§3. Геоинформационные системы

Это комплекс программных средств и аппаратного обеспечения (анализаторы, установленные на спутниках, самолетах, вертолетах, на очень высоких башнях, зданиях).

Основная идея: загрязненная поверхность воды различно отражает солнечное излучение или излучение от специальных источников (контраст).

Группы оптических методов:

1) Пассивные – регистрация отраженных солнечных лучей в широком спектре, ИК, УФ

Недостаток: возможность измерения только днем в ясную солнечную погоду

2) Активные – используются лазеры, их отраженное излучение

: 1) в любое время суток

2) возможно люминесцентное излучение (вторичное).

Точность 0,01%, 0,1%

Особенности программного обеспечения:

содержит шаблоны или модели незагрязненных участков, с которыми и сравнивается полученная «картинка»

широкая разрешающая способность

возможность 3D изображения в любом спектре

привязка координат

Глава 5. Средства контроля воздушных и газообразных сред

5.1. Классификация средств контроля.

Из приведенной ниже таблицы, можно сделать вывод, что методы анализов у газообразных проб одинаковые с другими средами.

Контролируемая среда	Категории природных сред	Метод (для любой среды по каждой группе ее особенностей)	Определяемое вещество (класс, группа)
Газы (атмосферный воздух и др.)	Природная атмосфера, воздух населенных мест, воздух рабочей зоны, промвыбросы и т.д.	Хроматография Фотометрия Спектрометрия Люминометрия Электрохимия Титриметрия Денситометрия Турбидиметрия Весовой метод Биохимический - ферментный метод Биоиндикация Радиометрия и др.	Азота оксиды Амины и аммиак Ацетон и др. кетоны Бенз(а)пирены Бензин и другие нефтепродукты Бензол и другие ароматические соединения Взвешенные вещества Дихлорэтан и другие хлорорганические соединения Диоксины Кислоты Меркаптаны, сульфиды и др. серосодеращие вещества As, Se, Te О3, перекиси и другие окислители Hg, Pb, Sn Тяжелые металлы
Жидкости	Природные воды суши, морские воды и отложения, воды рыб хозяйственных водоемов, питьевые и хозбытовые воды, сточные воды и др.
Твердые (сыпучие) тела	Почвы, пыль, порошки, твердые поверхности
Биосреды (биообъекты)	Биосубстраты животных и растений, внутренняя среда человеческого организма, продукты питания животного происхождения

Средства контроля воздушных и других газообразных сред подразделяют на:

приборы,

системы (комплексы),

другие технические средства контроля загрязнения (ТСКЗ) воздушного бассейна, при этом группируя их по особенностям анализируемой воздушной среды следующим образом:

ТСКЗ атмосферы,

ТСКЗ воздуха населенных мест и жилых помещений,

ТСКЗ воздуха рабочей зоны и производственных помещений,

ТСКЗ выбросов и паро - воздушных смесей, поступающих в атмосферу.

По степени автоматизации: на автоматические автоматизаторы и газосигнализаторы, и неавтоматические приборы и другие средства контроля.

На современном российском рынке средств экоаналитического контроля более всего распространены автоматические газосигнализаторы, которые постепенно замещаются газоанализаторами. Значительную долю этого рынка также до сих пор занимают неавтоматизированные ТСКЗ на основе индикаторных трубок, полуколичественных экспресс - тестов, индикаторных бумажек, пленок и т. д. Они чаще всего используются при полевом контроле «на месте» для решения первой задачи в технологической цепочке - «поисковой», а также для предварительных и весьма приблизительных («полуколичественных») измерений.

Всего в Госреестре СИ зафиксировано более 150 марок отечественных (35 %) и импортных (около 65 %) газоаналитических приборов, являющихся аттестованными СИ. Они могут быть сгруппированы следующим образом:

промышленные газоанализаторы - более 60 (> 40 %),

анализаторы атмосферного воздуха - около 50 (30 %),

газоанализаторы транспортных выбросов - около 20 (13 %),

аппаратура контроля пыли и дымности - около 20 (13 %),

иные (экспресс - определители и др.) - более 5 (около 4 %).

Среди промышленных газоанализаторов наиболее часто применяются автоматические приборы, предназначенные для контроля воздуха в помещениях рабочей зоны, а также выбросов различных производств и теплоэнергетических установок для следующих загрязняющих веществ:

СО - > 16 типов приборов,

SO₂ - около 15 типов,

NO - около 14 типов,

NO₂ - примерно 8 типов,

O₂ - около 7 типов,

CO₂ - около 5 типов,

H₂S - около 6 типов,

NO_x - примерно 4 типа,

Cl₂, NH₃ - примерно по 2 типа,

органических и других веществ - несколько типов.

Анализаторы атмосферного воздуха в наибольшей степени ориентированы на контроль

SO₂ (30 %),

NO_x и Hg (по 23 %),

О₃ (18 %), а также H₂S, CS₂, NH₃, УВ, пыль.

При лабораторном экологическом контроле загрязняющих веществ в воздухе фоновых районов, населенных пунктов и в промышленных выбросах в основном применяется технология с разделенными процедурами отбора и измерения показателей проб. При этом в числе универсальных приборов лабораторного анализа, на которых в соответствии с РД 52.04.186-89 «Руководство по контролю загрязнения атмосферы» и РД 52.18.595-96 «Федеральный перечень методик выполнения измерений, допущенных к применению при выполнении работ в области мониторинга загрязнения окружающей природной среды» реализуется не менее 130 методик выполнения измерений загрязняющих атмосферу веществ, находятся следующие типы средств:

фотометры и спектрофотометры 50 % (>60 методик),

хроматографы 20 % (30),

атомно-абсорбционные спектрометры 10 % (15),

потенциометрические приборы 4 % (5),

флуориметры и титраторы по 2.5 % (по 3),

кулонометры и весовые приборы по 1,5 % (по 2),

остальные (хромато-масс-спектрометры, рентгено-флуоресцентные и электрометрические приборы и т. д.) < 1 % (по 1 - 2).

Из приведенных данных следует, что с помощью трех наиболее часто применяемых типов лабораторных измерительных приборов (фотометры, хроматографы и атомно-абсорбционные спектрометры) могут решаться примерно 80% всех основных экоаналитических задач контроля воздуха, выполняемых в лабораторных условиях.

В завершение краткого анализа особенностей технических средств и методов экоаналитического контроля загрязняющих веществ атмосферы необходимо рассмотреть наиболее универсальные приборы, подходящие для целей экологического мониторинга.

Рассмотрим, прежде всего, те технические средства, которые могут быть использованы при поиске источника загрязнения атмосферы, т. е. на первой стадии.

К их числу следует отнести быстродействующие автоматические приборы и ручные экспресс-определители с индикаторными трубками, основанные на "линейно-колористическом" принципе измерения аналитического эффекта.

Одним из наиболее перспективных для решения этой задачи отечественных технических средств контроля атмосферы является серия непрерывно действующих фотоионизационных газоанализаторов типа «КОЛИОН» (ЗАО «Бюро аналитического приборостроения ХРОМДЕТ - ЭКОЛОГИЯ», г. Москва).

Достоинства этой серии приборов:

переносные,

легкие (0,3 - 2,5 кг),

малогабаритные (65х205х180 мм),

быстродействующие (время отклика 3 с),

чувствительные (время обнаружения 0,1 мг/м³, диапазон определяемых содержаний 2 - 2000 мг/м³),

точные (основная относительная погрешность 25 %),

автономные,

с наглядным представлением результата (в виде величины концентрации на жидкокристаллическом дисплее), а также сигнализацией о превышении установленного уровня загрязненности.

Приборы серии «КОЛИОН» обладают довольно широким перечнем анализируемых с их помощью соединений:

нефтепродукты,

другие алифатические, ароматические и непредельные УВ,

органические растворители,

хлоралкены,

метанол, этанол, фенол и др. спирты,

альдегиды, кетоны,

сложные эфиры,

амины, меркаптаны,

NH₃, H₂S, CS₂, Cl₂ и др. неорганические вещества.

Цена наиболее распространенной модели газоанализатора составляет ~ 1000$.

Несмотря на очевидные преимущества, приборы серии «КОЛИОН» обладают одним существенным недостатком - они неспецифичны. Действие приборов основано на фотоионизационном эффекте - возникновении интегральнго ионизационного тока в измерительной камере под действием УФ-излучения при попадании в нее легко диссоциирующих веществ. Таким образом, приборы измеряют токовый сигнал, пропорциональный суммарной концентрации анализируемых веществ, не различая при этом особенностей их природы и химических свойств.

Для компенсации этого недостатка при поиске и первичном охарактеризовании источника загрязняющих веществ для целей экологического мониторинга могут быть применены в качестве экспрессных средств экоаналитического контроля «на месте» линейно-колористические индикаторные трубки (Санкт-Петербург, НПО ЗАО «Крисмас +»). Достоинства индикаторных трубок:

переносные,

легкие (насос с индикаторной трубкой весят не более 1 кг),

малогабаритные,

быстродействующие (время отклика - несколько минут),

чувствительные (предел обнаружения - десятые доли ПДКр.з., диапазон определения 0,1 - 1000000 мг/м³),

основная относительная погрешность составляет ± 25 %.

Комплекты-лаборатории типа «Пчелка-Р» включают в свой состав газоопределитель химический многокомпонентный ГХК (аспиратор и зонд пробоотборный). Набор прменяемых с ГХК метрологически аттестованных индикаторных трубок позволяет анализировать с их помощью довольно широкий перечень неорганических веществ и различных органических соединений (всего около 30), к которым относятся:

NH₃, H₂S, SO₂, NO_x, Cl₂, HCl, CO, CO₂, Br₂ и др. неорганические вещества,

углеводороды нефти,

ароматические углеводороды (бензол, толуол, ксилол и др.),

трихлорэтилен и др. хлоралкены,

этанол и другие спирты,

формальдегид и ацетон, а также другие альдегиды и кетоны,

диэтиловый и другие эфиры,

ацетилен, уксусная кислота,

амины, меркаптаны и многие другие органические соединения.

Всего НПО «Крисмас +» поставляет более 180 типов индикаторных трубок.

Любая модель комплект лаборатории с примерно полугодовой комплектацией расходных компонентов и материалов не превышает 175 - 250 $. Типовая лаборатория вмещает в себя до 20 наборов индикаторных трубок (минимум по 10 штук), т. е. лаборатория в этом режиме способна осуществлять суммарно до 400 количественных измерений по 20 показателям загрязнения атмосферы. Стоимость одного измерения составляет примерно 0,5 - 1 $ США.

Помимо индикаторных трубок НПО «Крисмас+» дополнительно комплектует лабораторию быстродействующими индикаторными элементами (NH₃, SO₂, H₂S, HF, Cl₂, HCN и др.), а также безаспирационными экспресс-тестами на NH₃, NO₂ и пары Hg, работающими в следящем режиме как индивидуальные химические дозиметры. Цена одного измерения в этом случае колеблется от 3,5 до 70 центов.