4. Особливості відбору проби повітря для аналізу шкідливих домішок

Забруднене повітря, тобто те середовище, з якої береться проба, може бути охарактеризоване в більшості випадків як нестаціонарна, що негомогенна, багатофазна і мультикомпонентна система, що визначає концентрації більш-менш значно змінюються в часі та просторі, в залежності від типу та інтенсивності джерела емісії, хімічних процесів в атмосфері, метеорологічних і топографічних факторів.

Місце відбору проби повітря слід вибирати так, щоб у безпосередній близькості від нього не було будь-яких будівель, дерев. Не можна також проводити відбір проби під час дощу або снігопаду.

Відбір представницької проби повітря визначається не тільки ретельністю технічного виконання операції. Необхідно враховувати і такі важливі фактори, як агрегатний стан речовини в момент відбору проби, фізико-хімічні властивості вловлюються домішки (леткість, тиск насиченої пари, хімічна стійкість речовини), відповідність швидкості і відібраного об'єму повітря складом поглинаючого розчину (Природі адсорбенту) і чутливості застосовуваного методу аналізу.

Від тривалості відбору проби залежить правильність висновку про ступінь небезпеки досліджуваного виробництва, так як повітряне середовище є вкрай рухливою системою, а надходження шкідливих речовин може відбуватися як переривчасто, так і постійно. При тривалому відборі проби, характерному для моніторингу, результат виходить усередненим за даний відрізок часу і концентраційні піки згладжуються. При короткочасному відборі проби ці піки виявляються, однак, для виключення випадковостей потрібні повторні дослідження, по суті неперервний відбір проб.

При дослідженні атмосферного повітря встановлено, що найбільш достовірні дані по вмісту домішок шкідливих речовин отримується при нетривалому відборі проби.

Санітарно-хімічний контроль атмосферного повітря передбачає відбір разових і середньодобових проб, що знаходить відображення, як у способах відбору, так і в застосовуваної для цієї мети апаратурі. Відбір проб передбачає якомога більш повне уловлювання цих речовин з повітря, причому кількість цих речовин повинно бути достатнім для його надійного визначення прийнятим методом.

Відбір та аналіз проб повітря має свої специфічні особливості, зумовлені концентрацією і агрегатним станом аналізованих речовин (газів, парів, аерозолів). Особливі труднощі зустрічає відбір і концентрування атмосферних забруднювачів, для яких концентрація нижча гранично допустимої концентрації (ГДК) для цих речовин у повітрі.

Найбільш важливою проблемою пробовідбору є концентрування досліджуваних речовин в процесі самого пробовідбору. Проблема концентрування мікродомішок актуальна практично для будь-якого методу, вживаного при аналізі атмосферного повітря. Це пов'язано з недостатньо точної чутливістю детекторів і можливими спотвореннями складу проби за рахунок різних адсорбційних і реакційних явищ в хроматографічній апаратурі, в комунікаціях хроматографа, колонці, дозаторі і т.д.).

Розглянемо деякі системи відбору проби повітря для хроматографічного аналізу:

–– відбір проби в контейнер. Для цього очищену від пилу повітря всмоктується в попередньо вакуумний контейнер, або продувається через контейнер (десятикратний обмін аналізованого повітря). При такому відборі задовільні результати виходять лише при аналізі газоподібних проб не надто полярних. Якщо ж для хроматографічного аналізу в контейнер відбирають пари органічних речовин або агресивних неорганічні гази, на стінках відбувається значна сорбція (хемосорбція) з'єднань проби, позбутися якої часто не вдається навіть нагріванням контейнера. Крім невисокої точності, обумовлюється втратами речовини проби у разі тяжких домішок або реакційноздатних речовин, при відборі повітря в контейнері важко досягти високої чутливості визначення, оскільки не відбувалося збагачення проби.

–– відбір проби шляхом поглинання аналізованих домішок підходящим розчинником, який є одним з варіантів методу рівноважного концентрування сполук проби. Перевагою методу є практично необмежена область аналізованих сполук. Особливо слід відзначити високу селективність рівноважного абсорбційного методу концентрування. Вибираючи відповідний розчинник можна відбирати і концентрувати окремі сполуки проби, пов'язані з визначенням класу речовин, наприклад, поглинати водою розчинні в ній деякі спирти, альдегіди, кетони, кислоти та інші водорозчинні сполуки з невеликою молекулярною масою зі складних сумішей з вуглеводнями. Цим (або аналогічним) прийомом можна значно полегшити подальшу хроматографічну ідентифікацію досліджуваних речовин.

–– відбір проби шляхом екстракції розчинених у поглинальній рідині речовин в значно менший обсяг селективного розчинника. Цей прийом фактично є повторним концентруванням і пов'язаний з тим, що в якості екстрагента застосовують розчинники, для яких коефіцієнт розподілу домішок значно більше, ніж коефіцієнт розподілу основної речовини. Екстракція дозволяє досягнути потрібного ступеня збагачення проби, полегшує подальшу хроматографічну ідентифікацію досліджуваних сполук, а також часто переводить пробу в більш зручну для хроматографування форму.

–– Метод фронтального нерівноважного концентрування знайшов широке застосування для газохроматографічного аналізу повітряних забруднень. Метод заснований на повному поглинанні важких домішок сорбент з високорозвиненою поверхнею. Аналізовані речовини збираються в пастках, що містять невелику кількість сорбенту (силікагель, активоване вугілля, полімерні сорбенти), а потім десорбуються в хроматографічну колонку. Перевагою фронтального методу концентрування є можливість швидкого кількісного поглинання з повітря великих кількостей домішок (висока ступінь збагачення) при температурі навколишнього середовища (іноді охолодженні) без необхідності термостатування пробовідбірника. Недоліком методу є трудність десорбції поглинутих пасткою речовин.

–– Метод конденсації (виморожування) домішок. Цей прийом успішно застосовують при визначенні в повітрі мікродомішок легколетких органічних речовин. Через пастку, охолоджують до температури конденсації домішок, пропускають повітря, яке проходить через пастку не ​​утримуючись, а домішки збираються в пастці. Потім пробовідбірник нагрівають, а домішки потоком газу-носія направляються в хроматографічну колонку. Недоліком методу є конденсація в пастці води.

–– Метод хемосорбції. Він має певні переваги перед фізичню адсорбцією і застосовується для речовин з достатньою реакційною здатністю. Перевагою хемосорбційного методу відбору є висока селективність сорбції домішок. Хемосорбційний метод може значно полегшити як завдання аналізу, так і подальшу ідентифікацію компонентів проби. До недоліків хемосорбції відноситься можливість побічних реакцій і важкість вилучення сконцентрованих мікродомішок з реакційної суміші.

–– Відбір проб повітря, що містить аерозолі. Уловлювання з повітря аерозолів має свої специфічні особливості, пов'язані з тим, що вони не поглинаються звичайними сорбентами. Для вловлювання аерозолей із забрудненого повітря застосовують мембранні фільтри, тонковолокнисті фільтри зі скла або кераміки, а також фільтри з полімерних матеріалів і спіненого поліуретану. Для вилучення зібраних на фільтрі аерозолів і більш грубих частинок (пил) використовують екстракцію різними органічними розчинниками, з яких особливо ефективні: метанол, бензол, сірковуглець і хлористий метилен. Однак повне вилучення органічних частинок з фільтрів, яке зазвичай проводять в апараті Сокслета, вимагає тривалої екстракції і займає від 8 до 16 годин.