Нефть и продукты ее переработки – наиболее распространенные и опасные вещества, загрязняющие грунтовые и поверхностные воды. В большинстве случаев масштабное загрязнение происходит вследствие аварий при добыче, транспортировке и хранении нефтепродуктов, а также источником загрязнений являются сточные воды нефтеперерабатывающих заводов, не прошедшие достаточной очисти.
Поступление нефтепродуктов в воду сопровождается образованием пленок, но с течением времени происходит распределение компонентов в различные формы миграции. Причиной является то, что нефтепродукты представляют собой сложную смесь соединений, обладающих существенно различающимися между собой свойствами. Таким образом, компоненты, относящиеся к нерастворимым и малолетучим, образуют тонкую пленку на поверхности водоема, легкие нефтепродукты частично растворяются в воде или образуют эмульсию, а тяжелые – сорбируются на донных отложениях.
Нефтяная пленка существенно ухудшает газообмен и испарение на границе атмосфера-гидросфера, в результате гибнут планктон, водная флора, рыбы, морские животные и т.д.
В настоящее время существует ряд методов для экологического мониторинга нефтяных загрязнений. К основным методам физико-химического анализа, применяющимся для определения содержания нефтепродуктов в воде, относятся гравиметрический, ИК-спектрометрический, флуориметрический и газохроматографический, каждый из которых имеет свои преимущества и недостатки.
Гравиметрический метод, как правило, используется при анализе природных вод и промышленных стоков, имеющих довольно высокую концентрацию нефтепродуктов. Он основан на экстракции компонентов нефти из пробы малополярными растворителями, очистке экстракта от полярных органических веществ с помощью специальных сорбентов, удалении экстрагента путем его выпаривания и взвешивании остатка. Гравиметрический метод можно отнести к «абсолютным» методам аналитической химии, так как для его применения не требуется предварительная градуировка средств измерения и наличие стандартных образцов проб. Однако данный метод не может использоваться для определения низких концентраций нефтепродуктов, поскольку нижняя граница диапазона измерений составляет 0,3 мг/дм³, а например, для питьевой воды предельно допустимая концентрация – 0,1 мг/дм³.
Метод ИК-спектрометрии согласно ГОСТ Р 51797-2001 установлен в качестве арбитражного для определения нефтепродуктов в питьевой воде. К основным стадиям анализа с помощью ИК-спектрометрического метода относятся экстракция нефтепродуктов из пробы органическим растворителем, очистка экстракта от полярных соединений методом колоночной хроматографии, последующая регистрация интенсивности спектра поглощения С-Н связей в диапазоне волновых чисел 2700–3150 см
и определение концентрации нефтепродуктов по оптической плотности или площади спектра. Главное преимущество метода – слабая зависимость аналитического сигнала от типа загрязняющего пробу нефтепродукта, т.е. есть возможность совместного определения содержания летучих и нелетучих компонентов. Существенным недостатком является применение в качестве экстрагентов высокотоксичных веществ (четыреххлористый углерод, хладон 113).
Основой флуориметрического метода является экстракция нефтепродуктов гексаном. При необходимости экстракт очищается, после чего производится измерение интенсивности его флуоресценции, которая возникает в результате оптического возбуждения. Основные достоинства данного метода – экспрессность, высокая чувствительность, малые объемы исследуемой пробы. Но, несмотря на это, флуориметрический метод не пригоден для массового экологического контроля, так как в нем аналитический сигнал формируют только ароматические углеводороды, а их доля зависит от природы нефтепродуктов и может быть очень мала. Таким образом, существует вероятность получения недостоверного результата.
Газохроматографический метод – один из наиболее перспективных физико-химических методов анализа. Он основан на экстракции нефтепродуктов из анализируемой пробы. Извлеченный и очищенный от полярных соединений экстракт анализируют на газовом хроматографе. В качестве аналитического сигнала выступает суммарная площадь хроматографических пиков углеводородов. Газохроматографическая методика была разработана и успешно применялась в системе контрольных лабораторий Мосводоканала в 1985-1995 гг., аттестована Госстандартом РФ и является наиболее надежным и информативным способом определения нефтепродуктов в любых природных и сточных водах, а также в питьевой (водопроводной) воде. С помощью газохроматографического метода можно не только установить суммарное содержание нефтепродуктов в воде, но и идентифицировать отдельные углеводороды, что в свою очередь позволяет определить источник загрязнения.
Содержание нефтепродуктов – один из важнейших показателей, характеризующих качественное состояние водных объектов. Для того чтобы снизить риск масштабного загрязнения гидросферы нефтепродуктами, необходимо осуществлять систематический контроль качества воды с использованием высокоэффективных методов.