1.5 Особенности отбора проб атмосферного воздуха для оценки уровня загрязнения

Отбор проб — важнейшая часть аналитической проце­дуры при осуществлении контроля качества окружающей среды контактными методами наблюдений. Погрешность пробоотбора, как правило, значительно превышает по­грешность подготовки проб, а последняя, в свою очередь, больше погрешности метода анализа. Именно поэтому правильно отобранная проба — залог получения досто­верного результата.

Правильно отобрать пробу — значит получить пробу представительную, репрезентативную (от англ, represen­tative — представительный, показательный). Предста­вительная проба статистически правильно отражает со­стояние объекта анализа и его количественный и каче­ственный состав в данное время в данном месте, содержит достаточное количество вещества для анализа, обеспечивает условия сохранности вещественного со­става среды в течение всего времени до получения ре­зультата анализа.

Пробы бывают простые (единичные) и смешанные. Взятие простой пробы подразумевает однократный отбор в одной точке пространства всего объема материала, не­обходимого для проведения анализа. В большинстве

слу­чаев единичной пробы недостаточно для получения объ­ективной информации о состоянии окружающей среды вследствие изменчивости ее характеристик в пространстве и времени.

Смешанную пробу (усредненную, объединенную, со­ставную) получают путем объединения нескольких прос­тых проб, взятых по определенной программе в разных точках пространства в один и тот же момент времени или отобранных в одной точке пространства через определен­ные интервалы времени. Смешанная проба может быть средневзвешенной — ее получают смешиванием простых проб одинакового объема (массы) — и среднепропорциоиальной — при этом объем (масса) простых проб может быть различным, что определяется параметрами объекта исследования.

При отборе простых или смешанных проб загрязняю­щее вещество может быть сконцентрировано (пробоот- бор с концентрированием), что является весьма нема­ловажным при контроле высокотоксичных примесей, содержащихся в объектах окружающей среды в незна­чительных количествах (диоксины, полихлорированные бифенилы). Если же концентрация загрязняющего ве­щества велика (например, в воздухе рабочей зоны или в створе сброса сточных вод), проводят пробоотбор без концентрирования.

В пробах, взятых с предварительным концентрирова­нием загрязняющего вещества, химический состав иссле­дуемой примеси может оставаться неизменным (если при отборе применяют метод абсорбции или адсорбции) или намеренно изменяться (при использовании методов хемо­сорбции); таким образом повышается сохранность пробы во времени.

При отборе проб без предварительного концентриро­вания необходимо проводить их стабилизацию (консерва­цию).

Химический анализ воздуха чаще всего начинают с от­бора и подготовки пробы к анализу. Все стадии анализа связаны между собой. Так, тщательно измеренный анали­тический сигнал не даст правильной информации о

содержании определяемого компонента, если неправильно осуществлен отбор или неверно проведена подготовка пробы к анализу. В большинстве случаев именно отбор и подготовка пробы к химическому анализу определяют надежность и качество получаемых результатов, а также трудоемкость и длительность аналитического цикла.

Погрешность при отборе пробы и се подготовке часто становится причиной общей ошибки определения компонента и делает бессмысленным использование высоко­точных методов. В свою очередь, отбор и подготовка про­бы зависят нс только от природы анализируемого объек­та, но и от способа измерения аналитического сигнала. Приемы и порядок отбора пробы настолько важны при проведении химического анализа, что обычно предписы­ваются государственным стандартом.

Отобранная проба должна быть представительной, т. е. статистически правильно отражать состояние объекта ок­ружающей среды, из которого она взята.

Универсального способа пробоотбора, позволяюще­го одновременно улавливать из воздуха все загрязняю­щие вещества, не существует. Выбор адекватного спо­соба отбора определяется прежде всего агрегатным со­стоянием веществ, а также их физико-химическими свойствами.

В воздухе загрязняющие компоненты могут присутс­твовать в виде газов (NO, N0₂, СО, S0₂), паров (преиму­щественно органических веществ с температурой кипения до 230—250 °С), аэрозолей (туман, дым, пыль). Иногда вещества могут находиться в воздухе одновременно в виде паров и аэрозолей. Это преимущественно жидкости с высокой температурой кипения (дибутилфталат, капро­лактам и др.). Попадая в воздух, их нары конденсиру­ются с образованием аэрозоля конденсации. Аэрозоли конденсации образуются также при некоторых химиче­ских реакциях, приводящих к появлению новых жидких или твердых фаз. Например, при взаимодействии триоксида серы с влагой образуется туман серной кислоты; аммиак и хлороводород образуют дым хлорида аммония.­

Правильное установление агрегатного состояния вред­ного вещества в воздухе способствует правильному вы­бору фильтров и сорбентов и уменьшению погрешности определения, связанной с пробоотбором. Для предва­рительной оценки агрегатного состояния примесей в воз­духе необходимо располагать сведениями об их летучести — максимальной концентрации паров, выраженной в единицах массы на объем воздуха при данной темпера­туре. Летучесть L (в мг/л) рассчитывают по формуле

L = 16 • Р • М/(273 + t), (1)

где Р — давление насыщенного пара при данной темпера­туре, мм рт. ст.;

М — молекулярная масса вещества;

t — температура, °С.

При классификации вредных веществ по их агре­гатным состояниям в воздухе необходимо учитывать (помимо летучести) их предельно допустимые кон­центрации. Например, ртуть по сравнению с бутилацета- том можно считать малолетучей жидкостью; летучесть этих веществ при 20 °С составляет соответственно 15 000 и 20 000 мг/м3. Однако в связи с большой разницей ПДК ртути и бутилацетата (0,01 и 200 мг/м3 соответственно) максимальное содержание в воздухе малолетучей ртути при 20 °С может превышать санитарную норму в 1500 раз, а содержание паров бутилового спирта — только в 250 раз. Поэтому агрегатное состояние рекомендуется оценивать отношением летучести вещества при 20 °С к его ПДК. Если относительная летучесть вещества (напри­мер, серной кислоты) ниже ПДК в 10 раз и более, то на­личием паров можно пренебречь. В этом случае опреде­ляют лишь содержание в воздухе аэрозоля. При значи­тельном превышении ПДК (в 50 раз и более) определяют только пары (например,

нафталина). К парам и аэрозо­лям следует относить вещества, летучесть которых при 20 °С составляет от 10 до 50 ПДК. При проведении санитарнo-химических исследований на производстве пробы отбирают преимущественно аспи­рационным способом путем пропускания исследуемого воздуха через поглотительную систему. Минимальная концентрация вещества, поддающаяся четкому и надеж­ному определению, зависит от количества отбираемого воздуха.

Многообразие вредных веществ и агрегатных состоя­ний в воздухе обусловливает использование различных поглотительных систем, обеспечивающих эффективное поглощение микропримесей.

Общие требования к отбору проб воздуха:

Пробоотбор должен быть максимально экспрессным: 20—30 мин (в рабочей зоне — 15 мин). Изначально чистые поглотительные сосуды и емкости необходимо герметич­но подсоединять к побудителю расхода воздуха и плотно закрывать.

Все характеристики пробы (масса, объем, время, место отбора), а также климатические и другие рабочие условия должны быть запротоколированы. При наличии несколь­ких загрязняющих веществ допускается осуществлять пробоотбор по наиболее опасным или характерным компонентам. [Галицин А.Н. «Промышленная экология и мониторинг загрязнения природной среды»]