Венецианов Экологический мониторинг шаг за шагом

Выбор оборудования и методов анализа

Выбор методов и средств измерений параметров источников воздействия

исостояния окружающей среды зависит не только от того, за каким параметром вы намерены вести наблюдения, но и от задач вашей про/ граммы в целом. Например, не всегда необходимо привлечение инстру/ ментальных методов определения загрязняющих веществ, т.к. существу/ ют достаточно простые и информативные приемы, не требующие слож/ ного оборудования и высокой профессиональной подготовки (визуаль/ ные методы, некоторые способы биоиндикации и т.п.). Например, об/ щая захламленность территории населенного пункта или количество просыпей сырьевого компонента в цехе предприятия могут быть оцене/ ны визуально, а задокументированы с помощью фотографии или отра/ жены на картах/схемах местности. Подробнее об этих приемах см. в разделе Качественные или полуколичественные методы.

Визуальные методы мониторинга с фотографированием, рисованием, равно как и подходы биоиндикации интересны и доступны, поэтому широко используются в детском мониторинге. При планировании мо/ ниторинга с участием детей и подростков необходимо учесть некоторые дополнительные особенности: применяемые методики исследования должны быть не только простыми и наглядными, но и безопасными, а программа мониторинга — разносторонней и познавательной, чтобы заинтересовать детей [46/49, 52]. Некоторые методики оценки качества воды с использованием биоиндикации приведены в Приложении 3. Пример организации проекта по мониторингу с участием детей и подро/ стков с использованием только беззатратных и малозатратных методов мониторинга описан нами в разделе Модельные проекты.

Внекоторых случаях можно успешно сочетать простые методы на/ блюдения с инструментальными методами по следующему принципу: есть видимое изменение фактора воздействия, — надо проводить иссле/ дование с использованием аналитических приборов. Например, повы/ шенные концентрации свободного хлора в сточных водах будут сопро/ вождаться усилением характерного запаха, при этом можно отбирать пробу воды для анализа. Повышенные концентрации оксида азота будут причиной рыжей окраски отходящих газов (знаменитый «лисий хвост»),

итогда можно осуществлять измерения*. Еще один пример — загрязне/ ние воздушной среды автотранспортом меняется в зависимости от ин/ тенсивности движения, видов автотраспорта (соотношения грузовые/ легковые автомобили), поэтому оценить его можно, просто подсчиты/ вая количество проезжающих машин. Измерения в этом случае можно

*Кстати, рыжий цвет отходящих газов может быть обусловлен взвесью оксидов железа. Рекомендации по оценке результатов наблюдений см. в разделе Интер2 претация результатов.

проводить по необходимости в периоды наибольшей и наименьшей (для сравнения) интенсивности движения.

Измеряемое обычным кондуктометром резкое повышение минерали/ зации в речной воде после выпуска сточных вод свидетельствует о воз/ растании концентрации загрязняющих веществ в сбросе или об аварий/ ной ситуации, следовательно, также необходим более детальный анализ проб воды (см. табл. 14).

В приведенных примерах простые методы применяются для иденти/ фикации факторов воздействия или их изменений, а более сложные инструментальные — для детального определения параметров факторов воздействия, подтверждения результатов визуальных наблюдений. Де/ тальному описанию методик анализа воздушной и водной сред, снежно/ го покрова, почв посвящены многочисленные нормативные документы, учебные пособия, справочники [26/28, 30, 53/54, 57а, 62/70].

Если для решения поставленных задач необходимы именно инстру/ ментальные методы, привлекайте к работе профессионалов. При этом полезно ознакомиться с возможностями и характеристиками методов. Следует иметь в виду, что выбор методов определяется, исходя из мно/ гих соображений, в том числе их возможностями (селективность, чув/ ствительность и пр.), доступностью оборудования, стоимостью анали/ зов и другими факторами (см., например, Приложение 3 и [34]). Если вы намерены обсуждать результаты с официальными лицами и приводить

Таблица 14. Оборудование, пригодное для рекогносцировочных исследований

их в отчетах в сравнении с материалами государственных служб, приме/ няемые вами средства и методы должны быть аттестованы и должны соответствовать нормативным документам. Отметим, что методики из/ мерений могут быть утверждены и допущены к применению Госстандар/ том РФ, а также министерствами и ведомствами.

Предпочтительнее использовать методики, утвержденные Госстандар/ том РФ, допустимо применение методик Госсанэпиднадзора и Росгид/ ромета. Так, в соответствии с требованиями СанПиН 2.1.4.1074 01 [11] для проведения лабораторных исследований (измерений) качества пить евой воды допускаются метрологические методики, соответствующие требованиям ГОСТ 8.563 96 и ГОСТ 8.556 91, установленные значения показателей погрешности которых не превышают норм погрешности по ГОСТ 27384 87, а также методики, утвержденные или допущенные к применению Госстандартом России или Госсанэпиднадзором России [67].

При использовании других ведомственных методик следует уточнить, являются ли рекомендованные способы проведения измерений пригод/ ными для технологического контроля (например, в химической или пищевой промышленности) или для оценки качества природных сред. Выполнение аналитических измерений по неаттестованным методикам может поставить под сомнение полученные вами результаты.

Если вы приняли решение обратиться за помощью для выполнения аналитических измерений в специализированную лабораторию, имею/ щую хорошую деловую репутацию, следует учитывать возможности при/ меняемого профессионалами оборудования и методов исследования и отбора, консервации и хранения проб, направляемых на анализ. Необ/ ходимый минимум знаний в вопросах анализа позволит вам увереннее чувствовать себя в дискуссиях с профессионалами и избежать ошибок в интерпретации результатов. Некоторые основные определения и их крат/ кие характеристики изложены в Приложении 3.

В ряде случаев используются многокомпонентные методы, позволяю/ щие определить сразу большое число веществ (например, различные спектральные анализы, хроматография). Значение таких методов возра/ стает, но их использование возможно только высокопрофессиональным персоналом и на соответствующем, обычно дорогом, оборудовании. При прочих равных условиях предпочтительнее использовать методы прямо/ го анализа, не связанные с предварительной подготовкой пробы. Иног/ да такая подготовка необходима, например, когда производят предвари/ тельное концентрирование исследуемого компонента, что позволяет определять малые его концентрации, устранять трудности, связанные с негомогенным распределением компонента в пробе и отсутствием об/ разцов сравнения. В любом случае, важно избежать потерь на этом эта/ пе, поэтому следует отдавать предпочтение методикам, которые требуют

минимального количества стадий фильтрования, экстракции, отгонки, переноса из одного сосуда в другой и т.п.

Сложность состава природных сред служит причиной того, что поме/ хи, возникающие при измерении концентрации одного вещества при наличии других веществ, могут приводить к серьезным ошибкам. Боль/ шинство стандартных методик содержит перечень таких проблем и спо/ собов их устранения.

Вобласти радиоэкологического мониторинга общественные органи/ зации своими силами могут выполнить только определенный комплекс полевых исследований с использованием переносных приборов — дози/ метров и радиометров. Лабораторные радиоэкологические исследования требуют приборов, квалифицированного персонала и особых условий, связанных с обеспечением безопасности работающих. При этом следует учитывать, что в соответствии с действующими Нормами радиационной безопасности [35] принятие административных решений осуществляет/ ся только на основании сведений о годовой эффективной дозе.

Вконце раздела, посвященного выбору методов измерений, хочется подчеркнуть, что во многих случаях можно проводить выявление источ/ ников загрязнения без использования дорогостоящего и сложного обо/ рудования. Рекогносцировочные исследования (особенно основанные на принципе поиска маркеров загрязнения) вполне можно проводить, используя минимум средств измерений.

Еще раз отметим, что информацию можно извлечь как из полученных ранее (государственными и неправительственными организациями) чис/ ленных материалов, так и проводя собственные визуальные наблюде/ ния, фото/ и видеосъемку (см. главу Модельные проекты).

Отбор и подготовка проб

Стадия пробоотбора представляет собой весьма важный этап организации экологического мониторинга. Прежде всего, необходимо обеспечить та/ кие условия, при которых проба отражала бы реальное содержание опре/ деляемых компонентов в окружающей среде. При этом большое значение имеет сам объект исследования. Состав наиболее подвижной среды — воздуха — изменчив, а концентрации примесей невысоки. Поэтому при пробоотборе используются сорбционные поглотители, через которые про/ качиваются большие объемы воздуха. При изучении водных систем следу/ ет уделить первоочередное внимание донным отложениям, накапливаю/ щим многие загрязняющие вещества и отражающим долговременную кар/ тину загрязнения. Наконец, нужно помнить о том, что для уменьшения случайных погрешностей целесообразно проводить несколько параллель/ ных определений, что ведет к увеличению минимального объема пробы.

Во избежание загрязнений уже на стадии отбора пробы следует при/ нимать специальные меры предосторожности. Такие меры обычно под/ робно описаны либо в самих методиках, либо в специальных руковод/ ствах по анализу, перечень которых приведен в списке литературы. Не/ аккуратное обращение и неправильное хранение могут привести к изме/ нению состава пробы под действием света или тепла, химических реак/ ций, микробиологических превращений и т.д.

Так, например, попадание в анализируемую пробу пыли из воздуха (если измерения проводятся вблизи транспортных магистралей, рядом с заводом, электростанцией) может служить источником загрязнения и ошибки при определении металлов (взвешенные частицы выбросов про/ мышленных предприятий и транспорта содержат тяжелые металлы). Загрязнение воздуха лаборатории парами ртути ведет к завышению со/ держания этого элемента в пробе. Все это нужно учитывать при опреде/ лении следовых количеств загрязняющих веществ.

Во многих случаях приходится прибегать к консервированию пробы — операции, позволяющей проводить аналитические работы не в полевых условиях, а через некоторое время. Процедуры консервирования проб воды, донных отложений, биологических объектов детально описаны в соответствующих методических указаниях [49, 53/54, 65/66]. Отметим лишь, что требования к консервированию следует выполнять неукосни/ тельно и при необходимости делить пробу на несколько порций, кон/ сервируя их по отдельности для последующего анализа.

Стадия пробоподготовки является первой ступенью собственно анали/ тической фазы. Помехи от неизвестных факторов должны быть полно/ стью исключены. Цель подготовки пробы — перевод определяемого компонента (и пробы) в форму, пригодную для анализа с помощью выбранного метода, удаление мешающих веществ или их маскирование. В некоторых случаях необходимо строго известное изменение концент/ рации (разбавление или концентрирование), что обычно связано с тре/ бованиями используемого метода анализа. Все необходимые операции содержатся в описаниях методик [66, 72].

Документирование результатов

Документирование результатов — важная составляющая общественного экологического мониторинга. Документировать необходимо все стадии работы, начиная с планирования, оценки исходной ситуации и, конеч/ но, не забывая об отборе проб. Особое внимание этому следует уделить, если вы намерены добиваться принятия каких/либо решений на основе ваших результатов.

Мы уже говорили об оценке исходной ситуации и экологическом кар/ тировании и вернемся к этой теме еще раз позднее в разделе Качествен2 ные и полуколичественные методы. Фотосъемка как метод документиро/ вания бывает просто незаменима в тех случаях, когда степень загрязне/ ния и ее изменение можно оценить визуально. Фотография — достаточ/ но серьезный аргумент в любых обсуждениях, подкрепляющий вашу точку зрения.

Обратимся теперь к стадии отбора проб. Пробоотбор обычно оформ/ ляется протоколом, который подписывают все его участники. Форма протокола может быть разработана вашей организацией или заимство/ вана у государственных служб. Если вы разрабатываете собственную форму, подойдите к этому очень тщательно: из нее не должны исчезнуть детали, которые могут оказаться существенными при интерпретации результатов. Например, если вы работаете на водном объекте, в прото/ коле следует указать точное место отбора пробы, глубину, расстояние от берега, метеоусловия. Информацию для составления протокола пред/ почтительно записывать непосредственно в момент пробоотбора.

Протокол должен быть подписан и утвержден ответственным лицом (это может быть руководитель группы). При работе учебных организа/ ций также есть смысл уделить внимание оформлению протокола. Введе/ ние такой процедуры позволит более аргументировано подходить к ин/ терпретации и оформлению результатов, будет способствовать приобре/ тению учащимися навыков систематической работы.

К оформлению результатов лабораторных исследований целесообраз/ но подходить аналогичным образом. Полученные данные должны быть занесены в лабораторный журнал, а затем, когда это необходимо, сведе/ ны в протокол, который подписывается обычно руководителем лабора/ тории. Не следует забывать о методиках: необходимо указывать, каким именно способом произведены измерения, а в приложении к отчету нужно дать точные ссылки на используемые нормативные документы. Все первичные результаты (протоколы, рабочие журналы и прочая доку/ ментация) должны сохраняться в течение всего времени, пока вы опери/ руете полученными данными.

Количественные данные анализов обычно представляют в виде таб/ лиц. В эти таблицы целесообразно включать результаты в виде рассчи/ танных средних величин и отклонений от них, а также дополнительную информацию, необходимую для корректной интерпретации результатов. Это могут быть сведения о действующих стандартах, фоновом или ре/ перном значении определяемого параметра, характерный интервал зна/ чений параметра по результатам прошлых измерений, необходимые при/ мечания. В тех случаях, когда определение исследуемой величины про/ водят независимо различными методами, следует внести в таблицу ин/ формацию об альтернативных методиках.

Корректность оформления результатов не менее важна, чем докумен/ тирование процессов пробоотбора и анализа.

Приведенные примеры представления данных исследования содержат как собственно полученный цифровой материал, так и сведения, которые могут (и должны) быть использованы для интерпретации результатов.

Интерпретация результатов: типичные ошибки и пути их преодоления

Улики сами по себе не страшны, страшна неправильная интерпретация.

Бр. Стругацкие. «Хромая судьба»

Итак, получены долгожданные результаты наблюдений. Возможно, вам пришлось отказаться от самостоятельных аналитических работ, и циф/ ровой материал получен в лаборатории научно/исследовательского ин/ ститута. Это рациональный шаг, но и собственные, и выполненные по вашему заказу аналитические материалы должны быть интерпретирова/ ны так, чтобы цифры заговорили, стали информацией.

Действительно, в основе любого заключения о сложившейся экологи/ ческой ситуации, о качестве воздуха, воды, почвы лежит информация, а не просто некоторый массив цифр. Интерпретация и представление полученных результатов в значительной мере определяют возможности использования данных для принятия экологически значимых решений (таких, как внедрение методов предотвращения потерь токсичных ве/ ществ на предприятии, отказ от одного из видов водопользования или внесение ограничений на его характер, требование пересмотра границы санитарно/защитной зоны предприятия, рекомендации по очистке сточ/ ных вод и пр.)

Иногда под интерпретацией понимают сравнение полученных резуль/ татов, выраженных в количественной форме, с соответствующими зна/ чениями ПДК или другими нормативными показателями. В результате получаются те же цифры, выраженные в других единицах (например, в единицах ПДК), что практически не создает дополнительной информа/ ции. Соответственно, такая процедура не может считаться интерпрета/ цией результатов и, в лучшем случае, представляет собой лишь первый ее этап. (Отметим, однако, что уже этот этап предоставляет возможно/ сти для ошибок и манипуляций — прежде всего, путем отнесения ре/ зультатов к «ненадлежащему» нормативу, предназначенному для других условий).

Глава 4

шестоящие инстанции, где со/ ставляются обобщающие табли/ цы по всему водосборному бас/ сейну, например. Эти таблицы дают возможность взглянуть на проблему шире, увидеть то, что не очевидно на местном уровне. Однако данные при этом чаще всего представляются в виде кратности и частоты превышения соответствующих ПДК, и исход/ ная информация (особенности биогеохимических провинций, водосборов, источников воздей/ ствия и др.) исчезает.

Иногда совершается другая ме/ тодологическая ошибка: накап/ ливаются данные без соответ/ ствующего анализа и корректи/ ровки программы. Накопление значительного массива данных по жесткой программе необходи/

мо при фоновом мониторинге, но, когда идет поиск загрязняю/ щих веществ и источников их поступления, программа нуждается в уточ/

нении в зависимости от получаемой информации.

Учебным заведениям, общественным организациям, которые, как правило, не ведут фонового мониторинга, полезно следовать правилу:

интерпретация полученных результатов должна быть процессом, парал2 лельным их получению. При этом могут быть использованы несложные методы получения дополнительной информации, например, качествен/ ные наблюдения или «разведывательные» подходы к организации на/ блюдений, описанные в главе Предварительный анализ и в разделе Каче2 ственные и полуколичественные методы.

Требования, предъявляемые к аналитическим данным

Для объективной оценки состояния окружающей среды нужны досто/ верные и сопоставимые аналитические данные. К результатам измере/ ний, к способам их представления и интерпретации предъявляются до/ статочно строгие требования. Следует подчеркнуть, что требования к данным производственного или общественного экологического мони/ торинга те же, что и для государственного. Различие состоит в том, что