Химия окружающей среды

Материал из Википедии — свободной энциклопедии
Перейти к навигации Перейти к поиску
Складирование загрязнённого нефтяными выбросами камня в мешках у побережья Финляндии

Химия окружающей среды или экологическая химия — раздел химии, изучающий химические и биохимические превращения, происходящие в окружающей природной среде, или экосфере. Её можно определить как изучение источников, реакций, транспорта, эффектов и путей химических соединений в воздухе, почве и водной среде; влияние на них деятельности человека и биосферы. Химия окружающей среды — междисциплинарная наука, включающая химию атмосферы , воды и почвы, в значительной степени полагающаяся на аналитическую химию и связанная с окружающей средой и другими областями науки.

Химия окружающей среды включает в себя прежде всего понимание того, как работает незагрязненная среда, какие химические вещества в каких концентрациях присутствуют в природе и с какими эффектами. Без этого было бы невозможно точно изучить влияние человека на окружающую среду в результате выброса химических веществ. Наука использует более узкие разделы химии, такие, как геохимия, химия почв, гидрохимия, химия атмосферы, химия природных соединений органического происхождения и др. Химия окружающей среды изучает химические процессы во всех оболочках Земли, в том числе в биосфере, изучает миграции и превращения всех химических соединений, в том числе природных и антропогенных загрязнителей.

Химия окружающей среды изучает химические процессы в комплексе — источники поступления и миграцию химических веществ в земных оболочках, их трансформацию, стоки из земных оболочек («глобальные циклы»), взаимодействие соединений и элементов между собой; служит основой для разработки и совершенствования методов защиты окружающей среды от загрязнений и т. п. Этот раздел химии тесно связан со многими другими науками, в том числе с экологией, геологией и др.

Для химии окружающей среды характерно применение основных методов современной химии (химические, физикохимические методы анализа), но частая необходимость определять загрязняющие вещества в микроконцентрациях заставляет учёных, работающих в этой области широко использовать новейшие комбинированные методы — высокоэффективное разделение (например, жидкостная хроматография) и точное качественное и количественное определение (например, масс-спектрометрия). Одна из задач науки — разработка новых химических технологий, значительно снижающих отрицательное воздействие на окружающую среду, технологий утилизации и обезвреживания отходов, очистки воздуха и сточных вод, ремедиации (восстановления изначальных показателей) почв.

Основные определения[править | править код]

Загрязнитель - это вещество, оказывающее токсическое или вредное воздействие, присутствующее в природе на уровне выше равновесного уровня или которое не могло бы существовать в противном случае[1][2].  Это может быть связано с деятельностью человека и биологической активностью. Термин со схожим смыслом, выбросы определяются как вещества, присутствующие в окружающей среде в результате деятельности человека, но не имеющие вредного воздействия, хотя бывает так, что токсическое или вредное воздействие выбросов становится очевидным позднее[3].

«Среда», такая как почва или организм, такой как рыба, пораженная загрязнителем или загрязняющим веществом, называется рецептором, в то время как поглотитель - это химическая среда или виды, которые удерживают и взаимодействуют с загрязнителем, таким как поглотитель углерода и его воздействие на микробы.

Индикаторы окружающей среды[править | править код]

Химические показатели качества воды включают растворенный кислород (DO, dissolved oxygen), химическую потребность в кислороде (COD, chemical oxygen demand), биохимическую потребность в кислороде (BOD, biochemical oxygen demand) , общее количество растворенных твердых веществ (TDS, total dissolved solids), кислотность (рН), питательные вещества (нитраты и фосфор), тяжелые металлы (свинец, ртуть), химические вещества почвы (включая медь, цинк, кадмий), а также пестициды

Методы[править | править код]

Количественный химический анализ является ключевой частью химии окружающей среды, поскольку он предоставляет данные, которые составляют основу большинства экологических исследований.

Общие аналитические методы, используемые для количественных определений в химии окружающей среды, включают классическую влажную химию, такую ​​как гравиметрические, титриметрические и электрохимические методы. Более сложные подходы используются при определении следов металлов и органических соединений. Наличие металлов определяется с помощью атомной спектроскопии и масс-спектрометрии: атомно-абсорбционная спектрофотометрия (ААС) и атомно-эмиссионная эмиссия с индуктивно связанной плазмой (ИСП-АЭС) или масс-спектрометрия с индуктивно связанной плазмой (ИСП-МС). Органические соединения, включая ПАУ (полициклические ароматические углеводороды), обычно также измеряют с помощью масс-спектрометрических методов, таких как газовая хроматография-масс-спектрометрия (ГХ/МС) и жидкостная хроматография-масс-спектрометрия (ЖХ/МС). Тандемная масс-спектрометрия МС/МС и масс-спектрометрия высокого разрешения/точная масс-спектрометрия HR/AM обеспечивают обнаружение доли на триллион. Методы без МС с использованием ГХ и ЖХ с универсальными или специфическими детекторами по-прежнему являются основными в арсенале доступных аналитических инструментов.

Другими параметрами, часто измеряемыми в химии окружающей среды, являются радиохимические вещества. Это загрязнители, выделяющие радиоактивные материалы, такие как альфа- и бета-частицы, представляющие опасность для здоровья человека и окружающей среды. Для этих измерений чаще всего используются счетчики частиц и сцинтилляционные счетчики. Биоанализы и иммунологические анализы используются для оценки токсичности химического воздействия на различные организмы. Полимеразная цепная реакция ПЦР способна идентифицировать виды бактерий и других организмов путем выделения и амплификации специфических генов ДНК и РНК и показывает многообещающие результаты в качестве ценного метода выявления микробного загрязнения окружающей среды.

Опубликованные аналитические методы[править | править код]

Рецензируемые методы испытаний были опубликованы государственными учреждениями  и частными исследовательскими организациями.  При тестировании необходимо использовать утвержденные опубликованные методы для демонстрации соответствия нормативным требованиям.

Приложения[править | править код]

Химия окружающей среды используется Агентством по охране окружающей среды Англии, Управлением природных ресурсов Уэльса, Агентством по охране окружающей среды США , Ассоциацией общественных аналитиков и другими экологическими агентствами и исследовательскими организациями по всему миру для обнаружения и идентификации природы и источника загрязняющих веществ. Сюда могут входить[4]:

  • Загрязнение земель тяжелыми металлами промышленными предприятиями. Затем они могут переноситься в водоемы и поглощаться живыми организмами.
  • ПАУ (полициклические ароматические углеводороды) в больших водоемах, загрязненных разливами или утечками нефти. Многие ПАУ являются канцерогенами и чрезвычайно токсичны. Они регулируются по концентрации ( частей на миллиард ) с помощью лабораторных испытаний химии окружающей среды и хроматографии .
  • Вымывание питательных веществ из сельскохозяйственных угодий в водотоки, что может привести к цветению водорослей и эвтрофикации.
  • Городской сток загрязняющих веществ, смывающих непроницаемые поверхности ( дороги , парковки и крыши ) во время ливневых дождей. Типичные загрязнители включают бензин , моторное масло и другие углеводородные соединения, металлы, питательные вещества и отложения (почва).
  • Металлоорганические соединения.
  • Исследование распространения, метаболизма и распределения в экологических объектах загрязняющих веществ как нативной, так и антропогенной природы.
  • Исследование роли всей совокупности живых организмов (биоты Земли) в формировании циклов элементов, её влияние на уровень солнечной радиации, достигающей земной поверхности, на климат и окислительную ёмкость атмосферы.
  • Проблемы глобальных и региональных изменений, происходящих в результате антропогенного нарушения естественных химических равновесий, в том числе «кислотных дождей», смог, химия тропосферного и стратосферного озона, аэрозольная составляющая атмосферы,
  • Особо опасные загрязняющие компоненты — соединения тяжёлых металлов, радионуклиды, органические экотоксиканты, стойкие органические загрязнители (СОЗдиоксины, хлорированные дибензофураны и др.).

Литература[править | править код]

  • Корте Ф. Экологическая химия, М., Мир, 396 с, 1997, ISBN 5-03-003081-6
  • Исидоров В. А. Экологическая химия (Уч. для ВУЗ), Химиздат, 304 с, 2001, ISBN 5-7245-1068-5
  • Копылова Л. И. Малый практикум по эколого-химическому анализу почв. Учебное пособие, Иркутск, ИГПУ, 2002.
  • Копылова Л. И. Введение в экологическую химию. Учебное пособие.- Иркутск: ИГПУ, 2000.- 242 с.
  • Фелленберг Г. Загрязнение природной среды. Введение в экологическую химию. 1997,
  • Астафьева Л. С. Экологическая химия, 2006
  • Медведев Практикум по экологической химии, 1999
  • Скурлатов Ю. И.,Дука Г. Г.,Мизити А. Введение в экологическую химию, М.,Высшая школа,399 с,1994
  • Duca Gh., Scurlatov Iu. Ecological chemistry. — Chişinău: CEUSM, 2002. — 289 p.;

Журналы[править | править код]

  • «Экологическая химия» — выпускается с 1994 г. ежеквартально на русском и частично английском языках (оригинальные статьи и обзоры по химическим проблемам экологии, данные наблюдений и моделирования пространственно-временного распределения загрязнителей; различных объектов окружающей среды; результаты изучения источников загрязнителей окружающей среды и процессов их удаления; химические процессы в окружающей среде и антропогенно-обусловленные изменения этих процессов; пути восстановления качества окружающей среды; достижения в области экологической аналитической химии; проблемы экологического образования при подготовке химиков в высших учебных заведениях).
  • Chemistry Journal of Moldova (general. industrial and ecological chemistry) ISSN 1857-1727, учредитель: Институт химии Академии Наук Молдовы.

См. также[править | править код]

Примечания[править | править код]

Иконка портала Химический портал — мир химии, веществ и превращений на страницах Википедии.