Средства контроля воздушной и других жидких сред

«Пчелка-Р» (для оснащения  инспекций природоохранных органов, служб СЭС и МЧС) и базовый  учебный вариант «Пчелка-У» с набором реактивов для моделирования загрязнения в учебных целях (а также более расширенный вариант - «Пчелка-Ухим», для оснащения образовательных учреждений химического профиля). Все переносные лаборатории комплектуются «под задачу» по индивидуальным заявкам заказчиков.

По стоимости любая  модель с примерно полугодовой комплектацией  расходных компонентов и материалов не превышает $175-250.

Возможны целевые поставки только газоопределителя ГХК (с зондом ЗП-ГХК-ПВ или без него). Тогда стоимость комплекта будет определяться только стоимостью аспиратора (насоса-пробоотборника) НП-ЗМ - примерно $40 и отдельных наборов индикаторных трубок (минимально по 10 шт.) - средняя стоимость набора одного типа ИТ (ТИ) составляет $7-14. Типовой корпус комплект-лаборатории «Пчелка-Р» в случае ее комплектования для решения задач контроля воздуха вмещает в себя до 20 наборов индикаторных трубок (максимальная укладка - 20 ИТ одного наименования в упаковке), т.е. лаборатория в этом режиме способна осуществлять суммарно до 400 количественных измерении по 20 показателям загрязнения атмосферы. Стоимость одного измерения (по цене ТИ) составляет примерно $0,5-1.

Помимо индикаторных трубок НПО  «Крисмас+» по желанию заказчика  дополнительно комплектует переносную микролабораторию типа «Пчелка» простейшими экспрессными средствами контроля воздуха: быстродействующими (несколько секунд) индикаторными элементами на аммиак, диоксид серы, сероводород, фтористый водород, хлор, синильную кислоту и др., а также безаспирационнымиэкспресс-тестами на аммиак, диоксид азота и пары ртути, работающими в следящем режиме как индивидуальные химические дозиметры. 
Стоимость комплекта (на 5 анализов) индикаторных элементов и экспресс-теста (обычно на 100 измерений) не превышает $3,5, а цена одного измерения в этом случае колеблется от 3,5 до 70 центов.

На второй стадии технологического цикла экоаналитического контроля, в том числе атмосферы, важнейшими техническими средствами, применяемыми для отбора проб воздуха, являются автоматические пробоотборники (чаще всего аспираторы) и поглотители -сорбционные патроны и различные склянки.

Среди весьма небольшого числа «официальных»  средств пробоотбора в известном справочном пособии зафиксировано около десятка устройств для автоматического (или полуавтоматического) отбора проб воздуха и вспомогательного оборудования. Ведущим производителем пробоотборных устройств (ПУ) в России по праву считается московское НПО «Химавтоматика» и ряд отделившихся от него коммерческих фирм (НПФ «Норд-Экология», МГП «Химко» и др.). Кроме того, известны ПУ производства ЗАО «ОПТЭК» и др. (СПб.). 
Пробоотборные устройства типа ПУ, предназначенные для отбора проб газов, паров и аэрозолей на/в любые поглотители с гарантированной нормой точности, должны отвечать требованиям ГОСТ 12.005.88 и 12.1.016-79. Точность других устройств (не имеющих № по Госреестру) требует поверки.

На стадии подготовки проб воздуха, как правило, не требуются специальные технические средства, так как обычно для этих целей применяется типовое лабораторное оборудование (центрифуги, экстракторы, выпариватели и т.д.). Исключение составляют средства пробоотбора, рассматриваемые и как средства пробоподготовки, с помощью которых осуществляется концентрированно проб, повышающее чувствительность последующего анализа.

Важнейшая стадия (операция) технологического цикла экоаналитиче-ского контроля воздушной среды - количественное измерение(как уже отмечалось ранее, за исключением автоматических газоанализаторов) - также, как правило, проводится на универсальном лабораторном оборудовании с помощью различных измерительных приборов (в основном хроматографов, спектрофотометров, спектрометров, спектрографов и т.д.). Материалы, касающиеся данных типов приборов, представлены далее.

К сожалению, портативные переносные варианты указанных приборов, с которыми можно было бы также эффективно работать «в поле», как и в лаборатории, встречаются пока довольно редко. При этом отдельные имеющиеся образцы таких приборов обычно уступают своим крупногабаритным лабораторным «собратьям» как по чувствительности, так и по другим важнейшим характеристикам.

В последнее время для обеспечения  выполнения количественных измерений  при анализе проб воздуха стали  использоваться наборы готовых реактивов (ранее такие наборы применялись  только для анализов воды). Их можно отнести к вспомогательным средствам экоаналитического контроля. Примерами таких средств для первичного (полевого) контроля атмосферы «на месте», производимых и поставляемых НПО «Крисмас+», можно считать измерительные комплекты (ИК). Они представляют собой наборы типового оборудования, расходных материалов, принадлежностей и документации, позволяющие проводить количественный анализ на содержание загрязняющего вещества в лаборатории или даже «на месте» -при наличии относительно недорогого (460-520 долларов) портативного переносного фотометра типа МКМФ-02п или КФК-5м.

Измерительные комплекты  подразделяются на комплект-методики (набор всего вышеуказанного для реализации пробоотбора, подготовки и анализа проб по какой-либо одной МВИ) и уже выше обсуждавшиеся комплект-лаборатории (как правило, для реализации ряда методик и др. измерений по группе веществ, в частности, фенолов, окислов азота и других). НПО «Крисмас+» выпускает около 60 таких ИТ по приоритетным 3В.

Средства контроля вод  и других жидких сред

В отличие от газоаналитической  аппаратуры технические средства для  контроля загрязненности вод и других жидкостей распространены несколько меньше. Об этом свидетельствует, хотя и косвенно, отсутствие целевых, посвященных только «водоанализаторам» (вообще такой термин встречается довольно редко) справочных руководств, обобщающих сведения в области автоматических приборов для анализа вод.

Единственное крупное  издание, имеющее хотя бы раздел, посвященный  этому направлению, - энциклопедия «Экометрия». В ней данные об аппаратуре для контроля параметров вод (как и в случае газоанализаторов) расположены в порядке возрастания регистрационных номеров в российском Госреестре СИ. Кроме того, помимо разбиения на группы «отечественные» и «импортные» приборы, в данной энциклопедии средства для контроля параметров вод подразделяются на: приборы для измерения концентрации загрязняющих веществ (3В), приборы для контроля физико-химических параметров и приборы для контроля обобщающих показателей («органический» или общий углерод, БПК, ХПК и др.).

Такая классификация  вполне приемлема, хотя на наш взгляд более удобной является классификация, приведенная выше - как и в случае газоанализаторов («прагматическая»). Так, технические средства для контроля жидких сред, по нашему мнению, могут быть подразделены на автоматические и лабораторные анализаторы или сигнализаторы. Кроме того, по характеристикам жидкостей следует различать: анализаторы вод (с последующим более узким их делением) и других жидкостей, а также по изучаемым свойствам - анализаторы загрязненности и физико-химических свойств жидкостей.

В итоге может оказаться  наиболее подходящей такая классификация:

• ПК вод питьевого  назначения (питьевой воды),

• ПК вод хозяйственно-бытового (коммунального) назначения;

• ПК вод рыбохозяйственных  водоемов («рыбохозяйственных» вод);

•ПК вод природных источников (поверхностных, подземных, морских);

• ПКсточных вод.

На экоаналитическом рынке наиболее распространены автоматические анализаторы. Всего в Госреестре зафиксировано около 60 марок отечественных (38%) и импортных (около 60%) приборов, сгруппированных следующим образом:

• приборы для измерения  концентраций 3В - более 40 (70%);

• приборы контроля физико-химических параметров - около 10 (20%);

• приборы для контроля обобщающих показателей - около 10 (10%).

Однако чаще всего  используется классификация» по принципу действия» и далее - «по типу определяемого вещества».

В качестве примера далее  рассматриваются «нефтеанализаторы».

Анализаторы нефтепродуктов в воде

В России серийно выпускается  несколько типов СИ, предназначенных  для анализа концентрации нефтепродуктов в водной среде. 
Производственно-экологическое предприятие «Сибэкоприбор» (Новосибирск) выпускает концентратомер КН-2 (№17664-98 Госреестра), действие которого основано на методе инфракрасной спектрофотометрии, который позволяет проводить измерения низкомолекулярных углеводородов (бензин, керосин, дизтопливо, мазут) в воде в концентрациях от 0,02 мг/дм³, а в почвах и донных отложениях - от 50 мг/кг до 100 г/кг с погрешностью 2%. При необходимости прибор комплектуется набором ГСО, экстрактором, хроматографическими колонками с оксидом алюминия и пробоотборником. Стоимость в зависимости от комплектации составляет 1950-2750 у.е.

Метод ИК-спектрофотометрии  используется и в других серийно  выпускаемых анализаторах нефтепродуктов:АН-2 (СКБ «Нефтехим-автомати-ка», Санкт-Петербург),ИКС-29 (ЛОМО, Санкт-Петербург),ИКАН («Орион», Москва). Сравнительный анализ этих анализаторов выявил сходство технических и стоимостных характеристик, хотя многие лаборатории уже отдали предпочтение АН-2, который наиболее широко известен. Известен и малогабаритный анализатор «Невод». Стоимость таких анализаторов нефтепродуктов в воде колеблется от 1,4 до 2,5 тыс. долларов. 
Существуют также анализаторы, позволяющие определять содержание нефтепродуктов не только в толще, но и на поверхности воды. В качестве примера можно привести анализатор ФЛЮКОМАТ производства компании «Монитек», измерительная система которого работает на принципе импульсной ультрафиолетовой флюоресценции и отражения, что позволяет осуществлять непрерывный мониторинг водной поверхности.

Как и в случае воздушной  среды, при анализе вод широко применяются лабораторные методики, реализуемые на приборах универсального назначения.

В числе универсальных  приборов лабораторного анализа, на которых проводятся определения  по примерно 110 методикам выполнения измерений (МВИ)в водах суши (природных поверхностных и очищенных сточных - более 80), а также морских водах и донных отложениях (более 25 методик), допущенных к применению при выполнении работ в области контроля загрязнений водных объектов (РД 52.18.595-96 [45]), находятся:

• фотометры и спектрофотометры - около 35% (40 методик);

• хроматографы (ГХ, ГЖХ, ЖХ) - около 20% (30 методик);

• атомно-абсорбционные  спектрометры -около 10% (12 методик);

• электрохимические (П, ИВА) - около 10% (11-12 методик);

• турбидиметрические приборы - примерно 8% (9 методик);

• ИК-спектрометры - примерно 3,5% (4 методики);

• хромато-масс-спектрометры - примерно 2.5% (3 методики);

• денситометры - примерно 2,5% (3 методики);

• флуориметры и весовые  приборы - около по 1,5% (по 2 методики);

• остальные приборы (титраторы и др.) - менее 1% (по 1-2 методики).

Как и в предыдущем случае, тройку «лидеров» составляют те же три типа приборов, позволяющие  решать примерно 65% всех экоаналитических задач водного контроля. Характерно, что для анализа вод используемая номенклатура технических средств существенно более широкая, чем при газовом контроле.

Далее, как и при  анализе воздуха, попробуем определить минимальный перечень приоритетных 3В в водной среде и кратко охарактеризуем наиболее часто применяемые для  этих целей средства экоаналитического контроля.

Наибольшее количество 3В указывается в гигиенических  нормативах «ПДК вредных веществ в воде водных объектов хозяйственно-питьевого и культурно-бытового водопользования» и составляет около 1370 веществ, из которых примерно к 690 веществам установлены гигиенические требования к качеству воды централизованных систем питьевого водоснабжения (см. также Санитарные правила и нормы СанПиН 2.1.4.559-96) [59]. Кроме того, еще около 400 веществ имеют ориентировочно допустимые уровни (ОДУ) в «хозпитьевых и культурно-бытовых» водах. Итого - не менее 1770 гигиенически нормируемых в воде веществ.

Немногим меньше «Обобщенный перечень ПДК вредных веществ в воде водных объектов, используемых для рыбохозяйственных целей», включающий вместе с ядохимикатами (около 156 веществ) примерно 1240 веществ. Кроме того, еще около 180 ядохимикатов имеют «Ориентировочно безопасные уровни воздействия (ОБУВ) в воде рыбохозяйственных водоемов». Суммарно получается 1420 веществ.

Если сопоставить количества нормируемых веществ (1420-1770) и число зафиксированных в справочнике «Экометрия» методик: 59 -для питьевой воды (около 100 веществ), 259 - для природных, питьевых, очищенных сточных и сточных вод (около 180 веществ) и еще 18 - для морской воды (около 50 веществ), то получается, что только примерно 10% гигиенически нормируемых веществ может быть проконтролировано существующими лабораторными методами экологического контроля. Поэтому проблема оптимизации перечня приоритетных для контроля веществ в воде является не менее актуальной, чем для воздуха.

Более реалистичным (с  точки зрения контроля) представляется уже упоминавшийся перечень веществ, для которых установлены базовые  нормативы платы за сбросы 3В в  окружающую природную среду (около 200). Существуют и еще более короткие перечни, прежде всего по отношению к питьевой воде. Речь идет об относительно недавно принятом ГОСТ Р 51232-98, содержащем около 50 показателей загрязнения и Методических указаниях по его внедрению и применению (МУ 2.1.4.682-97), в соответствии с которыми число наиболее распространенных в питьевой воде веществ составляет примерно 70. В Европейском Союзе также существует перечень веществ-загрязнителей воды, приоритетных для контроля, включающий около 130 веществ. В этом же издании приводятся нормативы ВОЗ для питьевой воды по 50 неорганическим, физическим показателям и радиоактивности; 35 органическим показателям, еще по стольким же органическим пестицидам и 15 веществам, образующимся в воде при ее дезинфекции (всего около 135 веществ).

Для сравнения там же указываются вещества и их безвредные для человека концентрации, рекомендованные Всемирной организацией здравоохранения (ВОЗ), а также вещества, анализы на содержание которых в воде включены в перечень работ и услуг природоохранного назначения, утвержденный в 1999 г. Госкомэкологии России.

Совмещение вышеуказанных  перечней позволяет, как и в случае воздушной среды, сформировать "минимально достаточный" (оптимальный) список приоритетных для экологического мониторинга  вод ЗВ, для которых экоаналитическяй контроль должен быть обязательным. Величины нормируемых концентраций могут служить ориентиром чувствительности (предела обнаружения) ТСКЗ соответствующего типа вод. При этом, конечно, необходимо понимать относительную условность данного перечня, так как он не является ни исчерпывающим, ни окончательным.