Методика обучения учащихся работе с базами данных

Лекция

Лекция 9

В операцию поиска источника или места пробоотбора часто также включается задача идентификации характера воздействия или загрязняющего вещества (установление его природы, расшифровка состава основных компонентов смеси). При отсутствии технической возможности или необходимости в идентификации она должна заменяться более простой задачей обнаружения, т. е. подтверждения факта наличия загрязняющего вещества в среде. В случае обнаружения вредного физического фактора целесообразно сразу проводить количественное измерение его уровня. Применяемые методы и технические средства должны быть способны обнаруживать максимально специфично (т.е. избирательно по отношению к искомому ЗВ или ФФ на фоне мешающих примесей или других имеющихся факторов). В случае идентификации требование о специфичности средства заменяется требованием, чтобы техническое средство было селективно, т. е. способно одновременно (или последовательно) различать в анализируемой среде несколько даже похожих по свойствам веществ (факторов).Еще одной значимой характеристикой вещества является также его чувствительность, т.е. способность фиксировать минимально возможные концентрации ЗВ или уровни ФФ. Это свойство метода экоаналитического контроля наряду с экспрессностью и специфичностью входит в классическую триаду важнейших свойств средства контроля. Если при проведении процедуры обнаружения сигнал о наличии ЗВ или ФФ отсутствует, необходимо как можно раньше (в целях безопасности и экономии времени) принять решение об осуществлении контроля в другом месте по тому же показателю (или перестройке средства – замене индикаторного элемента на иное вещество или фактор).В случае решения задачи идентификации главной характеристикой технического средства в этом случае является его селективность (даже в ущерб чувствительности). Данная задача является сегодня одной из наиболее сложных и трудно решаемых на месте. Обычно идентификацию проводят в стационарной лаборатории, оснащенной всем арсеналом современных технических средств.При неавтоматизированном режиме обнаружения обычно используются портативные средства экспрессного контроля.Для воздуха – индикаторные трубки, экспресс–тесты на основе индикаторных бумажек или пленок, другие индикаторные элементы.Для воды и вытяжек из почвы – это тесты или тесткомплексы, а также микро(мини)–портативные переносные лаборатории с упрощенным (обычно качественные или полуколичественные) операциями анализа.Для автоматического обнаружения обычно применяют малогабаритные сенсоры и другие чувствительные элементы – устройства, обладающие свойствами быстродействующего первичного преобразования контролируемого параметра окружающей среды в аналитический сигнал (изменение окраски, перепад электрического тока, напряжения или другого фиксируемого показателя), т.е. являющиеся сигнализаторами. Выполнив задачу обнаружения (или идентификации) ЗВ, средства выдают информацию, необходимую для принятия решения о проведении следующей операции – пробоотбора. Отбор проб («пробоотбор») является очень существенным этапом в технологическом цикле экоаналитического контроля, так как результаты даже самого точного (и дорогостоящего) анализа теряют всякий смысл при неправильно проведенном пробоотборе Ошибки, возникающие вследствие неправильного отбора проб, в дальнейшем исправить, как правило, не удается. Поэтому достоверность и точность последующего анализа в значительной степени зависят от правильности выбора способа и тщательности проведения отбора проб В связи с этим, вопросам пробоотбора в данном разделе уделяется много внимания.Для получения достоверной и надежной информации о содержании 3В пробоотбор должен осуществляться так, чтобы анализируемые образцы были «репрезентативными» (представительными) для природных объектов Представительными принято считать такие пробы, в которых содержание определяемых ингредиентов не изменяется при отборе проб, их хранении и транспортировке к месту анализа. Иными словами, отношение матрицы к анализируемым компонентам (ингредиентам) должно оставаться постоянный как в общей массе исходного материала, так и во взятой пробе [6] Хотя в реальных условиях изменение состава матрицы во времени весьма вероятно, например, из-за переменного состава воды в реке или флуктуаций состава дымовых газов промышленных предприятий или автотранспорта. Изменения концентраций составных частей матрицы происходят также и в образцах свежих продуктов питания. При этом химические превращения даже одного компонента образца пробы могут приводить к изменению относительных концентраций 3В и, следовательно, к неправильным результатам анализа.
Иногда (при очень низких концентрациях 3В в среде) в процессе отбора проб определяемое вещество приходится отделять от матрицы с целью его концентрирования Такие процедуры (обогащения пробы, концентрирования определяемого 3В и др.) особенно полезны при отборе проб воздуха, реже - воды, но не могут быть рекомендованы для матриц сложного и неизвестного состава (например, почв). В таких сложных условиях очень важен выбор адекватного способа пробоотбора, который определяется прежде всего агрегатным состоянием анализируемых веществ и сред, а также другими их физико-химическими свойствами. Выбор способа отбора пробы должны проводить опытные, квалифицированные работники, лучше всего те, которые несут ответственность за последующий анализ и оценку его результатов Условия, которые необходимо соблюдать при пробоотборе, настолько разнообразны, что нельзя дать подробных рекомендаций для всех случаев и в соответствии со всеми требованиями. Поэтому здесь приводятся лишь наиболее важные общие принципы и правила. В любом случае проба, взятая для анализа, должна отражать типичные условия места и времени ее взятия Отбор пробы, а также последующие хранение, транспортировка, пробоподготовка и аналитическая работа с ней должны проводиться так, чтобы не произошло заметных изменений в содержании определяемых компонентов (3В) или в свойствах содержащей ее среды (тары).Соответственно цели анализа применяют разовый или серийный пробоотбор. При разовом отборе пробу берут один раз в определенном месте и рассматривают результат одного анализа. Этот способ применяется в редких случаях, когда результатов одного анализа достаточно для суждения о качестве исследуемой среды (при постоянстве ее свойств, например в глубинных грунтовых водах или в случае первичных полевых оценок) В большинстве случаев, когда этого недостаточно, применяют серийный отбор проб, при котором каждая проба берется в связи с остальными При анализе серии проб определяется изменение содержания наблюдаемых компонентов с учетом их места нахождения, времени отбора или обоих этих факторов. В результате получают соответствующее количество результатов, которые статистически обрабатывают и оценивают. Полученные данные являются более правильными по сравнению с результатами разового отбора, а их точность зависит от числа проб в серии.
Типичным примером серийного отбора проб является зональный отбор. При нем пробы, например, воды отбирают с различных глубин по выбранному створу водоема. Другой вариант - серийный отбор через определенные промежутки времени.Особый тип серийного отбора представляют так называемые «согласованные пробы», которые отбирают в различных местах по течению реки или сточных вод с учетом времени прохождения воды от одного пункта до другого. Пробы подразделяются на простые и смешанные. Простую пробу получают путем однократного отбора всего требуемого количества образца анализируемой среды. Анализ простой пробы дает сведения о составе среды в данный момент в одном месте. Смешанную пробу получают, объединяя простые пробы, взятые в одном и том же месте через определенные промежутки времени или отобранные в различных местах обследуемого объекта. Такая проба должна характеризовать средний состав среды или усредненный по времени состав или, наконец, «перекрестный» средний состав с учетом как места, так и времени. Ее получают смешением равных частей простых проб, взятых через равные промежутки времени в таком количестве, чтобы окончательный объем смешанной пробы соответствовал требованиям анализа. Однако этот простой способ пригоден только в том случае, если все точки исследуемого объекта равноценны, а его динамика равномерна.Если же это не так, то готовят среднюю пропорциональную пробу из различных объемов (количеств) проб, взятых через равные промежутки времени, или же из равных объемов проб, взятых через разные интервалы времени, но таким образом, чтобы их объем или число соответствовали местным колебаниям (изменениям) изучаемых свойств. Средняя проба тем точнее, чем меньше интервалы между отдельно взятыми составляющими ее пробами. Наилучший результат усреднения можно получить, автоматизируя непрерывный отбор проб.Смешанную пробу не рекомендуется отбирать за период времени, превышающий сутки. Ее нельзя применять при определении компонентов или характеристик среды, легко подвергающихся изменениям (например, для воды - растворенные газы, рН и т.п.). Такие определения делают в каждой составляющей пробы отдельно. Также смешанную пробу нельзя составлять и в том случае, если характер среды резко ^меняется во времени или так, что отдельные составляющие пробы вступают во взаимодействие или изменяется их физическое состояние и т.д. Отбор проб воздуха считается наиболее трудным, так в этом случае очень часто приходится использовать специальные (причем иногда весьма сложной конструкции) поглотительные сосуды (многие из них названы именами их изобретателей, например, Зайцева, Яворовского, Полежаева, Рыхтера и др.), а также различного рода технические устройства - побудители и измерители расхода воздуха для активной дозиметрии (аспирации) и др. Существует специальный ГОСТ 17.2.6.01-86, устанавливающий общие технические требования к приборам для отбора проб воздуха населенных пунктов. Процедуры и параметры технических средств для отбора проб из воздуха также довольно подробно описаны в вышеуказанном Руководстве [4] и рассматриваются далее.Следует отметить, что аспирационное поглощение 3В за счет абсорбции примесей растворами (барботирование воздуха через жидкий поглотитель) относится к одному из наиболее часто применяемых способов и позволяет использовать высокие скорости пробоотбора (до 30-50 л/мин).
Преимуществами данного способа являются его относительная простота и экономичность, а также возможность для последующего определения брать аликвотную часть поглотительного раствора. Однако существенными его недостатками являются невысокие коэффициенты (степени) концентрирования и невозможность получения представительной пробы при одновременном наличии в воздухе паров анализируемых веществ и их аэрозолей. Кроме того, при отборе больших объемов воздуха для анализа следов суперэкотоксикантов существенно возрастает систематическая погрешность, связанная с испарением поглотительного раствора или с потерей (обратным уносом) целевых компонентов (3В) из-за высоких скоростей аспирирования (аспирации). Для снижения данной погрешности в случае пробоотбора, например, хлорированных органических пестицидов (ХОП) применяют «суперрастворители» - диметилформамид (ДМФА), диэтилацетамид (ДЭАА) и др. Для извлечения хлорированных углеводородов и фосфорорганических пестицидов из воздуха также часто применяют раствор этиленгликоля в глицерине.Поскольку в воздухе индустриальных районов и производственных помещений обычно содержится несколько сотен соединений разных классов, находящихся в различных агрегатных состояниях, то универсального способа пробоотбора не существует. Наибольшие трудности возникают при отборе проб органических супертоксикантов, так как основная часть их находится в воздухе одновременно в газообразной и аэрозольной фазах, а кроме того, они содержатся в очень низких («следовых») концентрациях. В связи с этим обычно применяются для отбора проб воздуха одновременно сорбенты (для газообразной фазы) и фильтры (для аэрозольной составляющей) В последнее время для отбора паровой (газовой) фазы путем аспирации стали использоваться «модифицированные» сорбенты (их еще называют «молекулярными щетками»), в которых на твердую фазу (сорбент-носитель) нанесена или химически с ней связана неподвижная жидкая фаза (сорбент-модификатор) [8]. Такие сорбенты эффективны для пробоотбора высококипящих 3В - хлорированных органических соединений (ХОС), полиароматических углеводородов (ПАУ), полихлорированных бифенилов (ПХБ) и др. При этом сорбция примесей 3В происходит за счет растворения и ориентации молекул определяемых органических соединений в тонком слое жидкой фазы, что и обеспечивает более высокую эффективность абсорбции на твердый сорбент.

Лекция 10

Так, если степень извлечения хлор- и фосфорсодержащих углеводородов на обычных сорбентах (активированный уголь, силикагель, оксид алюминия и др.) не очень велика (30-80%), то на современных сорбентах, модифицированных жидкой фазой, можно сорбировать из воздуха до 95-100% указанных соединений. Этот способ еще называют «комбинированным», так как он сочетает в себе и адсорбцию на твердых сорбентах и абсорбцию в тонких слоях жидкого модифицированного сорбента-поглотителя.Еще более эффективно примеси обычно с большим трудом улавливаемых органических суперэкотоксикантов удается извлекать с помощью метода криогенного концентрирования (КК), основанного на их вымораживании при температурах более низких, чем температура их кипения. Отбор проб сводится к пропусканию воздуха через охлаждаемую ловушку (конденсатор) с достаточно большой («развитой») поверхностью поглощения (трубки со стекловатой и др.). В качестве хладагентов используют жидкий азот или твердую углекислоту.Иногда охлаждаемые ловушки заполняют сорбентом, и в этом случае (при сочетании криогенного концентрирования и адсорбции) удается достичь 1000-кратного и более концентрирования определяемых компонентов. Ценность метода КК определяется не только его высокой эффективностью, но и возможностью извлечения таких примесей, которые при обычной температуре могут взаимодействовать с материалом ловушек, делая пробоотбор вообще невыполнимым. Однако при КК возможна конденсация водяных паров, что может приводить к образованию в ловушках ледяных пробок. Частично от последнего недостатка иногда удается избавиться, применяя предварительное осушение воздуха при его пропускании через «насадочные патроны» с молекулярными ситами (чаще всего с универсальным - МС ЗА). Однако в большинстве случаев данный метод применяется не на стадии пробоотбора, а на стадии пробоподготовки образца к анализу (см. далее). Отбор проб воды должен соответствовать требованиям ГОСТ 17.1.5.04-81. По режиму работы приборы и устройства пробоотбора подразделяют (как и средства анализа) на автоматические, полуавтоматические и ручные. В российской практике в настоящее время все еще используют в основном последние - их обычно осуществляют в специальные емкости (склянки) или приспособления (батометры), помещаемые в водный объект на определенную глубину. Поверхностные пробы воды можно брать прямо в бутыль, которую при необходимости прикрепляют к шесту или, снабдив дополнительным грузом и обвязав веревкой, спускают в водоем. Это классический метод ручного пробоотбора. Но в зависимости от определяемого вещества и такой простой метод может иметь свои разновидности.Например, для последующего определения растворенного кислорода или сероводорода в воде весьма важно, чтобы ее проба при взятии была защищена от контакта с атмосферным воздухом. Для этого воду из пробоотборника переливают в бутыль не сверху, через горловину, а через сифонную трубку - снизу (резиновый шланг и воронка с удлиненным концом), опущенную до дна бутыли. После наполнения последней воду продолжают наливать так, чтобы она перетекала через край. Бутыль закрывают пробкой, не оставляя в ней пузырьков воздуха.Способы и условия пробоотбора воды в зависимости от особенностей водного объекта также могут изменяться. Так, в водотоках (реки, ручьи и др.) как простые, так и смешанные пробы могут отбираться единовременно или серийно. К месту взятия серийной по времени пробы необходим легкий доступ в течение всего года, так как выбранное место не рекомендуется менять. Каждый отбор пробы воды из потока должен быть дополнен измерением расхода по соответствующему профилю в момент отбора пробы.Из водоема (водохранилища, озера или пруда) также возможен отбор как простых, так и сложных проб. Однако не рекомендуется брать среднюю пробу из водоема, так как. вследствие возможности наличия значительной неоднородности качества воды из разных мест их компоненты могут вступать во взаимодействие, что может совершенно исказить истинную картину. Поэтому пробы рекомендуется отбирать из различных мест и с разных глубин. Зональный пробоотбор должен осуществляться в максимально короткий промежутоквремени.Из водоисточников (родников, колодцев, скважин и дренажей). снабженных искусственным водоприемником, пробу воды берут под поверхностью воды, а если источник снабжен сливной трубой или желобом. непосредственно из них. Иногда родник надо предварительно очистить Делают это примерно за день до взятия пробы. Дно ключа углубляют так, чтобы в углубление можно было свободно поместить бутыль для пробы или другую посуду. После дождя отбор проб из скважин целесообразно проводить одновременно с опытной откачкой, чтобы можно было установить постоянное качество воды и выявить, не загрязняется ли она поверхностными водами. Пробы воды из скважин отбирают глубинным пробоотборником с узким сечением (или насосом). Следует помнить, что пробы из скважин, в которых долго стояла вода или верхнее отверстие которых было недостаточно герметично закрыто, ненадежны для анализа.При отборе проб из колодца сначала откачивают из него воду (если колодец мало или долго не эксплуатировался, откачку ведут до постоянства температуры воды обычно в течение не менее 20 мин или откачивают воду полностью). При этом следят за тем, чтобы выкачиваемая вода стекала достаточно далеко и не могла проникнуть обратно в колодец. Только после этого приступают к наполнению пробоотборной бутыли. Отбор проб воды из колодцев лучше проводить в летнее время при сухой погоде, когда расход воды и ее обмен максимальны. При этом необходимо учитывать все необычные обстоятельства, например, недавнее окончание его постройки или ремонта, дезинфекцию и т.д.
Пробы дренажной воды отбирают прямо из стока дренажных труб. Для дренажных канавок, в которых нет дренажных трубок и где вода стекает по дну, используются чистые (лучше глиняные) трубки длиной около 1 м. Трубку укладывают в канавку так, чтобы через нее протекала часть воды, пробоотборный сосуд подставляют к концу трубки и наполняют его. При наличии приемного желобка пробу отбирают за последним притоком или непосредственно в водоприемнике. Атмосферные осадки (дождевая вода, снег), а также лед, отбирают особыми способами. Дождевую воду улавливают при помощи широкой воронки, трубка которой доходит до дна пробоотборной бутыли. Если требуется определить средний состав дождевой воды, ее улавливают в течение всего времени, пока идет дождь. Если же требуется определить качество чистой дождевой воды, ее собирают через несколько минут после начала дождя.Падающий снег улавливают так же, как и дождевую воду, - в воронку или в широкую и глубокую чашку, и затем оттаивают. Пробы снежного покрова отбирают из мест, где он лежит наиболее толстым слоем, образовавшимся естественным образом. При этом лопаткой снимают верхний слой, а затем наполняют снегом, взятым из нужного слоя, широкогорлую банку.При отборе проб льда берут куски из различных мест и очищают их со всех сторон чистым ножом или долотом. Затем чистые куски льда помещают в чашку, оставляют на некоторое время и переносят в другой сосуд, где опять оставляют на некоторое время, после чего перекладывают в широкогорлую банку и растапливают при комнатной температуре. Пробы из мелких кусочков льда насыпают на чистое сито или наполняют ими воронку Бюхнера, споласкивают горячей дистиллированной водой и пересыпают в банку для пробы.Из искусственных техногенных источников (в водопроводе) пробы берут также с учетом определенных особенностей. На водопроводных станциях пробы берут из выходной трубки насоса или из сборных желобов. При отборе из резервуара пробу берут под поверхностью воды, учитывая то, что состав воды в нем может быть неоднородным в различных слоях. Из всасывающего или сифонного трубопровода пробу откачивают в сосуд вакуум-насосом. В те места водопроводной сети, в которых пробы отбирают регулярно, рекомендуется вмонтировать постоянные краны для взятия проб. При этом на всасывающем трубопроводе следует смонтировать короткий патрубок с запорным вентилем, краном, вторым краном и снова запорным вентилем. Перед отбором пробы оба вентиля закрывают и таким образом изолируют часть воды, находящуюся в патрубке. Под нижний кран подставляют сосуд для пробы и оба крана открывают. Через верхний выходит воздух, а вода вытекает из нижнего крана.Из водопроводных кранов пробы берут следующим образом. На кран надевают шланг, второй конец которого вводят в бутыль для пробы, опуская его до дна. Медленно открывают кран, пока вода не потечет непрерывной струёй толщиной около 0,5 см. После наполнения сосуда водой его оставляют еще некоторое время под краном, чтобы вода перетекала через края до тех пор, пока температура ее не станет постоянной. Если требуется определить максимальное содержание ионов тех веществ (материалов), из которых состоит водопровод (медь, цинк, железо, свинец и др.), проба берется сразу же после открытия крана. В этом случае в пробу поступает та часть воды, которая долго оставалась в трубопроводе (например, в течение ночи). Сточные воды отличаются непостоянством состава. Поэтому однократного взятия пробы недостаточно, и обычно проводят отбор средней смешанной пробы (за час, смену, сутки) или же серийных проб по предварительно разработанному графику. Определяют суточный максимум и минимум количества сточных вод, а также суточное, недельное, месячное или годовое изменение качества воды. По мере надобности проводится взятие согласованных проб в различных местах течения сточной воды. Продолжительность прохождения сточной воды между местами отбора определяют по расчету или при помощи вводимых в воду индикаторных веществ (красок, растворов солей, «меченых атомов» и т.п.). При этом следует обеспечить быстрое и эффективное смешение вводимого вещества-метки со сточной водой. Определение параметров потока с индикаторными веществами проводится заранее перед отбором проб, чтобы влияние введенного вещества прекратилось до взятия пробы на анализ.Проба, отражающая состав сточной воды, так же, как и при контроле поверхностных природных вод, отбирается в месте наиболее сильного течения. При взятии пробы из сооружения следует учитывать возможность неравномерного распределения примесей по слоям. Если вода вытекает из отверстия или водослива, пробу можно брать непосредственно из падающей струи. Разнообразие условий спуска сточных вод на различных предприятиях чрезвычайно велико, поэтому в каждом отдельном случае следует поступать, сообразуясь с местными условиями, соблюдая приведенные указания и условия соответствующих методик анализа, в которых обычно подробно описывают условия пробоотбора.
Иногда пробу воды отбирают проточным полуавтоматическим методом, технологически схожим с процессом аспирации воздушных проб, с использованием водяных насосов и специальных концентрирующих пробу сорбционных колонок (патронов).Последний метод совмещает отбор и обогащение пробы (см. след. раздел), что имеет очевидные преимущества, заключающиеся в уменьшении массы и объема отбираемых проб, что облегчает их доставку в лабораторию на анализ. К тому же в этом случае обеспечивается хорошее усреднение результатов и улучшаются возможности анализа (прежде всего, его чувствительность) за счет возможно высоких коэффициентов концентрирования, сокращения числа подготовительных стадий пробоподготовки и времени на их выполнение (обычно в 7-8 раз по сравнению с классическим вариантом).

Технологии работы с базами данных являются частью содержательной линии «Компьютерные информационные технологии».

Схема изучения материала

11 класс Обработка информации в СУБД (8 ч)

Основное содержание, цели изучения, требования к знаниям и умениям учащихся для каждой темы изложены в учебной программе.

Дата добавления: 2014-01-07