Вопрос 30

Экомониторинг и методы контроля загрязнений гидросферы. Основные принципы и задачи. Иономеры.

Ответ:

Современный мониторинг состояния гидросферы Земли основывается на использовании новейших достижений науки и техники. При оборудовании наблюдательных наземных платформ и автоматических станций в Мировом океане, радарных станций и летательных аппаратов в атмосфере для измерения и первичной обработки данных широко используются микропроцессоры. В процессе мониторинга загрязнения природных вод вырабатываются количественные подходы к определению ключевых переменных и параметров, необходимых для понимания факторов, определяющих изменения в водной среде. Обработка и обобщение информации, поступающей со стационарной сети наземных и приземных наблюдений, со спутников Земли, экспедиционных исследований Мирового океана и труднодоступных районов земной суши, осуществляются с использованием электронных вычислительных машин и на основе архивов создаваемых банков данных.

При контроле загрязнения гидросферы применяются методы основанные на измерении органолептических показателей, рН, содержания взвешенных веществ, химического потребления кислорода (ХПК), количества растворённого в воде кислорода, биохимического потребления кислорода (БПК), концентрации вредных веществ, для которых существуют нормируемые значения ПДК.

Современный мониторинг состояния гидросферы Земли основывается на использовании новейших достижений науки и техники. При оборудовании наблюдательных наземных платформ и автоматических станций в Мировом океане, радарных станций и летательных аппаратов в атмосфере для измерения и первичной обработки данных широко используются микропроцессоры. В процессе мониторинга загрязнения природных вод вырабатываются количественные подходы к определению ключевых переменных и параметров, необходимых для понимания факторов, определяющих изменения в водной среде. Обработка и обобщение информации, поступающей со стационарной сети наземных и приземных наблюдений, со спутников Земли, экспедиционных исследований Мирового океана и труднодоступных районов земной суши, осуществляются с использованием электронных вычислительных машин и на основе архивов создаваемых банков данных.

В ходе мониторинга гидросферы решаются следующие основные задачи: наблюдения и контроля уровня загрязненности вод по физическим, химическим и гидробиологическим показателям; изучение динамики загрязняющих веществ, процессов накопления загрязняющих веществ в донных отложениях, самоочищения и другие.

Иономеры - это абсолютно автоматические анализаторы электролитов.

В основу работы иономера положен потенциометрическийм метод измерений pH и Eh контролируемого раствора: вызывается погружением электродов в раствор ЭДС, зависящая напрямую от активности ионов и температуры раствора. Переходит она в пропорциональное по величине напряжение и в цифровое значение измеряемого параметра, которое отображается на экране.

Вопрос 31

Электрохимические датчики и сенсоры в экомониторинге. Кондуктометр.

Ответ:

Принцип действия электрохимического датчика основан на явлении протекания специфичной химической реакции (электрохимической реакции) в электрохимической ячейке, представляющей собой емкость с раствором электролита с электродами (анодом и катодом).

Анализируемый газ вступает в химическую реакцию с электролитом, заполняющим ячейку. В результате в растворе возникают заряженные ионы, между электродами начинает протекать электрический ток, пропорциональный концентрации анализируемого компонента в пробе. Электрический датчик обрабатывает возникающий электрический сигнал.

Принцип действия оптических датчиков основан на поглощении газом оптического излучения. Для каждого из газов существует длина волны излучения, при которой наблюдается максимум поглощения. Это позволяет получать датчики с приемлемой селективностью. Недостатком оптического метода является сильная и сложная зависимость работы датчика от изменения параметров окружающей среды, таких как влажность, давление и особенно температура. Для нейтрализации дестабилизирующего влияния температуры приходится применять термостатирование датчика, что усложняет и без того непростую конструкцию сенсора, увеличивает его габариты, массу и энергопотребление. Сложность конструкции обуславливает сравнительно высокую стоимость оптических датчиков.

Термомагнитные датчики основаны на изменении магнитных свойств молекул некоторых газов в зависимости от температуры. Датчики этого типа хороши своим длительным ресурсом работы, отсутствием необходимости в калибровке (по крайней мере, потребность в подстройке чувствительности может возникнуть очень редко). К недостаткам можно отнести меньшую, чем у электрохимических сенсоров кислорода, селективность, а также сравнительно высокое энергопотребление, связанное с необходимостью нагрева газовой смеси. Наконец, конструктивные особенности датчиков таковы, что вырабатываемый ими электрический сигнал зависит от положения в пространстве.

Электрохимический сенсор определяет концентрацию токсичного газа, измеряя ток по электрохимическому принципу, который использует процесс электрохимического окисления определенного газа на рабочем электроде внутри электролитической ячейки.

Ток, вырабатываемый при электрохимической реакции детектируемого газа, прямо пропорционален концентрации газа согласно закону Фарадея, поэтому концентрация этого газа может быть определена измерением величины тока.

Кондуктометр представляет собой малогабаритный микропроцессорный прибор, предназначенный для измерения удельной электрической проводимости. Для удобства контроля удельной электрической проводимости в кондуктометре находится температурный компенсатор, который приводит абсолютное значение удельной электрической проводимости к удельной электрической проводимости при 25 °С. В кондуктометре предусмотрен режим измерения абсолютного значения удельной электрической проводимости, который достигается отключением температурного компенсатора.

Принцип действия кондуктометра основан на прямой зависимости электропроводности воды (силы тока в постоянном электрическом поле, создаваемом электродами прибора) от количества растворенных в воде соединений. Применяют для определения концентрации растворов солей, кислот, оснований, контроля состава некоторых промышленных растворов.