Добавил:
ivanov666
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз:
Предмет:
Файл:Экологический мониторинг. Часть 2. Практикум
.pdf
К. П. Латышенко
ЭКОЛОГИЧЕСКИЙ
МОНИТОРИНГ
Часть 2
Практикум
2-е издание
Вузовское образование
Саратов • 2019
УДК 681.2
ББК 20.1
Л27
Рецензенты:
кафедра оптико-электронных приборов
Московского государственного университета геодезии и картографии;
Потапкин В. В. — кандидат технических наук, ОАО Химавтоматика
Латышенко, К. П.
Л27
Экологический мониторинг. В 2 ч. Ч. 2 [Электронный ресурс] :
практикум / К. П. Латышенко. — 2-е изд. — Электрон. дан. и
прогр. (6 Мб). — Саратов: Вузовское образование, 2019. — 100 с.
ISBN 978-5-4487-0455-0
Рассматриваются методы и средства экологического мониторинга жидких
сред, определяются их метрологические характеристики, правила обработки
результатов измерений.
Практикум по экологическому мониторингу предназначен студентам,
изучающим дисциплины «Методы и средства измерений, испытаний и
контроля», «Автоматический мониторинг окружающей среды», «Методы
аналитического контроля», «Мониторинг и контроль окружающей среды»,
«Системы экологического мониторинга», «Технологические измерения и
приборы» и «Экологический мониторинг».
Для создания электронного издания использовано:
Приложение pdf2swf из ПО Swftools, ПО IPRbooks Reader,
разработанное на основе Adobe Air
© Латышенко К. П., 2013
© ООО «Вузовское образование», 2019
ВВЕДЕНИЕ
Экология (от греч. – дом, жилище, пристанище и …
логия) – наука об отношениях растительных и животных орга-
низмов, образуемых ими сообществ между собой и с окружающей средой. Термин «экология» ввёл немецкий биологэволюционист Э. Геккель (E. Haeckel, 1834 – 1919).
Загрязнение окружающей среды, другие отрицательные по-
следствия научно-технического прогресса, неблагоприятное
воздействие человека на окружающую среду требуют проведения широкомасштабных природоохранных мероприятий. В связи с этим резко возрастает практическое значение экологии как
научной основы рационального природопользования. Экологический подход стал, в прямом смысле этого слова, жизненно
необходимым при решении производственных и научнотехнических задач.
Экологический мониторинг (от лат. monitor – надзирать) –
система регламентированных наблюдений с запрограммированным пространственным, временным и компонентным разрешением, а также оценка и прогноз состояния природной среды и
природных ресурсов, включая системы источников антропогенного воздействия.
При оценке последствий воздействия на природу важное место занимают мониторинг и расчёт допустимых (без вреда для
человека и природы) масштабов загрязнений, в частности, предельно допустимых концентраций различных веществ, отравляющих атмосферу, воду и почву.
Поэтому всё более возрастающие требования предъявляют к
качеству подготовки технических кадров, в том числе специалистов в высшей школе.
Специалист в области экологического мониторинга должен
знать:
– характеристики и особенности окружающей среды как
объекта контроля и управления, включая нормативы контроля;
– методическое обеспечение систем мониторинга, в том числе основные физико-химические методы контроля, методики
выполнения измерений и др.;
3
– техническое обеспечение систем мониторинга и, прежде
всего, аналитические приборы, системы и комплексы для контроля приоритетных загрязнителей, микропроцессорные средства, автоматизированные средства отбора и подготовки пробы;
– метрологическое обеспечение приборов и систем контроля
параметров окружающей среды;
– математическое и программное обеспечение систем мониторинга, включая вопросы моделирования и оптимизации объектов, средств и систем контроля, обработку измерительной информации, прогноз распространения экологических нарушений
во времени и пространстве, выработку рекомендаций по текущему и долгосрочному управлению окружающей средой;
– расчёт, проектирование и эксплуатацию автоматизированных систем экомониторинга; стандартизацию в области контроля параметров окружающей среды; экономические аспекты
обеспечения экологической безопасности.
С этой целью на кафедре «Мониторинг и автоматические
системы контроля» (МАСК) МГУИЭ была создана лаборатория
экологического мониторинга.
Данный лабораторный практикум является логическим продолжением первого, изданного в 2005 году. Он состоит из введения и десяти глав.
В первой главе изложены порядок выполнения работ, правила техники безопасности и оформление отчёта о лабораторной
работе.
Во второй главе рассмотрен анализатор жидкости «Флюорат-02-3М», а в третьей – седьмой показано определение концентрации веществ с его помощью.
В восьмой – девятой главах изучаются методики определения концентрации вещества с помощью таких технических
средств экологического мониторинга, как кулонометрический
анализатор «Эксперт-006» и рН-метр-иономер «Эксперт-001»
(ещё две лабораторные работы).
В десятой главе изложена методика обработки результатов
измерений.
В зависимости от специализации и профиля подготовки инженеров, а также возможностей конкретного вуза и кафедры по
предлагаемым методикам можно выполнять и другие работы.
4
Практикум не претендует на полноту охвата номенклатуры
технических средств, применяемых в настоящее время, и не заменяет справочников по средствам измерения и автоматизации.
Из-за ограниченного времени, отводимого лабораторные рабо-
ты, в практикуме допущены отклонения от инструкций о работе
с приборами. Например, не требуется в полном объёме соблюдать время прогрева приборов, время измерения температуры,
выдерживать измерительные электроды в соответствующих растворах и т.п. Тем не менее, хочется надеяться, что практикум
позволит активизировать самостоятельную работу студентов,
укрепить их знания и навыки, повысить успеваемость.
В составлении практикума принимали участие преподаватели кафедры, а также аспиранты и студенты старших курсов:
Л. Братченко, М. Горшенина, А. Дивин, А. Кабанова, Е. Куприн,
Е. Назаров, С. Суходоева.
5
ГЛАВА 1. ПОРЯДОК ВЫПОЛНЕНИЯ
ЛАБОРАТОРНОГО ПРАКТИКУМА
Цель практикума
Целью лабораторного практикума является изучение методов и средств измерений экологических параметров, приобретение навыков работы с ними и обработки результатов измерений,
измерение экологических параметров.
Приборы и оборудование для выполнения работы
1. Анализатор жидкости «Флюорат-02-3М».
2. Кулонометрический анализатор «Эксперт-006».
3. рН-метр-иономер «Эксперт-001».
4. Химические реактивы (бихромат калия, люминат, гексан,
сульфит натрия и др.)
5. Термометр стеклянный, диапазон измерений 0 – 100 оС,
цена деления 0,1 оС.
6. Стеклянная посуда.
7. Мешалка магнитная ПЭ–6100.
8. Весы лабораторные аналитические.
Правила техники безопасности в лаборатории
К выполнению лабораторной работы допускаются лица,
прошедшие инструктаж по технике безопасности при работе с
электрическими приборами и по противопожарным мероприятиям.
После инструктажа по технике безопасности и выяснения
всех возникших вопросов студент должен расписаться в лабораторном журнале.
Для обеспечения безопасности работы на установке следует
строго выполнять правила, изложенные в соответствующих инструкциях.
За каждым студентом закреплено рабочее место при проведении лабораторной работы.
6
При обращении со стеклянной посудой (мерные цилиндры,
стаканы, колбы и пр.) следует соблюдать особую осторожность.
Преподаватель несёт ответственность за соблюдение правил
техники безопасности при выполнении лабораторных работ.
Запрещается:
– передвигать свободно стоящие приборы и лабораторные
установки;
– работать на установке при неисправном оборудовании;
– подключать и отсоединять разъёмы и провода при включённом питании;
– работать в лаборатории одному студенту;
– выходить из лаборатории без разрешения преподавателя;
– самовольно включать и выключать приборы.
При получении травмы необходимо поставить об этом в известность преподавателя и тут же обратиться в медпункт МГУИЭ (тел. 9–63).
Порядок выполнения работы
Задание 1.
Определить статическую характеристику средства измерений.
Выполнение задания.
Снимите значения выходного сигнала в зависимости от
входного в 5 – 10 точках диапазона измерений. Затем снимите
значения выходного сигнала, двигаясь в обратную сторону.
Повторите опыт ещё раз.
Результаты измерений запишите в таблицу.
Задание 2.
Измерить по заданию преподавателя тот или иной экологический параметр, выраженный через концентрацию вещества.
Выполнение задания.
Определите по заданию преподавателя концентрацию вещества в жидкости одним из методов, изучаемым в данном практикуме.
7
Задание 3.
Получить массив данных в одной точке диапазона измерения.
Выполнение задания.
Проведите 40 измерений выходного сигнала, приближаясь к
этому значению со стороны больших и меньших значений входного сигнала.
Запишите значения выходного сигнала.
Задание 4.
Обработать результаты измерений.
Выполнение задания.
Используя программы АСК и МАСК, с помощью компьютера получите значения линейной (коэффициенты a, b) или квадратичной (коэффициенты a, b и c) аппроксимации экспериментальных данных, а также ошибки аппроксимации Δ1, Δ2.
Введите массив данных, снятых в одной точке диапазона
измерений, получите и запишите значения оценок математиче-
ского ожидания Х и СКО для трёх, пяти, десяти, пятнадцати, двадцати, тридцати и сорока измерений.
По заданной преподавателем доверительной вероятности Р и
числу измерений N найдите коэффициент Стьюдента tСт, а затем
границы доверительного интервала ΔХ. В соответствии с ГОСТ
8.011–72 запишите результат измерения.
Используя измеренные и действительные значения величины, определите абсолютную, относительную и приведённую
погрешности измерения.
Определите метрологические характеристики средства измерений.
Постройте гистограмму и полигон распределения показаний
средства измерения в одной точке диапазона.
Проверьте нормальность закона распределения массива данных, снятых в одной точке диапазона измерений.
Содержание отчёта
Отчёт о лабораторной работе должен содержать следующие
данные:
8
– краткое описание принципа действия прибора и его
устройство;
– схему лабораторной установки (схему измерения);
– результаты измерения концентрации вещества в растворе
и заключение об экологической чистоте жидкости;
– результаты измерений и их обработки: аналитические вы-
ражения статической характеристики с ошибками аппроксимации; массив данных, снятых в одной точке диапазона измерения;
– значения оценок математического ожидания и СКО для 3,
5, 10, 15, 20, 30 и 40 измерений; результат измерения по ГОСТу;
– максимальную абсолютную, относительную и приведён-
ную погрешности измерения;
– метрологические характеристики средства измерения;
– графики статической характеристики Y = f(X) с её линей-
ной или квадратичной аппроксимацией, зависимости Y = f(N) и
= f(N), а также распределение относительной погрешности по
диапазону измерения = f(Х). Все графики надо строить на
миллиметровой бумаге форматом А4 (на одном листе – два графика);
– выводы о результатах проделанной работы.
9
ГЛАВА 2. АНАЛИЗАТОР ЖИДКОСТИ
«ФЛЮОРАТ-02-3М»
В результате взаимодействия оптического излучения с веществом меняются пространственно-временные распределения амплитуды, фазы, поляризации, степени когерентности волны. Изменения проявляются в интерференции, дифракции, преломлении, отражении, рассеянии, дисперсии волн.
Оптическое излучение используют в различных сферах человеческой деятельности, в том числе для контроля веществ:
концентрации растворов, структуры тканей, концентрации примесей вредных веществ в воздухе и воде, состава нефти и
нефтепродуктов, качества продуктов питания и др.
Оптика (от греч. оπτικε − наука о зрительных восприятиях,
от греч. οπτοσ видимый, зримый) – раздел физики, в котором
изучается оптическое излучение (свет), процессы его распространения и явления, наблюдаемые при взаимодействии света и
вещества.
Оптическое излучение представляет собой электромагнитные волны, поэтому оптика – часть общего учения об электромагнитном поле (электродинамики).
Видимый глазом человека диапазон электромагнитных излучений ( = 0,38 – 0,76 мкм) называют светом.
За длинноволновой границей чувствительности зрительной
системы простирается инфракрасный (ИК) участок спектра (до
1000 мкм). Инфракрасные лучи оказывают тепловое воздействие на объект контроля. Так, почти половина энергии излучения Солнца приходится именно на эту область спектра.
Волны с длиной света 12 – 380 нм получили название ультрафиолетовых (УФ). Они, как и ИК волны, не видны человеческому глазу. К особенностям этого диапазона длин волн следует
отнести их сильное поглощение обычным стеклом и воздухом.
Оптический анализатор жидкости «Флюорат-02-3М» (далее
анализатор) предназначен для измерения массовой концентрации неорганических и органических примесей в воде, а также
воздухе, почве, технических материалах, продуктах питания после переведения примесей в раствор.
10
Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]