Тема 1 Атмосфера Структура состав и свойства Классификация

Тема 1: Атмосфера. Структура, состав и свойства. Классификация и основные характеристики загрязнителей.

1. Атмосфера. Структура, состав и свойства. Воздушная, самая лёгкая оболочка земного шара – атмосфера – состоит из механической смеси газов (%): азота – 78, 09, кислорода – 20, 95, аргона – 0, 93, углекислого газа – от 0, 02, а также гелия, неона, ксенона, криптона, водорода, озона, аммиака, йода и других, на долю которых приходится около 0, 01 % всего её объёма. Основные части атмосферы подразделяют: 1. Постоянные компоненты (азот, кислород, аргон и другие благородные газы). 2. Переменные компоненты. Их концентрация меняется в зависимости от места, времени года, времени суток и от многих других факторов (углекислый газ и водяной пар). 3. Случайные компоненты определяются местными условиями, концентрация их непостоянна (метан, диоксид серы, оксиды азота, водород, озон, аммиак и огромное количество техногенных примесей (жидких, твердых и газообразных)). Современная атмосфера планеты по составу относится к азотно кислородному типу и этим качественно разнится от газовых оболочек всех известных ныне небесных тел, включая планеты Солнечной системы. Атмосфера подразделяется на несколько зон: тропосферу, стратосферу, мезосферу, ионосферу и экзосферу.

1. Тропосфера нижняя часть атмосферы. В ней сосредоточено более 80% всей массы воздуха. Ее высота определяется интенсивностью вертикальных (восходящих и нисходящих) потоков воздуха, вызванных нагреванием земной поверхности (на экваторе до высоты 16 18 км, в умеренных широтах 10 11 км, на полюсах до 8 км). 2. Стратосфера располагается выше тропосферы, до высоты 50 55 км, и отличается повышением температуры у ее верхней границы. Это связано с наличием здесь пояса озона, интенсивно поглощающего световое излучение ультрафиолетового спектра. Одновременно озоновый слой защищает поверхность Земли от губительного воздействия этой части излучения Солнца. 3. Мезосфера простирается до высоты 80 км. В ней наблюдается резкое понижение температуры (до 75 90°С) и образование серебристых облаков, состоящих из ледяных кристаллов. 4. Ионосфера (термосфера) достигает высоты 800 км. Для нее характерно значительное повышение температуры (до 1000°С и более). Под прямым воздействием ультрафиолетового излучения газ здесь присутствует в ионизированном состоянии, что способствует многократному отражению радиоволн, обеспечивающих дальнюю радиосвязь на Земле.

5. Экзосфера находится на высоте от 800 до 2000 3000 км и имеет температуру свыше 2000°С. Скорость движения газов в ней приближается к критической (11, 2 км/с). Они представлены в основном водородом и гелием, образующими вокруг Земли корону, простирающуюся до высоты 20 тыс. км. 2. Естественные и антропогенные источники загрязнения атмосферы. Под загрязнением атмосферы следует понимать изменение её химического состава при поступлении примесей естественного или антропогенного происхождения. К естественным источникам загрязнения относятся: а) внеземное загрязнение воздуха пылью космического происхождения и космическим излучением; б) земное загрязнение атмосферы при извержениях вулканов, пыльных бурях, лесных и степных пожарах, пылью эрозии почв, частицами морской соли, продуктами растительного, животного и микробиологического происхождения. Антропогенное загрязнение атмосферы разделяют на радио активное, электромагнитное, шумовое, дисперсное и газообразное, а также по отраслям промышленности и видам технологи ческих роцессов. Главными и наиболее п опасными источниками загрязнения ат мосферы являются промышленные, транспортные и быто вые выбросы.

Автомобильный транспорт относится к наиболее значимым источникам загрязнения окружающей среды в большинстве крупных городов, при этом на 90 % воздействие на атмосферу связано с работой автотранспортных средств на линии, остальной вклад вносят стационарные источники (цехи, участки, станции техобслуживания и стоянки). Это происходит по двум причинам: во первых, автомобильный двигатель в процессе работы выделяет в атмосферу целый комплекс веществ: соединения серы и свинца, оксиды азота и углерода, альдегиды, ароматические углеводороды, сажа, бенз(а)пирен и так далее. Отработавшие газы автомобильных двигателей содержат около двухсот веществ, большинство из которых токсичны. В выбросах карбюраторных двигателей основная доля вредных продуктов приходится на оксид углерода, углеводороды и оксиды азота, в выбросах дизельных двигателей на оксиды азота и сажу; во вторых, автомобиль при движении взаимодействует с поверхностью дороги и результатом этого взаимодействия является аэрозоль, количество которого зависит от многих специфических факторов, характеризующих состояние дороги.

К промышленным источникам загрязнения атмосферы следует отнести: 1. Сжигание горючих ископаемых, которое сопровождается выбросом 5 млрд. тонн углекислого газа в год. В результате этого за последние 100 лет содержание СО 2 в атмосфере увеличилось на 20%. 2. Работа тепловых электростанций, когда при сжигании высокосернистых углей в результате выделения сернистого газа и мазута образуются кислотные дожди. 3. Выхлопы современных турбореактивных самолетов с оксидами азота и газообразными фторуглеводородами из аэрозолей, которые могут привести к повреждению озонового слоя атмосферы. 4. Загрязнение взвешенными частицами (при измельчении, фасовке и загрузке, от котельных, электростанций, карьеров и при сжигании мусора). 5. Выбросы предприятиями различных газов. 6. Сжигание топлива в промышленных котлах, сопровождающееся образованием оксидов азота, которые вызывают смог. 7. Вентиляционные выбросы с чрезмерной концентрацией озона из помещений с установками высоких энергий (ускорители, ультрафиолетовые источники и атомные реакторы). В больших количествах озон является высокотоксичным газом.

3. Классификация источников загрязнения атмосферы. Источники выбросов вредных примесей по характеру, технологии образования и выхода в атмосферу загрязнителей можно разделить на источники образования загрязняющих веществ и источники загрязнения воздушной среды: 1. К источникам образования загрязняющих веществ относится любое технологическое оборудование, порождающее вредные компоненты, которые потенциально способны переместиться в атмосферу; 2. Источники загрязнения воздушной среды разделяют на источники выделения примесей в воздух помещения и источники выброса примесей в атмосферу. Кроме того, промышленные источники выбросов примесей делят на организованные, неорганизованные и распределенные: а) организованный промышленный выброс поступает в атмосферу в виде компактного направленного потока через специально сооруженные вентиляционные системы или их элементы; б) неорганизованный промышленный выброс поступает в атмосферу в виде ненаправленных потоков в результате нарушения герметичности зданий, сооружений, установок, а также отсутствия вентиляционных систем;

в) распределенные выбросы в основном связаны с автотранспортом и авиацией. Источники загрязнения атмосферного воздуха принято классифицировать также: по высоте выброса, как высокие (>100 м), средние (50 100 м), низкие (2 50 м) и наземные (0 2 м); по температуре выброса сильно нагретые (∆t>100 °С); нагретые (20 °С<∆t<100 °С); слабо нагретые (5 °С<∆t<20 °С); изотермические (∆t=0); охлажденные (∆t<0). по составу выбросов: а) с условно чистыми вентиляционными выбросами (не >ПДКр. з. ); б) с выбросами неприятно пахнущих веществ; в) большое количество нетоксичных или инертных газов; г) с выбросами токсических, раздражающих, канцерогенных и т. п. веществ; по агрегатному состоянию: а) газообразные и парообразные; б) жидкие (кислоты, щелочи и т. д. ); в) твердые (пыли, сажа, соединения металлов); г) смешанные.

по назначению: технологические (т. е, содержащие хвостовые газы после улавливания) и вентиляционные (выбросы через местные отсосы); по форме: линейные (автомобильные дороги), точечные (трубы, шахты) и площадные (несколько источников на небольшой территории); по месту расположения: незатененные или высокие (загрязняющие вещества удаляются на высоту, превышающую высоту здания в 2, 5 и более раз, например, труба), затененные или низкие (расположенные на высоте в 2, 5 раза меньше высоты здания, например, вытяжка) и наземные (находящиеся на поверхности земли); по дальности распространения: внутриплощадные (концентрация загрязняющих веществ от источника превышает ПДК на территории промышленной площадки) и внешнеплощадные (концентрация загрязняющих веществ от источника превышает ПДК и на территории промышленной площадки и в селитебной зоне); по продолжительности действия: мгновенные, залповые, непрерывные и периодического действия.

Тема 2. Основные загрязнители атмосферного воздуха.

1. Классификация загрязняющих природную среду веществ Загрязняющие атмосферу вещества по их воздействию на организм человека подразделяются на физические и химические. К физическим относятся: а) радиоактивные элементы, являющиеся источником ионизирующей радиации; б) тепловое загрязнение (повышение температуры); в) шумы и низкочастотные вибрации (инфразвук); к химическим — а) газообразные производные углерода и жидкие углеводороды; б) моющие средства, в) пластмассы: г) пестициды и другие синтетические вещества; д) производные серы; е) производные азота; ж) тяжелые металлы; з) соединения фтора; и) твердые примеси; к) органические вещества. По условиям образования все вещества, загрязняющие атмосферу, делятся на примеси естественного и искусственного (антропогенного) происхождения. Примеси антропогенного происхождения образуются прежде всего в процессе сжигания ископаемого топлива (в двигателях внутреннего сгорания, на тепловых электростанциях, в отопительных системах), а также при сжигании промышленных и бытовых отходов, ядерных взрывов и др.

По составу примеси, поступающие в атмосферу, подразделяются на газообразные, твердые и жидкие. При этом на долю газообразных веществ (оксид углерода, диоксид и другие производные серы, углеводороды, оксиды азота, органические соединения) приходится около 90 %, а на долю твердых (пыль, тяжелые металлы, минеральные и органические соединения, радиоактивные вещества) – около 10%; масса жидких примесей (серная кислота) мала по сравнению с массой газообразных и твердых. Правда, в составе твердых примесей практически всегда присутствует вода, содержание которой тем больше, чем выше относительная влажность воздуха. При сжигании всех видов топлива образуются и затем поступают в атмосферу водяной пар и диоксид углерода, которые содержатся в атмосфере в естественных условиях и не оказывают вредного воздействия на человека. По этой причине данные газы не относятся к загрязняющим атмосферу веществам, хотя на их долю приходится большая часть всех выбросов антропогенного происхождения.

В зависимости от степени воздействия на организм человека все примеси делятся на 4 класса опасности: 1 класс чрезвычайно опасные (ПДК<0, 1 мг/м 3); 2 класс – высокоопасные (0, 1≤ПДК≤ 1 мг/м 3); 3 класс – умеренноопасные (1≤ПДК≤ 10 мг/м 3); 4 класс – малоопасные (ПДК>10 мг/м 3). Атмосферные загрязнители разделяют на первичные, поступающие непосредственно в атмосферу, и вторичные, являющиеся результатом превращения последних. Так, поступающий в атмосферу сернистый газ окисляется до серного ангидрида, который взаимодействует с парами воды и образует капельки серной кислоты. Подобным образом, в результате химических, фотохимических, физико химических реакций между загрязняющими веществами и компонентами атмосферы, образуются другие вторичные признаки. Основные загрязняющие вещества атмосферы - оксид углерода. Сернистый ангидрид SO 2. Серный ангидрид SO 3. Сероводород и сероуглерод. Окислы азота. Соединения фтора. Соединения хлора. Углеводороды. Твердые частицы.

Рассмотрим наиболее масштабные загрязнители: а) оксиды азота. Азот образует шесть соединений с кислородом: N 2 О, NO, N 2 О 3, NO 2, N 2 О 4, N 2 О 5. Как загрязнители атмосферы имеют значение лишь NO и NO 2. В атмосферу выбрасывается в основном диоксид азота NО 2 газ бурого цвета, с острым запахом, ядовитый, раздражающе действующий на органы дыхания, легкие, поражающий сердце. Оксид азота NO (II) бесцветный газ без запаха, негорючий, слабо растворим в воде, оказывает непосредственное воздействие на центральную нервную систему. Смесь оксидов азота так же опасна, как и индивидуальных NO и NО 2, особенно в городах, где они, взаимодействуя с углеводородами выхлопных газов, образуют фотохимический туман смог. Их действие начинается с легкого кашля, который усиливается при повышении концентрации NOX и сопровождается рвотой, иногда головной болью. Вредное действие NOX основано на контакте его с влажной поверхностью слизистой оболочки, что приводит к образованию азотной и азотистой кислот и, как следствие, к поражению внутренних органов, в частности отеку легких. Источники соединений азота могут быть как естественными, так и антропогенными.

Рассмотрим наиболее важные источники: 1. Почвенная эмиссия оксидов азота. В процессе деятельности живущих в почве бактерий из нитратов высвобождаются оксиды азота. 2. Грозовые разряды. Во время электрических разрядов в атмосфере из за очень высокой температуры и перехода в плазменное состояние молекулярные азот и кислород в воздухе соединяются в оксиды азота. 3. Горение биомассы. Этот источник может быть как естественным, так и искусственным. Наибольшее количество биомассы сгорает в результате выжигания леса (с целью получения производственных площадей) и пожаров. 4. Среди антропогенных источников образования оксидов азота на первом месте стоят высокотемпературные процессы горения при избытке воздуха. Наибольшее содержание NOX отмечается в дымовых выбросах котельных установок и автотранспорта.

б) соединения серы. Диоксид серы SO 2 бесцветный газ с резким, удушливым запахом. При продолжительном воздействии сернистого ангидрида развиваются бронхиты, хронические гастриты и другие заболевания, включая рак легких. Существуют четыре основных источника загрязнения окружающей среды соединениями серы: 1. Процессы разрушения биосферы. С помощью анаэробных микроорганизмов происходят различные процессы разрушения органических веществ. Благодаря этому содержащаяся в них сера образует газообразные соединения. Наиболее важными источниками этих газов являются болота и некоторые почвы. 2. Вулканическая деятельность. При извержении вулкана в атмосферу наряду с большим количеством двуокиси серы попадают сероводород, сульфаты и элементарная сера. 3. Поверхность океанов. После испарения капель воды, поступающих в атмосферу с поверхности океанов, остаётся морская соль, содержащая соединения серы – сульфаты. 4. Техногенные источники выделения сернистого ангидрида многочисленны: сжигание всех видов топлива, черная и цветная металлургия, цементные заводы, химическая промышленность, производство целлюлозы и синтетических волокон.

Сероводород H 2 S бесцветный газ с запахом тухлых яиц, образует сероводородную кислоту с относительно слабыми кислотными свойствами. Газ поражает нервную систему, действует на дыхательные пути и глаза с возможными острым и хроническим отравлениями. Последствия перенесенного острого отравления параличи, хронический менингит, желудочно кишечные заболевания и воспаление легких. Промышленные источники выделения сероводорода: коксохимия, производство искусственных волокон, газовые выделения угольных шахт, нефтепромыслов и нефтеперерабатывающих предприятий. Кроме того, повышенное содержание сероводорода отмечается в месторождениях природного газа с углубленным залеганием. Так, Оренбургский природный газ содержит около 4 % Н 2 S;

в) галогены. Из группы галогенов (хлор, фтор, бром, йод) соединения первых двух элементов наиболее масштабны по объему промышленного производства. Хлор Сl газ желто зеленого цвета с резким запахом, образует хлорную воду. Вдыхание хлора вызывает раздражение дыхательных путей и при больших количествах приводит к летальному исходу из за торможения дыхательных центров. Источники выброса хлора: титаномагниевые заводы, участки травления гальванических производств, выпуск соляной кислоты, пестицидов, органических красителей, хлорной извести и соды. Хлористый водород НС 1 бесцветный газ с резким запахом, одно из важнейших соединений хлора, близкое к нему по токсическим свойствам. Газ великолепно растворяется в воде, образуя соляную кислоту. При вдыхании хлористый водород раздражает дыхательные пути и вызывает удушье. При хроническом отравлении им наблюдают катар верхних дыхательных путей, разрушение зубов, желудочно кишечные расстройства и воспалительные заболевания кожи.

Фтор F зеленовато желтый газ с сильным запахом, активнейший окислитель. При соприкосновении с кожей вызывает термические ожоги, раздражает глаза и нос. Фтористый водород HF бесцветный газ, растворяется в воде с образованием очень сильной плавиковой кислоты, разъедающей стекло. Симптомы острого и хронического отравления: носовые кровотечения, сухой удушливый кашель, бронхиты и потеря голоса; г) оксиды углерода. Оксиды углерода представлены двумя формами: монооксидом СО и диоксидом СО 2. В техногенных процессах они образуются как продукты неполного (СО) и полного (СО 2) сгорания углеродсодержащих топлив. Монооксид углерода бесцветный газ без запаха и вкуса, воздействует на нервную и сердечнососудистую системы, вызывает удушье. Последнее обусловлено тем, что он связывает гемоглобин крови, ответственный за снабжение организма кислородом. При хроническом отравлении отмечаются аритмия, учащение пульса, неустойчивое кровяное давление, стенокардия. Токсичность монооксида углерода возрастает при наличии в воздухе оксидов азота (эффект суммации). В этом случае нормативы ПДК для СО в воздухе необходимо снижать в 1, 5 раза.

д) углеводороды. Основным естественным источником углеводородов являются растения (на их долю приходится около 1 Гт в год), а антропогенным – автотранспорт (двигатели внутреннего сгорания и топливные баки автомобилей). При неполном сгорании происходит к тому же образование (синтез) опасных канцерогенных циклических углеводородов. Особенно много канцерогенных (вызывающих рак легких) углеводородов содержится в гудронах и саже, выбрасываемых дизельными двигателями и отопительными системами. Хотя путем хорошей регулировки двигателя и умелого управления автомобилем можно добиться некоторого снижения выбросов, дизельный двигатель занимает одно из первых мест среди источников загрязнения атмосферы канцерогенными веществами. Назовем еще акролеин – очень токсичное и раздражающее вещество, которое поступает в атмосферу не только в районах заводов, производящих его, но и вместе с выхлопными газами, содержащими продукты неполного сгорания топлива. е) твердые аэрозоли. Как и в случае газообразных загрязняющих веществ к аэрозолям естественного происхождения твердым и жидким частицам, взвешенным в воздухе, добавилось значительное количество аэрозолей антропогенного происхождения.

Размер (радиус) твердых частиц, наблюдаемых в атмосфере, колеблется в широких пределах: от тысячных и сотых долей, до нескольких десятков микрометров (при пыльных бурях размеры частиц, переносимых ветром, увеличиваются до 100 мкм и более). В зависимости от размера аэрозольные частицы делят на три класса: мелкие или микроскопические (тонкодисперсные), радиусом r<0, 1 мкм, средние (среднедисперсные), г= 0, 1– 1 мкм и крупные (грубодисперсные), г>1 мкм. Среди тонкодисперсных аэрозолей выделяют группу частиц, обладающих гигроскопическими свойствами. Эти частицы называют ядрами конденсации (они служат зародышами капель облаков и туманов). Нередко мелкие частицы несут на себе положительный или отрицательный заряд электричества. В этом случае они носят название ионов (легких или тяжелых). По физико химическим свойствам аэрозоли делят на: пыль и сажу (твердые частицы), дым (сильно обводненные частицы) и капли (тумана, облаков, осадков). По форме частицы аэрозоля принято делить на: а) сферические, б) изометрические (правильные многогранники), в) пластинки (протяженность в двух измерениях значительно больше, чем в третьем), г) иглы, волокна, призмы, д) сложные агрегаты (длинные цепочки с ответвлениями, звездочки).

В составе аэрозоля всегда присутствуют четыре группы веществ: сульфаты, органические соединения, твердый углерод и вода, относительное содержание которых колеблется в широких пределах, отражающих условия образования газов предшественников (включая географическое распределение растительности и режим ее жизнедеятельности) и влияние метеорологических условий на распространение аэрозоля в атмосфере. Твердый углерод это различного вида сажа, радиус частиц которой в момент образования близок к 0, 003 0, 005 мкм, а концентрация весьма изменчива от 1 мкг/м 3 в особо чистых районах до 10 30 мкг/м 3 в сильно задымленных. Вскоре после образования частицы сажи объединяются в хлопья радиусом в несколько сотых микрометра, захватываются частицами другой природы (например, каплями осадков) и удаляются из атмосферы через интервалы времени, колеблющиеся от нескольких десятков часов до 1 2 недель. Общая масса сажи в атмосфере оценивается примерно в 5 Мт, а скорость поступления около 500 Мт/год.

Роль сажи в атмосфере определяется не только вредным воздействием на человека, прежде всего на органы дыхания, но и тем, что из всех составляющих аэрозоля сажа наиболее сильно поглощает солнечную и земную радиацию в широком диапазоне длин волн (от 0, 25 до 13 мкм) и тем самым может оказывать существенное влияние на термический режим атмосферы и земной поверхности. Оценки показывают, что если бы частицы сажи оседали равномерно, то земная поверхность покрылась бы слоем сажи толщиной до 1 мкм. В действительности основная масса сажи вымывается выпадающими на землю осадками. Роль сульфатов (соединений серы) значительна прежде всего потому, что наиболее крупные частицы их служат ядрами конденсации, определяющими условия образования и микроструктуру облаков и туманов. Велико содержание сульфатов в дымках – широко распространенном явлении (особенно в городах), оказывающем существенное влияние на радиационный теплообмен планеты. В связи с увеличением антропогенных выбросов сульфатов в последние десятилетия заметно возросла их биологическая активность, сопровождающаяся отравлением растительности и животного мира (это так называемые кислотные дожди).

2. Влияние выбросов загрязняющих веществ на здоровье населения. Все загрязняющие атмосферный воздух вещества в большей или меньшей степени оказывают отрицательное влияние на здоровье человека. Эти вещества попадают в организм человека преимущественно через систему дыхания. Органы дыхания страдают от загрязнения непосредственно, поскольку около 50 % частиц примеси радиусом 0, 01 0, 1 мкм, проникающих в легкие, осаждаются в них. Проникшие в организм частицы вызывают токсический эффект, поскольку они: а) токсичны (ядовиты) по своей химической или физической природе; б) служат помехой для одного или нескольких механизмов, с помощью которых нормально очищается респираторный (дыхательный) тракт; в) служат носителем поглощенного организмом ядовитого вещества. В некоторых случаях воздействие одних загрязняющих веществ в комбинации с другими приводит к более серьезным расстройствам здоровья, чем воздействие каждого из них в отдельности. Большую роль играет продолжительность воздействия.

Статистический анализ позволил достаточно надежно установить зависимость между уровнем загрязнения воздуха и такими заболеваниями, как поражение верхних дыхательных путей, сердечная недостаточность, бронхиты, астма, пневмония, эмфизема легких, а также болезни глаз. Резкое повышение концентрации примесей, сохраняющееся в течение нескольких дней, увеличивает смертность людей пожилого возраста от респираторных и сердечно сосудистых заболеваний. Опасность для здоровья населения загрязнения атмосферного воздуха обусловлена объективным действием следующих факторов. Во первых, разнообразием загрязнений. Считается, что на человека потенциально может воздействовать несколько сотен тысяч химических веществ. Реально, как правило, в конкретном районе в относительно высоких концентрациях присутствует ограниченное число загрязнителей. Однако комбинированное действие примесей может приводить к усилению вызываемых ими токсических эффектов.

Во вторых, возможностью массированного воздействия, так как акт дыхания является беспрерывным и человек за сутки вдыхает до 20 тыс. л воздуха. Даже незначительные концентрации химических веществ при таком объеме дыхания приводят к значительному поступлению примесей в организм. В третьих, непосредственным доступом загрязнителей во внутрь организма. Воздух при дыхании входит почти в непосредственный контакт с кровью, в которой растворяется почти всё, что присутствует в воздухе. Из легких кровь поступает в большой круг кровообращения, минуя такой детоксикационный барьер, как печень. Установлено, что яд, поступивший ингаляционным путем, нередко действует в 8 100 раз сильнее, чем при поступлении через желудочно кишечный тракт. В четвертых, трудностью защиты от загрязнителя. Человек, отказавшись употреблять в пищу загрязненные продукты или недоброкачественную воду, не может не дышать загрязненным воздухом.

4. Нормирование загрязнений атмосферного воздуха. 5 признаков нормирования: 1. Объект защиты – технологическое оборудование или человек. 2. Среда, в которой нормируется загрязняющее вещество. 3. Критерии вредности: появление заболеваний или временно скрытой патологии у человека или его потомства, выход из строя оборудования. 4. Регламентированная временная характеристика: воздействия в течение всей жизни или в течение его рабочего стажа либо в короткий промежуток времени. 5. Цена норматива, то есть последствия, к которым могут привести повышения допустимого уровня. Принципы гигиенического нормирования: 1. Принцип безвредности гигиенического норматива, основан на том, что при обосновании норматива вредного фактора преимущественное значение имеет его воздействие на организм человека. 2. Принципы порогового действия вредных факторов. Пороговое вредное действие – это такая минимальная концентрация вредной примеси, при воздействии которой в организме возникает скрытая патология либо изменения, выходящие за лимиты приспособительных реакций организма.

3. Зависимость концентрации и времени воздействия. 4. Принцип моделирования вредного действия химических веществ. 5. Принцип комплексного гигиенического нормирования, установлено 56 коэффициентов комбинированного действия, 36 – для бинарных смесей, 20 – для смесей из 3 5 компонентов. Методологические основы гигиенического нормирования атмосферных загрязнений включают следующие положения: 1. Допустимой признается только такая концентрация химического вещества в атмосфере, которая не оказывает на человека прямого или вредного косвенного либо неприятного действия, не влияет на самочувствие и работоспособность. 2. Привыкание к вредным веществам, находящимся в атмосферном воздухе, рассматривается как неблагоприятный эффект. 3. Концентрация химических веществ в атмосфере, которые неблагоприятно действуют на растительность, климат местности, прозрачность атмосферы и бытовые условия жизни населения, считается недопустимой.

Основными среди нормируемых показателей качества атмосферы являются предельно допустимые концентрации вредных веществ. Предельно допустимая концентрация вещества это такая его концентрация, при воздействии которой на организм человека и окружающую среду периодически или в течение всей жизни, прямо или опосредствованно не возникает ни прямого, ни вредного косвенного воздействия, обнаруживаемого современными методами исследования сразу или в отдаленные сроки жизни настоящего и последующих поколений. Под прямым воздействием имеется в виду нанесение организму временного раздражения, вызывающего кашель, головные боли, ощущение запаха, которое наступает при превышении пороговой величины концентрации вещества. Под косвенным воздействием имеются в виду такие изменения в окружающей среде, которые, не оказывая вредного влияния на организм человека, ухудшают обычные условия обитания, например, увеличивают число туманных дней, поражают зеленые насаждения.

Применительно к атмосфере различают ПДК: максимальные разовые вредных веществ в воздухе населенных мест (ПДКмр), среднесуточные вредных веществ (ПДКсс), вредных веществ в воздухе рабочей зоны (ПДКрз). Все они измеряются в (мг/м 3) при нормальных условиях (давление 1 атм, температура 0°С). В России ПДК, как правило, соответствует самым низким значениям, которые рекомендованы Всемирной организацией здравоохранения (ВОЗ). ПДКмр — это концентрация, не вызывающая рефлекторных реакций в организме человека (ощущение запаха, световая чувствительность). ПДКмр основная характеристика опасности тех вредных веществ, которые оказывают немедленное раздражающее действие, ограниченное временем (не более 20 мин). ПДКсс — это концентрация вещества в воздухе населенного пункта, не оказывающая на человека прямого или косвенного негативного влияния при неопределенно долгом круглосуточном вдыхании. Она применяется для предупреждения общетоксического, канцерогенного, мутагенного и другого вредного воздействия вещества при его накоплении в организме человека. При этом имеются в виду среднесуточные концентрации в среднем за год, а не за каждые отдельные сутки.

Для ряда территорий вводят более строгие, чем для населенных мест, нормативы ПДК. Так, в местах размещения крупных санаториев и домов отдыха, зонах отдыха городов они на 20% меньше, чем в жилых районах. ПДКрз — это концентрация вещества в воздухе, не вызывающая у трудящихся, находящихся на рабочем месте по 8 ч пять раз в неделю, заболеваний или отклонений в состоянии здоровья, обнаруживаемых современными методами исследования, как в течение всей трудовой деятельности, так и в отдаленной перспективе. ПДКрз, значительно больше, чем для населенных мест. Это объясняется тем, что на предприятии люди присутствуют лишь часть суток, там не могут находиться дети и пожилые люди. Рабочая зона пространство в двух метрах от пола, где находятся места постоянного или временного пребывания работающих. Эксперимент по установлению ПДК химического вещества в атмосферном воздухе состоит из следующих этапов: 1) установление пороговой концентрации по рефлекторному действию химического вещества на организм человека; 2) установление пороговой концентрации по его резорбтивному действию; 3) анализ и обобщение результатов эксперимента по обоснованию ПДК вредного вещества в воздухе.

Результаты изучения рефлекторного действия веществ являются основой для установления ПДК атмосферных загрязнений 30 минутного периода усреднения. Наиболее часто исследуют влияние веществ на обонятельный анализатор. Оно проводится на людях (волонтерах) с целью определения пороговых и недействующих концентраций по ощущению запаха. В основе методической схемы, позволяющей определять параметры токсичности и опасности атмосферных загрязнений (пороговые недействующие концентрации для различных периодов воздействия, степень опасности вещества в отношении развития хронических эффектов, коэффициенты запаса и другие), лежит закономерность, согласно которой зависимость времени развития определенных токсических эффектов от концентраций вещества в воздухе выражается на сетке с обычным масштабом в виде гиперболы, а на логарифмической сетке в виде прямой. Следовательно, при изучении зависимости “концентрация время” постоянной величиной является эффект, а переменными концентрация и время. При этом в качестве эффекта принимают первое статически достоверное изменение биологических показателей у лабораторных животных.

Обоснование ПДК атмосферных загрязнений проводят на белых крысах самцах. Однако могут использоваться и морские свинки, белые мыши и др. При этом: 1. Изучаются особенности действия вещества и его свойства. 2. Выясняется предварительно характеристика действия вещества. Если вещество гарантировано не резорбтивно (действие токсичных веществ, проявляющееся после всасывания их в кровь), то принимаются решения об эксперименте на людях. 3. Для получения ПДКмр используется группа "волонтеров", которая подбирается из наиболее чувствительных кандидатов. 4. Испытания различных концентраций для определения порога действия вещества. 5. Расчет и обоснование ПДК по величине пороговой концентрации. Для остальных случаев эксперименты проводятся на животных (если вещества резорбтивны). В этом случае: 1. Выбираются специальные группы животных. 2. В камеры с мышами поступают вещества с различными концентрациями по порядку: мало, больше, еще больше.

3. Эксперимент ведется всю жизнь животного. 4. Определяется пороговая концентрация. 5. На основании смертности вводится лимитирующий показатель на испытуемые вещества. 6. Пересчет показателей на человека. 7. Определение класса опасности и расчет ПДК. Концентрация вредных веществ в атмосфере зависит от их количества, выбрасываемого всеми источниками загрязнения. Поэтому в 1982 г. Совет Министров СССР принял постановление о предельно допустимых выбросах и вредных физических воздействиях на атмосферу. При определении ПДВ учитываются: характеристика работы источника по выбросу веществ. свойства выбрасываемого вредного вещества (коэффициент оседания, ПДК, поведение в атмосфере). метеопараметры района. топографические условия местности (рельеф). характер реципиентов.

То есть, установление ПДВ производится с применением методов расчета загрязнения атмосферы промышленными выбросами и с учетом перспектив развития предприятия, физико географических и климатических условий местности, расположения промышленных площадок и участков существующей и проектируемой жилой застройки, санаториев, зон отдыха городов, взаимного расположения промышленных площадок и селитебных территорий. ПДВ должны устанавливаться для времени года и нагрузки, сочетание которых дает максимальные приземные концентрации, это, как правило, наиболее холодный период года, когда тепловые и электрические нагрузки максимальны. ПДВ — это максимально возможная для данного источника за единицу времени масса выбросов загрязняющих веществ в атмосферу (т/год). Величина ПДВ зависит от местоположения источника по отношению к жилым районам, условий рассеивания загрязнителей, температуры воздуха, рельефа местности и т. д. Поэтому для одинаковых источников загрязнений величины ПДВ могут быть разными и устанавливаются раздельно для каждого из веществ.

Сущность расчета ПДВ состоит в том, чтобы концентрация выбросов примесей от данного источника в совокупности с фоновой концентрацией Сф не создавали приземную концентрацию вредного вещества, превышающую ПДК: С + Сф<ПДК. Нормы ПДВ для предприятий пересматриваются не реже одного раза в 5 лет. Для действующих предприятий, если в воздухе городов или других населенных пунктов концентрации вредных веществ превышают ПДК, а значения ПДВ в настоящее время не могут быть достигнуты, по согласованию с контролирующими органами предусматривается поэтапное, с указанием длительности каждого этапа, снижение выбросов вредных веществ до значений ПДВ, обеспечивающих достижение ПДК, или до полного предотвращения выбросов. На каждом этапе до обеспечения значений ПДВ устанавливаются временно согласованные выбросы вредных веществ (ВСВ) с учетом значений выбросов предприятий с наилучшей (в части охраны окружающей среды) достигнутой технологией производства, аналогичной по мощности и технологическим процессам. При установлении ВСВ следует пользоваться теми же приемами, что и при установлении ПДВ.

Значения ВСВ, так же как и ПДВ, устанавливаются для источников и для предприятия в целом. Если зона влияния источника (вне зависимости от соотношения между концентрациями в точке его расположения и ПДК) захватывает участки местности, где концентрации больше ПДК, то на соответствующем этапе снижения выбросов должно устанавливаться значение ВСВ. Для вновь проектируемых предприятий (объектов) значения ВСВ не устанавливаются. Для снижения вредного влияния загрязнённого воздуха на человека применяют специальные градостроительные мероприятия: зональную застройку жилых массивов, когда близко к дороге располагают низкие здания, затем высокие и под их защитой – детские и лечебные учреждения; озеленение, ССЗ вокруг заводов размером от 50 м и более. Предприятия, выделяющие в окружающую среду вредные и неприятно пахнущие вещества необходимо отделять от жилой застройки СЗЗ, которая определяется как территория между источником выделения производственных вредностей (физических, химических, биологических) и границей, где влияние этих веществ не превышает 5% от соответствующих гигиенических нормативов.

Размеры СЗЗ определяются мощностью предприятия, условиями осуществления технологического процесса, характером и количеством выделяющихся в окружающую среду веществ. По совокупности этих показателей предприятия разделены на пять классов, для которых установлены следующие значения ширины санитарно защитных зон: Класс III IV V Ширина СЗЗ, м 1000 500 300 100 50 Предприятия I III классов запрещено располагать среди жилой застройки даже при соблюдении необходимых размеров СЗЗ нельзя рассматривать как резервную территорию предприятия и использовать ее для расширения промышленной площадки. Вместе с тем в ней допустимо размещение объектов более низкого класса вредности, чем основное производство, для которого установлена санитарно защитная зона, а также пожарных депо, гаражей, складов, стоянок транспорта и т. п. Санитарно защитные зоны подлежат озеленению газоустойчивыми породами деревьев и кустарников. При прохождении промышленных выбросов через озелененную зону концентрация содержащихся в них пыли и газов должна уменьшиться не менее чем вдвое. •

Тема 3: Мониторинг безопасности атмосферного воздуха

Анализ состава воздуха Целью анализа состава воздуха является определение наличия отклонений от его естественного состава. Азот и кислород не определяются при анализе состава воздуха. Задачи: 1. Получение данных для оценки уже имевшего места, а также возможного или ожидаемого вреда человеку, а также растениям и имуществу. Для этого проводят отдельные периодические или непрерывные анализы состава воздуха, результатом таких анализов может явиться мероприятия по уменьшению или устранению вредного воздействия примесей. 2. Выявления неизвестных источников загрязнения или приоритетных примесей. 3. Проверка эффективности технических мероприятий по сохранению чистоты воздуха с целью уменьшения вредного воздействия.

Количественный состав воздуха Количественный состав выражают: • мг/м 3; • мкг/м 3; • млн 1=1 часть по объему вещества на 1000000 частей воздуха, 1 ч (об)/106 ч (об); • млрд 1=1 часть по объему вещества на 100000 частей воздуха, 1 ч (об)/109 ч (об); В иностранной литературе С (ppm) = С (мг/м 3) Vm/Mm где: Vm – мольный объем анализируемого газа (при температуре 20 о. С и давлении 101, 3 к. Па равен 24, 1 л); Mm – молекулярная масса вещества.

Точность анализа состава воздуха складывается: • чувствительности; • воспроизводимость; • правильность. Мерой чувствительности является определение минимального количества. При физических методах анализа чувствительностью метода является чувствительность самого прибора. При химических методах анализа имеется возможность накопления компонентов воздуха в определенной фазе (в адсорбенте или поглотительной жидкости), поэтому предел чувствительности аналитической реакции может достигать очень малых значений.

Погрешности при анализе состава воздуха Критерием воспроизводимости является коэффициент вариации где единичное значение; - количество опытов. Для физических опытов вероятность не должна превышать 1 %. Для химических опытов не более 5 %. В процессе проведения анализа могут возникать систематические погрешности вследствие неожиданных изменений условий проведения анализа, могут изменяться давление, температура, сила тока в сети питания и тогда результат анализа искажается, поэтому проверяют правильность метода анализа, обычно с помощью контрольного анализа, выполненного стандартным методом либо путем анализа смеси воздуха с известной концентрацией примеси.

Способы отбора проб воздуха. Пробы воздуха отбирают либо в специальные емкости и затем доставляют к месту проведения анализа либо непосредственно вводят в прибор для анализа, при этом можно также повышать концентрацию вредного вещества методом адсорбции на твердых поверхностях или абсорбции с применением поглотительной жидкости. В большинстве случаев одновременно с отбором проб необходимо измерить объем воздуха, взятого для анализа. При использовании методов, не предусматривающих повышение концентрации вещества, объем воздуха определяют по значению давления и температуры.

Выбор точек отбора проб Точки отбора проб выбирают таким образом, чтобы рядом не было деревьев или стен зданий. В целом пробы воздуха следует отбирать: на местах постоянного или временного пребывания работающих; при характерных производственных условиях с учетом следующих факторов – температурного режима, количества выделяющихся веществ, физико химических свойств контролируемых веществ, агрегатного состояния вещества, его летучести, с учетом давления паров и возможности их превращений (окисление, гидролиз или деструкция вещества), с учетом температуры и влажности окружающей среды. Контроль за соблюдением максимально разовой ПДК проводят при непрерывном или последовательном отборе проб в течение 15 мин в основной точке рабочей зоны при условии достижения предела обнаружения определяемого вещества. Если в течение 15 мин можно отобрать не одну, а несколько проб, то определяют среднее значение. Если должным методом невозможно обнаружить вещество на уровне 0, 5 ПДК, то допускается увеличение продолжительности отбора проб до 30 минут.

Правила отбора проб воздуха Если стадия технологического процесса настолько коротка, что нельзя отобрать в одну пробу необходимое количество воздуха для анализа, то отбор проб в эту же концентрационную трубку или поглотительную жидкость необходимо продолжить при повторении технологической операции. При контроле за состоянием атмосферы с длительными стадиями технологического процесса отбор проб следует проводить с учетом начала, середины и конца технологического процесса, причем для достоверных результатов необходимо отобрать 5 проб, затем определить среднее значение и доверительный интервал. Если Е<40 % среднее значение концентрации достоверно. Если Е>40 % определяют количество проб, необходимо отобрать дополнительно. Дополнительное количество проб определяют по формуле

Выбор места для отбора проб воздуха. 1. Пробы отбирают с учетом технологических операций, при этом возможно наибольшее выделение примесей. 2. У аппаратов и агрегатов в период наиболее активных химических и технологических процессов. 3. На участке загрузки и выгрузки веществ. 4. На участках транспортировки, сушки, размола сыпучих и пылящих материалов. 5. В местах наиболее вероятной перекачки жидкостей и газов. 6. В местах отбора технологических проб, необходимых для анализа. 7. Также необходимо проводить анализ состава воздуха в период ремонта технологического оборудования.

Факторы, влияющие на периодичность отбора проб Периодичность отбора проб воздуха зависит от следующих факторов: от особенностей технологического процесса; от класса опасности вещества; характера биологического действия вещества; от уровня загрязнения; периода пребывания рабочих на рабочей площадке. При возможном поступлении в воздух рабочей зоны вредных веществ с остро направленным механизмом действия пробы следует отбирать с применением автоматических приборов. При отсутствии приборов непрерывного контроля как временная мера допускается периодический отбор проб воздуха для определения концентрации вещества с остро направленным механизмом действия. Во всех остальных случаях периодичность отбора проб воздуха зависит от класса опасности вещества. Если вещество 1 класса опасности – 1 раз в 10 дней, 2 класса – не реже 1 раза в месяц, 3 и 4 класса – не реже 1 раза в квартал.

Выбор способа отбора проб воздуха для анализа. 1. Определяется природой анализируемого вещества. 2. Наличием сопутствующих примесей. Примеси могут находиться в воздухе в следующем виде: в виде газов (аммиак, диоксид азота); в виде паров или жидкостей, имеющих температуру до 230 250 ºС (ароматические углеводороды, низкие спирты); в виде твердого агрегатного состояния, обладающее, при этом, высокой летучестью (йод, нафталин); вещество, находящееся в виде паров и аэрозолей: а) жидкости, имеющие очень высокую температуру кипения; б) вещества, попадающие в воздух в виде паров, потом конденсирующиеся и образующие так называемый аэрозоль конденсации. Он также образуется также при химических реакциях, приводящих к образованию твердой или жидкой фазы.

Летучесть вещества Важной характеристикой при выборе способа отбора воздуха является летучесть вещества – это максимальная концентрация паров, выраженная в единицах массы к единице объема при определенной температуре. где давление насыщенного пара определенного вещества; относительная молекулярная масса вещества; заданная температура. Относительной летучестью называется летучесть, измеренная при стандартных условиях. Если относительная летучесть при 20ºС в 10 и менее раз превышает ПДК в воздухе, то в этом случае определяется только содержание аэрозолей этого вещества в воздухе, наличием паров пренебрегают. Если относительная летучесть превышает ПДК в 50 и более раз определяют только концентрацию паров. Если относительная летучесть находится в интервале от 10 до 50 ПДК то обязательно определяют содержание и паров и аэрозолей.

Отбор проб воздуха на твердые сорбенты. С целью увеличения скорости аспирации и накопления за короткое время паров химических веществ в достаточном для их определения количестве вместо жидких поглотителей используют гранулированные сорбенты. Достоинства: применение твердых сорбентов дает возможность увеличить объем пропускания воздуха; за короткое время на твердом сорбенте вещество накапливается в количестве достаточном для его определения; твердые сорбенты позволяют осуществлять избирательную адсорбцию одних веществ в присутствии других; удобны в анализе, транспортировке и хранении отобранных проб.

Требования к твердым сорбентам: должны обладать механической прочностью; иметь небольшое сродство с водяным паром; должны легко активироваться; должны иметь максимальную сорбционную способность по отношению к анализируемому веществу; при анализе должны легко десорбировать анализируемое вещество. В качестве сорбентов применяют силикагели, молекулярные сита, активный уголь, пористые полимерные сорбенты и др. Сорбционно десорбционные свойства сорбента определяются как полярностью его поверхности, так и эффективным радиусом пор и их формой. Наиболее существенную роль при пробоотборе играют поры с эффективным радиусом менее 2 нм, называемые микропорами (объем проб, выраженный в см 3/г сорбента, определяет его сорбционную способность). Самые эффективные сорбенты имеют общий объем пор 0, 5 0, 6 см 3/г.

3 группы твердых сорбентов К первой группе относятся гидрофильные неорганические материалы типа силикагелей и молекулярных сит. Силикагели «работают» при адсорбции из воздуха паров полярных органических соединений, веществ с гидроксильными группами и других кислородсодержащих соединений. Молекулярные сита, или цеолиты синтетические сорбенты со строго определенным размером пор в кристаллической решетке адсорбируют практически все вещества, размеры молекул которых меньше, а в пределе совпадают с диаметром пор сита. Во вторую группу сорбентов включены гидрофобные неорганические материалы активные угли с сильно развитой пористой структурой. Они избирательно поглощают углеводороды, ароматические соединения, слабее низшие алифатические спирты, карбоновые кислоты, сложные эфиры. Первая и вторая группы сорбентов эффективно сорбируют вредные вещества из воздуха (на 80 100%). К третьей группе относятся синтетические макропористые органические материалы с высокой степенью гидрофобности и небольшой удельной поверхностью — пористые полимеры. Они подходят для условий повышенной влажности, когда применение активного угля и силикагеля становится практически невозможным.

Сорбционные устройства Для отбора химических веществ из воздуха используют различные конструкции сорбционных устройств (коллекторы), отличающиеся по материалу, из которого они изготовлены, форме и размерам. Для изготовления этих коллекторов используют материалы, которые не сорбируют химические вещества: нержавеющую сталь, тефлон, полированный алюминий; не рекомендуются поливинилхлорид, полиуретан и резина. Форма коллектора зависит от количества сорбента и метода десорбции из сорбента поглощенных веществ. Наибольшее распространение для отбора паров веществ различной химической природы получили прямые сорбционные трубки различных размеров, изготовленные из стекла. Самыми простыми являются трубки длиной 7 см с внешним диаметром 6 мм и внутренним 4 мм, при этом две секции с активным углем разделены полиуретановой перегородкой толщиной 2 мм. Вместо угля трубка может быть заполнена силикагелем или другими сорбентами. Иногда используют комбинацию сорбентов. На сорбент с активной поверхностью (уголь, силикагель) или твердый носитель могут быть нанесены химические реагенты, взаимодействующие с поглощаемыми веществами (хемосорбция).

Индивидуальная дозиметрия. В воздухе рабочей зоны концентрация загрязняющих веществ меняется в течение рабочей смены, поэтому чтобы оценить степень воздействия примесей на организм работающих используют индивидуальные дозиметры, которые имеют малые габариты, малую массу. Их прикрепляют к одежде работающих и в течение рабочей смены примеси накапливаются в дозиметре. После окончания смены дозиметры относят в лабораторию, где проводят анализ воздуха по общепринятым методам. Индивидуальные дозиметры используются для определения концентрации пылевого аэрозоля, радиоактивных частиц, а также паров органических веществ. Выделяют следующие дозиметры: активные – состоят из микронасоса, работающего от батарей аккумуляторов, в нем имеется счетчик объема или скорости пропускания воздуха, также фильтро – держатель с фильтром или с сорбционной трубкой; пассивные – отбор проб воздуха происходит не за счет просасывания воздуха, а за счет свободной диффузии веществ. В связи с этим дозиметр не требует аспирационных систем. Диффузия веществ происходит через стабильный слой воздуха либо через пленочную мембрану.

Отбор проб воздуха на фильтрах. Для улавливания из воздуха высокодисперсных аэрозолей и твердых частиц применяют различные фильтрующие материалы: тонковолокнистое перхлорвиниловое волокно, ацетилцеллюлозу, полистирол, стекловолокно, фильтры из уплотненной опрессованной ткани. Ряд фильтров оснащают твердыми сорбентами (в частности, тонкодисперсным активным углем) с добавлением химических реагентов; отбор проб на такие фильтры основан па хемосорбции (так, для улавливания паров ртути и аэрозоля ртути применяют фильтры АФАС Р, сорбент в которых пропитан раствором иода). Способы извлечения адсорбированных веществ зависят от материала фильтра: так, ацетилцеллюлозные фильтры сжигают в смеси кислот, перхлорвиниловый фильтр растворяют в кислоте, фильтр из полистирола обрабатывают щелочью. Мембранные фильтры из нитроцеллюлозы легко минерализуются «мокрым способом» (при нагревании со смесью азотной и соляной кислот или азотной и серной кислот) или растворяются в органических растворителях (например, в метилацетате, ацетоне, метаноле).

Извлечение поглощенного вещества и определение его концентрации. При отборе проб воздуха на твердые сорбенты необходимо обеспечить количественную десорбцию поглощаемого вещества. Для этого используют способ экстракции органическими растворителями: гексан; гептан; хлорбензол. Они хорошо растворяют анализируемое вещество, имеют высокую степень чистоты, не должны вступать в реакцию с поглощаемым веществом. Десорбцию поглощаемых веществ осуществляют следующими способами: статическим методом – сорбент из трубки переносят в колбу с притертой пробкой, добавляют нужное количество растворителя и оставляют на определенное время, периодически встряхивая до наступления равновесия. Степень статической десорбции зависит от типа сорбента, растворителя, температуры и соотношения десорбционного вещества и растворителя;

динамическая десорбция – десорбцию проводят в трубке для отбора проб к противоположному от выхода воздуха концу трубки присоединяют воронку с притертой пробкой, закрепляют ее в штативе, заполняют растворителем и проводят десорбцию в 4 – 5 стадий. Соотношение между сорбентом и растворителем должно быть 1: 3. Экстракты собирают в цилиндры, где и проводится анализ. Этот способ применяется только для высококипящих веществ, так как здесь отсутствуют потери из – за невысокой летучести. Этим способ извлекается 95 % веществ. Недостаток – сильное разбавление пробы; термодесорбция сущность метода заключается в пропускании потоков инертного газа через нагретую до определенной температуры концентрационную трубку с сорбентом, так как для анализа в этом случае берут десорбционную пробу.

Устройства для отбора проб воздуха. В производственных условиях для отбора проб применяют аспирационные устройства, включающие в себя: побудитель расхода; расходомерное устройство. Признаки классификации аспирационных устройств. 1. В зависимости от расхода воздуха: малорасходные и высокорасходные. 2. В зависимости от источника энергии: сетевые, аккумуляторные, универсальные и ручные. 3. В зависимости от объекта отбора проб: для отбора проб газообразных веществ и устройства для аэродисперсных примесей. 4. По степени автоматизации: аспираторы ручного управления, при использовании которых начала и режим отбора пробы фиксируется оператором; полуавтоматические аспираторы, работа которых прекращается по достижении заданного времени или объема пропущенного воздуха; автоматические – работают без вмешательства оператора.

5. В зависимости от количества одновременно отбираемых проб: одноканальные и многоканальные. 6. В зависимости от условий эксплуатации: стационарные, переносные и индивидуальные. Побудители расхода – составная часть аспирационных устройств, в качестве которых используют ротационные воздуходувки и диафрагменные насосы. В ротационных воздуходувках в корпусе вращается ротор со вставленными в пазы лопастями, которые при вращении ротора прижимаются к внутренним стенкам корпуса и обеспечивают всасывание воздуха. Применение ограничивается сложностью регулирования его производительности, также создается сильный шум при работе. Диафрагменные насосы работают по принципу поршневого насоса. Конструкция проста, отсутствуют быстро изнашивающиеся детали, малый уровень шума при работе. Недостатки – пульсация давления, которой сопровождается их работа. Расход меры – это масса вещества или объем вещества, проходящий через определенное сечение канала в единицу времени.

Приборы, которые определяют расход вещества, называют расходомерами. В зависимости от принципа действия различают: расходомеры переменного перепада давления. При прохождении воздуха через суженые отверстия в приборе средняя скорость потока воздуха увеличивается, в результате этого статическое давление потока после сужения уменьшается, т. е. возникает перепад давления. Если измерить давление до сужения и за ним, то разность давления позволит определить скорость потока; расходомеры постоянного перепада давления представляют собой коническую трубу, вдоль которой перемещается поплавок, при изменении положения поплавка проходное сечение между ним и внутренней стенкой конической трубки изменяется, что приводит к изменению скорости потока в проходном сечении и соответственно к изменению перепада давления на поплавке. Перемещение поплавка продолжается до тех пор, пока перепад давления не станет равным массе поплавка. Каждому значению расхода воздуха соответствует определенное положение поплавка.

Анализ неорганических загрязнений воздуха. Определение концентрации пыли. Классификация пыли. диаметр ˃ 10 мкм – крупная, быстро осаждается в воздухе; диаметр от 0, 5 до 10 мкм – тонкая; Гравиметрический метод. Этот метод является наиболее точным и надежным. При всасывании атмосферного воздуха пыль собирают на предварительно взвешенном фильтре и затем взвешивают. Для улавливания тонкодисперсных частиц меньше 0, 1 мкм используют влагостойкие мембранные фильтры. Они отличаются мягкой поверхностью, различным размером пор и малым сопротивлением по отношению к потоку воздуха.

Свето – технический метод. Основывается на определении степени почернения пылевого потока на фильтре. Преимущества: измерения можно проводить непрерывно всасывая пробу воздуха через фильтровальную ленту, которую протягивают через воздухозабор. Недостаток: на степень почернения оказывает влияние размер частиц.

Оптические методы. Это самый простой метод. Концентрацию пыли в дымовом факеле можно определить с помощью шкал Рингельмана – решетка, изготавливаемая из проволоки различной толщины. Существует 4 номера этих – шкал – с 20, 40, 60 и 80 % затемнения поверхности. Шкалы Рингельмана устанавливают на расстоянии 15 м от наблюдателя, чтобы она представлялась ему равномерной серой поверхностью без отдельных линий, и сравнивают серый тон поверхности шкалы с окраской дымового факела. На этом принципе основан и оптический прибор, который направляют на дымовой факел и сравнивают окраску факела с поверхностью сеток Рингельмана. Пучок света, рассеянного частицами пыли, падает на фотоэлемент, фототок которого усиливается и регистрируется. Затем проводят измерения интенсивности рассеянного света в пробах воздуха с известной концентрацией пыли и строят калибровочную кривую с зависимостью интенсивности рассеянного света от концентрации пыли. Определяют интенсивность рассеянного света с неизвестной концентрацией пыли и по калибровочному графику определяют концентрацию пыли.

Электрический метод. Пробу воздуха пропускают в виде вихревого потока через измерительную трубку, в результате трения частиц пыли о внутреннюю поверхность стенки трубки в ней возникает статическое электричество, отводимый с трубки электрический ток усиливается и регистрируется. Скорость воздуха должна быть от 18 до 20 м/час. Этим способом можно определять содержание пыли от 0, 02 до 3 г/м 3. Недостаток: показатели будут зависеть от размера частиц.

Методы определения численной концентрации пыли. Способы измерения концентрации пыли по числу частиц основаны на том, что из известного небольшого объема воздуха проводят осаждение пыли на прозрачную поверхность, при этом видимые частицы подсчитывают с помощью микроскопа. Существует несколько способов осаждения частиц: пыль задерживается во время прохождения на фильтре; поток воздуха направляется на клейкую прозрачную поверхность, к которой прилипают частицы пыли; частицы задерживаются в жидкости пропускании пробы через стеклянные промывные склянки. Достоинство: возможность использования небольших объемов воздуха, но это является и недостатком.

Измерение массы осевшей пыли. Измерение массы выпадающей пыли осуществляется следующим способом. Пылесборник с известной рабочей поверхностью устанавливается в месте отбора проб на открытом воздухе на тот промежуток времени, пока не соберется пыль. Для полноты улавливания частиц пыли склянку пылесборника заполняют водой, которую по мере испарения необходимо добавлять. Это предотвращает потери за счет сдувания частиц пыли с сухой поверхности. По истечении установленного времени воронки промывают небольшим количеством воды, осажденную пыль и воду сливают в предварительно взвешенную чашку, затем выпаривают влагу и определяют массу частиц.

Определение воздухе). влажности (концентрации воды в 1. Гравиметрический метод. Отбор проб. При пропускании пробы воздуха через трубку, заполненную осушителем, водяной пар поглощается. Зная массу осушителя до пропускания и после можно определить массу водяного пара и сделать перерасчет на концентрацию. Объем пропускания пробы равен 50 100 мл/час. Возможно аналитическое определение влажности с нитридом магния. 2. Инструментальный метод. Чаще всего используют волосной гидрометр. Действие волосного гигрометра основано на свойстве обезжиренного волоса изменять свою длину при изменении влажности воздуха, что позволяет измерять относительную влажность от 30 до 100 %. Волос натянут на металлическую рамку. Изменение длины волоса передаётся стрелке, перемещающейся вдоль шкалы. Но при температуре свыше 60ºС происходит деформация волоса, поэтому применение гигрометра ограничивается температурным фактором.

3. Измерение влажности по электрической проводимости. Принцип действия: влага, поглощаемая гигроскопическими веществами, может изменять их электрическую проводимость. Поглотительной жидкостью в данном случае является концентрированная серная кислота. 4. Определение влажности по тепловому эффекту. Серная кислота, поглощая пары воды, нагревается, возникает тепловой эффект, который может быть измерен. Установлено, что 1 калл соответствует 1 мл воды, если в качестве поглотительной жидкости используется 96 % серная кислота. Для непрерывного определения концентрации паров воды используются психрометры. Воздух пропускают между двух термометров, один из которых непосредственно соприкасается с окружающей средой, а резервуар другого обернут материей, смоченной водой. При измерении в результате испарения влаги между термометрами возникает разность температур, тем больше, чем ниже относительная влажность воздуха.

Методы контроля за азотсодержащими примесями. 1. Определение концентрации сероводорода. Колориметрический метод. В качестве поглотителя могут использовать гидроксид кадмия (Cd(ОН)2), но чаще всего ацетат свинца, с помощью которого обрабатывают бумажки размером 5 на 10 см, вкладывают их в специальные устройства, через которые протягивают воздух, содержащий сероводород. Фильтровальные бумажки при этом окрашиваются в разные оттенки коричневого цвета в зависимости от концентрации сероводорода. Если содержание сероводорода – 6 млн 1, то бумага окрашивается в желто коричневый цвет, 17 млн 1 – молочно – шоколадный, 40 млн 1 – темно – коричневый;

2. Методы определения диоксида серы. 1. Для быстрого определения концентрации диоксида серы применяют индикаторы утечки газа. Содержание диоксида серы определяют по интенсивности синей окраски раствора крахмала йодом. Выделяющегося в процессе восстановления иодата диоксидом серы. 2. Титрование диоксида серы в виде сульфат – иона индикатором Торона. Воздух. Содержащий диоксид серы, пропускают через раствор перекиси водорода. В результате в растворе образуются сульфат – ионы, которые оттитровывают перхлоратом бария в присутствии индикатора Торона. Установлено, что 0, 1 мл соответствует 3 мкг . 3. Непрерывное автоматическое определение диоксида серы. Способ основан на измерении увеличения электропроводности пропускании пробы воздуха с диоксидом серы через раствор перекиси водорода, вызванного образованием сероводорода.

Методы определения концентрации и. Для улавливания паров серной кислоты пробу воздуха пропускают через двойной слой фильтровальной бумаги, поглощенную фильтром кислоту титруют гидроксидом натрия. 1 мл соответствует 98 мкг . При этом методе анализа обнаруживаются все кислоты, которые были поглощены фильтром, поэтому в этом случае проводят титрование перхлоратом бария в присутствии индикатора Торона. Содержание определяют путем адсорбции на фильтре из стекловолокна. При пропускании прбы воздуха 10 л/мин адсорбируемый десорбируют потоком азота, нагретым до температуры 400ºС. Затем его превращают в , пропуская через медные стружки, нагретые до 500ºС.

Методы контроля за азотсодержащими примесями. Содержание определяют методом газовой хроматографии: концентрируют на селикогели при температуре 70ºС, а десорбцию проводят при комнатной температуре. 1 Методы определения и. Ацидометрическое определение. Пробу воздуха вводят в большие сосуды, из которых откачен воздух, после добавления воды или пероксида водорода систему оставляют стоять в течение нескольких часов, в процессе отстаивания образуется азотная кислота, которую оттитровывают гидроксидом натрия в присутствии фенолфталеина. 1 мл соответствует 460 мкг .

2. Колориметрическое определение диоксида азота после абсорбции щелочным раствором. Для абсорбции используют склянку с пористой пластиной, которую заполняют поглотительным раствором, в качестве которого используют с бутанолом (в качестве пенообразующего средства для полноты поглощения диоксида азота), затем вводят реагент – гидрохлорид натрия, выдерживают 30 мин и фотоколориметрируют при длине волны 550 нм. В качестве стандартного раствора используют . 3. Колориметрическое определение диоксида азота после абсорбции кислым раствором (с реактивом Грисса). Определение содержания диоксида азота основано на образовании азотокрасителей с реактивом Грисса (ɑ нафтиламин и салициловая кислота). В промывную склянку с пористой пластиной помещают реактив, пропускают 10 – 20 л воздуха со скоростью не более 0, 5 л/мин и через 15 мин определяют интенсивность красной окраски, колориметрируя при длине волны 530 нм.

4. Автоматические методы определения содержания диоксида азота. Проводят двумя способами: образование азотокрасителей с реактивом Грисса; на основе реакции В этом случае фиксируют изменения электропроводности. Методы определения аммиака. 1. Алколометрические методы. Пробы воздуха пропускают через поглотительный раствор с бромфенолом. Скорость пропускания воздуха 1 л/мин, затем аспиратор отсоединяют и после того как только раствор окрасится в синий цвет определяют концентрацию аммиака. - объем аспирированного воздуха.

2. Метод определения содержания аммиака индофеноловой реакции. Аммиак дает синее окрашивание с гипохлоритом натрия, полученный раствор фотоколориметрируют при длине волны 615 нм. Калибровочную кривую строят по . Особенностью этой реакции является то, что концентрацию аммиака можно определить в присутствии диоксида серы.

Методы определения содержащих примесей. концентрации углеродо- 1. Определение диоксида углерода путем встряхивания воздушной пробы с. Пробу воздуха пропускают в склянку объемом 5 л, пипеткой вносят 100 мл гидроксида бария, склянку закупоривают и встряхивают в течение 15 мин, затем 25 мл раствора оттитровывают соляной кислотой в присутствии фенолфталеина до полного обесцвечивания. где объем соляной кислоты, израсходованной на титрование 25 мл раствора ; объем соляной кислоты, израсходованной на титрование 25 мл раствора после встряхивания; объем аспирированного воздуха, приведенный к нормальным условиям.

2. Колориметрическое определение диоксида углерода. Используется для анализа небольших количеств воздуха. Метод основан на ослаблении красной окраски гидроксида натрия в присутствии избытка фенолфталеина. Раствор гидроксида натрия пропускают через пробу воздуха, содержащего диоксид углерода, в этом случае происходит снижение интенсивности окраски данного раствора. 3. Автоматические методы определения содержания диоксида углерода. метод кондуктометрии: пробу воздуха пропускают через раствор гидроксида натрия и фиксируют изменения электропроводимости раствора; инфракрасная спектрометрия.

Определение содержания оксида углерода. 1. Инструментальные методы определения. Используют приборы, принцип действия которых основан на каталитическом сжигании оксида углерода и измерении количества теплоты, которое при этом образуется. Установлено, что 1 % оксида углерода соответствует повышению температуры на 60ºС. 2. Объемно – аналитическое определение содержания оксида углерода после окисления до диоксида углерода. Окисление проводят пентооксидом йода, выделяющемся в ходе окисления йода, который затем оттитровывают раствором тиосульфата натрия в присутствии крахмала.

Тема 4. Наблюдения за загрязнением атмосферного воздуха

1. Организация сети наблюдений за загрязнением атмосферного воздуха Организация наблюдений за уровнем загрязнения атмосферы в городах и населенных пунктах осуществляется в соответствии с ГОСТ 17. 2. 3. 01 86 «Охрана природы. Атмосфера. Правила контроля качества воздуха населённых пунктов» . Наблюдения за уровнем загрязнения атмосферы производится на посту, представляющем собой заранее выбранное для этой цели место, на котором размещается павильон или автомобиль, оборудованный соответствующими приборами. Посты наблюдений устанавливаются трех категорий: стационарные, маршрутные и передвижные (подфакельные). Стационарный пост предназначен для обеспечения непрерывной регистрации содержания загрязняющих веществ или регулярного отбора проб воздуха для последующего анализа. Из числа стационарных постов выделяются опорные стационарные посты, которые предназначены для выявления долговременных измерений содержания основных и наиболее распространённых специфических загрязняющих веществ. Стационарные посты оборудованы специальными павильонами, которые устанавливают в заранее выбранных местах.

Маршрутный пост предназначен для регулярного отбора проб воздуха в том случае, когда невозможно (нецелесообразно) установить пост или необходимо более детально изучить состояние загрязнения воздуха в отдельных районах, например в новых жилых районах. Наблюдения на маршрутных постах проводятся с помощью передвижной лаборатории, оснащенной необходимым оборудованием и приборами. Такая передвижная лаборатория имеет производительность около 5000 отборов проб в год, при этом в день на такой машине может производиться 8 10 отборов проб воздуха. Маршрутные посты также устанавливают в заранее выбранных точках. Одна машина за рабочий день объезжает 4 5 точек. Порядок объезда маршрутных постов ежемесячно меняется таким образом, чтобы отбор проб воздуха на каждом пункте проводился в разное время суток. Например, в первый месяц машина объезжает посты в порядке возрастания номеров, во второй в порядке их убывания, а в третий с середины маршрута к концу и от начала к середине и т. д.

Передвижной (подфакельный) пост служит для отбора проб под дымовым (газовым) факелом с целью выявления зоны влияния данного источника промышленных выбросов. Наблюдения под факелом предприятия также ведутся с помощью специально оборудованной автомашины. Подфакельные наблюдения осуществляются за специфическими загрязняющими веществами, характерными для выбросов данного предприятия, по специально разрабатываемым программам и маршрутам. Места отбора проб при подфакельных наблюдениях выбирают на разных расстояниях от источника загрязнения с учетом закономерностей распространения загрязняющих веществ в атмосфере. Отбор проб воздуха производится по направлению ветра, последовательно, на расстояниях 0, 2. . 0, 5; 1; 2; 3; 4; 6; 8; 10; 15 и 20 км от стационарного источника выброса, а также с наветренной стороны источника. Под факелом проводятся наблюдения за типичными для данного предприятия ингредиентами с учетом объема выбросов и их токсичности. В зоне максимального загрязнения (по данным расчётов и экспериментальных замеров) отбирается не менее 60 проб воздуха, а в других зонах не менее 25. Отбор проб воздуха при проведении подфакельных наблюдений производится на высоте 1, 5 м от поверхности земли в течение 20 30 мин, не менее чем в 3 точках одновременно.

Точность наблюдений за уровнем загрязнения атмосферы в городе зависит от правильности расположения поста на обследуемой территории. При выборе места для размещения поста, прежде всего, следует установить, какой параметр будет контролироваться: уровень загрязнения воздуха, характерный для данного района города, или концентрация примесей в конкретной точке, находящейся под влиянием выбросов отдельного промышленного предприятия, крупной автомагистрали. В первом случае пост должен быть расположен на таком участке местности, который не подвергается воздействию отдельно стоящих источников выбросов. В результате значительного перемешивания городского воздуха уровень загрязнения в районе поста будет определяться всеми источниками выбросов, расположенными на исследуемой территории. Во втором случае пост должен размещаться в зоне максимальных концентраций примеси, связанных с выбросами рассматриваемого источника.

Каждый пост независимо от категории размещается на открытой, проветриваемой со всех сторон площадке (на асфальте, твердом грунте, газоне). Если пост разместить на закрытом участке (вблизи высоких зданий, на узкой улице, под кронами деревьев или рядом с низким источником выбросов), то в этом случае будет определяться уровень загрязнения, создаваемый в конкретном месте, а реальный уровень загрязнения будет занижаться из за поглощения газов густой зеленью или из за застоя воздуха и скопления вредных веществ вблизи строений. Стационарный и маршрутный посты организуются в местах, выбранных с учётом обязательного предварительного исследования загрязнения воздушной среды города промышленными выбросами, выбросами автотранспорта, бытовыми и другими источниками, а также с учетом изучения метеорологических условий рассеивания примесей путем наблюдений и расчётов полей максимальных концентраций примесей. При этом следует учитывать повторяемость направления ветра над территорией города. В определённых направлениях выбросы от многочисленных предприятий могут создавать общий факел, соизмеримый с факелом крупного источника.

Если повторяемость таких направлений ветра велика, то зона наибольшего среднего уровня загрязнения будет формироваться на расстоянии 2 4 км от основной группы предприятий, причём иногда она может располагаться и на окраине города. Выбору местоположения стационарных постов должно предшествовать ознакомление с генеральным планом развития города с целью учёта планируемого размещения крупных источников выбросов и жилых районов. Для характеристики распределения концентрации примеси по городу посты необходимо устанавливать в первую очередь в тех жилых районах, где возможны наибольшие средние уровни загрязнения, затем в административном центре населённого пункта и в жилых районах с различными типами застройки, а также в парках и зонах отдыха. К числу наиболее загрязнённых районов относятся зоны наибольших максимальных разовых и среднесуточных концентраций, создаваемые выбросами промышленных предприятий (такие зоны находятся на расстоянии (0, 5 2 км от низких источников выбросов и 2 3 км от высоких), а также магистрали интенсивного движения транспорта, поскольку влияние автомагистрали обнаруживается лишь в непосредственной близости от нее (на расстоянии 50 100 м).

Полная программа наблюдений предназначена для получения информации о разовых и среднесуточных концентрациях. Наблюдения в этом случае выполняются ежедневно путём непрерывной регистрации с помощью автоматических устройст. В, через равные промежутки времени, не менее четырех раз при обязательном отборе проб в 1, 7, 13 и 19 ч по местному времени. По неполной программе наблюдения проводятся с целью получения информации о разовых концентрациях ежедневно в 7, 13 и 19 ч местного времени. По сокращенной программе наблюдения проводятся с целью получения информации только о разовых концентрациях ежедневно в 7 и 13 ч местного времени. Наблюдения по сокращенной программе допускается проводить при температуре воздуха ниже 45 °С и в местах, где среднемесячные концентрации ниже 1/20 максимальной разовой ПДК или меньше нижнего предела диапазона измерений концентрации примеси. Суточная программа отбора проб предназначена для получения информации о среднесуточной концентрации. В отличие от полной программы наблюдения в этом случае проводятся путем непрерывного суточного отбора проб, при этом исключается получение разовых значений концентрации.

2. Наблюдения за радиоактивным загрязнением атмосферного воздуха При проведении мониторинга радиоактивного загрязнения атмосферы применяются сборники радиоактивных загрязнений и воздухофильтрующие устройства. Причём своей чувствительностью воздухофильтрующие устройства значительно превосходят сборники радиоактивных выпадений из атмосферы. Для наиболее эффективного контроля за распространением в атмосфере радиоактивных выбросов должна быть обеспечена возможность точного определения полного изотопного состава проб аэрозолей, для чего производительность фильтрующего устройства и эффективность улавливания аэрозолей должны быть достаточно высокими. Такая возможность имеется в фильтрующих установках серии «Тайфун» , в которых в качестве фильтрующего элемента применяется высоко эффективная фильтроткань для улавливания радиоактивных аэрозолей и сорбционный фильтр для улавливания радиоактивного газообразного йода. Измерения радиоактивного заражения проводят с помощью радиометров и дозиметров.

3. Наблюдения за фоновым состоянием атмосферы Рост выбросов вредных веществ в атмосферу в результате индустриализации и урбанизации вызывает увеличение содержания примесей на значительном расстоянии от источников загрязнения, а также глобальные изменения в составе атмосферы, что в свою очередь может привести ко многим нежелательным последствиям, в том числе и к изменению климата. В связи с этим необходимо определять и постоянно контролировать уровень загрязнения атмосферы вне зоны непосредственного действия промышленных источников и тенденцию его дальнейших изменений. В шестидесятые годы XX в. Всемирной метеорологической организацией (ВМО) была создана мировая сеть станций мониторинга фонового загрязнения атмосферы (БАПМо. Н). Цель ее состоит в получении информации о фоновых уровнях концентрации атмосферных составляющих, их вариациях и временных изменениях, по которым можно судить о влиянии человеческой деятельности на состояние атмосферы. Такая система позволяет накопить материал для оценки возможных изменений климата, перемещения и выпадения вредных веществ, оценить атмосферную часть биологических циклов.

В обязательную программу наблюдений на базовых станциях включены наблюдения за содержанием диоксида серы, аэрозольной мутностью атмосферы, радиацией, взвешенными аэрозольными частицами и химическим составом осадков. В связи с ростом загрязнения окружающей природной среды в глобальном масштабе в 70 годы XX в. при ООН был создан комитет по окружающей среде (ЮНЕП). Комитет принял решение об образовании глобальной системы мониторинга окружающей среды (ГСМОС), предназначенной, главным образом для наблюдения за фоновым состоянием биосферы в целом и в первую очередь за процессами ее загрязнения. Для выполнения единой программы наблюдений специалистами ряда стран были совместно разработаны методы определения концентраций загрязняющих веществ в объектах природной среды, в том числе в атмосферном воздухе и осадках; а также приняты для практического использования методики, позволяющие получить сопоставимые результаты.

Национальная сеть станций комплексного фонового мониторинга входит в международную сеть и осуществляет наблюдение за состоянием загрязнения природных сред фоновых районов. Эта сеть является фундаментом для создания национальной службы экологического мониторинга, которая впоследствии объединит станции, работающие по международным программам. Для фонового мониторинга используют: Базовые станции следует располагать в наиболее чистых местах, в горах, на изолированных островах, где на расстоянии 100 км от станции по всем направлениям в ближайшие 50 лет не предвидится значительных изменений в практике землепользования. Основной задачей базовых станций является контроль за глобальным фоновым уровнем загрязнения атмосферы, не испытывающим влияния никаких локальных источников.

Региональные станции, главная цель которых заключается в обнаружении в районе станции долгопериодных колебаний атмосферных составляющих, обусловленных изменениями в использовании земли и другими антропогенными воздействиями, должны находиться в сельской местности, на расстоянии не менее 40 км от крупных источников загрязнения. На региональных станциях в программу наблюдений входят измерения атмосферной мутности и концентрации взвешенных аэрозольных частиц, а также определение химического состава атмосферных осадков. Континентальные станции (или региональные станции с расширенной программой) охватывают более широкий спектр исследований по сравнению с региональными станциями. Они должны размещаться в отдаленных районах, чтобы в радиусе 100 км не было источников, которые (за исключением коротких периодов времени) могли бы повлиять на локальные уровни загрязнения. В связи с тем, что континентальные фоновые станции призваны характеризовать особенности загрязнения континентов в целом, их целесообразно устанавливать выше слоя перемешивания, т. е. выше 1000 м над уровнем моря.

Существуют также станции комплексного фонового мониторинга (СКФМ). Одним из принципов фонового мониторинга является комплексное изучение содержания загрязняющих веществ в компонентах экосистем. Поэтому программа наблюдений на СКФМ включает в себя систематические измерения содержания загрязняющих веществ одновременно во всех средах. Перечень включенных в программу веществ составлен с учетом таких их свойств, как распространенность и устойчивость в окружающей среде, способность к миграции на большие расстояния, степень негативного воздействия на биологические и геофизические системы различных уровней. Измерению подлежат среднесуточные концентрации в атмосферном воздухе взвешенных частиц, озона, оксидов углерода и азота, диоксида серы, сульфатов, бенз а пирена, а также показатель аэрозольной мутности атмосферы. В атмосферных осадках измеряются концентрации свинца, ртути, кадмия, мышьяка, бенз а пирена, ДДТ и других хлор органических соединений, р. Н, количество анионов и катионо. В. Данные гидрометеорологических наблюдений используются для расчета параметров, характеризующих степень загрязнения природной среды, и интерпретации их динамики.

4. Обработка и обобщение результатов наблюдений за уровнем загрязненния атмосферы Данные о результатах наблюдений загрязнения атмосферного воздуха и метеорологических параметров, о результатах подфакельных и других наблюдений поступают со стационарных и маршрутных постов в одно из подразделений местных органов Росгидромета, чаще всего в отделы обеспечения информацией хозяйственных организаций, управлений по гидрометеорологии, где они проходят контроль и сводятся в специальные таблицы, называемые таблицами наблюдений за загрязнением атмосфер (ТЗА). Эти таблицы подразделяются на четыре вида: ТЗА 1 результаты разовых наблюдений за загрязнением атмосферного воздуха на сети постоянно девствующих стационарных и маршрутных постов в одном городе или промышленном центре, а также данные метеорологических и аэрологических наблюдений; ТЗА 2 результаты подфакельных наблюдений; ТЗА 3 данные средних суточных наблюдений за выпадением и концентрацией пыли и газообразных примесей;

ТЗА 4 данные суточных наблюдений с помощью газоанализаторов или других приборов и устройств непрерывного действия. ТЗА 1 состоит из основной таблицы и дополнительной, которая называется ТЗА 1 д. Таблица ТЗА 1 состоит из 8 страниц (100 120 наблюдений за месяц). В нее записываются данные наблюдений за концентрацией примесей и метеопараметры, соответствующие срокам отбора проб воздуха на метеостанциях. Таблица ТЗА 1 д предназначена для записи концентрации примесей и метеорологических данных наблюдений на постах Санэпиднадзора (СЭН) и других ведомств того же города, а также результатов спектрального определения в пробах содержания металлов. ТЗА 2 составляется в соответствии с методиками Росгидромета. В титульный лист таблицы ТЗА 3 записывается дата окончания суток, а при наблюдениях за концентрацией пыли дата снятия фильтра или марли с планшета.

После заполнения таблицы ТЗА 3 производятся расчеты и выборки: средних концентраций (или выпадений осадков) за все дни месяца; максимальных концентраций (или выпадений осадков) за все дни месяца; то же за дни с осадками, в том числе с осадками до 5 мм и более; то же за дни без осадков; для всех вышеуказанных расчетов выбираются данные о скоростях ветра менее 2, 2 и более 5 м/с; числа случаев выше ПДК. ТЗА 4 содержит результаты непрерывных наблюдений (газоанализаторов и других приборов) за месяц.

Тема 5. Методы анализа атмосферного воздуха

Анализ загрязнений, содержащихся в воздушной среде, можно отнести к наиболее трудным задачам аналитической химии. Это обусловлено следующими причинами: • одна проба одновременно может содержать десятки и даже сотни органических и неорганических соединений; • концентрация токсичных веществ в атмосфере может быть ничтожно малой (до 10 4 10 7 % и ниже); • воздух представляет собой неустойчивую систему с постоянно меняющимся составом (наличие влаги, кислорода, фотохимические реакции, изменение метеорологических условий). Для анализа загрязнений воздуха получили распространение методы, которые можно разбить на четыре группы: хроматографические, масс спектрометрические, спектральные, электрохимические.

1. Хроматографические методы анализа обладают практически неограниченными возможностями в разделении даже очень сложных по составу и многокомпонентных смесей веществ в сочетании с совершенной аналитической техникой и использованием высокочувствительных и селективных детекторов. В настоящее время почти половина всех газов и летучих органических веществ выполняется хроматографическим методом, а более одной трети из них – методом газовой хроматографии.

В газовом хроматографе разделение летучих веществ происходит в следующей последовательности. С помощью специального устройства обычно небольшого стеклянного шприца – проба вводится с одного конца длинной узкой хроматографической колонки (трубка длиной 0, 9 3, 0 м и диаметром 0, 25 50 мм), через которую протекает газ носитель. В качестве газа носителя используется инертный газ, который проходит через колонку с постоянной скоростью и выносит компоненты пробы, появляющиеся на выходе в зависимости от времени удерживания их в колонке. Разделение происходит за счет твердого (адсорбента) или жидкого (абсорбента) вещества, находящегося в колонке и называемого неподвижной фазой.

Благодаря абсорбции отдельных компонентов на активных центрах абсорбента или их растворению в неподвижной фазе в зависимости от физических свойств компонентов смеси одни из них продвигаются быстрее, а другие медленнее, что позволяет их различать на выходе, применяя соответствующий детектор. В результате можно получить зональное распределение компонентов хроматограмму, позволяющую выделить и проанализировать отдельные пробы вещества.

С его помощью в большом интервале концентраций можно определять неорганические газы, металлы после перевода их в летучие комплексы, а также большинство органических соединений, в том числе полимеры и олигомеры. Этот метод позволяет анализировать широкий круг объектов (от изотопов водорода до металлов) с температурой кипения от 250 до 1000 С, дает возможность получать в одном анализе информацию о содержании всех компонентов в сложной смеси. Во вторых, практическое применение метода несложно, для проведения газохроматографического анализа используют стандартную аппаратуру, автоматически регулирующую результаты анализа.

В третьих, этот метод характеризуется высокой эффективностью разделения при относительно небольшой (1 30 минут) продолжительностью анализа, а также очень высокой чувствительностью, чаще всего недоступной другим хроматографическим методам. Этот метод имеет два варианта: газоадсорбционная и газожидкостная хроматография. Разделение компонентов смеси происходит в хроматографической колонке. Хроматографические колонки: набивные (стекло, сталь и др. ) и капиллярные (стекло, кварц).

Современные газовые хроматографы относятся к аналитическим приборам основными элементами которых являются газовая колонка с сорбентом и баллон со сжатым газом – носителем (водород, неон, азот, гелий, аргон или диоксид углерода). Перемещаемая током газа – носителя вдоль колонки анализируемая проба разделяется на отдельные компоненты, которые после элюирования из хроматографической колонки фиксируются чувствительным детектором, а результирующая хроматограмм записывается с помощью диаграммного регистратора.

История развития газовой хроматографии это история появления и развития детекторов для хроматографии. Применятся несколько типов детекторов: 1. Детектор теплопроводности (ДТП) или катарометр. Принцип его действия основан на различии теплопроводностей анализируемого вещества и газа носителя. 2. В детекторе ионизационно пламенном (ПИД или ДИП) используется зависимость электропроводности пространства между электродами от числа находящихся в нем ионизированных частиц, которые образуются в водородном пламени под действием термических и окислительных процессов при попадании в него молекул анализируемого вещества. Выходным сигналом детектора является значение силы тока, протекающего между электродами под действием приложенного к ним напряжения.

3. Электронно захватный детектор (ЭЗД) или детектор по захвату электронов, как и ДИП , основан на зависимости электропроводности промежутка между электродами и числим ионов, находящихся в этом промежутке, которое связано с числом молекул, поступающих в детектор. Однако механизм и способ образования ионов принципиально отличаются от такового в случае ДИП ионы образуются в результате взаимодействия молекул анализируемого вещества и потока электронов в камере детектора в результате бета распада радиоактивного вещества. Необходим очень чистый газ носитель, например азот, не содержащий следов кислорода, который снижал бы чувствительность детектора ЭЗД. Чувствительность определения зависит от наличия галоид , нитро и других групп, взаимодействующих с электронами.

4. Детектор термоионный (ДТИ) по принципу действия аналогичен ДИП. Однако дополнительно в водородное пламя непрерывно поступает поток ионов щелочных металлов (калий, натрий, цезий ). В их присутствии резко возрастает эффективность ионизации соединений, содержащих азот, фосфор, хлор и др. ДТИ применяют для определения ФОС и азотосодержащих соединений.

5. Пламенно фотометрический детектор (ПФД) селективен и обладает повышенной чувствительностью по отношению к соединениям, содержащим серу. Качественный анализ состоит в сравнении периодов времени удерживания данного вещества на хроматограмме от момента ввода пробы в испаритель до момента, соответствующего максимальному значению сигнала для данного компонента.

Количественный анализ основан на прямо пропорциональной зависимости содержания вещества в пробе от площади пика данного компонента на хроматограмме. Расчет ведется в основном тремя методами: • 1. Метод абсолютной калибровки заключается в построении графиков зависимости высоты или площади пика Х от содержания компонентов в смеси. Расчет ведется по следующим формулам: X= 1000 a/V или X = c. V/V 20, • где a содержание вещества, определенное по графику; мг • V объем пробы воздуха, вводимого в испаритель хроматографа, мл • с концентрация вещества, рассчитанная по графику, мг/мл • V 20 объем пробы воздуха, произведенный в стандартных условиях.

2. Метод внутреннего стандарта основан на введении в анализируемую смесь известного количества вещества, принимаемого за стандарт. По своим свойствам оно должно быть достаточно близко к анализируемым соединениям, но полностью отличаться от них по хроматограмме. 3. Метод нормализации площадей пиков. При этом сумму площадей всех пиков с учетом поправочных коэффициентов принимают за 100%. Для вычисления концентрации вещества (в объемных процентах) необходимо его площадь умножить на 100 и разделить на сумму всех площадей. Метод прост, но может быть использован лишь тогда, когда все компоненты известны и полностью разделены.

Ионная хроматография объединяет принцип ионообменной хроматографии, включающей последовательное использование двух колонок, с кондуктометрическим детектированием. В основе этого метода элюентное ионообменное разделение ионов на первой (разделяющей) колонке с последующим подавлением фонового сигнала элюента (растворитель) на второй (подавляющей) ионообменной колонке. Ионный хроматограф состоит из резервуара с элюентом, насоса, разделяющей и подавляющей колонок, детектора и регистрирующего устройства. Инообменные колонки заполняют неподвижными фазами, содержащими в своей структуре ионогенные группы, способные к реакции обмена и обладающие высокой проникающей способностью.

При анализе катионов колонку для разделения заполняют сульфированными катионитами низкой емкости, а подавляющую колонку анионитом высокой емкости. В качестве элюентов используют растворы HCL, HNO 3, гидрохлорида, пиридина и др. В качестве подвижной фазы растворы карбоната и гидрокарбоната натрия. Достоинства данного метода: 1. Низкий предел обнаружения (10 3 мкг/мл). Применение концентрирующей колонки позволяет снизить предел обнаружения еще на 2 3 порядка.

2. Высокая селективность определения ионов в сложных смесях, а также возможность одновременного определения органических и неорганических ионов. 3. Быстрота определения, в течение 20 минут в одной пробе можно определить до 10 ионов. 4. Большой интервал определяемых концентраций. 5. Малый объем пробы (0, 1 – 0, 5 мл). 6. Простота подготовки пробы к анализу.

Жидкостная хроматография старше газовой на 40 лет, является незаменимой при анализе высококипящих промышленных ядов и попадающих в атмосферу твердых частиц сложного состава. Это хроматографический метод, позволяющий разделить высококипящие жидкости и (или) твердые вещества, которые затруднительно либо нецелесообразно определять методом газожидкостной хроматографии, например полициклические ароматические углеводороды, аминокислоты, ПАВ, пестициды, лекарственные препараты, углеводы и др.

Хроматограф состоит из: колонок из нержавеющей стали, толстостенного стекла, тантала или меди; пористых носителей: силикагель, хромосорб, биосил и др. ; детекторов; подвижной фазы: ацетонитрил, метанол и др. Пробу, предназначенную для разделения методом жидкостной хроматографии, вводят в потоке элюента с помощью шприца через перегородку в блок для ввода пробу или применяют петлю для ввода пробы, из которой пробу вымывают в систему элюентом.

Метод тонкослойной хроматографии вид жидкостной хроматографии, которая стала общепризнанным методом для разделения и анализа химических соединений различных классов. В качестве адсорбента здесь в основном используют силикагель и оксид алюминия. Количественную оценку разделенных соединений проводят непосредственно на слое адсорбента или после их вымывания из слоя. Данным методом определяют полициклические ароматические углеводороды, гликоли, альдегиды, фенолы, сложные эфиры и пестициды.

Разделение происходит на специальных пластинках для тонкослойной хроматографии. Неподвижная фаза в ТСХ: силикагель, оксид алюминия, ионообменные смолы с добавками крахмала и гипса. Анализируемую смесь наносят на стартовую линию микрошприцем или микропипеткой. Пластинку или бумагу с нанесенной пробой помещают в закрытую камеру, содержащую растворитель, который перемещается по слою сорбента (или по бумаге) под действием капиллярных сил. Компоненты смеси перемещаются вместе с растворителем с различными скоростями. По окончании разделения пластинку или бумагу вынимают из камеры, испаряют растворитель, обрабатывая струей теплого воздуха. Определяемые вещества появляются на хроматограмме в виде пятен в результате обработки специальным реактивом (например, нингидрин при анализе аминокислот) или методом флюоресценции. Содержание анализируемого компонента пропорционально площади пятен.

Метод хроматографии на бумаге очень близок к методу ТСХ, однако имеет два недостатка: низкая скорость разделения и малая адсорбционная способность. Так же как и в ТСХ, разделение основано на распределительном и ионообменном механизмах, данный метод используется для определения алифатических спиртов, стирола, органических кислот, меди, кобальта, никеля, нитробензола и нитрохлорбензола.

В последние годы наиболее широкое применение для автоматического контроля углеводородов получил пламенно ионизационный метод. Детектирование с применением пламенно ионизационного метода осуществляется введением газообразной пробы в пламя водорода. Пламя находится между электродами, на которых поддерживается напряжение в несколько сот вольт. При отсутствии примесей (горение только одного водорода) возникающий ток ионизации ничтожно мал. Когда в водородное пламя вводится газообразная проба, содержащая углеводороды, в пламени образуются ионы, которые направляются к положи тельному электроду. Возникающий ток ионизации усиливается электрометрическим усилителем постоянного тока и регистрируется самопишущим прибором. К числу достоинств пламенно ионизационного метода относятся: высокая чувствительность к органическим веществам, линейная характеристика преобразования, нечувствительность к большинству примесей неорганического происхождения.

Использование пламенно ионизационного метода для детектирования после разделения компонентов пробы с применением газовой хроматографии позволяет различать присутствующие углеводороды и определить их количество. Следует отметить, что собственно пламенно ионизационный метод дает возможность определять только суммарное количество присутствующих углеводородов и не позволяет различать вещества.

2. Масс-спектрометрические методы. Сложные композиции загрязняющих веществ в атмосферном воздухе, одновременное присутствие органических и неорганических соединений существенно затрудняет проведение анализа. Для качественной и количественной оценки композиций необходимо четко разделить анализируемые вещества и получить однозначные характеристики для каждого из них. Одновременное выполнение этих двух требований обеспечивает масс спектральный анализ с предварительным хроматографическим разделением соединений. Такой анализ получил название «хромато масс спектрометрия» (ХМС).

По существу в ХМС анализе воздушных загрязнений имеются дна подхода: 1) определение специфических соединений или интересующих классов; 2) общий анализ (качественный и количественный) всех соединений, присутствующих в данной пробе загрязненного воздуха. Спектральные методы анализа являются наиболее распространенным способом исследования качественного и количественного состава загрязнений воздуха. Атомная абсорбция, плазменная эмиссионная спектроскопия, рентгенофлуоресцентная спектроскопия, лазерные методы и другие позволяют определить множество микропримесей в воздухе.

3. Спектральные методы анализа являются наиболее распространенными способами исследования качественного и количественного состава загрязнения воздуха. К ним относят колориметрию, УФ спектроскопия, ИК спектроскопия, атомно – адсорбционная спектроскопия, плазменная эмиссионная спектроскопия, люминесцентный анализ, ядерно физические методы анализа и дистанционные методы анализа.

Колориметрия – один из доступных методов анализа, основан на измерении ослабления светового потока, происходящего вследствие избирательного поглощения света определяемым веществом в видимой области спектра. Определяемый ингредиент переводят в окрашиваемое соединение при помощи специфической химической реакции, затем проводят определение интенсивности окраски раствора. Если исследуемое вещество непосредственно поглощает в видимой области спектра, так как отпадает необходимость получения окрашенного раствора.

Применяемые в колориметрии приборы делят на два типа: 1) приборы, в которых проводят визуальное сравнение окрасок рабочего и стандартного растворов; 2) приборы, в которых определяют абсолютные или относительные интенсивности световых потоков, прошедших через раствор. Известное распространение получили и ленточные фотоколориметрические газоанализаторы, в которых взаимодействие определяемого вещества и реагента происходит на бумажных, тканевых или полимерных лентах. Ленточные анализаторы имеют преимущества перед жидкостными: они более чувствительны, проще в работе, не требуют затрат времени на предварительное приготовление растворов.

УФ-спектроскопия – используется для анализа ароматических соединений с сопряженными связями и гетероциклических соединений, также для анализа диоксидов серы и азота, ртути. По сравнению с колориметрией метод обладает более высокой чувствительностью, однако имеет и недостаток низкую селективность. Это связано с тем, что множество органических соединений, загрязняющих воздух, имеют в УФ области спектра широкие полосы поглощения, которые могут прерываться. Это прежде всего снижает точность измерения, а иногда делает невозможным и анализ многокомпонентных смесей.

Метод ИК-спектроскопии – позволяет проводить идентификацию и количественно определять многие промышленные загрязнения органической и неорганической природы. Поэтому он нашел широкое применение для анализа воздуха, особенно при измерениях в полевых условиях на портативных ИК спектрометрах. Метод используют для анализа оксидов и диоксидов углерода, азота, серы и углеводородов.

Атомно – адсорбционная спектроскопия применяется для определения в воздухе высокотоксичных аэрозолей металлов и металлорганических соединений. Преимуществами метода являются быстрота анализа, точность, высокая чувствительность и селективность. Анализ проводят двумя способами: 1. Воздух пропускают через раскаленный уголь и затем через обогреваемую газовую кювету из кварца, вмонтированную в атомно абсорбционный спектрофотометр. Нагретый уголь реагирует с воздухом, образуя оксид углерода, который восстанавливает производные металлов до свободных металлов.

Эта методика позволяет определять металлы и их соединения, из за относительно невысоких температур этим методом можно анализировать только легколетучие металлы. 2. Воздух пропускают через пористую графитовую трубку, на которой адсорбируются металлы, затем трубку помещают в спектрометр, где металлы атомизируются при пропускании через трубку электрического тока. Метод отличается высокой чувствительностью и простотой ввода образца в спектрометр.

Плазменная эмиссионная спектроскопия, в основе метода лежит детектирование спонтанного излучения термически возбужденных высокочастотной плазмой атомов химических элементов. Этот метод наиболее чувствителен при определении железа, кремния алюминия, титана, кальция, цинка, свинца, меди и марганца в аэрозолях. Воздух пропускают через фильтр из пористого полистирола, а затем готовят суспензию собранных на фильтре частиц и распыляют ее непосредственно в плазму. Основным достоинством метода является его высокая производительность – до 60 проб в 1 час при определении 30 40 элементов, что связано и с простотой приготовления стандартных растворов.

Люминесцентный анализ относят к числу наиболее чувствительных эмиссионных методов определения следовых количеств органических и неорганических примесей в воздухе. Приборы для люминесцентного анализа могут быть разделены на 2 группы: флуориметры и спектрофлуориметры. Основное различие между ними состоит в том, что во флуориметрах используют светофильтры, а в спектрофлуориметрах – дифракционные решетки. Наиболее часто люминесцентный анализ применяют при определении в воздухе полиароматических углеводородов и их производных.

Ядерно-физические методы анализа включают методы активационного анализа элементного состава веществ, ЯМР – спектроскопии и рентгеновской флуоресценции. Сущность анализа заключается в облучении исследуемых веществ ионизирующим излучением (быстрыми и тепловыми нейтронами, гамма – излучением, заряженными частицами) и в последующем анализе образующихся радионуклидов на спектрометрах ионизирующих излучений. Активационные методы анализа делятся на химические (с предварительной подготовкой образца к анализу) и инструментальные (не разрушающие образец). Для экспрессного анализа нерадиоактивных микроэлементов в атмосферных аэрозолях применяют инструментальный вариант нейтронно активационного анализа.

4. По сравнению с физико химическими методами, получившими развитие в последние годы, электрохимические методы несколько утратили свое былое значение. Вместе с тем технические достижения, сравнительная простота и дешевизна приборов, удобство их эксплуатации позволяют успешно применять электрохимические методы на практике. Особенно широкое применение эти методы нашли при систематическом контроле состояния загрязнения атмосферного воздуха и воздуха рабочей зоны, в лабораториях АЭС и лабораториях сети наблюдений Госгидромета.

Электрохимические методы анализа загрязнений воздуха включают: Полярография – электрохимический метод анализа, при котором используют ртутный капающий электрод. Полярограмма зависимость силы тока от величины приложенного напряжения на электроды. При этом методе не происходит физического разделения смеси на отдельные компоненты. В качестве катода чаще всего применяют ртутный капающий электрод (РКЭ), поверхность которого непрерывно обновляется, что позволяет получать полярограммы и проводить анализ с высокой воспроизводимостью результатов.

Прямое определение возможно лишь при наличие веществ, способных восстанавливаться на РКЭ: ионы металлов, органические соединения, содержащие галоид , нитрозогруппы, карбонильные соединения, пероксиды, эпоксиды, дисульфиды, и т. д. Это несколько ограничивает возможности метода, однако при определение полягрофических активных соединений позволяет достичь высокой селективности определения без предварительного разделения сложных смесей на отдельные компоненты.

Классическая полярография, основанная на поляризации ртутного капающего электрода постоянным, обычно линейно изменяющимся напряжением и регистрации среднего за период капания тока, остается до сих пор наиболее распространенным методом из за относительной простоты аппаратуры, надежности, хорошей воспроизводимости результатов и относительно малой зависимости чувствительности от обратимости химической реакции и сопротивления электролита. Метод используется для определения в воздухе паров гидразинов, фунгицидов, антиокислителей, формальдегида, стирола и ртути.

Основные типы полярографии постоянно токовая (классическая) и переменно токовая. Последняя имеет различные названия (подразделы): в зависимости от формы амплитуды переменного тока квадратно волновая, трапецеидальная и др. ; в зависимости от полярности электрода, который используют как индикаторный, катодная (восстановления) или анодная (окисления). Последнюю иногда называют вольтамперометрия. В анодной полярографии в отличие от катодной используют только твердый электрод (например, графитовый).

Кондуктометрия. Сущность кондуктометрического метода заключается в измерении электропроводности анализируемого раствора. Электропроводность раствора обеспечивается ионами веществ, способных диссоциировать в определенных условиях, и зависит от концентрации ионов в растворе и их подвижности. Разработанные на кондуктометрическом принципе газоанализаторы применяют для определения оксидов газов, серосодержащих соединений, галогенов и галогеноводородов. В зависимости от методики определения и мешающих факторов предел обнаружения по диоксиду серы находится в интервале значений 0, 005 1 мг/м 3. Однако серийные кондуктометрические газоанализаторы диоксида серы имеют предел обнаружения 0, 02— 0, 05 мг/м 3.

Кулонометрия безэталонный электрохимический метод сравнительно высокой точности и чувствительности. В общем случае метод основан на определении количества электричества, необходимого для осуществления электрохимического процесса выделения на электроде или образования в электролите вещества, по которому проводится анализ исследуемой пробы.

Кулонометрические газоанализаторы являются наиболее эффективными из всех газоанализаторов, работающих на электрохимическом принципе, и позволяют определять в воздухе такие ингредиенты, как SO 2, HC 1, С 12, HF, O 3, HCN. В зависимости от конструкции электрохимической ячейки, электронной схемы и состава поглотительного раствора предел обнаружения по диоксиду серы колеблется от 10 до 100 мкг/м 3. Содержание хлора определяется в области концентраций от 0, 02 0, 03 до 22 24 мг/м 3.

Кулонометрический метод анализа обладает рядом несомненных достоинств: высокой чувствительностью, независимостью показаний от факторов, влияющих на результаты измерений другими методами (температуры, состояния поверхности электродов, интенсивности перемешивания и т. д. ), широким динамическим диапазоном. К недостаткам кулонометрических методов можно отнести низкую селективность и необходимость периодической смены электролита.

Потенциометрия основана на определении изменения потенциала электрода, реагирующего на изменение концентрации ионов в исследуемом растворе. Этот метод применяют для определения оксидов углерода, серы, аммиака, сероводорода, меркаптанов и галогенов.