Методы контроля состояния окружающей среды

Наблюдения за этими процессами целесообразно проводить периодически на специально выделенной системе пунктов:

1. контрольные водосборы - катены - площадки - створы;
2. данные о состояния антропогенных источников эмиссии - мощность источника эмиссии и месторасположение его, гидродинамические условия поступления эмиссии в окружающую среду.

2.Методы контроля  загрязняющих веществ в объектах  окружающей среды

Современные методы контроля химических веществ, загрязняющих окружающую среду, – это по сути физико-химические методы. Иногда их объединяют термином "инструментальные методы анализа". Данная тема огромна, поэтому рассмотрим лишь наиболее важные из физико-химических методов, оптимально сочетающие в себе целый ряд качеств: высокую точность и воспроизводимость результатов анализа, высокую чувствительность.

 

 

Газовая хроматография. В основу метода газовой хроматографии положен следующий принцип: анализ смеси веществ в результате распределения компонентов между несмывающимися фазами, одна из которых подвижная - инертный газ (азот, гелий и др.) ,другая – неподвижная (высококипящая жидкость или твердая фаза).

Этот метод имеет два варианта: газоадсорбционная и газожидкостная хроматография.

Разделение компонентов смеси происходит в хроматографической колонке. Хроматографические колонки: набивные (длина -1-3м,диаметр-около 4мм,материал-стекло сталь и др.) и капиллярные (длина - до 50м, материал-стекло,кварц).

Выбор неподвижной фазы (Нф). Эффективность колонки (способность разделять сложные смеси на отдельные компоненты) зависит от размера частиц, на которые нанесена жидкая фаза. Она возрастает при использовании однородных частиц малого размера. Для стандартных набивных колонок оптимальный размер частиц 0,12-0,17 мм. Необходимо учитывать их близость к анализируемым соединениям. Для анализа полярных компонентов применяют полярные фазы, для анализа неполярных компонентов - менее полярные или полностью неполярные.

Неполярные фазы для газо-адсорбционной хроматографии силикагель, оксид алюминия, цеолиты, полимерные сорбенты ( например , полисорб, поропак и др.).

Наиболее употребляемые неподвижные жидкие фазы для газожидкостной хроматографии карбовакс, силиконовые элястомеры, апиезоны, твердый носитель - хроматов и др.

Подвижные фазы: азот, гелий, аргон, пары воды.

Детекторы. 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 ионизационо-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 "ОСЧ", 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, содержащих 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

X = cV/V20,

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

V20 - 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 норматизации 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.

3.Особенности мониторинга состояния окружающей среды в замкнутом пространстве

 

 Мониторинг состояния окружающей среды в замкнутом пространстве – это система мероприятий и средств, обеспечивающих в герметической кабине (космический корабль. подводная лодка, самолет) поддержания искусственной газовой среды (воздуха) с оптимальными физическими параметрами (давление, температура, влажность, скорость движения) и химическим составом. Так в космическом корабле, который является закрытой системой, происходит круговорот основных элементов и веществ: кислорода О, углекислого газа СО с воспроизводством пищевых продуктов на борту, регенерации воды, получения кислорода на основе фотосинтеза и электролиза воды и утилизацией отходов жизнедеятельности человека и биокомплекса.

Теоретически замкнутую сбалансированную систему можно построить в соответствии со следующим уравнением:

Электролиз:

6Н О электрическая  энергия 6Н + 3О

Биосинтез, осуществляемый водородными бактериями:

6Н + 2О +СО получаем  СН О + 5Н О

Дыхание человека:

СН О+О получаем СО +Н О

Преимущество такой системы - низкая масса и небольшая потребность в энергии.

Основными структурными блоками автоматических систем мониторинга окружающей среды замкнутого пространства в настоящее время являются:

- датчики параметров окружающей среды, температуры, состава воды, солнечной радиации, концентраций основных загрязнений воздуха ,

- датчики биологических  параметров - регенерации воды и  воздуха, минерализации отходов,

- автономное электропитание  на основе аккумуляторов и  солнечных батарей,

- системы спутниковой  связи,

- современная вычислительная  техника,

- программное обеспечение  ЭВМ

Данная система мониторинга позволяет обеспечить нормальные условия для работы экипажа в замкнутом пространстве.

В настоящее время процесс миниатюризации электронных схем дошел до молекулярного уровня, делая реальным полностью автоматизированные, со всеобъемлющим программным обеспечением, сложные многоцелевые и в то же время компактные, полностью автономные системы слежения за качеством окружающей среды в замкнутом пространстве.

       4.Токсическое действие загрязняющих веществ.

Характер вредного действия загрязняющих веществ чрезвычайно разнообразен. Окись углерода и двуокись азота связывают гемоглобин крови и при больших концентрациях опасны для жизни. Сернистый ангидрид и некоторые углеводороды оказывают раздражающее действие на слизистую оболочку дыхательных путей, а сернистый ангидрид, кроме того, губителен для многих видов растений. Среди углеводородов могут быть вещества, наделенными канцерогенными свойствами (например, бензпирен) или обладающие резким неприятным запахом. Углеводороды под действием солнечного света вступает в фотохимические реакции с окислами азота, образуя в результате широкий спектр веществ (перекиси, озон и др.), которые ускоряют коррозию различных материалов, вредно действуют на растительность, а также являются одной из причин, образования "смога", способного, помимо всего прочего, обусловить массовые легочные и другие заболевания. Выброс частиц сажи, оседающих на конструкциях, сооружениях и растительности, нежелателен, кроме чисто эстетических причин, потому, что задымленность воздуха уменьшает видимость в районе аэродрома, а особо мелкие частицы углерода, попадая в легкие, наносит вред здоровье человеку.

Сбрасываемые в естественные водоемы производственные и хозяйственно-бытовые стоки изменяют количество и качество воды в них, осложняют или вовсе исключают возможность использования водоемов для питьевых или производственно-технических нужд.

Степень влияния сточных вод на водоемы зависит от характера сбрасываемых загрязнителей, их количественных соотношений. Сама по себе сточная неразведенная вода всегда имеет выраженный токсический эффект и отрицательно сказывается на здоровье людей и может послужить причиной возникновения различного рода инфекционных заболеваний. Попадая в организм людей с питьевой водой, многие ядовитые металлы и их органические соединения, например свинец, мышьяк, кадмий, ртуть, - содержащиеся в сточных водах предприятий могут вызвать отравление людей, преимущественно хроническое. Повышенные концентрации химических элементов оказывают токсическое действие на водные организмы.

Гидробионты в той или иной мере реагируют на изменение гидрохимического режима водоема, происшедшего в результате спуска сточных вод. Если тот или иной организм не может адаптироваться к новому химическому составу воды и гибнет, то происходит изменение в соотношении между видами в биоценозах. Такие изменения могут также снизить плодовитость у гидробионтов, уменьшить их жизнеспособность и явится фактором, ограничивающим развитие и численность водных организмов. Так, кисловатые воды при водородном показателе рН 6,4-5,0 опасны для рыб при концентрациях двуокиси углерода выше 20 мг/л или при повышенном содержании солей железа, кислые воды при рН ниже 5,0 и щелочные воды при рН выше 9,5 опасны для рыб всегда, подщелочные воды при рН 8,6-9,5 опасны для рыб при длительном действии.

Загрязненная химическими веществами вода даже при большом разбавлении ее чистой нарушает нормальное развитие оплодотворенной икры, быстро губит эмбрион (зародыш). Загрязнение водоемов наряду с факторами прямой гибели рыбы причиняет рыбным запасам вред и в другом отношении: погибает корм - мелкие беспозвоночные животные, которые поедают рыбы.

Загрязнение нефтепродуктами сточных вод вызывает многообразные и глубокие изменения в составе водных биоценозов и даже во всей фауне и флоре водоемов. Это обусловлено физико-химическими свойствами самой нефти, которая весьма сложна по своему составу и может отдавать в воду вещества в различных агрегатных состояниях: твердом, жидком, газообразном. Часть ее компонентов оседает на дно, часть находится в виде суспензий и эмульсий в толще воды. а часть - в молекулярно растворенном состоянии.

Таким образом, все существующие виды загрязнений какие бы они не были, оставляют свой отпечаток на состоянии здоровья человека, животных, на развитии организмов и этим подчеркивают опасность загрязнения.

Вопросы и задачи:

1.Токсикология это наука, изучающая свойства и механизм  действия ядовитых и потенциально токсических веществ в особенности вызываемых ими отравлений и методы их предупреждения и лечения.

2.Эвтрофирующее загрязнение  связано с поступлением избытка  биогенных элементов, которые могут  не оказывать прямого токсического  действия на организм , включая и водные., обычно это загрязнение стимулирует развитие тех или иных групп гидробионтов, в результате чего нарушается экологическое равновесие и происходит вторичное загрязнение. Эвтрофическое загрязнение обычно вызывается сельскохозяйственными и отходами отраслей, перерабатывающих биологическое сырьё.

Токсическое загрязнение связано с появлением в атмосфере веществ антропогенного происхождения, которые уже в малых концентрациях являются ядами для большинства организмов.

3.Поступление токсичных  веществ в живые организмы осуществляется различными путями, в частности через поверхность тела, через желудочно-кишечный тракт или через жабры. Важнейшее значение играет транспорт веществ через клеточные мембраны. Не случайно изменение проницаемости клеточных мембран считается универсальным функциональным нарушением при токсическом воздействии. Если заряд иона (или заряженных молекул) совпадает по знаку с зарядом участка мембраны, то он отталкивается, а если знаки противоположны, то происходит фиксация иона на этом участке. Вследствие взаимодействия зарядов иона и мембраны прохождение заряженных частиц через мембрану затрудняется и он оказывает местное поверхностное действие. Незаряженные молекулы легко проникают через мембрану и оказывают более глубокое, внутренне воздействие. По этой причине, например, неорганические соединения ртути, способные диссоциировать, нарушают проницаемость мембраны, оказывая поверхностное воздействие, а молекулы ртутьорганических соединений, проникая через внешние мембраны, легко достигают внутренних органов, где быстро проявляется эффект их действия.