Badania składu izotopowego azotanów w wodach podziemnych i powierzchniowych - aspekty metodyczne i zastosowania

Abstract

The essential purpose of featured doctoral thesis was to devise methodics for the determination of isotopic composition of nitrate dissolved in nitrate and test it on the samples of waters collected in different types of environments. The first of methods consists in nitrate extraction from water and its chemical transformation to substances ($N{2}$ and $CO_{2}$), which can be directly measured, using mass spectrometer. The second of developed methods utilizes denitrification bacteria, reducing nitrate ions $NO_{3}^{-}$ to nitrogen suboxide $N_{2}O$. In order to check correctness of the methods, a number of water samples, representing three distinct environmental types, was collected: precipitations, surface and groundwaters. In order to check impact of anthropogenic factors on nitrate isotopic composition in precipitation water, samples were collected on the roof of building of Faculty of Physics and Applied Computer Science, AGH in Cracow, and also in Kasprowy Wierch meteorogical observatory over two—years period. To investigate urban environment impact on content and composition of nitrate in surface waters, there were examined water samples collected from Vistula, upstream and downstream Cracow, and from surface water reservoir Kryspinów I, located near Cracow, over one—year period. The possibility of application of determined nitrate isotopic composition for identification of pollution sources and investigation of denitrification process in ground waters were tested on the basis of "water samples collected from two groundwater basins: MGWB 451 „Piaski Bogucickie" and MGWB 333 „Opole - Zawadzkie". Podstawowym celem przedstawionej pracy doktorskiej było opracowanie metodyki określania składu izotopowego azotanów rozpuszczonych w wodzie i przetestowanie jej w oparciu o pobrane próby wód pochodzących z różnego typu środowisk. Pierwsza z metod polega na ekstrakcji azotanów z wody i takiej ich preparatyce chemicznej, aby otrzymać substancje ($N_{2}$ i $CO_{2}$), które można zmierzyć, wykorzystując spektrometr mas. Druga zastosowana metoda wykorzystuje bakterie denitryfikacyjne, redukujące jony azotanowe $NO_{3}^{-}$ do podtlenku azotu $N_{2}O$. W celu sprawdzenia poprawności metod pobrano próby wód reprezentujących trzy typy środowiskowe: wody opadowe, powierzchniowe i podziemne. Dla sprawdzenia wpływu czynników antropogenicznych na skład izotopowy azotanów w wodzie opadowej zbierano przez okres dwóch lat próby opadów na dachu budynku Wydziału Fizyki i Informatyki Stosowanej AGH w Krakowie i w obserwatorium meteorologicznym na Kasprowym Wierchu. Aby zbadać wpływ środowiska miejskiego na zawartość i skład azotanów w wodach powierzchniowych, przez rok badano próby wody pobierane z Wisły przed i poza centrum Krakowa oraz ze zlokalizowanego w pobliżu Krakowa zbiornika wód powierzchniowych Zalew Kryspinów I. Możliwość zastosowania wyznaczonego składu izotopowego azotanów do identyfikacji źródeł zanieczyszczeń i badania procesu denitryfikacji w wodach podziemnych przetestowano w oparciu o próby wody pobrane z dwóch zbiorników wód podziemnych: GZWP 451 „Piaski Bogucickie" oraz z GZWP 333 „Opole - Zawadzkie".