- •Лекции по дисциплине: «Методы и приборы контроля окружающей среды и экологический мониторинг». Лекция 1. Введение. Что означают понятия «экологический мониторинг», «экологический контроль»?
- •Глобальная система мониторинга окружающей среды
- •Государственный экологический мониторинг
- •"Белые пятна" на карте государственного экологического мониторинга
- •“Химическая сущность” экологического мониторинга
- •1. Контактные методы наблюдений
- •2. Дистанционные методы наблюдений
- •3. Биологические методы наблюдений
- •1. Классификация приборов экологического контроля.
- •2. Основные приборы 1,2,3 уровней. Устройство, назначение, принципыработы. Приборы 1-го уровня
- •Газоанализатор уг-2
- •Нитратомер эбик
- •Дозиметр «Белла»
- •Приборы 2-го уровня
- •Нефелометр нфм
- •Флуориметр эф-зма
- •Газоанализатор гиам-21
- •Приборы 3-го уровня
1. Контактные методы наблюдений
В настоящее время определение содержания загрязняющих веществ в объектах окружающей среды осуществляется различными методами, которые можно разделить на три большие группы: электрохимические, оптические и хроматографические.
1.1. Электрохимические методы включают в основном кондуктометрию, кулонометрию, полярографию.
Кондуктометрический метод анализа основан на регистрации изменений электропроводности раствора, возникающих в результате поглощения газовой смеси. Этот метод не требует применения Сложной аппаратуры, приборы обладают высокой чувствительностью, быстродействием и компактностью. Недостатком метода является его неселективность: все растворяющиеся в реактиве с образованием ионов газы сильно влияют на электропроводность электролита. Кондуктометрические анализаторы используют, например, в мониторинге атмосферного воздуха.
Кулонометрический метод состоит в непрерывном автоматическом титровании вещества реагентом, электрохимически генерируемым на одном из электродов в реакционной среде. Количество электричества, затраченного на генерацию титрующего агента, служит мерой содержания определяемого вещества в реакционной среде. Количество электричества определяется как произведение измеряемого тока на время генерации до точки эквивалентности.
Кулонометрический метод анализа обладает высокой чувствительностью и широким динамическим диапазоном. К недостаткам кулонометрических приборов можно отнести низкую селективность и необходимость периодической смены электролита. Примером таких приборов являются газоанализаторы ГКП-1 и «Атмосфера-1», служащие для определения SO2, H2S, О3, С12 на уровне ПДК и ниже.
Полярографический метод основан на восстановлении анализируемого соединения на ртутном электроде; его применяют, как правило, при анализе следовых количеств веществ. Полярографы ППТ-1, ПУ-1, ПЛ-2, ПА-3, ПО-5122 используют для определения концентраций органических и неорганических соединений с минимальным содержанием в пробе от 0,05 до 1 мкг/мл.
1.2. Оптические методы анализа включают в себя абсорбционные и эмиссионные методы.
Абсорбционные методы основаны на способности веществ избирательно поглощать лучистую энергию Солнца в характерных участках спектрального диапазона и, в свою очередь, подразделяются на недисперсионные и дисперсионные. Недисперсионные методы основаны на выделении нужной спектральной области без разложения излучения в спектр, а дисперсионные — на выделении нужной спектральной области путем разложения излучения в спектр.
Фотоколориметрический метод основан на измерении интенсивности окраски цветных соединений, образующихся при взаимодействии определяемого компонента со вспомогательным реагентом. Метод обладает высокой чувствительностью и хорошей селективностью, к его недостаткам можно отнести невысокую точность и большую погрешность измерения.
Фотоколориметры марок ФЭК-М, ФЭК-Н-5, ФК-110 и другие используют для определения содержания в растворах органических и неорганических соединений. Чувствительность определения зависит от природы вещества и составляет от 0,04 до 20 мкг/мл пробы.
Спектрофотометрические методы основаны на тех же принципах, что и фотоколориметрические, но в спектрофотометрах используют поглощение монохроматического света. Для анализа жидких сред применяют спектрофотометры марок СФ-4, СФД-2, СФ-2М, СФ9, СФ-10, СФ-14, СФ-19, С-605 и др. Чувствительность определения органических и неорганических соединений находится на уровне 0,08—20 мкг/мл пробы.
Для определения количества веществ, находящихся в растворах во взвешенном состоянии, используют турбидиметрический метод, основанный на измерении интенсивности света, прошедшего через контролируемый раствор пробы. Если измеряется не прошедший через суспензию свет, а рассеянный, то такой метод анализа называют нефелометрическим. Он особенно чувствителен при анализе сильно разбавленных суспензий.
Еще одним абсорбционным аналитическим методом является оптико-акустический —
весьма перспективный метод определения многочисленных органических загрязняющих веществ, поскольку они способны поглощать ИК-излучение, моделированное звуковой частотой. В результате такого поглощения молекулы органических загрязнителей начинают испускать звук на частоте модуляции; механизм испускания состоит в том, что газ в рабочей кювете разогревается под действием инфракрасного излучения и его давление начинает колебаться с частотой модуляции (звука). Измеряя интенсивность этого звука. удается измерить и концентрацию вещества, поглотившего ИК-излучение. Зная частоту последнего, можно установить тип вещества. Оптико-акустический метод используют в газоанализаторах ГИАМ-1, ИКРП-450У. Таким методом определяют содержание в пробах органических веществ. Он характеризуется высокой избирательностью и чувствительностью для сильно флуоресцирующих веществ и может быть использован в качестве метода дистанционных наблюдений за загрязнением атмосферного воздуха.
Эмиссионные методы основаны на измерении интенсивности излучения анализируемой газовой смеси. Исследуемые молекулы приводят в состояние оптического возбуждения, а затем регистрируют интенсивность люминесценции или флуоресценции — испускания возбужденными молекулами квантов света при возвращении в основное состояние.
При люминесценции возбуждение осуществляют при нормальной температуре в результате химических реакций (хемилюминесценция), протекания электрического тока (электролюминесценция) или поглощения световой энергии (флуоресценция). Последний метод характеризуется высокой избирательностью и чувствительностью для сильно флуоресцирующих веществ и может быть использован в качестве метода дистанционных наблюдений за загрязнением атмосферного воздуха.
Хроматографические методы относят к гибридным, или комбинированным, так как они основаны на комбинировании как минимум двух разнородных принципов: предварительного разделения смеси веществ и последующего детектирования каждого из веществ по очереди. Чем четче производится разделение компонентов смеси, тем более мягкие требования предъявляют к селективности детектора. Все известные детекторы делят на универсальные (абсолютно неселективные) и селективные, причем степень селективности может быть разной.
Масспектрометрический метод заключается в ионизации газообразной пробы электронной бомбардировкой, после чего образующиеся ионы подвергаются воздействию магнитного поля. В зависимости от массы и заряда
ионы в поле отклоняются с различной скоростью и соответствующим образом разделяются. Достоинствами метода являются малый объем пробы и высокая избирательность. К недостаткам можно отнести дороговизну. Метод применяют для определения диоксинов, полихлорированных бифенилов и др.
Газохроматографический метод основан на селективном разделении соединений между двумя несмешивающимися фазами, одна из которых неподвижна (жидкость, твердое тело), а другая подвижна (инертный газ-носитель). Метод позволяет определять ничтожно малые количества веществ, не обладающих специфическими реакциями, анализировать смеси из десятков и сотен компонентов с близкими свойствами. Для проведения анализа используют хроматографы ЛМ-8МД5, ЛХМ-80, «Газохром-1109», «Газохром-3101», «Цвет» (модели 101—110), «Сигма-1» и др. Недостатком метода является то, что для придания летучести примесям необходимо использовать повышенные (до 350 °С) температуры.
Когда летучесть веществ мала, а полярность велика, применяют методы жидкостной и высокоэффективной жидкостной хроматографии, которую можно использовать даже для разделения неорганических веществ и веществ с крайне низким парциальным давлением собственных паров. В отличие от газовой хроматографии анализ проводят при комнатной температуре.