20123-1 (Экономические и социальные проблемы охраны окружающей среды), страница 2

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 времениудерживания 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 содержани компонентов в смеси. Расчет ведетс по следующим формулам:

X= 1000 a/V

X = cV/V20,

где

a - содержание вещества, определенное по графику; мг

V - объем пробы вохдуха, вводимого в испаритель хроматографа, мл

с - концентрация вещества, расчитанная 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 коэффицентов принемают за 100%.Для вычисления концентрации вещества (в объемных процентах) необпходимо 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.

Хроматографы сотоят из основных блоков:Блок подготовки газов,термостат колонок (в том числе испаритель) ,детектор и регистратор (самописец).

Высокоэффективная жидкостная хроматография (ВЭЖХ)-

хроматографический метод,позволяющий разделить высококипящие жидкости и (или) твердые вещества, которые затруднительно либо нецелесообразно определять метод 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; диаметр-1-6 мм, длина -от 10- 15 см до 7м;

пористых носителей: силикагель, хромосорб, биосил и др. с

удельной площадью более 50 м/г и деаметр частиц 0,005-0,05 мм;

детекторов:рефрактометрической с чувствительностью 10 г/мл, УФ-детектор с чувствительностью 10 и флуориметрический с чувствительностью 10 г/мл, а также электрохимический;

подвижной фазы:ацетонитрил, метанол и др.

Тонкослойная хроматография (ТСХ).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, которой перемещается по слою сорбента (или по бумаге) под действием капиллярных сил.Компоненты смеси перемещаются вмемте 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 компанента пропорционально площади пятен.Количественную оцнку проводят или непосредственно на пластинке с помощью планиметра, или путем снятия окрашенного пятна с хроматограммы экстракции вещества растворителем и определение и определение его содержание фотометрическим методом или с помощью денситометра.

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 на второй (подавляющей) ионообменной колонке.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 HCLl HNO3, гидрохлорида пиридина и др.В качестве подвижной фазы-растовра карбоната и гидрокарбоната натрия.

В последние годы развивается ионная хроматография без подавления фонового сигнала элемента и с различными способами детектирования: фотометрический, атомноабсорбционный, ионометрический (ионселективные электроды).

Достоинства метода: низкий предел определения - 1 10 мг/мл, селективность, возможность одновременного определения неорганических и органических ионов экспрессность,широкий диапазон определяемых концентраций.

Применяют отечественный хроматограф “Цвет-300б”, кондуктометрический детектор, микропроцессор. Предел обнаружения по хлориду натрия - 3,10 мг/мл.

Хроматомасс-спектрометрия (ХМС) - это в сущности газовая хроматография с масс-спектрометром в качестве детектора (например, МИ-1201). Даный метод позволяет расшифровывать состав сложных смесей, содержащих сотни неидетифицированных компонентов, и определять их по одной пробе.

Полярография ( и вольтамперометрия). Полярография - одно из элктрохимических методов анализа. 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 непрерывна обновляется, что позваляет 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-, нитро-, нитрозогруппы, карбонильные соединения, пероксиды, эпоксиды, дисульфиды, и т. д.Это несколько ограничевает возможности метода, однако при определение полягрофических активных соединений позволяет достичь высокой слективности определения без предворительнонго разделения сложных смесей на отдельные компоненты.

Основные типы полярографии - постоянно-токовая (классическая) и переменно-токовая.Прследняя 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).

Применяют фоноваый или индифферентный электролит (называемый просто - фон), т.е. раствор кислоты, соли, буферный раствор более сложного состава, в котором растворяют анализируемую пробу.

Анализ атмосферного с помощью газоанализаторов (определение SO2,NO,CO и других газов). Газоанолизаторы в отличие от стационарных приборов (хроматографы, полярографы и др.) не позволяют дастигнуть столь же высмокой чувствительности, точности и селективности.Однако при неопходимости оперативного контроля содержания примесей загрязняющих веществ в атмосферном воздухе и особенно в воздухе рабочей зоны и в промышленных выбросах они могут быть полезны и необходимы.Характеристики наиболее применяемых и даступных отечественных газоанализаторов приведены в табл.1.

Таблица 1

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 массв 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.

Экологические принципы, лежащие в основе конструирования,изготовления и эксплуатации ЛА.

Самолет, как и любая система, использующая энергию окисления углеводородного топлива, выбрасывает в атмосферу продукты этого процесса, которые изменяют естественный состав атмосферы и поэтому могут рассматриваться как и загрязнители.Следовательно, авиация, несомненно, - источник загрязнения атмосферы, и вопрос заключается лишь в том, насколько эти загрязнения значительны.

В авиации применяется два вида нефтяного топлива - керосин и бензин несколько отличающиеся по составу продукты сгорания.Основное отличие состоит в том, что этилированный бензин используемый на самолетах с поршневыми двигателями, дает в отработавших газах свинец, являющийся одним из нежелательных компонентов загрязнения воздушной среды.

Роль самолетов с поршневыми двигателями в современной авиации незначительна и постоянно уменьшается.Поэтому целесообразно ограничить рассмотрение загрязнителей воздуха авиационного происхождения только продуктов горения керосина.

Продукта горения керосина, помимо не относимых к загрязнителям двуокиси углерода, паров воды, азота, а также некоторых других естественных компонентов атмосферного воздуха, содержат окись углерода, различные углеводороды(метан CH4, ацетилен C2H6 этан C2H4, пропан C3H8, бензол C6H6 толуол C6H5CH3 и др.), альдегиды (формальдегид HCHO, акролеин СH2=CH-CHO, уксусный альдегид CH3CHO и др.),окислы азота (в оснавном NO и NO2), окислы серы, твердые частицы (например, частицы сажи, создающие дымный шлейф за соплом двигателя) и ряд других составляющих, образующихся в незначительнвх количествах из имеющихся в керосине примесей.Самолеты выбрасывают в атмосферу и исходное топливо.Это роисходит не только в аварийных ситуациях, но и входе нормальной эксплуатации при продувке или опоражнении дренажных емкостей, после неудачного запуска двигателя перед началом полета и после выключения двигателя по окончании полета.

Уровни содержания в атмосферном воздухе различных вредных веществ регламентируется специальным общероссийским и нормами-ПДК. ПДК некоторых вредных компанентов, содержащихся в отработавших газах авиадвигателей, приведены в табл.2.В аналогичных иностранных нормах можно встретить некоторые другие интересные компоненты.Так стандартыми США допустимый уровень концентрации углеводородов (суммарно) устаногвлен равным 0,16 мг/м (в пересчете на эквивалентное количество метана).С другой стороны, такие компаненты углеводородного ряда, как бензпирен или пары исходного топлива (бензин), в нормы других стран, как правило, не включают.