شیمی تجزیه زیست محیطی:مشارکت درمطالعات مرتبط با فلزهای سنگین در محیط زیست

چکیده قسمت اول بررسی غلظت و پیامد های زیست محیطی فلزهای سنگین در آب های زیرزمینی، خاک ها و گیاهان اطراف شرکت ملی سرب و روی زنجان فعالیت کارخانه های تولید فلز باعث پخش آلودگی فلزهای سنگین در منابع طبیعی گردیده است. در بخش نخست از این مطالعه مقدار فلزهای سنگین آهن، کبالت، نیکل، مس، روی، کادمیم و سرب درآب های زیرزمینی اطراف شرکت ملی سرب و روی ایران به روش پلاروگرافی تپی تفاضلی اندازه گیری شد. داده های به دست آمده با استاندارهای ایران (isiri) و سازمان بهداشت جهانی (who) مقایسه شدند. کبالت در 8/47، مس و روی در 0/100 درصد نمونه ها وجود داشت با این حال مقدار هیچ کدام بیش تر از مقدارهای سفارش شده نبود. کادمیم در 2/65 درصد نمونه ها قابل اندازه گیری و در 4/17 درصد بیش تر از مقدار مجاز بود. سرب و آهن در تمام نمونه ها وجود داشت اما تنها در 7/8 و 0/13 درصد نمونه ها بیش تر از مقدار مجاز بود. نیکل در 3/78 درصد نمونه ها موجود و در 7/8 درصد بیش تر از بیشینه ی مقدار مجاز بود. روش های آماری و تحلیل چند متغیره در بررسی داده ها نشان داد که شیمی منطقه و فعالیت های صنعتی باعث وجود یون های فلزی در آب های زیرزمینی شده است. در بخش دوم از این مطالعه 126 نمونه خاک سطحی، در دو بخش حریم کارخانه و خارج از حریم تا شعاع 5 کیلومتری کارخانه ی سرب و روی برداشت گردید. مقدار کل و غلظت قابل جذب فلزهای آهن، کبالت، نیکل، مس، روی، کادمیم و سرب در نمونه های خاک با استفاده از دستگاه جذب اتمی اندازه گیری شد. مقدار کل و قابل جذب فلزهای مورد مطالعه در خاک از روند آهن> روی> سرب> نیکل> مس> کادمیم> کبالت پیروی می کند. هم چنین مقایسه ی داده های به دست آمده با مقدار میانگین جهانی نشان داد که برخی از نمونه های خاک برداشت شده نسبت به سه فلز روی، کادمیم و سرب آلوده می باشد. این آلودگی با افزایش فاصله از حریم شرکت و محل انباشت پسماندهای حاوی فلزهای سنگین مورد مطالعه کاهش می یابد. هم چنین شاخص زمین انباشتگی و فاکتور غنی شدگی نمونه های خاک تعیین گردید و با استفاده از روش های آماری تاثیر دو منبع انسانی و زمین شیمی بر پخش فلزهای سنگین در منطقه مطالعه و در پایان برای نمایش بهتر میزان آلودگی نقشه ی پراکنش مقدار فلزهای سنگین در حریم 5 کیلومتری شرکت سرب و روی ترسیم شد. بخش سوم از فصل حاضر به بررسی وضعیت پراکنش مقدار فلزهای سنگین درگیاهان بومی اطراف شرکت ملی سرب و روی زنجان می پردازد. در این مطالعه نه گیاه با نام های بوی مادران (achillea tenuifolia)، پیاز کوهی (allium rotundum)، اسطوخودوس (lavandula angustifolia)، فرفیون (euphorbia seguieriana)، پونه ی کوهی (mentha longifolia)، گندم خوراکی (triticum sativum)، اسپند (peganum harmala)، خاکشیر (descurainia sophia) و بالش چوپان (verbascum cheiranthifolium) از ایستگاه های مختلف برداشت گردید. اندام های مختلف گیاهان مورد مطالعه از هم جدا و پس از عصاره گیری غلظت فلزهای سنگین مورد مطالعه در هر بخش از آن اندازه گیری شد. از آزمون های آماری مختلفی برای برآورد میزان همبستگی بین فلزهای سنگین در اندام ها، مقایسه ی مقدار آن ها در بخش های مختلف گیاه، تاثیر آلودگی خاک بر مقدار آن و مقایسه مقدار فلزهای سنگین در گیاهان مختلف در سطح اطمینان 95 درصد استفاده شد. قسمت دوم استفاده از جاذب های زیستی در حذف یون های سرب، روی و کادمیم از آب های آلوده در مطالعه ی حاضر دانه های اسپند و کمپوست چای به عنوان زیست جاذب ارزان قیمت برای حذف یون های pb2+، zn2+ و cd2+از محلول های آبی به کار برده شدند. تاثیر پراسنجه های مختلفی نظیر ph، زمان تماس، غلظت اولیه فلز و مقدار جاذب بر فرآیند جذب بررسی و مشاهده شد که کارایی جذب با افزایش ph بیش تر می شود. بالاترین میزان حذف یون ها درمحدوده phهای برابر 6-4 رخ می دهد. جذب یون های فلزی بر روی جاذب در شرایط اسیدی نیز امکان پذیر است. برای هر دو جاذب نشان داده شد که زمان تعادل پس از 30 دقیقه حاصل می شود. بیشینه ظرفیت جذب یون های سرب، روی و کادمیم برای جاذب اسپند به ترتیب 09/90، 46/10 و 55/1؛ برای جاذب کمپوست چای 15/21، 60/19 و 10/13 میلی گرم یون فلزی بر گرم جاذب می باشد. مطالعه ی واجذب درحضور محلول های رقیق سولفوریک اسید، نیتریک اسید و هیدروکلریک اسید و آب (7=ph) انجام شد و نتایج نشان داد که یون های فلزی تحت شرایط اسیدی می توانند بازیافت شوند. بررسی مدل های سینتیکی برای هر دو جاذب مطابقت خوبی را با معادله ی شبه مرتبه دو نشان داد. این مدل سازوکار جذب شیمیایی را برای فرآیند جذب سطحی پیش بینی می کند. برای مطالعه ی تعادل، مدل های لانگ مویر، فروندلیش و تمکین بررسی شدند و نتیجه نشان داد که مدل های لانگ مویر و فروندلیش با داده های تجربی مطابقت بیش تری دارند. هم دمای لانگ مویر فرآیند جذب یون های روی و کادمیم و هم دمای فروندلیش جذب یون ها ی سرب بر روی دانه های اسپند را توصیف می کند که نشان دهنده ی جذب تک لایه برای یون های روی و کادمیم و جذب چند لایه یون های سرب بر روی دانه های اسپند می باشد. داده های به دست آمده برای هر سه یون فلزی برای جاذب کمپوست از مدل فروندلیش پیروی می کنند. قسمت سوم استفاده از اترهای تاجی در تهیه ی الکترودهای یون گزین سرب تشخیص و تعیین سریع و آسان مقدارهای بسیار کم همواره از اهمیت فراوانی در آنالیزهای محیطی و روزمره برخوردار بوده است. استفاده از حس گرهای یون گزین به دلیل سادگی، قیمت ارزان، قابل دسترس بودن تجهیزات مورد نیاز و در عین حال حساسیت و دقت بالا در میان سایر روش ها و ابزارهای اندازه گیری به کار رفته در شیمی تجزیه بسیار مورد توجه قرار گرفته است. به دنبال مطالعه های پیشین و با درنظر گرفتن توانایی کمپلکس شدن یون سرب توسط اترهای تاجی محلول در آب، در کار حاضر مقایسه سه اترتاجی 6c18، 6c18dc و 6c18db به عنوان یون دوست برای ساخت الکترود یون گزین سرب گزارش شده است. با مطالعه ی تاثیر ترکیب های مختلف اجزای غشا بر پاسخ الکترود سرب گزین ترکیب غشاهای بهینه به دست آمد. ترکیب غشایی الکترود اول 2 درصد اولئیک اسید (oa)، 9 درصد 6c18، 59 درصد دی بوتیل فتالات (dbp)، 30 درصد پلی وینیل کلراید (pvc)؛ ترکیب الکترود دوم 30 درصد pvc، 9 درصد 6c18dc، 5/1 درصد سدیم تترافنیل بورات (natpb) و 5/59 درصد dbp و ترکیب الکترود سوم 7/29 درصد pvc، 9/5 درصد 6c18db، 5/2 درصد natpb و 9/61 درصد dbp می باشد. محدوده ی خطی غلظتی الکترود بر پایه ی یون دوست 6c18، 3-10-6-10 مولار و برای دو یون دوست 6c18dc و 6c18db، 2-10-5-10 مولار به دست آمد. زمان پاسخ دهی هر سه الکترود کم تر از 12 ثانیه و حد تشخیص الکترود های تهیه شده با 6c18، 6c18dc و6c18db به ترتیب 7-10×6/5، 6-10×3/6، 6-10×1/7 مولار حاصل شد. الکترودهای تهیه شده گزینش پذیری خوبی دربرابر یون های فلزهای واسطه، سنگین، قلیایی و قلیایی خاکی نشان می دهند. این الکترود ها با موفقیت به عنوان الکترود شناساگر در حجم سنجی های پتانسیومتری یون سرب با محلول های استاندارد آمونیوم دی کرومات و edta به کار گرفته شدند هم چنین محلول های دو تایی مخلوط آب-متانول و آب-اتانول با نسبت 10:90 درصد تغییر ناچیزی در پاسخ دو الکترود 6c18dc و6c18db نشان داد و طول عمر این الکترودها نیز بیش تر از الکترود بر پایه ی 6c18می باشد.