منبع پایان نامه با موضوع زیست محیطی، آلودگی محیط زیست، نمونه برداری، محیط زیست

(〖NH〗_(2 )OH.HCl) 5/0مولار (pH با اسید استیک بر روی 2 تنظیم شده) به بخش جامد باقیمانده از مرحله قبل.
همزدن نمونه به مدت 16 ساعت در دمای اتاق با استفاده از همزن اتوماتیک با سرعت400 دور در دقیقه
جداکردن محلول استخراج شده از جامد از راه سانتریفیوژ نمونه به مدت 20 دقیقه با سرعت 3800دور در دقیقه و جداسازی بخش محلول نگهداری نمونه در ظروف پلی اتیلن در دمای 4درجه سانتیگراد تا زمان تجزیه
آماده کردن بخش جامد باقیمانده برای مرحله سوم شامل شستن نمونه با20میلی‌لیتر آب مقطر دوبار تقطیر شده و قراردادن آن در دستگاه همزن اتوماتیک به مدت 15 دقیقه و سپس سانتریفیوژ کردن به مدت 20 دقیقه و دورریختن آب روی آن و جداکردن بخش جامد
ج: مرحله سوم تعیین جزء اکسایشی
اضافه کردن 10میلی لیتر هیدروژن پراکسید 8/8 مولار (H_2 O_2) به بخش جامد باقیمانده از مرحله قبل، قراردادن درپوش شیشه‌ای بر روی آن
نمونه به مدت یک ساعت در دمای اتاق واکنش داده و در طی این مدت گاهی ظرف حاوی نمونه با دست تکان داده شده و در پوش شیشه ای بصورت نیم‌باز بر روی آن قرار گیرد (بعلت وجود واکنش‌های شدید در نمونه‌های خاک دارای ماده آلی زیاد).
ادامه فرایند انحلال همراه با گرم کردن نمونه در دمایC˚95 و همزدن غیر متناوب ظروف حاوی نمونه به مدت 5ساعت (حجم بخش محلول در اثر گرما در این مرحله به کمتر از 5 میلی‌لیتر کاهش یافت).
تکرار مرحله دوم و سوم
بعد از سرد شدن کامل،50 میلی لیتر آمونیوم استات یک مولار که pH آن با استفاده از اسید نیتریک بر روی 2 تنظیم شده بود به نمونه اضافه شد.
همزدن نمونه به مدت 16 ساعت در دمای معمولی اتاق با سرعت 400دور در دقیقه
جداکردن بخش محلول از جامد با سانتریفیوژ کردن نمونه به مدت 20 دقیقه با سرعت 3800 دور در دقیقه، و جداسازی بخش محلول نگهداری نمونه در ظروف پلی اتیلن و نگهداری آن در دمای 4 درجه سانتیگراد تا زمان تجزیه
آماده سازی بخش جامد باقیمانده برای مرحله آخر
د: مرحله چهارم تعیین عناصر موجود در بخش باقیمانده
اضافه کردن 5/0-1میلی لیتر آب مقطر دوبار تقطیر شده به بخش جامد باقیمانده از مرحله قبل
اضافه کردن 7میلی‌لیتر HCl12مولار و به دنبال آن 3/2 میلی‌لیتر 〖HNO〗_38/15 مولار
قرار دادن نمونه به مدت 16ساعت در دمای اتاق به منظور اکسایش کند مواد آلی خاک
قرار دادن نمونه در حمام خشک و اضافه کردن دمای حمام تا رسیدن به شرایط پایدار در نمونه
قرار دادن نمونه به مدت 2ساعت درشرایط پایدار
جداکردن بخش محلول از جامد با استفاده از کاغذ فیلتر45/0میکرون
شستشوی بخش جامد باقیمانده با 5/0مول〖HNO〗_3
اضافه کردن 5/0مول〖HNO〗_3 به حجم درون ارلن
رساندن حجم درون ارلن به 50 میلی‌لیتر با استفاده از آب مقطر
قراردادن نمونه در ظروف پلی اتیلن و نگهداری آن در دمای 4 درجه سانتیگراد تا زمان آنالیز

شکل3-8-نمایی ازانجام مرحله چهارم BCR بر روی نمونه‌های موجود

3-8-نمونه‌برداری از غبار دودکش

برای تعیین ترکیب شیمیایی عناصر مختلف در غبار دودکش کارخانه ذوب خاتون آباد که منبع اصلی آلودگی محیط زیست اطراف کارخانه می‌باشد، نمونه برداری از غبار دودکش انجام گرفت.

3-9-روشهای تجزیه نمونه‌ها

نمونه‌های خاک و همچنین محلولهای بدست آمده از مراحل مختلف استخراج گزینشی برای تجزیه به آزمایشگاه ACME کانادا ارسال شد. تجزیه نمونه‌ها توسط دستگاه ICP-MS برای مجموعه‌ای از عناصر انجام شد. در ادامه روشهای تجزیه نمونه‌ها بر اساس غلظت کل عنصر در نمونه‌های مختلف و همچنین غلظت عناصر در محلول‌های حاصل از روش تفکیک شیمیایی شرح داده شده است.

3-9-1- سنجش غلظت کل عناصر (Total Concentration) در نمونه‌های جامد
غلظت کل (Total Concentration) عناصر در نمونه‌های جامد خاک با استفاده از دستگاه ICP-MS در آزمایشگاه ACMEکانادا اندازه‌گیری شد. جدول3-3حد آشکارسازی و روش اندازه‌گیری عناصر مختلف در نمونه‌های خاک را نشان می‌دهد.

جدول3-3حد آشکارسازی و روش اندازه‌گیری عناصر مختلف در نمونه‌های خاک
روش سنجش
ICP-MS
عنصر
Cd
Co
Sb
Sn
Fe
S
Zn
Pb
Ni
Mn
Mo
Cr
Cu
Bi
As
Al
واحد
ppm
ppm
ppm
ppm
ppm
%
ppm
ppm
ppm
ppm
ppm
ppm
ppm
ppm
ppm
%
حدآشکارسازی
0.02
0.2
0.02
0.1
0.02
0.04
0.2
0.02
0.1
2
0.05
1
0.02
0.04
0.2
0.02

3-9-2- سنجش عناصر در محلولهای حاصل از روش اصلاح شده BCR
برای سنجش غلظت عناصر در محلول های استخراج شده حاصل از روش BCR، نمونه ها به آزمایشگاه Acme کانادا ارسال شدند. حد آشکار سازی هریک از عناصر سمناک مورد نظر در آزمایشگاه مذکور در جدول3-4 نشان داده شده‌است.
جدول3-4- حد آشکارسازی (detection limit) دستگاهICP در آزمایشگاه Acme کانادا برای سنجش عناصر مختلف در محلول‌های حاصل از روش استخراج گزینشیBCR
روش سنجش
ICP-MS
عنصر
Fe
Cu
As
Al
Pb
Zn
Mn
S
Cr
Ni
Mo
Sr
واحد
ppb
ppb
ppb
ppb
ppb
ppb
ppb
ppm
ppb
ppb
ppb
ppb
حدتشخیص
10
0.1
0.5
1
0.1
0.5
0.05
1
0.5
0.2
0.1
0.01

3-10-شاخص های زیست محیطی استفاده شده برای تحلیل نتایج

در پژوهشهای زیست محیطی برخی از شاخص های محاسباتی وجود دارند که بر مبنای آنها نوع عنصر آلوده و شدت آلودگی مورد ارزیابی قرار می‏گیرد. این شاخص ها با استفاده از غلظت کل (total concentration) عناصر سمناک محاسبه و از آنها برای مقایسه، ارزیابی، پایش و همچنین مدیریت اثر عناصر آلاینده استفاده می‏شود. برخی از محققین نیز مقیاس هایی را برای تبدیل نتایج عددی بدست آمده به درجه هایی از شدت آلودگی پیشنهاد کرده اند (Salomons and Forstner, 1984; Muller, 1969; Hakanson, 1980). نکته قابل توجه اینکه هیچکدام از شاخص های زیست محیطی ارائه شده اطلاعاتی در زمینه نوع گونه شیمیایی و یا شکل حضور عناصر، انحلال پذیری و زیست دسترس پذیری آنها فراهم نمی‏آورند (Lopez- Sanchez et al., 1998; Weisz et al., 2000). همچنین نتایج حاصل از چنین روشهایی حاوی اطلاعات ضعیفی در زمینه اثرات بوم‌شناختی و یا زیستی فلزات آلاینده می‏باشند (Chakrabarti et al., 1994). به رغم تمام محدودیتهای ذکر شده ، شاخص های آلودگی کماکان توسط بسیاری از محققین برای تحلیل داده های عناصر سمناک در محیط های زمین شیمیایی استفاده می‏شوند. در ادامه برخی از مهمترین این شاخص ها که در این پژوهش نیز استفاده شده اند، شرح داده می‏شوند.

3-10-1- شاخص آلودگی
این شاخص یکی از ساده ترین روابط تعیین میزان غنی شدگی هر یک از عناصر آلاینده در نمونه های آب، خاک و یا رسوب می باشد که بر اساس رابطه3-1محاسبه می شود (Hakanson, 1980):
(رابطه3-1 ) CF= C_n/B_n
در رابطه فوق C_nغلظت عنصر در نمونه آلوده و B_n غلظت همان عنصر در نمونه استاندارد، شیل میانگین (Wedepohl, 1961)، پوسته زمین و یا غلظت زمینه طبیعی منطقه است. از ضریب آلودگی در محاسبه بسیاری از شاخص های دیگر مانند شاخص آلودگی رسوب، درجه اصلاح شده آلودگی و شاخص بار آلودگی نیز استفاده می‏شود.

3-10-2-شاخص بهنجاریده غنی شدگی (normalaized enrichment factor)

این شاخص یکی از رایج‌ترین روشهای تخمین شدت اثرات آلودگیهایی با منشأ انسانزاد در نمونه های خاک و رسوب می‏باشد. از طریق این شاخص مقدار غنی شدگی عناصر بالقوه سمناک توسط یک عنصر مرجع مانند (Ravichandran et al., 1995) Al,Feو یاSc (Shotyk, et al., 2000)به عنوان عنصر بهنجار کننده محاسبه می‏شود. رابطه3-2شیوه محاسبه شاخص بهنجار شده غنی شدگی را نشان می‏دهد.
(رابطه3-2) EF= (〖[C〗_n⁄(Sc] plluted sediment))/(〖[B〗_n⁄(Sc]local background value))
در رابطه فوقC_nغلظت عنصر در نمونه آلوده، و B_n غلظت همان عنصر در نمونه زمینه طبیعی منطقه می‏باشد. در این پژوهش از عنصرSc به عنوان عنصر مرجع بهنجارکننده استفاده شد؛ زیرا مطالعات صورت گرفته حاکی از آن است که این عنصر می تواند جایگزین مناسبی برای عناصرTiو Y, Fe, Al باشد (Shotyk et al., 2000). بطور معمول ضریب غنی شدگی بین 1-5/0، کمتر از 1 را بعنوان تغییرات طبیعی و مقدار بیش از 2 و یا بیش از 3 را بعنوان غنی شدگی نسبت به زمینه طبیعی در نظر می‌گیرند.

3-10-3- شاخص زمین انباشت) (Geoaccumulation Index, I_geo
این شاخص یکی از کاربردی ترین شاخص های زیست محیطی است که ابتدا توسط Muller در سال1969پیشنهاد شد و سپس توسط Fostnerو همکاران 1990 برای اندازه گیری درجه کمّی آلودگی فلزات در رسوبات مورد استفاده قرار گرفت. این شاخص بر اساس رابطه3-3محاسبه می‏شود.
(رابطه3-3) I_geo= 〖log〗_2(Cn/(1.5 Bn))
در رابطه فوق همانند سایر شاخص هاC_n غلظت عنصر مورد نظر در نمونه آلوده و B_n مقدار همان عنصر در نمونه مرجع، زمینه محلی و یا استاندارد می‏باشد. در رابطه فوق ضریب5/1به عنوان عامل تصحیح برای شار طبیعی یا زمین شناختی عناصر در نظر گرفته شده است. نتایج بدست آمده از ضریب و یا شاخص زمین انباشت به رده های متفاوتی از آلودگی تقسیم می‏شوند (جدول3-5).

جدول3-5-شدت آلودگی در نمونه‌های رسوب و خاک براساس شاخص زمین انباشت (I_geo)
مقدارI_geo
کلاسI_geo
درجه آلودگی
0
1-0
2-1
3-2
4-3
5-4
5
1
2
3
4
5
6
7
غیر آلوده
غیرآلوده تا اندکی آلوده
آلودگی متوسط
آلودگی متوسط تا زیاد
آلودگی زیاد
آلودگی زیاد تا شدید
به شدت آلوده

3-10-4-شاخص بار آلودگی (Pollution Load index.PLI)
بر اساس این شاخص نیز کیفیت نمونه خاک و یا رسوب بر مبنای غلظت تمام عناصر آلوده مورد ارزیابی قرار می‏گیرد. شاخص بار آلودگیPLI بر اساس رابطه3-4محاسبه می‏شود (Tomlinson et al., 1980).
(رابطه3-4)PLI=√(n&CF1×CF2×CF3×….×CFn )
در رابطه فوقCFشاخص آلودگی و nتعداد عناصر آلاینده می‏باشد. اگر حاصل رابطه فوق کمتر از یک بود، نمونه مورد نظر فاقد آلودگی و اگر بیشتر از یک باشد دارای منشأ آلودگی انسانزاد ارزیابی می‏شود.

3-10-5-شاخص اصلاح شده درجه آلودگی
((modified degree of contamination, mC_d
این شاخص توسط Abrahim در سال 2005پیشنهاد شد. همانند شاخص بار آلودگی (PLI) از مجموع ضرایب آلودگی (CF) عناصر آلاینده مختلف در محاسبه شاخص اصلاح شده درجه آلودگی (mC_d)نیز استفاده می‌شود.
(رابطه3-5) mCd= (∑_(i=1)^n▒CF)/n
در رابطه فوقn تعداد عناصر آلاینده CF ضریب آلودگی می باشد. بر مبنای مقادیر بدست آمده برای mC_dکیفیت خاک و یا رسوب را می توان به رده ها و یا گروههای متعددی از شدت آلودگی تقسیم کرد (جدول3-6).

جدول3-6-رده‌های متفاوت آلودگی براساس شاخص اصلاح‌شده درجه آلودگی
mCd عدد حاصل از محاسبه
کیفیت نمونه رسوب و یا خاک
5/1
5/1 mCd2
4 mCd 2
8 mCd 4
16 mCd 8
32 mCd 16
32≥
آلودگی کم و یا بسیار ناچیز
آلودگی کم
آلودگی متوسط
آلودگی بالا
آلودگی بسیار بالا
نمونه به شدت آلوده
نمونه فوق العاده آلوده

3-10-6-ضریب تحرک و درجات ارزیابی خطر (mobility factor and risk assessment code)
زمانیکه غلظت یک فلز سمناک بر اساس انواع گوناگونی از شکل حضور آن در محیط های زمین شناختی تعیین شود، این امکان وجود دارد که پتانسیل تحرک و میزان خطر واقعی آنرا مورد ارزیابی قرار داد. ضریب تحرک یکی از معیارهای برآورد خطر عناصر سمناک می باشد. این ضریب برای هر عنصر بر مبنای درصد اجزاء دارای تحرک پذیری بالا (برای مثال اجزاء انحلال‌پذیر در آب، تبادل پذیر و یا در پیوند با کربناتها) محاسبه می‌شود (Salbu et al., 1998; Narwal et al., 1999; Owor et al., 2006; Shen et al., 2007). ضریب تحرک (MF) هریک از عناصر مورد نظر در محیط های زمین شناختی مختلف بر طبق رابطه3-6 محاسبه شد.
(رابطه3-6) MF=((∑_(i=1)^3▒CFi)/(∑_(i=1)^9▒CFi))×100
رابطه فوق بیانگر مجموع مقدار هر فلز سمناک در اجزاء با انحلال پذیری بالا نسبت به کل اجزاء