География и геология/6. Природопользование и экологический мониторинг

К.т.н. Полевич О.В., Нечепоренко А.Б., Шперер А.В., Султанбеева Т.Б.

Харьковский национальный университет имени В.Н. Каразина, Украина

Метод рентгеновского флуоресцентного анализа как инструмент экологического мониторинга.

Одной из важнейших задач контроля состояния окружающей природной среды является обеспечение аналитического элементного мониторинга функционирования ландшафтов для основных природно-хозяйственных зон Украины. Систематический гео- и гидрохимический мониторинг, санитарно-гигиенический и химико-токсикологический контроль, техногенная ситуация в отдельных регионах обусловливают необходимость жесткого контроля состава и качества природных объектов.

Создание эффективной системы аналитического контроля состояния компонентов экологических систем невозможно без применения автоматизированных высокопроизводительных инструментальных и комбинированных методов и средств анализа элементного состава образцов природных объектов, обеспечивающих высокую дисперсность, надежность и чувствительность анализов.

По своей сути и направленности экологический мониторинг основан на принципах установления качественных и количественных характеристик реакции организма, популяции и биоценоза в рамках биосферы на вариации параметров окружающей среды, например, под воздействием антропогенного фактора. Сложность проблемы создания мониторинга состоит в том, что далеко не всегда ясно, что принять за «норму» и «патологию» состояния организма или биоценоза.

Основываясь на информационном принципе выбора аналитических средств для создания экологического мониторинга, принимая во внимание, что наиболее токсичными загрязнителями природной среды являются тяжелые металлы, используя при этом модель элементарной экологической ниши, мы рассмотрели метод рентгенофлуоресцентного анализа (РФА) и возможности включения его в техническое обеспечение экологического мониторинга.

Метод РФА, основанный на регистрации характеристического рентгеновского излучения, является высокочувствительным экспрессным методом количественного анализа элементного состава вещества, позволяющий проводить одновременный анализ на большую группу элементов (от натрия до урана). Многоэлементность метода позволяет использовать различные экспрессные способы учета или компенсации влияния материала матрицы и взаимного влияния исследуемых элементов на аналитический сигнал за счет дополнительных информативных сигналов – рассеянного рентгеновского излучения характеристических линий анода рентгеновской трубки и характеристического излучения материала подложки.

В пределах чувствительности метода РФА диапазон измеряемых концентраций металлов в исследуемых образцах определяется диапазоном соответствующих калибровочных содержаний в стандартных аттестованных образцах.

Этим методом в лабораторных условиях изучена аккумуляция тяжелых металлов (меди, железа, хрома, свинца, никеля, цинка и марганца) пресноводными организмами-фильтраторами (беззубки и перловицы) в острых и хронических экспериментах в различные сезоны года. Организмы адаптировались к лабораторным условиям, которые были близки к естественным.

Концентрация тяжелых металлов в исследуемых объектах (мягкие ткани моллюсков) определялась методом внешнего стандарта. Способ изготовления излучателей обусловливается особенностями исследуемого вещества и требованиями к экспрессности и качеству анализа. В описываемом случае излучатель изготавливался из ткани моллюска высушиванием, истиранием и прессованием на подложку либо измельчением в сыром виде и использованием специальной герметичной кюветы для жидких образцов. Рентгеновский излучатель, изготовленный по первой технологии, имеет гладкую чистую рабочую поверхность, прочное покрытие и толщину анализируемого слоя не менее 3 мм, что позволяет рассматривать его как «толстый» образец, что обеспечивает высокую воспроизводимость анализа (не более 3% отн.). Второй способ упрощает и ускоряет процесс пробоподготовки и поэтому предпочтителен при необходимости проведения экспрессных измерений.

Проведенные исследования позволили принципиально сформулировать рентгенофлуоресцентную методику оценки интенсивности аккумуляции гидробионтами тяжелых металлов для экологического мониторинга, включающего:

· отбор тест-организма – доминанта из группы фильтрующих в контролируемом районе водного объекта;

· препарирование организма и подготовка материала к анализу;

· измерение концентраций тяжелых металлов в тканях гидробионтов;

· сравнение результатов с эталонным (фоновым) образцом;

· накопление информации за длительный период времени;

· корректировка результатов с учетом сезонных гидрохимических и гидрофизических факторов;

· ввод уточненных результатов в массив данных экологического мониторинга.

Проведенные исследования на различных участках Краснооскольского и Печенежского водохранилищ Харьковской области показали, что даже при невысокой интенсивности поступления тяжелых металлов в водоемы их содержание в тест-организмах существенно превышает геохимический фон.