1.9. Визначення і оцінка вмісту хімічних домішок у повітрі

Для кількісного визначення газо- і пароподібних домішок у по- вітрі застосовуються різноманітні хімічні та фізико-хімічні методи.

Аналіз домішок у пробах повітря, відібраних на рідкі поминаль- ні середовища, ґрунтується на титрометричному, нефелометричному, колориметричному, фотометричному, кондуктометричному, іономет- ричному, рН-метричному або інших методах визначення сполуки, що утворилася у поглиначі під час відбору проби внаслідок хіміч- ної взаємодії домішки, яка міститься у досліджуваному повітрі, з розчиненим селективним реактивом поглинального середовища. Кіль- кість сполуки, яка утворилася внаслідок реакції, еквівалентна кіль- кості домішки, яка містилася у пропущеному через поглинач об'ємі повітря.

Концентрацію домішки у повітрі (мг/м³) обчислюють за фор- мулою

су

де а — кількість домішки, знайдена в досліджуваному об'ємі погли- нального розчину, мг; в — об'єм поглинального розчину у поглина- чі, мл; с — об'єм поглинального розчину, взятий для аналізу, мл; у — об'єм повітря, пропущений через поглинач, приведений до нор- мальних умов, л; 1000 — коефіцієнт перетворення мг/л на мг/м³.

Проби повітря, які відбирають шляхом сорбування і концентру- вання на тверді поглинальні середовища або одномоментними спо- собами, переважно аналізують за допомогою високочутливих фізи- ко-хімічних методів: газової хроматографії, мас-спектрофотометрії, емі- сійного спектрального аналізу, атомно-абсорбційного аналізу, поля- рографії, радіоактивації, хемілюмінесценції тощо.

Останнім часом у практику хімічних досліджень атмосферного повітря широко впроваджуються автоматичні газоаналізатори — безперервно діючі автоматичні реєстраційні прилади, робота яких грунтується на різноманітних фізичних та фізико-хімічних процесах, зокрема на вимірюванні граничного електричного струму, що вини- кає під час електролізу розчину, де міститься досліджувана речови- на, яка є електрохімічним деполяризатором, на властивостях корон- ного розряду в сумішах газів тощо.

При високих концентраціях деяких газо- і пароподібних речовин

Мал. 32. Гумова груша з вихідним (1) та вхідним (2) клапанами.

у повітрі можуть застосовуватись експресні колориметричний і лі- нійно-колористичний методи аналізу, які полягають у пропусканні досліджуваного повітря за допомогою спеціальної гумової груші (мал. 32), універсального газоаналізатора (УГ-1, УГ-2) або хімічного газо- визначника (ГХ-4, ГХ-5) через скляні індикаторні трубки, заповнені індикаторним порошком, що змінює забарвлення внаслідок хімічної реакції з домішками повітря (див. главу 13).

Для відбору проб повітря та подальшого аналізу досить зручни- і ми є сучасні пересувні лабораторії. Лабораторія для дослідження атмосферних забруднень ДАЗ-1 призначена для проведення дослід- жень атмосферних забруднень у повітрі населених пунктів та в зо- нах розташування промислових об'єктів. Лабораторія складається з дев'яти блоків — відбору газів та аерозолів, вагового, підготовчого, ^: фотометрії, спектроскопії, зміннострумової полярографії, аналізу кан- церогенних речовин, камеральної обробки та фотоблока, що дає змогу ^: відбирати проби атмосферного повітря, вимірювати метеорологіч-' ні параметри середовища, готувати проби до аналізу, проводити ^; ваговий аналіз, аналіз проб різними фізико-хімічними методами і^: обробку результатів вимірювань. '

Пересувна комплексна лабораторія "Кар'єр-1" призначена для¹ визначення токсичних газів (оксиду вуглецю, оксидів азоту, сірчи- стого газу тощо), сажі, пилу в атмосфері кар'єрів та зон розташуй вання промислових об'єктів.

Комплексну лабораторію ЛДП-1 використовують для аналізу та контролю забрудненого повітря в цехах промислових підприємств.

Визначення діоксиду вуглецю (С0₂). Діоксид вуглецю в кількості 0,03-0,04 % є нормальним складником атмосферного повітря і сут- тєвого фізіолого-гігієнічного значення не має. Водночас, завдяки зна- чному вмісту С0₂ у видихуваному людиною повітрі (3,4-4,7 %), вміст його у повітрі житлових, навчальних, громадських, лікувально- профілактичних приміщень у разі скупчення людей може досягати 1-1,5 %. У такій концентрації діоксид вуглецю ще не завдає шкоди організму. Проте паралельно з його накопиченням погіршуються фі- зичні властивості повітря приміщень (підвищуються температура і вологість, змінюється іонний склад повітря у бік зменшення числа легких аероіонів) і, що найголовніше, зростає вміст різноманітних газів та парів — продуктів життєдіяльності людини (аміаку, сірко- водню, СО, різних вуглеводнів, зокрема, ацетону, індолу, скатолу, мер-

58

59

ісі ^ь»₂ не перевищує 0,07% (0,7%) за Пет- і) за Флюгте. Норма Флюгге одержана шля- \дення норми Петтенкофера (в цих межах суттєвого збільшення вмісту антропотокси- для розрахунку норм вентиляції приміщень, і'ває токсичних властивостей у концентраці- ціть до прискорення і поглиблення дихання зезбудження дихального центру. Якщо кон- )і становить 4-5%, з'являються симптоми ви, тахікардія, накопичення карбгемоглобі- щездатності). Концентрації 10-12 % призво- ті і смерті внаслідок паралічу дихального

центрацій діоксиду вуглецю людина може тих приміщеннях (підводний човен, літак, іких шахтах, на деяких виробництвах, доти в повітрі можна здійснити кількома

а вважається одним із найбільш точних і іі С0₂ розчином барію гідроксиду з наступ- адлишку останнього, який не увійшов до :лотою:

За(ОН), = ВаСО., + Н,0

+ 2 НС1 = ВаСІ, + 2Н,0.

ння С0₂ та схема її з'єднання представлені

і повітря відбирають у газову піпетку мі- іідомих одномоментних способів, начають титр бариту або кількість хлор-

_І

Мал. 33. Апаратура та схема ЇЇ з'єднання пр

методом Ребері

/ — газова піпетка з пробою повітря: 2 — водяний

ТрІЙНІІК; 5 — МІКрОПОГЛІІНаЧІ Ребепга ия піїгтав

пропускання через нього досліджуваного повітря. Для цього послідов- но з'єднують нижній бутель водяного аспіратора місткістю 5-6 л з очисною системою для вловлювання водяної пари, С0₂ і вуглеводнів з повітря лабораторії (відповідно перша колонка з пемзою, просоченою сірчаною кислотою, друга з гранулами їдкого натру, третя з силікаге- лем) та вузькою частиною мікропоглинача Реберга (через трійник). Вода, переходячи з верхнього бутля аспіратора у нижній, витіснятиме з нього повітря, яке, звільнившись від домішок в очисній системі, буде надходити у мікропоглиначі і, таким чином, заважати проникненню в них повітря з лабораторії. Упродовж 1-2 хв один мікропоглинач про- дувають чистим повітрям і, не припиняючи подачі повітря, наливають у широку частину мікропоглинача 2 мл 0,02 н. розчину барію гідрок- сиду за допомогою спеціальної установки для заповнення (складаєть- ся з бутля з баритом і під'єднаної бюретки, ізольованих від оточуючо- го повітря хлоркальцієвими трубками, заповненими натровим вап- ном) і додають 1-2 краплі 0,5% розчину фенолфталеїну. Наповнений поглинач ставлять на підставку і приєднують до нього вузькою части- ною другий поглинач, який після продування чистим повітрям запо- внюють реактивами згаданим вище способом і закривають у широкій частині трубкою з натровим вапном. Далі титрують барит у другому, а потім у першому поглиначі, тобто у зворотному порядку, 0,02 н. розчи- ном хлорводневої кислоти до знебарвлення, не припиняючи подачі очищеного повітря. Титрування проводять за допомогою пневматичної мікробюретки Шилова місткістю 2 мл, верхня частина якої приєдну- ється до гумової груші, розташованої між пластинкою мікрогвинта і підставкою. Стискаючи гвинтом грушу, витискають з неї повітря у мікробюретку, внаслідок чого з неї витікає рідина. Зворотним рухом гвинта розширюють грушу і засмоктують рідину з посудини, піднесе- ної до кінчика бюретки. Кількість мілілітрів хлорводневої кислоти, витраченої на титрування у кожному поглиначі, підсумовують і одер- жують титр бариту.

На другому етапі визначають титр проби, тобто кількість хлор- водневої кислоти, необхідної для титрування бариту після пропус- кання крізь нього досліджуваного повітря. Газову піпетку з дослід- жуваним повітрям закріплюють на штативі вертикально, верхній кі- нець її через трійник з'єднується з мікропоглиначами, а нижній — з напірним циліндром, наповненим 26 % розчином натрію хлориду, яким витісняють досліджуване повітря у мікропоглиначі. Під струменем чистого повітря знову наповнюють два чисті поглиначі гідроксидом барію, після чого затискачем перекривають струмінь повітря з очис- ної системи до мікропоглиначів, відкривають затискач на верхній частині газової піпетки і повільно витісняють з неї досліджуване повітря у мікропоглиначі. Коли сольовий розчин сягне верхнього краю піпетки, верхній затискач піпетки закривають і відновлюють струмінь повітря з очисної системи, під яким титрують вміст погли- начів 0,02 н. розчином НС1. Загальна кількість НС1, витрачена на титрування Ва(ОН) в обох поглиначах, буде титром проби.

Вміст С0₂ (мг/м^) обчислюють за формулою

62

0,44(4-Л₂)10⁶ Ч:*.-п:«>..- .,

V де А — титр бариту, мл; А₂ — титр проби, мл; V — об'єм дослід- жуваного повітря, приведений до нормальних умов, мл; 0,44 — кіль- кість С0₂, еквівалентна 1 мл 0,02 н. розчину НС1, мг; 10⁶ — коефіці- єнт перерахунку мл в м³.

Метод Суботіна — Нагорського ґрунтується на поглинанні діоксиду вуглецю титрованим розчином гідроксиду ба- рію:

Ва (ОН)₂ • 8 Н₂0 + С0₂ = ВаС0₃ + 9Н₂0.

За зміною титру бариту, який визначають за допомогою розчину щавлевої кислоти, обчислюють кількість діоксиду вуглецю. Необ- хідні реактиви та посуд: калібрований бутель місткістю 5-6 л з ка- учуковою пробкою із наскрізним отвором; калібрований флакон мі- сткістю 120 мл; дві бюретки на 50 мл, одна з яких зверху закрита трубкою з натровим вапном і з'єднана з нагнітальним гумовим бало- ном; термометр і барометр; розчин їдкого бариту (Ва (ОН)₂- 8Н₂0), 1 мл якого зв'язує 1 мг діоксиду вуглецю (7,16 г чистого барію гід- роксиду розчиняють віл кип'яченої дистильованої води); розчин щавлевої кислоти (С Н₂0₄ • 2Н₂0), 1 мл якого відповідає 1 мг діок- сиду вуглецю (2,8636г щавлевої кислоти розчиняють віл дистильо- ваної води); індикатор — 3 % спиртовий розчин фенолфталеїну, безбарвний у кислому середовищі й рожевий у лужному.

Малий флакон наповнюють розчином бариту до позначки, за- кривають його пробкою, відмічають температуру й тиск повітря. Від- стояний барит з малого флакона переливають у бутель, вводячи його в отвір пробки бутля. Баритовий розчин у великому бутлі збовтують упродовж 20 хв, а потім дають йому відстоятися до утво- рення осаду. Перевернувши бутель, переливають його вміст назад у малий флакон, останній виймають із шийки бутля, закупорюють й залишають до просвітлення на 10-15 хв.

Далі визначають титр вихідного розчину бариту. Одну з бюре- ток, захищену від вуглекислоти повітря лабораторії трубкою з на- тровим вапном, продувають за допомогою гумового балона і шля- хом всмоктування наповнюють цим розчином за допомогою гумової трубки, з'єднаної з резервуаром бариту. В іншу бюретку наливають титрований розчин щавлевої кислоти. В колбу наливають 25 мл роз- чину щавлевої кислоти з бюретки, додають декілька крапель фе- нолфталеїну й титрують розчином бариту з першої бюретки до по- яви блідо-рожевого забарвлення.

Наступний етап роботи — титрування відстояного розчину ба- риту після поглинання ним діоксиду вуглецю з повітря в бутлі. Для цього наконечник бюретки занурюють у малий флакон з відсто- яним баритом і засмоктують 35-40 мл розчину в бюретку.

У колбочку наливають 25 мл розчину щавлевої кислоти, дві-три краплі фенолфталеїну й титрують розчином бариту, що знаходиться в бюретці, до появи рожевого забарвлення.

63

пропущено дві трубки. Через довгу трубку, занурену у рідину, за допомогою груші об'ємом 70 см³ продувають досліджуване повітря через поглинальний розчин до повного знебарвлення рідини. Вміст поглинача Дрекселя обережно збовтують упродовж 1 хв ЗО разів після кожного стискання груші. За кількістю стискань груші визна- чають вміст діоксиду вуглецю (табл. 19).

Т а б л п ця 19

Розрахунок вмісту діоксиду вуглецю в повітрі

Число		Число
стискань	Вміст СО„ °о„	стисканії	Вміст СО„ '..
груші		груші
2	3	15	0,74
3	2,5	16	0,71
4	2,1	17	0,69
5	1,8	18	0,66
6	1,5	19	0,64
7	1,3	20	0,62
8	1,1	24	0,58
9	1,0	26	0.54
10	0.9	28	0,51
11	0,87	ЗО	0.49
12	0,83	35	0,42
13	0,80	40	0,40
14	0.77	48	0,38

Метод Прохорова полягає у тому, шо у широку пробірку місткістю ЗО мл наливають 10 мл води, дещо підлуженої аміаком, і

^ 1 •■■.. гг < „ /;:„..,. „„„.,„ „,„,„,,» ,-^ ггттт/-. г>; т

¹ Фактичний чи необхідний об'єм вентиляції можна також знайти за формулою

р-оа'

знаючи фактичний вміст СО, або підставивши замість Р гранично допустимий вміст С0₂, що дорівнює 1%₀.

Визначення оксиду вуглецю (СО). Оксид вуглецю (чадний газ) — газ без кольору та запаху, продукт неповного згорання різноманіт- ного палива, який потрапляє в атмосферне повітря з викидами ав- тотранспорту, промислових підприємств, теплоелектростанцій і ко- телень та повітря приміщень при спалюванні природного газу.

Високі концентрації оксиду вуглецю у побутових (кухні, ванни, гаражі, кабіни автомобілів) і виробничих приміщеннях можуть спри- чинити гострі та хронічні отруєння внаслідок більшої, ніж у кисню (у 200-300 разів), спорідненості до гемоглобіну крові й утворення карбоксигемоглобіну. Здатність-крові транспортувати кисень змен- шується і виникають явища гіпоксії. Крім того, дифундуючи з крові у тканини, оксид вуглецю чинить безпосередню токсичну дію на клі- тини, порушуючи активність дихальних ферментів і зрештою тка- нинне дихання, особливо у клітинах нервової системи.

При гострих отруєннях оксидом вуглецю виникають суб'єктивні відчуття важкості, стискання і пульсації в голові, біль голови, запамо- рочення, мерехтіння і "туман" в очах, шум у вухах, тремтіння, слабість. Прискорюється пульс, з'являються нудота, блювання, шкіра і слизові набувають яскравого, вишнево-червоного кольору, розвивається стан заціпеніння, байдужості, сонливості з затьмаренням свідомості або сп'яніння з потьмареною свідомістю, далі непритомність, спостеріга- ються судоми, задуха. До наслідків отруєння належать порушення з боку центральної та периферичної нервової систем (пам'яті, уваги, ко- ординації рухів, функції органів чуття, рухових функцій, чутливості, трофічних процесів), серцево-судинної діяльності (лабільність пульсу, екстрасистолія, явища стенокардії), органів дихання (пневмонії, ката- ри), обміну речовин (схуднення, збільшення цукру, молочної кислоти, холестерину, сечовини у крові).

При хронічному отруєнні СО пацієнти скаржаться на підвище- ну втомлюваність, головний біль, запаморочення, послаблення па- м'яті та уваги, апатію, подразливість, схуднення, відсутність апетиту, сонливість удень і неспання вночі, блідість, сіруватий колір шкіри, задишку, серцебиття, біль у грудях, пітливість. Об'єктивно спостері- гається стійкий яскраво-червоний дермографізм, тремтіння кінці- вок, порушення координації рухів, ністагм, зниження гостроти зору, розлади шкірної чутливості, трофічні розлади, аритмія, лабільність пульсу і кров'яного тиску, явища стенокардії, збільшення проник- ності капілярів, зміни функції щитоподібної, статевих і наднирко- вих залоз, обміну речовин (зростає вміст холестерину, цукру, піро- виноградної кислоти в крові), зниження імунобіологічної реактив- ності організму.

66

У малих концентраціях оксид вуглецю змінює субординаційні впливи центральної нервової системи, рефлекторні реакції та порфі- риновий обмін. Максимально разова гранично допустима концентра- ція СО в атмосферному повітрі та повітрі житлових і громадських приміщень становить 5 мг/м³, середньодобова — 3 мг/м³.

Стандартний метод Реберга для кількісного визначення оксиду вуглецю в повітрі ґрунтується на окисленні його за допомо- гою йодистого ангідриду при температурі 140—150°С до діокспду вуглецю з подальшим поглинанням С0₂ барію гідроксидом і відтит- ровуванням надлишку останнього соляною кислотою: 5СО + І₂0₅ = 5С0₂ + І₂ С0₂ + Ва(ОН), = ВаС0₃ + Н₂0 Ва(ОН)₂ + 2НС1 = ВаС1₂ + 2Н₂0 ^{

Апарат Реберга для визначення оксиду вуглецю (мал. 34) складається з електропечі, обладнаної реостатом для підтримки по- трібної температури та ІІ-подібною трубкою з гранульованим йодан- гідридом; низки С-подібних трубок (з їдким натром, пемзою, просо- ченою сірчаною кислотою, силікагелем) для очищення досліджувано- го повітря від С0₂ і вуглеводнів, які заважають визначенню; погли- нача Петрі з йодидом калію або металевою ртуттю для вловлювання йоду, що утворюється при взаємодії йодангідриду з СО.

Мал. 34. Апарат Реберга для визначення оксиду вуглецю:

/ — електропіч; 2 — реостат; 3 — Ь'-подібна трубка з йодангідрндом; 4 — термометр;

5 — Іі-подібні трубки з очисниками; 6 — з'єднувальні трубки; 7 — Поглинач Петрі з