اندازه گیری فلزات سنگین در آبهای آشامیدنی به روش اسپکترومتری فلورسانس اتمی

مقدمه :

توجه به حضور فلزات سمى در آب ، نتیجه حوادثى نظیر ورود جیوه به آب هاى ژاپن در دهه ۱۹۵۰ مى باشد(۱) . پژوهش هاى اخیر بر روى ارتباط بین آلودگى آب به فلزات سنگین و حیات موجودات زنده ، اهمیت رفتار شیمیایى فلزات درارگانیسم ها را آشکار نموده است . در حقیقت تمایل شرکت فلزات در فرآیند هاى بیولژیکى بستگى به فرم هاى فیزیکوشیمیائى فلزات در آب دارد (۱).

برطبق پژوهش هاى جدید ، آنچه که اثر متقابل فلز – ارگان را کنترل مى کند ، عمدتاً فعالیت یونهاى فلزى آزاد است نه کل مقدار فلزات موجود در آب . به این دلیل اغلب براى اندازه گیرى این یونهاى آزاد از روش هاى پتانسیومترى استفاده مى کنند . البته این روش ها از نظر حساسیت بسیار محدود هستند و نیز وجود یون عناصر اصلى (Major) موجود در اب ، باعث تداخل شده و دقت اندازه گیرى را کاهش مى دهد(۲),(۳),(۴) .

روش فلورسانس اتمى بدلیل استفاده از لامپ مخصوص هر عنصر ، و نیز جداسازى یونهاى فلزى موجود در نمونه بفرم هیدرید ، امکان تداخل هاى ذکر شده در بالا را از بین مى برد و همچنین دقت این روش بدلیل جداسازى عنصر از نمونه و تغلیظ آن بالاست .

بعضى از این عناصر که در پژوهش حاضر مورد بررسى قرار گرفته اند عبارتند از آرسنیک ، آنتیموان ، کادمیوم ، جیوه ، سلنیم و بیسموت

مختصرى درباره آلودگى فلزات سمى در آب :

۱-   آرسنیک : این عنصر از نخستین سموم شناخته شده براى انسان است(۵) . آرسنیک در تعداد زیادى از سنگ هاى معدن وجود دارد و طى فرایندهاى معدنکارى و صنعتى و کشاورزى به مقدار زیادى در محیط زیست وارد مى شود(۱) .

این عنصر در بسیارى از صنایع کاربرد دارد . همچنین آرسنیک ضمن سوختن سوخت هاى فسیلى آزاد مى شود. بدلیل فراوانى آرسنیک در محیط زیست ، این عنصر بعنوان نخستین منشاء آلوده کننده محیط زیست انسان مطرح است . این عنصر عمدتاً بدلیل تخلیه آب هاى طبیعى از چشمه ها و نهرها به رودخانه ها و نیز از طریق نزولات آسمانى وارد آب مى شود . آرسنیک معمولاً در آب هاى زیرزمینى و سطحى یافت مى شود (۱۱).

۲-   کادمیم : این عنصر با فراوانى کم در اغلب سنگ ها و همچنین در زغال سنگ و نفت و معمولاً همراه عنصر روى وجود دارد(۱) . این عنصر در کانى هاى گوگرد دار بیشتر یافت مى شود . کادمیم احتمالاً سمى ترین عنصر زیستى است زیرا بطور گسترده اى در تولیدات صنعتى مانند پلیت هاى الکتریکى ، پایدارکننده هاى پلاستیک ، باترى ها و آلیاژهاى فلزى ، رنگها ، کاتالیست ها و لوازم دندانپزشکى بکار مى رود(۷)  .  بنظر مى رسد که منبع اصلى آلودگى کادمیم همین فرآیندهاى تولید باشد . کادمیم از طریق بارش جوى و نیز از طریق خوردگى لوله هاى گالوانیزه وارد آب مى شود . این عنصر علاوه بر انسان براى حیوانات نیز سمى محسوب مى شود(۱۰) .

۳-   جیوه : این عنصر که یکى از سمى ترین عناصر است ، به دو فرم نمک هاى معدنى و ترکیبات آلى در طبیعت وجود دارد(۹) . فراوانى جیوه در ذغال سنگ در محدوده ۱۰-۴۶۰۰۰ ppb است (۱). کاربرد اصلى جیوه در وسائل الکتریکى مى باشد . این عنصر همچنین مى تواند از طریق معدنکارى و احتراق سوخت هاى فسیلى وارد محیط زیست شود . بعلت همین تعدد منابع آلودگى ، به عنوان یکى از منابع اصلى آلایندگى محیط ریست مورد بررسى قرار مى گیرد جیوه آلى بسیار کم جذب بدن مى شود . جیوه معدنى عمدتاً در بدن جذب کلیه مى شود . همین نوع جیوه بیشتر در آب وجود دارد(۸) .

             ۴- سلنیم : این عنصر ممکن است در خاک وجود داشته باشد. خاکهایى که بیشتر قلیائى هستند باعث افزایش حلالیت سلنیم در آب مى شوند. این عنصر در دزهاى بالا اثرات سمیت دارد. این اثرات در حیوانات زیاد مشاهده شده است ولى در مورد اثر سمیت سلنیم در انسان گزارشات اندکى وجود دارد(۸).

۵-انتیموان :‌انتیموان بشکل طبیعى در خاک ، آب ها زیرزمینى و آبهاى طبیعى موجود است. این عنصر در سرامیک سازى ، شیشه گرى ، باطرى سازى و غیرو بکار مى رود.

انتیموان مى تواند از طریق هوازدگى سنگ ها ، تولیدات صنعتى و فاضلاب ها وارد آب آشامیدنى شود(۸).

خلاصه اى از قوانین بین المللى استانداردهاى آب سالم

نخستین بار در سال ۱۹۷۴ استاندارد آب آشامیدنى سالم (SDWA) امضاء شد و پس از آن بارها اصلاحاتى بر آن وارد شد(۱). استانداردهاى تعیین شده توسط SDWA  بنام حداکثر سطح آلودگى MCL خوانده مى شوند. مقادیر بکار رفته در این مقاله براى MCL‌ مربوط به آخرین تغییرات این جداول است که در ۱۹۹۴ به امضاء رسیده است(۸),(۱).

خلاصه اى از موقعیت جغرافیائى طالقان

طالقان در منتهى الیه شمال غرب در فاصله ۱۴۰ کیلومترى تهران و در شمال ساوجبلاغ واقع است و در جهت شرقى وغربى گسترده شده است. شرقى ترین نقطه طالقان روستاى گراب  و گردنه عسلک است که به فرماندارى کرج و جاده چالوس منتهى مى شود. غربى ترین نقطه طالقان روستاى پرگه و گردنه انگه است که به ناحیه الموت و استان قزوین منتهى مى شود. ناحیه طالقان در دامنه جنوبى ارتفاعات البرز و رشته کوه دیگرى از البرز که با فاصله متوسط ۶ کیلومتر از آن به                                موازاتش از شرق به غرب امتداد دارد ، واقع شده است. در ناحیه شمال قلل  و گردنه هایى طالقان را از مازندران و قزوین جدا مى کند. ارتفاعات جنوبى طالقان ایت منطقه را از دشت جدا نموده است. در حد فاصل میان دو رشته کوه ، رودخانه شاهرود از شرق به غرب جریان دارد. صدها چشمه و جوى و رود ، به این رودخانه مى پیوندند. اخیراٌ سدى خاکى بر روى این رود بسته شده است. علاوه بر شاهرود ، وجود کوهها و ارتفاعات شمالى و جنوبى طالقان که منبع اصلى ذخیره نزولات آســــمانى است ، موجب شده که آب ذخیره شده در قالب صدها چشمه و جوى در دره ها جریان یافته و موجبات استقرار جمعیت را در مجاورت خود فراهم نماید. وجود هشتاد آبادى – در طالقان مرهون حیات این چشمه ها ورودهاى کوچک هستند. البته در تعداد اندکى از این روستاها از آب چاه بعنوان آب آشامیدنى استفاده مى شود. بیشتر روستاهاى طالقان در دامنه ارتفاعات شمالى و جنوبى منطقه واقع شده اند و تنها تعدادى از آنها در مجاورت شاهرود قرار دارند. عمده اهمیت جغرافیائى طالقان وجود همین چشمه ها و جوى ها و رودهاست.

طول این منطقه از گردنه انگه تا گردنه عسلک قریب ۴۰ کیلومتر و عرض آن بالغ بر ۲۰ کیلومتر است.

(۲)و(۳)

روش کار

محلول هاى مورد استفاده :

۱-      اسکوربیک اسید ( ویتامین C  ) ۱%

۲-      تى اوره  ۱%

۳-      KBH۴     ۱%  + KOH   ۰.۲%

آماده سازى نمونه :

۲۰میلى لیتر از نمونه آب با     ۲.۵   میلى لیتر اسید اسکوربیک ۱ % و   ۲.۵   میلى لیتر تى اوره  ۱ % مخلوط مى شود . این نمونه آماده سازى شده پس از نیم ساعت جهت آنالیز به دستگاه اسپکترومتر فلورسانس اتمى اعمال مى گردد.

آنالیز نمونه :

محلول نمونه و همچنین مخلوط KBH۴ و KOH از طریق دو لوله مجزا وارد یک محفوظه مى شوندو در اثر مجاورت این دو محلول با یکدیگر ، فلزات احیاء شده تبدیل به هیدرید مى گردند و مولکولهاى تولید شده به همراهى گاز آرگون که از طریق لوله دیگرى وارد سیستم مى شوند ، مخلوط شده و به طرف شعله ( َAtomizer)   هدایت مى شوند .شعله در مسیر پرتو خروجى لامپ قرار دارد . در این محل فلزات اتمیزه مى شوند و پرتوهاى لامپ را جذب نموده و مجدداً پرتوهاى فلورسانس تابش مى کنند . به منظور جلوگیرى از تداخل پرتوهاى فلورسانس با پرتوهاى لامپ ، آشکار ساز تحت زاویه ۴۵ درجه نسبت به مسیر پرتو قرار دارد . شدت پرتوهاى فلورسانس ، فراوانى عنصر در نمونه را تعیین مى کند . با بکارگیرى دو آشکار ساز ، امکان آنالیز همزمان دو عنصر وجود دارد .

شرایط دستگاه جهت آنالیز :

نکته: آنالیز کامل این نمونه ها  به روش اسپکترومترى ICP انجام شده است که بدلیل محدودیت صفحات این مقاله از ارائه آنها خوددارى مى گردد.در چهار مورد سختى  کمى بیش از حد استاندارد مشاهده شد.

نتیجه گیرى :

هیچیک از نمونه هاى آب منطقه حاوى مقادیرى بالا از MCL  از عناصر مورد مطالعه نیستند. در آب شاهرود و آب سد مقدارى آرسنیک و آنتیموان مشاهده گردید که علت این آلودگى ها قابل بررسى است همچنین در دو نمونه آب آشامیدنى کادمیوم مشاهده شده است .

مراجع :

۱-اصول کیفیت و تصفیه آب و فاضلاب دکتر محمد شریعت پناهى ، انتشارات دانشگاه تهران- چاپ هفتم ۱۳۸۳

۲-آثار تاریخى طالقان ، ناصر پازوکى طرودى   - اداره کل میراث فرهنگى استان تهران

۳- آشنائى با مشاهیر طالقان ، اسماعیل یعقوبى ، موسسه فرهنگى انتشاراتى محسنى

References:

۱-Tozic Metal chemistry in Marine Environments, Muhammad sadiq king fahd university of petroleum and Minerals. Dhahran۱:city> , Saudi Arabia۱:country-region>۱:place>

۲-Brezonik , P.L., Brauner , P.A.,and Stumm,W.۱۹۷۶.Trace metal analysis by anodic striping voltmetery.Effect of sorption by natural and organic compounds. Water Res.۱۰:۶۰۲-۶۰۵.

۳-Morel,F.M.M and Morel-Laures, N.M.L.۱۹۸۱.Trace metals and planktons in oceans : facts and speculations. In Wong,C.s., Boyle,E., Bruland ,KW., Burton۱:place>۱:city>, J.D., and Goldberg,E.D.(eds),Trace Metals in Sea Water. Plenum Press,New York۱:place>۱:state>,pp,pp. ۸۴۱-۸۶۹.

۴-Stolzberg,R.j.۱۹۷۷.Potential inaccuracy in trace metal speciation measurements by differential pulse. Polarography. Anal.Chim . Acta ۹۲:۱۹۳-۱۹۶.

۵- Nriagu , J.O. ۱۹۸۸ . Asilent epidemic of environmental .metal poisoning . Environ .pollut . ۵۰ : ۱۳۹-۱۶۱.

۶- Lederer, W.H.and Fensterheim ,W.H.۱۹۸۲ , Arsenic. Van Nostrand`Reinhold New york۱:place>۱:state>.

    ۷- Fleischer , M .,Sarofim .A.F., Fassett,D.W., Hammond۱:place>۱:city>    

    ,D.,Shacklelte , H.T., Nisbet , I.C.T. and Esptein , S.۱۹۷۴,  

     Environmental impact of cadmium : a review by the panel on

     Hazardous Trace Substances . Environ . Health . Persp. ۷ : ۲۵۳-۳۲۳.

    ۸- Interpreting Drinking water Quality Analysis :

    Thodore B.Shelton ph.d

     Cook college – Rutgers۱:place> university

      New Brunswick۱:city> NJ۱:state> ۰۸۹۰۳۱:postalcode>۱:place>

      http : //WWW.warud.com/N gatherer/interpret.html

     ۹-Sadiq,M.۱۹۸۹a. Thermodynamic models of mercury forms in the       

    Arabian Gulf۱:place>. Proc.۳^rd National Meeting of Chemists. Dhahran۱۲-۱۴         

    March, ۱۹۸۹,pp.۹۹-۱۰۸.

۱۰-Sadiq,M.۱۹۸۹b.Marine chemistry of cadmium: a comparison of theorerical and field observations. Environ. Technol.Lett.۱۰:۱۰۵۷-۱۰۷۰.

کلید واژه ها: سایر موارد