Добавил:
ivanov666
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз:
Предмет:
Файл:Пробоотбор объектов окружающей среды в экологических исследованиях. Учебное пособие
.pdf
Рис. 6.3. Оборудование для метеорологических наблюдений:
а − анемометр механический переносной чашечный МС-13;
б − цифровой термоанемометр; в − барометр-анероид М67;
г − элемент системы для определения направления и скорости ветра
Таблица 6.2
Виды режимов отбора проб атмосферного воздуха
Режимы отбора
Проведение отбора
Разовый
Отбирается разовая проба. Продолжительность отбора 20−30 мин
Дискретный
В один поглотительный прибор через равные промежутки времени в течение суток
отбирают несколько (от 3 до 8) разовых
проб
Суточный
Производится отбор проб в один поглотительный прибор непрерывно в течение суток
После проведения пробоотбора поглотительные приборы закрывают заглушками и помещают в транспортировочный ящик с фанерными перегородками для каждого поглотительного прибора и отправляют в лабораторию.
61
Г л а в а 7 . О Т Б О Р П Р О Б Г А З О В Ы Х С Р Е Д
С И С П О Л Ь З О В А Н И Е М И Н Д И К А Т О Р Н Ы Х
Т Р У Б О К
7 .1. М е т о д о л о г и я п р и м е н е н и я и н д и к а т о р н ы х
т р у б о к
Важная роль в решении экологических задач принадлежит методам анализа объектов окружающей среды, т. е. всему комплексу современных аналитических приемов и методов, позволяющих объективно определять природу и содержание загрязнителей в объектах
окружающей среды. Острота экологических проблем вызывает стремительный рост объемов аналитических работ. При этом весьма актуальной проблемой является разработка тест-методов, позволяющих
количественно или полуколичественно оценивать содержание отдельных компонентов в сточных водах промышленных предприятий и воздушных средах в соответствии с методологией скрининга. Использование таких аналитических устройств, в основе которых чаще всего
лежит принцип модификации определяемого вещества с помощью химической или ферментативной реакции с визуальным или инструментальным детектированием, приводит к понижению единичной стоимости анализа, экспрессности процедур без ущерба для объективности его результатов.
Воздушная среда служит одним из основных источников токсика-
ции производственного персонала и населения, поэтому проблема
анализа токсичных веществ является очень актуальной. Одним из приемов определения токсичных веществ в воздухе служит использование индикаторных трубок. Основными их преимуществами являются
быстрота проведения определений и возможность получения результатов непосредственно на месте отбора проб, простота аппаратуры и
методики выполнения анализа, низкая стоимость, высокая чувствительность аналитических определений.
Особенность использования индикаторных трубок в том, что ре-
акция между определяемым веществом и реагентом, находящимся в
составе индикаторной массы, должна протекать в проточных условиях
62
в процессе быстрого аспирирования анализируемого воздуха. Поэтому в качестве реагентов можно использовать только реакционноспособные соединения, образующие с определяемым веществом интенсивно окрашенные продукты реакции. Концентрация токсиканта в
таком случае может быть установлена по изменению длины окрашенного слоя индикаторной массы, содержащей реагент. Это возможно
только в тех случаях, когда окраска селективного слоя контрастна и
интенсивна, слой имеет четкую границу раздела красок, длина изменившего окраску слоя увеличивается с ростом концентрации токсиканта в воздушной среде. Например, в литературе описаны образцы
индикаторных трубок для определения анилина на основе фурфурола
и п-диметиламинабензальдегида, а также динитрохлорзамещенных
бензофуразана и их N-оксидов. Важным преимуществом их по сравнению с традиционными реагентами, используемыми для модификации аминосоединений, является возможность получения производных
даже для практически не обладающих основными свойствами вторичных и третичных ариламинов.
Известно, что природа и структура носителя индикаторной массы
оказывают существенное влияние на свойства селективного слоя. В
качестве носителей модифицирующего реагента используются
стекло, оксид алюминия, силикагель, фарфор, цеолиты. Лучший аналитический эффект достигается при использовании силикагеля
(ШСМ), активированного кипячением в кислотах (НNО3, НСl) и прокаленного при 250 °С. На данном носителе наблюдается образование
контрастной и интенсивной окраски и ее развитие на уровне ПДК
р.з
.
Размеры зерен пористого носителя влияют на размывание границы раздела красок индикаторной массы. Описаны различные способы приготовления индикаторных масс. Нанесение цветореагентов
на поверхность носителя проводится пропиткой его неводными
(ацетонитрил, спирты) растворами реагентов с последующим испарением растворителя. При этом выдерживается соотношение массы
носителя, объема пропитывающего раствора и концентрация реагента в последнем. Плотность набивки индикаторной массы контролируется по ее массе и длине слоя носителя при постоянном внутреннем диаметре трубки. При плотном фиксировании индикаторной
массы ватными тампонами плотность упаковки массы не влияет на
результаты определений.
63
С точки зрения промышленного использования индикаторных
трубок имеет важное значение установление устойчивости селективного слоя при хранении. Необходимо отметить, что в ряде случаев образование окраски индикаторной массы происходит практически в
процессе аспирации через трубку анализируемого воздуха. Важно,
если образующаяся окраска имеет высокую устойчивость во времени,
что важно для документирования результатов анализа.
Воспроизводимость результатов измерения концентрации токсикантов, характеризующаяся относительным стандартным отклонением, достгает 5−15 %. Подобная воспроизводимость достаточно высока для удовлетворительного контроля качества воздуха и соответствует ГОСТ. Относительное стандартное отклонение ниже 5 % практически невозможно обеспечить по техническим причинам, таким как
неодинаковая плотность набивки массы в трубке и колебание ее высоты, изменение диаметра трубок, неодинаковые размеры гранул носителя и неоднородность.
При применении индикаторных трубок осуществляется анализ
следующих показателей, оказывающих влияние на эффективность при
пробоотборе и анализе:
− быстрота проведения анализа и получение результатов непо-
средственно на месте отбора проб;
− простота метода и аппаратуры, что позволяет проводить газовый
анализ лицам, не имеющим специальной подготовки;
− малый вес и габариты, а также низкая стоимость аппаратуры;
− достаточная чувствительность и точность анализа;
− удобства при подготовке и выполнении измерений, в частности
не требуется регулировки и настройки аппаратуры перед проведением
анализа;
− не требуются источники электрической и тепловой энергии, что
позволяет эффективно применять индикаторные трубки для автономного химического экспресс-контроля токсичных, взрыво- и пожароопасных веществ в аварийных ситуациях, в замкнутых помещениях и
на открытых пространствах;
− применение индикаторных трубок на начальном этапе работ
позволяет рационализировать аналитический процесс, получить первичную информацию и свести к минимуму затраты на получение всего
массива аналитической информации, а в ряде случаев – и ограничиться
полученной информацией, перенос образцов для анализа в лаборатории
заменяется переносом информации о результатах этого анализа.
64
7 .2. О б о р у д о в а н и е д л я о т б о р а п р о б
и н д и к а т о р н ы м и т р у б к а м и
В соответствии с ГОСТ Р 51712-2001 индикаторная трубка является
измерительным преобразователем, представляющим собой трубку из оптически прозрачного материала, заполненную сорбентом (индикаторным
порошком), изменяющим оптические свойства под действием проникающих внутрь трубки веществ (рис. 7.1). Различают три вида индикаторных
трубок: колористическая, колориметрическая и экспозиционная.
Рис. 7.1. Индикаторные трубки
Колористическая индикаторная трубка − это индикаторная
трубка, позволяющая измерять содержание вещества в анализируемой
газовой среде, просасываемой через индикаторную трубку, по длине изменившего первоначальную окраску слоя индикаторного порошка.
Колориметрическая индикаторная трубка − индикаторная
трубка, позволяющая судить о содержании определяемого вещества в
анализируемой газовой среде, просасываемой через индикаторную
65
трубку, путем сравнения изменившейся окраски индикаторного порошка с прилагаемой цветной шкалой (или цветным образцом).
Экспозиционная индикаторная трубка − индикаторная трубка,
обеспечивающая измерение средневзвешенного за время экспозиции
содержания вещества в анализируемой газовой среде по длине изменившего первоначальную окраску слоя индикаторного порошка без
принудительного просасывания анализируемой пробы вследствие естественных процессов переноса.
Метод газового анализа индикаторными трубками в общем случае
заключается в пропускании воздуха или другой газовой среды через
вскрытую индикаторную трубку с помощью различных воздухозаборных устройств (рис. 7.2). При этом происходит изменение окраски
наполнителя вследствие реакции, возникающей между исследуемым
компонентом воздуха или другой газовой среды и реактивом, осажденным на наполнителе индикаторной трубки.
Рис. 7.2. Устройства пробоотбора: а − насос-пробоотборник
НП-3М; б − электронный насос; в − зонд пробоотборный ЗП-ГХК;
г − аспиратор меховой АМ-5
В стандартах и (или) технических документах на индикаторные
трубки конкретных типов должны быть установлены требования к утилизации вредных материалов, образующихся после их эксплуатации.
Сведения об утилизации должны содержаться в паспорте на индикатор-
ные трубки.
66
Г л а в а 8 . О Т Б О Р П Р О Б У Г Л Е В О Д О Р О Д Н Ы Х
Г А З О В И З Г А З О П Р О В О Д А
Пробоотбор газа проводится на промышленных предприятиях в
следующих случаях:
− с целью анализа производимого продукта;
− при контроле эффективности газоочистного оборудования.
8 . 1 . О б о р у д о в а н и е д л я о т б о р а п р о б
у г л е в о д о р о д н ы х г а з о в и з г а з о п р о в о д а
Пробоотборник не должен каким-либо образом изменять состав газа
или влиять на отбор газовых проб. Материалы, клапаны, уплотнения
и другие элементы контейнера для проб следует выбирать с учетом сохранности компонентного состава пробы. Контейнеры для отбора проб
обычно изготовляют из стекла (для очень низких давлений, избыточное
давление ниже 0,2 МПа), нержавеющей стали, сплавов титана или алюминия. Если контейнеры являются недостаточно герметичными по вакууму, то они должны быть оборудованы не менее чем двумя клапанами,
позволяющими проводить продувку газовой пробой. Поверхность контейнера, контактирующая с газом, должна быть свободна от смазки,
масла или любого другого загрязняющего продукта.
Оборудование должно удовлетворять соответствующим условиям отбора проб, например давлению, температуре, коррозионной
активности, скорости потока, химической совместимости, вибрации,
тепловому расширению и/или тепловому сжатию. Стеклянные пипетки не должны подвергаться воздействию давления. Баллоны
должны выдерживать испытательное давление, в 1,5 раза превышающее рабочее давление. Баллоны и соответствующие приспособления следует периодически осматривать и проверять на герметичность (периодичность осмотра и проверки герметичности указана в
эксплуатационной документации). Все требования к баллонам распространяются и на пробоотборники.
Обычно материалы, входящие в контакт с пробами, должны иметь
следующие характеристики:
67
− непроницаемость для всех газов;
− минимальная сорбция;
− химическая инертность по отношению к компонентам газа.
Подготовить оборудование для отбора проб можно, продувая его
тем же самым анализируемым газом. Азот, гелий, аргон и сухой синтетический воздух являются газами, подходящими для осушки или продувки баллонов, которые свободны от отложений и загрязнения тяжелыми компонентами. Для того чтобы избежать эффекта памяти, исполь-
зуемые осушающий или продувочный газы не должны содержать определяемых компонентов.
Для защиты баллона от загрязнения воздухом часто в них оставляют некоторое количество азота, гелия или других газов. Защитные
газы и газы, используемые для повторного заполнения баллонов или для
обеспечения работоспособности баллонов с подвижным поршнем, следует выбирать тщательно, поскольку если имеется загрязнение пробы
этими газами или утечка внутри баллона с подвижным поршнем, то аналитическая система будет интерпретировать загрязнение этими газами
как составную часть пробы, подлежащей анализу. При отборе малых
объемов газа и давлении не более 0,2 МПа пробы отбирают в сухие стеклянные пипетки (рис. 8.1). При давлении выше 0,2 МПа отбор проб газа
проводят в металлические пробоотборники (рис. 8.2−8.4). При отборе
проб в баллон с подвижным поршнем (рис. 8.3) предварительно поданный в баллон газ постепенно вытесняется пробой, закачиваемой в баллон при постоянном давлении в линии во время отбора пробы.
Рис. 8.1. Пипетки стеклянные для
отбора и хранения проб газа
Рис. 8.2. Пробоотборные
баллоны: а − с одним вентилем;
б − с двумя вентилями
68
Рис. 8.3. Баллон с подвижным поршнем: 1 − отверстие сброса;
2 − стяжные болты; 3 − индикаторный стержень; 4 − проба;
5 − отверстие для манометра и клапана; 6 − поршень;
7 − предварительная заправка; 8 – штатив-ограничитель
Рис. 8.4. Разновидности пробоотборников для отбора проб
углеводородных газов
69
Все соединения между точкой отбора и контейнером для пробы
должны быть такими, чтобы исключить загрязнение пробы. При необходимости и тогда, когда это допустимо, резьбовые соединения следует
уплотнять с помощью ленты из ПТФЭ. Не следует для уплотнения резьбовых соединений использовать герметики. Они могут загрязнять
пробу и/или адсорбировать компоненты пробы, что приводит к ошибочным результатам анализа.
8 . 2 . П р о ц е д у р а п р о б о о т б о р а
у г л е в о д о р о д н ы х г а з о в и з г а з о п р о в о д а
Отбор проб газа осуществляется «сухим» методом, основанным на
применении вакуумных сосудов или на продувании через сосуд исследуемого газа. Схема отбора пробы «сухим» методом представлена на рис. 8.5.
Пробоотборную линию присоединяют к источнику продукта и
вентилю В. Закрывают вентили А, Б и В (рис. 8.5а). Открывают вентиль
на источнике продукта и продувают пробоотборную линию, открыв
вентили А и Б. Время продувки при отборе точечных проб должно не
менее чем в 10 раз превышать время пребывания пробы на линии.
В случае, если контейнер не под вакуумом, продувают и его. При этом
контейнер должен быть снабжен двумя вентилями.
Продувка контейнера при отборе проб сжиженного газа осуществляется путем заполнения контейнера частью пробы с последующим выпуском испарившейся (газообразной) и жидкой фазы через соответствующие вентили контейнера для отбора проб. Далее, закрыв продувочный
вентиль Б, производят заполнение пробоотборного контейнера.
Отбор пробы осуществляется с помощью газоотборной трубки
(зонда). Конец отборной трубки доходит до середины газопровода, так
как в середине трубы быстрее происходит смена газа, чем у ее стенок.
Отбираемый газ через штуцер 1 поступает в газохранилище под собственным давлением или засасывается. Штуцер 2 предназначен для
продувки газоотборной трубки (зонд) (рис. 8.5б).
70
Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]