Keskkonnasaaste, -analüüs ja -seire Kontroltöö I kordamine (0)

Kontroltöö I - kordamisküsimused
1) Atmosfääri koostis ja põhilised kihid .
Õhk koosneb kahest peamisest komponendist : lämmastikust ( 78,08 mahu%) ning hapnikust (20,95%) ning kahest väiksema sisaldusega komponendist: Ar (0,934 %) ning süsihappegaasist (0,039 %), veel neljast väärisgaasist: Ne (1,818·10-3 %), He (5,24·10-4 %), Kr (1,14·10-4 %) ning Xe (8,7·10-6 %) ning teistest mikrogaasidest, mille sisaldused on toodud tabelis 1. Atmosfääriõhk võib sisaldada 0,1-5 mahu% vett.
Atmosfäär jaotatakse temperatuuri ja tiheduse järgi troposfääriks, stratosfääriks, mesosfääriks ja termosfääriks
2) Kuidas jaotuvad atmosfääri komponendid? Tooge näited
Troposfääris põhimass atmosfääri koostisosi N2 ja O2, stratosfääris O3, mesosfääris, termosfääris üleminek vaakumisse H ja He, osakesi väga vähe
3) Kuidas tekib NOx atmosfääris ja milles on selle tekke oht?
N2O + hυ → N2 + O
N2O + O → N2 + O
N2O + O → 2NO
NOx tekib nii loodusprotsessides – välk, bioloogilised protsessid, kui ka suurem osas inimtegevuse tagajärjel. NOx tekib peamiselt fossiilkütuste põletamisel, orgaaniliste ainete põletamisel (tekib HCN, NH3 -> NO). Mõjub hingamisteedele ( kopsud ), suures kontsentratsioonis (~500 ppm) surmav . Kahjustab ka taimi, tekivad happevihmad . NO2 absorbeerib UV ja nähtavat valgust.
4) Millised orgaanilised saasteained esinevad atmosfääris? Tooge põhirühmad ja mõned esindajad.
Aromaatsed süsivesinikud, 1- või mitmetuumalised. Tekivad põlemisprotsessides ebapiisava hapniku tingimustes. Benseen , püreen, naftaleen, tolueen , stüreen.
Aldehüüdid ja ketoonid , formaldehüüd, atsetoon , atseetaldehüüd.
Eetrid ei ole levinud õhusaastajad. Dimetüüleeter, dietüüleeter, vinüületüüleeter.
Epoksiidid etüleenoksiid, propüleenoksiid.
Halogeenorgaanilised ühendid klorometaan, diklorometaan , polüvinüülkloriid.
Orgaanilised S ühendid metaantiool, benseentiool, tiofeen, merkaptaan
Orgaanilised N ühendid metüülamiin, nitrobenseen, püridiin, aniliin
5) Millised anorgaanilised saasteained esinevad atmosfääris? Tooge põhirühmad ja mõned esindajad.
Nendest suurtes kogustes CO, SO2, NO ning NO2. Teised saastegaasid on NH3, N2O, N2O5 , H2S, Cl2, HCl, HF.
Tabel 1. Põhilised veesaastajad Saastaja klass
Mõju inimesele või vesikeskkonnale
Mikroelemendid
 raskemetallid
 Orgaanikaga seotud metallid
Tervis, vee- elustik
Tervis, vee-elustik
Metallide transport
Radionukliidid
Toksilisus
Anorgaanilised saastajad
 Asbest
 Vetikate toitelemendid
 Alkaliteedi, happelisuse ja kõrgendatud soolsuse põhjustajad
Toksilisus, vee-elustik
Inimese tervis
Eutrofikatsioon
Veekvaliteet , vee-elustik
Orgaanilised mikrosaastajad
 Polüklooritud bifenüülid
 Pestitsiidid
 Naftajäägid
Toksilisus
Võimalik bioloogiline efekt
Toksilisus, vee-elustik, loodus
Negatiivne efekt loodusele , esteetilises mõttes
Olme ja loomakasvatuse reovesi
 Bioloogiline hapniku tarvidus (BHT)
 Patogeenid
 Detergendid (seebid)
Veekvaliteet, hapniku tase vees
Veekvaliteet, hapniku tase vees
Mõju tervisele
Eutrofikatsioon, loodus, esteetilises mõttes
Keemilised kartsinogeenid
Pahaloomuliste kasvajate põhjustajad
Muda
Veekvaliteet, vee-elustik, loodus
Maitse, lõhn ja värvus
Esteetilises mõttes
6) Põhilised veesaastajad ja nende mõju keskkonnale ja inimtervisele.
7) Pestitsiidid ja nende negatiivne mõju vesikeskkonnale. Tooge näited.
Orgaanilised sünteetilised kloorühendid on toksilised ja keskkonnas sageli väga püsivad. DDT, dieldriin, PCB, aldriin, paratioon, karbamaadid, nitroaniliin, Kuna tegemist on väga toksiliste ja väga püsivate ühenditega, mis mõnel juhul võivad keskkonnas edasi reageerida ja veel toksilisemaid ühendeid moodustada, on see suureks ohuks vesikeskkonnale. Toiduahelas toimub nende ühendite kumuleerumine, kuni jõutakse toksiliste tasemeteni, mis võidakse järglastele edasi anda, mistõttu need ained ei kao eluringest ja põhjustavad erinevaid tervise- ja funktsioneerimise probleeme.
8) Mikrosaasteained vees.
Mikrosaasteainete esinemine nii pinna-, joogi-, põhja- kui ka reovees, kus kontsentratsioonid varieeruvad kõigest mõnest ng/l kuni μg/l. Jagunevad 6 gruppi - pestitsiidid, hügieenitooted, pindaktiivsed ained, tööstuskemikaalid, steroidhormoonid ja ravimid, millest üha suuremat tähelepanu on hakatud pöörama ravimitele ja nende esinemisele keskkonnaproovides.
9) Keskkonnasaaste radionukliididega.
Radionukliidid on raskete aatomite (näiteks uraani või plutooniumi) lõhustumise saadused ning nad võivad tekkida ka stabiilse aatomi ning neutroni vahelisel reaktsioonil. Radionukliidid emiteerivad ioniseerivat kiirgust - α- ja β-osakesi ning γ-kiirgust. Radiatsioon kahjustab kudesid ja verekomponente ning geneetilist materjali. Joogivee saaste on peamiselt seotud raadiumiga (Ra). Looduslikud radioaktiivsed isotoobid on kaaliumil, raadiumil, radoonil, tooriumil ja uraanil. Tuumareaktsioonide tagajärjel tekib uraani jagunemise jada, mis sisaldab väga radioaktiivseid vaheastmeid, mis lõpuks muutuvad stabiilseks pliiks.
10) Nimetage geosfääri põhilised osad ja näidake skemaatiliselt maa siseehitust.
Maakoor (Maa 15-70 km paksune tahke välimine osa), ülemised ca 4km on tavaliselt settekivimid, seejärel kuni 25km sügavuseni tarde ja moondekivimid ja kuni 70km sügavuseni basaldikiht . Maakoor on kõige õhem ookeanite põhjas. Vahevöö jaguneb ülemiseks ja alumiseks (ulatub 2900 km sügavuseni). Tuum jaguneb kaheks – sise- ja välistuum piiriga 5100 km sügavuses.
11) Happe-alus ja ioonvahetusreaktsioonid pinnases.
Pinnase oluline keemiline funktsioon on katioonide vahetus. Katioone vahetavad nii pinnase anorgaaniline kui ka orgaaniline osa. Huumuse ioonvahetusvõime on 300-400 mekv/100 g. Pinnastel, mis sisaldavad ca 5 % orgaanikat, on ioonvahetusvõime 10 - 30 mekv/100 g.
Pinnas – Ca2+ + 2CO2 + 2H2O → Pinnas – (H+)2 + Ca2+( juur ) + 2HCO3-
FeS2 + 7/2O2 + H2O → Fe2+ + 2H+ + 2SO42-
12) Lämmastiku, fosfori ja kaaliumi roll pinnases ja taimekasvul.
Lämmastik, fosfor ning kaalium on taimede kasvu jaoks kõige tähtsamad toitained. Tavaliselt enam kui 90% pinnase lämmastikust on orgaaniline lämmastik. See tekib surnud taime- ning loomajäänuste biolagunemisel. Orgaaniline lämmastik hüdrolüüsub NH4+-ks ning selle järel oksüdeerub bakterite toimel NO3--ks. NO-na uhutakse pinnasest kergesti välja, huumusest võetakse kasutusele vastavalt taimede kasvukiirusele – soojal ajal kiiremini. Üleväetatud pinnasest põua perioodil võivad taimed pinnasest absorbeerida üleliigseid N koguseid. Liblikõielised võivad lisada kuni 11kg/ha N põllule kasvuaasta jooksul. N on oluline aminohapete ja valkude koostises, oluline elusorganismi ülesehituses.
Fosfor on elutähtis taimede toitaine. Sarnaselt lämmastikuga, kasutavad taimed fosfori anorgaanilise ortofosfaatioonina. Tavaliste pinnases esinevate pH väärtustel domineerivad H2PO4- ja HPO42-. Ortofosfaat on taimedele kõige paremini kättesaadav neutraalse pH juures. Kui pinnas on happeline, ortofosfaat kas sadestub või sorbeerub Al(III) ja Fe(III) osakestele. Aluselistes pinnastes reageerib ortofosfaat kaltsiumkarbonaadiga ning moodustub vähelahustuv hüdroapatiit.
Kaalium on taimedele raskesti kättesaadav. Taimede kasvuks on vajalik suhteliselt suur kaaliumi hulk. Kaalium aktiveerib ensüüme ning mängib tähtsat rolli taime veebilansis. Seda on vaja ka sahhariidide muundamiseks. Saak väheneb tunduvalt, kui pinnases esineb kaaliumi defitsiit. Mida suurem saak, seda rohkem kaaluimi eemaldub pinnasest. See protsess kiireneb , kui pinnase produktiivsuse suurendamiseks lisatakse lämmastikväetisi. Seega võib kaaluim muutuda produktiivsust pidurdavaks toitaineks.
13) Mikroelementide roll pinnases ja taimekasvul.
Mikrotoitained – B, Cl, Cu, Fe, Mn, Mo (lämmastiku sidumiseks) ja Zn on taimedele hädavajalikud. Taimed vajavad neid elemente väikestes kogustes, suured kogused võivad olla taimede jaoks toksilised. Need elemendid on ensüümide komponendid. Mn, Fe, Cl ja Zn osalevad fotosünteesis.
Raud ning mangaan esinevad mitmetes pinnasemineraalides. Naatrium ning kloor (kloriidina) sisalduvad pinnases ning satuvad sinna merevee pihustamisel tekkinud atmosfääriosakeste ülekandega. Paljud mikroelemendid esinevad esmastes (mitte murenenud) pinnases olevates mineraalides.
Mõned taimed akumuleerivad mikroelemente suurtes kogustes (kui sisaldus ületab 1 mg/kg kohta (kuivkaal)) on tegemist hüperakumulatsiooniga. Näiteks Aeolanthus biformifolius DeWild, mis kasvab Sairi vaserikastel pinnastel, sisaldab kuni 1,3% vaske kuiva aine kohta.
14) Pinnase saastumine.
Pinnasesse sattub palju saasteaineid . Sinna kogunevad kütuste põletamisel tekkinud vääveldioksiid (sulfaadina) ning lämmastikoksiidid (nitraatidena). Pinnas sorbeerib kergelt gaasilisi NO ja NO2, mis oksüdeeruvad pinnases nitraadiks. Kiirteede lähedal esinevad pinnases kõrgendatud plii kogused. Pinnasesse satuvad ohtlikud jäätmed prügilatest, laguunidest, tiikidest ning teistest allikatest. Tööstus- ning äritsoonides saastavad pinnast lenduvad orgaanilised ained (VOC) - benseen, tolueen, ksüleen, diklorometaan, trikloroetüleen ja trikloroetaan. Üheks allikaks on nende ainete lekkimine pinnasesse säilituspaakidest. Ka vanadest prügilatest sattuvad VOC pinnasesse. Mõned orgaanilised saasteained liituvad huumusega ning selline protsess aitab kaasa nende ainete detoksifitseerimisel. Pinnases võivad pestitsiidid laguneda kas keemiliste, fotokeemiliste või biolagunemise reaktsioonide käigus. Kõige mikroobiderikkam kiht on risosfäär, kus toimub orgaaniliste saasteainete kõige efektiivsem lagundamine.
15) Pinnase erosioon.
Tuuleerosiooni ning metsade hävitamise tagajärjel toimuvad pinnase lagunemise protsessid. Pinnase omadusi võivad halvendada ka kastmine (irrigatsioon) ning monokultuuride kasvatamisele suunatud põllumajandus. Erosioon on mulla kadu. Vihmapiisad eraldavad mullale langedes mullaosakesi. Selle protsessi ulatus sõltub vihmapiiskade suurusest ja langemise kiirusest. Maismaad mööda kulgev veevoog kannab seejärel eraldatud mullaosakesed eemale.
Erosioon tekib, kui sademete hulk on suurem kui mulla veeläbilaskevõime. Erosiooni tõttu kaob muld palju kiiremini, kui seda tekkeprotsesside kaudu asemele toota jõutakse. Pindmise mullakihi kadu vähendab viljakust, mille tagajärjeks on väiksem saak. Edasikantud muld suurendab ka veeteede saastumist ja mudastumist.
16) Seletage mõisted „tõeline väärtus“, „mõõteväärtus“, „mõõtemääramatus“
Igasuguse mõõtmise tulemusele on omane teatav määramatus või mõõtemääramatus – ebakindlus mõõtmise tulemuse suhtes. Mõõdetava suuruse tõeline väärtus ja viga ei ole üldjuhul eksperimentaalselt määratavad. Kui mõõteviga oleks teada, siis saaks mõõtetulemust korrigeerides kergesti leida mõõdetava suuruse tõelise väärtuse.
17) Seletage, kuidas koostada kalibreerimisgraafikut välisstandardiga?
Keemilise analüüsi juures näeb kalibreerimine lihtsamal juhul järgmiselt:
a) Valmistatakse analüüdi teadaolevate kontsentratsioonidega standardlahused (UV-Vis spektrofotomeetria , HPLC , AAS jne)
b) Registreeritakse analüüsiaparaadi näidud nende lahuste või proovidega (etalonidega)
c) Koostatakse graafik – kalibreerimisgraafik, mis seob saadud näidud analüüdi kontsentratsioonidega.
Kui kalibreerimine on tehtud, siis valmistatakse ette uuritav proov ja sellega registreeritakse sama analüüsiaparaadi näit. Selle näidu järgi leitakse kalibreerimisgraafikult analüüdi sisaldus proovis. Kalibreerimine, mille puhul graafiku x-teljele kantakse vahetult määratav kontsentratsioon, on tuntud kui kalibreerimine välisstandardiga. Lisaks HPLC-le on välisstandardiga kalibreerimine kasutatav näiteks aatomabsorptsiooni spektrofotomeetria meetodite juures pinnaveeproovides erinevate raskmetallide sisalduste määramiseks.
18) Seletage, kuidas koostada kalibreerimisgraafikut sisestandardiga?
Sisestandardit kasutatakse sagedasti ka selliste analüüsimeetodite korral, mis sisaldavad ulatuslikku proovi ettevalmistamise etappi , mille käigus esinevad analüüdi kaod. Kasutades
sisestandardina analüüdiga sarnast ainet ja lisades selle enne proovi ettevalmistamise etappi (või proovi ettevalmistamise varajases järgus) on sagedasti võimalik oluliselt vähendada analüüdi kadude teket. Sisestandardiks kasutatakse ainet, mille füüsikalis-keemilised omadused on võimalikult sarnased analüüdile, kuid mis analüüdi määramist ei sega. Sisestandardi kasutamise eeldus on seega meetodi piisav selektiivsus. Sisestandardit lisatakse teadaolevas kontsentratsioonis nii proovile kui ka standardlahusele. Parim on, kui sisestandardi sisaldus on proovi lahuses ja kõigis standardlahustes sama.
19) Mis on kontrollkaardid ja kuidas neid koostada?
Et olla kindel kasutatud metoodika adekvaatsetes tulemustes, tuleb pidevalt metoodikat jälgida ja kontrollida. Saadud tulemusi kogutakse teatud aja jooksul ja nende alusel koostatakse statistikat. Üks kasulikumaid võtteid selleks on kontrollkaardid. Kaardi kasutaja saab kaardile märkida hoiatusnivood nii, et need toimiksid „häirekelladena“ juhuks, kui süsteem hakkab kontrolli alt väljuma, s.t. kui metoodika antavad tulemused hakkavad mingist ajahetkest tavapärasest tugevalt erinema.
Kontrollkaart on graafik, mille peale on pandud suurused paigutatud ajalisse järjestusse, näiteks järjestikused kvaliteedikontrolli proovi mõõtmise väärtused. Normaaljaotusele alluvate väärtuste korral on statistiliselt vähe tõenäoline (5% tõenäosusega), et kogumi liige oleks keskväärtusest kaugemal kui kaks standardhälvet ja väga vähe tõenäoline (0,3% tõenäosusega), et see oleks keskväärtusest kaugemal kui kolm standardhälvet. Mõõtmised peaksid käituma samal moel ja asuma nende piiride vahel. Kui nad seda ei tee, siis on metoodikaga midagi juhtunud ja kutsunud esile keskväärtuse nihke või standardhälve suurenemise. Kaardi otstarve on fikseerida see muutus ja laboritöötaja peab ise otsustama, kas see muutus on oluline.