Диссертация (1150360), страница 4
Текст из файла (страница 4)
Они поступают вводоемы при использовании синтетических моющих средств в быту, спромышленными (текстильная, нефтяная химическая промышленность) стоками,со стоком с сельскохозяйственных территорий, так как поверхностно-активныевещества часто входят в состав гербицидов, инсектицидов, где играют рольэмульгаторов [32]. Токсичность ПАВ, как и ранее описанных токсикантов,объясняется тем фактом, что эти вещества практически не разлагаются и имеют20свойство накапливаться в живых организмах, тем самым нанося большой вред.Кроме того, в присутствии поверхностно-активных веществ может усиливатьсявоздействие других загрязняющих веществ и их опасность.В этой работе два поверхностно-активных вещества использовались какиндивидуальные токсиканты, ниже представлены некоторые свойства этихсоединений.Додецилсульфат натрия (рисунок 2):Рисунок 2.
Структурная формула додецилсульфата натрия (ДСН).Амфолитноевещество,применяютвпромышленностивкачествечистящего средства при производстве косметических и моющих средств, так какдодецилсульфат натрия обеспечивает эффективное пенообразование. Хорошорастворяется в воде (200000 мг/л), метаноле и хлороформе.Додецилсульфат натрия является токсичным для водных организмовсоединением, однако, для животных и человека, вещество умеренно токсично,ЛД50 острая оральная для крыс составляет около 1288 мг/кг.ПДК в водоёмах составляет 0,5 мг/л.Цетилтриметиламмоний бромида (рисунок 3):Рисунок 3.
Структурная формула цетилтриметиламмоний бромида (ЦТАБ).Обладает хорошими антисептическими свойствами, применяется в качествебиоцида, т.е. вещества необходимого для борьбы с бактериями, частоиспользуется при изготовлении различных бытовых продуктов, таких как21шампуни и косметика. Хорошо растворяется в воде (100000 мг/л), в спиртах,таких как этанол и метанол, однако практически нерастворим в эфирах и бензоле.Цетилтриметиламмонийбромидвысокотоксичендлярыбибеспозвоночных, однако, ЛД50 острая оральная для крыс составляет 410 мг/кг,такимобразом,веществоможносчитатьумереннотоксичнымдлямлекопитающих.ПДК в водоёмах составляет 0,5 мг/л.1.2.5.Тяжелые металлыВ группу тяжелых металлов обычно выделяют металлы, плотность которыхсвыше 5 мг/см3, такие как свинец, ртуть, кадмий, медь, никель, хром, цинк и т.д.[33, 34] Обычно соединения этих металлов являются продуктами выхлоповтранспортныхсредств,металлообрабатывающихрезультатамииработыметаллургическихмашиностроительных,предприятий.Снижениеконцентрации этих элементов в два раза, а значит, и уменьшение их опасностипроисходит для некоторых элементов за десятки лет, например, для Zn; а длядругих – сотни и даже тысячи лет, например, Cu и Pb.Почти во всех химических формах токсичны 12 из всех тяжелых металлов –это Be, Cr, As, Se, Ag, Cd, Sn, Sb, Ba, Hg, Те, Pb, даже самые низкие концентрациисодержания этих элементов проявляют сильные токсические свойства.
Этосвязано с высокой способностью тяжелых металлов к биологической кумуляции.К наиболее опасным и токсичным веществам обычно относят соединения ртути,кадмия и свинца (таблица 1).Таблица 1. Самые опасные тяжелые металлыЭлементРтуть (Hg)Источники загрязненияПроизводствоэлектродов,электрическогокрасок,ртутныхоборудования,приборов,ПДК в воде5*10-5 мг/л22ЭлементИсточники загрязненияагрохимикатов.ПолучениеПДК в водедетонаторов, катализаторов.Выбросыпредприятий,использующих кадмий, производствоКадмий (Cd)пластмасс,0,001 мг/лкрасителей,растворителей, удобрения.Выплавка свинца, добыча свинца наСвинец (Pd)рудниках, использование удобрений,0,03 мг/лпестицидов, свинцовых труб.1.2.6. ФенолыБольшое количество органических соединений, многие из которыхобладают токсическими свойствами, содержат в своем составе кислород.
В общемслучае кислородосодержащие органические соединение можно классифицироватьв зависимости от степени их насыщения кислородом, расположения кислорода,наличия ненасыщенных связей в структуре углеводородов, а также наличия илиотсутствия ароматических колец [35].Фенолы представляют собой органические соединения ароматическогоряда, в которых гидроксильные группы OH- связаны с ароматическойуглеводородной частью молекулы.Практически все вещества, относящиеся к классу фенолов, обладаютсхожимитоксикологическимиэффектами.Фенолыотносяткпротоплазматическим ядам, т.е. соединениям, повреждающим все виды клеток.Одноатомные фенолы в основном являются сильными нейротоксинами, крометого, поражают печень и почки.
Многоатомные фенолы при длительномвоздействии на организм нарушают ферментативные процессы.23В этой работе вещества, относящиеся к классам фенолов, использовалиськак индивидуальные токсиканты, ниже представлены некоторые свойства этихсоединений.Фенол.Простейший представитель класса фенолов. Используется при производствеэпоксидных и фенолформальдегидных смол, поверхностно-активных веществ,лекарственных препаратов и пестицидов. Кроме того, находит применение внефтепереработке, например, на этапе очистки масел от смолистых веществ.Фенол растворим в воде (60000 мг/л), в спиртах, бензоле и ацетоне.Вещество высокотоксично для беспозвоночных и рыб; умеренно токсичнодля млекопитающих и человека. ЛД50 острая оральная для крыс составляет 512мг/кг.ПДК в водоёмах составляет 0,001 мг/л.о-нитрофенол.Вещество применяют в промышленности в синтезе красителей, а такжекислотно-основных индикаторов, при создании пластмасс и производствепестицидов.
о-Нитрофенол умеренно растворяется в воде (2100 мг/л), кроме того,хорошо растворяется в спиртах, например, этаноле.Вещество токсично для водных организмов; однако, для млекопитающих ичеловека соединение можно отнести к умеренно токсичным, ЛД50 острая оральнаядля крыс составляет 2080 мг/кг.ПДК в водоёмах составляет 1 мг/л.п-крезол.Соединение используется в химической промышленности, в том числе и вкачестве растворителя при органическом синтезе. Кроме того, применяется припроизводстве различных типов пестицидов, медицинских препаратов.
4-24Метилфенол хорошо растворим в воде (19000 мг/л), в этаноле, бензоле,хлороформе и т.д.Соединение токсично для гидробионтов и рыб; для млекопитающих ичеловека токсичность п-крезола определяется как умеренная, ЛД50 остраяоральная для крыс составляет около 440 мг/кг.ПДК в водоёмах составляет 0,004 мг/л.Непрерывный рост количества потенциальных загрязнителей водных сред исоединений, представляющих опасность для всех живых организмов, приводит кнеобходимости постоянного контроля качества гидросферы. К сожалению, ряднедостатков современных методов биотестирования, таких как трудоёмкостьподдержания живых тест-объектов в рабочем состоянии, продолжительностьанализа, не позволяют использовать методы на основе реакций живых организмоввкачествеуниверсальныхметодовинтегральнойоценкитоксичности,характеризующихся надёжностью и широким диапазоном применимости.Инструментальный метод интегральной оценки качества воды, лишенныйперечисленных недостатков, был бы крайне востребован в сфере экологическогомониторинга.
В качестве платформы для создания такого метода могут бытьрассмотрены различные химические сенсоры и мультисенсорные системы.1.3. Общие сведения о химических сенсорахОбычно к химическим сенсорам относят устройство, избирательнореагирующее на изменения свойств окружающей их внешней среды ипереводящее этот отклик в электрический или оптический сигнал.Любой химический сенсор состоит из двух основных частей: во-первых,чувствительный слой, реагирующий на выбранное свойство окружающейсреды; во-вторых, физический преобразователь -трансдьюсер, который,собственно, и преобразует энергию в электрический или световой сигнал.Полученныйсигналвпоследствиирегистрируетсяспомощью25светочувствительного или электронного устройства и называется аналитическим,так как даёт прямую информацию о составе среды.По типу преобразователя все химические сенсоры можно разделить наследующие группы.1.
Электрохимические. Это могут быть как потенциометрические(ионоселективные электроды (ИСЭ), ионоселективные полевые транзисторы(ИСПТ)), так и вольт-, амперометрические, кулонометрические сенсоры, включаятвёрдые электролитические газовые сенсоры. Полупроводниковые газовыесенсоры также могут быть включены в эту категорию, хотя механизм их действияне включает химическую реакцию.2. Оптические. В таких сенсорах может изучаться поглощение света,отражение или люминесценция, зависящие от проходящей химической реакции.3.
Масс-чувствительные. Этот тип сенсоров основан на использованиипьезоэлектрического эффекта, т.е. возникновении поляризации диэлектрика поддействием давления. К этой группе можно отнести, например, акустоволновыеповерхностные сенсоры (ПАВ-сенсоры), особенно полезные в качестве газовыхсенсоров.4. Теплочувствительные или калориметрические. В данном случае спомощью преобразователя (это может быть трансмистор или платиновыйтермометр) регистрируется тепловой эффект реакции, в которой принимаетучастие определяемый аналит.Из этого ряда выделяют, обычно, биосенсоры, хотя многие из них имеютмеханизмотклика,идентичныйилиблизкийкхимическимсенсорам.Чувствительный слой такого сенсора основан на различных биологическихматериалах, таких как ферменты, белки, бактерии и т.п.Многие химические сенсоры, особенно в последние годы, получают илимодернизируют на основе микроэлектронной технологии [36-38].В настоящее время во многих работах, посвященных исследованиямприменимостииспользуютсямультисенсорныхмассивы,системсостоящиеизвразличныхобластяхпотенциометрическиххимии,химических26сенсоров, что объясняется сравнительно несложным проведением анализа ивозможностью осуществления измерений в реальном времени.
Важнейшимпараметром потенциометрических сенсоров является изменение потенциала,образующегося на границе раствора и селективного слоя (рисунок 4).Рисунок 4. Схема потенциометрических сенсоров с жидким (слева) итвердым (справа) контактом [39].Чувствительныйполупроницаемуюслой,мембрану,вт.е.данноммембрануслучае,представляетпроницаемуюнедлясобойвсехприсутствующих в растворе ионов. Проницаемость мембраны для ионов связана сналичием в них ионогенных групп – функциональных групп, способствующихионному обмену в растворах электролитов.Каждыйпотенциометрическийхимическийсенсоробладаетрядомважнейших характеристик:электродная функция, характеризуемая протяжённостью линейногоучастка зависимости EM от ai с наклоном RT zi F .EM - мембранный потенциал; zi - заряд потенциалопределяющего иона; a i- активность потенциалопределяющего иона; R - универсальная газоваяпостоянная; F – постоянная Фарадея; T – абсолютная температура.27Величина наклона функции для одновалентного катиона будет равна +59,1мВ/дек, для двухвалентного катиона +29,6 мВ/дек; соответственно, -59,1 мВ/декдля одновалентного аниона и -29,6 мВ/дек для двухвалентного аниона.
Этоозначает,чтоионоселективныеэлектродынаиболеечувствительныпоотношению к одновалентным ионам. Они не очень чувствительны по отношениюк трёхвалентным ионам, поскольку наклон в этом случае составляет всего лишь+19,7 или 19,7 мВ/дек на порядок величины активности в зависимости от того,является ли ион катионом или анионом. Линейный участок зависимости илинернстовская область обычно наблюдается в интервале активностей между 10-5 и10-1 М. Значение активности, при котором линейная зависимость перестаетсоблюдаться, называют пределом обнаружения, установить его возможноэкстраполировав два прямолинейных участка зависимости Е - ln ai .
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
