Ympäristökemia

Ympäristökemia on luonnossa esiintyvien kemiallisten ja biokemiallisten ilmiöiden tieteellistä tutkimusta. Ympäristökemia voidaan määritellä ilman, maaperän ja vesiympäristön kemiallisten lajien lähteiden, reaktioiden, kulkeutumisen, vaikutusten ja kohtaloiden tutkimukseksi sekä ihmisen toiminnan vaikutukseksi näihin. Ympäristökemia on monitieteinen tiede, johon kuuluu ilmakehän, vesistöjen ja maaperän kemia sekä analyyttinen kemia. Se liittyy ympäristö- ja muihin tieteenaloihin. Se eroaa vihreästä kemiasta, joka pyrkii vähentämään mahdollista saastumista sen lähteellä.

Ympäristökemia alkaa ymmärtämällä, miten saastumaton ympäristö toimii. Siinä tunnistetaan luonnossa esiintyvät kemikaalit. Se tutkii näiden kemikaalien pitoisuuksia ja vaikutuksia. Sitten tutkitaan tarkasti, miten ihminen vaikuttaa ympäristöön kemikaalien päästöjen kautta.

Ympäristökemistit hyödyntävät kemian ja eri ympäristötieteiden käsitteitä tutkiessaan, mitä kemikaalille tapahtuu ympäristössä. Kemian tärkeitä yleisiä käsitteitä ovat esimerkiksi kemiallisten reaktioiden ja yhtälöiden, liuosten, yksiköiden, näytteenoton ja analyysitekniikoiden ymmärtäminen. Kemistit tutkivat biologisesti aktiivisia yhdisteitä, kuten feromoneja.

Kontaminaatio

Epäpuhtaus on aine, jota esiintyy luonnossa tavanomaista korkeampana pitoisuutena tai jota ei muuten esiintyisi luonnossa. Tämä voi johtua ihmisen toiminnasta. Termiä epäpuhtaus käytetään usein rinnakkain saastuttavan aineen kanssa, joka on aine, joka vahingoittaa ympäristöä. Vaikka saastuttaja määritellään joskus aineeksi, jota on ympäristössä ihmisen toiminnan seurauksena, mutta jolla ei ole haitallisia vaikutuksia, joskus on kuitenkin niin, että saastumisen myrkylliset tai haitalliset vaikutukset ilmenevät vasta myöhemmin.

Epäpuhtauden tai epäpuhtauden vaikutuspiiriin kuuluvaa elinympäristöä (esimerkiksi maaperää) tai organismia (esimerkiksi kaloja) kutsutaan reseptoriksi. Nielu on kemiallinen väliaine tai laji, joka pidättää epäpuhtauden ja on vuorovaikutuksessa sen kanssa.

Ympäristöindikaattorit

Vedenlaadun kemiallisiin mittareihin kuuluvat liuennut happi (DO), kemiallinen hapenkulutus (COD), biokemiallinen hapenkulutus (BOD), liuenneen kiintoaineen kokonaismäärä (TDS), pH, ravinteet nitraatit ja fosfori, raskasmetallit (mukaan lukien kupari, sinkki, kadmium, lyijy ja elohopea) sekä torjunta-aineet.

Sovellukset

Ympäristökemiaa käyttävät ympäristövirasto (Englannissa ja Walesissa), ympäristönsuojeluvirasto (Yhdysvalloissa), julkisten analyytikoiden yhdistys (Association of Public Analysts) sekä muut ympäristövirastot ja tutkimuslaitokset ympäri maailmaa havaitakseen ja tunnistaakseen epäpuhtauksien luonteen ja lähteen. Näitä voivat olla mm:

Teollisuuden aiheuttama maaperän raskasmetallipilaantuminen. Ne voivat sitten kulkeutua vesistöihin ja joutua elävien organismien käyttöön.
Ravinteiden huuhtoutuminen maatalousmaasta vesistöihin, mikä voi johtaa leväkukintoihin ja rehevöitymiseen.
Sateiden aikana läpäisemättömiltä pinnoilta (teiltä, parkkipaikoilta ja katoilta) huuhtoutuvien epäpuhtauksien kaupunkihuuhtouma. Tyypillisiä epäpuhtauksia ovat bensiini, moottoriöljy ja muut hiilivety-yhdisteet, metallit, ravinteet ja sedimentti (maaperä).
Metalliorgaaniset yhdisteet.

Menetelmät

Kvantitatiivinen kemiallinen analyysi on keskeinen osa ympäristökemiaa, sillä se tarjoaa tiedot, jotka muodostavat useimpien ympäristötutkimusten perustan.

Ympäristökemian kvantitatiivisiin määrityksiin käytetään yleisesti analyysitekniikoita, joihin kuuluvat klassinen märkäkemia, kuten gravimetriset, titrimetriset ja sähkökemialliset menetelmät. Hivenmetallien ja orgaanisten yhdisteiden määrityksessä käytetään kehittyneempiä menetelmiä. Metalleja mitataan yleisesti atomispektroskopialla ja massaspektrometrialla: Atomiabsorptiospektrofotometria (AAS) ja induktiivisesti kytketyn plasman atomiemissiotekniikka (ICP-AES) tai induktiivisesti kytketyn plasman massaspektrometriatekniikka (ICP-MS). Orgaanisia yhdisteitä mitataan yleisesti myös massaspektrometrisillä menetelmillä, kuten kaasukromatografia-massaspektrometrialla (GC-MS) ja nestekromatografia-massaspektrometrialla (LC/MS). Muut kuin MS-menetelmät, joissa käytetään GC:tä ja LC:tä, joissa on universaalit tai spesifiset ilmaisimet, ovat edelleen käytettävissä olevien analyysivälineiden perusvalikoimaa.

Muita ympäristökemiassa usein mitattavia parametreja ovat radiokemikaalit. Nämä ovat epäpuhtauksia, jotka säteilevät radioaktiivisia aineita, kuten alfa- ja beetahiukkasia, jotka aiheuttavat vaaraa ihmisten terveydelle ja ympäristölle. Näissä mittauksissa käytetään yleisimmin hiukkaslaskureita ja tuikelaskureita. Biomäärityksiä ja immunomäärityksiä käytetään kemikaalien myrkyllisyyden arvioimiseksi eri organismeihin kohdistuvien vaikutusten osalta.

Julkaistut analyysimenetelmät

Valtion virastot ja yksityiset tutkimusorganisaatiot ovat julkaisseet vertaisarvioituja testimenetelmiä. Hyväksyttyjä julkaistuja menetelmiä on käytettävä, kun testejä tehdään sääntelyvaatimusten noudattamisen osoittamiseksi.

Aiheeseen liittyvät sivut

Vihreä kemia

Kysymyksiä ja vastauksia

K: Mitä on ympäristökemia?

A: Ympäristökemia on luonnonpaikoissa esiintyvien kemiallisten ja biokemiallisten ilmiöiden tieteellistä tutkimusta. Siihen kuuluu kemiallisten lajien lähteiden, reaktioiden, kulkeutumisen, vaikutusten ja kohtaloiden ymmärtäminen ilmassa, maaperässä ja vesiympäristössä sekä se, miten ihmisen toiminta vaikuttaa näihin.

K: Miten ympäristökemia eroaa vihreästä kemiasta?

V: Ympäristökemian lähtökohtana on ymmärtää, miten saastumaton ympäristö toimii. Siinä tunnistetaan luonnossa esiintyvät kemikaalit ja tutkitaan niiden pitoisuuksia ja vaikutuksia. Vihreässä kemiassa pyritään vähentämään mahdollista saastumista sen lähteellä ennen kuin se pääsee ympäristöön.

K: Mitkä kemian käsitteet ympäristökemistien on tärkeää ymmärtää?

V: Kemian tärkeitä yleisiä käsitteitä ovat kemiallisten reaktioiden ja yhtälöiden, liuosten, yksiköiden, näytteenoton ja analyysitekniikoiden ymmärtäminen.

K: Millaisia yhdisteitä ympäristökemistit tutkivat?

V: Ympäristökemistit tutkivat biologisesti aktiivisia yhdisteitä, kuten feromoneja.

K: Mitä alueita ympäristötiede käsittää?

V: Ympäristötiede käsittää ilmakehän, vesien ja maaperän kemian sekä analyyttisen kemian.