Экологическая диагностика является тем инструментом, который позволяет сделать заключение о состоянии среды, а экологический мониторинг – средство постоянного наблюдения за окружающей средой. Химико-аналитический контроль окружающей среды необходим для получения объективных данных о содержании вредных для здоровья человека веществ в среде обитания. Среди методов и средств, которыми располагает современная аналитическая химия, электроаналитические методы занимают одно из первых мест по частоте применения для решения проблем охраны окружающей среды и широко используются в анализе вод, почв, атмосферы и пищевых продуктов.
Для решения этой задачи используют инструментальные методы современной аналитической химии, основанные на измерении различных физических свойств определяемых веществ или продуктов их химических превращений (аналитических реакций) с помощью физических и физико-химических приборов. Результат измерения, несущий химико-аналитическую информацию, часто называют аналитическим сигналом.
Спектроскопические методы анализа основаны на использовании взаимодействия атомов или молекул определяемых веществ с электромагнитным излучением широкого диапазона энергий.
Ценную информацию в анализе вод предоставляют электрохимические методы анализа: потенциометрия, полярографические и кулонометрические методы.
Исключительно мощное средство контроля загрязнения различных объектов окружающей среды – хроматографические методы, позволяющие анализировать сложные смеси компонентов. Важное значение приобрели тонкослойная, газожидкостная и высокоэффективная жидкостная и ионная хроматография. Так определяют пестициды, полихлорированные бифенилы, диоксины, нитрозоамины и другие токсичные вещества. Ионная хроматография удобна при анализе катионного и анионного составов вод.
Химическая информация о качестве окружающей среды очень важна. Однако даже все аналитические методы не в состоянии охватить функциональное разнообразие загрязняющих веществ. Не дают они и прямой информации об их биологической опасности. Это задача биологических методов. Результаты наблюдений за изменениями состояния биосферы используют для оценок и прогноза. Эта грандиозная и одна из серьезнейших проблем предопределяет высокую требовательность к правильности результатов химико-аналитического исследования природной среды.
Биологические методы контроля воздействия - это характеристика состояния экосистемы по растительному и животному населению.
Биоиндикация – оценка качества среды обитания и ее отдельных характеристик по состоянию ее биоты в природных условиях. Для учета изменения среды под действием антропогенного фактора составляются списки индикаторных организмов.
Биоиндикатор – группа особей одного вида или сообщества, по наличию или по состоянию которых, а также по их поведению судят о естественных и антропогенных изменениях в среде.
Биоиндикационные методы оценки состояния окружающей среды являются перспективным направлением прикладных экологических исследований. Эти методы позволяют проводить интегральную оценку «здоровья среды», под которым в самом общем смысле понимается состояние (качество) среды, необходимое для обеспечения здоровья человека и других видов живых существ.
При сбросе в водоем токсических веществ, содержащихся в промышленных сточных водах, происходит угнетение и обеднение фитопланктона.
При обогащении водоемов биогенными веществами, содержащимися, например, в бытовых стоках, значительно повышается продуктивность фитопланктона.
При перегрузке водоемов биогенами возникает бурное развитие планктонных водорослей, окрашивающих воду в зеленый, сине-зеленый, золотистый, бурый или красный цвет («цветение» воды).
Наиболее достоверными индикаторами среди них являются легочные моллюски, особенно катушки и речные чашечки. Положительные результаты дает также оценка качества воды по личинкам насекомых. Свободно живущие личинки ручейников, а также поденок являются наиболее чувствительными организмами.
Лучший индикатор опасных загрязнений – прибрежное обрастание, располагающееся на поверхностных предметах у кромки воды. В чистых водоемах эти обрастания ярко-зеленого цвета или имеют буроватый оттенок.
Масса трубочника, мотыля, червеобразные пиявки при отсутствии плоских, крыски, масса мокрецов
Грязная. Неблагополучная. Техническое
Макробеспозвоночных нет
Очень грязная. Неблагополучная. Техническое с очисткой
Биоиндикация воздуха проводится при помощи листьев древесных растений, хвои, лишайников и т.п. почвы при помощи водорослей и т.д.
Биотестирование – оценка в лабораторных условиях качества объектов окружающей среды с использованием живых организмов.
Ответным сигналом простейших на изменение химического состава среды является раздражение, приводящее к каким-либо изменениям других биохимических и физиологических функций организма.
Наиболее изученными, с точки зрения использования в аналитических целях, являются инфузории. C их помощью возможно определение ионов тяжелых металлов, однако они непригодны для обнаружения и определения анионов. Поведенческие реакции, скорость размножения инфузорий используют для определения указанных выше веществ. Водных беспозвоночных - ракообразных (чаще всего ветвистоусых рачков, дафний) широко применяют для оценки санитарно-гигиенического состояния вод. Наблюдения под микроскопом формы и скорости движения червей, например нематод, пиявок и коловраток, фиксирование продолжительности их жизни позволяют определять микроколичества ионов металлов.
Плодовая мушка «Drosophila melanogaster» является одним из наиболее изученных организмов, применяемых для тестирования. В качестве экспериментального объекта она была введена в биологию в начале этого века и с тех пор доминирует в большинстве ее областей, от генетики до радиобиологии, от биологии старения до эволюции. С использованием этой тест-системы изучают генетические и онтогенетические последствия хронических стрессовых воздействий, таких, как малые дозы ионизирующих излучений, совместное действие тяжелых металлов и облучения, токсические химические вещества.