תוך חתירה למקורות הפסולת וההבנה של ההרכב שלה היא אתגר בסיסי בניהול סביבתי.בעשורים האחרונים, השימוש האנליטי של סמנים כימיים התבגר לטכניקה אמינה, גבוהה-חשיבות לזיהוי מקורות מזוהים, השונה בין רמות טבעיות וזיהוי אנתרופולוגיות הכרחיות, והובלת מאמצי הגנה מפנים.

Defining Chemical Markers and their Role in Waste Forensics

סמנים כימיים, המכונה גם עקבות מולקולריים או תרכובות טביעות אצבע, הם חומרים ספציפיים נוכחותם, ריכוז או יחס איזוטופי יכול להיות מקושר באופן חד משמעי למקור פסולת מסוים או תהליך.בניגוד לאינדיקטורים זיהום כללי כגון סך פחמן אורגני או ביקוש חמצן ביוכימי, סמנים מספקים רמות ספציפיות למקור, לדוגמה, פרופיל ייחודי של היפאני במזהמים דליקים נפט, להבדיל מצריכת שמן גסהמים, אך ניתן למנוע ממולקולות נדירות.

[ה] הערך המדעי של סמנים כימיים הוא ביכולתם לענות על שלוש שאלות הקשורות: מהורשים] 1 הוא הפסולת המורכבת מ-FLT:2 היכן ש-FLT 3] הגיע ממנה? מקורות סודיות:5 האם היא פועלת פעם אחת על ידי התייחסות לשאלות אלה, סמנים תומכים בנספחים של אישור מקור - הקצאת כמותית של פעולות הגנה על ידי הסוכנות להגנת הסביבה (EPA) ו-Properic Deferation for the Environmental Deferative Agency for the Environmental Deforative Agency.

קטגוריות של מרקים כימיים

סמנים כימיים נופלים לקטגוריות רחבות המבוססות על טבעם הכימי ועל סוג המידע שהם מספקים.לכל קטגוריה יש נקודות חוזק ספציפיות, שיטות זיהוי ויישומים טיפוסיים.

אורגני

סמנים אורגניים כוללים מגוון עצום של חומרים, ממולקולות ביוגניות טבעיות לכימיקלים תעשייתיים סינתטיים. Polycyclic ramicamidems (PAHs) הם בין הסמן האורגני הנפוץ ביותר של ההפצה שלהם - היחס של סימון ההורה PAHs ל- alkylated homologs - יכול להבדיל בין מקורות פוליגרגניים (בעירה, כגון: crutic) ומקורות חשמליים (מסוגים רדיואקטיביים).

אלמנטים אורגניים ומתכת כבדה

מתכות כבדות כמועופרת, כספית, קדמיום, כרום, ואסרניק הם סמנים אורגניים קלאסיים, יחסי ריכוז שלהם ודפוסי מרחביים לעתים קרובות מצביעים על תעשיות ספציפיות.לדוגמה, יחס מוביל גבוה אל-זנק עשוי להצביע על פעולות smelting, בעוד שיחסי סלניום מוגבר קשורים לרכיבי פחם, פחות נפוצים כגון thall, אנטי-mony, ו- beilry יכולים להיות ניתוח סוללות ייחודי (Ric) כולל IP2Riculatoricial) הוא גם כן, כולל IP2 / 2.

חתימה איפואית

איזוטופים סטריים של אלמנטים קלים (פחמן, מימן, חנקן, חמצן, גופרית) ואיזוטופים רדיואקטיביים (strontium, ניאודימיום, להוביל) מספקים כמה מכלים המתקדמים החזקים ביותר.יחס של 13C עד 12C ( ⁇ 13C) יכול להבדיל בין חומר אורגני מצמחים אל מול אצות סינתטית, או בין גופי דלק מאובן-מפוטנטיים (N) הוא יעיל של פחמן (NUM) או מינרלים) הוא מים שפכים (NUMFic) או מינרלים (NUM) או מינרלים מודרניים (NUM) או מינרלים).

מרקים ביולוגיים ופקליים

במעקב אחר מקור הפסולת, סמנים ביולוגיים מיקרוביאליים ומולקוליים משמשים יותר ויותר לצד אלה כימיים. pcal sterols כגון coprostanol ו-Epicoprostanol משמשים כאינדיקטורים כימיים של זיהום לב אנושי. Caffeine, ממתיקים מלאכותיים (למשל, סממנים כימיים מורכבים), ותרכובות תרופות משמשים באופן נרחב כאתרי מים מקומיים אפילו בריכוז נמוך מאוד.

שיטות אנליטיות ופרשנות נתונים

היישום המוצלח של סמנים כימיים תלוי בפרוטוקולים אנליטיים חזקים וטיפול סטטיסטי זהיר.אסטרטגיה סמפלינג חייב לקחת בחשבון עבור חלליות וזמניות - לדוגמה, דגימות מורכבות על מחזור tidal מלא בסביבות estuarine או עומק מדגימות עמוק באגמים סטראטים, לאחר שנאספו, דגימות לעבור מיצוי (מיצוי חד-פעמי עבור דגימות מפוזה, Soxh או ניתוח מעמיק), כולל ניתוח איכות מוצק, כולל ניתוח מאובטח.

פרשנות נתונים משתמשת לעתים קרובות בטכניקות סטטיסטיות מרובותvariate (PCA), מטבוליזם חיובי (PMF), או מאזן המוני כימי (CMB) כלים אלה מאפשרים לחוקרים לגוון את התרומות של מקורות מרובים מפרופיל כימי נמדד.לדוגמה, דגימה מים המכיל תערובת של הרש"פ מריצה עירונית, הערכה אטמוספירלית, ושחרור תעשייתי יכול להיות מופרד מתמטית לפרופיל כימי רחב של GLTS (ה) באמצעות סוגים שונים של תכונות איכותיות (A) של תכונות שונות של תכונות שונות של תכונות).

תגיות Waste Source Identification

פסולת עירונית ו Landfill Leachate

סמנים כימיים מסייעים לזהות את ההרכב של פסולת מוצקה עירונית (MSW) ו לעקוב אחר הגירה הקרקעית. Phthalates (פלסטיק), bisphenol A (BPA), ולאylphenol ethoxylates הם סמנים נפוצים עבור פסולת פלסטיק.נוכחות של תרכובות אלה במים קרקעיים למטה של השפעה נחטה, יחסי מין מסוימים של מתמוססים מסוכנים (מפרקים) בין רשויות אורגניות פתוח פתוח) לבין פסולת פתוחה לתוך דגימות מים טהורות.

פסולת תעשייתית ומסוכנת

תהליכים תעשייתיים מייצרים זרמי פסולת עם טביעות אצבע כימיות ייחודיות.לדוגמה, תעשיית הטקסטיל שמטילה את צבעי אנתראנקיון מבוססי צבעים מבוססי אנתראנקין וחרקים כלורוינטים; פעולות אלקטרו-מחדש לתרום hexavalent chromium ו- cyanide Complexes; ייצור תרופות מניבות חומרים פרמצבטיים פעילים (APIs) אשר נמשכות ב-recereceretation.

ריצה חקלאית ופסולת Livestock

החקלאות היא מקור לא נקודתי עיקרי של זיהום. סמנים כימיים מאפשרים הפרדה של השמדה מחוסמת שחיקה מפרי ומניפסט חומרי הדברה.פרופיל סטרול של מנורה בעלי חיים - יחס שונה של סטיגסטינול, קמפינגול ו-β-sitosterol - יכול לזהות את המין (עופות נגד אגן חזירים) לתרום לזיהום מים אנטיביוטיקה ומשמשים לסימנים מסחריים נוספים של מיסיסיפי (מתקני מזון) כמתנים אחרים של מקסיקו, לעומת חנקן, אשר השפיעו על פני חנקן, 70%) כמפעילים, כלומר, כלומר, כלומר, כלומר, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000,

« מים חמים ופחמי שמן

אולי היישום הגבוה ביותר של סמנים כימיים הוא לשפוך שמן נזילות.כאשר שמן שפך מתרחשת, מדענים אוספים דגימות מן השקלק, סביב מים, וכלי מקור פוטנציאליים או צינורות.הם לאחר מכן לנתח את פרופיל פחמי באמצעות GC-MS, מחפש יחסים אבחון כגון יחס פתע / פיאטאן, חלוקת צינורות ו rananes, ומבדיל את סימני מזג האוויר הכבדים (Fonn) לאחר פיזור כבד של פחמן (Fed) של מים).

מחקר מקרה: ניצול מקורות פסולת בשמיכות עירוניות

חקירה מקיפה באזור המים העירוני בצפון מזרח ארצות הברית ממחישה את העוצמה של גישה רב-סימןית.אזור המחקר כלל תערובת של שכונות מגורים, תעשייה קלה, תחנת טיפול במים שפכים (WTP), וחילת אדמה היסטורית שנאספו מים משטח ודגימות משקעים ב -30 אתרים במשך שנתיים וניתחה אותם עבור חבילה של סמנים: strolscalsol, sucral, ozose, cdscose, CR, CR.

התוצאות הראו כי ה-WTP effluent היה המקור הדומיננטי של סמנים אנושיים ו- sucralose, עם ריכוזים הפחיתו באופן אקספונציאלי במורד הזרם.אזורים תעשייתיים תרמו אבץ גבוה ועופרת, עם יחס Pb איזוטופים התאפשר לחתימות אורפטיות ממפעל סוללות מקומי שסגר ב-Hgetation הראשי של 1980s (מעבורת שטח), נשלטת על ידי ניתוח תת-מושבה-אווירה גבוה (מרכיב פחמן-אוויר) ליד חנקן) של אמצעי חניה (מרכיב צמחייה) ליד תחנת חניה ירוקה (מרכיבי) של אמצעי אחסון (מרכיבי) סמוך לאומים של אמצעי אחסון (מרכיבי) של אמצעי אחסון) מרכב אחורי (מרכיב צמחי מרפא) סמוך לאוגניבהלטרה-אווירהידחסון) מרכב אחורי (מרכיב צמחי מרפא) סמוך לאומטרהמולקולגניבהיר) מרכב אחורי (מסלולארי) ליד תחנת חניה ב-אווירה) סמוך לאטום) מרכב אחורי (מרכיב צמחי מרפאה של אמצעי אחסון ב-אווירה של אמצעי אחסון ב-אווירה של אמצעי אחסון ב-אווירה) מרכב אחורי (מפרקוגניבה

יתרונות ומגבלות של גישות מרק כימיקלים

כוח

  • (ב) ⁇ :0) ⁇ גבוה: כאשר נבחר בקפידה, סימן יחיד או יחס יכול לזהות באופן חד-משמעי מקור פסולת, אפילו בתערובת מורכבת.
  • (FLT:0)Quantitative Source Apportion: ההרחבה: IRLT:1 עם מודלים סטטיסטיים מתאימים, סמנים מאפשרים חישוב התרומה היחסית של כל מקור לעומס זיהום הכולל.
  • (FLT:0) אמינות בכל אמצעי התקשורת: FLT:1rea Chemical Signsers ניתן למדוד במים, בשקודה, אדמה, אוויר, ביוטה ואפילו שיער אנושי או דם, המאפשרים הערכת חשיפה מקיפה.
  • (ב) ⁇ :0) ⁇ ⁇ ⁇ : ⁇ 1 (ב) , הגופים המשפטיים והחקיקה מקבלים ראיות מבוססות סימון בפעולות אכיפה, משום שהשיטות הן מותאמות אישית וסטנדרטיתנות.
  • (FLT:0) שחזור היסטוריטורי: דגימות מחסניות 1 (הטבעת עץ, טבעות עץ, דגימות מוזיאון) ניתן לנתח עבור סמנים כדי לשחזר את ההיסטוריה של זיהום במשך עשרות שנים או מאות שנים.

הגבלות

  • (FLT:0) Cost and Complexentiment: FLT:1 (GC-MS, LC-MS /MS, ICP-MS, isotopeיחס מסה ספקטרומטריה) דורש השקעה משמעותית הון ומפעילים מיומנים.
  • (FLT:0) השפלה סביבתית:FLT:1 מארקרס עלול לעבור ביוביוטיקה או טרנספורמציה ביוטית (למשל, photolysis, hydrolysis, microbial השפלה), שינוי הריכוז או החתימה שלהם לאורך זמן.
  • (FLT:0) התערבות אחורית: 1.באזורים עם מקורות זיהום מרובים, סמנים עשויים לחפוף, הדורשים ניתוח ברזולוציה גבוהה ודה-convolution סטטיסטית זהירה.
  • (ב) לא כל סוגי הפסולת אפיינו פרופילים כימיים.התעוררו מזהמים (למשל, מיקרופלסטיק, חלקיקים), חוסר מאגרים) לא היו קבוצות סימון מבוססות.
  • (FLT:0) דגימת לכידת יחיד עשויה להחמיץ מהדורות אפיזודיות (למשל, תפירה משולבת של מעליות במהלך אירועי גשם).

כיוונים עתידיים ומגמות מתפתחות

תחום הסמן הכימי מתפתח במהירות.כיוון מבטיח אחד הוא השימוש בניתוח לא-מעובד (NTA) עם ספקטרומטריה המונית ברזולוציה גבוהה במקום לחפש סמנים ידועים, NTA מאפשר למדענים לזהות אלפי תרכובות לא ידועות ולהשתמש בקונפורציה סטטיסטית כדי לזהות סמנים חדשים. גישה זו כבר חשפה חומצות מושפעות כסמן של מוצרים מלאכותיים וממתיקים כמו אינדיקטורים של מים ממים ממים ממים.

גבול נוסף הוא שילוב של סמנים כימיים עם מערכות מידע מרוחקות וגיאוגרפיות (GIS) צילומי לוויין יכולים לזהות מקורות פסולת פוטנציאליים (למשל, אתרי ייבוש בלתי חוקיים, אזורי תעשייה), ואמת קרקע עם סמנים כימיים מאשרים את המקורות האלה.מכונה למידה אלגוריתמים על נתונים כימיים גדולים יכול לחזות תרומות מקור מהנתונים ניטור שגרתי, צמצום הצורך בניתוח מעמיק.

לבסוף, טביעת אצבע איזוטופית מתרחבת מעבר לאלמנטים מסורתיים של אור.איזוטופים יציבים שאינם מסורתיים כגון אלה של כרום, נחושת, אבץ, וכספים משמשים כדי לעקוב אחר פסולת תעשייתית יותר בדיוק.לדוגמה, ⁇ 66Zn בפלדה גליונית גלונדנית פועל שונה מזה בלבוש צמיגים, ומאפשרת מחיאות טובות יותר של כביש מרוצף.

מסקנה

סמנים כימיים שינו את התחום של מקור הפסולת מעקב אחר משחק ניחוש איכותני למדע קפדני, מונע נתונים.על ידי מינוף החתימות המולקולריות והאקוטופיות הייחודיות הטבועים לזרמים שונים, מנהלי סביבה יכולים למקם מקורות זיהום, להקצות אחריות, ועיצוב אסטרטגיות תגמול יעילות של עלויות, כמו טכניקות אנליטיות הופכות רגישות וזמינות יותר, היישום של סממנים כימיים רק להרחיב, כיסוי חדש של כיתות פחמן ורשתות בטיחות מורכבות, כמו גם לערים.