Задача экологического контроля на предприятиях формируется исходя из действующих на производстве технологий. В зависимости от используемых технологий применяются различные аналитические приборы для определения загрязняющих атмосферу веществ.
Цель мониторинга окружающей среды - значительно сложнее и шире, так как включает создание информационного базиса для оценки существующего состояния природных объектов, прогноз развития их состояния на длительное время при существующей и усиливающейся техногенной нагрузке. Поставленная цель мониторинга окружающей среды достигается применением аналитических комплексов, основанных на высокоинформативных методах анализа.
С учетом необходимости получения наиболее достоверных данных, достижения наивысшей чувствительности и селективности, а также опыта эксплуатации наибольшее распространение получили анализаторы непрерывного действия для контроля в атмосфере вредных компонентов (табл. 3.7).
209
Таблица 3.7
Методы анализа воздуха на содержание загрязнителей
| Метод анализа |
Анализируемый компонент |
| Абсорбционный метод спектрального анализа: |
|
| инфракрасная область спектра (0,2-0,4 мкм) |
Оксид углерода(I), |
| ультрафиолетовая область спектра (2-10 мкм) |
озон |
| Пламенно-ионизационный |
Углеводороды, органические вещества |
| Хемилюминесцентный |
Оксид, диоксид, сумма оксидов азота; озон |
| Флуоресцентный |
Оксид серы (IV), сероводород |
| Пламенно-фотометрический |
Оксид серы(IV), сероводород |
| Радиометрический |
Пыль |
| Гравиметрический |
Пыль |
| Электрохимический |
Оксид углерода(II), сероводород, оксид серы(IV) |
Абсорбционный метод спектрального газового анализа для контроля оксида углерода. Метод основан на свойстве молекул веществ избирательно поглощать часть проходящего через них электромагнитного излучения. Специфичность спектра поглощения позволяет качественно определять состав газовых смесей, а интенсивность абсорбционного спектра связана с количеством поглощающего энергию вещества. Инфракрасные спектрометры-газоанализаторы нашли применение при контроле содержания оксида углерода на уровне ПДК и ниже.
Наиболее высоким техническим уровнем (погрешность, диапазон измерений, потребляемая мощность) отличаются приборы (Thermo Environmental, США), СО-10М (InterScan, США), ГИАМ-1 (Смоленское ПО "Аналитприбор").
Пламенно-фотометрический метод газового анализа для контроля диоксида серы. Метод пламенной фотометрии основан на внесении молекул двуокиси серы в пламя смеси водород/воздух, при этом диоксид серы восстанавливается до атомарной серы, из которой образуются молекулы серы (S2), часть из которых возбуждена. Возвращаясь в исходное состояние, возбужденные молекулы серы испускают характерные для серы полосы излучения
210
между 360 и 440 нм. Интерференционный фильтр позволяет на характеристической полосе получить световой сигнал, зависящий исключительно от содержания серы в образце.
Из приборов, основанных на использовании этого метода и отвечающих современному уровню, следует отметить газоанализатор мод. 82А (Seres, Франция). Газоанализаторы, основанные на использовании метода пламенной фотометрии, более сложны в эксплуатации, чем приборы, основанные на использовании метода флуоресценции, так как требуют при эксплуатации наличия вспомогательных газов (водорода и т.п.).
Флуоресцентные методы газового анализа для контроля диоксида серы и сероводорода. Явление флуоресценции - свойство возбужденных молекул вещества испускать свет под воздействием электромагнитного излучения. При облучении пробы газа, содержащего диоксид серы, ультрафиолетовым светом (214 нм) молекулы SO2 переходят из возбужденного в нормальное состояние, разряжаясь частично на флуоресценцию (максимум интенсивности флуоресценции в данном случае лежит в области волн 350 нм). Интенсивность излучения, пропорциональная содержанию диоксида серы, регистрируется фотоумножителем.
Флуоресцентные газоанализаторы обладают высокой чувствительностью (до 0,001 ррт) и избирательностью. Включение в состав прибора конвертора, обеспечивающего каталитическое окисление сероводорода до диоксида серы, позволяет создать аппаратуру для одновременного контроля в атмосферном воздухе сероводорода и диоксида серы.
Наиболее высокими параметрами отличаются газоанализаторы мод. 43А и мод. 45А (Thermo Environmental, США), обладающие высокими метрологическими характеристиками (предел обнаружения - 0,001 ррт, погрешность - 5%) и уровнем автоматизации для комплектования систем контроля загрязнения окружающей среды.
Электрохимические методы газового анализа. Электрохимический метод основан на использовании химических селективных датчиков (ХСД). В зависимости от того, какие физические свойства, зависящие от адсорбированного количества вещества, измеряются, ХСД делят на потенциометрические, кулонометрические, полярографические и т.д. По сравнению с газоанализаторами, принцип работы которых основан на других методах анализа (абсорбционном, флуоресцентном, пламенно-фотометрическом), электрохимические газоанализаторы отличаются сравнительной простотой, низкой чувствительностью к механическим воздействиям,
211
малыми габаритами и массой, незначительным электропотреблением.
Не менее перспективен электрохимический метод для создания автоматических газоанализаторов, так как при этом обеспечивается определение большого количества компонентов (оксиды серы, углерода, азота, сероводород и др.) на единой аппаратной основе и не требуется наличия конвертора, как во флуоресцентных газоанализаторах.
Из зарубежных приборов для передвижных станций целесообразно использовать приборы фирмы InterScan (США), отличающиеся также большим числом модификаций для контроля различных вредных веществ (погрешность - 2%, диапазон измерений - 0-100 ррт). Требованиям ГОСТ по контролю СО в атмосфере отвечает газоанализатор "Палладий-3" (Смоленское ПО "Аналитприбор"); однако применение его в системах автоматизированного контроля возможно после модернизации, обеспечивающей необходимый уровень автоматизации прибора. Рекомендуемые газоанализаторы "Атмосфера-1М" (Смоленское ПО "Аналитприбор") возможно использовать как индикаторы на сероводород и диоксид серы из-за большой величины погрешности измерения концентраций указанных веществ (50%).
Современной разработкой Смоленского ПО "Аналитприбор" является семейство газоанализаторов "АНКАТ". Газоанализатор "АНКАТ-7621" предназначен для непрерывного контроля содержания диоксида серы, оксидов углерода, сероводорода в диапазоне от 0 до 50 мг/м3 (допускаемая основная погрешность - 20%). Основными конструктивными узлами газоанализатора являются: модуль газоанализатора; блок сигнализации и питания, позволяющий подключать до 8 аналитических модулей; блок сбора и обработки информации, обеспечивающий подключение до 16 модулей и хранящий среднее значение за последние 20 мин по каждому каналу.
Хемилюминесцентный метод газового анализа для контроля окислов азота. Метод основан на реакции окиси азота и озона, которые подают одновременно в реакционную камеру, и является в настоящее время основным методом контроля окислов азота в атмосферном воздухе. Интенсивность хемилюминесцентного свечения (химической люминесценции) в области волн от 600 до 2400 нм с максимумом в районе 1200 нм, пропорциональная концентрации окиси азота, регистрируется фотоумножителем, используемым в качестве детектора.
Из зарубежных приборов наиболее высоким техническим уровнем обладают приборы АСС-ЗОМ (Environnental, Франция) и
212
Таблица 3.8
Характеристики газоанализаторов
| Методы анализа |
Тип прибора (изготовитель) |
Определяемое
вещество |
Диапазон
измерений,
мг/м3 |
Погрешность, % |
Абсорбционный
метод спектрального анализа |
мод. 48 (Thermo Environmental, США) |
СО |
0-500 |
±5 |
| |
СО-10М (InterScan, США) |
СО |
0-200 |
±2 |
| |
ГИАМ-1 (ПО "Аналитприбор") |
СО |
0-400 |
±5 |
| Пламенно-фотометрический |
мод. 82А (Seres, Франция) |
SO2 |
0-1,5 |
±1 |
| Ультрафиолетовая флуоресценция |
мод. 43А (Thermo Electron, США) |
SO |
0-2 |
±5 |
| |
мод. 45А (Thermo Electron, США) |
SO2, H2S |
» |
» |
| Электрохимические методы газового анализа |
мод. LD-SERIE |
NO |
0-500 |
±2 |
| |
мод. 19-ZOLL |
NO2 |
0-50 |
» |
| |
(InterScan, США) |
SO2 |
» |
» |
| |
|
H2S |
0-100 |
» |
| |
|
C12 |
0-50 |
» |
| |
"Палладий-3" (ПО "Аналитприбор") |
CO |
0-20 |
±5 |
| Хемилюминесцентный метод |
АСС-30 (Environnental, Франция) |
NO |
0-10 |
±1,5 |
| |
|
NO2 |
» |
» |
| |
|
O3 |
» |
» |
| |
мод.14П/Е (Thermo Environmental, США) |
NO |
» |
» |
| |
|
NO2 |
» |
» |
| |
|
O3 |
» |
» |
| |
"Клен-2М" (НПО "Химавтоматика") |
NO |
» |
» |
| |
|
NO2 |
» |
» |
| Пламенно-ионизационный метод |
мод. 584 (Seres, Франция) |
C1-C10 |
0-10000 |
Предел обнаружения 0,04-0,005 |
| |
мод. 3000 (Environnental, Франция) |
C1-C10 |
0-1000 |
|
213
мод.14В/Е (Thermo Environmental, США) (погрешность - 1,5%, чувствительность - 0,001 ppm). He уступает им по основным параметрам отечественный газоанализатор "Клен-2М" (НПО "Хим-автоматика", Россия) со встроенным озонатором, высоким уровнем автоматизации и длительным сроком работы.
Пламенно-ионизационный метод газового анализа для контроля углеводородов. Задача контроля концентрации углеводородов избирательными методами анализа представляется весьма сложной, так как в воздухе одновременно может присутствовать большое число углеводородов различных классов. Это особенно актуально для предприятий по переработке углеводородных систем. По этой причине распространение получил пламенно-ионизационный метод, с помощью которого измеряется суммарная концентрация углеводородных паров и газов.
Метод основан на ионизации углеводородов в водородном пламени и измерении тока ионизации, пропорционального содержанию углеводородов. Он обеспечивает измерение суммы углеводородов в диапазоне 10-10000 ppm, отличается высокой чувствительностью и малой инертностью. Высокой степенью надежности и аналитическими возможностями отличаются пламенно-ионизационные газоанализаторы фирм "Seres" (Франция) и Environnental (Франция).
Для раздельного определения углеводородов широко используется метод газовой хроматографии с пламенно-ионизационным детектором (ПИД), так как хроматография - универсальный метод анализа, позволяющий определять концентрации различных веществ в газовых смесях. Метод основан на использовании свой-o ства разделения сложных смесей на хроматографической колонке, заполненной сорбентом. В связи с развитием электроники и миниатюризацией аналитической части хроматографов указанная аппаратура, помимо традиционного использования, нашла применение для оснащения передвижных лабораторий.
При соответствующей доработке хроматографы могут использоваться при автоматизированном контроле воздушного бассейна в диапазоне концентраций углеводородов 0,1-100 ПДК. Наиболее широко хроматографическая аппаратура в России представлена НПО "Химавтоматика" ("ХПМ-4", "ХПМ-5", серия "Цвет").
Из зарубежных образцов интерес представляют портативные газовые хроматографы, запрограммированные для идентификации определенных компонентов - мод. 311, 105 (HNU, Photovac, США).
Характеристики и типы газоанализаторов с высоким техническим уровнем, использующихся для определения наиболее распространенных видов загрязнителей, представлены в табл. 3.8.
214
- Какие методы аналитического контроля входят в мониторинг воздушного бассейна?
- Какое аналитическое оборудование используется в настоящее время для экологического контроля?
- Перечислите наиболее распространенные аппаратурные системы анализа основных загрязнителей воздушного бассейна.
- Какими методами целесообразно контролировать загрязнение воздуха оксидом углерода, оксидами азота, полициклическими ароматическими углеводородами, оксидами серы и твердыми частицами?
215
