<<
>>

1.2. Методы и средства наблюдения и контроля за состоянием природной среды.

Для получения объективной информации о состоянии и об уровне загрязнения различных объектов природной среды необходимо располагать надежными средствами и методами экологического контроля.
Повышение эффективности контроля за состоянием природной среды может быть достигнуто

- повышением производительности и оперативности измерений;

- повышением регулярности измерений;

- увеличением масштабности охвата одновременным контролем;

- автоматизацией и оптимизацией технических средств и процесса контроля.

Средства экологического наблюдения контроля подразделяются на контактные и неконтактные; а контролируемые показатели на функциональные (продуктивность, оценка круговорота веществ и др.) и структурные (абсолютные или относительные значения физических, химических или биологических параметров: концентрация загрязняющего вещества, коэффициент суммарного загрязнения и др.). Контактные методы контроля подразделяются на методы использующие прямое измерение параметра и косвенное (рис.3).

В результате прямого измерения непосредственно определяется сам искомый параметр, например, показатель рН (метод рН-метрии). В случае косвенного измерения искомый параметр определяется в несколько стадий с использованием различных калибровочных графиков, таблиц и пр.

Так, в основе определения общего содержания фосфора в водной пробе, лежит метод фотоколориметрии, базирующийся на измерении оптической плотности раствора (g). Концентрация фосфора (Ср) определяется по калибровочному графику (Ср=f(g).

Эффективность любого метода наблюдений и контроля за состоянием природной среды оценивается совокупностью показателей:

- селективность и точность определения,

- воспроизводимость получаемых результатов,

- чувствительность определения,

- пределы обнаружения элемента (вещества),

- экспрессность выполнения анализа.

Рис.1.
Структура и функции ЕГСЭМ.

Рис.2. Оптимальная программа режимных наблюдений за состоянием природной среды в зоне предполагаемого техногенного воздействия.

Основным требованием к выбираемому методу является его применимость в широком интервале концентраций элементов (веществ), включающих как следовые количества в незагрязненных объектах фоновых районов, так и высокие значения концентраций в районах техногенного воздействия.

Фотометрический метод основан на сравнении оптических плотностей исследуемой и контрольной жидкостей (рис.3). Фотометрический метод базируется на законе Бугера-Ламберта-Бера:

D = a b c,

где D – оптическая плотность раствора, а – коэффициент поглащения при определенной длине волны, b – толщина кюветы, с – концентрация исследуемого элемента (вещества). При постоянных значения а и b зависимость между оптической плотностью раствора и концентрацией загрязнителя должна быть линейной. К разновидностям фотометрического метода анализа относятся фотоколориметрический (визуальная фотоколориметрия, фотоэлектроколориметрия) и спектрофотометрические фотоколориметрические методы используют для проведения анализа полихроматический свет. Для визуальной фотоколориметрии используют приборы визуального сравнения: пробирки, ручные колориметры, визуальные фотометры; для фотоэлектроколориметрии – фотоэлектрические фотометры (ФЭК-М, ФЭК-Н-5, ФЭК-Н-57, ФЭК-56, ФК-110, ФК-120 и др.), которые являются двухлучевыми приборами с двумя фотоэлементами. Чувствительность определения соединения зависит от природы элемента (соединения и составляет 0,02-20 мкг/мл пробы.

Спектрофотометрические методы анализа основаны на тех же принципах, что и фотоколориметрические, но в спектрофотометре используется поглащение монохроматического света (СФ-4, СФД-4а, СФ-8, СФ-9, СФ-19, С-605 и др.).

Чувствительность определения различных элементов и соединений спектрофотометрами 0,08-20 мгг/мл пробы. Частными случаями использования спектрофотометрии являются турбидиметрический и нефелометрический методы анализа, применяющиеся для определения количества веществ, находящихся во взвешенном состоянии, посредством измерения интенсивности прохождения света (турбидиметрический) или интенсивности рассеивания света в контролируемом растворе пробы. Для турбидиметрического метода анализа используются спектрофотометры различных типов с синим светофильтром, а также специальные приборы мутномеры (ТВ-346). Рассматриваемый метод пригоден для измерения концентраций порядка несколько частей на миллион. Нефелометрический метод анализа более чувствителен для сильно разбавленных суспензий и при благоприятных условиях может дать точность, сравнимую с точностью других колориметрических методов.

В основе спектрофотометрии (спектрально-эмиссионного метода) лежит излучение световой энергии атомами, ионами, реже молекулами. Излучаемые молекулами, атомами, ионами эмиссионные линейчатые спектры не зависят от вида химических соединений, из которых состоит исследуемое вещество. Поэтому этот вид анализа применяется для элементарного состава проб воды и почвы. Метод является универсальным, высокочувствительным, экспрессным и точным, кроме того, он позволяет одновременно анализировать до 30 элементов в одной пробе.

Атомно-абсорбционный спектральный анализ основан на использовании способности свободных атомов элементов селективно поглощать резонансное излучение определенной для каждого элемента длины волны. Метод универсален, прост, высокопроизводителен. Используется для определения более 7- элементов с точностью 0,1-0,01 мгг/л. Современные атомно-абсорбционные спектрофотометры: КАС-120, КАС-200, КАС-500, КАС-600.

Использование люминисцентного (флуориметрического) метода для аналитических целей связано с появлением сильной флуоресценции у некоторых веществ (нефтепродуктов, фенолов и др.) при воздействии на них ультрафиолетовым излучением. Приборы, использующие принцип люминисцентного анализа называются спектрофлюориметрами (ИСФ-1, Нева-3, Нева-5).

Газохроматографический метод основан на селективном разделении соединений между двумя несмешивающимися фазами одна из которых неподвижна (жидкость или твердое тело), а другая – подвижна (инертный газ – носитель). Рассматриваемый метод позволяет определять ничтожно малые количества веществ, не обладающих специфическими реакциями, анализировать смеси, состоящие из десятков и сотен компонентов с близкими свойствами. В настоящее время используются следующие хроматографы: Увет (101-110), МХ-1307М, ЛМ 8М, ЛХМ-80 и др.

Электрохимические методы анализа используют зависимость различных электрических свойств среды от количественного и качественного состава исследуемого вещества. К рассматриваемым методам анализа относятся потенциометрический, полярографический, кондуктометрический, ионометрический (рис.6).

Потенциометрический метод основан на изменении потенциала электрода в зависимости от физико-химических процессов, протекающих в веществе. Современные потенциометры ЭВП-8, ЭВП-8П.

Полярографический метод использует принцип восстановления анализируемого соединения на ртутном капающем электроде и используется, как правило, при анализе следовых количеств веществ, находящихся в разных агрегатных состояниях. Используются полярографы ППТ-1, ПУ-1, ПЛ-2, ПО-5122 с чувствительностью определений концентраций элементов и соединений 0,005-1 мкг/мл пробы.

Кондуктометрический метод основан на зависимости электропроводности и диэлектрической проницаемости вещества от концентрации и природы её компонентов. Приборы, основанные на кондуктометрическом методе анализа называются кондуктометрами или солеметрами (КЭП-1М, КВ-101, АКК 201, КК-8, КК-9).

Ионометрический метод основан на реакции ионоселективных электродов, обратимых к большому числу катионов и анионов. В настоящее время применяются иономеры (И-115, И-120, И-130).

Масс-спектрометрический метод заключается в ионизации газообразной пробы электронной бомбардировкой, после чего образующиеся ионы подвергаются воздействию магнитного поля.

В зависимости от массы и заряда ионы отклоняются с различной скоростью и соответствующим образом разделяются:

Рентгено-спектральный анализ основан на получении спектров различных элементов и веществ под воздействием рентгеновского излучения.

Контактные методы наблюдений и контроля за состоянием природной среды дополняются неконтактными, основанными на использовании двух свойств зондирующих полей (электромагнитных, акустических, гравитационных) осуществлять взаимодействия с контролируемым объектом и переносить полученную информацию к датчику. Зондирующие поля обладают широким набором информативных признаков и разнообразием эффектов взаимодействия с веществом объекта контроля.

Принципы функционирования средств неконтактного контроля условно подразделяют на пассивные и активные: пассивный, когда осуществляется прием зондирующего поля, исходящего от самого объекта контроля; активный – когда производится прием отраженных, прошедших или переизлученных зондирующих полей, созданных источником.

Рис.3. Структура контактных методов наблюдения и контроля за состоянием природной среды.

Неконтактный контроль атмосферы осуществляется с помощью радиоакустических и лидерных методов. Вначале радиоволны были использованы для анализа состояния ионосферы (по отражению и преломлению волн), затем сантиметровые волны применимы для исследования осадков, облаков, турбулентности атмосферы.

Область использования радиоакустических методов ограничена сравнительно локальными объемами воздушной среды (порядка 1-2 км в радиусе) и допускает их функционирование в наземных условиях и по борту аэроносителей.

Одной из причин появления отраженного акустического сигнала являются мелкомасштабные температурные неоднородности, что позволяет контролировать температурные изменения, профили скорости ветра, верхнюю границу тумана.

Принцип лидарного (лазерного) зондирования заключается в том, что при своем распространении лазерный луч рассеивается молекулами, частицами, неоднородностями воздуха, поглощается, изменяет свою частоту, форму импульса, в результате чего возникает флюоресценция, которая позволяет качественно или количественно судить о таких параметрах воздушной среды как давление, плотность, температура, влажность, концентрация газов, аэрозолей, параметры ветра. Преимущество лидарного зондирования заключается в монохроматичности, когерентности и возможности изменять спектр, что позволяет избирательно контролировать отдельные параметры воздушной среды. Главный недостаток – ограниченность потолка зондирования атмосферы с Земли влиянием облаков.

Основными методами неконтактного контроля природных вод являются радиояркостной, радиолокационный, флюоресцентный.

Радиояркостной метод использует диапазон зондирующих волн от видимого до метрового для одновременного контроля волнения, температуры и солености.

Радиолокационный (активный) метод заключается в приеме и обработке (амплитудной, энергетической, частотной, фазовой, поляризационной, пространственно-временной) сигнала, отраженного от взволнованной поверхности.

Для дистанционного контроля параметров нефтяного загрязненной водной среды (площадь покрытия, толщина, примерный химический состав) используется лазерный отражательный, лазерный флюоресцентный, фотографирование в поляризованном свете.

Флюоресцентный метод основан на поглощении оптических волн нефтью и отличии спектров свечения легких и тяжелых фракций нефти. Оптимальный выбор длины возбуждающей волны позволяет по амплитуде и форме спектров флюоресценции идентифицировать типы нефтепродуктов.

<< | >>
Источник: М.А.Пашкевич. МЕТОДЫ И ПРИБОРЫ КОНТРОЛЯ ОКРУЖАЮЩЕЙ СРЕДЫ И ЭКОЛОГИЧЕСКИЙ МОНИТОРИНГ Конспект лекций. 2001

Еще по теме 1.2. Методы и средства наблюдения и контроля за состоянием природной среды.:

  1. Глава 18, ОБЩИЕ МЕТОДЫ И СРЕДСТВА ВОСПИТАНИЯ
  2. 1. Понятие о методах и средствах воспитания. Система общих методов воспитания
  3. Общегосударственная система наблюдения и контроля атмосферного воздуха (ОГСНКа)
  4. Глава 16. Методы и средства обучения
  5. § 3. Организация контроля состоянияи загрязнения природной среды в городах
  6. Глава 6 МЕТОДЫ И СРЕДСТВА ОЦЕНКИ ВОЗДЕЙСТВИЯНА ОКРУЖАЮЩУЮ СРЕДУ И ЭКОЛОГИЧЕСКОЙЭКСПЕРТИЗЫ
  7. Краткий обзор методов и средств измерения радиоактивности, оценки дозовых нагрузок
  8. 19.2. Экологическая экспертиза, оценка воздействияна окружающую среду, экологический мониторинг и экологическийаудит как факторы контроля воздействия загрязненияна окружающую среду
  9. Глава 1 МЕТОДЫ И СРЕДСТВА МАГНИТНОЙ ГИДРОДИНАМИКИ
  10. 6.2. Двухпартийная система как метод и средство
  11. 3.2. Приборы и методы контроля энергетических загрязнений окружающей среды
  12. 5.2.2. Организация наблюдений за метеорологическими условиями и уровнем загрязнения атмосферного воздуха