Охрана природы и рациональное использование ее ресурсов — важнейшие задачи человечества. Современные масштабы воздействия человека и его хозяйственной деятельности на природную среду, их соизмеримость с потенциальной способностью естественных ландшафтов ассимилировать ее неблагоприятные последствия и лежит в основе изучения окружающей среды, что позволит студентам углубить свои знания о природной среде, ее значении как источника материальных и духовных ценностей общества, будет способствовать формированию у них геоэкологического мышления, воспитанию бережного отношения к природе.
Природные ресурсы являются источником сырья и жизнеобеспечения человека, основой промышленного и сельскохозяйственного производства необходимого для удовлетворения материальных и культурных потребностей людей. Развитие технического прогресса, увеличение численности населения и нерациональное использование природных ресурсов земли, привело к появлению геоэкологической проблемы.
Нарушение природного равновесия проявляется на локальном и глобальном уровне в виде ухудшения экологической обстановки, климатических и иных изменений на планете. С точки зрения естественных наук, любое вещество теоретически может быть использовано тем или иным образом.
В 1998 году П. Т. Анастас и Дж. С. Уорнер в своей книге «Зеленая химия: теория и практика» сформулировали двенадцать принципов «Зеленой химии», которыми следует руководствоваться исследователям, работающим в данной области:
1. Лучше предотвратить потери, чем перерабатывать и чистить остатки.
2. Методы синтеза надо выбирать таким образом, чтобы все материалы, использованные в процессе, были максимально переведены в конечный продукт.
3. Методы синтеза по возможности следует выбирать так, чтобы используемые и синтезируемые вещества были как можно менее вредными для человека и окружающей среды.
4. Создавая новые химические продукты, надо стараться сохранить эффективность работы, достигнутую ранее, при этом токсичность должна уменьшаться.
5. Вспомогательные вещества при производстве, такие, как растворители или разделяющие агенты, лучше не использовать совсем, а если это невозможно, их использование должно быть безвредным.
6. Обязательно следует учитывать энергетические затраты и их влияние на окружающую среду и стоимость продукта. Синтез по возможности надо проводить при температуре, близкой к температуре окружающей среды, и при атмосферном давлении.
7. Исходные и расходуемые материалы должны быть возобновляемыми во всех случаях, когда это технически и экономически выгодно.
8. Где возможно, надо избегать получения промежуточных продуктов (блокирующих групп, присоединение и снятие защиты и т. д.).
9. Всегда следует отдавать предпочтение каталитическим процессам (по возможности наиболее селективным).
10. Химический продукт должен быть таким, чтобы после его использования он не оставался в окружающей среде, а разлагался на безопасные продукты.
11. Нужно развивать аналитические методики, чтобы можно было следить в реальном времени за образованием опасных продуктов.
12. Вещества и формы веществ, используемые в химических процессах, нужно выбирать таким образом, чтобы риск химической опасности, включая утечки, взрыв и пожар, были минимальными.
Специалисты всего мира ищут пути выхода из этой критической ситуации. Экологи яростно выступают в поддержку полной ликвидации всех АЭС и запрещения использования энергии атома, медики с тревогой отмечают растущее число заболеваний и генетических изменений в человеческом организме вследствие возрастающего воздействия радиации. И всех их можно понять, ведь от того, насколько ответственно и серьезно нынешние жители Земли отнесутся к проблеме защиты нашей планеты от возможных аварий, утечек, разгерметизации захораниваемых ядерных отходов, зависит не только наша жизнь и жизнь наши детей, но и всех тех, кто станет нашими далекими потомками.
В последние годы, в век научно–технического прогресса одной из важнейших проблем, стоящих перед человечеством, стала охрана окружающей среды, в особенности флоры и фауны. В этом плане немаловажна роль естественных наук, в особенности химии и экологии, поскольку им также принадлежит охрана объектов окружающей среды. Поэтому актуально и необходимо совершенствование существующих и разработка новых аналитических методов и подходов, обеспечивающих контроль и последующее количественное определение токсичных и экологически вредных компонентов (примесей) с более высокой точностью, селективностью и экспрессностью, в широких интервалах их концентраций.
Повышенный интерес к проблеме определения тяжелых токсичных металлов в объектах окружающей среды вызван значительной распространенностью их в природе, сравнительно большой токсичностью, способностью к миграции и биоконцентрированию. Основная часть тяжелых токсичных металлов, поступающая в окружающую нас среду, имеет техногенный характер антропогенного происхождения и связана с их использованием в сельском хозяйстве, органическом синтезе, радиоэлектронике и других областях науки, техники и промышленности.
Проблемы глобального мониторинга объектов окружающей среды предусматривают наблюдения за уровнями загрязнения не только в промышленных, но и относительно экологически чистых районах для выявления естественного фона.
В то же время известно, что растениям необходим весь комплекс элементов питания, включающий как макроэлементы (азот, фосфор, калий, кальций, магний, сера, железо, марганец и др.), так и микроэлементы (медь, цинк, кобальт, молибден, свинец, никель, кадмий и др.). Последние входят в состав большого числа ферментов, ускоряющих биохимические реакции в растениях. В последнее время расширилась область применения минеральных удобрений, в том числе и микроудобрений. Некоторые из них, особенно в форме растворимых солей, выпускаются промышленностью в недостаточных количествах, поэтому в ряде случаев перспективно использовать отходы, содержащие микроэлементы в качестве микроудобрений.
Осадки городских сточных вод, содержащие (мг/кг) 52–1170 меди и 10–5300 никеля могут быть использованы в качестве органоминеральных удобрений, однако при их длительном применении существует опасность избыточного накопления тяжелых токсичных металлов в почве, что в конечном счете может привести к ухудшению качества сельскохозяйственной продукции.
Известно, что благодаря буферным свойствам почвы часть внесенных соединений тяжелых токсичных металлов может трансформироваться в недоступные для растений формы и, наоборот ранее недоступные соединения могут переходить в подвижное состояние. В связи с этим важное значение имеет контроль за содержанием их подвижных форм тяжелых токсичных металлов, в основном формирующих поток ионов в растение.
Для оценки уровня концентраций подвижных форм тяжелых токсичных металлов амперометрические методы занимают одно из первых и приоритетных мест, которые в отличие от других методов обеспечивают одновременное селективное определение нескольких элементов в различных вытяжках без предварительного разделения и концентрирования. Как правило, концентрация этих металлов в атмосфере колеблется от 0,005 до 500 нг/м³, в водах от 2 нг до 50 мкг/л. В незагрязненных породах, песке и почве содержание тяжелых токсичных металлов в среднем составляет 0,1–0,2 мг/кг. Столь низкие уровни содержания металлов требуют применения исключительно чувствительных методов аналитического контроля, по всем этим важным и необходимым критериям отвечают амперометрические методы анализа и исследований.
Сложности и особенности анализа вод, связанные с природой анализируемого объекта, а также с существующей системой нормирования, требует разработки специального пути и подхода к решению этой проблемы и установлению жестких требований к используемым методикам. При определения тяжелых токсичных металлов (как и других элементов) в водах должны быть решены следующие задачи:
- оценка пригодности разработанного метода (методики) для соответствующих способов определения и правильности полученных результатов;
- установление состояния тяжелых токсичных металлов в воде и определение их содержания в ней в тех формах, в которых они содержатся в водах, хотя бы в момент отбора проб;
- изучение миграции и трансформации состояния тяжелых токсичных металлов при содержаниях на уровне предела допустимых концентраций (ПДК), а также оценка обобщенных показателей качества контролируемых вод по этим металлам;
- установление комплексообразующей способности анализируемых вод, с учетом возможного взаимного влияния определяемых металлов.
Известно, что минимальные количества тяжелых токсичных металлов попадают в организм человека и животных разными путями: с пищей, питьевой водой, воздухом и т. д. В настоящее время известна степень токсического воздействия различных металлов на все живое, и, в особенности, на организм человека и животных.
При анализе (мониторинге) природных объектов, вод, пищевых продуктов и промышленных стоков амперометрия, благодаря высокой чувствительности точности, сравнительной дешевизне оборудования и удобству с точки зрения автоматизации и компьютеризации, завоевала большую популярность и нашла широкое внедрение в производстве.
Литература:
1. Мартин Р. Некоторые вопросы токсичности ионов металлов./ М.; Мир. 1993. С. 25–43.
2. Левия А. П., Терехин А. Т. Метод расчета экологически допустимых уровней воздействия на пресноводные экосистемы //Вод. Ресурсы. 1997. Т. 24, № 3. С. 328–335.
3. Моисеенко Т. И. Антропогенная изменчивость пресноводных экосистем и критерии оценки качества вод.// Проблемы экологического мониторинга и моделирования экосистем. СПб.:Гидромет, 2003. Т. 19. С. 72–94.
