Miljøkemi: Definition og studie af kemikalier i luft, jord og vand
Miljøkemi: Lær om kilder, reaktioner og skæbner for kemikalier i luft, jord og vand — og hvordan menneskelig aktivitet påvirker vores miljø.
Miljøkemi er den videnskabelige undersøgelse af de kemiske og biokemiske fænomener, der forekommer i naturen. Miljøkemi kan defineres som studiet af kilder, reaktioner, transport, virkninger og skæbner af kemiske arter i luft-, jord- og vandmiljøet samt virkningen af menneskelig aktivitet på disse. Miljøkemi er en tværfaglig videnskab, der omfatter atmosfære-, vand- og jordbundskemi samt analytisk kemi. Den er beslægtet med miljøvidenskab og andre videnskabelige områder. Den adskiller sig fra grøn kemi, som forsøger at reducere potentiel forurening ved kilden.
Miljøkemi starter med at forstå, hvordan det uforurenede miljø fungerer. Den identificerer de kemikalier, der er naturligt til stede, og undersøger deres koncentrationer og økologiske funktioner. Derefter analyserer den nøje de ændringer og virkninger, som menneskelige aktiviteter har på miljøet gennem udledning af kemikalier, f.eks. industriudslip, landbrugsafstrømning, affaldsdeponering og atmosfæriske emissioner.
Grundlæggende begreber og processer
Miljøkemikere trækker på en række begreber fra kemi og forskellige miljøvidenskaber for at forstå, hvad der sker med et kemikalie i miljøet. Centrale emner omfatter:
- Kemiske reaktioner: fotolyse, hydrolyse, oxidation-reduktion, nedbrydning via mikroorganismer og abiotiske processer (kemiske reaktioner og ligninger bruges til at beskrive hastigheder og mekanismer).
- Transport og skæbne: atmosfærisk transport, diffusion i vand, advektion, infiltration og grundvandsstrøm, samt processer som adsorption/desorption i jord og sediment.
- Fordeling: opløselighed, fordampning, partikelfæstning og sorption bestemmer, hvor et stof opholder sig (luft, vand, partikler, biota).
- Bioakkumulering og biomagnifikation: nogle forbindelser ophobes i organismer og forstærkes op gennem fødekæden, hvilket kan give alvorlige økotoksiske og sundhedsmæssige effekter.
- Persistent versus nedbrydelige stoffer: persistente organiske forurenende stoffer (f.eks. PCB, DDT, PFAS) har lang miljølevetid og kræver særlige overvågnings- og oprensningstiltag.
Metoder og værktøjer
Miljøkemi kombinerer laboratorieundersøgelser, feltmålinger og modellering. Vigtige teknikker og overvejelser inkluderer:
- Prøvetagning: korrekt prøvetagning er afgørende for repræsentative analyser — herunder prøvetagningsstrategi, konservering, undgåelse af krydskontaminering og dokumentation (kæde af varetægt).
- Analysemetoder: instrumentelle teknikker som gaskromatografi-massespektrometri (GC-MS), væskekromatografi-massespektrometri (LC-MS), ICP-MS til metalsporer, spektrofotometri og kromatografiske metoder til bestemmelse af koncentrationer og kemiske former.
- Modellering: modeller for transport og skæbne (f.eks. atmosfærisk spredningsmodel, hydrologiske modeller) hjælper med at forudsige koncentrationer og påvirkningsområder.
- Toksikologi og økotoksikologi: vurdering af virkninger på organismer og mennesker, tærskelværdier, dosis-responsforhold og risikovurdering bruges til at vurdere faren ved fundne kemikalier.
Særlige forhold i luft, jord og vand
Hvert miljømedie har særlige kemiske og fysiske betingelser, der påvirker stofadfærd:
- Luft: atmosfærisk kemi omfatter dannelse af ozon, sekundære partikler, reaktioner med radikaler (f.eks. •OH) og langdistance-transport af flygtige organiske forbindelser (VOC), partikler samt svovl- og kvælstofholdige forbindelser.
- Vand: opløselighed, pH, redoxforhold, temperatur og biologisk aktivitet påvirker transport og nedbrydning. Problemer som eutrofiering, iltsvind og ophobning af hydrofobe stoffer i sedimenter er centrale.
- Jord og sediment: organiske stofindhold, kornstørrelse, porøsitet og sorptionskapacitet bestemmer hvor let stoffer mobiliseres eller fastholdes. Jordens mikrobiologi styrer ofte biologisk nedbrydning og omdannelse.
Anvendelser og samfundsrelevans
Miljøkemi leverer viden til:
- Overvågningsprogrammer og miljøundervisning.
- Risikostyring og regulering — fastsættelse af grænseværdier, standarder og krav til udledning.
- Rensning og remediering — f.eks. bioremediering, in situ kemi-oxidering, adsorption og phytoremediation.
- Udvikling af bedre kemikalier og processer i tråd med grøn kemi for at mindske fremtidig forurening.
Eksempler og udfordringer
Historiske eksempler som DDT, PCB og kviksølv viser, hvordan stoffer med lang levetid kan få vidtrækkende og langvarige konsekvenser. Moderne udfordringer omfatter stoffers mikro- og nanoskalaeffekter, PFAS-stoffer med ekstrem persistens, og komplekse blandinger af kemikalier, hvor interaktioner kan ændre toksicitet.
Konklusion
Miljøkemi er et centralt fagområde for at forstå og håndtere kemiske påvirkninger i naturen. Gennem tværfaglige metoder — fra analytisk kemi over feltstudier til modelleringsværktøjer — belyser miljøkemikere, hvordan kemikalier bevæger sig, ændres og påvirker levende systemer. Den viden er nødvendig for effektiv regulering, sikker anvendelse af kemikalier og for at udvikle løsninger, der beskytter både miljø og menneskers sundhed.
Forurening
Et forurenende stof er et stof, der findes i naturen i et højere niveau end det normale niveau eller som ellers ikke ville være til stede. Det kan skyldes menneskelig aktivitet. Udtrykket forurenende stof bruges ofte i flæng med forurenende stof, som er et stof, der skader det omgivende miljø. Mens et forurenende stof undertiden defineres som et stof, der findes i miljøet som følge af menneskelig aktivitet, men som ikke har skadelige virkninger, er det undertiden sådan, at giftige eller skadelige virkninger af forurening først viser sig på et senere tidspunkt.Det "medium" (f.eks. jord) eller den organisme (f.eks. fisk), der påvirkes af det forurenende stof eller forurenende stof, kaldes en receptor. En dræn er et kemisk medium eller en art, der tilbageholder og interagerer med det forurenende stof.
Miljøindikatorer
Kemiske målinger af vandkvaliteten omfatter opløst ilt (DO), kemisk iltforbrug (COD), biokemisk iltforbrug (BOD), total opløst fast stof (TDS), pH, næringsstoffer nitrat og fosfor, tungmetaller (herunder kobber, zink, cadmium, bly og kviksølv) og pesticider.
Applikationer
Miljøkemi anvendes af Miljøagenturet (i England og Wales), Miljøbeskyttelsesagenturet (i USA), Association of Public Analysts og andre miljøagenturer og forskningsorganer rundt om i verden til at opdage og identificere forurenende stoffers art og kilde. Disse kan omfatte:
- Industriens forurening af jorden med tungmetaller. Disse kan derefter transporteres til vandområder og optages af levende organismer.
- Næringsstoffer, der udvaskes fra landbrugsjord til vandløb, hvilket kan føre til algeopblomstring og eutrofiering.
- Byernes afstrømning af forurenende stoffer, der skylles af uigennemtrængelige overflader (veje, parkeringspladser og hustage) under regnvejr. Typiske forurenende stoffer omfatter benzin, motorolie og andre kulbrinteforbindelser, metaller, næringsstoffer og sediment (jord).
- Organometalliske forbindelser.
Metoder
Kvantitativ kemisk analyse er en vigtig del af miljøkemien, da den leverer de data, der danner rammen om de fleste miljøundersøgelser.Almindelige analyseteknikker, der anvendes til kvantitative bestemmelser i miljøkemi, omfatter klassisk vådkemi, såsom gravimetriske, titrimetriske og elektrokemiske metoder. Der anvendes mere avancerede metoder til bestemmelse af spormetaller og organiske forbindelser. Metaller måles almindeligvis ved hjælp af atomspektroskopi og massespektrometri: Atomabsorptionsspektrofotometri (AAS) og induktivt koblet plasma atomemission (ICP-AES) eller induktivt koblet plasma-massespektrometri (ICP-MS). Organiske forbindelser måles almindeligvis også ved hjælp af massespektrometriske metoder som f.eks. gaskromatografi-massespektrometri (GC-MS) og væskekromatografi-massespektrometri (LC/MS). Ikke-MSmetoder, der anvender GC'er og LC'er med universelle eller specifikke detektorer, er stadig en fast bestanddel af arsenalet af tilgængelige analyseværktøjer.
Andre parametre, der ofte måles i miljøkemi, er radiokemiske stoffer. Det er forurenende stoffer, som udsender radioaktive stoffer, f.eks. alfa- og betapartikler, der udgør en fare for menneskers sundhed og miljøet. Partikeloptællere og scintillationsoptællere anvendes oftest til disse målinger. Bioassays og immunoassays anvendes til toksicitetsvurderinger af kemiske stoffers indvirkning på forskellige organismer.
Offentliggjorte analysemetoder
Der er blevet offentliggjort fagfællebedømte testmetoder af offentlige myndigheder og private forskningsorganisationer. Godkendte offentliggjorte metoder skal anvendes ved testning for at påvise overensstemmelse med lovkrav.
Relaterede sider
Spørgsmål og svar
Spørgsmål: Hvad er miljøkemi?
A: Miljøkemi er den videnskabelige undersøgelse af de kemiske og biokemiske fænomener, der forekommer på naturlige steder. Det drejer sig om at forstå kilderne, reaktionerne, transporten, virkningerne og skæbnen af kemiske arter i luft-, jord- og vandmiljøer, samt hvordan menneskelig aktivitet påvirker disse.
Spørgsmål: Hvordan adskiller miljøkemi sig fra grøn kemi?
A: Miljøkemi starter med at forstå, hvordan det uforurenede miljø fungerer. Den identificerer de kemikalier, der findes naturligt, og undersøger deres koncentration og virkninger. Grøn kemi forsøger at reducere potentiel forurening ved kilden, før den kommer ind i miljøet.
Spørgsmål: Hvilke begreber fra kemien er vigtige for miljøkemikere at forstå?
A: Vigtige generelle begreber fra kemien omfatter forståelse af kemiske reaktioner og ligninger, opløsninger, enheder, prøvetagning og analyseteknikker.
Spørgsmål: Hvilken type forbindelser studerer miljøkemikere?
A: Miljøkemikere studerer forbindelser med biologisk aktivitet som f.eks. feromoner.
Spørgsmål: Hvilke områder omfatter miljøvidenskab?
A: Miljøvidenskab omfatter atmosfære-, vand- og jordkemi samt analytisk kemi.
Søge