6488

приборов можно отнести низкую селективность и необходимость периодической смены электролита.

Полярографический метод основан на восстановлении анализируемого соединения на ртутном электроде; его применяют, как правило, при анализе следовых количеств веществ.

Оптические методы анализа включают в себя абсорбционные и эмиссионные методы.

Абсорбционные методы основаны на способности веществ избирательно поглощать лучистую энергию Солнца в характерных участках спектрального диапазона и, в свою очередь, подразделяются на недисперсионные и дисперсионные. Недисперсионные методы основаны на выделении нужной спектральной области без разложения излучения в спектр, а дисперсионные — на выделении нужной спектральной области путем разложения излучения в спектр.

Фотоколориметрический метод основан на измерении интенсивности окраски цветных соединений, образующихся при взаимодействии определяемого компонента со вспомогательным реагентом. Метод обладает высокой чувствительностью и хорошей селективностью, к его недостаткам можно отнести невысокую точность и большую погрешность измерения..

Спектрофотометрические методы основаны на тех же принципах, что и фотоколориметрические, но в спектрофотометрах используют поглощение монохроматического света.

Для определения количества веществ, находящихся в растворах во взвешенном состоянии, используют турбидиметрический метод, основанный на измерении интенсивности света, прошедшего через контролируемый раствор пробы. Если измеряется не прошедший через суспензию свет, а рассеянный, то такой метод анализа называют нефелометрическим. Он особенно чувствителен при анализе сильно разбавленных суспензий.

Еще одним абсорбционным аналитическим методом является оптикоакустический — весьма перспективный метод определения многочисленных

61

органических загрязняющих веществ, поскольку они способны поглощать ИКизлучение, модулированное звуковой частотой. В результате такого поглощения молекулы органических загрязнителей начинают испускать звук на частоте модуляции; механизм испускания состоит в том, что газ в рабочей кювете разогревается под действием инфракрасного излучения и его давление начинает колебаться с частотой модуляции (звука). Измеряя интенсивность этого звука, удается измерить и концентрацию вещества, поглотившего ИКизлучение. Зная частоту последнего, можно установить тип вещества. Таким методом определяют содержание в пробах органических веществ. Он характеризуется высокой избирательностью и чувствительностью для сильно флуоресцирующих веществ и может быть использован в качестве метода дистанционных наблюдений за загрязнением атмосферного воздуха.

Эмиссионные методы основаны на измерении интенсивности излучения анализируемой газовой смеси. Исследуемые молекулы приводят в состояние оптического возбуждения, а затем регистрируют интенсивность люминесценции или флуоресценции — испускания возбужденными молекулами квантов света при возвращении в основное состояние.

При люминесценции возбуждение осуществляют при нормальной температуре в результате химических реакций (хемилюминесценция), протекания электрического тока (электролюминесценция) или поглощения световой энергии (флуоресценция). Последний метод характеризуется высокой избирательностью и чувствительностью для сильно флуоресцирующих веществ и может быть использован в качестве метода дистанционных наблюдений за загрязнением атмосферного воздуха.

Хроматографические методы относят к гибридным, или комбинированным, так как они основаны на комбинировании как минимум двух разнородных принципов: предварительного разделения смеси веществ и последующего детектирования каждого из веществ по очереди. Чем четче производится разделение компонентов смеси, тем более мягкие требования предъявляют к селективности детектора. Все известные детекторы делят на

62

универсальные (абсолютно неселективные) и селективные, причем степень селективности может быть разной.

Масс-спектрометрический метод заключается в ионизации газообразной пробы электронной бомбардировкой, после чего образующиеся ионы подвергаются воздействию магнитного поля. В зависимости от массы и заряда ионы в поле отклоняются с различной скоростью и соответствующим образом разделяются. Достоинствами метода являются малый объем пробы и высокая избирательность. К недостаткам можно отнести дороговизну.

Газохроматографический метод основан на селективном разделении соединений между двумя несмешивающимися фазами, одна из которых неподвижна (жидкость, твердое тело), а другая подвижна (инертный газноситель). Метод позволяет определять ничтожно малые количества веществ, не обладающих специфическими реакциями, анализировать смеси из десятков и сотен компонентов с близкими свойствами. Недостатком метода является то, что для придания летучести примесям необходимо использовать повышенные (до 350 ° С) температуры.

Когда летучесть веществ мала, а полярность велика, применяют методы

жидкостной и высокоэффективной жидкостной хроматографии, которую можно использовать даже для разделения неорганических веществ и веществ с крайне низким парциальным давлением собственных паров. В отличие от газовой хроматографии анализ проводят при комнатной температуре.

Второй вопрос. Дистанционные наблюдения подразумевают наблюдения за удалёнными от места проведения объектами. Дистанционные методы наблюдений основаны на взаимодействии излучения с веществом. Если источник излучения естественный (Солнце, Луна, звезды), то измерения называются пассивными. В этом случае нет возможности воздействовать на изучаемый объект с помощью обратной связи. Пассивные дистанционные измерения незаменимы на основных трассах (определение 03 с помощью озонометров, определение N20). Возможно также их применение при измерениях в надир (вертикально вниз с летящих спутников, самолетов,

63

аэростатов) или лимбовых измерениях, когда атмосфера просматривается в лучах заходящего солнца на трассе, направленной под углом к горизонту.

Пассивные дистанционные методы (например, с использованием спутников) применяют в глобальном и региональном мониторинге. В Российской Федерации это метод многозональной видеоинформации (фотографирование со спутников в различных диапазонах спектра), в США — многоспектральные сканирующие системы MSS. Самый маленький хорошо просматриваемый объект на поверхности Земли при использовании этих систем имеет размер 57 х 79 м.

Активные дистанционные методы подразумевают использование искусственных источников излучения, например, лазеров. Возможности этих методов шире за счет возможности изменения параметров источников излучения (интенсивности и частоты), что помогает решать большее число задач, чем в пассивном мониторинге, однако длина трассы измерений в активном варианте намного меньше, так как интенсивность излучения от искусственных источников ослабляется с расстоянием экспоненциально.

Дистанционные методы наблюдений позволяют отслеживать состояние земной поверхности, водоемов и водотоков, а также контролировать загрязнение атмосферы такими веществами, как СО, СН4, оксиды азота и т. д.

Третий вопрос. Химические и физико-химические методы анализа не в состоянии охватить все многообразие загрязняющих веществ, которые претерпевают в окружающей среде сложные трансформации, образуя подчас более токсичные соединения. Количественный анализ какой-либо примеси сам по себе не дает ответа на вопрос о ее биологической опасности. Поэтому необходимы методы интегральной оценки качества среды, такие как биотестирование и биоиндикация.

Биотестирование — прием исследования, в котором о качестве среды, факторах, действующих самостоятельно или в сочетаниях, судят по выживаемости и поведению специально помещенных в эту среду организмов

— тест-объектов.

64

Биоиндикация — очень близкий к биотестированию прием, использующий организмы, обитающие в исследуемой среде, присутствие, количество или особенности развития которых служат показателями естественных процессов, условий или антропогенных изменений среды обитания.

К тест-объектам и биоиндикаторам предъявляют определенные требования:

—присутствие биоиндикаторов в исследуемой среде в большом количестве (либо доступность и простота культивирования тест-объектов);

—возможность четкой регистрации эффекта;

—достаточно высокая чувствительность;

—точность, воспроизводимость, достоверность получаемой информации. Биотестирование и биоиндикацию можно осуществлять на уровне

молекулы, клетки, органа (или систем органов), организма, популяции и даже биоценоза. Но необходимо учитывать, что с повышением уровня организации биологических систем возрастает и их сложность, неоднозначность их взаимосвязи с факторами среды.

Загрязнение воздушного бассейна и почвенного покрова оценивают биологическими методами по состоянию наземной растительности. При повышенных уровнях загрязнения отмечается угнетение растительного покрова, исчезновение отдельных видов и т. п. О качестве почвы можно также судить по активности и распространению в ней почвенных организмов.

Загрязнение водных объектов оценивают по совокупности данных о состоянии зоо- и фитопланктона, зообентоса, перифитона и др.

Оценку степени загрязнения окружающей среды по результатам биотестирования или биоиндикации, как правило, проводят по шкале, имеющей три степени градации: «Сильное загрязнение», «Среднее загрязнение» и «Слабое загрязнение». Однако воды суши в зависимости от их гидробиологических показателей в соответствии с принятым в системе Росгидромета классификатором делят на шесть классов: очень чистые, чистые,

65

умеренно загрязненные, загрязненные, грязные и очень грязные.

Тема № 3 «Основные операции технологического цикла

экоаналитического контроля»

(2 часа)

1.Наблюдение за загрязнением атмосферного воздуха.

2.Наблюдение за загрязнением природных вод.

3.Наблюдение за загрязнением почв.

Основная литература

1.Л. Н. Губанов, В. И. Зверева. Планирование экспериментальных исследований : учеб. пособие. - Н.Новгород : ННГАСУ, 2007.

2.А. П. Левич, Н. Г. Булгаков, В. Н. Максимов. Теоретические и методические основы технологии регионального контроля природной среды по данным экологического мониторинга. - М. : НИА-Природа, 2004.

Дополнительная литература

1.Вязилов, Е. Д. Информационные ресурсы о состоянии природной среды. - М. : Эдиториал УРСС, 2001.

2.Голицын, А. Н. Основы промышленной экологии : учеб. для образов. учреждений нач. проф. образования. - М. : Изд. центр "Акад.", 2007.

Контрольные вопросы к теме:

1)Наблюдение за загрязнением атмосферного воздуха.

2)Наблюдение за загрязнением природных вод.

3)Наблюдение за загрязнением почв.

Первый вопрос. Организация наблюдений за уровнем загрязнения атмосферы в городах и населенных пунктах осуществляется в соответствии с ГОСТ 17.2.3.01 -86 «Охрана природы. Атмосфера. Правила контроля качества воздуха населённых пунктов». Наблюдения за уровнем загрязнения атмосферы производится на посту, представляющем собой заранее выбранное для этой цели место (точка местности), на котором размещается павильон или автомобиль, оборудованный соответствующими приборами.

66

Посты наблюдений устанавливаются трех категорий: стационарные, маршрутные и передвижные (подфакельные).

Стационарный пост предназначен для обеспечения непрерывной регистрации содержания загрязняющих веществ или регулярного отбора проб воздуха для последующего анализа. Из числа стационарных постов выделяются опорные стационарные посты, которые предназначены для выявления долговременных измерений содержания основных и наиболее распространённых специфических загрязняющих веществ.

Каждый пост независимо от категории размещается на открытой, проветриваемой со всех сторон площадке (на асфальте, твердом грунте, газоне).

Стационарный и маршрутный посты организуются в местах, выбранных с учётом обязательного предварительного исследования загрязнения воздушной среды города промышленными выбросами, выбросами автотранспорта, бытовыми и другими источниками, а также с учетом изучения метеорологических условий рассеивания примесей путем эпизодических наблюдений и расчётов полей максимальных концентраций примесей. При этом следует учитывать повторяемость направления ветра над территорией города. Выбору местоположения стационарных постов должно предшествовать ознакомление с генеральным планом развития города с целью учёта планируемого размещения крупных источников выбросов и жилых районов. Регулярные наблюдения на стационарных постах проводится по одной из четырёх программ наблюдения: полной (П), неполной (НП), сокращённой (СС), суточной (С).

Маршрутный пост наблюдений — это место на определенном маршруте в городе. Он предназначен для регулярного отбора проб воздуха в фиксированной точке местности при наблюдениях, ко-торые проводятся с помощью передвижной аппаратуры. Порядок объезда маршрутных постов ежемесячно меняется таким образом, чтобы отбор проб воздуха на каждом пункте проводился в разное время суток.

Передвижной (подфакельный) пост предназначен для отбора проб под

67

дымовым (газовым) факелом с целью выявления зоны влияния данного источника. Подфакельные наблюдения осуществляются за специфическими загрязняющими веществами, характерными для выбросов данного предприятия, по специально разрабатываемым программам и маршрутам. Места отбора проб при подфакельных наблюдениях выбирают на разных расстояниях от источника загрязнения с учетом закономерностей распространения загрязняющих веществ в атмосфере. Под факелом проводятся наблюдения за типичными для данного предприятия ингредиентами с учетом объема выбросов и их токсичности.

Наблюдения за уровнем загрязнения атмосферного воздуха автотранспортом

Транспорт по ряду примесей может быть основным источником загрязнения атмосферного воздуха. Автомобили с бензиновыми двигателями при эксплуатации в жаркое время года выбрасывают в атмосферный воздух пары углеводородов при испарении бензина из бензобаков, карбюраторов и при заправке на бензоколонках. В целях снижения вредного воздействия на окружающую среду на автотранспортных предприятиях проводится контроль токсичности ОГ двигателей. В настоящее время охрана атмосферного воздуха от выбросов вредных веществ автотранспортом обеспечивается правовыми актами и стандартами.

Оценка состояния загрязнения атмосферного воздуха на автомагистралях и в прилегающей жилой зоне может быть проведена на основе определения в воздухе содержания как основных компонентов выхлопных газов (оксида углерода, углеводородов, оксида азота, акролеина, формальдегида, соединений свинца), так и продуктов их фотохимических превращений (озона и др.).

Для изучения особенностей загрязнения воздуха выбросами автотранспорта организуются специальные наблюдения, в результате которых определяются:

- максимальные значения концентраций основных примесей, выбрасываемых автотранспортом в районах автомагистралей, и периоды их

68

наступления при различных метеоусловиях и интенсивности движения транспорта;

-границы зон и характер распределения примесей по мере удаления от автомагистралей;

-особенности распространения примесей в жилых кварталах различного типа застройки и в зеленых зонах, примыкающих к магистралям;

-особенности распределения транспортных потоков по магистралям

города.

Наблюдения за радиоактивным загрязнением атмосферного воздуха

При проведении мониторинга радиоактивного загрязнения атмосферы применяются сборники радиоактивных загрязнений и воздухофильтрующие устройства, причём своей чувствительностью воздухофильтрующие устройства значительно превосходят сборники радиоактивных выпадений из атмосферы. Для наиболее эффективного контроля за распространением в атмосфере радиоактивных выбросов должна быть обеспечена возможность точного определения полного изотопного состава проб аэрозолей, для чего производительность фильтрующего устройства и эффективность улавливания аэрозолей должны быть достаточно высокими.

Измерения радиоактивного заражения проводят с помощью радиометров и дозиметров.

Наблюдения за фоновым состоянием атмосферы

В шестидесятые годы XX в. Всемирной метеорологической организацией (ВМО) была создана мировая сеть станций мониторинга фонового загрязнения атмосферы (БАПМоН). Цель ее состоит в получении информации о фоновых уровнях концентрации атмосферных составляющих, их вариациях и временных изменениях, по которым можно судить о влиянии человеческой деятельности на состояние атмосферы. Национальная сеть станций комплексного фонового мониторинга входит в международную сеть и осуществляет наблюдение за состоянием загрязнения природных сред фоновых районов. Эта сеть является фундаментом для создания национальной службы экологического

69

мониторинга, которая впоследствии объединит станции, работающие по международным программам.

Данные о результатах наблюдений загрязнения атмосферного воздуха и метеорологических параметров, о результатах подфакельных и других наблюдений поступают со стационарных и маршрутных постов в одно из подразделений местных органов Росгидромета, чаще всего в отделы обеспечения информацией хозяйственных организаций, управлений по гидрометеорологии, где они проходят контроль и сводятся в специальные таблицы, называемые таблицами наблюдений за загрязнением атмосфер (ТЗА).

Второй вопрос. Контроль качества поверхностных вод проводится в соответствии с ГОСТ 17.1.3.07-82, устанавливающим единые требования к построению сети контроля, проведению наблюдений и обработке получаемых данных.

Для проведения мониторинга вод суши организуются:

-стационарная сеть пунктов наблюдений за естественным составом и загрязнением поверхностных вод;

-специализированная сеть пунктов для решения научноисследовательских задач;

-временная экспедиционная сеть пунктов.

Сеть гидрохимических наблюдений должна охватывать: в пространстве:

-по возможности все водные объекты, расположенные на территории изучаемого бассейна;

-всю длину водотока с определением влияния наиболее крупных его притоков и сброса сточных вод в него;

-всю акваторию водоема с определением влияния на него наиболее крупных притоков и сброса в него сточных вод;

во времени:

-все фазы гидрологического режима (весеннее половодье, летнюю межень, летние и осенние дождевые паводки, ледостав, зимнюю межень);

70