Методы определения в объектах окружающей среды соединений меди (Cu)

Содержание

Введение

1. Источники поступления……………………………………………………….4
1. Источники поступления меди в почву
2. Поступление меди в растения
2. Миграция в объектах окружающей среды…………………………………...7
3. Гигиенические нормативы……………………………………………………8
4. Химические методы определения меди в объектах окружающей среды…10

4.1 Химические  методы определения меди в  воде

   5.  Физико-химические методы………………………………………………….11

   6. Физические методы…………………………………………………………….12

   Заключение

   Список  использованной литературы 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

Введение

   Медь  является необходимым элементом для всех высших растений и животных. В токе крови медь переносится главным образом белком 

церулоплазмином. После усваивания меди кишечником она транспортируется к печени с помощью альбумина. Медь встречается в большом количестве 

ферментов, например, в цитохром-с-оксидазе, в содержащем медь и цинк 

ферменте супероксид дисмутазе, и в переносящем кислород белке гемоцианине.

   В крови большинства моллюсков и членистоногих медь используется вместо железа для транспорта кислорода. Предполагается, что медь и цинк конкурируют друг с другом в процессе усваивания в пищеварительном тракте, поэтому избыток одного из этих элементов в пище может вызвать недостаток другого элемента. Здоровому взрослому человеку необходимо поступление меди в количестве 0,9 мг в день.

   При недостатке меди в хондро- и остеобластах снижается активность ферментных систем и замедляется белковый обмен, в результате замедляется и нарушается рост костных тканей.

   Некоторые соединения меди могут быть токсичны при превышении ПДК в пище и  воде. Содержание меди в питьевой воде не должно превышать 2 мг/л (средняя  величина за период из 14 суток), однако недостаток меди в питьевой воде также  нежелателен. Всемирная Организация  Здравоохранения (ВОЗ) сформулировала в 1998 году это правило так: «Риски для здоровья человека от недостатка меди в организме многократно  выше, чем риски от её избытка».

    В 2003 году в результате интенсивных исследований ВОЗ пересмотрела прежние оценки токсичности меди. Было признано, что медь не является причиной расстройств пищеварительного тракта.

       Существовали опасения, что Гепатоцеребральная дистрофия (болезнь Вильсона — Коновалова) сопровождается накоплением меди в организме, так как она не выделяется печенью в желчь. Эта болезнь вызывает повреждение мозга и печени. Однако причинно-следственная связь между возникновением заболевания и приёмом меди внутрь подтверждения не нашла. Установлена лишь повышенная чувствительность лиц, в отношении которых диагностировано это заболевание к повышенному содержанию меди в пище и воде.

1.Источники  поступления

1.1 Источники поступления  меди в почву

    Поступление тяжелых металлов, в частности  меди, в почву вследствие техногенного рассеяния осуществляется разнообразными путями. По данным Д.С. Орлова, Л.К. Садовниковой важнейшим из них является выброс при высокотемпературных процессах: черной и цветной металлургии, обжиге цементного сырья, сжигании минерального топлива. Воздушными потоками выбросы переносятся на большие расстояния (до 10 км), причем большая их часть выпадает на расстоянии 1-3 км от эпицентра. Ежегодно выбросы специфических загрязняющих веществ составляют 750-800 т, из них меди - 95т. Надо сказать, что техногенная доля меди в окружающей среде составляет примерно 75%.

    Кроме того, источником загрязнения почвы  медью может служить орошение ее водами с повышенным содержанием  этого металла. Согласно публикации комплексного доклада Челябинского областного центра по гидрологии и  мониторингу окружающей среды река Миасс - одна из крупнейших водных артерий Челябинской области. Ниже города Миасса под влиянием промышленных и хозяйственно-бытовых сточных вод качество воды р. Миасс существенно ухудшается. Содержание в ней меди составляет от 2,5 до 3,0 ПДК.

    Загрязнение земель медью происходит не только за счет выбросов предприятий промышленности, но и за счет веществ, потребляемых самим сельским хозяйством, например, пестицидов. Такое загрязнение называется агрогенным. Пестицидами называются химические вещества, которые защищают растения от сорняков и вредителей, стимулируют их рост, защищают от болезней. Являясь важнейшим средством сохранения и приумножения урожаев, они в то же время представляют значительную угрозу для окружающей природы. Их остатки загрязняют почву, снижают биологическую активность, накапливаются в листьях и стеблях растений, вызывая их повреждение.

    Согласно  публикациям А.Д. Бандман, Г.А. Гудзовского, Л.С. Дубейковской и др. многие соединения мадии применяются в качестве пестицидов в чистом виде, как оксид меди (I) и сульфат меди (II), или в составе сложных препаратов. Гидроксидхлорид меди (II) применяется с добавкой сульфитно-спиртовой барды и декстрина. Фунгицидный препарат купрозан содержит 37,5% этого соединения, а купронил - 35% гидрокарбоната меди (II).

    По  мнению А.И. Левит опасное загрязнение земель происходит и в тех случаях, когда нарушаются нормы хранения или запасы ядохимикатов, содержащих в своем составе медь, выбрасываются, складируются в неположенных местах - близ дорог, водоемов.

    Мощным  источником загрязнения почв медью  также могут являться и агротехнические  мероприятия, направленные на повышение  урожайности сельскохозяйственных культур. Например, необходимость применения минеральных удобрений одновременно с повышением урожайности может  вызвать загрязнение почв тяжелыми металлами, в частности медью, вследствие аккумуляции избыточного количества удобрений в почвенном профиле  при передозировке или неравномерном  внесении. Подобный эффект может наблюдаться  при бесконтрольном использовании  в качестве минеральных удобрений  отходов различных отраслей промышленности.

    По  данным В.И. Артамонова избыточное внесение экскрементов животных в почву ведет к увеличению содержания в ней подвижной меди.

1.2 Поступление меди в растения 

    Медь  относится к числу микроэлементов, необходимых для жизнедеятельности  растений. Она играет значительную роль в фотосинтезе, дыхании, перераспределении  углеводов, восстановлении и фиксации азота, метаболизации протеинов. Отмечается большое влияние меди на проницаемость для воды сосудов ксилемы, а следовательно, и баланс влаги. Кроме того, этот элемент контролирует образование ДНК и РНК, его дефицит заметно тормозит репродуцирование растений.

    По  данным Н.А. Черных и др. содержание меди в растениях незагрязненных областей колеблется от 1 до n10 мг/кг сухой массы. При этом диапазон концентраций данного элемента в зерне злаковых составляет 1,3-10,3 мг/кг. Более высокие концентрации меди в органогенном горизонте отрицательно сказываются на росте и развитии сельскохозяйственных культур.

    Одной из причин токсичности этого металла  является то, что медь относится  к числу элементов, интенсивно накапливающихся  в растениях. В результате этого  у растений возникают симптомы отравления: хлороз листьев, слабое развитие корневой системы, происходит повреждение тканей, изменение проницаемости клеточных  мембран и ингибирование процессов  фотосинтеза, замедляется прорастание семян.

    Тяжелые металлы поступают в почву  в форме различных соединений (карбонатов, оксидов) с ограниченной растворимостью. Поэтому только часть  из них может быть усвоена растениями. Для растений представляет опасность так называемая доступная форма элемента, которая может быть усвоена непосредственно через корневую систему. Доступными считаются те соединения, которые переходят в вытяжку 2М азотной кислоты или 1Н раствор соляной кислоты. Именно эти формы ТМ поступают из почвы в растения и оказывают токсическое действие.

    Итак, исходя из публикаций О.А. Соколова главный путь поступления ТМ, в частности меди, в растения - это адсорбция корнями. Поглощение этих химических элементов корнями растений включает следующие этапы: преодоление пектоцеллюлозной мембраны клеточной оболочки, затем прохождение через плазмалемму, цитоплазму и тонопласт (вакуолярная мембрана). Этот путь связан с прохождением ионов ТМ через поры мембраны по градиенту концентрации, прохождением через поры мембраны с потоком растворителя, липоидной диффузией, поступлением с участием переносчиков, обменной диффузией, активным метаболическим переносом ТМ и никоцитозом. Мембраны, обладая биокаталитической активностью, осуществляют перенос ТМ. Пассивная диффузия составляет только 2-3% от всего количества усвоенных элементов.

    Основные  пути поступления ТМ в растения - апоплазматический и симплазматический. Апоплазматический путь осуществляется по свободному пространству клеточных оболочек и межклетников по принципу диффузии и потока воды с растворенными в ней ТМ. Поступление химических элементов в растения по этому пути возрастает с повышением их содержания в почвенном растворе.

    Апоплазматическим путем ионы металлов поступают преимущественно в вегетативные части растений. Симплазматический путь поступления ТМ между клетками по плазмодесмам носит избирательный характер и способствует поступлению ионов металлов в репродуктивные органы растений.

    Поступление ТМ в растительные организмы происходит не только через корни. Существует еще  один путь - поглощение металлов через  листовую поверхность. При этом растворенная пыль, содержащаяся в атмосфере вследствие интенсивного развития промышленности и автотранспорта, способна проникать  как прямо в устьица, так и  диффундировать через покровные  ткани листовой пластинки. При этом скорость проникновения элементов  в организм зависит от толщины  кутикулы.

    Поступление ТМ в растения обусловлено влиянием множества факторов, важнейшими из которых являются: свойства почв и  динамика почвенных процессов, химические свойства металлов, состояние и трансформация  их соединений, физиологические особенности растений.

2. Миграция в объектах окружающей среды

    Общии тип миграции меди: слабая миграция ионов w=1 и очень сильная - ионов w=2 с рядом до- вольно легко растворимых солей галоидов и аниона(So 44 0); равным образом осаждаемость благодаря активной поляризации ионами: (Co 43 0),(SiO 44 0),(PO 44 0), (AsO 44 0). Типы распределения и концентрации меди весьма многочисленны и разнообразны. Мы можем выделить шесть главных типов, причем в основе будут лежать следующие гохимические положения: 1) легкое отщепление меди из магм с переходом в пневматолиты еще при дифференцации основных пород и даже может быть при ликвации ультраосновных; 2) при гидротермальном процессе главное осаждение меди в геофазы прцессов G-H, т.е. около 400-300 50 0; 3) в гипергенной обстановке фиксация меди преимущественно анионами (So 43 0),(SiO 43 0) при общей большой миграционной способности меди (особенно в виде легкорастворимого сульфата). С.С. Смирнов характеризует миграцию так: "миграция меди тем более облегчается, чем выше в рудах отношение серы к меди, чем менее активна обстановка, чем менее влажен климат и чем более проницаема рудная масса". Рассмотрим более подробно геохимическую миграцию элемента. В гидротермах Cu мигрирует в форме различных комплексов Cu 5  0и Cu 52 и концентрируется на геохимических барьерах в виде халькопирита и других сульфидов (меднопорфировые,медноколчеданные и др. месторождения). В поверхностных водах обычно содержится 10 5-6  0г/л Cu, что соответствует коэффиценту водной миграции 0, . Большая часть Cu мигрирует с глинистыми частицами, которые энергично ее адсорбируют. Наиболее энергично мигрирует в сернокислых водах зоны окисления сульфидных руд, где образуется легко растворимый CuSO 44 0. Содержание Cu в таких водах достигает г/л, на участках месторождений возникают купоросные ручьи и озера. Однако такая миграция непродолжительна: при нейтрализации кислых вод на барьере Д1 осождаются вторичные минералы Cu, она адсорбируется глинами, гидроксидами марганца, гумусом, кремнеземом. Так образуется повышенное содержание меди в почвах и континентальных отложениях ландшафтов на участках месторождений. Медь здесь активно вовлекается в биологический круговорот, появляются растения, обогощенные медью, круп- ные размеры приобретают моллюски и другие животные с голубой кровью. Многие растения и животные плохо переносят высокие концентрации меди и болеют. Значительно слабее миграция Cu в ландшафтах влажного климата со слабокислыми водами. Медь здесь частично выщелачивется из почв. Из- вестны болезни животных а растений, вызванные недостатком меди. Особенно бедны Cu пески и торфяники, где эффективны медные удобрения и подкормка животных. Медь энергично мигрирует и в пластовых водах, откуда она осаждается на восстановительном сероводородном барьере.