Анализ загрязненной почвы и опасных отходов

Ю. С. Другов,  А. А. Родин

АНАЛИЗ ЗАГРЯЗНЕННОЙ ПОЧВЫ 

И ОПАСНЫХ ОТХОДОВ

ПРАКТИЧЕСКОЕ РУКОВОДСТВО

7-е издание, электронное

Москва
Лаборатория знаний
2024

УДК 543
ББК 24.4
Д76

С е р и я
о с н о в а н а
в
2003 г.
Другов Ю. С.
Д76
Анализ загрязненной почвы и опасных отходов : практическое
руководство / Ю. С. Другов, А. А. Родин. — 7-е изд., электрон. —
М. : Лаборатория знаний, 2024. — 472 с. — (Методы в химии). —
Систем. требования: Adobe Reader XI ; экран 10". — Загл. с титул.
экрана. — Текст : электронный.
ISBN 978-5-93208-680-3
В практическом руководстве обсуждаются методы химического анализа
загрязнений почвы и донных отложений бытовыми и промышленными
отходами. Рассмотрены традиционные и новые методы пробоподготовки
образцов почвы и отходов (экстракция водой в субкритическом состоянии,
экстракция в МВ-поле, СФЭ, ТФМЭ и др.), а также методы анализа загрязняющих почву веществ и надежные приемы идентификации целевых соединений в сложных матрицах. Приведены стандартные методики определения
приоритетных загрязнений почвы (органические и металлоорганические
соединения, металлы), используемые в России и за рубежом.
Для профессионалов в области экологической аналитической химии,
а также специалистов, связанных с охраной окружающей среды, студентов
и аспирантов.
УДК 543
ББК 24.4

Деривативное издание на основе печатного аналога: Анализ загрязненной почвы и опасных отходов : практическое руководство / Ю. С. Другов,
А. А. Родин. — 6-е изд. — М. : Лаборатория знаний, 2021. — 469 с. : ил. —
(Методы в химии). — ISBN 978-5-00101-395-2.

В соответствии со ст. 1299 и 1301 ГК РФ при устранении ограничений, установленных
техническими средствами защиты авторских прав, правообладатель вправе требовать
от нарушителя возмещения убытков или выплаты компенсации

ISBN 978-5-93208-680-3
© Лаборатория знаний, 2015

Почва загрязняется токсичными химическими веществами, поступающими из сточных вод, промышленных выбросов в атмосферу 
и выхлопных газов автотранспорта, а также пестицидами, применяемыми для обработки растений. Значительный вклад в загрязнение почвы
вносят 
бытовые 
и 
промышленные 
свалки, 
где 
скапливаются 
отходы, опасные для живых организмов и растений. В России на свалках,
в могильниках и отстойниках находится 44 млрд т отходов, из которых
почти половина относится к опасным отходам*.
От автотранспорта (выхлопные газы двигателей и продукты истирания автомобильных покрышек) в воздух и почву поступают канцерогенные вещества. Автомобильное топливо, содержащее этилированные
присадки и хлорорганические соединения, а также индустриальные 
выбросы хлорфенола и выбросы мусоросжигательных заводов загрязняют воздух и почву диоксинами. В США ежегодные выбросы в атмосферу
токсичных веществ от одного автомобиля составляют 338 кг, а в 
России – 1200 кг.
Загрязнение почвы компонентами антигололедных смесей значительно ухудшает экологию больших городов и мегаполисов в зимнее 
время. Дорожная «химия» на основе хлорида кальция приводит к образованию на мостовых, тротуарах и газонах своеобразного «коктейля» 
из хлорида кальция, воды от тающего снега, бензина и машинного масла от автомобилей, антикоррозионных реагентов и почвы, смываемой с
газонов.
Под действием дорожной «химии» уничтожается плодородный слой
почвы, гибнут дождевые черви и многие полезные насекомые, засыхают

Введение

Памяти Бориса Исааковича Анваера посвящается

* На одного москвича в год приходится 270 кг (0,5 м3) мусора. В Москве ежегодно
образуется более 20 млн т отходов.

кустарники и деревья. В Москве за последние несколько лет в 4 раза
сократилась численность птиц, в том числе ворон. Уличная грязь и химические реагенты вместе с талым (а также переработанным в «таялках»)
снегом  попадают в реки и водоемы, что имеет пагубные последствия для
их обиталей — исчезают многие виды рыб. Едкие антигололедные смеси
травмируют лапы собак и кошек. Испарения антигололедного «коктейля»
могут послужить причиной плохого самочувствия людей, особенно страдающих астмой и аллергией*.
Химические реагенты антигололедных смесей портят обувь и одежду, 
а при проникновении через обувь могут вызывать дерматиты. Под 
их действием разрушаются стены домов, скульптурные памятники,
предметы уличного оформления, особенно выполненные из металла, 
коррозируются автомобили, троллейбусы и трамваи. Тем не менее в Москве пока нет эффективной альтернативы такого рода смесям химических
реагентов.
Потенциальную опасность для всего живого представляют большие
количества отравляющих веществ, накопленные за предыдущие годы 
и хранящиеся на складах на территории России более 50 лет. Только 
в одной Курганской области (где весной 2004 г. были обширные пожары) хранится более 5000 т опаснейших ОВ нервнопаралитического 
действия, что составляет около 14% всех ОВ на территории России**.
Не менее опасны свалки химических отходов и захоронения ОВ 
в почве и на дне морей. В результате разрушения тары и оболочек химических снарядов ОВ поступают в подземные воды, накапливаются в донных
отложениях, загрязняют морскую воду, отравляя ее обитателей. Особенно
загрязнена акватория Балтийского моря, где после Первой и Второй мировых войн скопилось более 70 000 т снарядов и мин.
За последние десятилетия по всему миру произошла целая серия экологических катастроф, связанных с разливами нефти в прибрежных зонах
морей и океанов. В результате деятельности российских нефтяных компаний многие мелкие реки Сибири и целые территории сильно загрязнены
нефтью.
Оперативный контроль за загрязнением почвы основан на сравнении
результатов измерения содержания токсичных веществ в почве с ПДК или
ОДК для почвы.
Предельно допустимой концентрацией в почве (ПДК в почве) называется
максимальная концентрация загрязняющего почву вещества, не вызывающая негативного прямого и косвенного воздействия на природную среду
и здоровье человека.
Ориентировочная допустимая концентрация (ОДК) химического соединения в почве устанавливается расчетным путем. Это временный гигиенический норматив, срок действия которого 3 года. 
ПДК и ОДК устанавливаются в основном для пахотного слоя почвы и выражаются в мг на 1 кг почвы (мг/кг).

4
Введение

* ТВЦ, январь 2009 г.
** Радио России, 17 мая 2004 г.

В России содержания в почвах нормированы лишь для 200 химических соединений. В основном это тяжелые металлы и пестициды, а ПДК
(или ОДК) для летучих органических соединений насчитывается не 
более 12–15. Пока еще нет официальных ПДК (ОДК) для содержания 
в почве нефтепродуктов, хотя они относятся к главным приоритетным
загрязнителям воды и почвы*, и диоксинов (в США ПДК по диоксинам
составляет около 1 нг/мг почвы; см. приложение I).
Для определения приоритетных органических загрязнений почвы
используются традиционные аналитические методы, в первую очередь
хроматографические (газовая хроматография, ВЭЖХ, ТСХ и капиллярный электрофорез) или гибридные — комбинации хроматографического
разделения со спектральным детектированием (ГХ/МС, ГХ/ИКфурье,
ВЭЖХ/ИКфурье, ВЭЖХ/ГХ/МС, ГХ/МС/АЭД и др.).
Для определения металлоорганических соединений в почвах и в опасных отходах используют аналогичные методы — газовая хроматография
или ВЭЖХ в сочетании с такими детекторами, как массспектрометр,
атомноабсорбционный спектрометр или атомноэмиссионные спектрометры, а тяжелые металлы определяют главным образом с помощью спектральных (ААС, АЗС, ИСП/МС или ИСП/АЭС) или электрохимических
(инверсионная вольтамперометрия) методов.
Контроль за загрязнением почвы и анализ твердых промышленных
отходов все чаще выполняют с помощью стандартных (официальных)
отечественных или зарубежных методик. Для повышения эффективности
извлечения загрязняющих веществ из почвы, донных отложений 
и твердых отходов используются современные технологии пробоподготовки, в том числе твердофазная экстракция в ультразвуковом или микроволновом поле, экстракция водой в субкритическом состоянии или
экстракция горячими органическими растворителями и твердофазная
микроэкстракция.
Данная монография дополняет экологическую серию книг, посвященных определению приоритетных загрязняющих веществ в природной среде — воздухе, воде, почве, биосредах, пищевых продуктах и
растительности**. В эту книгу вошли сведения о новейших технологиях
анализа сложных композиций токсичных веществ в почвах и опасных
отходах.

Введение
5

* В одной из опубликованных нами монографий (Другов Ю. С., Родин А. А. Экологические анализы при разливах нефти и нефтепродуктов. Практическое руководство/2е изд., 
дополн. —  М.: БИНОМ. Лаборатория знаний, 2007, с. 320) приведен проект ОДК нефтепродуктов для различных регионов России.
** Другов Ю. С., Родин А. А. Газохроматографическая идентификация загрязнений
воздуха, воды, почвы и биосред. — 2е изд., перераб. и доп. — БИНОМ. Лаборатория
знаний, 2005. — 752 с.: ил.; Другов Ю. С., Родин А. А. Газохроматографический анализ
загрязненного воздуха. — 4е изд., перераб. и доп. — БИНОМ. Лаборатория знаний, 2006. —
528 с.: ил.; Другов Ю. С., Родин А. А. Анализ загрязненных биосред и пищевых продуктов. —
БИНОМ. Лаборатория знаний, 2007, 291 с.: ил.; Другов Ю. С., Родин А. А. Экологические
анализы при разливах нефти и нефтепродуктов. — БИНОМ. Лаборатория знаний, 2007, 
320 с.: ил.

Предлагаемую монографию можно использовать как практическое
руководство для аналитиков и экоаналитиков, работающих в природоохранных химических лабораториях и лабораториях санитарноэпидемиологических станций. Она полезна также экологам, токсикологам, гигиенистам, санитарным врачам и другим специалистам, связанным с проблемами охраны природной среды. Нам кажется, что совсем не вредно, если в
нее заглянут студенты и аспиранты вузов химического, экологического
или медицинского профиля.

6
Введение

Почва относится к наиболее сложным матрицам в экологическом анализе,
которые уже сами по себе содержат множество химических соединений
различной природы, особенно органических.

1. Эколого-химическая характеристика почвы
Почва является одним из важнейших объектов окружающей среды,
дающим более 90% продуктов питания и сырья для производства самой
разнообразной продукции.
Сама почва имеет сложный химический состав, причем содержание
органических веществ в ней колеблется от < 2 до 20% в болотистых почвах.
Органические вещества подразделяют на негуминовые вещества и гумус.
Негуминовые вещества включают не полностью разложившиеся остатки
растений и животных, жиры и дубильные вещества, пектины и гемицеллюлозу, сахара и соответственно полисахариды, легко разлагаемые и 
поэтому не попадающие под понятие «гумус».
Гумус определяется как комплексная и довольно устойчивая смесь
коричневых или темнокоричневых аморфных коллоидных материалов,
которые образуются из тканей многочисленных отмерших организмов —
из остатков разложившихся растений, животных и микроорганизмов.
Своеобразные физикохимические свойства делают гумус важнейшим
компонентом почвы, определяющим ее плодородие; он служит источником азота, фосфора, серы и микроудобрений для растений. Кроме того,
гумус повышает катионообменную емкость, воздухопроницаемость,
фильтруемость, влагоемкость почвы и препятствует ее эрозии [1].
Гуминовые вещества на 35–92% состоят из ароматических соединений,
остальное — алифатические органические вещества. Среди ароматических
составляющих определены фенолы, хиноны, бензойные кислоты и азотсодержащие гетероциклы. Алифатические составляющие — это преимущественно полиэфиры. Гумус содержит также относительно устойчивую
полисахаридную фракцию. Кроме того, в гумусе в относительно высокой
концентрации содержатся стабильные свободные радикалы [1, 2].
Экологохимическая характеристика качества почвы определяется важнейшими для практического использования химическими данными, такими
как общее содержание органических соединений (гумуса), азота (аммонийного, нитратного и связанного с органикой), связанной угольной кислоты
(карбонаты кальция и магния), питательных веществ для растений  — кальция, магния, калия, фосфора, микроэлементов, а также способностью к их
биологическому усвоению. При определении качества почвы играют роль и

Глава I. Пробоподготовка

более простые характеристики, например механический и фракционный состав, значение рН, сухой вес, удельный и насыпной вес, влагоемкость, гигроскопичность, теплота смачивания, объем пор и ионообменная емкость [1].
В почве происходят сложные физикохимические, биологические и
другие процессы. Так, под воздействием одних микроорганизмов, хотя и
очень медленно, окисляется оксид углерода, под воздействием других —
разрушаются стойкие инсектициды и т. д. В отличие от других объектов
окружающей среды (воздуха, воды), где протекают и процессы самоочищения, почва обладает этим свойством в незначительной мере. Более
того, для некоторых веществ, в частности для тяжелых металлов, почва
является емким акцептором. Тяжелые металлы прочно сорбируются и
взаимодействуют с почвенным гумусом, образуя труднорастворимые
соединения. Таким образом идет их накопление в почве. Наряду с этим 
в почве под воздействием различных факторов происходят постоянная
миграция попадающих в нее веществ и перенос их на большие расстояния.
Загрязняющие почву вредные вещества могут переходить в воду (например, щелочные металлы, которые содержатся в почве в виде хорошо
растворимых соединений), в растения и, следовательно, в организм животных. Эти вещества перемещаются с грунтовыми и дождевыми водами,
при таянии снега. Нельзя также исключить перенос водой и ветром на
большие расстояния опавших листьев, содержащих тяжелые металлы и
другие токсичные вещества. Наконец, с пылью от загрязненной почвы
также могут переноситься на большие расстояния вредные вещества. Степень вреда, наносимого людям загрязнениями, зависит от способности
растений поглощать загрязняющие почву вещества [1–3].
В почву вредные вещества могут попадать различными путями: из атмосферы в виде грубодисперсных фракций аэрозолей, входящих в состав
выбросов промышленных предприятий, а также с дождем и снегом. С атмосферными осадками могут выпадать азотная и серная кислоты, сульфаты, нитраты и прочие вещества, в результате чего происходит подкисление
почвы. Наряду с этим наблюдается и подщелачивание почв вокруг металлургических предприятий, особенно вокруг алюминиевых заводов и ТЭС
на расстоянии до 10–12 км от источников выбросов. В первую очередь это
вызвано оседанием грубодисперсных фракций аэрозолей. Загрязняющие
вещества могут быть внесены в почву и в виде удобрений, а также при
поливе загрязненной водой. При этом с оросительной водой часто переносятся загрязненные илы, шлаки и шламы, содержащие вредные вещества,
в частности тяжелые металлы [3].
Степень загрязнения почв вредными веществами, распределение и
перенос их на расстояние зависят, с одной стороны, от мощности, характеристик и продолжительности работы предприятий, от интенсивности
движения транспорта, с другой — от ландшафтногеоморфологических
условий (от сорбционной способности почвы, движения воды в горизонте, значения рН и др.). Основными источниками загрязнения почв вокруг
промышленно развитых городов являются, главным образом, предприя8
Глава I. Пробоподготовка

тия черной и цветной металлургии, химической, нефтехимической и энергетической промышленности.
Почвы могут быть хорошим сорбентом многих химических веществ.
Тяжелые металлы, попадающие с выбросами предприятий, прочно связываются уже в верхнем слое. Миграция их по профилю и попадание в грунтовые воды возможны при промывном режиме и кислой реакции фильтруемых растворов.
Изучению загрязнения почвы должно предшествовать исследование
технологического процесса производства, состава используемых руд, топлива, характеристик пылегазоочистных сооружений. Это позволяет определить группу веществ, поступающих в окружающую среду. Например,
предприятия цветной металлургии могут быть источниками загрязнения
почв Cd, Pb, Ni, Zn, Hg, Cu, Fe, Mo, Sn, бенз[a]пиреном и другими веществами. Выбросы предприятий черной металлургии загрязняют почву Ni,
Mn, Cr, Cd, Co, Cu, Mo, Sn, Pb, Zn. Вблизи предприятий нефтехимической промышленности возможно загрязнение почвы бенз[a]пиреном.
Высокие концентрации бенз[a]пирена и других полициклических ароматических углеводородов, содержатся и в выбросах ТЭС [1–3].
Максимальное содержание металлов в почвах наблюдается на расстояниях 1–5 км от источников загрязнения (ближняя зона). Они могут превышать фоновые уровни на 1–2 порядка. По мере удаления от источника загрязнения содержание металлов уменьшается и на расстоянии 15–20 км
приближается к фоновому уровню. Глубина проникновения тяжелых металлов в загрязненных почвах обычно не превышает 20 см, при сильном загрязнении они проникают на глубину до 160 см. Опасность такого залегания
состоит в том, что при кислой реакции среды имеется угроза поступления
токсичных металлов в виде водорастворимых форм в грунтовые воды. Для
почв, расположенных вне зоны влияния источника загрязнения, характерно, как правило, равномерное распределение тяжелых металлов [3].
Наибольшей миграционной способностью обладают Hg и Zn, которые,
как правило, равномерно распределяются в слое почвы на глубине 0–20 см.
Свинец чаще накапливается в поверхностном слое (0–2,5 см), кадмий занимает промежуточное положение между ними. Встречается накопление Pb,
Cd и Hg и в гумусовых отложениях. Отмечено, что гумусовые горизонты почв
загрязненных территорий значительно обогащены тяжелыми металлами.
Источником загрязнения объектов окружающей среды фтором являются предприятия по переработке фторсодержащего сырья (суперфосфатные и кирпичные заводы, предприятия по производству фторидов и
др.), а также предприятия, на которых используют соединения фтора
(предприятия черной металлургии, стекольные заводы, алюминиевые
комбинаты и др.). Выбросы промышленных предприятий содержат газообразные соединения фтора (HF, SiF4) и твердые (NaF, KF, Na2AlF6,
Na2SiF6, CaF2). Фтор, попадая в почву, мигрирует в растения, поэтому
загрязнение фтором распространяется на площадях, значительно превышающих зоны влияния выбросов предприятий на почву. Последнее,
повидимому, объясняется тем, что на растения воздействуют и газооб1. Экологохимическая характеристика почвы
9

разные фториды, содержащиеся в воздухе. Мелкодисперсные и газообразные соединения фтора обычно переносятся с воздушными массами
не далее 50 км. В атмосферных выпадениях вокруг алюминиевых заводов, кроме фтора, обнаруживается значительное содержание алюминия
и щелочных металлов, особенно натрия, а также тяжелых металлов —
свинца, марганца, меди и цинка. В кислых и нейтральных почвах в
окрестностях алюминиевых заводов могут изменяться и другие свойства, обусловленные действием фторида натрия: сдвиг рН в щелочную
область может достигать 1,5–1,8 единиц.
Почва является эффективным поглотителем многих химических веществ. Они обычно удерживаются в поверхностном, плодородном слое.
Среди таких веществ особое место занимают пестициды. Пестициды
можно найти практически повсюду в окружающей среде, в том числе и в
районах, где их никогда не применяли. Они переносятся ветром, водой,
попадают туда с продуктами питания и фуражом. Устойчивость пестицидов в значительной степени зависит от типа почвы. Тяжелые глинистые
почвы удерживают их дольше, чем легкие песчаные. Между тем все они
обладают весьма токсичными свойствами, и контроль за их содержанием в
почве имеет большое значение для охраны здоровья [3].
Геохимическими и гигиеническими исследованиями установлены [4]
количественные связи между содержанием металлов (ртуть, свинец, медь
и др.) в атмосферном воздухе и выпадением их на территории городов (почва, снег). Это дает возможность по результатам изучения почв и снежного покрова проводить ориентировочную гигиеническую оценку загрязнения воздушного бассейна.
Качественные и количественные изменения при длительном пребывании в почве посторонних органических химических веществ и механизмы
их перераспределения в почве до настоящего времени почти не изучены
ни для одного такого вещества. Тем не менее установлено, что в процессе
превращения органических веществ в почве большую роль играют как
абиотические, так и биотические реакции, протекающие под воздействием находящихся в почве живых организмов, а также свободных ферментов. Лучше всего изучено поведение в почве наиболее токсичных загрязнителей, таких как ксенобиотики (например, пестициды), хлоранилины,
фенолы и др. [1] (см. приложение II).
На рис. I.1 схематически показаны процессы и реакции загрязняющих
почву пестицидов (продукты нефтехимического производства), кинетика
превращения которых в почвенных системах пока еще не изучена.
За длительный период связанные остатки антропогенных химических
веществ в почве в процессе микробиологического разложения и длительного превращения гуминовых материалов могут снова освобождаться в
небольших количествах и тем самым становиться биологически активными по отношению к растениям, они требуют постоянного контроля. До тех
пор пока они не минерализуются или какимлибо образом не войдут в углеродный обмен веществ, их следует рассматривать как посторонние для
окружающей среды вещества [1, 2].

10
Глава I. Пробоподготовка