Методы оценки загрязнения атмосферного воздуха

Методы оценки загрязнения атмосферного воздуха, приборы и способы отбора проб

Перечень заданий

Перечень литературы

Перечень учебных и наглядных пособий, используемых ТСО

План занятия

Вид занятия: лекция № 8

Классы 441, 442_ Дата и время_________________

Место проведения_____________

Тема: Методы оценки состояния атмосферного воздуха по результатам наблюдения.

Цели: Изучить методы оценки качества атмосферного воздуха, способы отбора проб.

№ п./п.	Основные вопросы темы	Ориентировочно отводимое время	Организационно-методические рекомендации
	Вводная часть.	5 мин.	проверка наличия и готовности студентов к занятию, объявление темы и цели занятия
	Основная часть. 2.1. Классификация методов. 2.2. Способы отбора проб для лабораторного анализа и учет метеорологических особенностей при отборе проб воздуха. 2.3. Оценивание состояния атмосферного воздуха по результатам наблюдения.	25 мин.   20 мин.   25 мин.	последовательное раскрытие вопросов, контроль за работой студентов и ведением ими конспектов, связь с обучаемой аудиторией, формулировка выводов по лекции
	Заключительная часть	5 мин.	ответы на вопросы студентов, анализ занятия, выдача задания на самостоятельную работу

плакат «Схема газового хроматографа»

«U-подобная трубка»

«Характеристики пробоотбора основных загрязняющих веществ»

«Шифр и характеристика факела»

«Характерные признаки состояния погоды»

«Основные узлы станции М-49»

«Последовательность операций при отборе разовых проб воздуха»

- 1. М.О. Клименко, А.М. Прищепа, Мониторинг ОС. Киев Изд. ВЦ «Академия» 2006

- 2. Белявский Г.О.,Падун М.Н., Фурдуй Н.С. Основы общей экологии К. Либедь 1995;

- 3. Джигирей В.С., Сторожук В.М., Яцюк Р.А. Основы экологии и охрана окружающей природной. Учебное пособие. - Львов: Афиша, 2004 - 272 с

- характеристика газоанализаторов для измерения концентраций окислов азота, диоксида серы, суммы улеводородов и тд.

Преподаватель каф «РЭ и ЭБ» Н.М. Дербасова

«___» _______________ 2010 г.

Главной целью анализа загрязнения воздуха является получение информации о качественном и количественном его составе, необходимой для прогнозирования уровней загрязнения, оценки фактического состояния, реализации мероприятий по охране воздушного бассейна.

Анализ загрязнения воздушной среды является наиболее трудной задачей аналитической химии, поскольку воздух является подвижной системой, состав которой постоянно меняется, а одна проба может одновременно содержать десятки, сотни органических и неорганических соединений. Кроме того, концентрация токсичных веществ в атмосфере может быть ничтожно малой (10^-4-10^-7% и ниже).

Для оценки загрязнения воздуха используют лабораторные (характеризуются высокой точностью и являются незаменимыми для углубленных исследований); экспрессные (предусматривают использование универсальных газоанализаторов); автоматические (обеспечивают беспрерывный контроль за загрязнением атмосферного воздуха) методы.

Лабораторные исследования проводят с использованием хроматографических, масс-спектрального, спектрального, электрохимического методов анализа загрязнения атмосферного воздуха.

Хроматографические методы анализа загрязнения атмосферного воздуха. Их сущность заключается в распределении, качественном обнаружении и количественном определении компонентов воздушной смеси с помощью специальных устройств - хроматографов. Они наиболее эффективны при определении сложных примесей в воздушных пробах. Эту группу методов (в зависимости от цели определения определенных примесей) образовывают:

- газовая хроматография (метод исследования прием микропримесей улетучивающихся органических соединений). Реализуют его с помощью газового хроматографа (рис. 1)

1 — газ-носитель (инертный газ), 2 — регулятор затрат, 3 — прибор для ввода пробы, 4 — колонка, 5 — детектор, 6 — самописец, 7 — термостат.

Рис. 1. Схема газового хроматографа

Распределение летающих веществ в газовом хроматографе происходит в определенной последовательности. С помощью небольшого стеклянного шприца (3) вводят пробу с одного конца длинной узкой хроматографической колонки (трубка длиной 0,9 - 3,0 м и диаметром 0,25 - 50 мм), через которую идет газ-носитель, т.е. инертный газ, который проходит через колонку с постоянной скоростью и выносит компоненты пробы, которые появляются на выходе в зависимости от времени пребывания их в колонке. Распределение компонентов газа происходит за счет твердого или жидкого адсорбента (неподвижной фазы), который находится в колонке. Благодаря абсорбции отдельных компонентов на активных центрах абсорбента или их растворения в неподвижной фазе (в зависимости от физических свойств компонентов смеси) одни из них продвигаются быстрее, а другие - медленнее, что дает возможность различать их на выходе, используя соответствующий детектор. Вследствие этого получают хроматограмму - зональное распределение компонентов. На ее основе выделяют и анализируют отдельные вещества пробы;

- жидкостная хроматография (метод, который имеет эффект при анализе проб воздуха, загрязненного примесями токсичных органических соединений (полициклических ароматических углеводов, пестицидов и др.) разных концентраций). Принцип работы установок жидкостной хроматографии аналогичен газовым;

- ионно-жидкостная хроматография (метод определения микропримесей, способных к вступлению в реакции органических и неорганических соединений). Суть метода, принцип работы установок тождественны двум предыдущим;

- пламене-ионизационный метод (с его помощью определяют суммарное количество углеводородов). Определение с его помощью осуществляют введением газообразной пробы в пламя водорода, которое находится между электродами с напряжением в несколько сотен вольт. При отсутствии примесей возникает очень малое напряжение ионизации (10^-12 - 10^-13 А). Вследствие попадания в водородное пламя газообразной примеси, которая содержит углеводород, в пламени возникают ионы, которые направляются к дополнительному электроду. Напряжение ионизации, которое возникает, (10^-7 - 10^-12 А) усиливается электрометрическим усилителем постоянного тока и регистрируется самопишущим прибором.

Использование пламене-ионизационного метода для определения компонентов пробы после их распределения с использованием газовой хроматографии помогает различать имеющиеся в пробах воздуха углеводороды и определять их количество. Благодаря пламене-ионизационному методу устанавливают только суммарное количество имеющихся углеводородов, однако он не дает возможности различать вещества.

Масс-спектральный метод анализа загрязнения атмосферного воздуха. Используя его, осуществляют количественный и качественный анализы всех соединений, которые есть в пробе. Этот метод заключается в ионизации газообразной пробы путем электронной бомбардировки, после чего ионы подвергают действию магнитного поля. В зависимости от массы и заряда иона отклонение проходит с разной скоростью и по разным траекториям, которое дает возможность определить все имеющиеся соединения и их концентрации в пробе.

Спектральные методы, анализа загрязнения атмосферного воздуха. Эти методы наиболее эффективны при исследовании качественного и количественного состава загрязнения воздуха. Их сущность состоит в определении состава и строения вещества по его спектру, который определяется по длине волны электромагнитным излучением. Спектральный анализ дает возможность установить элементный, нуклидный и молекулярный состав вещества, его строение (атомно-эмиссионный спектральный анализ), определить концентрации вещества по поглощению слоем атомной пары элемента монохроматического резонансного излучения (атомно-абсорбционный спектральный анализ).

Одним из наиболее доступных спектральных методов анализа воздуха является колориметрия, сутью которой является измерение ослабления светового потока вследствие выборочного поглощения света веществом в видимом участке спектра. Определяемый ингредиент переводят в закрашенное соединение с помощью специфической химической реакции, потом определяют интенсивность цвета раствора. Если вещество поглощает в видимом участке спектра, срок анализа уменьшают, поскольку исчезает необходимость получения закрашенного раствора.

Активно используются и ленточные фотоколориметрические газоанализаторы, в которых взаимодействие определяемого вещества и реагента происходит на бумажных, тканевых или полимерных лентах. Ленточные анализаторы, по сравнению с жидкостными, более чувствительные, более простые в работе, не требуют времени на предварительное приготовление раствора.

К спектральным методам относится также ультрафиолетовая (УФ) и инфракрасная (ИК) спектроскопия. В УФ-участке чаще всего анализируют ароматические соединения, неорганические вещества (SO₂, NO₂, Нg). По сравнению с колориметрией этот метод чувствительней, но недостаточно селективный, поскольку большое количество органических соединений имеют в УФ-участке спектра широкие полосы поглощения, которые могут перерываться. Это снижает точность измерений, а иногда делает невозможным анализ многокомпонентных смесей. Метод ИК-спектроскопии обеспечивает идентификацию и количественное определение промышленных загрязнений органического и неорганического происхождения.

Более чувствительным определением небольших следов органических и неорганических примесей в воздухе является люминесцентный метод анализа, который основывается на принципе возбуждения молекул SO₂, NO₂, Cl₂ облучением с длиной волны, характерной для поглощения этих соединений в видимом и УФ-участке спектра. Возбуждают флюоресценцию лазерами и высокоинтенсивными газоразрядными лампами, а длину волны измеряют светофильтрами.

С появлением ядерных источников излучения, наделенных монохроматичностью, высокой спектральной мощностью и направлением облучения, распространились активные методы зондирования атмосферы в горизонтальном направлении – до нескольких десятков километров в видимом, УФ- и ИК-диапазоне электромагнитного спектра.

Электрохимические методы анализа загрязнения атмосферного воздуха. Широко применяют эти методы при систематическом контролировании состояния загрязнения атмосферного воздуха и воздуха рабочих зон, в лабораториях АЭС и лабораториях сети наблюдений Госкомгидромета Украины.

Наиболее распространены в анализе атмосферных загрязнений кондуктометрические и кулонометрические методы. Сущность кондуктометрического метода состоит в измерении электропроводимости анализируемого раствора. Электропроводимость раствора обеспечивается ионами веществ, способными диссоциировать в определенных условиях, и зависит от концентрации ионов в растворе и их подвижности. Кондуктометрический метод не требует использования сложной аппаратуры, есть высокочувствительным, быстродействующим, выполняется компактной аппаратурой.

Кулонометрия является безэталонным электрохимическим методом относительно высокой точности и чувствительности. Она состоит в определении электрического заряда, необходимого для осуществления электрохимического процесса выделения на электроде или создание в электролите вещества, по которому анализируют исследуемую пробу.

Широкий спектр методов оценки загрязнений атмосферы является гарантией того, что можно с высокой точностью определить качественные и количественные характеристики веществ и смесей, имеющихся в воздухе.

Дата добавления: 2014-01-15