Методы контроля качества окружающей среды

МЕТОДЫ 
КОНТРОЛЯ КАЧЕСТВА
ОКРУЖАЮЩЕЙ СРЕДЫ

Н.А. ПОЛИТАЕВА

Москва
ИНФРА-М
2021

УЧЕБНОЕ ПОСОБИЕ

Рекомендовано в качестве учебного пособия
для студентов высших учебных заведений,
обучающихся по направлениям
18.03.02 «Энерго- и ресурсосберегающие процессы
в химической технологии, нефтехимии и биотехнологии», 
19.00.00 «Промышленная экология и биотехнологии»
и 20.03.01 «Техносферная безопасность»

УДК 504.064(075.8)
ББК 20.18я73
 
П50

Политаева Н.А.
П50  
Методы контроля качества окружающей среды : учебное пособие / 
Н.А. Политаева. — Москва : ИНФРА-М, 2021. — 112 с. — (Высшее образование: Бакалавриат). 

ISBN 978-5-16-016500-4 (print)
ISBN 978-5-16-109533-1 (online)
В учебном пособии к курсам «Экологический мониторинг, надзор 
и контроль за обеспечением экологической безопасности», «Экологический мониторинг» и «Мониторинг среды обитания» рассматриваются 
методы, применяемые в экологическом мониторинге для анализа почв, 
воздушной и водной среды. Даны необходимые студентам теоретические 
основы методов экологического мониторинга. Для лучшего усвоения теоретического материала в работе представлены методики для проведения 
экологического мониторинга различными методами.
Предназначено для студентов высших учебных заведений, обучающихся по направлениям 18.03.02 «Энерго- и ресурсосберегающие процессы в химической технологии, нефтехимии и биотехнологии», 19.00.00 
«Промышленная экология и биотехнологии» и 20.03.01 «Техносферная 
безопасность»; будет полезно специалистам, занимающимся проблемами 
охраны окружающей среды.

УДК 504.064(075.8)
ББК 20.18я73

Р е ц е н з е н т ы:
Свергузова С.В., доктор технических наук, профессор, заведующий 
кафедрой промышленной экологии Белгородского государственного 
технологического университета имени В.Г. Шухова;
Рудакова Л.В., доктор технических наук, профессор, заведующий 
кафедрой охраны окружающей среды Пермского национального исследовательского политехнического университета

ISBN 978-5-16-016500-4 (print)
ISBN 978-5-16-109533-1 (online)
© Политаева Н.А., 2016

Введение

Интенсивное воздействие человека на природу, негативные, часто
необратимые последствия этого воздействия обусловливают необходимость глубокого и всестороннего анализа проблемы взаимодействия общества и природы. Такой анализ в настоящее время осуществляется в рамках природопользования. Главная задача природопользования как научного направления — поиск и разработка путей
оптимизации взаимодействия общества с окружающей природной
средой.
Рациональное природопользование предполагает управление
природными процессами, т. е. запрограммированное воздействие на
природные объекты с целью получения определенного хозяйственного эффекта.
Чтобы управление было достаточно эффективным, необходимо
иметь данные о динамических свойствах этих объектов, их изменении
в результате антропогенного воздействия, предвидеть последствия
вмешательства человека в ход естественных процессов.
Управление природными процессами должно опираться на надежную и достоверную информацию о прошлых, настоящих и будущих состояниях природных и природноантропогенных систем. За
последнее десятилетие накоплен большой материал по изменению
природы. Однако он не содержит данных о динамике развития процессов. В связи с этим встал вопрос об организации специальных наблюдений за состоянием окружающей природной среды и ее антропогенными изменениями с целью их оценки, прогнозирования и
своевременного предупреждения о возможных неблагоприятных последствиях, т. е. о введении постоянной действующей службы наблюдения (мониторинга).

Мониторинг включает следующие основные направления деятельности:
• наблюдения за факторами, воздействующими на окружающую
природную среду, и за ее состоянием;
• оценку фактического состояния природной среды;
• прогноз развития состояния природной среды и оценку этого
развития.
Таким образом, мониторинг — это система наблюдений, оценки
и прогноза состояния природной среды, не включающая управление
качеством окружающей среды, но дающая необходимую информацию для такого управления и выработки инженерных методов защиты окружающей среды.
Мониторинг может охватывать как локальные районы, так и земной шар в целом (глобальный мониторинг). Чтобы обеспечить эффективную оценку и прогноз, мониторинг должен включать наблюдения за источниками загрязнения, загрязнением природной среды и
последствиями от этого загрязнения.
Чтобы дать обоснованную оценку загрязнениям природной среды, используют различные методы мониторинга. В данном учебном
пособии предложены наиболее доступные и распространенные методы экологического мониторинга.

4
Введение

Глава 1
АЭРОКОСМИЧЕСКИЕ (ДИСТАНЦИОННЫЕ)
МЕТОДЫ ЭКОЛОГИЧЕСКОГО МОНИТОРИНГА

Все возрастающую роль в комплексном мониторинге природной
среды играют дистанционные методы исследований, наблюдения и
контроля с использованием космической техники, т. е. аэрокосмические методы. Аэрокосмический метод — это уникальная система наблюдения при помощи самолетных, аэростатных средств, спутников
и спутниковых систем.
Аэрокосмический мониторинг обладает рядом важных преимуществ по сравнению с другими методами наблюдения и контроля загрязнений природной среды, обеспечивая высокий уровень обобщения данных по загрязнению среды, глобальный охват антропогенных
эффектов, оперативность получения информации по экологической
ситуации в различных областях земного шара. Аэрокосмический мониторинг существенно дополняет наземные и корабельные средства
наблюдений и контроля природной среды и позволяет объединить
данные о состоянии окружающей среды на основе информации, полученной из космоса. Исследования Земли из космоса позволяют определить целую гамму важнейших экологических параметров экосистемы, таких как:

• температурные режимы океана, материков, атмосферы на разных уровнях;

• контроль океанических течений;

• определение динамики открытых и закрытых водных бассейнов;

• определение концентрации планктона в морях и океанах, солености воды;

• изучение явлений деградации почвенного покрова;

• исследование динамики лесных массивов, лесных и степных
пожаров;
• исследование всех типов загрязнений атмосферы и гидросферы;
• исследование явлений вулканизма и их влияния на состояние
экосистемы.
В зависимости от информации дистанционные методы можно
разделить на статические, где информация представлена в виде фотоснимка, и динамические, где информация представляет видеозапись
во времени.

6
Глава 1. Аэрокосмические (дистанционные) методы...

Глава 2
НАЗЕМНЫЕ МЕТОДЫ

2.1. Физикохимические

2.1.1. Качественные методы

Качественные методы позволяют определить, какое вещество находится в испытуемой пробе. Они всегда предшествуют количественному анализу, так как выбор метода количественного определения зависит от данных качественного анализа. Качественный анализ можно
разделить по реакции на катионы и по реакции на анионы.
1. Качественные реакции на катионы:
Li+ — пламя (красное)
Na+ — пламя (желтое)
К+ — пламя (фиолетовое)
Са2+ — пламя (кирпичнокрасное)
карбонатионы (белый осадок)
оксалатионы (белый осадок)
Ва2+ — пламя (желтозеленое)
сульфатионы (белый осадок)
хроматионы (желтый осадок)
Си2+ — пламя (зеленое)
в водном растворе гидратированные ионы [Cu(H,O)J2+ имеют голубую окраску
водный раствор аммиака (синефиолетовая окраска)
РЬ2+ — сульфидионы (черный осадок)
йодидионы (желтый осадок)
хроматионы (желтый осадок)
Ag+ — хлоридионы (белый осадок)

хроматионы (кирпичнокрасный осадок)
Fe2+ — красная кровяная соль (синий осадок)
Fe+3 — желтая кровяная соль (синий осадок)
роданидионы (красное окрашивание)
Cd2+ — сульфидионы (желтый осадок)
Zn2+ — сульфидионы (белый осадок)
NH4
+ — раствор щелочи (запах аммиака)
[Hg]2+ — раствор щелочи (черный осадок)
хроматионы (красный осадок)
Hg2+ — сульфидионы (черный осадок)
йодидионы (красный осадок)
Sn2+ — сероводород (темнокоричневый осадок)
Sn4+ — сероводород (желтый осадок)
2. Качественные реакции на анионы:
SO−2 — соли бария (белый осадок)
СО3
−2 — соляная или серная кислоты (выделяется углекислый
газ)
известковое молоко (белый осадок)
РО4
−3 — магнезиальная смесь: MgCl2,+ NH4OH + NH4CL (белый
осадок)
нитрат серебра (желтый осадок)
Si3
−2 — разбавленные растворы кислот (студенистый осадок)
соли аммония (то же)
В4О7
−2 — пламя (зеленое окрашивание)
ВО2
− — нитрат серебра (желтый осадок)
J− — соли свинца (желтый осадок)
С1− — хлорная вода + крахмал (синее окрашивание)
Вr− — нитрат серебра (белый осадок)
нитрат серебра (желтоватый осадок)
NO3
− — металлическая медь в концентрированной серной кислоте
(газ бурого цвета)
металлический алюминий в сильнощелочной среде (запах аммиака)
смесь H2SO4 + FeSO4 (окраска от фиолетовой до коричневой)
NO−
2 — сульфаниловая кислота + анафтиламин (красное окрашивание)

8
Глава 2. Наземные методы

2.1.2. Количественные методы

2.1.2.1. Гравиметрический метод

Суть метода состоит в определение массы и процентного содержания какоголибо элемента, иона или химического соединения, находящегося в испытуемой пробе. Искомую часть выделяют либо в
чистом виде, либо в виде соединения известного состава. Гравиметрическим методом определяют содержание ряда тяжелых металлов,
анионов, сухого вещества в плодах и овощах, клетчатки, «сырой»
золы в растительном материале. Кроме того, этим методом определяют кристаллизационную воду в солях, общую и гигроскопическую
влажность почвы и т. д.
Гравиметрический анализ проводят по следующим стадиям:
• отбор средней пробы и подготовка ее к анализу;
• взятие навески;
• растворение навески;
• выбор осадителя и осаждение определяемого элемента (с пробой на полноту осаждения);
• фильтрование;
• промывание осадка (с пробой на полноту промывания);
• высушивание и прокаливание осадка;
• взвешивание;
• вычисление результатов анализа.
Аналитической практикой установлено, что при проведении гравиметрического анализа наиболее удобны навески от 0,5 до 2,0 г. Навеску вещества следует брать из расчета, чтобы после прокаливания
получить гравиметрическую форму массой около 0,1—0,3 г для
аморфного осадка и массой около 0,5 г — для кристаллического.

2.1.2.2. Титриметрический (объемный) метод

Этот метод имеет ряд преимуществ перед гравиметрическим
(быстрота анализа, относительная простота операций, достаточная
точность), в связи с чем он довольно широко применяется в лабораторной практике. В этом виде анализа взвешивание заменяется измерением объемов как определяемого вещества, так и реагента, используемого при данном определении. Если требуется провести объемным методом анализ сухого вещества, то берут его точную навеску

2.1. Физикохимические
9

массой 0,1—0,2 г, растворяют в мерной колбе, перемешивают, пипеткой отбирают известный объем полученного раствора, при необходимости добавляют буферную смесь, индикатор и пр. и проводят
титрование.
Методы титриметрического анализа разделяют на четыре группы.
1. Методы кислотноосновного титрования. В основу этих методов
положены реакции нейтрализации. Точка эквивалентности фиксируется при помощи индикаторов, которые меняют свою окраску в зависимости от реакции среды (величины рН). Этими методами определяют концентрации кислот, щелочей и солей, гидролизующихся в
водных растворах. В качестве рабочих растворов используют титрованные растворы кислот и сильных оснований.
2. Методы осаждения. Методом осадительного титрования определяют элемент, который, взаимодействуя с титрованным раствором,
может осаждаться в виде малорастворимого соединения; при этом изменяются свойства среды, что позволяет установить точку эквивалентности.
3. Методы окислениявосстановления. Эти методы основаны на
окислительновосстановительных реакциях, которые протекают между искомым веществом и веществом рабочего раствора (перманганатометрия, йодометрия, хроматометрия и др.). Их используют для обнаружения различных восстановителей (Fe2+, С2О*~, NO2 и др.) или
окислителей (Сг,О2^, МпО " , ClOj, Fe^ и т. д.). Точка эквивалентности определяется по изменению окраски либо самого раствора, либо
редоксиндикатора.
4. Методы комплексообразования. Эти методы дают возможность
определять целый ряд катионов (Mg2+, Ca2+, Zn2+, Hg2+, AP+ и др.) и
анионов (CN", F", СГ), которые обладают способностью образовывать малодиссоциированные комплексные ионы. Особый интерес
представляет комплексен III (трилон Б), широко используемый в количественном анализе. Точку эквивалентности чаще всего устанавливают по исчезновению анализируемого катиона в растворе с помощью так называемых металлиндикаторов. В качестве индикаторов
для определения суммарного содержания кальция и магния могут
быть взяты эриохром черный Т и хромовый темносиний, для обнаружения кальция — мурексид, железа — роданид аммония в сульфаниловой кислоте и т. д.

10
Глава 2. Наземные методы