжелым металламотносят более 40 металлов периодической системы Д.И. Менделеева с атомной массой свыше 50 атомных единиц: V, Cr, Mn, Fe, Co, Ni, Cu, Zn, Mo, Cd, Sn, Hg, Pb, Bi и др. При этом немаловажную роль в категорировании тяжелых металлов играют следующие условия: их высокая токсичность для живых организмов в относительно низких концентрациях, а также способность к биоаккумуляции и биомагнификации. Практически все металлы, попадающие под это определение (за исключением свинца, ртути, кадмия и висмута, биологическая роль которых на настоящий момент не ясна), активно участвуют в биологических процессах, входят в состав многих ферментов. По классификации Н.Реймерса, тяжелыми следует считать металлы с плотностью более 8 г/см3. Таким образом, к тяжелым металлам относятся Pb, Cu, Zn, Ni, Cd, Co, Sb, Sn, Bi, Hg
1.1. Тяжелые металлы в воде
Ионы металлов являются непременными компонентами природных водоемов. В зависимости от условий среды (pH, окислительно-восстановительный потенциал, наличие лигандов) они существуют в разных степенях окисления и входят в состав разнообразных неорганических и металлорганических соединений, которые могут быть истинно растворенными, коллоидно-дисперсными или входить в состав минеральных и органических взвесей. Истинно растворенные формы металлов, в свою очередь, весьма разнообразны, что связано с процессами гидролиза, гидролитической полимеризации (образованием полиядерныхгидроксокомплексов) и комплексообразованияс различными лигандами. Соответственно, как каталитические свойства металлов, так и доступность для водных микроорганизмов зависят от форм существования их в водной экосистеме. Многие металлы образуют довольно прочные комплексы с органикой; эти комплексы являются одной из важнейших форм миграции элементов в природных водах. Большинство органических комплексов образуются по хелатному циклу и являются устойчивыми. Комплексы, образуемые почвенными кислотами с солями железа, алюминия, титана, урана, ванадия, меди, молибдена и других тяжелых металлов, относительно хорошо растворимы в условиях нейтральной, слабокислой и слабощелочной сред. Поэтому металлорганические комплексы способны мигрировать в природных водах на весьма значительные расстояния. Особенно важно это для маломинерализованных и в первую очередь поверхностных вод, в которых образование других комплексов невозможно.
Для понимания факторов, которые регулируют концентрацию металла в природных водах, их химическую реакционную способность, биологическую доступность и токсичность, необходимо знать не только валовое содержание, но и долю свободных и связанных форм металла.
Переход металлов в водной среде в металлокомплексную форму имеет три следствия:
* Может происходить увеличение суммарной концентрации ионов металла за счет перехода его в раствор из донных отложений;
* Мембранная проницаемость комплексных ионов может существенно отличаться от проницаемости гидратированных ионов;
* Токсичность металла в результате комплексообразования может сильно измениться.
1.2. Источники поступления
Тяжелые металлы и их соли — широко распространенные промышленные загрязнители. В водоемы они поступают из естественных источников (горных пород, поверхностных слоев почвы и подземных вод), со сточными водами многих промышленных предприятий и атмосферными осадками, которые загрязняются дымовыми выбросами. Тяжелые металлы как микроэлементы постоянно встречаются в естественных водоемах и органах гидробионтов (см.таблицу 1). В зависимости от геохимических условий отмечаются широкие колебания их уровня.
Считают, что большая часть неорганических соединений металлов поступает в организм гидробионтов с пищей. Например, абсорбция проглоченного свинца не велика – по причине образования нерастворимых фосфата Pb3(PO4)2 и основного карбоната Pb3(CO3)2(OH)2. Но свинец также может поступить с воздухом, в результате загрязнения продуктами горения тетраэтилсвинца Pb(C2H5)4, который входит в состав бензина (для повышения октанового числа). Свинец воздействует на нервную систему, печень, пищеварительную систему. Никель не так токсичен как свинец, но он легко абсорбируется в органах дыхания, вызывает острый желудочный дискомфорт. Интоксикация никелем приводит к разрушению сердечной и других тканей. Кобальт известен как необходимый компонент витамина В12. Не смотря на полезные свойства кобальта, его избыток уменьшает способность щитовидной железы аккумулировать

1.3. Свинец
Свинец — один из важнейших видов минерального сырья и в то
же время — глобальный загрязнитель окружающей среды.Свинец — химический элемент, концентрация которого на поверхностиЗемли неуклонно возрастала по мере эволюции планеты и человечества. По уровню мирового производства этот элемент занимаетчетвертое место после алюминия, меди и цинка. Сегодня проблемазагрязнения окружающей среды свинцом и его соединениями остается одной из наиболее актуальных экологических проблем в мире.В тоже время это один из старейших и наиболее распространенныхпромышленных ядов из группы тяжелых металлов.
Естественными источниками поступления свинца в поверхностные воды являются процессы растворения эндогенных (галенит) и экзогенных (англезит, церуссит и др.) минералов. Значительное повышение содержания свинца в окружающей среде (в т.ч. и в поверхностных водах) связано со сжиганием углей, применением тетраэтилсвинца в качестве антидетонатора в моторном топливе, с выносом в водные объекты со сточными водами рудообогатительных фабрик, некоторых металлургических заводов, химических производств, шахт и т.д. Существенными факторами понижения концентрации свинца в воде является адсорбция его взвешенными веществами и осаждение с ними в донные отложения. В числе других металлов свинец извлекается и накапливается гидробионтами. Свинец находится в природных водах в растворенном и взвешенном (сорбированном) состоянии. В растворенной форме встречается в виде минеральных и органоминеральных комплексов, а также простых ионов, в нерастворимой - главным образом в виде сульфидов, сульфатов и карбонатов. В речных водах концентрация свинца колеблется от десятых долей до единиц микрограммов в 1 дм3. Даже в воде водных объектов, прилегающих к районам полиметаллических руд, концентрация его редко достигает десятков миллиграммов в 1 дм3. Лишь в хлоридных термальных водах концентрация свинца иногда достигает нескольких миллиграммов в 1 дм3. Лимитирующий показатель вредности свинца – санитарно-токсилогический. ПДКвсвинца составляет 0.03 мг/дм3, ПДКвр - 0.1 мг/дм3 Свинец - промышленный яд, способный при неблагоприятных условиях оказаться причиной отравления. В организм человека проникает главным образом через органы дыхания и пищеварения. Удаляется из организма очень медленно, вследствие чего накапливается в костях, печени и почках.
Лимитирующий показатель вредности свинца - санитарно-токсилогический. ПДКвсвинца составляет 0.03 мг/дм3, ПДКвр. - 0.1 мг/дм3























	Глава 2.  Методы определения металлов 
Содержание металлов весовым методом определяется путем перевода пробы в раствор - за счет химического растворения в подходящем растворителе (воде, водных растворах кислот, реже щелочей) или сплавления с подходящим флюсом из числа щелочей, оксидов, солей с последующим выщелачиванием водой. После этого соединение искомого металла переводится в осадок добавлением раствора соответствующего реагента - соли или щелочи, осадок отделяется, высушивается или прокаливается до постоянного веса, и содержание металлов(металла)определяется взвешиванием на аналитических весах и пересчетом на исходное содержание в пробе. При квалифицированном применении метод дает наиболее точные значения содержания металлов, но требует больших затрат времени.
Тяжелые металлы являютcя одними из приоритетных загрязнителей вод разного типа. Существующие ГОСТы предполагают раздельное определение каждого металла, как правило, cпектрофотометрическим методом или методом пламенной атомно-абcорбционнойcпектроcкопии (ААС). Последний наиболее часто применяется в эколого-аналитических лабораториях для определения металлов в природных водах. Преобладающее число методик пламенной ААС в этом случае требует предварительного концентрирования элементов. Это может быть как простое упаривание воды, так и более сложные способы, например, сорбция на сорбентах с последующим извлечением ионов металлов. Таким образом, наряду с достоинствами пламенной ААС – высокой селективностью, чувствительностью и слабым влиянием матрицы, существенным недостатком 
методик является длительность пробоподготовки. В результате общий анализ воды на cодержаниеразных элементов оказывается весьма длительным и трудоемким.
Содержание металлов в очень малых (примесных) концентрациях - чаще радиоактивных изотопов соответствующих элементов, но и нерадиоактивных тоже - определяется рядом методов ядерной спектрометрии (бета-, гамма-спектрометрии, а также нейтронно-активационного анализа).
В некоторых случаях содержание металлов определяется комплекснымиметодами, сочетающими спектральные и электрохимические - например, спектрополяриметрией.
2.1. Химико-спектральное определение тяжелых металлов в природных водах
Среди инструментальных методов определения микроэлементов (тяжелых металлов) эмиссионнаяспектрография в ультрафиолетовой части спектра выделяется высокой чувствительностью, оцениваемой обычно в 10-8 -10-4% и возможностью производить определение значительного числа элементов
(до 40-45) в одной пробе. Указанная чувствительность спектрального анализа, недостаточная для непосредственного определения большинства тяжелых металлов в природных водах, может быть повышена путем использования различных методов концентрирования. Как один из наиболее эффективных методов концентрирования следует отметить экстракцию. Достоинства этого метода состоят в высокой чувствительности, возможности группового выделения микроингредиентов (это особенно ценно в сочетании со спектральным анализом) и в большей степени концентрирования порядка 100-104.
Эффективность экстракции микрограммовых количеств металлов сильно зависит от различных условий: присутствия маскирующих веществ, соотношения объемов водной и органической фаз и т. п., но в первую очередь от величины рН раствора.

2.2. Колориметрический метод
Колориметрия — это метод количественного определения содержания веществ в растворах, либо визуально, либо с помощью приборов, таких как колориметры. Колориметрия может быть использована для количественного определения всех тех веществ, которые дают окрашенные растворы, или могут быть, с помощью химической реакции, дать окрашенное растворимоесоединение. Колориметрические методы основываются на сравнении интенсивности окраски исследуемого раствора, изучаемого в пропущенном свете, с окраской эталонного раствора, содержащего строго определенное количество этого же окрашенного вещества, или же с дистиллированной водой. Наиболее совершенные приборы — спектрофотометры — отличаются возможностью исследования оптической плотности, в широком диапазоне длин волн видимого спектра, а также в ИК и УФ-диапазонах, с меньшей дискретностью длины волны(с использованием монохроматора). Фотоколориметры и спектрофотометры измеряют величину пропускания света при определенной длине волны света.Контроль (обычно дистиллированная вода или исходный материал без добавления реагентов) используется для калибровки устройства. Колориметрия широко применяется в аналитической химии, в том числе для гидрохимического анализа, в частности — для количественного анализа содержания биогенных веществ в природных водах, для измерения pH, в медицине, а также в промышленности при контроле качества продукции.
2.3. Методы разделения 
Способы разделения смесей (в аналитической химии) — важнейшие аналитические операции, необходимые потому, что большинство аналитических методов недостаточно избирательны, то есть обнаружению и количественному определению одного элемента (вещества) мешают многие другие элементы.
Разделение смесей — процесс выделения чистых веществ из смесей. Разделяемые продукты имеют различные химические и физические свойства.
Для разделения применяют осаждение, хроматографию, дистилляцию, зонную плавку и другие методы. В качественном анализе для разделения ионов элементов применяют групповые реагенты, которые позволяют трудно разрешимую задачу анализа сложных смесей привести к нескольким сравнительно простым задачам.
Методы разделения смесей:
* Адсорбция
* Центрифугирование и циклоннаяобработка для разделения веществ, имеющих различную плотность
* Хроматография
* Кристаллизация
* Сушка
* Испарение
* Фильтрование























                               Глава 3. Экспериментальная часть





Заключение
     
     
     
     
     Список использованных источников

12


.......................