Введение
Химия окружающей среды – это научное изучение химических и биохимических явлений, происходящих в природных условиях. Её не следует путать с «зелёной» химией, которая направлена на снижение потенциального загрязнения в источнике. Химию окружающей среды можно определить как изучение источников, реакций, переноса, воздействия и путей трансформации химических соединений в воздушной, почвенной и водной средах, а также влияния на них деятельности человека и биологических процессов. Химия окружающей среды – это междисциплинарная наука, включающая химию атмосферы, водных объектов и почвы, и в значительной степени опирающаяся на аналитическую химию, а также связанная с экологией и другими областями науки. Изучение химии окружающей среды начинается с понимания функционирования незагрязнённой среды, определения естественного содержания и концентраций химических веществ, а также их воздействия. Без этого невозможно точно оценить влияние человека на окружающую среду посредством выбросов химических веществ. Специалисты в области химии окружающей среды используют широкий спектр концепций из химии и различных наук об окружающей среде для изучения поведения химических соединений в окружающей среде. Важнейшие базовые понятия химии включают понимание химических реакций и уравнений, растворов, единиц измерения, методов отбора проб и аналитических техник.
Environmental chemistry is the scientific study of the chemical and biochemical phenomena that occur in natural places. It should not be confused with green chemistry, which seeks to reduce potential pollution at its source. It can be defined as the study of the sources, reactions, transport, effects, and fates of chemical species in the air, soil, and water environments; and the effect of human activity and biological activity on these. Environmental chemistry is an interdisciplinary science that includes atmospheric, aquatic and soil chemistry, as well as heavily relying on analytical chemistry and being related to environmental and other areas of science. Environmental chemistry involves first understanding how the uncontaminated environment works, which chemicals in what concentrations are present naturally, and with what effects. Without this it would be impossible to accurately study the effects humans have on the environment through the release of chemicals. Environmental chemists draw on a range of concepts from chemistry and various environmental sciences to assist in their study of what is happening to a chemical species in the environment. Important general concepts from chemistry include understanding chemical reactions and equations, solutions, units, sampling, and analytical techniques.
Загрязнитель
Загрязняющее вещество – это вещество, присутствующее в природе в концентрации, превышающей установленные нормы, или которое не присутствовало бы в ней естественным образом. Это может быть вызвано деятельностью человека и биологической активностью. Термин "загрязняющее вещество" часто используется как синоним "загрязнителя", обозначающего вещество, оказывающее негативное воздействие на окружающую среду. Хотя загрязняющее вещество иногда определяется как вещество, присутствующее в окружающей среде в результате деятельности человека, но без видимого вреда, токсические или вредные последствия загрязнения могут проявиться лишь со временем. "Среда", такая как почва, или организм, такой как рыба, подвергшиеся воздействию загрязнителя, называются рецептором, а "аккумулятор" – это химическая среда или вид, который накапливает и взаимодействует с загрязняющим веществом, например, поглотитель углерода и его влияние на микроорганизмы.
Экологические показатели
Химические показатели качества воды включают растворенный кислород (DO), химическое потребление кислорода (COD), биохимическое потребление кислорода (BOD), общее количество растворенных твердых веществ (TDS), pH, питательные вещества (нитраты и фосфор), тяжелые металлы, химические вещества из почвы (включая медь, цинк, кадмий, свинец и ртуть) и пестициды.
Приложения
Химия окружающей среды используется Агентством по охране окружающей среды в Англии, Агентством по охране природных ресурсов Уэльса, Агентством по охране окружающей среды США, Ассоциацией общественных аналитиков и другими природоохранными ведомствами и исследовательскими организациями по всему миру для обнаружения и идентификации природы и источника загрязняющих веществ. К ним могут относиться:
Загрязнение почвы тяжелыми металлами в результате промышленной деятельности. Эти вещества затем могут переноситься в водоемы и поглощаться живыми организмами. Полициклические ароматические углеводороды (ПАУ) в крупных водоемах, загрязненных разливами или утечками нефти. Многие ПАУ являются канцерогенами и обладают высокой токсичностью. Их содержание регулируется (в частях на миллиард – ppb) с помощью анализов в области химии окружающей среды и лабораторных хроматографических исследований. Питательные вещества, вымываемые из сельскохозяйственных угодий в водотоки, что может приводить к цветению водорослей и эвтрофикации. Городской сток загрязняющих веществ с непроницаемых поверхностей (дорог, парковок и крыш) во время дождей. Типичные загрязнители включают бензин, моторное масло и другие углеводородные соединения, металлы, питательные вещества и осадочные породы (почву). Органометаллические соединения.
Heavy metal contamination of land by industry. These can then be transported into water bodies and be taken up by living organisms. PAHs (Polycyclic Aromatic Hydrocarbon) in large bodies of water contaminated by oil spills or leaks. Many of the PAHs are carcinogens and are extremely toxic. They are regulated by concentration (ppb) using environmental chemistry and chromatography laboratory testing. Nutrients leaching from agricultural land into water courses, which can lead to algal blooms and eutrophication. Urban runoff of pollutants washing off impervious surfaces (roads, parking lots, and rooftops) during rain storms. Typical pollutants include gasoline, motor oil and other hydrocarbon compounds, metals, nutrients and sediment (soil). Organometallic compounds.
Методы
Количественный химический анализ является ключевой частью экологической химии, поскольку он предоставляет данные, на основе которых проводятся большинство экологических исследований. Распространенные аналитические методы, используемые для количественного определения в экологической химии, включают классические методы влажной химии, такие как гравиметрические, титриметрические и электрохимические методы. Для определения микроэлементов и органических соединений используются более сложные подходы. Металлы обычно измеряются методами атомной спектроскопии и масс-спектрометрии: атомно-абсорбционной спектрофотометрии (AAS) и индуктивно связанной плазменной атомно-эмиссионной спектрометрии (ICP AES) или индуктивно связанной плазменной масс-спектрометрии (ICP MS). Органические соединения, включая полициклические ароматические углеводороды (ПАУ), обычно также измеряются с использованием масс-спектрометрических методов, таких как газовая хроматография-масс-спектрометрия (GC/MS) и жидкостная хроматография-масс-спектрометрия (LC/MS). Тандемная масс-спектрометрия (MS/MS) и высокоразрешающая/высокоточная масс-спектрометрия (HR/AM) обеспечивают обнаружение в диапазоне менее одной части на триллион. Методы, не основанные на масс-спектрометрии, использующие газовые и жидкостные хроматографы с универсальными или специфическими детекторами, по-прежнему остаются основными в арсенале доступных аналитических инструментов. Другие параметры, часто измеряемые в экологической химии, – это радиохимические вещества. Это загрязнители, излучающие радиоактивные материалы, такие как альфа- и бета-частицы, представляющие опасность для здоровья человека и окружающей среды. Счетчики частиц и сцинтилляционные счетчики наиболее часто используются для этих измерений. Биоанализы и иммуноанализы используются для оценки токсичности химических воздействий на различные организмы. Полимеразная цепная реакция (ПЦР) позволяет идентифицировать виды бактерий и других организмов путем выделения и амплификации специфических генов ДНК и РНК и является перспективным методом для выявления микробиологического загрязнения окружающей среды.
Опубликованные аналитические методы
Государственные органы и частные исследовательские организации опубликовали прошедшие экспертную оценку методы испытаний. Для демонстрации соответствия нормативным требованиям при испытаниях необходимо использовать утвержденные опубликованные методы.