Контроль и управление качеством воздуха

Исторически, обозначения ОБУВ, ОДК, ВДК, ПДК соответствовали верхнему пределу лимитирующих факторов среды, не вызывающих изменения состояния или ухудшения здоровья человека.

Для вредных примесей в воздухе следует учитывать эффект суммации:

(1)

где С_1, С₂… С_n - концентрации вредных примесей;

ПДК_1, ПДК_.2 … ПДКn- соответствующие значения ПДК.

Если такое соотношение соблюдается, то можно считать, что содержание вредных примесей можно считать нормативным. Известны 29 групп веществ, обладающих эффектом суммации. Например: фенол и ацетон; озон, диоксид азота и формальдегид и др.

При проектировании новых предприятий максимальное содержание примеси от разных источников должно соответствовать соотношению:

(2)

где С_ф - фоновая концентрация примеси.

В воздухе населенных пунктов должно соблюдаться соотношение:

Σ С_i ≤ (3)

где n- число источников эмиссии примеси.

Нормированные характеристики загрязнения атмосферы называют также индексом загрязнения атмосферы (ИЗА). ИЗА используется как критерий качества атмосферного воздуха при загрязнении отдельной примесью: ИЗА = С_i / ПДК_i ,

где С_i - концентрация загрязняющего вещества, мг/м³.

Уровень загрязнения считается низким (ИЗА < 5), повышенным (ИЗА=5-6), высоким (ИЗА = 7-13), очень высоким (ИЗА > 13).

ЛЕКЦИЯ 3

3.1 НАЗНАЧЕНИЕ СТАНДАРТНЫХ СМЕСЕЙ И ТРЕБОВАНИЯ К НИМ

Газоанализаторы и хроматографы необходимо градуировать и контролировать в процессе работы, для чего необходимы стандартные смеси. Без таких смесей нельзя обойтись при исследованиях различных реакций и процессов, при оценке эффективности сорбентов, поглотительных растворов, катализаторов.

Газовые смеси подразделяются на:

1) технические; 2)технологические; 3)поверочные; 4)образцовые;

5)эталонные; 6)государственные образцы.

Применение стандартных смесей:

· технические- используются при отсутствии метрологических требований;

· технологические- для отработки технологических процессов в лаборатории с использованием стандартных составов;

· поверочные- для градуировки и поверки работающих газоанализаторов; чистота исходных газов 99,9-99,95%;

· образцовые- для проверки образцовых приборов; чистота газов- >99,99%;

· эталонные смеси- для особой метрологической оценки;

· государственные стандартные образцы- стандартные вещества в газообразном состоянии («мера концентрации»). В России не выпускаются.

Парогазовые смеси (ПГС) получают путем смешивания чистых (нулевых) газов (He, Ar, N₂, воздух) с токсичными компонентами в заданных соотношениях. В России выпускаются отраслевые стандартные образцы (ОСО).

Ограниченность номенклатуры выпускаемых ПГС делает актуальной проблему приготовления таких смесей непосредственно перед анализом.

СТАТИЧЕСКИЕ МЕТОДЫ ПОЛУЧЕНИЯ СМЕСЕЙ

Основным признаком классификации ПГС являются методы приготовления смесей: статические и динамические.

Статические методы основаны на вводе определенного количества вредного вещества в форме газа или жидкости в сосуд известной вместимостью.

Динамические методы основаны на вводе непрерывного потокавредных веществ с помощью соответствующих устройств в смеситель (камеру, трубку и т.п.).

СТАТИЧЕСКИЕ МЕТОДЫ пригодны для приготовления небольших объемов смесей (для градуировки газовых хроматографов). Смеси готовят в металлических баллонах, стеклянных бутылях, пластмассовых резервуарах.

При последовательных отборах газа из бутили, снижается давление, что затрудняет анализ. Для поддержания постоянного давления в бутыли используют метод экспоненциального разбавления. Он заключается в компенсировании взятого объема газовой смеси равным объемом чистого воздуха или газа-разбавителя.

Достоинством метода является возможность отбора последовательных проб, концентрация газа в которых устанавливается расчетным путем.

ДИНАМИЧЕСКИЕ МЕТОДЫ ПОЛУЧЕНИЯ СМЕСЕЙ

Для создания широкого диапазона концентраций вредных веществ в смеси с воздухом или инертным газом используют динамические методы, отличающиеся большим разнообразием по сравнению со статическими. Преимущества динамических методов: хорошая воспроизводимость; устойчивость в течении длительного времени; независимость от внешних условий; возможность приготовления смесей реакционноспособных, термически неустойчивых и разлагающихся веществ.

Качественный анализ можно проводить химическими, физико- химическими и физическими методами.

ХИМИЧЕСКИЕ МЕТОДЫ основаны на специальных аналитических химических реакциях, проводимых с исследуемым веществом с помощью реактивов.

ФИЗИКО-ХИМИЧЕСКИЕ МЕТОДЫ отличаются тем, что регистрация сигнала проводится обязательно с помощью физического прибора.

ФИЗИЧЕСКИЕ МЕТОДЫ не используют аналитическую реакцию и проводятся с помощью физических операций (испарение, возбуждение спектра, определение плотности, рефракции и т. п.).

Поэтому современные химические и физико-химические методы анализа продолжают играть большую роль в анализе воздуха.

ХИМИЧЕСКИЕ МЕТОДЫ АНАЛИЗА: Гравиметрические методы

Классические методы анализа основаны на использовании химических реакций, протекающих в растворах, расплавах, твердых телах и газах. Это реакции нейтрализации, комплексообразования, осаждения, окисления-восстановления, выделения или поглощения газов.

Химическими методами измеряют массу, объем, время и другие величины. Главные методы (гравиметрия и титриметрия) отличаются высокой точностью, но относительно невысокими пределами обнаружения, а гравиметрия еще и длительностью выполнения.

ГРАВИМЕТРИЧЕСКИЕ МЕТОДЫ

Гравиметрия основана на законе сохранения массы вещества при химических превращениях. Взвешивание является начальной и конечной стадией анализа. Определяемое вещество должно осаждаться полностью в виде малорастворимых осадков, осадки не должны содержать примеси.

Гравиметрические методы применяют для определения главных компонентов анализируемого материала, содержащихся в больших или средних количествах, или их используют для оценки надежности других методов.Однако, в массовых анализах их применяют мало.

ХИМИЧЕСКИЕ МЕТОДЫ АНАЛИЗА: Титриметрические методы

Титриметрия- метод, основанный на титровании с протеканием химических реакций в растворах. По объему стандартного раствора, израсходованному . до точки стехиометричности, вычисляют содержание определяемого вещества.

Различают: прямое титрование; косвенное титрование; обратное титрование; титрование заместителя; индикаторные методы; безиндикаторные методы; автоматическое титрование.

3.3 ФИЗИКО-ХИМИЧЕСКИЕ МЕТОДЫ АНАЛИЗА.

По принципу физико-механического преобразования информации о концентрации ингредиента в электрический сигнал физико-химические методы газового анализа подразделяют на: - механические; - магнитные; - тепловые; электрические; - оптические; - масс-спектрометрические; сорбционные (хроматоргафия).

ХРОМАТОГРАФИЧЕСКИЕ МЕТОДЫ- основные методы анализа воздуха.

Хроматография- физико-химический метод анализа смеси веществ, основанный на распределении компонентов между несмешивающимися фазами, одна из которых подвижная (ингаз или жидкость), другая неподвижная (жидкость или твердое тело).

Газовая хроматография –высокочувствительный, селективный и быстрый метод анализа. ПОНЯТИЯ: набивные и капиллярные колонки: твердые носители и неподвижные фазы; детектор (ПИД и катарометр); методы расчета площади пика (абсолютная калибровка, внутреннего стандарта, нормализации площади); эффективность разделения; число теоретических тарелок и высота, эквивалентная теоретической тарелке.

Жидкостная хроматография- применяется для анализа ПАУ, полимеров, аминокислот, СПАВ, антиоксидантов, пестицидов, лекарств, углеводородов. В качестве неподвижной фазы часто используют воду, в качестве подвижной фазы- органические растворители. ДЕТЕКТОРЫ: рефрактометрические (10^-7 г/мл); ультрафиолетовые (10^-8 г/мл); …флуориметрический (10^-10 г/мл).

Ионная хроматография- метод определения ионов в растворах, объединяющий ионообменную хроматографию и кондуктометрическое детектирование. Неподвижные фазы содержат ионообменные группы, способные к реакциям обмена.

Хроматография в тонком слое и на бумаге- основаны на различной адсорбционной способности растворимости веществ. В качестве неподвижной фазы (в ТХС) используются силикагель, Al₂O₃, ионообменные смолы, а для (Х на Б)- используют специальную хроматографическую бумагу. Распределение вещества на пластинке и бумаге происходит с помощью растворителя под действием капиллярных сил. Зоны или пятна на носителе затем интерпретируют количественно.

3.4 МЕТОДЫ И ПРИБОРЫ ЭКСПРЕССНОГО КОНТРОЛЯ

ЗАГРЯЗНИТЕЛЕЙ ВОЗДУХА

Концентрацию вредных веществ в воздухе производственных помещений можно быстро установить экспресс-методом с помощью индикаторных трубок.

Индикаторная трубка-это герметичная стеклянная трубка, заполненная твердым носителем, обработанным активным агентом. Концентрацию вредного вещества определяют по изменению окраски (линейно-калористическим методом).

Особенно эффективно применение ИТ для экспрессного контроля токсичных веществ в аварийных ситуациях.

В качестве воздухозаборных устройств используются:

1) Аспиратор сильфонный АМ-5 с отбором доз 100, 1000мл;

2) Устройство воздухозаборное УГ-2 с отбором доз 30-400 мл

3) Тарированный газометр ТТ-1;

4) Ручной насос Китагавы (с делениями).

Газоопределитель ГХ-М (индикаторная трубка+ аспиратор АМ-5) позволяет анализировать 6 различных компонентов : CO, CO₂, SO₂, H₂S, NO_x,, O₂.

Газоанализатор УГ-2служит для определения 14 газов и паров в воздухе. В настоящее время существуют наборы запаянных трубок и фильтров для многих компонентов, а также наборы комплектов индикаторных средств (КИС).

Со способами их применения вы познакомились на лабораторных работах.

3.5 СИГНАЛИЗАТОРЫ ДОВЗРЫВООПАСНЫХ КОНЦЕНТРАЦИЙ

ГАЗОВ И ПАРОВ

Выпускаются сигнализаторы 3^-х типов:

1)Термохимические сигнализаторы- основаны на измерении теплового эффекта химических реакций окисления определяемого вещества избытком кислорода. Такие сигнализаторы могут быть разбиты на 3 группы:

А)Приборы с нагретой Pt-нитью, которая служит и катализатором и чувствительным элементом; В)Приборы с Pt и Pd-катализаторами и термистром;

С) Приборы с нанесенным насыпным катализатором и малоинерционным чувствительным прибором.

2)Пламенно-ионизационные сигнализаторы- основаны на ионизации молекул органического вещества в пламени водорода и последующим измерением ионизационного тока. Основной недостаток по сравнению с термохимическими- необходимость наличия источника водорода.

3)Искровые сигнализаторы- основаны на непосредственном испытании на взрываемость с помощью электрической искры контролируемого объема анализируемой смеси.

3.6 АВТОМАТИЧЕСКИЕ ГАЗОАНАЛИЗАТОРЫ КОНТРОЛЯ ПДК

Газоанализаторы- предназначены для контроля загрязняющих веществ в промышленных и автотранспортных выбросах, воздухе рабочей зоны, а также в атмосферном воздухе. Причем отбор пробы воздуха, измерение концентрации контролируемого компонента, выдача и запись результатов анализа осуществляются автоматически.

В отечественной практике наиболее широко применяют оптические, главным образом фотокалориметрические, электрохимические; ионизационные и хемилюминесцентные газоаналиаторы.

ФОТОКАЛОРИМЕТРИЧЕСКИЕ ГАЗОАНАЛИЗАТОРЫ- основаны на цветных реакциях между реактивом-индикатором (в растворе, на ленте или специальном порошке)и анализируемым компонентом газовоздушной смеси.

ЭЛЕКТРОХИМИЧЕСКИЕ ГАЗОАНАЛИЗАТОРЫ основаны на использовании кулонометрических (измерение тока электродной реакции) и кондуктометрических (измерение электропроводности раствора) методов.

С их помощью проводится анализ серосодержащих газов («Атмосфера-1М»), хлора и озона («Атмосфера –11М»), СО («Палладий-2М»), HCN («Миндаль»).

ИОНИЗАЦИОННЫЕ ГАЗОАНАЛИЗАТОРЫ- используют ионизацию пламенем и радиоактивное излучение. Применяются для анализа хлорсодержащих и ароматических углеводородов («Гамма-М»), парафиновых углеводородов (типа ИН), оксидов азота («Нитрон»).

ХЕМИЛЮМИНЕСЦЕНТНЫЕ И ФЛУОРЕСЦЕНТНЫЕ ГАЗОАНАЛИЗАТОРЫ- основаны измерении интенсивности люминесценции (продуктов реакции оксида азота с озоном), либо флуоресценции SO₂ (под действием УФ-излучения).

ОПТИКО-АККУСТИЧЕСКИЕ ГАЗОАНАЛИЗАТОРЫ- основаны на нагревании и охлаждении газа (СО) при прерывистом ИК-облучении (ИФАН-3).

ЛАЗЕРНЫЕ ГАЗОАНАЛИЗАТОРЫ- (типаЛГА) используются для определения утечки СН₄ в магистральных газопроводах при движении автомобиля УАЗ-452 со скорость 10 км/ч.

3.7 УНИВЕРСАЛЬНАЯ СИСТЕМА ХИМИЧЕСКОГО АНАЛИЗА

ВОЗДУХА РАБОЧЕЙ ЗОНЫ (УСХА)

В Российской Федерации с помощью автоматических газоанализаторов контролируется около 20 веществ из 1307, имеющих установленные ПДК, за рубежом в 2 раза больше. Доля автоматизированного анализа находится на уровне 8 – 10% от общего объема анализов.

Предложенная УСХА основана на идентификации иколичественном определении компонентов сложной смеси по совокупности показаний нескольких неселективных датчиков.

Технические средства УСХА- это хроматографические колонки с жидкими неподвижными фазами и детекторы общих и функциональных свойств. М.С. Вигдергауз показал, что менее 10 неподвижных фаз (апиезон, сквалан, ПФЭ, жидкие кристаллы и др.) или их смеси перекрывают весь диапазон хроматографической полярности.

Детекторы общих свойств: ПИД, ДТП, по плотности, термохимический, по диэлектрической проницаемости и др.

Функциональные детекторы : термоионный, поверхностной ионизации, γ- резонансный, сорбционно-фотометрический и др.

Практическая реализация УСХА есть автоматизированная система химического анализа (АСХА). Базовый прибор АСХА- «ЦВЕТ-600» с двумя детекторами и двумя колонками, способен анализировать пробы, содержащие до 30 компонентов с нижним пределом определения 10^-3 – 10^-5 мг/л.

ЛЕКЦИЯ 4- ЗФ

Не нашли, что искали? Воспользуйтесь поиском по сайту: