Головна

Короткі відомості про інструментальні методи аналізу в моніторингу атмосферного повітря

  1. Засоби нормалізації повітря в виробничих приміщеннях
  2. I-d діаграма вологого повітря, її структура. Характерні випадки зміни стану повітря і їх зображення на I-d діаграмі.
  3. Id - ДІАГРАМА ВОЛОГОГО ПОВІТРЯ
  4. V2: {{2}} 1.2 Загальні відомості про вагонному комплексі залізничного транспорту
  5. А) Загальні відомості
  6. Автоматичні аналізатори систем контролю забруднень вод
  7. АВТОМАТИЧНЕ КЕРУВАННЯ вологості повітря і грунту, ТЕМПЕРАТУРОЮ поливної води

Для інструментального аналізу складу газових сумішей застосовують численні фізико-хімічні методи газового аналізу, однак найбільш поширені електрохімічні, оптичні, полум'яно-іонізаційні і хроматографічні методи.

Електрохімічні методи в основному включають кондук-тометріческій і кулонометрический методи.

Робота кондуктометричних аналізаторів полягає в реєстрації змін електропровідності розчину, що виникає в результаті поглинання газової суміші. Кондуктометричний метод не вимагає застосування складної апаратури, прилади мають високу чутливість, швидкодією і компактністю. Недоліком методу є його неселективних: все розчиняються в реактиве з утворенням іонів гази сильно впливають на електропровідність електроліту. Крім того, на точність вимірювань впливає температура, прилади потребують частої зміни електроліту і мають нелінійну шкалу.

Кондуктометричний детектор використовується як універсальний в іонної хроматографії. Універсальність дозволяє реєструвати будь-яка речовина, що змінює електропровідність рухомої фази, а селективність досягається на стадії хроматографічного розділення іонів.

Кулонометрический метод полягає в безперервному автоматичному титрування речовини реагентом, електрохімічних генерується на одному з електродів в реакційній середовищі. При цьому кількість електрики витраченого на генерацію тірующего агента служить мірою змісту визначається речовини в реакційній середовищі. Кількість електрики оггределяется як твір вимірюваного струму на час генерації до точки еквівалентності.

Кулонометрический метод аналізу має високу чутливість і широким динамічним діапазоном. Сучасні кулонометрические аналізатори мають порівняно простий пристрій, невеликі габарити і масу, порівняно низьку вартість. До недоліків кулонометрических приладів можна віднести низьку селективність і необхідність періодичної зміни електроліту. Прикладом кулонометрического приладу є газоаналізатори РКП - 1 і "Атмосфера-1" службовці для визначення не тільки SO2, але і H2S, О3, СI2 на рівні ГДК і нижче.

Наприклад, визначення SO2 і H2S може грунтуватися на їх поглинанні розчинами I2 в H2SO4 і подальшому анодном електроокислення утворюються йодид-іонів на вимірювальному електроді.

2 + -

O2 + I 2 + 2 Н2О => SO4 + 4H + 2I (8)

2 I - 2 е => I 2 анод (9)

Таким чином, якщо виміряти кількість електрики, витраченого на реакцію (9), то можна визначити кількість поглиненого абсорбуючим розчином сірчаної кислоти.

Оптичні методи аналізу включають в себе в основному абсорбція і емісійні методи.

Абсорбція методи аналізу засновані на здатності речовин вибірково поглинати променисту енергію в характерних ділянках спектрального діапазону.

У свою чергу абсорбція методи ділять на недісперсіонние і дисперсійні.

Недісперсіонний метод аналізу заснований на виділенні потрібної спектральної області без розкладання в спектр. Для такого виділення найчастіше використовують газові фільтри.

Дисперсійний метод заснований на виділенні потрібної спектральної області шляхом розкладання випромінювання в спектр. Існує безліч варіантів побудови газоаналізаторів: однопроменеві, багатопроменеві, одноканальні, багатоканальні і т.д. Як дисперсійного елемента, що розкладає випромінювання в спектр, можна використовувати призми, решітки та інтерферометри. Метод є в даний час одним з високочутливих, проте прилади, засновані на цьому методі, поки істотно дорожче і складніше недісперсіонних.

Прикладом останніх може служити оптико-акустичний газоаналізатор ГИАМ-1, призначений для вимірювання концентрацій СО, SO2, NOх в газових потоках.

Оптико-акустичний ефект вельми перспективний також для визначення численні органічних ЗВ, оскільки вони здатні поглинати інфрачервоне випромінювання, модульоване звуковою частотою. В результаті такого поглинання їх молекули починають випускати "звук" на частоті модуляції. Механізм випускання звуку полягає в тому, що газ в робочій кюветі розігрівається йод дією поглинається інфрачервоного випромінювання і його тиск починає коливатися з частотою модуляції (звуку). Вимірюючи інтенсивність цього звуку детекторами мікрофонного типу, вдається виміряти концентрацію речовини, що поглинув інфрачервоне випромінювання. Знаючи частоту останнього, можна встановити тип речовини.

Фотоколориметричні методи аналізу - одна з широко використовуваних різновидів абсорбційного оптичного аналізу. Принцип дії Фотоколориметричні газоаналізаторів заснований на вимірюванні інтенсивності забарвлення кольорового з'єднання, що утворюється при взаємодії вимірюваного компонента з допоміжним реагентом. Залежно від середовища, де відбувається реакція, фотоколориметри ділять на кюветниє і стрічкові. Прикладом перших є газоаналізатори серії ФК, наприклад прилад ФК-5601, призначений для визначення H2S, SO2, NOхОз, HF. Чутливість фотоколориметрів може бути дуже високою, особливо при використанні методу накопичення аналізованого речовини в розчині або на стрічці. Стрічкові газоаналізатори серії ФЛ, наприклад ФО - 5501 дозволяють визначати NO2, NНз, O3, SO2, H2S, Cl2. Істотними недоліками стрічкових фотоколориметрів є велика похибка, викликана нерівномірністю протягання стрічки і її старінням, а також сильна залежність від показань температури. У рідинних фотоколориметрія анализируемую газову суміш барботируют через розчин допоміжного реагенту. Інтенсивність забарвлення, пропорційна концентрації вимірюваного компонента, вимірюється фільтровим фотометром. Фотометричні прилади мають високу чутливість; підбором відповідних реагентів можна домогтися гарної селективності, проте точність і вибірковість цих приладів досягаються шляхом їх значного ускладнення. Прикладом може служити фотоколориметричний газоаналізатор 305ФА-01, призначений для визначення концентрацій СО, NO, NO2, SO2, NНз в газах промислових підприємств.

Емісійні методи аналізу засновані на вимірюванні інтенсивності випромінювання аналізованої газової суміші. Для аналізу використовують як спектри теплового випромінювання, так і молекулярну люмінесценцію. Суть методу полягає в тому, що досліджувані молекули той чи інший спосіб призводять до стану оптичного збудження і потім реєструють інтенсивність люмінесценції або флуоресценції, що полягають в випущенні збудженими молекулами квантів світла при поверненні молекул в основний стан. При люмінесценції збудження атомів або молекул здійснюється при нормальній температурі (в стані теплової рівноваги) в результаті хімічних реакцій (хемілюмінесценція), протікання струму (електролюмінесценція) або поглинання світлової енергії (флуоресценція).

Хемілюмінесцентний метод в даний час є одним з основних емісійних методів вимірювання, які використовуються при контролі оксидів азоту. Метод заснований на властивості NO виділяти квант світла при хімічній взаємодії з атомарним киснем або озоном. Реакція окислення NO до NO2 супроводжується люмінесцентним світінням в діапазоні довжин хвиль 590-2500 нм з максимумом світіння при 1200 нм. Світіння порушених молекул виділяється оптичними фільтрами, посилюється фотоелектронним помножувачем і надходить на реєструючий прилад.

Полум'яно-іонізаційний метод застосовують при контролі вуглеводнів. Він заснований на вимірюванні зміни струму іонізації, отриманого при введенні в полум'я водню органічних речовин. За відсутності органічних домішок ток іонізації, що виникає в чистому водневому полум'я, мізерно малий. Молекули органічних речовин, що вводяться в полум'я, легко іонізуються, в результаті чого електропровідність полум'я різко зростає. Якщо таке полум'я помістити між електродами, до яких докладено постійна напруга, то між ними з'явиться іонізаційний струм, який посилюється і подається на реєструючий прилад. Полум'яно-іонізаційний метод має високу чутливість до органічних речовин, лінійною характеристикою перетворення, нечутливістю до більшості домішок неорганічного походження. Для визначення концентрації суми вуглеводнів у викидах промислових підприємств застосовують газоаналізатор 334КПІ-03 або 323ІН-02.

До сих пір ми розглядали арсенал засобів САС. Разом з тим розвиток систем моніторингу і різноманіття завдань аналітичного контролю вимагають більш універсальних приладів, тобто коштів УЛАС, що включають хроматографи, хромато-мас-спектрометри, атомно-абсорбційні спектрометри і емісійні спектрометри индукционно-зв'язаної плазми. Останні два типи приладів використовуються також при аналізі водних середовищ, ґрунтів і біоти, оскільки за своїм принципом дії вони призначені для визначення неорганічних речовин з іонним типом зв'язків. Такі речовини не володіють летючість і не утворюють гомогенного забруднення повітряного середовища. Вони можуть бути присутніми в ній тільки як власні аерозолі або псевдоаерозолі, тобто як речовини, адсорбовані на сторонніх колоїдних частинках або на більших частках пилу. Проблема аерозольного і пилового забруднення виключно важлива, особливо для регіонів з розвиненою металургійною промисловістю і промисловістю будматеріалів (виробництво цементного клінкера).

Питання аналізу атмосферного повітря на присутність іонних речовин - це перш за все питання уловлювання і сортування за розмірами твердих частинок. Це дуже специфічна задача в даному посібнику не буде розглядатися. Разом з нею ми опускаємо і опис принципів функціонування атомно-абсорбційних спектрометрів і емісійних спектрометрів индукционно-зв'язаної плазми, які використовуються для визначення речового складу аерозолів і пилу після їх повного перекладу в розчинений стан різними методами. Однак хроматографическим методам слід дати тут характеристику, оскільки вони завоювали провідне місце в аероаналітіке органічних 3В.

Хроматографічні методи відносять до гібридних або комбінованим. Останнє означає, що методи засновані на комбінуванні як мінімум двох різнорідних принципів - принципу попереднього поділу суміші речовин, зазвичай присутніх в атмосферному повітрі, і принципу наступного детектування (визначення) кожного з них по черзі. Таким чином, хроматограф завжди складається з двох блоків - блоку поділу і блоку детектування. Чим чіткіше вироблено поділ речовин, тим м'якше вимоги до селективності детектора. Всі відомі детектори ділять на універсальні (абсолютно неселективні) і селективні. Ступінь селективності може бути різною. Мабуть, найбільшою селективністю як детектор має мас-спектрометр.

Таким чином, комбінування якомога більше селективного поділу з найбільш селективним детектором - масспектрометрії призвело до створення цілого класу нових приладів, що володіють рекордної чутливістю, дуже низькими межами виявлення, високою роздільною здатністю і правильністю аналітичнихвизначень. Цей клас приладів відомий як хромат хромато-мас-спектрометри (ХМС). Саме з використанням цих приладів став можливий аналіз суперекотоксічних речовин - діоксинів і діоксінпроізводящіх речовин - ПХБ, що володіють складним гомологическом і ізомерний складом. Саме з впровадженням аналітичну практику ХМС-методів стало можливим визначати найбільш токсичні ізомери на тлі набагато менш токсичних.

Відповідно до трьох тинами систем і існуючих в них розподілів: газ - тверде, рідина - тверде (адсорбція), газ - рідина (абсорбція) і рідина-рідина (екстракція) відомо і кілька типів хроматографів. Явище адсорбції грає найважливішу роль в так званому іонному хроматографе. Явище абсорбції грає основну роль в газо-рідинної абсорбції, часто званої просто газової (ГХ / GC- gas chromatography). Явище екстракції грає основну роль в рідинної хроматографії, званої просто рідинної хроматографією (ЖХ / LC- liqid chromatography). Розвиток останньої призвело до створення так званої високоефективної рідинної хроматографії (ВЕРХ / HPLC - high performance liquid chromatography).

Якому б фізико-хімічним розподілу ні відповідала хроматографія, технічно вона завжди реалізується у відповідному приладі так, що існує нерухома фаза - тверде тіло або тверде тіло, просочене (змочений) рідкої фазою. Щодо цієї нерухомої фази рухається рухома фаза - газ або рідина. У тому випадку, якщо газ рухається щодо самочинного твердого тіла (насадки або змочених стінок капіляра), то реалізується метод ГХ / GC. Якщо органічна фаза рухається щодо водної фази, закріпленої на пористому носії (насадочного колонка) або на стінках (капілярна колонка), то реалізується нормальнофазная рідинна хроматографія (ЖХ / LC). Можливо, також і переміщення водної фази щодо органічної закріпленої на твердому тілі. У такому випадку говорять про обратнофазной рідинної хроматографії.

Метод ГХ / GC проводиться при підвищеній температурі. Це необхідно для додання домішки деякої летючості, без чого неможливо її рух уздовж колонки. Максимальна температура в термостаті ГХ - 350 ° С. Це обмежує застосування ГХ аналізом речовин, що володіють помітною при цій температурі летючість. Тому іонні речовини і високомолекулярні органічні не визначаються методом ГХ.

Рідинна екстракції (ЖХ і ВЕРХ) проводиться при кімнатній температурі і може тому служити для цілей поділу. Навіть неорганічних речовин і речовин з вкрай низьким парціальним тиском власних парів.

Список літератури

1. Берлянд М. Е. Прогноз і регулювання забруднення атмосфери. - Л .: Гидрометеоиздат, 1985. - 271с.

2. Проблеми екології Росії / Под ред. В. І. Данилова-Данильяна, В. М. Котлякова. - М., 1993, 347с.

3. Ельтерман В. М. Охорона повітряного середовища на хімічних і нафтохімічних підприємствах. - М .: Хімія, 1985. - 159с.

4. Ісидорів В. А. Органічна хімія атмосфери. - Л .: Хімія, 1985. - 264с.

5. Брімблкумб П. Склад і хімія атмосфери. - М .: Світ, 1988. - 352с.

6. Керівництво по контролю забруднення атмосфери РД 52.04.186-89. - М., 1991. - 693с.

7. Керівництво з контролю джерел забруднення атмосфери ОНД-90. СПб., 1992. - Ч.1 - 98с., Ч.2 - 102с.

8. Забруднення повітря і життя рослин / Под ред. М. Трешоу. - Л .: Гидрометеоиздат, 1988. - 534с.

9. Тарасова В. В., Тихонова І. О., Кручинина Н. Е., Моніторинг атмосферного воздуха.- М. РХТУ ім. Д. І. Менделєєва, 2002 - 41с

Питання для самоконтролю

1. Який сучасний рівень вмісту СО2 в атмосфері?

2. Чим обумовлено зниження рівня СО2 в повітрі в літній період?

3. Які природні джерела надходження аерозольних часток в атмосферу?

4. Яке середній час перебування Н2О в атмосфері і як воно залежить від географічної широти?

5. Назвіть основний компонент природного походження, що вносить значний вклад в «парниковий» ефект в атмосфері.

6. Назвіть основні техногенні забруднюючі газові домішки в атмосфері.

7. Чому фреони відносять до глобальних ЗВ?

8. Наведіть приклади персистентних органічних речовин техногенного походження, що володіють високою токсичністю.

9. Поясніть поняття «Індекс забруднення атмосфери».

10. Які види ІЗА ви знаєте?

11. У яких одиницях вимірюється ПДВ?

12. Як пов'язані між собою ПДК і ПДВ?

Загальні відомості про принципи і засоби вимірювань в моніторингу атмосферного повітря | Вступ


Моніторинг навколишнього середовища | Класифікація систем моніторингу | Організація моніторингу в Росії | Інформаційне та програмне забезпечення моніторингу | Моніторинг та оцінка якості навколишнього середовища | Система і основні завдання моніторингу атмосфери | Склад атмосферного повітря і показники якості повітряного середовища | Системи моніторингу атмосферного повітря | Загальнодержавна система спостереження і контролю атмосферного повітря | Регіональні проблеми і забруднення атмосфери |

© 2016-2022  um.co.ua - учбові матеріали та реферати