Проблема физико-химических методов анализа водной среды плавательных бассейнов
ART 53648
Авторы:
О.
Р. Каратаев, Э.
В. Тимеркаева
О.
Р. Каратаев, Э.
В. Тимеркаева Библиографическое описание статьи для цитирования:
Каратаев
О.
Р.,
Тимеркаева
Э.
В. Проблема физико-химических методов анализа водной среды плавательных бассейнов // Научно-методический электронный журнал «Концепт». –
2013. – Т. 3. – С.
3211–3215. – URL:
http://e-koncept.ru/2013/53648.htm.
Аннотация. В данной статье рассматривается проблема загрязнения водной среды плавательных бассейнов сложными хлорорганическими соединениями, проблема актуальна тем, что молекулы хлора на столько малы, что они не адсорбируются на поверхности анализируемого вещества, что приводит к аналитической ошибке
Ключевые слова:
водоподготовка, аналитический контроль, хлорорганические соединения, плавательный бассейн, инструментальные методы анализа, трансформация
Текст статьи
05 –Технические наукиТимеркаева Эльвира Василовна.Студентка 2 курса института полимеров,Казанского Национального Исследовательского Технологического Университета, г. Казань.TimE.V1@mail.ru.КаратаевОскар Робиндарович.Доцент кафедры машиноведения, Казанского Национального Исследовательского Технологического Университета, г. Казань.oskar_karataev@mail.ru
ПРОБЛЕМА ФИЗИКОХИМИЧЕСКИХ МЕТОДОВ АНАЛИЗА ВОДНОЙ СРЕДЫПЛАВАТЕЛЬНЫХ БАССЕЙНОВ
Ключевые слова: водоподготовка,аналитический контроль, хлорорганические соединения, плавательный бассейн, инструментальные методыанализа, трансформация.
В данной статье рассматривается проблема загрязнения водной среды плавательных бассейнов сложными хлорорганическими соединениями, проблема актуальна тем, что молекулы хлорана столькомалы, что они не адсорбируются на поверхности анализируемого вещества, что приводит к аналитической ошибке.
Аналитический контроль объектов окружающей среды занимает основное место в санитарнохимических исследованиях обусловлено антропогенными источниками загрязнения. Положительные моменты экологических исследований связаны с различными факторами, к числу которых относится корректность постановленных задач, наличие необходимого аналитического оборудования, выбора оптимальной методики анализа приоритетных загрязнителей окружающей среды, квалификация обслуживающего персонала и др,к одним из относительно экологически опасных объектов культурнобытового назначения относятся плавательные бассейны, помещениях которых наблюдается повышенная влажность и в воздушнойсреденаблюдаются загрязняющиевещества,в основномхлорорганические соединения[12].Для определения индивидуальных компонентов водной среды используют различные физикохимические методы анализа, с помощью которых осуществляют вирусологический, паразитологический, токсикологический и радиационный контроль. Определяют концентрациюалюминия, мышьяка, свинца, железа, меди, марганца, цинка, нитратов, нитритов, полисахарида, полифосфатов, сульфатов, хлоридов. По нормативным документам необходимо так же определять содержание веществ, обладающих канцерогенным и мутационным действием при весьма низких концентрациях [34].При этом с одним из наиболее опасныхканцерогенных веществ относятся диоксины. Это большая группа высокотоксичных веществ полихлорированных дибензодиоксинов (а) и дибензофуранов (б) структурныеформулы:
Диоксиновые и фурановые соединения могут иметь в своем составе четное или нечетное число атомов хлора в бензольных кольцах. Например 2,3,7,8 тетрахлордибензодиоксилимеет следующую структурную формулу.
Эти диоксины попадая в организм человека с продуктами питания и питьевой водой приводят к генетическим изменениям, что обуславливает раковые заболевания. Так, например, 150 миллионов жителей Российских городов и сел поражены диоксинами и фуранами более 100 миллионов человек из них подвержены заражению в опасной степени, что приводит к тому, что смертность населения России от раковых заболеваний составляет около 5000 человек в год [5].Диоксины возникают во всех процессах, в которых галогены взаимодействуют с углеродом. Химически диоксины очень инертны, не разрушаются кислотами, щелочами, окислителями, имеют высокую адгезионную способность, обладают высокой токсичностью и способностью к биоакумуляции. Смертельная доза диоксина измеряются в микрограммах на килограммживого веса. Диоксин в воде плавательного бассейна легко образуется на стадии хлорирования в результате взаимодействия молекулярного хлора с растворенными в природной воде гумусовыми веществами.Диоксиныи близкие им по структуре хлороорганичекие соединения обладают спектром биологического действия на организм человека. В малых дозах они вызывают мутагенный эффект, обладают кумулятивной способностью ингибирующим и инициирующим действием, подавляют иммунитет, поражают внутренние органы и приводят к истощению организма. Диоксины обладают высокой липоримостью, т. е. они способны растворятся в некоторых органических растворителях и удерживаться в жироподобных матрицах, обладают высокой адгезией к частицам почвы, золы, донным отложениям, что способствует их накоплению в поверхностных водах [69]Кроме диоксинов и фуранов в воде выявлено более 13 тысяч потенциальнотоксичных веществ и каждый год к ним добавляют от 500 до 1000 новых химических соединений. В то же время выявлено и нормировано только около тысячи взятых веществ для водных объектов хозяйственноботового и культурнобытового использования и около 700 веществ для рыбнохозяйственных водоемов. При этом существующие физикохимические методы анализа могут определятьтолько около10%отобщего количества нормированных веществ. Для выявления всех физикохимических показателей водной среды необходимо иметь: соответствующеелабораторное оборудование, научный и техническийпотенциал, а так же высококвалифицированного обслуживающего персонала.Стоимость анализа на определенных высокотехнических соединений с низкими значениями ПДК может стоитьсотни и тысячи долларов [1011]Поэтому анализ воды наиболее часто проводят на основе обобщенных показателей, например, таких как биохимическое или химическое потребление кислорода, содержание общего или растворимого органического углерода,а так же адсорбируемые или экстрагируемые галогенорганические соединения, измерение уровня pH, мутности, цвет воды, органических показателей и другие. Определение обобщенных показателей качества вода снижает число определяемых физикохимическими методами анализа структурных компонентов. Это позволяет в некоторых случаях применять лишь ограниченное количество физикохимических методов анализа, например, определение в воде следов тяжелых металлов методом атомноадсорбционной или атомноэмиссионной спектроскопией, или спектрофотометрическом определении нитратионов.Как правило,нитратионы попадают в воду с азотными удобрениями и в избыточныхколичествах создают потенциальную опасность для здоровья человека [11]. Для определения микроконцентраций нитратионов применяют сорбционные методы концентрирования с использованием полимерных сорбентов, содержащихв качестве функциональных заместителей аминогруппы [1214]При анализе достаточно полного перечня загрязняющих веществ в водной среде все же трудно гарантировать качество воды, так как загрязненные вещества могут оказывать на организм человека групповое, сочетательное воздействие. Кроме того загрязняющие вещества могут непосредственно трансформироваться в чаше бассейна в более токсичные соединения. При этом,в случае одинаковых условий взаимодействия физикохимических факторов в окружающей среде все вещества в соответствии с их принадлежностью к группам летучих органических соединений располагаются в порядке возрастания степени трансформированияследующим образом [15]: насыщенные галогенпроизводные углеводороды:
непредельные соединения< терпены< сернистые соединения< фенолы < нафталины индианы < альдегиды< спирты < эфиры< фурановые соединения < предельные углеводороды< ароматические кетоны <нитрилы < кетоны.Таким образом,свойства химических веществ к трансформации определяется их реактивной способностью, которую с позиции химической кинетики можно охарактеризовать константой скорости реакции. При этом все летучие органические соединения по способности к трансформации можно разделить на четыре группы: 1. Легкотрансформируемые с диапазоном констант скоростей реакций л/ (моль*с)> ଶ.2.Среднетрансформируемые 5* ଷ ଶ.3. Труднотрансформируемые 5* ସ ଷ.4. Нетрансвормируемые < ସ. л/(моль*с).Таким образом, определение всех химических загрязнений воды плавательных бассейнов представляет определенные затруднения. Это можетпривести к тому, что неучтенные химические вещества, которые содержатся в водной среде,могут представлять серьезную опасность для здоровья человека, так как анализ состояния окружающей среды основан на учете ограниченного набора контролируемых показателей. К тому же не учитывается процессы трансформации загрязняющих веществ, приводящие к образованию более токсичных и опасных соединений, чем исходные. Проблема анализа этих токсинов осложняется тем, что в основе большинства официальных методик контроля экологического состояния окружающей среды, лежит принцип определения целевых компонентов, которые ориентированы на анализ конкретных веществ или групп соединений, в то время как водная среда представляет собой объект практически неизвестного состава [16].Таким образом, решение многих экологических проблем, связанных с загрязнением водной среды плавательных бассейнов можно решить только на основе результатов аналитических исследований, основанных на идентификации максимально полного перечня приоритетных загрязнений окружающих сред, что возможно только с использованием современных физикохимических методов анализа.Предварительный анализ экологического состояния водной среды плавательных бассейнов можно проводить с использованием сенсоров, которые можно установить непосредственно в чаше плавательных бассейнов, а показатели считываются в автоматическом режиме дистанционно. С этой целью достаточно широко используют электромеханические преобразователи, к которым относятся суперселективные, амперометрическиеипотенциометрические датчики, а также изготовленные на основе полевых транзисторов. Используются также лазерные системы проведения микробиологических исследований.Достаточно надежные биологические сенсоры, которые простые в использовании, доступны и обладаютхорошими возможностями распознавания индивидуальных компонентов. Реакция биохимической природы по своей скорости на несколько порядков превосходит аналогичные химические реакции, а их проведение не требует специальныхусловий. Фермент в ходе реакции не расходуется и может быть исследован многократно. Ферментные сенсоры обладают высокой селективностью при определении отдельных органических веществ, а на их основе могут быть созданы многокомпонентные анализаторы, способные одновременно распознавать сразу несколько биологических компонентов. В качестве чувствительных элементов таких сенсоров часто используют цельные клетки микроорганизмов, например синезеленые водоросли [17].С созданием многокомпонентных датчиков появилась возможность построенияна их основе автоматизированныхинформационноизмерительных систем. Эти датчики можно использовать также в экспрессных тестсистемах, механизм действия которых заключается во введении исследуемой пробы воды в систему, которая содержит выявленные ферменты и его субпродукт. Затем регистрируют изменения оптических свойств тестсистемы. В настоящее время существуют следующие физикохимические методы анализа примесей в водной среде: титрометрия, потенциометрия, спекртофотометрия, турбидиметрия,нефелометрия, кондуктометрия, атомноадсорбционная спектрофотометрия, фотометрия, флюрометрия, капиллярный электрофорез,газовая хроматография, высокоэффективная жидкостьжидкость хроматография, планарная хромотография, хроматомассспектрометрия. При этом в обязательном порядке измеряются физические характеристики водной среды, значений pH, жесткость, химическое содержание железа, хлора, нитратов, фосфатов, тяжелых металлов, перманганантная окисляемость, а так же токсикологические свойства водной среды, к которым относятся предельнодопустимые концентрации[18].В последнее время на основе датчиков начали формулировать сверхпортативные миктроаналитические устройства, в которых в одном блоке совмещается минитуюризация, интеграция и автоматизация приборов.В этом случае в устройствеобъединяются несколько стадий химического анализа, а последнеевыполняетсяв виде тонких пластин из различныхматериалов, имеющих размер, близкий к электронным микросхемам, т.е. микрочипам. Основными направлениями использования микрофлюидных оптических систем являются иммуноферментные методы анализа, капиллярный электрофорез, проточноинжекционный анализ, проточная экстракция, ферментативнокаталитические методы анализа и биохимические исследования [1920].Использование таких микрофлюидных аналитических систем позволяет добиться следующих результатов [2122]:1.Возможность определения очень малых количеств анализируемых веществ вплоть до единичных молекул.2.Существенно снижается расход реагентов, растворителей и отходов, что удовлетворяет процесс анализа.3.Сокращается время анализа по сравнению с традиционными приборами за счет ускорения процессов диффузии, смешения, миграции, нагрева и др.4.Вследствиепротекания ламинарных потоков в микрофлюидных системах не происходитразмывание зон анализируемых веществ при их хроматографическом разделении, возрастает воспроизводимость измерений.5.В результате малых размеров блоков микрофлюидных систем представляется возможным использование нескольких детекторов,что позволяет получить больший объем информации.Микрофлюидная система объединяет все основные аналитические стадии, также как пробоподготовка, разделение детектированных анализируемых компонентов и включает в себя следующие системы [2324]:1.Микрочип с системой микроканалов различной геометрии.2.Блок созданияпотокажидкостии управление этими потоками.3.Блок детектирования.4.Сопряжение свнешниммиром.5.Систему приема и обработки информации, которое включает в себя программное обеспечение, установленное на персональном компьютере.В качестве детектирующего устройства в микрофлюидныхчипах применяют методы лазерноиндуцируемой флуоресценции, хемилюминисценцию, колориметрическую микроскопию, амперометрия, кондуктометрия, потенциометрия и массспектрометрия.
Литература
1.Каратаев О.Р., Новиков В.. Летучие галогенорганические загрязненияводы спортивнооздоровительных плавательных бассейнов. Вестник казанского технологического университета, 2012, г. 15, № 19, с.1131152.Новиков В., Каратаев О.Р., Каратаева Е.С., Таниева А.В., Экологическая безопасность спортивнооздоровительных комплексов.В соб. Докл. Междунакодн. Спорт. Форума. Россияспортивная держава. М.: Спорт академии рекламы, Саранск, 2011, с. 316318.3.Забелина О.Н., Кириченко В.Е., Петрова М.Г., Ятлук Ю.Г., Салоутин В.И. Изучение гидролиза полихлорированных бифенилов методами газовой хромотографии и массспектрометрии. Аналитика и контроль, 2006, т.10,№1, с. 3238.4.Петросян В.С., Диоксины: в окружающей среде. Экология и промышленность России, 1999, с. 33385.Юфит С.С. Диоксины: основные понятия и проблемы., М.: Два мира, 19966.Будников Г.К., Диоксины и родственные соединения как экотоксиканты. Соросовский образовательный журнал, 1997, №8, с. 3844.7.Федоров Л.А., Диоксины как экологическая опасность: Ретроспективы и перспективы. М: Наука, 1993, 266 с.8.Макстренко В.Н., Халитов Р., Будников Г.К., Экологоаналитический мониторинг суперэкотоксикантов., М.: Химия, 1996, 320 с.9.Коломнец А.Ф., Полихлорполициклические ксенобиотики. Успехи химии, 1991,№3, с. 536544.10.Люрье Ю.Ю., Аналитическая химия промышленных и сточных вод, М.: Химия, 1984, 410 с.11.Новикова Ю.В., Ласточкина К.О., Болдина З.Н., методы исследования качества воды водоемов., М.: Медицина, 1990, 409 с.12.Басаргин Н.Н., Оскотская Э.Р., Юлеков, Э.В., Розовский Ю.Г., Индивидуальное концентрирование и спектрофотометрическое определение нитратионов при анализе природных и сточных вод.13.Волкова Н.В., В кН.: Гигиенические значения нитратов и нитритов в плане отдаленных последствий их действия на организм. М.: Наука, 1980, с. 59.14.Басиргин Н.Н., Розовский Ю.Г., Волченкова В.А., в кн.:Органические реагенты и хелатные сорбенты в анализе минеральных объектов., М: Наука, 1962, 400 с.15.Малышева А.Г., Закономерности трансформации органических соединений в окружающей среде. Гигиена и санитария, 1997, №3, с. 510.16.Малышева А.Г., Неучтенная опасность воздействия химических веществ на здоровье человека. Гигиена и санитария., 2003, №6, 3436.17.Отто М. Современные методы аналитической химии (в 2х томах). Т.II. М.:Техносфера, 2004, 288 с.18.Другов Ю.С., Родин А.А., пробоподготовкав экологическом анализе. Практическое руководство СанктПетербург, «Анатолия», 2002, 755 с.19.Алов Н.В., Василенко И.А., Гольдштрах М.А., Грибов Л.А. и др., Аналитическая химия и физикохимическиеметоды анализа. Под ред. А.А. Ищенко. М.: Издательский центр «Академия», 2010, 416с.20.Bruin Y. M. Recent developments in electro kinetically driven analysis on microfricated devices. Electrophoresis, 2000v.21, №18, p. 39313951.21.Vilkner T., Ianasek D., Manz A., Micro Total Analysis Systems. Recent Developments. Anal. Cham.,2004, v. 76, №12, p. 3373338622.Kutter I.P., Current developments in electrophoresisand chromatographicseparation methods on micro fabricated devices. Trend Anal. Chem.,2000, v.19, №6, p.352363.23.Chakrabarty K. Digital Microfluidic Biochips: Synthesis, Testing and Reconfiguration Techniques. F. Su.London: CRC, 2006/24.Tokeshi M., chemical processing on microchips for analysis, synthesis and bioassay. Electrophoresis, 2003, v.24, №21, p.35833594.
1)Timerkaeva Elvira Vasilovna.2nd year student of the Institute of polymers, Kazan National Research Technological University, Kazan.TimE.V1@mail.ru.Karataev Oscar Robindarovich.Associate Professor, Department of Mechanical Engineering, Kazan National Research Technological University, Kazan.oskar_karataev@mail.ru
Problems of physicschemical analysis methods AQUATICswimming pool.
Keywords: water treatment, process monitoring, organochlorines, a swimming pool, instrumental methods of analysis, transformation.
This article deals with the problem of water pollution swimming pool complex organochlorines, the issue is relevant because chlorine molecules into as many small that theyare not adsorbed on the surface of the test material, which leads to analytical error.
ПРОБЛЕМА ФИЗИКОХИМИЧЕСКИХ МЕТОДОВ АНАЛИЗА ВОДНОЙ СРЕДЫПЛАВАТЕЛЬНЫХ БАССЕЙНОВ
Ключевые слова: водоподготовка,аналитический контроль, хлорорганические соединения, плавательный бассейн, инструментальные методыанализа, трансформация.
В данной статье рассматривается проблема загрязнения водной среды плавательных бассейнов сложными хлорорганическими соединениями, проблема актуальна тем, что молекулы хлорана столькомалы, что они не адсорбируются на поверхности анализируемого вещества, что приводит к аналитической ошибке.
Аналитический контроль объектов окружающей среды занимает основное место в санитарнохимических исследованиях обусловлено антропогенными источниками загрязнения. Положительные моменты экологических исследований связаны с различными факторами, к числу которых относится корректность постановленных задач, наличие необходимого аналитического оборудования, выбора оптимальной методики анализа приоритетных загрязнителей окружающей среды, квалификация обслуживающего персонала и др,к одним из относительно экологически опасных объектов культурнобытового назначения относятся плавательные бассейны, помещениях которых наблюдается повышенная влажность и в воздушнойсреденаблюдаются загрязняющиевещества,в основномхлорорганические соединения[12].Для определения индивидуальных компонентов водной среды используют различные физикохимические методы анализа, с помощью которых осуществляют вирусологический, паразитологический, токсикологический и радиационный контроль. Определяют концентрациюалюминия, мышьяка, свинца, железа, меди, марганца, цинка, нитратов, нитритов, полисахарида, полифосфатов, сульфатов, хлоридов. По нормативным документам необходимо так же определять содержание веществ, обладающих канцерогенным и мутационным действием при весьма низких концентрациях [34].При этом с одним из наиболее опасныхканцерогенных веществ относятся диоксины. Это большая группа высокотоксичных веществ полихлорированных дибензодиоксинов (а) и дибензофуранов (б) структурныеформулы:
Диоксиновые и фурановые соединения могут иметь в своем составе четное или нечетное число атомов хлора в бензольных кольцах. Например 2,3,7,8 тетрахлордибензодиоксилимеет следующую структурную формулу.
Эти диоксины попадая в организм человека с продуктами питания и питьевой водой приводят к генетическим изменениям, что обуславливает раковые заболевания. Так, например, 150 миллионов жителей Российских городов и сел поражены диоксинами и фуранами более 100 миллионов человек из них подвержены заражению в опасной степени, что приводит к тому, что смертность населения России от раковых заболеваний составляет около 5000 человек в год [5].Диоксины возникают во всех процессах, в которых галогены взаимодействуют с углеродом. Химически диоксины очень инертны, не разрушаются кислотами, щелочами, окислителями, имеют высокую адгезионную способность, обладают высокой токсичностью и способностью к биоакумуляции. Смертельная доза диоксина измеряются в микрограммах на килограммживого веса. Диоксин в воде плавательного бассейна легко образуется на стадии хлорирования в результате взаимодействия молекулярного хлора с растворенными в природной воде гумусовыми веществами.Диоксиныи близкие им по структуре хлороорганичекие соединения обладают спектром биологического действия на организм человека. В малых дозах они вызывают мутагенный эффект, обладают кумулятивной способностью ингибирующим и инициирующим действием, подавляют иммунитет, поражают внутренние органы и приводят к истощению организма. Диоксины обладают высокой липоримостью, т. е. они способны растворятся в некоторых органических растворителях и удерживаться в жироподобных матрицах, обладают высокой адгезией к частицам почвы, золы, донным отложениям, что способствует их накоплению в поверхностных водах [69]Кроме диоксинов и фуранов в воде выявлено более 13 тысяч потенциальнотоксичных веществ и каждый год к ним добавляют от 500 до 1000 новых химических соединений. В то же время выявлено и нормировано только около тысячи взятых веществ для водных объектов хозяйственноботового и культурнобытового использования и около 700 веществ для рыбнохозяйственных водоемов. При этом существующие физикохимические методы анализа могут определятьтолько около10%отобщего количества нормированных веществ. Для выявления всех физикохимических показателей водной среды необходимо иметь: соответствующеелабораторное оборудование, научный и техническийпотенциал, а так же высококвалифицированного обслуживающего персонала.Стоимость анализа на определенных высокотехнических соединений с низкими значениями ПДК может стоитьсотни и тысячи долларов [1011]Поэтому анализ воды наиболее часто проводят на основе обобщенных показателей, например, таких как биохимическое или химическое потребление кислорода, содержание общего или растворимого органического углерода,а так же адсорбируемые или экстрагируемые галогенорганические соединения, измерение уровня pH, мутности, цвет воды, органических показателей и другие. Определение обобщенных показателей качества вода снижает число определяемых физикохимическими методами анализа структурных компонентов. Это позволяет в некоторых случаях применять лишь ограниченное количество физикохимических методов анализа, например, определение в воде следов тяжелых металлов методом атомноадсорбционной или атомноэмиссионной спектроскопией, или спектрофотометрическом определении нитратионов.Как правило,нитратионы попадают в воду с азотными удобрениями и в избыточныхколичествах создают потенциальную опасность для здоровья человека [11]. Для определения микроконцентраций нитратионов применяют сорбционные методы концентрирования с использованием полимерных сорбентов, содержащихв качестве функциональных заместителей аминогруппы [1214]При анализе достаточно полного перечня загрязняющих веществ в водной среде все же трудно гарантировать качество воды, так как загрязненные вещества могут оказывать на организм человека групповое, сочетательное воздействие. Кроме того загрязняющие вещества могут непосредственно трансформироваться в чаше бассейна в более токсичные соединения. При этом,в случае одинаковых условий взаимодействия физикохимических факторов в окружающей среде все вещества в соответствии с их принадлежностью к группам летучих органических соединений располагаются в порядке возрастания степени трансформированияследующим образом [15]: насыщенные галогенпроизводные углеводороды:
непредельные соединения< терпены< сернистые соединения< фенолы < нафталины индианы < альдегиды< спирты < эфиры< фурановые соединения < предельные углеводороды< ароматические кетоны <нитрилы < кетоны.Таким образом,свойства химических веществ к трансформации определяется их реактивной способностью, которую с позиции химической кинетики можно охарактеризовать константой скорости реакции. При этом все летучие органические соединения по способности к трансформации можно разделить на четыре группы: 1. Легкотрансформируемые с диапазоном констант скоростей реакций л/ (моль*с)> ଶ.2.Среднетрансформируемые 5* ଷ ଶ.3. Труднотрансформируемые 5* ସ ଷ.4. Нетрансвормируемые < ସ. л/(моль*с).Таким образом, определение всех химических загрязнений воды плавательных бассейнов представляет определенные затруднения. Это можетпривести к тому, что неучтенные химические вещества, которые содержатся в водной среде,могут представлять серьезную опасность для здоровья человека, так как анализ состояния окружающей среды основан на учете ограниченного набора контролируемых показателей. К тому же не учитывается процессы трансформации загрязняющих веществ, приводящие к образованию более токсичных и опасных соединений, чем исходные. Проблема анализа этих токсинов осложняется тем, что в основе большинства официальных методик контроля экологического состояния окружающей среды, лежит принцип определения целевых компонентов, которые ориентированы на анализ конкретных веществ или групп соединений, в то время как водная среда представляет собой объект практически неизвестного состава [16].Таким образом, решение многих экологических проблем, связанных с загрязнением водной среды плавательных бассейнов можно решить только на основе результатов аналитических исследований, основанных на идентификации максимально полного перечня приоритетных загрязнений окружающих сред, что возможно только с использованием современных физикохимических методов анализа.Предварительный анализ экологического состояния водной среды плавательных бассейнов можно проводить с использованием сенсоров, которые можно установить непосредственно в чаше плавательных бассейнов, а показатели считываются в автоматическом режиме дистанционно. С этой целью достаточно широко используют электромеханические преобразователи, к которым относятся суперселективные, амперометрическиеипотенциометрические датчики, а также изготовленные на основе полевых транзисторов. Используются также лазерные системы проведения микробиологических исследований.Достаточно надежные биологические сенсоры, которые простые в использовании, доступны и обладаютхорошими возможностями распознавания индивидуальных компонентов. Реакция биохимической природы по своей скорости на несколько порядков превосходит аналогичные химические реакции, а их проведение не требует специальныхусловий. Фермент в ходе реакции не расходуется и может быть исследован многократно. Ферментные сенсоры обладают высокой селективностью при определении отдельных органических веществ, а на их основе могут быть созданы многокомпонентные анализаторы, способные одновременно распознавать сразу несколько биологических компонентов. В качестве чувствительных элементов таких сенсоров часто используют цельные клетки микроорганизмов, например синезеленые водоросли [17].С созданием многокомпонентных датчиков появилась возможность построенияна их основе автоматизированныхинформационноизмерительных систем. Эти датчики можно использовать также в экспрессных тестсистемах, механизм действия которых заключается во введении исследуемой пробы воды в систему, которая содержит выявленные ферменты и его субпродукт. Затем регистрируют изменения оптических свойств тестсистемы. В настоящее время существуют следующие физикохимические методы анализа примесей в водной среде: титрометрия, потенциометрия, спекртофотометрия, турбидиметрия,нефелометрия, кондуктометрия, атомноадсорбционная спектрофотометрия, фотометрия, флюрометрия, капиллярный электрофорез,газовая хроматография, высокоэффективная жидкостьжидкость хроматография, планарная хромотография, хроматомассспектрометрия. При этом в обязательном порядке измеряются физические характеристики водной среды, значений pH, жесткость, химическое содержание железа, хлора, нитратов, фосфатов, тяжелых металлов, перманганантная окисляемость, а так же токсикологические свойства водной среды, к которым относятся предельнодопустимые концентрации[18].В последнее время на основе датчиков начали формулировать сверхпортативные миктроаналитические устройства, в которых в одном блоке совмещается минитуюризация, интеграция и автоматизация приборов.В этом случае в устройствеобъединяются несколько стадий химического анализа, а последнеевыполняетсяв виде тонких пластин из различныхматериалов, имеющих размер, близкий к электронным микросхемам, т.е. микрочипам. Основными направлениями использования микрофлюидных оптических систем являются иммуноферментные методы анализа, капиллярный электрофорез, проточноинжекционный анализ, проточная экстракция, ферментативнокаталитические методы анализа и биохимические исследования [1920].Использование таких микрофлюидных аналитических систем позволяет добиться следующих результатов [2122]:1.Возможность определения очень малых количеств анализируемых веществ вплоть до единичных молекул.2.Существенно снижается расход реагентов, растворителей и отходов, что удовлетворяет процесс анализа.3.Сокращается время анализа по сравнению с традиционными приборами за счет ускорения процессов диффузии, смешения, миграции, нагрева и др.4.Вследствиепротекания ламинарных потоков в микрофлюидных системах не происходитразмывание зон анализируемых веществ при их хроматографическом разделении, возрастает воспроизводимость измерений.5.В результате малых размеров блоков микрофлюидных систем представляется возможным использование нескольких детекторов,что позволяет получить больший объем информации.Микрофлюидная система объединяет все основные аналитические стадии, также как пробоподготовка, разделение детектированных анализируемых компонентов и включает в себя следующие системы [2324]:1.Микрочип с системой микроканалов различной геометрии.2.Блок созданияпотокажидкостии управление этими потоками.3.Блок детектирования.4.Сопряжение свнешниммиром.5.Систему приема и обработки информации, которое включает в себя программное обеспечение, установленное на персональном компьютере.В качестве детектирующего устройства в микрофлюидныхчипах применяют методы лазерноиндуцируемой флуоресценции, хемилюминисценцию, колориметрическую микроскопию, амперометрия, кондуктометрия, потенциометрия и массспектрометрия.
Литература
1.Каратаев О.Р., Новиков В.. Летучие галогенорганические загрязненияводы спортивнооздоровительных плавательных бассейнов. Вестник казанского технологического университета, 2012, г. 15, № 19, с.1131152.Новиков В., Каратаев О.Р., Каратаева Е.С., Таниева А.В., Экологическая безопасность спортивнооздоровительных комплексов.В соб. Докл. Междунакодн. Спорт. Форума. Россияспортивная держава. М.: Спорт академии рекламы, Саранск, 2011, с. 316318.3.Забелина О.Н., Кириченко В.Е., Петрова М.Г., Ятлук Ю.Г., Салоутин В.И. Изучение гидролиза полихлорированных бифенилов методами газовой хромотографии и массспектрометрии. Аналитика и контроль, 2006, т.10,№1, с. 3238.4.Петросян В.С., Диоксины: в окружающей среде. Экология и промышленность России, 1999, с. 33385.Юфит С.С. Диоксины: основные понятия и проблемы., М.: Два мира, 19966.Будников Г.К., Диоксины и родственные соединения как экотоксиканты. Соросовский образовательный журнал, 1997, №8, с. 3844.7.Федоров Л.А., Диоксины как экологическая опасность: Ретроспективы и перспективы. М: Наука, 1993, 266 с.8.Макстренко В.Н., Халитов Р., Будников Г.К., Экологоаналитический мониторинг суперэкотоксикантов., М.: Химия, 1996, 320 с.9.Коломнец А.Ф., Полихлорполициклические ксенобиотики. Успехи химии, 1991,№3, с. 536544.10.Люрье Ю.Ю., Аналитическая химия промышленных и сточных вод, М.: Химия, 1984, 410 с.11.Новикова Ю.В., Ласточкина К.О., Болдина З.Н., методы исследования качества воды водоемов., М.: Медицина, 1990, 409 с.12.Басаргин Н.Н., Оскотская Э.Р., Юлеков, Э.В., Розовский Ю.Г., Индивидуальное концентрирование и спектрофотометрическое определение нитратионов при анализе природных и сточных вод.13.Волкова Н.В., В кН.: Гигиенические значения нитратов и нитритов в плане отдаленных последствий их действия на организм. М.: Наука, 1980, с. 59.14.Басиргин Н.Н., Розовский Ю.Г., Волченкова В.А., в кн.:Органические реагенты и хелатные сорбенты в анализе минеральных объектов., М: Наука, 1962, 400 с.15.Малышева А.Г., Закономерности трансформации органических соединений в окружающей среде. Гигиена и санитария, 1997, №3, с. 510.16.Малышева А.Г., Неучтенная опасность воздействия химических веществ на здоровье человека. Гигиена и санитария., 2003, №6, 3436.17.Отто М. Современные методы аналитической химии (в 2х томах). Т.II. М.:Техносфера, 2004, 288 с.18.Другов Ю.С., Родин А.А., пробоподготовкав экологическом анализе. Практическое руководство СанктПетербург, «Анатолия», 2002, 755 с.19.Алов Н.В., Василенко И.А., Гольдштрах М.А., Грибов Л.А. и др., Аналитическая химия и физикохимическиеметоды анализа. Под ред. А.А. Ищенко. М.: Издательский центр «Академия», 2010, 416с.20.Bruin Y. M. Recent developments in electro kinetically driven analysis on microfricated devices. Electrophoresis, 2000v.21, №18, p. 39313951.21.Vilkner T., Ianasek D., Manz A., Micro Total Analysis Systems. Recent Developments. Anal. Cham.,2004, v. 76, №12, p. 3373338622.Kutter I.P., Current developments in electrophoresisand chromatographicseparation methods on micro fabricated devices. Trend Anal. Chem.,2000, v.19, №6, p.352363.23.Chakrabarty K. Digital Microfluidic Biochips: Synthesis, Testing and Reconfiguration Techniques. F. Su.London: CRC, 2006/24.Tokeshi M., chemical processing on microchips for analysis, synthesis and bioassay. Electrophoresis, 2003, v.24, №21, p.35833594.
1)Timerkaeva Elvira Vasilovna.2nd year student of the Institute of polymers, Kazan National Research Technological University, Kazan.TimE.V1@mail.ru.Karataev Oscar Robindarovich.Associate Professor, Department of Mechanical Engineering, Kazan National Research Technological University, Kazan.oskar_karataev@mail.ru
Problems of physicschemical analysis methods AQUATICswimming pool.
Keywords: water treatment, process monitoring, organochlorines, a swimming pool, instrumental methods of analysis, transformation.
This article deals with the problem of water pollution swimming pool complex organochlorines, the issue is relevant because chlorine molecules into as many small that theyare not adsorbed on the surface of the test material, which leads to analytical error.
