1. Понятие экологического мониторинга. Основные задачи и уровни мониторинга. Классификация мониторинга.

Экологический мониторинг – это комплексная эколого-правовая система, состоящая из совокупности государственных сведений о состоянии качества окружающей природной среды и наблюдений отраслевых государственных органов за изменениями объектов природопользования. Эти данные обобщаются на общегосударственном уровне в целях получения единой всесторонней оценки экологического состояния окружающей среды.

Государственный мониторинг окружающей природной среды представляет собой систему наблюдений, сбора, обработки, передачи, хранения и анализа информации о состоянии окружающей природной среды, прогнозирования его изменений и разработки научно обоснованных рекомендаций для принятия управленческих решений с целью своевременного выявления происходящих изменений, их оценки предупреждения и ликвидации последствий негативных процессов.

Необходимость в экологическом мониторинге возникла около 30 лет

назад в связи с резким ухудшением качества окружающей природной среды,

как в национально, так и в международном масштабе.

Целью современного экологического мониторинга является создание основы для защиты окружающей среды и содействие формированию высоко продуктивной системы "человек-природа".

Основными задачами системы мониторинга являются:

1. наблюдение за факторами, воздействующими на окружающую природную среду, и за состоянием среды;

2. оценку фактического состояния природной среды;

3. прогноз состояния окружающей природной среды и оценку этого состояния.

Выполнение этих задач позволяет исполнительным органам получать информацию, необходимую для:

-планирования мероприятий по снижению загрязнения, выделения приоритетных сфер деятельности, контроля и оценки эффективности осуществления природоохранных мер;

- разработки временных мер по сокращению загрязнения в тех районах, где оно достигло опасного уровня;

- проверки соблюдения норм и стандартов качества природного объекта;

- получения данных для проведения научных исследований, в частности, изучения влияния загрязняющих веществ на здоровье человека;

- введения соответствующих законодательных актов.

Мониторинг является многоуровневой системой. В хорологическом аспекте обычно выделяют системы (или подсистемы) детального, локального, регионального, национального и глобального уровней.

Классификация экологического мониторинга:

- по характеру решаемых задач,

- по уровням организации,

- по природным средам, за которыми ведутся наблюдения.

2. Каковы структура и задачи Единой государственной системы экологического мониторинга?

Единая государственная система экологического мониторинга функционирует и развивается с целью информационного обеспечения управления в области охраны окружающей среды, рационального использования природных ресурсов, обеспечения экологически безопасного устойчивого развития страны и ее регионов, ведения государственного фонда данных о состоянии окружающей среды и экосистем, природных ресурсах, источниках антропогенного воздействия.

Основными задачами ЕГСЭМ являются:

- проведение с определенным пространственным и временным разрешением наблюдений за изменением состояния окружающей природной среды и экосистемами, источниками антропогенных воздействий;

- проведение оценок состояния окружающей среды, экосистем территории страны, источников антропогенного воздействия;

- прогнозирование состояния окружающей среды, экологической обстановки на территории России и ее регионов, уровней антропогенного воздействия при различных условиях размещения производительных сил, социальных и экономических сценариях развития страны и ее регионов.

В ЕГСЭМ выделяются базовые и специализированные подсистемы мониторинга и подсистемы обеспечения функционирования системы в целом.

Базовые подсистемы создаются на основе служб наблюдения состояния природных сред и природных ресурсов федеральных органов исполнительной власти, осуществляющих мониторинг:

- состояния атмосферы;

- водных объектов: поверхностных вод, суши, морской среды, водной среды, водохозяйственных систем и сооружений в местах водозабора и сброса сточных вод, подземных вод;

- недр (геологической среды), опасных экзогенных и эндогенных геологических процессов;

- земель, почвенного покрова;

- наземной флоры и фауны (кроме лесов);

- лесов;

- фонового состояния окружающей природной среды;

- источников антропогенного воздействия.

Специализированные подсистемы функционируют на базе служб наблюдений федеральных органов исполнительной власти и осуществляют мониторинг:

- промышленной безопасности;

- рыб, других водных животных и растений;

- воздействия факторов среды обитания на состояние здоровья населения (в рамках системы социально - гигиенического мониторинга);

- околоземного космического пространства;

- военных объектов.

К специализированным подсистемам относится отраслевая система мониторинга окружающей среды Минсельхозпрода России.

3. Каковы структура и задачи Государственной службы наблюдения за состоянием окружающей природной среды?

 Государственная служба наблюдения за состоянием окружающей природной среды осуществляется Федеральной службой России по гидрометеорологии и мониторингу окружающей среды, Министерством природных ресурсов Российской Федерации при участии других федеральных органов исполнительной власти и органов исполнительной власти субъектов Российской Федерации через систему стационарных и подвижных пунктов наблюдений, в том числе постов, станций, лабораторий, центров, бюро, обсерваторий, расположенных в различных природно-климатических районах, городах и промышленных центрах и на водных объектах (включая водохранилища и каналы) с различной антропогенной нагрузкой, средств наблюдений авиакосмического и морского базирования (государственную и ведомственные наблюдательные сети). 

Основными задачами государственной службы наблюдения за состоянием окружающей природной среды являются: 

- наблюдение за состоянием окружающей природной среды и отдельных природных объектов, за происходящими в ней физическими, химическими, биологическими процессами, за уровнем загрязнения почв, атмосферного воздуха, водных объектов, последствиями его влияния на растительный и животный мир, здоровье человека;

- обобщение и оценку полученной информации о состоянии окружаю­щей природной среды;

- прогнозирование изменений состояния окружающей природной среды с целью предупреждения его отрицательных экологических последствий;

- обеспечение информацией о состоянии и изменениях окружающей природной среды заинтересованных организаций и населения.

4. Методы наблюдений. Характеристика контактных методов наблюдений (электрохимические, оптические, хроматографические).

Все средства экологического контроля, с точки зрения ис­пользуемых методов исследования, можно разделить на дистанцион­ные и наземные.

Дистанционные методы исследования осуществляются посредством зондирующих полей (электромагнитных, акустических, гравитаци­онных) и переноса полученной информации к датчику. Таким обра­зом, дистанционные методы базируются на физических методах ис­следования, используемых в авиационном и космическом монито­ринге, а также для слежения за средой в труднодоступных местах Земли.

Наземные методы базируются на химических и биологических ме­тодах исследования.

Электрохимические методы

В основе электрохимических методов анализа и исследования лежат процессы, происходящие на электродном пространстве. Известно две разновидности электрохимических методов: без прохождения электродной реакции (кондуктометрия) и основанные на электродных реакциях - в отсутствии тока (потенциометрия) или под током (вольности тамперометрия, кулонометрия, Электрогравиметрия). Все электрохимические измерения проводят с использованием электрохимической ячейки - раствора, в котором находятся электроды, электродов может быть два или три: индикаторный, действующий как датчик, реагирующий на состав раствора или другой фактор влияния, или рабочий электрод, если под действием тока в электрической ячейке происходит значительные изменения состава вещества, электрод сравнения и иногда вспомогательный электрод. Электрод сравнения предназначен для создания измерительной цепи и поддержания постоянного значения потенциала индикаторного (рабочего) электрода. Вспомогательный электрод включают вместе с рабочим электродом в цепь, через который проходит электрический ток. На электродах происходят разнообразные физические и химические процессы, степень прохождения которых определяют путем измерения напряжения, силы тока, сопротивления, электрического заряда или подвижности заряженных частиц в электрическом поле.

Также различают прямые и косвенные электрохимические методы. В прямых методах используют функциональную зависимость силы тока (потенциала) от концентрации компонента.

Хроматографеские методы

Хроматографические методы обладают наибольшим спектром возможностей для контроля загрязнения различных объемов окружающей среды.

Хроматографические методы основаны на сорбционных процессах - поглощение газов, паров или растворенных веществ твердым или жидким сорбентом. Сорбцию можно провести двояко: в статических (до установления равновесия) и динамических условиях. Динамическая сорбция представляет собой процесс, в котором происходит направленное перемещение подвижной фазы относительно неподвижной. Сущность всех хроматографических методов заключается в том, что вещества, которые разделяют вместе с подвижной фазой перемещаются через слой неподвижного сорбента с разной скоростью за счет различной способности к сорбирования. Иначе говоря, хроматография - динамический сорбционный процесс разделения смесей, основанный на распределении вещества между двумя фазами, одна из которых подвижная, а другая - неподвижная, и связана с многократным повторением актов сорбции - десорбции.

Хроматографические методы классифицируют по следующим признакам:

- по агрегатному состоянию смеси, в которой проводят ее разделения на компоненты, - газовая, жидкостная и газожидкостная хроматографии;

- по механизму разделения - адсорбционная, распределительная, ионообменная, осадочная окислительно-восстановительная, адсорбционно-комплексная образующая хроматография и др.;

- по форме проведения хроматографического процесса - колонковая, капиллярная, плоскостная (бумажная, тонкослойная и мембранная);

- по способу получения хроматограф.

5. Характеристика дистанционных методов наблюдения.

Дистанционные методы базируются на измерении и интерпретации характеристик атмосферных электромагнитных полей на различных расстояниях от исследуемого объекта. Это метод открывает принципиально новые возможности, связанные с наблюдениями атмосферы со спутников, пилотируемых космических кораблей и орбитальных станций, причем измерения проводятся в непрерывном режиме при изменяющихся условиях в больших объемах воздуха на огромных территориях (десятки и сотни квадратных километров) с пространственным разрешением в несколько десятков метров.

Методы абсорбционной спектрометрии широко применяются для дистанционных измерений концентраций микрокомпонентов загрязнителей атмосферы. Они получили широкое распространение за последние 10-15 лет в результате внедрения методов спектрометрии солнечного излучения, в частности определение микрокомпонентов тропосферы и стратосферы по результатам аэростатных измерений инфракрасной характеристики солнечной радиации.

Метод «затемненного» зондирования стратосферы и мезосферы основан на возможности регистрации солнечного спектра. Этот метод позволяет по спектрам солнечного излучения оценивать как концентрации микрокомпонентов, так и их фоновые значения в вертикальном столбе.

Возможность использования флуориметрического (люминесцентного) метода для аналитических целей обусловлена тем, что некоторые вещества при воздействии на них ультрафиолетового излучения флуорисцируют этот метод имеет ограниченное применение. Точным и чувствительным он является для флуорисцирующих веществ.

Полярографический метод основан на восстановлении анализируемого соединения на ртутном капающем электроде и, как правило, используется при анализах следовых количеств веществ, находящихся в разных состояниях. Для работы используются полярографы ППТ-1,ПУ -1, ПЛ-2, ПА-3, ПО- 5122. Чувствительность определений концентраций органических и неорганических соединений, определяемых на этих приборах, равна 0.05 - 1 мкг на мл пробы.

Газохроматографический метод основан на селективном разделении соединений между двумя несмешивающимися фазами, одна из которых неподвижна (жидкость или твердое тело), а другая подвижна (инертный газ-носитель) Этот метод позволяет определять ничтожно малые количества вещества, не обладающих специфическими реакциями, и анализировать состояние смеси, которая может состоять из десятков и сотен компонентов с близкими свойствами. Для анализов используют хроматографы ЛМ-8 МД 5, ЛМ-8 МД 7, ЛХМ-80, Газохром-1190, Газохром-1106, Газохром-1106 Т, Газохром-3101 Сигма-1, хроматомассспектрометр МХ-1307 М.

Масс-спектрометрический метод заключается в ионизации газообразной пробы электронной бомбардировкой. Образующиеся в процессе этой бомбардировки ионы подвергаются воздействию магнитного поля. В зависимости от массы и заряда, ионы отклоняются с различной скоростью и поэтому соответствующим образом разделяются. Характерной особенностью этого метода является малый объем пробы и высокая избирательность.

Спектрально-химический метод сочетает в себе две последовательные операции:

- соосаждение групп элементов и растворов, отделение их и соосаждение на фильтре из молибдена;

- спектральное определение соосажденных элементов в зольном остатке с использованием соответствующих искусственных стандартов.

6. Биологические методы наблюдений. Понятия биомониторинга, биоиндикации и биотестирования.

Исследования изменения состояния биологических объектов под влиянием воздействий различных процессов переработки углеводородных систем - сравнительно новое направление в системе мониторинга окружающей среды. Биологический мониторинг экологических систем и объектов, получил особое распространение в последние годы. Сущность биомониторинга заключается в оценке наличия или отсутствия биологической активности вещества (тест-реакция) проверяемого объекта по сравнению с действием контрольной среды на специальные тест-организмы.

В качестве биотестов используются различные виды животных и растений или микроорганизмы. Биологический мониторинг проводится на популяционном и индивидуальном уровне. В качестве основных индикаторов могут использоваться морфологические показатели:

- этологические - характер поведения организмов в зависимости от условий среды;

- биохимические - состав биологических сред, активность ферментов и т.д.;

- физиологические - потребление пищи, выделение продуктов метаболизма, выделение кислорода растениями и др.;

- генетические - скорость мутаций и т.д.

На популяционном уровне определяют численность биомассы, число и состав видов и т.д.

Преимущества биомониторинга заключаются в следующем:

- выявлении более широкого круга веществ-загрязнителей;

- возможности определения совместного действия на живые организмы различных загрязнителей;

- оценке мутагенности и биологической активности веществ;

- контроле интегрального воздействия всей среды на тест-организмы;

- определении скорости и направления неблагоприятных изменений в окружающей среде.

Биомониторинг водного бассейна, атмосферы и почвы выявляет необходимость принятия первоочередных мер по оздоровлению экосистемы и наличие опасных по загрязненности территорий внутри и вне предприятий по переработке углеводородных систем.

Биоиндикация — оценка качества природной среды по состоянию её биоты. Биоиндикация основана на наблюдении за составом и численностью видов-индикаторов.

Биоиндикация — оценка качества среды обитания и её отдельных характеристик по состоянию биоты в природных условиях. Для учёта изменения среды под действием антропогенного фактора составляются списки индикаторных организмов — биоиндикаторов. Биоиндикаторы — виды, группы видов или сообщества, по наличию, степени развития, изменению морфологических, структурно-функциональных, генетических характеристик которых судят о качестве воды и состоянии экосистем. В качестве биоиндикаторов часто выступают лишайники, в водных объектах — сообщества бактерио-, фито-, зоопланктона, зообентоса, перифитона.

Под биотестированием обычно понимают процедуру установления токсичности среды с помощью тест-объектов, сигнализирующих об опасности независимо от того, какие вещества и в каком сочетании вызывают изменения жизненно важных функций у тест-объектов. Благодаря простоте, оперативности и доступности биотестирование получило широкое признание во всем мире и его все чаще используют наряду с методами аналитической химии. Существует 2 вида биотестирования: морфофизиологический и хемотаксический. Хемотаксический метод более точный, так как в нем используется специальный прибор, а морфофизиологический позволяет более точно описать, что происходит с тест-объектами, например, в загрязненной воде.

7. Организация сети наблюдений за загрязнением атмосферного воздуха.

Организация  наблюдений  за  уровнем  загрязнения  атмосферы  в   городах  и населенных пунктах осуществляется в соответствии с ГОСТ 17.2.3.01 -86 «Охрана природы. Атмосфера. Правила контроля качества воздуха населённых пунктов». Наблюдения за уровнем загрязнения атмосферы производится на посту, представляющем собой заранее выбранное для этой цели место (точка местности), на котором размещается павильон или автомобиль, оборудованный соответствующими приборами.

Посты наблюдений устанавливаются трех категорий: стационарные, маршрутные и передвижные (подфакельные).

Стационарный пост предназначен для обеспечения непрерывной регистрации содержания загрязняющих веществ или регулярного отбора проб воздуха для последующего  анализа.  Из  числа  стационарных  постов  выделяются  опорные стационарные посты, которые предназначены для выявления долговременных измерений содержания основных и наиболее распространённых специфических загрязняющих веществ.

Маршрутный пост предназначен для регулярного отбора проб воздуха в том случае, когда невозможно (нецелесообразно) установить пост или необходимо более детально изучить состояние загрязнения воздуха в отдельных районах, например в новых жилых районах.

Передвижной (подфакельный) пост служит для отбора проб под дымовым (газовым) факелом с целью выявления зоны влияния данного источника промышленных выбросов.

Стационарные посты оборудованы специальными павильонами, которые устанавливают в заранее выбранных местах. Наблюдения на маршрутных постах проводятся с помощью передвижной лаборатории, оснащенной необходимым оборудованием и приборами. Маршрутные посты также устанавливают в заранее выбранных точках. Одна машина за рабочий день объезжает 4…5 точек. Порядок объезда автомашиной выбранных маршрутных постов должен быть одним и тем же, чтобы определение концентрации примесей проводилось в постоянные сроки. Наблюдения под факелом предприятия также ведутся с помощью специально оборудованной автомашины. Подфакельные посты представляют собой точки, расположенные на фиксированных расстояниях от источника. Они перемещаются в соответствии с направлением факела дуемого источника выбросов.

Точность наблюдений за уровнем загрязнения атмосферы в городе зависит от правильности расположения поста на обследуемой территории. При выборе места для размещения поста, прежде всего, следует установить, какой параметр будет контролироваться: уровень загрязнения воздуха, характерный для данного района города, или концентрация примесей в конкретной точке, находящейся под влиянием выбросов отдельного промышленного предприятия, крупной автомагистрали.

В первом случае пост должен быть расположен на таком участке местности, который не подвергается воздействию отдельно стоящих источников выбросов. В результате значительного перемешивания городского воздуха уровень загрязнения в районе поста

будет определяться всеми источниками выбросов, расположенными на исследуемой территории. во втором случае пост должен размещаться в зоне максимальных концентраций примеси, связанных с выбросами рассматриваемого источника.

Каждый пост независимо от категории размещается на открытой, проветриваемой со всех сторон площадке (на асфальте, твердом грунте, газоне). Если пост разместить на закрытом участке (вблизи высоких зданий, на узкой улице, под кронами деревьев или рядом с низким источником выбросов), то в этом случае будет определяться уровень загрязнения, создаваемый в конкретном месте, а реальный уровень загрязнения будет занижаться из-за поглощения газов густой зеленью или из-за застоя воздуха и скопления вредных веществ вблизи строений. месте, а реальный уровень загрязнения будет занижаться из-за поглощения газов густой зеленью или из-за застоя воздуха и скопления вредных веществ вблизи строений.

8. Программы наблюдений за загрязнением атмосферного воздуха.

Программы наблюдений устанавливаются в зависимости от видов постов и задач наблюдений. На стационарных постах наблюдения за загрязнением воздуха и метеорологическими параметрами проводятся на протяжении года, независимо от погодных условий. Наблюдения могут проводиться по полной, неполной и сокращенной программе.

По полной программе наблюдения проводят в 1, 7, 13 и 19 часов ежедневно, кроме воскресения. Измеряются при этом концентрация пыли, CO, CO2, SO2, NOx, а также веществ, концентрации которых больше ПДК.

По неполной программе наблюдения проводят в 7, 13 и в 19 часов ежедневно, чередуя субботу и воскресение как выходные.

В районах с суровыми климатическими условиями, а также в местах, где среднемесячные концентрации меньше 5% от ПДК максимально разовой, наблюдения проводят по сокращенной программе ежедневно, кроме воскресенья в 7 и 13 часов.

9. Виды проб.

Отбор проб атмосферного воздуха – основной элемент анализа его качества.

Определение концентрации многих загрязняющих веществ в атмосферном воздухе осуществляется лабораторными методами.

Методы отбора проб:

1. Аспирационный (протягивание воздуха). Путем аспирации некоторого объема воздуха через поглотительное устройство, заполненное твердым или жидким сорбентом, улавливающим загрязняющие вещества, задерживаются частички, содержащиеся в атмосферном воздухе. Поглотительное устройство может быть оборудовано аэрозольным фильтром. Параметры отбора проб (расход атмосферного воздуха и продолжительность отбора, тип поглотительного устройства или фильтра) устанавливаются в зависимости от загрязняющих веществ. Для получения достоверных результатов расход атмосферного воздуха должен составлять 10-100л/мин;

2. Заполнения сосудов ограниченной емкости:

- вакуумный способ;

- метод принудительного продувания сосуда путем 10-кратного продувания в месте отбора пробы, после чего сосуд герметично закрывают.

- способ вытеснения предварительно залитой инертной жидкости воздухом на месте отбора проб с герметизацией.

В качестве сосуда используют обычные стеклянные емкости или из другого материала.

Отбор проб атмосферного воздуха осуществляется на стационарных или передвижных постах, укомплектованных устройствами для отбора проб или автоматическим газоанализатором для непрерывного определения концентрации загрязняющих веществ, а также приборами метеорологических наблюдений. Следует заранее определить высоту и продолжительность отбора проб. Для отбора в приземном слое атмосферы и определения концентрации смеси отбор производится на высоте 1,5-3,5 м от поверхности Земли. Так определяют приземные концентрации загрязняющих веществ. Пробы, а потом и концентрации загрязняющих веществ, подразделяют в зависимости от режима отбора:

- разовые (продолжительность отбора 20-30 минут); 74

- среднесуточные (отбор в поглотительный прибор или на фильтр осуществляется непрерывно в течение 24 часов или дискретно, т.е. через равные промежутки времени, в течение суток отбирается не менее 4 разовых проб);.

10. Правила отбора проб воздуха.

Отбор проб, как и при исследовании любого объекта, является наиболее ответственным. Правильное взятие проб гарантирует точность исследования. Устанавливаются посты наблюдений трёх категорий: стационарные, маршрутные, передвижные (подфакельные). Стационарный пост предназначен для обеспечения непрерывной регистрации содержания загрязняющих веществ или регулярного отбора проб воздуха для последующего анализа. Маршрутный пост предназначен для регулярного отбора проб воздуха, когда невозможно установить стационарный пост или необходимо более детально изучить состояние загрязнения воздуха в отдельных районах, например в новых жилых районах.

Передвижной (подфакельный) пост предназначен для отбора проб поддымовым (газовым факелом с целью выявления зоны влияния данного источника промышленных выбросов.

Число постов и их размещение определяется с учётом численности населения, площади населённого пункта и рельефа местности, а также развития промышленности, сети магистралей с интенсивным транспортным движением и их расположением по территории города, рассредоточенности мест отдыха и курортных зон.

Одновременно с отбором проб воздуха определяют следующие метеорологические параметры: направление и скорость ветра, температуру воздуха, состояние погоды и подстилающей поверхности.

Перечень веществ для измерения на стационарных, маршрутных постах и при подфакельных наблюдениях устанавливается на основе сведений о составе и характере выбросов от источника загрязнения в городе и метеорологических условий рассеивания примесей. Определяются вещества, которые выбрасываются предприятиями города, и оценивается возможность превышения ПДК этих веществ. В результате составляется список приоритетных веществ, подлежащих контролю в первую очередь. Как правило, на опорных стационарных постах организуются наблюдения за содержанием основных загрязняющих веществ: пыли, диоксида серы, оксида углерода, оксида и диоксида азота, а также за специфическими веществами, которые характерны для промышленных выбросов многих предприятий данного города (населённого пункта). При определении приземной концентрации примеси в атмосфере отбор проб и измерение концентрации примеси проводятся на высоте 1,5…3,5 м от поверхности земли. Продолжительность отбора проб воздуха для ПДК вредного вещества определения среднесуточных концентраций загрязняющих веществ при дискретных наблюдениях по полной программе составляет 20…30 мин, при непрерывном отборе – 24 ч.

Периодичность отбора проб воздуха для каждого вещества в каждой точке устанавливают в зависимости от характера технологического процесса (непрерывного, периодического), класса опасности и характера биологического действия производственной среды, уровня загрязнения, времени пребывания обслуживающего персонала на рабочем месте.

Для веществ периодичность контроля следует устанавливать в зависимости от класса опасности вредного вещества: для веществ I класса опасности – не реже одного раза в 10 дней; для веществ II класса – не реже одного раза в месяц; для веществ III и IV классов – не реже одного раза в квартал.

11. Отбор проб воздуха в жидкие среды.

Отбор парогазовых веществ в жидкие поглотительные среды – наиболее распространенный способ. Анализируемые вещества растворяются или вступают в химическое взаимодействие с поглотительной средой (хемосорбция), которая обеспечивает полноту поглощения за счет образования нелетучих соединений. При этом упрощается подготовка пробы к анализу, который обычно проводят в жидкой фазе.

Отбор проб в растворы осуществляют аспирацией исследуемого воздуха через поглотительный сосуд с каким-либо растворителем (органические растворители, кислоты, спирты, вода, смешанные растворы). Скорость пропускания воздуха может меняться в широких пределах – от 0,1 до 100 л/мин.

Полнота поглощения зависит от многих факторов, в том числе от конструкции поглотительных сосудов. Наибольшее распространение получили абсорберы со стеклянными пористыми пластинками, поглотительные сосуды Рыхтера, Зайцева.

Для физической адсорбции важно, чтобы поверхность соприкосновения фаз была наибольшей. В поглотителях с пористой пластинкой этот эффект достигается за счет уменьшения пузырьков воздуха при прохождении его через пористый фильтр, вследствие чего увеличивается контакт воздуха с раствором, а скорость аспирации может быть повышена до 3 л/мин.

Для проверки эффективности работы поглотительного сосуда к нему присоединяют последовательно еще один или два поглотителя. Пробу воздуха с известным содержанием вредного вещества пропускают через все абсорберы и затем поглотительные растворы из каждого сосуда анализируют.

12. Отбор проб воздуха на твердые сорбенты (виды сорбентов).

Способ отбора проб воздуха в жидкости для газохроматографического анализа в большинстве случаев непри­емлем, так как не позволяет проводить концентрирование веществ из большого объема воздуха вследствие улетучивания растворителей и связанных с этим потерь анализи­руемых веществ.

Применение твердых сорбентов дает возможность уве­личить скорость пропускания воздуха (по сравнению с пропусканием через жидкость) и за короткое время нако­пить исследуемое вещество в количестве, достаточном для его определения. Твердые сорбенты позволяют также осуществлять избирательную сорбцию одних веществ в присутствии других; кроме того, они удобны как в работе, так и при транспортировке и хранении отобранных проб. Пробы, отобранные на твердые сорбенты, обладают вы­сокой сохранностью. Этот метод пробоотбора характери­зуется высоким коэффициентом концентрирования.

Твердые сорбенты, применяемые для отбора проб воз­духа, должны обладать механической прочностью, иметь небольшое сродство с водяными парами (т. е. плохо сор­бировать их), легко активироваться, иметь максимальную сорбционную способность по отношению к анализируе­мым веществам, а при анализе — легко десорбировать по­глощенное вещество, иметь однородную структуру по­верхности.

Для анализа воздуха применяют три группы сорбен­тов, однако ни один из них не является универсальным. Первая группа — гидрофильные неорганические материалы типа силикагелей и молекулярных сит. Вторая группа — гидрофильные неорганические материалы — активиро­ванные угли. К третьей группе относят синтетические макропористые органические материалы с высокой сте­пенью гидрофобности и небольшой удельной поверхно­стью — пористые полимеры.

Силикагели (Si02 • nH20) представляют собой гидро­фильные сорбенты с высокоразвитой капиллярной структурой геля. Силикагели избирательно поглощают приме­си полярных соединений, таких как амины, спирты, фе­нол, альдегиды и аминоспирты. Однако эти адсорбенты применяют в практике анализа загрязнений реже, чем активированный уголь и полимерные сорбенты. Это обусловлено гидрофильностью силикагелей, которая при­водит к значительному снижению сорбционной емкости ловушек.

В условиях повышенной влажности применение ак­тивированного угля и силикагеля для отбора проб стано­вится практически невозможным. В этом случае рекомен­дуется применять полимерные пористые сорбенты, такие как порапаки, хромосорбы, полисорбы, тенакс и др. По­ристые полимеры инертны, гидрофобны, обладают доста­точно хорошо развитой поверхностью, эффективно улав­ливают из воздуха примеси вредных веществ и легко отдают их при термодесорбции. Пористые полимеры успешно применяют для улавливания из воздуха примесей с большой молекулярной массой и таких опасных приоритетных загрязнителей, как пестициды, диоксины.

13. Криогенное концентрирование.

Криогенное концентрирование применяют при отбо­ре из воздуха нестабильных и реакционно-способных со­единений. Техника этого метода сводится к пропусканию исследуемого воздуха через охлаждаемое сорбционное устройство с большой поверхностью, например через стальные или стеклянные трубки, заполненные инерт­ным носителем (стеклянными шариками, стеклянной ватой). В качестве хладагентов используют следующие смеси:

лед – вода (0 0С);

лед – хлорид натрия (-16 0С);

твердая углекислота – ацетон (-80 0С);

жидкий азот (-185 0С).

Степень обогащения пробы целевыми компонентами может быть при этом очень высокой (100-1000 раз и более). Однако применение такого способа извлечения примесей из воздуха затрудняет предварительное удаление влаги, которая, конденсируясь в ловушках, мешает газохроматографическому определению примесей и увеличивает предел их определения. Эффективность криогенного извлечения примесей из воздуха очень высока от 91 до 100 %.

14. Концентрирование на фильтрах.

Вещества, находящиеся в воздухе в виде высокодисперсных аэрозолей (дымов, туманов, пыли), концентрируют на различных фильтрующих волокнистых материалах: перхлорвиниловой ткани, ацетилцеллюлозе, полистироле, стекловолокне. Перспективными являются фильтры, состоящие из волокнистого фильтрующего материала, импрегнированного тонкодисперсным активным углем. Большой интерес также представляют фильтры, импрегнированные твердым сорбентом, с добавлением химических реагентов. Так, для улавливания паров и аэрозолей ртути и паров иода используют фильтры, в качестве основы которых используют ткань, на которую нанесен сорбент, обработанный нитратом серебра (для иода) и иодом (для ртути). Фильтры позволяют проводить отбор проб воздуха как при положительных, так и при отрицательных температурах и высоких скоростях аспирации воздуха.

Таким образом, следует еще раз отметить, что отбор проб воздуха является существенным этапом в исследовании, так как результаты самого точного тщательно выполненного анализа теряют всякий смысл при неправильно проведенном отборе проб. Выбор адекватного способа отбора определяется, прежде всего, агрегатным состоянием веществ, а также их физико-химическими свойствами.

15. Отбор проб в контейнеры.

Этот метод рекомендуется для летучих веществ, содержащихся в воздухе в значительных концентрациях, а также при использовании для анализа метода газовой хроматографии, обладающего достаточно высокой чувствительностью. Для отбора проб воздуха применяют шприцы, газовые пипетки и бутыли.

К ограничениям этого метода отбора можно отнести следующие:

·        ограниченный набор определяемых соединений;

·        ограничение предела обнаружения примесей;

·        сорбция компонентов на стенках контейнеров;

·        возможность протекания химических реакций при хранении пробы в контейнере в присутствии влаги и кислорода воздуха.

При отборе в контейнеры (например, в стеклянную пипетку вместимостью 1—2 л) анализируемый воздух со скоростью 0,2—0,5 л/мин пропускают через сосуд, причем кратность обмена воздуха должна быть не ниже 6—10. Иногда воздух засасывают в предварительно эвакуированную пипетку, но следует принимать меры предосторожности на случай возможного разрушения контейнера под действием вакуума, например, оборачивать пипетку тканью.

При хранении проб воздуха в контейнерах даже в течение непродолжительного времени следует учитывать возможность химических реакций, в которых помимо содержащихся в пробе веществ могут принимать участие водяной пар и кислород воздуха. В результате этого из оксидов азота может образоваться азотная кислота, а из диоксида серы — серная кислота. Возможно также изменение состава пробы при хранении за счет адсорбции примесей на стенках контейнера. В случае реакционноспособных веществ эти потери могут достигать 40%.

16. Стабилизация и хранение проб воздуха.

Применение экспрессных методов анализа на месте помогает избежать многих осложнений с изменениями состояния анализируемых проб. Однако это удается далеко не всегда, поэтому необходимо иметь представление о процессах, идущих в средах при хранении проб, а также знать правила хранения. В зависимости от предполагаемой продолжительности хранения отобранные пробы иногда консервируют. При этом универсального консервирующего средства не существует, поэтому для анализа отбирают несколько проб, каждую из которых консервируют, добавляя соответствующие химикаты.

Применение консервирующих средств полностью не предохраняет определяемое вещество или саму среду от изменения. Поэтому стараются даже консервированные пробы анализировать сразу или на следующий день, но не позднее чем на третьи сутки после отбора. В процессе экоаналитической деятельности для обеспечения достоверности результатов все реагенты, особенно применяемые в больших количествах (вода, прочие растворители), должны быть по возможности высокой чистоты. Для определения очень низких концентраций даже реагенты высокой чистоты перед применением необходимо очищать дополнительно. Поэтому реагенты (в том числе для растворения и стабилизации проб) следует выбирать исходя не только из их химических свойств, но и из возможности качественной оценки. Так, предпочтительнее кислоты, которые можно перегнать при низкой температуре (НС1, HN03). Следует избегать использования окрашенных пробок, поскольку пигменты могут загрязнять хранящиеся под ними пробы.

Материалы, из которых изготовлены сосуды, устройства и инструменты для отбора проб, должны быть устойчивы к воздействию образца или реагента. Их поверхность должна быть гладкой и легко очищаться. В этом отношении наилучшие свойства у посуды из тефлона, однако следует учитывать, что она имеет зернистую структуру и может адсорбировать многие соединения.

Желательно использовать тщательно вымытые стеклянные (притертые) или полиэтиленовые пробки. Корковые или резиновые пробки предварительно кипятят в дистиллированной воде или обертывают полиэтиленовой пленкой.

Подготовленная для отбора образцов или проб стеклянная или полиэтиленовая посуда через несколько часов накапливает на поверхности загрязнения, адсорбируя их из воздуха лаборатории, поэтому ее необходимо обрабатывать непосредственно перед употреблением.

Большие трудности при определении фоновых и следовых количеств загрязняющих веществ возникают в связи с тем, что уровни их содержания в природных объектах могут быть сравнимы с количествами этих соединений, вносимыми в образец с используемыми в анализе реагентами или при поступлении из окружающего воздуха. Влияние указанных примесей на результаты анализа в общем случае оценить довольно сложно, поэтому на последующих стадиях анализа их пытаются учесть с использованием холостого опыта.

Источником искажающих анализ загрязнений проб воздуха могут быть как мешающие примеси в анализируемой воздушной среде, так и сам аналитик. В частности, в продуктах жизнедеятельности человека, выделяемых в воздух, идентифицировано около 135 различных соединений, часть из которых потом поглощается анализируемыми средами из воздуха (например, бензол,.) или концентрируется на волосах и коже. Содержащиеся в воздухе лаборатории примеси могут поглощаться сорбентами, используемыми для концентрирования и разделения определяемых веществ. По этой причине фильтровальную бумагу и пластинки следует хранить в специальных условиях.

Особенностью хранения проб воздуха является то, что как таковые (воздух, отобранный в специальные емкости) их практически не хранят. Исключение составляют пробы веществ, отделенных от воздушной среды путем аспирации в жидкость или сорбции на твердые поглотители. При этом в первом случае применяют все описанные процедуры стабилизации и хранения водных (жидкостных) проб, а во втором — процедуры стабилизации и хранения проб почвы.

17. Характеристика и оснащение стационарных постов наблюдений.

Стационарные – создаются на специальных полигонах и обеспечиваются аппаратурой для безостановочной регистрации концентрации загрязняющих веществ регулярно или путем отбора проб воздуха для анализа. Стационарные посты наблюдений используются с целью установления состояния атмосферного воздуха в населенных пунктах.

Перед установкой поста следует проанализировать: расчетные поля концентраций по всем ингредиентам от совокупности выб­росов всех стационарных и передвижных источников; особенности застройки и рельефа местности; перспективы развития жилой за­стройки и расширения предприятий промышленности, энергети­ки, коммунального хозяйства, транспорта и других отраслей го­родского хозяйства; функциональные особенности выбранной зоны; плотность населения; метеорологические условия данной местно­сти и др. Пост должен находиться вне аэродинамической тени зда­ний и зоны зеленых насаждений, его территория должна хорошо проветриваться, не подвергаться влиянию близкорасположенных низких источников загрязнения (стоянок автомашин, мелких пред­приятий с низкими выбросами и т.п.). Количество стационарных постов в каком-либо городе (населенном пункте) определяется численностью населения, рельефом местности, особенностями промышленности, функциональной структурой (жилая, промышлен­ная, зеленая зона и т.д.), пространственной и временной измен­чивостью полей концентраций вредных веществ.

Для населенных пунктов со сложным рельефом и большим чис­лом источников загрязнения рекомендуется устанавливать один пост через каждые 5... 10 км.

С целью получения информации о загрязнении воздуха с уче­том особенностей города рекомендуется ставить посты наблюде­ний в разных функциональных зонах (жилой, промышленной и др.). В городах с большой интенсивностью движения автотранспорта посты должны устанавливаться также вблизи автомагистралей.

Наблюдения за загрязнением атмосферного воздуха и метеорологическими параметрами на стационарных постах должны проводиться круглогодично, во все сезоны, независимо от погодных условий.

18. Характеристика и оснащение маршрутных постов наблюдений.

Маршрутные – предназначены для регулярного отбора проб воздуха в фиксированной точке местности по определенному маршруту с помощью переносной аппаратуры. Они используются для уточнения уровня загрязнения атмосферного воздуха в отдельных районах.

Марш­рутные наблюдения осуществляются на маршрутных постах с по­мощью автолабораторий, серийно выпускаемых промышленно­стью. Такая передвижная лаборатория имеет производительность около 5000 отборов проб в год, при этом в день на такой машине может производиться 8... 10 отборов проб воздуха. Порядок объез­да маршрутных постов ежемесячно меняется таким образом, что­бы отбор проб воздуха на каждом пункте проводился в разное вре­мя суток. Например, в первый месяц машина объезжает посты в порядке возрастания номеров, во второй — в порядке их убыва­ния, а в третий — с середины маршрута к концу и от начала к середине и т. д.

Приборы и оборудование для отбора проб воздуха расположе­ны на стенде по левому борту автомашины, а также во вспомога­тельном отсеке.

Соединительные трубопроводы для отбора проб воздуха на пыль и сажу через стенки и вспомогательный отсек выводятся в откры­тую во время отбора проб заднюю дверь автофургона.

19. Наблюдения за загрязнением атмосферного воздуха автотранспортом.

Этот вид транспорта по ряду примесей может быть основным источником загрязнения атмосферного воздуха. Количество вредных выбросов, поступающих в атмосферный воздух от автотранспорта, зависит от следующих факторов: качественного и количественного составов парка автомобилей, условий организации уличного движения, архитектурно-планировочных особенностей сети автомагистралей и ряда других факторов.

Наблюдения проводятся во все дни рабочей недели ежечасно с 6 до 13 ч или с 14 до 21 ч с чередованием дней с утренними и вечерними проверками. В ночное время наблюдения проводятся 1 — 2 раза в неделю.

Точки наблюдения выбираются на городских улицах с интенсивным движением транспорта и располагаются на различных участках улиц в местах, где часто производится торможение автомобилей и выбрасывается наибольшее количество вредных примесей. Кроме того, пункты наблюдения организуются в местах скопления вредных примесей из-за слабого рассеяния (под мостами, путепроводами, в туннелях, на узких участках улиц и дорог с многоэтажными зданиями), а также в зонах пересечения двух и более улиц с интенсивным движением транспорта.

Приборы размещаются на тротуаре, на середине разделительной полосы при ее наличии и за пределами тротуара — на расстоянии половины ширины проезжей части одностороннего движения. Пункт, наиболее удаленный от автомагистрали, должен располагаться на расстоянии не менее 0,5 м от стены здания. На улицах, пересекающих основную автомагистраль, пункты наблюдения размещаются на краях тротуара, а также на расстояниях, превышающих ширину магистрали в 0,5, 2 и 3 раза.

Интенсивность движения определяется путем учета числа проходящих транспортных средств, которые подразделяются на пять основных категорий (легковые автомобили, грузовые автомобили, автобусы, дизельные автомобили, микроавтобусы и мотоциклы), ежедневно в течение-2...3 недель в период с 5...6 ч до 21...23 ч, а на транзитных автомагистралях — в течение суток. Подсчет числа проходящих транспортных единиц проводится в течение 20 мин каждого часа, а в 2...3-часовые периоды наибольшей интенсивности движения автотранспорта — каждые 20 мин. Средняя скорость движения транспорта определяется на основе показателей спидометра автомашины, движущейся в потоке транспортных средств, на участке протяженностью от 0,5 до 1 км данной автомагистрали. На основании результатов наблюдений вычисляются средние значения интенсивности движения автотранспорта в течение суток (или за отдельные часы) в каждой из точек наблюдения.