Введение. 
Роль электрохимических методов в экологии

В настоящее время экология представляет собой сложный интегрированный комплекс наук. Специалисты-химики должны иметь достаточно ясное понимание вопросов взаимоотношения современного технизированного общества и окружающей среды, функционирования биосферы в условиях все усиливающегося антропогенного давления, методов анализа природных объектов, контроля качества окружающей среды и места химии в экологической науке.

Экологические проблемы всегда необычайно трудны тем, что они многосвязные, охватывающие целую систему отношений живых организмов и неживой природы. Для современной экологии характерно как изучение существующих процессов равновесия, так и поиск новых условий. Экология как наука, охватывающая круг явлений в биосфере, тесно связана с вопросами биологии, химии, химической технологии, сельского хозяйства и др.

Поскольку в основе жизни, изменения химического состава биосферы, лежат химические процессы, то для описания и управления динамическим равновесием в биосфере необходимо знание химических механизмов взаимодействия между отдельными подсистемами. Эта область экологии оформилась в отдельную научную дисциплину — химическую экологию, под которой понимается наука о химических взаимодействиях между живыми организмами и неживой природой. В задачи химической экологии входят вопросы о степени влияния отдельных видов антропогенных воздействий на живую природу, предсказания возможных экологических последствий химических загрязнений. Доминирующим аспектом здесь является биологический.

Существует и другой аспект взаимоотношения химии и экологии, который изучает качественный и количественный состав антропогенных загрязнений биосферы в результате производственной и сельскохозяйственной деятельности человека и механизмы химических превращений веществ в окружающей среде. В решении этих проблем доминирующим является химический аспект, который больше входит в компетенцию специалистов в области химии, чем биологии. Эта область знаний получила название экологической химии, под которой понимается наука об антропогенных химических загрязнениях и о механизмах их превращений в биосфере. Задача экологической химии — максимальное уменьшение уровня нагрузки антропогенных воздействий за счет разработки новых или модификации существующих технологических процессов, разработки способов эффективной очистки отходов производств, разработки способов прогнозирования и регуляции уровня химического загрязнения в объектах окружающей среды. Сюда же относят: рекомендации по разработке новых препаратов, употребляемых в сельском хозяйстве и бытовой химии; рекомендации по профилактике других процессов, приводящих к загрязнению окружающей среды; решение вопросов, связанных с порчей пищевых продуктов, деструкцией конструкционных и других материалов.

Для решения проблем охраны окружающей среды, прежде всего, необходимо проводить исследования для того, чтобы установить как ведут себя компоненты в ней и к каким последствиям приводят новые виды химических соединений, попадающих в круговорот веществ в биосфере в результате человеческой деятельности, то есть требуется качественно новый подход к оценке взаимодействия человека с окружающей средой и его влиянию на скорость и направление антропогенных и природных факторов. Наряду с констатацией происходящих в природе часто негативных изменений нужно переходить к прогнозированию и управлению качеством среды обитания.

Представленная к публичному изданию методическая разработка посвящена изложению основ и практическому применению главных аналитических методов (оптические, хроматография, спектральный анализ и электрохимия) с целью проведения экологических анализов.

Более детально приводится описание современных аналитических приборов и методик, используемых для определения загрязняющих веществ в воздухе, воде, почве и других объектах окружающей среды.

Глобальное загрязнение окружающей среды и неблагополучная экологическая ситуация в промышленно? развитых странах и регионах обусловливают необходимость постоянного аналитического контроля (мониторинга) за загрязнением воздуха, качеством питьевой воды и накоплением токсичных химических веществ в почве и растительности.

Из арсенала аналитической химии, насчитывающего 150 и более методов, экологическая аналитическая химия использует наиболее эффективные и надежные методики, основанные на хроматографии, спектроскопии, электрохимии и охватывающие весь спектр загрязнений воздуха, воды, почвы, донных отложений и растительности от газов и паров до твердых частиц и аэрозолей.

В пособии рассмотрены основы теории и практического применения электроаналитических методов анализа (полярография и вольтамперометрия, потенциометрия, кондуктометрия, кулонометрия и амперометрия).

Подробно обсуждаются все этапы аналитической процедуры определения загрязняющих веществ начиная от пробоотбора, пробоподготовки и концентрирования микропримесей до детектирования и идентификации целевых компонентов и метрологической оценки результатов измерений. Особое внимание уделено вопросам извлечения загрязнений, возникающих из матрицы (воздух, вода, почва) и последующего извлечения загрязнений из ловушки (сорбция, экстракция, криофокусирование, микроволновый нагрев, сорбция на кварцевом волокне, сверхкритическая флюидная экстракция и др.) и способам надежной идентификации целевых компонентов в сложных смесях загрязнений различной природы и токсичности с помощью традиционных приемов, а также на основе использования гибридных методов.

Приводится информация о разработанных высокоточных и экспрессных современных аналитических методах определения экотоксикантов для контроля качества воздуха, воды и степени загрязненности почвы и растительности. В предлагаемом методическом пособии содержатся многочисленные примеры использования на практике экоаналитических методик определения приоритетных загрязняющих веществ в объектах окружающей среды, в том числе — и стандартных методик, разработанных у нас в Республики Узбекистан и странах ЕС.

Рассмотрены оптимальные варианты использования аналитических методик в экологических анализах, а также при определении тяжелых токсичных металлов, неорганических солей и ионов, газов, органических соединений различных классов и природы.

Данное методическое пособие дает полное представление о возможностях экоаналитической химии в контроле загрязнений окружающей среды (в том числе и режиме мониторинга) и оценке экологического состояния регионов и территорий в целом. На реальных примерах экологических анализов, выполненных в разное время в городах Республики Узбекистан, показана эффективность аналитического контроля при определении загрязнений в воздухе, почве пищевых продуктах, сточных и природных водах, родниковой и водопроводной водах.

Методическая разработка является учебным пособием для магистрантов, студентов вузов и колледжей, специализирующихся в области химии и экологии. Она будет полезной экологам, токсикологам и врачам различных специальностей, метеорологам, экологическим сотрудникам и другим специалистам, соприкасающимся с вопросами экологоаналитической химии.

Невозможно представить себе контроль качества продукции в пищевой и фармацевтической промышленности без электроанали-тической химии, без которой не может обойтись и санитарно-химический анализ, контролирующий качество пищевых продуктов на присутствие вредных примесей (остаточных количеств чрезвычайно токсичных пестицидов и мутагенов, канцерогенов тяжелых токсичных металлов). Таможенный досмотр крупных партий продуктов питания, напитков и консервов, особенно спиртного происхождения, во многом они базируется на результатах электрохимического анализа.

Определение токсичных химических веществ в объектах окружающей среды в последнее время приобретает особенно важное значение, занимая не последнее место и актуальность, поэтому необходимо располагать сведениями о присутствии малых и микропримесей вредных веществ в воде, воздухе и почве, причинившие ущерб здоровью человека и серьезно влияющие на флору и фауну в целом.

Без таких анализов, большинство из которых выполняется электрохимическими методами в особенности инверсионной вольтамперометрией, невозможно по-настоящему организовать охрану окружающей среды и добиться экологического равновесия.