Сумма тяжелых металлов
Говоря о повышенной концентрации в воде металлов, как правило, подразумевают ее загрязнение тяжелыми металлами (Cd, Pb, Zn, Cr, Ni, Co, Hg и др.). Тяжелые металлы, попадая в воду, могут существовать в виде токсичных растворимых солей и комплексных соединений, коллоидных частиц, осадков.
Главными источниками загрязнения воды тяжелыми металлами являются гальванические производства, предприятия горнорудной, черной и цветной металлургии, машиностроительные заводы и др. тяжелые металлы в воде вызывают целый ряд негативных последствий: попадая в пищевые цепи и нарушая элементный состав биологических тканей, они оказывают тем самым прямое или косвенное токсическое воздействие на водные организмы. Тяжелые металлы по пищевым цепям попадают в организм человека.
Тяжелые металлы по характеру биологического воздействия можно подразделить на токсиканты и микроэлементы, имеющие принципиально различный характер влияния на живые организмы.
Характер эффекта, оказываемого элементом на организм, в зависимости от его концентрации в воде: а – токсиканты, б – микроэлементы.
Токсиканты оказывают отрицательное действие на организмы при любой концентрации. В то время как микроэлементы имеют область недостаточности, вызывающей отрицательный эффект (менее С1), и область необходимых для жизни концентраций, при повышении которых снова возникает отрицательный эффект (более С2). Типичными токсикантами являются Cd, Pb, Hg, микроэлементами - Mn, Cu, Co.
Медь является микроэлементом. Содержится в организме человека, главным образом в виде комплексных органических соединений и играет важную роль в процессах кроветворения. Во вредном воздействии избытка меди решающую роль играет реакция катионов Cu2+ с SH – группами ферментов. Изменения содержания меди в сыворотке и коже обуславливает явление депигментации кожи. Отравления соединениями меди могут приводит к расстройствам нервной системы, нарушениям функций печени и почек и т. п. ПДК меди в воде водоемовхозяйственно – питьевого и культурно–бытового назначения составляет 1,0 мг/л, лимитирующий показатель вредности – органолептический.
Цинк является микроэлементом и водит в состав некоторых ферментов. Он содержится в крови (0,5 – 0,6), мягкий тканях (0,7 – 5,4), костях (10 – 18), волосах (16 – 22) ·10-3%, т. е. в основном, в костях и волосах.
Находится в организме в динамическом равновесии, которое сдвигается в условиях повышенных концентраций в окружающей среде. Отрицательное воздействие соединений цинка может выражаться в ослаблении организма, повышенной заболеваемости, астомоподобных явлениях и пр. ПДК цинка в воде водоемов составляет 1,0 мг/л, лимитирующий показатель вредности – обще санитарный.
Кадмий. Соединения кадмия очень ядовиты. Действуют на многие системы организма – органы дыхания и желудочно–кишечный тракт, центральную и периферическую нервные системы. Механизм действия соединений кадмия заключается в угнетении активности ряда ферментов, нарушении фосфорно–кальциевого обмена, нарушении метаболизма микроэлементов (Zn, Cu, Fe, Mn, Se). ПДК в воде водоемов составляет 0,001 мг/л, лимитирующий показатель вредности – санитарно-токсикологический.
Ртуть. Ртуть относится к ультрамикроэлементам и постоянно присутствует в организме, поступая с пищей. Неорганические соединения ртути (в первую очередь катионы Hg+) реагируют с SH–группами белков, а также с карбоксильными и аминными группами тканевых белков, образуя прочные комплексные соединения – металлопротеиды. В результате возникают глубокие нарушения функций центральной нервной системы, особенно высших ее отделов. Из органических соединений ртути наибольшее значение играет метилртуть, которая хорошо растворима в липидных тканях и быстро проникает в жизненно важные органы, и в том числе в мозг. В результате возникают изменения в вегетативной нервной системе, периферических нервных образованиях, в сердце, сосудах, кроветворных органах, печени, нарушения в иммунобиологическом состоянии организма. Соединения ртути обладают также эмбриотоксическим действиям (приводят к нарушению плода у беременных). ПДК – 0,0005 мг/л. Лимитирующий показатель вредности санитарно- токсикологический.
Свинец. Соединения свинца – яды, действующие на все живое, вызывающие изменения особенно в нервной системе, крови, сосудах. Подавляют многие ферментативные процессы. Дети более восприимчивы к воздействию соединений свинца, чем взрослые. Обладают эмбриотоксическим действием, приводят к энцефалопатии и поражениям печени, угнетают иммунитет. Органические соединения свинца (тетраметилсвинец, тетраэтилсвинец) – сильные нервные яды, летучие жидкости. Являются активными ингибиторами обменных процессов. Для всех соединений свинца характерно кумулятивное действие. ПДК 0,03 мг/л, лимитирующий показатель – санитарно – токсикологический.
Тяжелые металлы извлекают из раствора в виде их дитизонатных комплексов (экстракцией раствором дитизона в четыреххлористом углероде), избыток дитизона удаляют, полученную смесь дитизонатов обрабатывают солью ртути(II). Поскольку ртуть образует с дитизоном наиболее устойчивое комплексное соединение, дитизонаты всех перечисленных металлов превращаются в дитизонат ртути Hg (HDz)2. Измеряют оптическую плотность его раствора при λ = 485 нм. Проводят предварительное разрушение комплексных соединений тяжелых металлов. Fe3+ связывают тартратом натрия.
ПДК тяжелых металлов мэкв/л располагаются в следующем ряду: Cd (1,8·10-4),
Pb (9,7·10-4), Cu (3,1·10-3), Ni (3,4·10-3), Zn (3,1·10-2). Если найденное суммарное содержание тяжелых металлов превосходит первое из этих значений, приступают к определению содержания отдельных металлов, начиная с кадмия, вычитая из суммы найденный результат определения до тех пор, пока разность не окажется ниже ПДК следующего по порядку металла. ПДК Me= 0,001 ммоль/л.
Углерод органический
Органическое вещество сжигают «сухим» способом в токе кислорода (после выпаривания пробы) или «мокрым» способом – обработкой пробы окислителем (K2Cr2O7, CrO3, K2S2O8) в растворе H2SO4 в присутствии катализатора - Ag2SO4. Oбразующийся СО2 поглощают КОН или Ва(ОН)2 и заканчивают определение гравиметрически.
Общее содержание азота («общий азот») и азот органических веществ («органический азот»)
Метод Кьендаля: при нагревании органических веществ со смесью H2SO4 конц. и К2SO4 в присутствии катализатора – соли Сu Hg происходит разложение этих веществ с образованием сульфата аммония. Раствор подщелачивают, отгоняют аммиак и определяют его в отгоне. Вычитая из полученного результата отдельно найденное содержание азота аммонийного, получают «органический азот».
Общее содержание серы («общая сера»)
Определив общее содержание серы в сточной воде, можно затем отдельно определить серу сульфатов, сероводорода, уменьшая, таким образом, величину рассчитываемого по разности остатка.
Для определения общего содержания серы, прежде всего, окисляют все содержащее этот элемент вещества, сера при этом превращается в SO42-, затем определяют содержание последних (гравиметрически, комплексонометрически – обратное титрование с ЭДТА).
Окисление:
кипячение с бромной водой,
обработка бромом в присутствии CHCl3 CCl4.