Средства контроля воздушной и других жидких сред

Основной составляющей решения данной задачи является именно формирование перечня приоритетных 3В, подлежащих экоаналитическому контролю. Для этой цели помимо перечней ПДК и ОБУВ можно воспользоваться другими перечнями загрязняющих веществ, например тех, для которых установлены базовые нормативы платы за выброс в атмосферу 3В от стационарных и передвижных источников, где указано уже примерно 200 токсичных химических веществ, чаще других встречающихся в воздушных выбросах промышленных предприятий, теплоэнергетических установок и автотранспорта. Если придерживаться этого перечня, то круг подлежащих контролю веществ снижается примерно на порядок, но все равно остается слишком обширным для средней заводской, учебной или аналитической лаборатории коммерческой или общественной экологической организации.

Для дальнейшей минимизации  круга анализируемых 3В заслуживает  пристального внимания перечень приоритетных веществ-загрязнителей атмосферы, разработанный  советской гидрометеорологической службой под руководством Ю.А. Израэля и применявшийся в СССР до конца 80-х годов. Он включал в себя всего 36 загрязняющих веществ, наиболее часто встречающихся в атмосфере в значительных количествах и (по нашему мнению) может быть положен в основу «базового» списка 3В, для которых экоаналитический контроль необходим в первую очередь.

Есть ряд еще более  кратких списков загрязняющих атмосферный  воздух веществ, номенклатура которых  в первую очередь должна учитываться  при формировании типового (базового) комплекта приборов и методик, о  составе и характеристиках которых должен иметь общее представление эколог. Речь идет, прежде всего, о 18 неканцерогенных веществах, для которых Европейское отделение Всемирной организации здравоохранения (ВОЗ) рекомендовало средние значения допустимых концентраций, отметив период их усреднения в атмосфере. Полезно также учитывать 26 «основных» (по мнению) веществ, загрязняющих воздушную среду, для которых в санитарных нормах проектирования (СН 245-71) приводятся концентрации (ПДК в атмосферном воздухе населенных мест), превышение которых «вызывает опасение» о состоянии воздушного бассейна или позволяет считать его «опасным» и даже «очень опасным». Еще один перечень анализируемых веществ, заслуживающий внимания, содержится в рекомендациях по нормированию времени на производство анализов проб промышленных выбросов, атмосферного воздуха и воздуха рабочей зоны. Данный перечень содержит 36 приоритетных веществ. 
Можно бы еще отметить такие, как эфиры (этилацетат, бутилацетат), спирты (этанол, бутанол), акролеин, оксид алюминия и ряд пестицидов (прежде всего хлорорганических).

Совмещение четырех  последних перечней позволяет сформировать «минимально достаточный» (по нашему мнению) список приоритетных для экологического мониторинга загрязнения атмосферы 3В, для которых экоаналитический контроль, по-видимому, должен быть сегодня «абсолютно обязательным». Список этих веществ сформирован в алфавитном порядке. Приводятся предельно допустимые и другие минимальные концентрации веществ в атмосфере, величины которых могут служить ориентиром для установления нижнего порога чувствительности (предела обнаружения) ТСКЗА При этом необходимо понимать относительную условность данного перечня, так как он, конечно, не является ни исчерпывающим, ни окончательным

Тем не менее, указанные 40 веществ составляют примерно 70% от общего их числа по перечню химических соединений, которые анализируются с помощью более чем 130 методик выполнения измерений (МВИ), допущенных в РФ при контроле загрязнения атмосферы в воздухе фоновых районов, населенных пунктов и промышленных выбросов в соответствии с РД 52.18.595-96. В число оставшихся 30% официально анализируемых веществ, охваченных последним документом, входят в основном органическиесоединения (акрилаты, акролеин, амины, асбест, высокомолекулярные спирты, капролактам, карбоновые кислоты, нитрилы, цикло-гексан, фреоны, хлорорганические пестициды, полихлорбифенилы, полихлорированные дибензо-и-диоксины и дибензофураны),неорганические вещества (бром, мышьяк, селен, теллур, соединения борной, фосфорной и угольной кислот, тяжелые и иные металлы - Fе, К, Са, Со, Мg, Nа, Sr, Тi, Zr и др.), а также некоторые физико-химические показатели атмосферных осадков (рН, кислотность, удельная электропроводность и др.), традиционно относимые к загрязнению атмосферы. 
В конечном итоге минимальное число химических веществ, загрязняющих атмосферу, которые в первую очередь (в зависимости от возможности небольшой контрольно-аналитической лаборатории муниципального образования или общественной экологической организации) должны подлежать экологическому мониторингу, по нашему мнению, может составлять всего несколько десятков (около 40). При этом количество таких веществ постепенно должно приближаться к тому их числу, по которому устанавливаются платежи за загрязнение окружающей среды. В свою очередь количество «оплачиваемых» веществ должно стремиться к числу нормируемых в окружающей среде соединений.

В завершении краткого анализа  особенностей технических средств  и методов экоаналитического  контроля загрязняющих атмосферу веществ  необходимо рассмотреть наиболее универсальные (т.е. позволяющие анализировать максимальное число 3В) приборы, подходящие для целей экологического мониторинга.

Возвращаясь к операциям  технологического цикла экоаналитического  контроля, рассмотрим прежде всего  те технические средства, которые могут быть использованы при поиске источника загрязнения атмосферы, т.е. на первой стадии. К их числу следует отнести быстродействующие автоматические приборы типа «течеискатель» и ручные экспресс-газоопределители с индикаторными трубками, основанными на «линейно-колористическом» принципе измерения аналитического эффекта.

Одним из наиболее перспективных  для решения этой задачи отечественных  технических средств контроля атмосферы  является серия непрерывно действующих  фотоионизационных газоанализаторов типа «КОЛИОН», выпускаемых московским ЗАО «Бюро аналитического приборостроения ХРОМДЕТ-ЭКОЛОГИЯ».

Переносные (крепятся на плечевом, поясном или другом ремне), довольно легкие (0,3-2,5 кг), малогабаритные (65х205х180 мм при длине пробоотборника 1000 мм), быстродействующие (время отклика 3 с), чувствительные (предел обнаружения 0,1 мг/м³, диапазон определения 2-2000 мг/м³), высокоточные (основная относительная погрешность ±25%), автономные (питание в течение 4-8 час от встроенной батареи или аккумулятора), с наглядным представлением результата (в виде величины концентрации - на жидкокристаллическом дисплее), а также сигнализацией о превышении установленного уровня загрязненности, обладающие рядом других преимуществ, эти приборы являются незаменимыми многоцелевыми средствами оперативного контроля атмосферы.

Будучи предназначенными для поиска источников загрязнения (утечек в технологическом оборудовании и трубопроводах, загрязненных площадей и объемов почвы, мест пролива  жидкостей и высыпания легколетучих веществ и т.д.), приборы серии «Колион» также применяются для экспресс-контроля воздуха рабочей зоны с чувствительностью на уровне долей ПДК р.з., выбросов промпредприятий и автотранспорта, для быстрой оценки опасности при авариях (уровень, направление и зона распространения «облака» загрязнения), комплексного обследования свалок и мест вывоза отходов.

Они обладают довольно широким  перечнем анализируемых с их помощью  соединений, к которым относятся:

• нефтепродукты (бензины, керосин, дизельное топливо, сырая  нефть);

• другие алифатические, ароматические и непредельные углеводороды;

• органические растворители (ацетон, уайт-спирит, сольвент и пр.);

• хлоралкены (в том  числе три- и тетрахлорэтилен);

• метанол, этанол, фенол  и другие спирты;

• альдегиды (кроме формальдегида) и кетоны;

• сложные эфиры;

• амины, меркаптаны и  многие другие органические соединения;

• аммиак, сероводород, сероуглерод, хлор и другие неорганические вещества.

Приборы выпускаются  в обычном (Колион-1 А, Колион-3 и др.) и взрывозащищенном исполнении (Колион-1В и Колнон-2В - для использования во взрывоопасных зонах класса В-1, В-1а, В-16 и В-1г). Микропроцессорные варианты газоанализаторов имеют наборы градуированных по указанным веществам шкал, по заданию оператора высвечиваемых на дисплее.

Применяются экологическими и санитарно-гигиеническими службами, а также подразделениями МЧС для измерения загрязненности атмосферного воздуха и воздуха рабочей зоны на предприятиях различных отраслей промышленности (химической и нефтехимической, лакокрасочной, кабельной и др.), на нефтебазах и АЭС, в помещениях при проведении покрасочных работ, в химчистках, в компрессорных цехах, на пищевых и других предприятиях, использующих холодильные установки с аммиаком, а также при авариях и для различных обследований зданий и местности, в колодцах, шурфах и ямах при земляных работах. 
Наиболее распространенная модель «Колион-1В» (рег. № 13398-92 по Госреестру) по стоимости немного превышает $100.

Несмотря на очевидные  преимущества, приборы серии «Колион» обладают одним существенным недостатком - они неспецифичны. Будучи основанными на фотоионизационном эффекте (возникновении интегрального ионизационного тока в измерительной камере под действием УФ-излучения при попадании в нее легко диссоциирующих веществ), эти приборы измеряют токовый сигнал, пропорциональный суммарной концентрации анализируемых веществ, не различая при этом особенностей их природы и химических свойств.

Для компенсации этого  недостатка при поиске и первичном  охарактери-зовании источника 3В  для целей экологического мониторинга могут быть применены в качестве экспрессных средств экоаналитического контроля «на месте» линейно-колористические индикаторные трубки с метрологически аттестованным аспиратором (насосом-пробоотборником). Такие средства, часто называемые «экспресс-газоопределителями», в составе серии комплект-лабораторий для комплексного экологического обследования объектов окружающей среды, например, «ПЧЕЛКА-Р» и другие выпускает, в частности, Санкт-Петербургское НПО ЗАО «Крисмас+».

Комплекты типа «Пчелка», являясь дешевыми и простыми в эксплуатации «ручными» средствами контроля атмосферы, основаны на использовании широко применяемых во всем мире индикаторных трубок (ИТ.) как средств количественного экспресс-контроля загрязненности воздуха. Индикаторные и применяемые совместно с ними (для вспомогательных целей) фильтрующие трубки представляют собой герметично запаянные с обоих концов стеклянные трубочки малого диаметра (иногда даже капиллярные). Внутри ИТ находятся индикаторные массы, представляющие собой хемосорбент, специфично изменяющий окраску в результате химической реакции при прохождении через слой сорбента воздуха, содержащего определяемое вещество. Длина прореагировавшего окрашенного слоя хемосорбента является функцией и мерой массовой концентрации определяемого компонента, а также объема пробы воздуха, отобранного для анализа. С помощью прилагаемой градуированной шкалы по длине окрашенного слоя искомая концентрация и определяется.

Внутри фильтрующих  трубок находятся наполнители, также  представляющие собой хемосорбент, полностью пропускающий определяемое вещество и улавливающий сопутствующие и мешающие анализу соединения либо взаимодействующий с определяемым веществом и преобразующий его в другой летучий продукт, вызывающий более отчетливый цветовой эффект при взаимодействии с хемосорбентом индикаторной трубки.

Будучи также переносными, довольно легкими (насос с ИТ и  другими приспособлениями весит  не более 1 кг) и малогабаритными, быстродействующими (время отклика - несколько минут) и чувствительными (предел обнаружения - десятые доли ПДК р.з., интегральный диапазон определения 0,1-1000000 мг/м³), линейно-колористические ИТ являются тоже достаточно точными средствами измерения (основная относительная погрешность ± 25%), совместимыми по своим метрологическим характеристикам с приборами типа «Колион». При совместном применении эти технические средства способны решить весь комплекс вышеуказанных задач первого этапа технологического цикла экоаналитического контроля («поиск и первичная оценка источника 3В») атмосферы.

Комплекты-лаборатории  типа «Пчелка-Р» включают в свой состав газоопределитель химический многокомпонентный ГХК (рег. №18177-99 Госреестра), разрешенный к применению в России взамен хорошо известного универсального газоанализатора УГ-2, производимого на Украине. Набор применяемых с ГХК (аспиратор НП-ЗМ, №18166-99 Госреестра и зонд пробоотборный ЗП-ГХК-ПВ) метрологически аттестованных индикаторных трубок (серии ТИ, №17429-98 Госреестра) позволяет анализировать с их помощью довольно широкий перечень неорганических веществ и различных органических соединений (всего около 30), к которым относятся:

• аммиак, сероводород, диоксид  серы, оксиды азота (при раздельном и совместном присутствии), хлор, хлористый  водород, моно- и диоксид углерода, озон, бром и иные неорганические вещества;

• углеводороды нефти (их сумма, бензин, керосин, уайт-спирит и  др.);

• ароматические углеводороды (бензол, толуол, ксилол и др.);

• трихлорэтилен и  другие хлоралкены;

• этанол и другие спирты;

• формальдегид и ацетон, а также другие альдегиды и кетоны;

• диэтиловый и другие эфиры;

• ацетилен;

• уксусная кислота;

• амины, меркаптаны и  многие другие органические соединения.

Всего НПО «Крисмас+»  поставляет более 180 типов индикаторных трубок как собственного производства, так и других производителей для анализа более чем 70 веществ и соединений. При этом средствами измерения (в строгом метрологическом смысле) являются в основном трубки индикаторные (ТИ), производимые именно «Крисмас+».

Это НПО уже более 10 лет специализируется на комплексном оснащении профессиональных служб экологического и санитарного контроля, а Также подразделений МЧС подобными «простейшими» полевыми (по ГОСТ 24902, 1030 и др.) техническими средствами экоаналитического контроля, в чем весьма преуспело. Продукция «Крисмас+» успешно применяется также для оснащения лабораторий и исследовательских центров многих (более 400) образовательных учреждений России и стран СНГ. Эксп-озиции образцов продукции НПО «Крисмас+» представлены в павильоне №62 «Охрана природы» Всероссийского выставочного центра (ВВЦ -бывш. ВДНХ), а также в Санкт-Петербурге и ряде других крупных городов. 
Наиболее распространены две модификации комплект-лабораторий: