Файл: Лекции по мониторингу.doc

Для концентрирования вредных веществ из воздуха в качестве адсорбентов применяют также непористые адсорбенты — карбонат калия, сульфат меди, хлорид кальция и др. Преимуществом таких адсорбентов явля­ется высокоэффективная десорбция сконцентрированных микропримесей, в том числе одновременное переведение в раствор как самого сорбента, так и адсорбированных на его поверхность химических веществ.

Криогенное концентрирование.

Криогенное концентрирование применяют при отбо­ре из воздуха нестабильных и реакционно-способных со­единений. Техника этого метода сводится к пропусканию исследуемого воздуха через охлаждаемое сорбционное устройство с большой поверхностью, например через стальные или стеклянные трубки, заполненные инерт­ным носителем (стеклянными шариками, стеклянной ватой). В качестве хладагентов используют следующие смеси:

• лед — вода (0 °С);

• лед — хлорид натрия (—16 °С);

• твердая углекислота — ацетон (—80 °С);

• жидкий азот (—185 °С).

Степень обогащения пробы целевыми компонентами может быть при этом очень высокой (100—1000 раз и бо­лее). Однако применение такого способа извлечения при­месей из воздуха затрудняет предварительное удаление влаги, которая, конденсируясь в ловушках, мешает газохроматографическому определению примесей и увели­чивает предел их определения. Эффективность криогенного извлечения примесей из воздуха очень высока — от 91 до 100%. Этот метод целесообразно использовать для извлечения таких примесей, которые при обычной темпе­ратуре могут взаимодействовать с материалом ловушек, что делает пробоотбор невозможным.

Отбор проб в контейнеры.

Этот метод рекомендуется для отбора летучих веществ, содержащихся в воздухе в значительных концентрациях, а также для анализа методом газовой хроматографии, обла­дающим достаточно высокой чувствительностью. Для от­бора проб воздуха применяют шприцы, газовые пипетки и бутыли.

К недостаткам этого метода отбора можно отнести:

• ограниченный набор определяемых соединений;

• ограниченный предел обнаружения примесей;

• сорбцию компонентов на стенках контейнеров;

• возможность протекания химических реакций при хранении пробы в контейнере в присутствии влаги и кис­лорода воздуха.

Концентрирование на фильтрах

Вещества, находящиеся в воздухе в виде высокодис­персных аэрозолей (дымов, туманов, пыли), концентриру­ют на различных фильтрующих волокнистых материалах: перхлорвиниловой ткани, ацетилцеллюлозе, полистироле, стекловолокне. Перспективными являются фильтры, со­стоящие из волокнистого фильтрующего материала, импрегнированного тонкодисперсным активным углем. Боль­шой интерес также представляют фильтры, импрегнированные твердым сорбентом, с добавлением химических реагентов.

Так, для улавливания паров и аэрозолей ртути и napoв йода применяют тканевые фильтры; в качестве основы используют ткань, на которую нанесен сорбент, обработанный нитратом серебра (для йода) или йодом (для ртути). Такие фильтры позволяют проводить отбор проб воздуха как при положительных, так и при отрицательны: температурах и высоких скоростях аспирации воздуха.

Таким образом, следует еще раз отметить, что отбор проб воздуха является существенным этапом в исследова­нии, так как результаты самого точного тщательно вы­полненного анализа теряют всякий смысл при неправиль­но проведенном отборе проб. Выбор адекватного способа отбора определяется прежде всего агрегатным состоянием веществ, а также их физико-химическими свойствами.

Общие требования к отбору проб воздуха.

Пробоотбор должен быть максимально экспрессным: 20—30 мин (в рабочей зоне — 15 мин). Изначально чистые поглотительные сосуды и емкости необходимо герметич­но подсоединять к побудителю расхода воздуха и плотно закрывать.

Все характеристики пробы (масса, объем, время, место отбора), а также климатические и другие рабочие условия должны быть запротоколированы. При наличии несколь­ких загрязняющих веществ допускается осуществлять пробоотбор по наиболее опасным или характерным ком­понентам.

Стабилизация и хранение проб воздуха.

Пробы объектов окружающей среды можно отбирать как непосредственно перед анализом, так и заблаговре­менно. В последнем случае выполняют промежуточные операции хранения и стабилизации проб.

Применение экспрессных методов анализа на месте помогает избежать многих осложнений с изменениями состояния анализируемых проб. Однако это удается. далеко не всегда, поэтому необходимо иметь представ­ление о процессах, идущих в средах при хранении проб, а также знать правила хранения. В зависимости от предполагаемой продолжительности хранения отобранные пробы иногда консервируют. При этом уни­версального консервирующего средства не существует, Поэтому для анализа отбирают несколько проб, каждуюиз которых консервируют, добавляя соответствующие химикаты.

Применение консервирующих средств полностью не предохраняет определяемое вещество или саму среду от изменения. Поэтому стараются даже консервированные пробы анализировать сразу или на следующий день, но не позднее чем на третьи сутки после отбора. В процессе экоаналитической деятельности для обеспечения досто­верности результатов все реагенты, особенно применяе­мые в больших количествах (вода, прочие растворители), должны быть по возможности высокой чистоты. Для оп­ределения очень низких концентраций даже реагенты вы­сокой чистоты перед применением необходимо очищать дополнительно. Поэтому реагенты (в том числе для рас­творения и стабилизации проб) следует выбирать исходя не только из их химических свойств, но и из возможности качественной оценки. Так, предпочтительнее кислоты, которые можно перегнать при низкой температуре (НС1, HNO₃). Следует избегать использования окрашенных пробок, поскольку пигменты могут загрязнять хранящие­ся под ними пробы.

Материалы, из которых изготовлены сосуды, устрой­ства и инструменты для отбора проб, должны быть устой­чивы к воздействию образца или реагента. Их поверхность должна быть гладкой и легко очищаться. В этом отноше­нии наилучшие свойства у посуды из тефлона, однако следует учитывать, что она имеет зернистую структуру и может адсорбировать многие соединения.

Желательно использовать тщательно вымытые стек­лянные (притертые) или полиэтиленовые пробки. Корко­вые или резиновые пробки предварительно кипятят в дистиллированной воде или обертывают полиэтиленовой пленкой.

Подготовленная для отбора образцов или проб стек­лянная или полиэтиленовая посуда через несколько часов накапливает на поверхности загрязнения, адсорбируя их из воздуха лаборатории, поэтому ее необходимо обраба­тывать непосредственно перед употреблением.

Большие трудности при определении фоновых и сле­довых количеств загрязняющих веществ возникают в свя­зи с тем, что уровни их содержания в природных объектах могут быть сравнимы с количествами этих соединений, вносимыми в образец с используемыми в анализе реаген­тами или при поступлении из окружающего воздуха. Влияние указанных примесей на результаты анализа в об­щем случае оценить довольно сложно, поэтому на после­дующих стадиях анализа их пытаются учесть с использо­ванием холостого опыта.

Источником искажающих анализ загрязнений проб воздуха могут быть как мешающие примеси в анализируе­мой воздушной среде, так и сам аналитик. В частности, в продуктах жизнедеятельности человека, выделяемых в воздух, идентифицировано около 135 различных соедине­ний, часть из которых потом поглощается анализируемы­ми средами из воздуха (например, бензол, толуол, хлорорганические соединения, полиароматические углеводоро­ды и др.) или концентрируется на волосах и коже. А табачный дым, выдыхаемый курильщиком, содержит в среднем от 0,1 до 27 нг диметилнитрозамина. Содержа­щиеся в воздухе лаборатории примеси могут поглощаться сорбентами, используемыми для концентрирования и разделения определяемых веществ. По этой причине фильтровальную бумагу и пластинки следует хранить в специальных условиях.

Особенностью хранения проб воздуха является то, что таковые (воздух, отобранный в специальные емкости) практически не хранят. Исключение составляют пробы веществ, отделенных от воздушной среды путем аспирации в жидкость или сорбции на твердые поглотители. При этом в первом случае применяют все описанные процедуры стабилизации и хранения водных (жидкостных) проб, а во втором — процедуры стабилизации и хранения проб почвы.

Проведение наблюдений за загрязнением атмосферы на стационарных постах.

Стационарный пост наблюдений — это специально оборудованный павильон, в котором размещена аппара­тура, необходимая для регистрации концентраций загряз­няющих веществ и метеопараметров по установленной программе.

Перед установкой поста следует проанализировать расчетные поля концентраций по всем ингредиентам от совокупности выбросов всех стационарных и передвиж­ных источников; особенности застройки и рельефа мест­ности; перспективы развития жилой застройки и расшире­ния промышленных предприятий; интенсивность движения автотранспорта, плотность населения; метеоусловия, ха­рактерные для данной местности.

Пост должен находиться вне аэродинамической тени зданий и зоны зеленых насаждений. Его территория должна хорошо проветриваться и не подвергаться воздей­ствию близко расположенных источников загрязнения ат­мосферы (автостоянок, мелких предприятий с низкими трубами и т. п.).

На стационарных постах для проведения наблюдений используют комплектные лаборатории типа ПОСТ, пред­ставляющие собой утепленный, обитый дюралевыми ячейками павильон, в котором установлены комплекты приборов и оборудования для отбора проб воздуха и про­ведения метеорологических измерений.

Отечественная промышленность выпускает две моди­фикации комплектных лабораторий — ПОСТ-1 и ПОСТ-2. Последняя отличается более высокой произво­дительностью и степенью автоматизации. В лабораториях ПОСТ-1 и ПОСТ-2 могут устанавливаться газоанализато­ры ГКП-1 (на SO₂), ГМК-3 (на СО), метеорологическая станция М-49, мачта для установки датчика ветра, фильт­ры для отбора пыли типа АФА, термостат для подогрева отбираемых проб воздуха при температурах окружающего воздуха менее 5 °С (обеспечивает нагрев воздуха для анализа на загрязнения до температуры более 5 °С при тем­пературах окружающего воздуха не менее —40 °С). Пре­дусмотрены передача результатов измерений по каналам связи, буферирование накопленной информации в тече­ние 30 суток, передача сообщений в случае превышения уровней ПДК, пожарной опасности, нарушения терморе­жимов, отказа сети питания.

На стационарных постах наблюдения за загрязнением атмосферного воздуха и метеопараметрами осуществляют круглогодично, во все сезоны независимо от погодных ус­ловий. На опорных постах проводят наблюдения за со­держанием пыли, SO₂, CO, NO₂ (основные загрязняющие вещества) и специфическими веществами, которые харак­терны для промышленных выбросов данного населенного пункта, на неопорных постах — за специфическими ве­ществами. Наблюдения за основными загрязняющими веществами на этих постах допускается проводить по со­кращенной программе и не проводить, если среднемесяч­ные концентрации этих веществ в течение года не превышают 0,5 среднесуточной ПДК.

Проведение наблюдений за загрязнением атмосферы

на маршрутных постах.

Маршрутный пост предназначен для регулярного отбора проб воздуха в фиксированной точке местности при наблюдениях, которые проводят с помощью передвижной аппаратуры. В качестве передвижного поста используют автолабораторию «Атмосфера-2», смонтированную в салоне автофургона УАЗ-452А (либо другого автомобиля).

Салон автофургона разделен стенкой на два отсека: приборный и вспомогательный. В приборном отсеке размещены оборудование для отбора проб воздуха на газовые примеси, сажу, пыль; измерительный пульт анерумбометра М-49 и пульт управления. Во вспомогательном 4 отсеке размещены датчики температуры и влажности, распределительный щит, кабель на катушке, аккумуля­торные батареи и другое оборудование.

На крыше автофургона укреплена съемная платформа, на которой размещены ящик с датчиком скорости и на­правления ветра, мачта для установки в рабочее положе­ние датчиков и выносная штанга для крепления датчиков температуры, влажности и анерумбометра. Отбор проб воз­духа на газовые примеси производят на высоте 2,6 м от уровня земли. Оба канала отбора проб оборудованы об­щим нагревателем, включаемым при температурах наруж­ного воздуха ниже 5 °С. Терморегулятор обеспечивает авто­матическое поддержание температуры пробы не ниже 5 °С.

В автолаборатории «Атмосфера-2» используют полуко­личественные переносные приборы-индикаторы, предназ­наченные для определения содержания SO₂ и H2S («Атмос­фера-1») и С1₂ и О₃ («Атмосфера-2») в атмосферном воз­духе. Производительность автолаборатории составляет око­ло 5000 отборов проб в год, в день можно произвести от­бор 8—10 проб воздуха, что соответствует 4—5 точкам маршрута, по которому передвигается пост в городе. По­рядок объезда маршрутных постов ежемесячно меняют таким образом, чтобы отбор проб в каждом пункте прово­дился в разное время суток. Например, в первый месяц машина объезжает посты в порядке возрастания номеров, во второй — в порядке их убывания, а в третий — с сере­дины маршрута к концу и от начала к середине.

На маршрутных постах проводят наблюдения за ос­новными загрязняющими веществами и специфическими веществами, характерными для выбросов данного насе­ленного пункта.

Проведение наблюдений за загрязнением атмосферы на передвижных (подфакельных) постах

Передвижные (подфакельные) посты предназначены для отбора проб под дымовым (газовым) факелом с целью выявления зоны влияния источника загрязнения атмосферы. Подфакельные наблюдения за специфическими загрязняющими веществами, характерными для выбросов данного предприятия, осуществляют по специально разрабатываемым программам и маршрутам — с учетом объ­ема выбросов и их токсичности.

Места отбора проб при подфакельных наблюдениях выбирают на разных расстояниях от источника загряз­нения с учетом закономерностей распространения загряз­няющих веществ в атмосфере. Отбор проб производят последовательно по направлению ветра на расстояниях 0,2—0,5; 1; 2; 3; 4; 6; 8; 10; 15 и 20 км от стационарного источника выброса, а также с наветренной стороны ис­точника.

В зоне максимального загрязнения (по данным расче­тов и экспериментальных замеров) отбирают не менее 60 проб воздуха, а в других зонах количество проб должно быть не менее 25. Отбор проб воздуха при подфакельных измерениях производят на высоте 1,5 м от поверхности земли.

Наблюдения за загрязнением атмосферного воздуха автотранспортом.

Автотранспорт в крупных городах является основным источником загрязнения атмосферного воздуха. Количе­ство выбросов автотранспорта, поступающих в атмосфе­ру, зависит от качественного и количественного состава парка автомобилей, условий организации уличного дви­жения и ряда других факторов. В настоящее время дейст­вует целый ряд нормативных документов, регламенти­рующих содержание оксида углерода и других примесей в отработавших газах (ОГ) двигателей, например ГОСТ 17.2.2.03—87 «Охрана природы. Атмосфера. Нормы и ме­тоды измерения содержания оксида углерода и углеводо­родов в отработавших газах бензиновых двигателей», ГОСТ 17.2.02.06—99 «Охрана природы. Атмосфера. Нор­мы и методы измерения содержания оксида углерода и углеводородов в отработавших газах газобаллонных ав­томобилей».