Спосіб визначення інтегрального показника забруднення води важкими металами

Спосіб визначення інтегрального показника забруднення води важкими металами шляхом визначення суми концентрацій домішок у воді, який відрізняється тим, що вимірюють концентрацію кожного важкого металу атомно-абсорбційним методом і визначають інтегральний показник забруднення води важкими металами (Zc) за формулою: Запропонована корисна модель відноситься до способів дослідження чи аналізу матеріалів, а саме, до способів визначення домішок важких металів у воді і може бути використана для визначення якості води, а також в харчовій промисловості, біології та медицині. Відомий спосіб вимірювання параметрів рідких розчинів [пат. України 23579 А, кл. G01N 29/00, 1997] шляхом збудження у досліджуваному середовищі акустичних хвиль і перетворення акустичних хвиль після проходження середовища в електричний сигнал, що містить інформацію про параметри середовища. Цей сигнал аналізують комп'ютером, який за допомогою попередньо занесених в нього характеристик визначає величину вимірюваного параметра. Як і в запропонованій корисній моделі, у відомому способі визначають інтегральне забруднення шляхом порівняння з попередньо визначеними характеристиками. Причиною, що перешкоджає отриманню технічного результату, є неможливість визначення за допомогою відомого способу концентрації суми важких металів, що являють собою загрозу для здоров'я людей. Відомий рентгенофлуоресцентний спосіб визначення мікроелементного складу питної води [С.М. Гальченко, П.А. Коротков, Є.К. Кириленко Нові технології, № 1 (23), березень 2009. с. 214221] шляхом вимірювання характерного спектра льних ліній атомів хімічного елемента при збудженні первинним рентгенівським випромінюванням. Одержаний спектр випромінювання складається з ряду аналітичних ліній, кожній з яких відповідає енергія випромінювання конкретного елемента. У результуючому спектрі присутні лінії всіх елементів, що заходяться у зразку. Діапазон спектральних ліній складає 1-40 нм, що відповідає діапазонам елементів Na-U. При цьому інтенсивність випромінювання залежить від концентрації елемента. Спосіб дає можливість визначати мікроелементний склад води на рівні ГДК (гранично допустимі концентрації) та нижче і використовується переважно для визначення мікроелементного складу питної мінеральної води. Як і в запропонованій корисній моделі, відомий спосіб дає можливість визначати інтегральний показник забруднення води шляхом визначення вмісту окремих елементів. Причиною, що перешкоджає отриманню технічного результату, є вузький діапазон вимірюваних концентрацій, що обмежує рівень забруднення ГДК. Одним з основних методів визначення мікрокількостей металів в харчових продуктах, ґрунтових та питних водах, що входить в міжнародні та державні стандарти України, є атомно-абсорбційний метод, наприклад з атомізацією в полум'ї. [Вопросы химии и химической технологии. 2002, № 2, с. 7-13]. В процесі аналізу продуктів концентрацію n Zc   K c  n  1 , 1 (19) UA (11) 57619 (13) U де Kc=Ki/ГДК, Kc - коефіцієнт концентрації важкого металу, Ki - фактичний його вміст у воді, n - число сумарних елементів, вміст яких у воді перевищує ГДК. 3 окремих елементів визначають за допомогою спектрофотометра. Як і в запропонованій корисній моделі, у відомому способі визначають концентрацію окремих елементів, після чого підраховують їх сумарну кількість. Причиною, що перешкоджає отриманню технічного результату, є те, що спосіб є проборуйнуючим, крім того йому притаманна складність пробопідготовки, зумовлена можливістю визначення концентрації тільки одного елемента. Для визначення концентрації всіх елементів необхідно послідовно вимірювати концентрацію кожного елемента і провадити додаткові довготривалі обчислення, що значно ускладнює виконання аналізу визначення інтегрального показника забруднення води. Прототипом вибрано спосіб визначення суми важких металів у воді [А.Т. Пилипенко, М.Ф. Тулюпа, Т.А. Сухан. Химия и технология воды, Т. 12, № 2, 1990, с. 136-137]. Даний спосіб може бути використаний для визначення параметрів як ґрунтових, так і питних вод. Відоме технічне рішення являє собою екстракційно-фотометричний спосіб з використанням дитизону, шляхом визначення дитизонатів металів, що утворюються при рН 8,0-8,5 в середовищі чотирьох хлористого вуглецю. Досліджуваний розчин обробляють розчином аміаку для виділення надлишку дитизона і переводять дитизонати металів в більш міцний дитизонат ртуті. Далі вимірюють оптичну щільність розчину при довжині хвилі 490 нм і за допомогою попередньо зроблених градуювальних графіків визначають інтегральний показник концентрацій важких металів. Межа концентрацій, що може бути визначена відомим способом становить 1-20 н-екв/мл. Як і в запропонованій корисній моделі, інтегральну забрудненість (концентрацію) домішок важких металів у воді визначають шляхом вимірювання суми концентрацій домішок і порівняння одержаних результатів з попередньо зробленими графіками. Причиною, що перешкоджає отриманню технічного результату, є неможливість визначення вмісту окремих важких металів чи окремих груп особливо небезпечних в конкретних умовах чи для конкретного регіону. Крім того, спосіб токсичний, оскільки пов'язаний з використанням сполук ртуті, довготривалий і трудомісткий. Для проведення аналізів необхідне ретельне попереднє очищення всіх реактивів, в тому числі дитизона, чотирьох хлористого вуглецю і дистильованої води. Задачею, на вирішення якої спрямована запропонована корисна модель, є створення способу визначення інтегрального показника забруднення води важкими металами. Технічний результат, який може бути одержаний при використанні запропонованого способу, полягає в розширенні функціональних можливостей способу, відсутності використання високотоксичних реактивів (сполук ртуті) і скороченні часу проведення досліджень. Суть корисної моделі полягає в тому, що в способі визначення інтегрального показника забруднення води важкими металами шляхом ви 57619 4 значення суми концентрацій домішок в воді, вимірюють концентрацію кожного важкого металу атомно-абсорбційним методом і визначають інтегральний показник забруднення води важкими металами (Zc) за формулою: n Zc   K c  n  1 , 1 Де Кс =Кі/ГДК Кс - коефіцієнт концентрації важкого металу Кі - фактичний його вміст у воді n - число сумарних елементів, вміст яких у воді перевищує ГДК. Запропонована корисна модель відрізняється від прототипу тим, що визначають концентрацію кожного важкого металу атомно-абсорбційним методом і визначають інтегральний показник забруднення води важкими металами (Zc) за формулою: n Zc  K c  n  1 , Де Кс=Кі/ГДК Кс - коефіцієнт концентрації важкого металу Кі - фактичний його вміст у воді n - число сумарних елементів, вміст яких у воді перевищує ГДК Між суттєвими ознаками запропонованої корисної моделі і технічним результатом, який може бути одержаний при її використанні, існує такий причинно-наслідковий зв'язок. В запропонованій корисній моделі оцінка інтегрального показника забруднення води важкими металами провадиться за сумарним показником забруднення. Для його обчислення використовують коефіцієнт концентрації хімічної речовини, який може бути універсальним, оскільки при його обчислення використовується співвідношення фактичної концентрації досліджуваного елементу та показник ГДК цього елементу у досліджуваній речовині. Тому запропонований спосіб може бути використаний не тільки для води, але й для інших речовин, які мають установлені нормативні показники ГДК, тобто запропонований спосіб дає можливість розширити функціональні можливості способу-прототипу і скоротити час встановлення забруднення води важкими металами, без використання високотоксичних речовин. Запропонований спосіб здійснюється таким чином. Відібраний зразок води обробляють методом випарювання з додаванням азотної кислоти. Вміст кожного метала визначають атомноабсорбційним методом за допомогою спектрометра, наприклад С-115М з використанням ламп типу ЛПК. Концентрацію кожного елемента визначають за допомогою градуювального графіка, або комп'ютерного забезпечення. Визначення інтегрального показника забруднення води важкими металами взятого зразку провадять шляхом порівняння отриманих фактичних концентрацій важких металів з їх ГДК. Одержані дані вносять в формулу для підрахунку інтегрального показника забруднення води. В валеологічній лабораторії Харківського державного університету ім. В.Н. Каразіна були вико1 5 57619 нані дослідження питної води. Дослідженнями було виявлено наявність в цих продуктах підвищеної концентрації (порівняно з ГДК) важких металів, в тому числі і токсичних (Таблиці 1, 2). В Таблиці 1 наведено дані інтегральної оцінки забруднення питної води міст України. В процесі дослідження питної води з населених пунктів Харківського регіону (Таблиця 2) було виявлено, що найбільш значна частка у складі забруднювачів води припадає на свинець (Рb). Природним шляхом надходження свинцю у поверхневі води є процеси розчинення ендогенних (галеніт) екзогенних (церусит та ін.) мінералів. Відомо також, що значне підвищення вмісту свинцю в навколишньому середовищі (в тому числі в поверхневих та ґрунтових 6 водах) пов'язано із спаленням вугілля, застосуванням тетраетилсвинцю в паливі для двигунів водяного транспорту, поверхневим стоком із міських територій чи забрудненням басейнів річок, які використовуються для водозабору. Вміст решти токсичних металів магнію, цинку, кадмію (Mn, Zn, Cd) в більшості досліджених зразків вносить незначний внесок в інтегральний показник забруднення (Таблиця 2). Тому при аналізі інтегрального показника забруднення води в Харківській області в першу чергу необхідно визначити інтегральний показник забруднення води свинцем. Якщо він високий, можна провадити оцінку якості води тільки за свинцем. Таблиця 1 Інтегральна оцінка екологічного забруднення питної води міст України № п/п 1 2 3 4 5 Місто Запоріжжя Севастополь Київ Красноград Харків Інтегральний показник забруднення, ум. одиниці 78,2 72,8 38 55,4 127,5 Kc, Fe Кс. Аl Кс. Мn 5,9 1,8 1,9 2,45 1,6 37 25,8 35,6 27,8 Кс. Рb Kc. Ni Кс. Co 1,3 1,1 7,2 71,7 25,7 15 88,3 1,2 1,3 8,6 11,4 2,5 Таблиця 2 Вміст важких металів у воді населених пунктів Харківського регіону № 1 2 3 4 5 6 7 8 9 Назва Зачепилівка Березівка Мерефа Кегичівка Люботин (р-н Любовка) Первомайськ Кочеток Н. Водолага Антоновка Норма (ГОСТ 2874-82) Комп’ютерна верстка Г. Паяльніков Pb, мг/л Не знайдено 0,45 Не знайдено 0,12 0,05 0,37 0,34 0,39 0,35 ≤0,03 Zn, мг/л 1,19 0,47 0,25 1,02 0,78 0,14 0,06 1,66 3,44 ≤5,0 Підписне Сu, мг/л Не знайдено Не знайдено Не знайдено Не знайдено 0,013 0,010 Не знайдено Не знайдено 0,013 ≤1,0 Мn, мг/л 0,02 0,23 0,05 0,23 0,028 0,085 Не визначали Не визначали Не визначали ≤0,1 Тираж 23 прим. Міністерство освіти і науки України Державний департамент інтелектуальної власності, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601