Современные методы определения загрязнений

Совместные усилия химиков различных стран в области экологической аналитической химии привели за последние 10 лет к существенному прогрессу в развитии методологии аналитической химии в этой отрасли науки [6—8]. Были пересмотрены возможности большинства методов из арсенала аналитической химии [9—12], усовершенствована техника и значительно увеличена эффективность детектирования примесей [13—16]. Созданы новые методы контроля за содержанием загрязняющих веществ в воздухе [5,9, 10], воде [12, 17—22] и почве [7, 10, 11], выбросах промышленных предприятий [11] и других объектах окружающей среды [10, 11, 16, 22], отличающиеся высокой селективностью, низким пределом обнаружения (С_н) и высокой информативностью (надежностью) получаемых результатов при идентификации загрязнений различной природы. Эти методы основаны на реакционной газовой хроматографии [9—12, 23], высокоэффективной жидкостной хроматографии [24], ионной хроматографии [25], тонкослойной хроматографии [26], лазерной спектроскопии [7, 8, 27], ИК-спектроскопии с преобразованием Фурье [7, 8, 28], потенциометрии с ион-селективными электродами [8, 29],

Таблица 1.1. Распределение научных публикаций по основным группам аналитических методов, используемых для определения органических соединений и нерганических газов в экологической химии, %%

*На основании анализа содержания рефератов в разделе “Г” (аналитическая химия) РЖХ (ВИНИТИ) за 1967-2003 гг.

ядерном магнитном резонансе [30], газовой хроматографии с атомно-эмиссионным детектированием [15], а также на основе сочетания газовой или жидкостной хроматографии с масс-спектрометрией, ИК-Фурье спектроскопией [12, 16] или использовании гораздо более сложных аналитических систем типа ГХ/МС/ИК-Фурье или ГХ/МС/ИК/АЭД(атомно-эмиссионный детектор) [11, 12]. Повысилось качество тест-методов [128].

Снижению С_н токсичных веществ примерно в 100-1000 раз с одновременным повышением надежности их идентификации и селективности определения способствовало развитие методов и совершенствование техники получения производных контролируемых компонентов [23, 31]. Этот прием, который все чаще используют в практической аналитике, особенно эффективен с газохроматографическим окончанием определения, предполагающим применение чрезвычайно чувствительных (С_н вплоть до фемтограммов) хроматографических детекторов, обладающих высокой селективностью (ЭЗД, ПФД, ХЛД, ТИД, АЭД, детектор Холла и др.) [8-10, 13, 16,23].

Наряду и использованием селективных детекторов [13—15] и приемов реакционной газовой хроматографии [9—12, 23, 32] для получения надежной информации о составе сложных смесей загрязнений (особенно в случае проб неизвестного состава) незаменимы гибридные методы на основе газовой или жидкостной хроматографии — ГХ/МС [9, 10, 12, 16, 33], ГХ/ИК- Фурье [12, 28, 33]. ГХ/АЭД [12, 15], а также комбинации «on-line» ВЭЖХ/ГХ

[34] или ВЭЖХ/МС [35].

В настоящее время газовая хроматография [127] превратилась в наиболее эффективный метод исследования качества воздуха и воды и степени загрязнения почвы, который широко используют в экологической химии [ 1,9—12, 22, 33]. Об этом, в частности, можно судить по росту числа публикаций об использовании аналитических методов для целей экологии (табл. 1.1.).

Как видно из табл.1.1, в течение последних 35 лет происходит неуклонный рост количества хроматографических методик и сокращение электрохимических методик, вто время как публикации по применению в экологии спектральных методов анализа веществ остаются стабильными на уровне примерно 30%.

Более скрупулезный анализ и классификация научных публикаций в экологической аналитической химии за 1986—2002 гг. показали [36], что лидиру-

Таблица 1.2. Распространенность различных аналитических методов при определении загрязнений в объектах окружающей среды [36]

• * Хроматомасс-спектрометрия и комбинация хроматографии с ИК-Фурье спектроскопией.
• ** При определении газов газовая хроматография применяется в подавляющем большинстве случаев.
• ***Гравиметрия и титриметрия.

юшее положение среди применяемых в экологии аналитических методов занимают спектральные и хроматографические, наиболее широко используемые в аналитической практике при определении микропримесей органических и неорганических загрязняющих веществ. За ними следуют гибридные и электрохимические методы (табл. 1.2). Объектами анализа чаще всего являются вода и воздух. При анализе газов и воздуха на содержание неорганических примесей часто используют атомную абсорбцию (ААС) и ядерно-физические методы (ЯФМ), которые оказываются предпочтительными при определении в воздухе и воде брома, церия, цезия, рубидия, стронция, урана, циркония и РЗЭ [1].

Неорганические анионы определяют преимущественно методом ионной хроматографии (ИХ), а хроматографические методы не имеют конкурентов при определении высокотоксичных органических и металлорганических соединений (ПАУ, ПХБ, диоксины, алкильные соединения ртути, свинца, кадмия и др.).

Как видно из табл. I.2., хроматографические методы уверенно занимают ведущее место не только при определении органических соединений и анализе сложных смесей загрязнений воздуха и воды, но и при определении в этих объектах примесей токсичных неорганических соединений (газы, летучие неорганические соединения, металлорганические соединения) [36].

Анализ работ последних лет показывает, что эта тенденция сохраняется [9—12, 33, 37], и хроматографические методы, в особенности газовая хроматография, превалируют в большинстве методик, предназначенных для определения в воздухе, воде и почве летучих органических соединений (ЛОС) и неорганических газов [10—12, 37].

При этом нельзя не учитывать, что метод газовой хроматографии наиболее активно применяют при определении ЛОС, на долю которых приходится не менее 80% всех загрязнений атмосферы и воздуха рабочей зоны промышленных предприятий [9—11], природных, питьевых и сточных вод [10—12], почвы [1, 10, 11] и биосред [206].