Содержание1. Выбор места контроля загрязнения и поиск его источника с цельюпервичной оценки и/или отбора проб2. Отбор проб объектов загрязненной среды2.1 Отбор проб воды
2.2 Отбор проб воздуха2.3 Отбор проб почвы2.4 Отбор проб донных отложений
2.5 Отбор проб растительности2.6 Отбор проб животного происхождения
2.7 Стабилизация, хранение, итранспортировка проб для анализа3. Показатели качества воды и их определение
4. Наиболее универсальные приборы,подходящие для целей экологического мониторинга4.1 Технические средства контроля атмосферы4.2 Средства контроля вод и других жидких сред4.3 Средства контроля почв
Список использованных источников
1. Выбор места контроля загрязнения и поиск егоисточника с целью первичной оценки и/или отбора проб
Место для первичной оценки или отбора пробы выбирается всоответствии с целями анализа и на основании внимательного изучения всейимеющейся предварительной информации, а также натурного исследования местностиили контролируемого объекта, причем должны учитываться все обстоятельства,которые могли бы оказать влияние на состав взятой пробы или результат первичнойоценки наличия и уровня загрязнения (воздействия). В зависимости от видаанализируемой среды данная процедура имеет некоторые особенности.
При поиске точек отбора проб воды из поверхностных природныхисточников особенно внимательно надо отслеживать притоки реки и возможныеисточники загрязнения выше по течению от предполагаемого места первичной оценкили пробоотбора.
Место выбора проб сточных вод оценивается и выбирается толькопосле подробного ознакомления с технологией производства, потреблением исбросом воды, местоположением цехов объекта, системой его канализации,назначением и работой отдельных элементов систем очистки.
Створы отбора и оценки проб устанавливают на водоемахпримерно в 1 км выше ближайшего по течению пункта водопользования (водозабордля питьевого водоснабжения, места купания, организованного отдыха, территориянаселенного пункта), а на непроточных водоемах и водохранилищах – в 1 км в обестороны от пункта водопользования.
Обычно принято отбирать пробы воды одного створа в 3 точках(у обоих берегов и в фарватере), но можно и в 1-2 точках (при ограниченныхтехнических возможностях или на небольших водоемах) – в зависимости отхарактера водопользования и с учетом условий водного режима в данном пункте илираспределения сточных вод в водоеме.
При централизованном водоснабжении в населенном пункте пробыводы из водоема можно брать в точке водозабора по глубине и по ширине реки. Дляхарактеристики источника централизованного водоснабжения при существующемводозаборе допускается отбор и первичная оценка проб непосредственно посленасосов первого подъема.
Поиск и выбор места отбора, а также первичной оценки пробвоздуха (как в отношении других сред) проводят в предполагаемых зонах максимальногозагрязнения окружающей природной среды (например, в факеле выброса и в зонахего возможного прохождения на расстоянии до объекта от сотен метров донескольких километров, обычно на высоте до 1,5 м от земли) или непосредственновблизи нахождения людей и других биообъектов, для которых данный выброс можетоказаться вредным или опасным.
В рабочей зоне пробы воздуха следует отбирать в местахпостоянного или максимально длительного пребывания людей, при характерныхпроизводственных условиях с учетом особенностей технологического процесса,уровня, физико-химических свойств, а также класса опасности и биологическогодействия выделяющихся химических загрязняющих веществ или физических фактороввоздействия, температуры и влажности окружающей среды.
Выбор места для отбора проб биоты является специфическойзадачей биомониторинга. Данная процедура имеет принципиальную особенность –индикационный характер поиска места для такого пробоотбора. Он заключается втом, что наблюдения за показаниями состояния растительности и животного мирадолжно показывать исследователю, где ему отбирать пробы биообъектов дляпоследующего анализа на предмет их загрязненности.
В операцию поиска источника или места пробоотбора часто такжевключается задача идентификации характера воздействия или загрязняющеговещества (установление его природы, расшифровка состава основных компонентовсмеси). При отсутствии технической возможности или необходимости видентификации она должна заменяться более простой задачей обнаружения, т. е.подтверждения факта наличия загрязняющего вещества в среде. В случаеобнаружения вредного физического фактора целесообразно сразу проводитьколичественное измерение его уровня.
Эти задачи должны решаться максимально экспрессно (т.е. заминимальный промежуток времени), сопоставимо по времени с пробоотбором. Отбыстроты первичной оценки при обнаружении источника загрязнения или воздействиявредного ФФ зависит не только длительность, (а значит и экономичность)вышеуказанных процедур, но часто и безопасность персонала, их проводящего (вслучае анализа “супертоксикантов”, радиации и других особо вредных химическихвеществ и факторов, а также при обследовании особо опасных производственных ииных объектов). Характер работы технического средства контроля в режимеобнаружения по возможности должен быть следящим (непрерывным или хотя быпериодическим, но с минимальным временем паузы между повторяющимся цикломанализа).
Применяемые методы и технические средства должны бытьспособны обнаруживать максимально специфично (т.е. избирательно по отношению кискомому ЗВ или ФФ на фоне мешающих примесей или других имеющихся факторов). Вслучае идентификации требование о специфичности средства заменяетсятребованием, чтобы техническое средство было селективно, т. е. способноодновременно (или последовательно) различать в анализируемой среде несколькодаже похожих по свойствам веществ (факторов).
Еще одной значимой характеристикой вещества является такжеего чувствительность, т.е. способность фиксировать минимально возможныеконцентрации ЗВ или уровни ФФ. Это свойство метода экоаналитического контролянаряду с экспрессностью и специфичностью входит в классическую триаду важнейшихсвойств средства контроля.
При неавтоматизированном режиме обнаружения обычноиспользуются портативные средства экспрессного контроля.
Для воздуха – индикаторные трубки, экспресс–тесты на основеиндикаторных бумажек или пленок, другие индикаторные элементы.
Для воды и вытяжек из почвы – это тесты или тест–комплексы, атакже микро(мини)–портативные переносные лаборатории с упрощенным (обычнокачественные или полуколичественные) операциями анализа.
Для автоматического обнаружения обычно применяютмалогабаритные сенсоры и другие чувствительные элементы – устройства,обладающие свойствами быстродействующего первичного преобразованияконтролируемого параметра окружающей среды в аналитический сигнал (изменениеокраски, перепад электрического тока, напряжения или другого фиксируемогопоказателя), т.е. являющиеся сигнализаторами. Выполнив задачу обнаружения (илиидентификации) ЗВ, средства выдают информацию, необходимую для принятия решенияо проведении следующей операции – пробоотбора.
2.Отбор проб объектов загрязненной среды
Прежде всего необходимо отметить, что химический анализ чащевсего начинают с отбора и подготовки пробы к анализу. Все стадии анализасвязаны между собой. Так, тщательно измеренный аналитический сигнал не даетправильной информации о содержании определяемого компонента, если неправильнопроведен отбор или подготовка пробы к анализу. В большинстве случаев именноотбор и подготовка пробы к химическому анализу лимитирует надежность и, вцелом, качество получаемых результатов, а также трудоемкость и длительностьаналитического цикла.
Погрешность при пробоподготовке и отборе пробы частоопределяет общую ошибку определения компонента и делает бессмысленнымиспользование высокоточных методов. В свою очередь отбор и подготовка пробызависят не только от природы анализируемого объекта, но и от способа измеренияаналитического сигнала. Приемы и порядок отбора пробы настолько важны припроведении химического анализа, что обычно предписываются Государственнымстандартом.2.1 Отбор проб воды
Чаще всего на водоеме отбираются так называемые разовыепробы. Однако при обследовании водоема может возникнуть необходимость отбора исерий периодических и регулярных проб — из поверхностного, глубинного,придонного слоев вод и т.д. Пробы могут быть отобраны также из подземныхисточников, водопровода и т.п. Усредненные данные о составе вод дают смешанныепробы.
В нормативных документах (ГОСТ 24481, ГОСТ 17.1.5.05. ИСО5667-2 и др.) определены основные правила и рекомендации, которые следуетиспользовать для получения репрезентативных проб. Репрезентативной (от англ.representative – представительный, показательный) считается такая проба,которая в максимальной степени характеризует качество воды по данномупоказателю, является типичной и не искаженной вследствие концентрационных идругих факторов. Различные виды водоемов (водоисточников) обуславливаютнекоторые особенности отбора проб в каждом случае.
Пробы из рек и водных потоковотбирают для определения качество воды в бассейне реки, пригодности воды дляпищевого использования, орошения, для водопоя скота, рыборазведения, купания и водногоспорта, установления источников загрязнения.
Для определения влияния места сброса сточных вод и водпритоков, пробы отбирают выше по течению и точке, где произошло полное смешениевод. Следует иметь в виду, что загрязнения могут быть неравномерно распространеныпо потоку реки, поэтому обычно пробы отбирают в местах максимально бурноготечения, где потоки хорошо перемешиваются. Пробоотборники помещают вниз потечению потока, располагая на нужной глубине.
Пробы из природных и искусственных озер (прудов). Учитывая длительность существования озер, на первый планвыступает мониторинг качества воды в течение длительного периода времени –несколько лет, а также установление последствий антропогенных загрязнений воды(мониторинг ее состава и свойств). Качество воды в водоемах (как озерах, так иреках) носит циклический характер, причем наблюдается суточная и сезоннаяцикличность. По этой причине; ежедневные пробы следует отбирать в одно и тожевремя суток, а продолжительность сезонных исследований должны быть не менее 1года, включая исследования серий проб, отобранных в течение каждого временигода.
Пробы влажных осадков (дождя и снега) чрезвычайно чувствительны к загрязнениям, которые могутвозникнуть при использовании недостаточно чистой посуды, попадании инородных(не атмосферного происхождения) частиц и др. Считается, что пробы влажныхосадков не следует отбирать вблизи источников значительных загрязненийатмосферы — например, котельных или ТЭЦ, открытых складов материалов иудобрений, транспортных узлов и др. В подобных случаях проба будет испытыватьзначительное влияние указанных локальных источников антропогенных загрязнений.
Образцы осадков собирают в специальные емкости,приготовленные из нейтральных материалов. Дождевая вода собирается при помощиворонки (диаметром не менее 20 см) в мерный цилиндр (или непосредственно введро).
Отбор проб снега обычно проводят, вырезая керны на всюглубину (до земли), причем делать это целесообразно в конце периода обильныхснегопадов (в начале марта).
Пробы грунтовых вод отбираютдля определения пригодности грунтовых вод в качестве источника питьевой воды, атакже для технических или сельскохозяйственных целей; для определения влиянияна качество грунтовых вод потенциально опасных хозяйственных объектов; припроведении мониторинга загрязнителей грунтовых вод.
Грунтовые воды изучают, отбирая пробы из артезианскихскважин, колодцев, родников. Следует иметь в виду, что качество воды вразличных водоносных горизонтах может значительно различаться, поэтому приотборе пробы грунтовых вод следует оценить доступными способами глубинугоризонта, из которого отобрана проба, возможные градиенты подземных потоков,информацию о составе подземных пород, через которые пролегает горизонт.Поскольку в точке отбора пробы могут создаться концентрации различных примесей,отличные от их концентраций в водоносном слое, необходимо откачивать изскважины (или из родника, делая в нем углубление) воду в количестве,достаточном для обновления воды в скважине, водопроводе, углублении и т.п.
Пробы воды uз водопроводных сетей отбирают в целях определения общего уровня качестваводопроводной воды, поиска причин загрязнения распределительной системы,контроля степени возможного загрязнения питьевой воды продуктами коррозии и др.
Для получения репрезентативных проб при отборе проб воды изводопроводных сетей соблюдают следующие правила:
1. отбор пробпроводят после спуска воды в течение 10-15 мин — времени, обычно достаточногодля обновления воды с накопившимися загрязнителями;
2. для отбора неиспользуют концевые участки водопроводных сетей, а также участки с трубамималого диаметра (менее 1,2 см);
3. для отбораиспользуют, по возможности, участки с турбулентным потоком – краны вблизиклапанов, изгибов;
4. при отборе пробвода должна медленно течь в пробоотборную емкость до ее переполнения.
При отборе проб следует обращать внимание (фиксировать впротоколе) на сопровождавшие отбор проб гидрологические и климатическиеусловия, такие как осадки и их обилие, паводки, застойность водоема и др.
Посуда для отбора проб должна быть чистой. Чистота посудыобеспечивается предварительным мытьем ее горячей мыльной водой (стиральныепорошки и хромовую смесь не использовать!), многократным споласкиванием чистойтеплой водой. В дальнейшем для отбора проб желательно использовать одну и ту жепосуду. Сосуды, предназначенные для отбора проб, предварительно тщательно моют,ополаскивают не менее трех раз отбираемой водой и закупоривают стеклянными илипластмассовыми пробками, прокипяченными в дистиллированной воде. Между пробкойи отобранной пробой в сосуде оставляют воздух объемом 5-10 мл. В общую посудуотбирают пробу на анализ только тех компонентов, которые имеют одинаковыеусловия консервации и хранения.
2.2 Отбор проб воздуха
Универсального способа пробоотбора, позволяющего одновременноулавливать из воздуха все загрязняющие вещества, не существует. Выборадекватного способа отбора определяется, прежде всего, агрегатным состояниемвеществ, а также их физико-химическими свойствами.
В воздухе загрязняющие компоненты могут находиться в видегазов (NO, NO2, CO, SO2), паров (преимущественноорганических веществ с температурой кипения до 230-250 0С),аэрозолей (туман, дым, пыль). Иногда вещества могут находиться в воздухеодновременно в виде паров и аэрозолей. Это преимущественно жидкости с высокойтемпературой кипения (дибутилфталат, капролактам и др.). Попадая в воздух, ихпары конденсируются с образованием аэрозоля конденсации. Аэрозоли конденсацииобразуются также при некоторых химических реакциях, приводящих к появлениюновых жидких или твердых фаз. Например, при взаимодействии триоксида серы свлагой образуется туман серной кислоты; аммиак и хлороводород образуют дымхлорида аммония.
Правильное установление агрегатного состояния вредноговещества в воздухе способствует правильному выбору фильтров и сорбентов иуменьшению погрешности определения, связанной с пробоотбором. Дляпредварительной оценки агрегатного состояния примесей в воздухе необходиморасполагать сведениями об их летучести – максимальной концентрации паров,выраженной в единицах массы на объем воздуха при данной температуре.
При проведении санитарно-химических исследований напроизводстве пробы отбирают преимущественно аспирационным способом путемпропускания исследуемого воздуха через поглотительную систему. Минимальнаяконцентрация вещества, поддающаяся четкому и надежному определению, зависит отколичества отбираемого воздуха.
Многообразие вредных веществ и агрегатных состояний в воздухеобусловливает использование различных поглотительных систем, обеспечивающихэффективное поглощение микропримесей.2.3 Отбор проб почвы
Точечные пробы отбирают методом конверта по диагонали илидругим способом, следя за тем, чтобы каждая проба представляла собой частьпочвы, типичной для исследуемых почвенных горизонтов и ключевых участков.
Метод конверта является наиболее распространенным способомотбора смешанных почвенных образцов и чаше всего применяются для исследованияпочвы гумусового горизонта. При этом из точек контролируемого элементарногоучастка (или каждой рабочей пробоотборной площадки) берут 5 образцов почвы.Точки должны быть расположены так, чтобы мысленно соединенные прямыми линиями,давали рисунок запечатанного конверта (длина стороны квадрата может составлятьот 2 до 5 – 10 м). Обычно при изучении почвы отбирают пробы гумусовогогоризонта с глубины около 20 см., что соответствует штыку лопаты. Из каждойточки отбирают около 1 кг (по объему около 0,5 л), но не менее 0,5 кг почвы.Почвенные образцы упаковывают в полиэтиленовые или полотняные мешочки иприлагают к ним этикетки (сопроводительные талоны).
Объединенную пробу почвы готовят из точечных проб. Приопределении в почве поверхностно – распределяющихся веществ (ПАУ, тяжелыеметаллы, радионуклиды и др.) точечные пробы обычно отбирают с помощьютрубчатого пробоотборника послойно на глубине 0,5 и 20 см массой до 0,2 кг. Приоценке загрязнения почвы летучими соединениями или веществами с высокойспособностью к вертикальной миграции (нитрозоамины) пробы отбирают по всейглубине почвенного профиля в герметично закрывающиеся емкости. Приневозможности быстрого анализа на месте пробы хранят в условиях, как правило,описанных в методиках анализа.
Определенные трудности возникают при отборе почвы длярадиологических исследований, что связано с перераспределением радионуклидов вландшафтах после поступления из атмосферы. Для снижения влияния рельефа, видапочв и растительности, а также возможности сравнения данных, отбор образцовдолжен производиться таким образом, чтобы их радиоактивность характеризовалакак можно большую территорию, а места отбора были ограничены участками сгоризонтальной поверхностью и минимальным стоком. Кроме того, образцырадиоактивных проб должны отбираться с открытых целинных участков в ненарушеннойструктурой. На обследуемом участке желательно выполнить предварительную гамма –радиометрическую съемку.
Измерения рекомендуется производить на высоте 1 м отповерхности и не ближе 2 – 5 м от стен строений. Одновременно с радиоактивнымиобразцами почвы отбирают и пробы растительности. При изучении миграциирадионуклидов в наземных экосистемах каждого ландшафта выбирают наиболеехарактерные участки на протяжении всего профиля от водораздела к пониженнымэлементам рельефа. Для отбора образцов закладывают разрезы размером 70х150 см иглубиной 1 – 2 м (в зависимости от типа почв) и отбирают пробы по горизонталинепрерывно по всему разрезу. Толщина отбираемых для радиометрических анализовслоев обычно не превышает 2 – 5 см.
Специфической процедурой является отбор проб с твердых,гладких и не сорбирующих поверхностей (глина, стекло, кафель, пластмасса,металл, лакокрасочные покрытия и др.). Для этой цели применяют ватно – марлевыеили ватные тампоны, смоченные водой или органическим растворителем. Иногдаберут мазки или смывы со стен, полов, окон производственных помещений (сплощади примерно 0,5 м2), а с поверхности зданий соскабливаютвнешний слой покрытия толщиной 1 – 2 мм с площади 0,1 – 0,25 м2. 2.4Отбор проб донных отложений
Донные отложения отбирают для определения характера, степении глубины проникновения в них ЗВ, изучения закономерностей процессовсамоочищения, выявления источников вторичного загрязнения и учета воздействияантропогенного фактора на водные экосистемы.
Проба при этом должна характеризовать не столько донныегрунты, сколько водный объект или часть за определенный промежуток времени. Вводоемах и водотоках точки отбора проб выбирают с учетом распределения донныхотложений и их перемещения. Отбор таких проб обязателен в местах максимальногонакопления донных отложений (места сброса сточных вод и впадения боковыхпотоков, приплотинные участки водохранилищ), а также в местах, где обмензагрязняющими веществами между водой и донными отложениями наиболее интенсивен (судоходныефарватеры рек, перекаты, участки ветровых волнений). При оценке влияния сточныхвод на степень загрязненности донных отложений и динамики накопления ЗВ в нихпробы отбирают выше и ниже места сброса в характерные фазы гидрологическихрежимов изучаемых водных объектов.
Способ отбора проб донных отложений выбирают в зависимости отсвойств определяемых веществ и поставленной задачи. Для оценки сезонногопоступления ЗВ и их поверхностного распределения в донных отложениях проботбирают из верхнего слоя, а при исследовании распределения ЗВ по годам донныеотложения отбирают послойно. При этом пробы, отобранные на различныхгоризонтах, помещают в разную посуду. Отобранные пробы хранят в охлажденномсостоянии (от 0 до –3оС) или в замороженном состоянии (до –20оС).
2.5 Отбор проб растительности
При отборе проб растительности обычно предполагается, чтобольшинство ЗВ оседают на поверхности растительного образца и находятся там вподвижной форме. Частички пыли или почвы, содержащие ЗВ, прилипают прежде всегок листьям, стеблям и плодам, покрытым воскообразным веществом. Рекомендуетсяотбирать растения, не подвергавшиеся химической обработке. При этом целыерастения или их части следует собирать в поле, где они находятся в естественномокружении. Для веществ, которые попадают в растения из почвы (хлорорганическиесоединения, тяжелые металлы, радионуклиды), необходимо учитывать тот факт, чтоопределяемые соединения могут прочно связываться с внутренними тканямирастения. Для их выделения из матриц следует применять специальные методы.
Отбор травы с пастбищ или сенокосных угодий производятнепосредственно перед выпасом животных или скашиванием ее на корм. Для этоговыделяют 8 – 10 участков площадью 1 – 2 м2, расположенных подиагонали. С каждого участка берут по 400 – 550 г и готовят объединенную пробумассой 1 – 1,5 кг. При отборе образцов мелких растений следует брать влабораторию все растение полностью. Пробы корнеплодов и фруктов берут из однойпартии. Из точечных проб составляют объединенную пробу массой 1 – 1,5 кг. Пробызерна отбирают в 4 – 8 точках из различных из различных мешков. Объединеннаяпроба должна быть не менее 2 кг и хорошо перемешана. 2.6Отбор проб животного происхождения
К отбору проб животного происхождения, в которыхпредполагается наличие следовых количеств ЗВ, предъявляют особые,дополнительные требования. Важно, чтобы проба была репрезентативной для всегоисследуемого организма (человека или животного). В частности, в пробах крови, взятыхиз различных органов, часто обнаруживаются существенные различия. По этойпричине необходимо особенно точно указывать условия отбора проб, в том числе иместо отбора в организме. Следует также указывать особенности биологииисследуемых видов, стадию их развития и степень контактов с природной средой.
Пробы тканей могут отбираться отдельно для каждой из особей,как это рекомендуется при обследовании крупных животных, либо усредняются вединый образец.
Моллюсков собирают из расположенных в обследуемом районеводоемов: водохранилищ, прудов, озер, рек, ручьев (желательно по одной пробе изкаждого водоема). Каждая проба должна содержать особи одного вида: по 5 – 8экземпляров половозрелых животных (40 – 80 мм) с общим весом без раковин неменее 50 г. Отобранных моллюсков помещают на фильтровальную бумагу и послеудаления заворачивают в фольгу или кальку. Пробы также хранятся до анализазамороженными. Раковины отбирают и анализируют отдельно. Если обследуется одинводоем, то пробы собирают с пяти створов, расположенных в разных местах этоговодоема.
Для отбора проб тканей рыб их вылавливают в летний период.Отбирают пять экземпляров взрослых щук или окуней (если этих видов нет, тодругих хищников, обитающих в исследуемом водоеме). Для определения возрастаизмеряются длина рыб и снимается чешуя, которую упаковывают отдельно.Отбираются пробы мышц с боков и хвоста рыбы, а также икра или молоки.
Иногда для контроля за содержанием ЗВ в воде, в местах сбросасточных вод вылавливают придонных рыб (карп, лещ). В этом случае желательно техже местах отобрать для обследования и моллюсков.
2.7 Стабилизация, хранение, и транспортировка проб дляанализа
Пробы объектов окружающей среды могут отбираться какнепосредственно перед анализом, так и заблаговременно. В последнем случаеприменяются промежуточные операции хранения и стабилизации проб.
Хранение проб, в том числе содержащих следовые количестваисследуемых веществ, осложнено проблемой их потерь за счет сорбции на стенкахсосудов, а также разрушения в растворителях и на поверхностях носителей поддействием кислорода, света и других факторов внешней среды. В воде протекаютпроцессы окисления – восстановления, биохимические процессы с участием бактерийи других живущих в ней объектов, а также физические и физико-химическиепроцессы сорбции, седиментации и др.
В водных растворах, например нитраты в присутствии органикимогут восстанавливаться до нитритов или даже до ионов аммония (в отсутствииорганики эти процессы могут идти в обратную сторону из-за наличия в водерастворенного кислорода), а сульфаты – до сульфитов. Растворенный кислородможет расходоваться на окисление органических веществ. Могут изменяться иорганолептические свойства воды – запах, цвет, мутность, вкус.
Некоторые элементы и их соединения способны довольно легкоадсорбироваться на стенках сосудов (Fe, Al, Cu, Cd, Mn, Cr, Zn, PO43-и др.). Из стекла (особенно темного) или пластмассы бутылей, напротив, рядмикроэлементов и следы веществ могут выщелачиваться (B, Si, Na, K). Указанныепроцессы иногда довольно значительно сказываются на ухудшении достоверности иточности анализа, поэтому данная группа технологических процедур хранения истабилизации проб имеет важное значение.
Применение экспрессных методов анализа на месте помогаетизбежать многих осложнений с изменениями состояния анализируемых проб, однакоэто удается далеко не всегда, поэтому необходимо иметь представление опроцессах, идущих в средах при хранении проб, а также знать правила егоправильного осуществления. В зависимости от предполагаемой продолжительностихранения отобранных проб иногда применяют процедуры их консервации. При этомуниверсального консервирующего средства не существует, поэтому для анализаотбирают несколько проб, каждую из которых консервируют, добавляя соответствующиехимикаты.
Применение консервирующих средств полностью не предохраняетопределяемое вещество или саму среду от изменения. Поэтому стараются дажеконсервированные пробы анализировать сразу или на следующий день, но непозднее, чем на третьи сутки после отбора пробы. При этом консервация сточныхвод вообще весьма затруднительна.
3. Показатели качества воды и их определение
В различных аналитических лабораториях нашей страныспециалисты ежегодно выполняют не менее 100 млн анализов качества воды, причем23% определений заключается в оценке их органолептических свойств, 21% — мутности и концентрации взвешенных вешеств, 21 % составляет определение общихпоказателей — жесткости, солесодержания, ХПК, БПК, 29 % — определение неорганическихвеществ, 4% — определение отдельных органических веществ.
Температура. Температураявляется важной гидрологической характеристикой водоема, показателям возможноготеплового загрязнения. Тепловое загрязнение водоема происходит обычно в результатеиспользования воды для отвода избыточного тепла и сбрасывания воды с повышеннойтемпературой в водоем. При тепловом загрязнении происходит повышениетемпературы воды в водоеме по сравнению с естественными значениями температур втех же точках в соответствующие периоды сезона. Основные источники промышленныхтепловых загрязнений — тепловые воды электростанций. Тепловое загрязнениеопасно тем, что вызывает интенсификацию процессов жизнедеятельности и ускорениеестественных жизненных циклов водных организмов, изменение скоростей химическихи биохимических циклов водных организмов, протекающих в водоеме.
Последствия:
· при повышеннойтемпературе многие водные организмы, и в частности рыбы, находятся в состояниистресса, что снижает их естественный иммунитет,
· происходитмассовое размножение сине-зеленых водорослей,
· образуютсятепловые барьеры на путях миграций рыбы,
· уменьшаетсявидовое разнообразие.
Специалисты установили: чтобы не допускать необратимыхнарушений экологического равновесия, температура воды в водоеме летом врезультате спуска загрязненных вод не должна повышаться более чем на 3 оС посравнению со среднемесячной температурой самого жаркого года за последние 10лет.
Органолептические показатели. Корганолептическим показателям относятся цветность, мутность, запах, вкус ипривкус, пенистость. Органолептическая оценка качества воды — обязательнаяначальная процедура санитарно-химического контроля воды. Ее правильномупроведению специалисты придают большое значение.
Международные стандарты ИСО 6658 и другие устанавливаютспециальные требования к дегустаторам и методам проведения дегустации.Например, установлено, три квалификационных уровня дегустаторов: консультант,квалификационный консультант и эксперт. Перед исследованием запаха и вкуса проводятпредварительные испытания образца, свободного от посторонних запаха илипривкуса, и такой образец шифрованным образцом включается в серию анализируемыхпроб.
Цветность — естественноесвойство природной воды, обусловленное присутствием гуминовых веществ икомплексных соединений железа. Цветность воды может определяться свойствами иструктурой дна водоема, характером водной растительности, прилегающих к водоемупочв, наличием в водосборном бассейне болот и торфяников. Цветность водыопределяется визуально
Различают следующие оттенки: Слабо — желтоватая, светло — желтоватая, желтая, коричневая, красно — коричневая, другая (укажите какая).
Запах. Запах воды обусловленналичием в ней летучих пахнущих веществ, которые попадают в воду естественнымпутем либо со сточными водами. Практически все органические вещества имеютзапах и передают его в воде. Обычно запах определяют при нормальной (20 0С)и при повышенной (60 0С) температуре воды.
Запах по характеру подразделяют на две группы, описывая егосубъективно по своим ощущениям:
1. естественногопроисхождения (от живущих и обмерших организмов, от влияния почв, воднойрастительности),
2. искусственногопроисхождения. Такие запахи обычно значительно изменяются при обработке воды.
Характер запаха:Естественного происхождения: Искусственного происхождения: землистый нефтепродуктов гнилостный хлорный плесневый уксусный торфяной фенольный травянистый др.
Интенсивность запаха оценивают по 5 — бальной шкале (ГОСТ3351):Интенсивность запаха Характер проявления запаха Оценка интенсивности запаха нет Запах не ощущается очень слабая Запах сразу не ощущается, но обнаруживается при тщательном исследовании 1 слабая Запах замечается, если обратить на это внимание 2 заметная Запах легко замечается и вызывает неодобрительные отзывы о воде 3 отчетливая Запах обращает на себя внимание и заставляет воздержаться от питья 4 очень сильная Запах настолько сильный, что делает воду непригодной к употреблению 5
Для питьевой воды допускается запах не более 2 баллов.
Количественно интенсивность запаха оценивают, определяя«пороговое число» запаха N — степень разбавления анализируемой воды водой,лишенной запаха (обрабатывают активированным углем (0,6 г на 1 л), либопропустив воду через бытовой фильтр для очистки воды).
N = V0/Va,
где V0 — суммарный объем воды (с запахом и беззапаха), Va — объем анализируемой воды (с запахом), мл.
Если анализируемая вода содержит какое — либо пахнущеевещество, то описанным способом можно определить его концентрацию в пробе.
Вкус и привкус. Различают4 вкуса: соленый, кислый, горький, сладкий. Остальные вкусовые ощущениясчитаются привкусами: (солоноватый, горьковатый, металлический, хлорный и т.д.). Интенсивность вкуса и привкуса оценивают по 5 — бальной шкале. Дляпитьевой воды допускаются значения показателей вкус и привкус не более 2баллов.
Мутность. Мутность водыобусловлена содержанием взвешенных в воде мелкодисперсных примесей — нерастворимых или коллоидных частиц различного происхождения. Мутность водыобуславливает и некоторые другие характеристики воды — такие как:
· Наличие осадка,который может отсутствовать, быть незначительным, заметным, большим, оченьбольшим (в мм).
· Взвешенныевещества, или грубодисперсные примеси определяются гравиметрически послефильтрования пробы, по привесу высушенного фильтра. Этот показатель обычно малоинформативен и имеет значение, главным образом, для сточных вод.
· Прозрачность,измеряется как высота столба воды, при взгляде сквозь который на белой бумагеможно различать стандартный шрифт.
Мутность определяют визуально по степени мутности столбавысотой 10-12 см. В последнем случае пробу описывают качественно следующимобразом: прозрачная, слабо опалесцирующая, опалесцирующая, слабо мутная,мутная, очень мутная (ГОСТ 1030).
Пенистость. Пенистостью считаетсяспособность воды сохранять искусственно созданную пену. Данный показатель можетбыть использован для качественной оценки присутствие таких веществ какповерхностно-активные вещества природного и искусственного происхождения.Пенистость определяют, в основном, при анализе сточных и загрязненных природныхвод. Проба положительна, если пена сохраняется больше 1 мин (рН 6,5 — 8,5).
Водородный показатель. Длявсего живого в воде минимально возможная величина рН=5, дождь, имеющийрН
4. Наиболее универсальные приборы, подходящие для целейэкологического мониторинга
4.1 Технические средства контроля атмосферы
К их числу следует отнести быстродействующие автоматическиеприборы и ручные экспресс-определители с индикаторными трубками, основанные на«линейно-колористическом» принципе измерения аналитического эффекта.
Одним из наиболее перспективных для решения этой задачиотечественных технических средств контроля атмосферы является серия непрерывнодействующих фотоионизационных газоанализаторов типа «КОЛИОН» (ЗАО «Бюроаналитического приборостроения ХРОМДЕТ — ЭКОЛОГИЯ», г. Москва).
Достоинства этой серии приборов:
· переносные,
· легкие (0,3 — 2,5кг),
· малогабаритные(65х205х180 мм),
· быстродействующие(время отклика 3 с),
· чувствительные(время обнаружения 0,1 мг/м3, диапазон определяемых содержаний 2 — 2000 мг/м3),
· точные (основнаяотносительная погрешность 25 %),
· автономные,
· с нагляднымпредставлением результата (в виде величины концентрации на жидкокристаллическомдисплее), а также сигнализацией о превышении установленного уровня загрязненности.
Приборы серии «КОЛИОН» обладают довольно широким перечнеманализируемых с их помощью соединений:
· нефтепродукты,
· другиеалифатические, ароматические и непредельные УВ,
· органическиерастворители,
· хлоралкены,
· метанол, этанол,фенол и др. спирты,
· альдегиды,кетоны,
· сложные эфиры,
· амины,меркаптаны,
· NH3, H2S,CS2, Cl2 и др. неорганические вещества.
Цена наиболее распространенной модели газоанализаторасоставляет ~ 1000$.
Несмотря на очевидные преимущества, приборы серии «КОЛИОН» обладаютодним существенным недостатком — они неспецифичны. Действие приборов основанона фотоионизационном эффекте — возникновении интегральнго ионизационного тока визмерительной камере под действием УФ-излучения при попадании в нее легкодиссоциирующих веществ. Таким образом, приборы измеряют токовый сигнал,пропорциональный суммарной концентрации анализируемых веществ, не различая приэтом особенностей их природы и химических свойств.
Для компенсации этого недостатка при поиске и первичномохарактеризовании источника загрязняющих веществ для целей экологическогомониторинга могут быть применены в качестве экспрессных средствэкоаналитического контроля «на месте» линейно-колористические индикаторныетрубки (Санкт-Петербург, НПО ЗАО «Крисмас +»). Достоинства индикаторных трубок:
· переносные,
· легкие (насос синдикаторной трубкой весят не более 1 кг),
· малогабаритные,
· быстродействующие(время отклика — несколько минут),
· чувствительные(предел обнаружения — десятые доли ПДКр.з., диапазон определения 0,1 — 1000000мг/м3),
· основнаяотносительная погрешность составляет ± 25 %.
Комплекты-лаборатории типа «Пчелка-Р» включают в свой составгазоопределитель химический многокомпонентный ГХК (аспиратор и зондпробоотборный). Набор прменяемых с ГХК метрологически аттестованныхиндикаторных трубок позволяет анализировать с их помощью довольно широкийперечень неорганических веществ и различных органических соединений (всегооколо 30), к которым относятся:
· NH3, H2S,SO2, NOx, Cl2, HCl, CO, CO2, Br2и др. неорганические вещества,
· углеводородынефти,
· ароматическиеуглеводороды (бензол, толуол, ксилол и др.),
· трихлорэтилен идр. хлоралкены,
· этанол и другиеспирты,
· формальдегид иацетон, а также другие альдегиды и кетоны,
· диэтиловый идругие эфиры,
· ацетилен,уксусная кислота,
· амины, меркаптаныи многие другие органические соединения.
Всего НПО «Крисмас +» поставляет более 180 типов индикаторныхтрубок.
Некоторые примеры наиболее подходящих портативных(переносных) средств и их основные характеристики:
1. Хроматографгазовый полевой типа ЭХО-М (г. Новосибирск) масса 6 — 7 кг, электропитание 12В, время непрерывной работы 8 ч. Детектор электронного захвата. Возможна заменадетекторов (фотоионизационный детектор, пламенно-ионизационный детектор).Предел обнаружения с детектором электронного захвата составляет 5 10-13кг (с возможным дополнением 1000 — кратного обогащения в выносномконцентраторе). Цена — 12 000 — 14 000 $.
2. Хроматографгазовый переносной для анализа неорганических газов и продуктов сгораниятоплива типа АХГ — 002. Предел обнаружения, г/см3: по Н2 — 8,4·10-10,по СО — 3,5·10-8, по СН4 — 6,6·10-9, по О2 — 8,7·10-9, по СО2 — 9,2·10-7 с детектором потеплопроводности. Цена ~ 2100 $.
3. Хроматографгазовый малогабаритный типа ХПМ — 5 для анализа сложных смесей веществ. Масса — 20 кг (аналитический блок) и 8 кг (блок питания), габариты, мм — 412х282х341(аналитический блок) и 120х311х290 (блок питания). Пределы обнаружения: S — 1,0·10-10 (пламенно-фотометрический детектор), P — 1·10-11 — (пламенно-фотометрический детектор) и 2,0·10-12 (термоионныйдетектор), N-5·10-12 (термоионный детектор), пестициды — 4,0·10-13(детектор электронного захвата), УВ — 2,0·10-8 (детектор потеплопроводности) и 2·10-11(пламенно-ионизационный детектор). Цена3500 $.
4. Хроматографыжидкостные переносные типа «Цвет — 403». Масса — 16 кг, предел обнаружения, вмг/мл: 10-8 — 10-10 (электрохимический детектор) и 10-4(ультрафиолетовый детектор). Цена 3000 — 3400 $.
5. Фотометр КФК-05переносной малогабаритный (АООТ «Загорский оптико — механический завод», г.Сергиев-Посад). Габариты 190х170х83 мм, вес 1,2 кг, электропитание 220 и 12 В.Погрешность 1 %, среднеквадратичное отклонение 0,15 %.
6. Микрофотоколориметрполевой. МКМФ-02П (микропроцессорный аналог). Цена 455 — 520 $.
7. Спектрофотометрпереносной DR/2010 VIS, =400-900 нм, погрешность 2 %, среднеквадратичноеотклонение 0,15 %. Цена 3500 $. 4.2Средства контроля вод и других жидких сред
В отличие от газоаналитической аппаратуры техническиесредства для контроля загрязненности вод и других жидкостей распространенынесколько меньше.
Рассмотрим наиболее часто применяемые, относительно доступныеи универсальные приборы, а также другие технические средства, подходящие дляцелей экологического мониторинга.
Обращаясь к операциям экологического контроля, в первуюочередь рассмотрим те технические средства, которые могут быть использованы напервой стадии цикла — при поиске источника загрязнения вод.
К сожалению, аналога портативного прибора «КОЛИОН», которыйможно было бы использовать для поиска источников загрязнения вод, в нашейстране пока не разработано.
Появляются автоматизированные системы импортного производствана основе измерительных приборов проточно-инжекционного типа, например,WATERLAB 2000 M/S (фирма «SERES», Франция). Однако до сих пор числоавтоматически и параллельно контролируемых «на месте» параметров загрязнениявод даже в этих лучших образцах не превышает десятка.
Поэтому в российских условиях одной из наиболее перспективныхдля решения этой задачи серий отечественных технических средств является особаягруппа «простейших» портативных средств контроля — так называемые полевые«экспресс-анализаторы», под которыми следует понимать средства, с помощьюкоторых возможно быстрое и простое обнаружение и/или первичное определениеискомых компонентов в воде.
Эти средства в основном предназначены для проведения экспресс-анализа «on-line» с целью выявления фактора и места превышения норм ПДК (ОДУ)как по природным компонентам (например, железо растворенное, соли жесткости идр.), так и по загрязнениям антропогенного характера (прежде всего,искусственно синтезированные органические вещества, водорастворимые формытоксичных тяжелых металлов и т. д.).
Типичным примером таких относительно простых портативныхсредств могут служить переносные лаборатории.
НПО ЗАО «Крисмас +» выпускает сотни комплект-методик икомплект-лабораторий, несколько модификаций модульных полевых портативныхлабораторий для комплексного анализа вод (НКВ, Пчелка).
«НКВ»: стоимость 20000 руб. (в 10 — 40 раз дешевле, чемполевая лаборатория DR 2010). Позволяет экспрессно (за несколько минут)обнаружить более 10 загрязняющих веществ (NO3-, NO2-,S2-, активный уголь, Cr6+, Fe2+, Fe3+,Fe, Cu2+, Ni2+ и др.) и полуколичественно их определять(по цветным шкалам — эталонам).
При дополнительной комплектации переносным фотометром КФК-5Мили полевым колориметом МКМФ-02Э возможно количественное определение в полевыхусловиях до 26 показателей.
Следует иметь в виду, что такого рода устройства, конечно,имеют некоторые ограничения по номенклатуре анализируемых веществ. В основномони ориентированы на контроль показателей загрязнения природного происхождения(рН, жесткость, K+, Fe, Me, NH4+, NO3-,CO32-, HCO3-, SО42-,Cl-, F- и др.), хотя превышение некоторых этихпоказателей является признаком техногенного загрязнения, в частности NH4+,NO3-, SО42- и др. Кроме того,результаты измерений и их точность обычно составляет 50 — 100 %.
Дополнительно к полевым лабораториям могут применяться другиепортативные средства экоаналитического контроля: газовые хроматографы,ИК-анализаторы, рентгено-флуоресцентные анализаторы.4.3 Средства контроля почв
Третьей из важнейших групп средств экоаналитического контроляявляется семейство приборов, предназначенных для анализа почв, донных осадков,других твердых веществ, материалов и поверхностей. По сравнению сгазоанализаторами и средствами анализа жидкостей, приборы контроля почвнаименее распространенны, что определяется не столько меньшей потребностью вних, сколько сложностью данного вида анализаторов. Известны только определенныепредставители таких портативных средств контроля почв: анализаторы ртути типаУКР — 1 (МП «Экон», Москва), РА — 915 (НПФАП «Люмэкс», Санкт-Петербург), ЭГРА — 01 (ФГУ НПП «Геологоразведка»), анализатор ртути «Юлия — 2», а также АМА — 254(«LECO» Чехия).
Кроме того, в геологоразведке применяетсярентгено-радиометрический анализатор химических элементов РПП-105, основанныйна рентгено-флуоресцентном методе анализа.
Среди портативных приборов для целей групповогоэкспресс-анализа почв на содержание в них элементов наиболее приспособленырентгенофлуоресцетные спектрофотометры: «Спектроскан» (НПО«Спектрон»,Санкт-Петербург), Спектроскан -U (14000 $) с высокой точностью определяет более70 тяжелых элементов в интервале от Са до U, Спектроскан-V (43000 $) с высокойточностью определяет более 80 элементов от Na до U. Чувствительность 0,7 — 1,0мкг/см2 анализируемой поверхности.
Производители в Москве (НПФ «Аналит Инвест» совместно с АООТ«НПО Химавтоматика» и предприятие ООО «ИНЛАН») поставляют для комплектациистационарных и передвижных химических лабораторий новый вид средств измерения,представляющий собой совокупность технических средств, методического ипрограммного обеспечения — химико-аналитические комплексы — рентгено-флуоресцентный, спектрально-оптический, газо- иионохроматографический, включенные в Госреестр СИ. В частности,рентгено-флуоресцентный комплекс «ИНЛАН-РФ» позволяет с помощью специальнойаттестованной методики при относительной погрешности 2,5 % определять в почве 8наиболее распространенных тяжелых металлов (Cr, Mn, Co, Ni, Cu, Pb, Hg, Zn) счувствительностью 1 — 1500 мг/кг. Стоимость РФ — ХАХ, размещаемого наотечественной многоцелевой автомобильной экоаналитической лаборатории«Экомобиль» составляет 23 — 25 тыс. $.
Более 80 элементов (от Mg до V), правда с более низкойчувствительностью, позволяет определять в различных объектах еще одна группаэмиссионных приборов — рентгено-флуоресцентные спектрометры.
Из всей серии методов рентгеновской спектроскопии(рентген-эмиссионный, рентген-абсорбционный и рентген-флуоресцентный) последнийобладает наибольшей чувствительностью (10-5 — 100 %), а кроме того,позволяет изготавливать на его основе портативные приборы.
Данные приборы незаменимы при полевом анализе (мониторинге)почв. Они позволяют в почвенных вытяжках и водах определять V, Bi, Mn, Ni, Pb,Cr, Zn в интервале концентраций 0,01 — 5,0 мг/л. Среди отечественных приборов,основанных на данном принципе, наиболее известны «ИКМЕТ — 01» в составекомплекса «ИНЛАН — РФ» и серия малогабаритных приборов «СПЕКТРОСКАН».
Список использованных источников
1. Мониторинг иметоды контроля окружающей среды/Ю.А. Афанасьев, С.А. Фомин, В.В. Меньшиков идр. — М.: Изд-во МНЭПУ, 2001 — 337 с.
2. Муравьев А.Г.Руководство по определению показателей качества воды полевыми методами. — СПб:«Крисмас+», 1999. — 232 с.
3. Муравьева А.Г.,Каррыев Б.Б., Ляндзберг А.Р. Оценка экологического состояния почвы. — СПб:«Крисмас+», 2000. — 164 с.
4. Дмитриев М.Т.,Казнина Н.И., Пинигина И.А. Санитарно-химический анализ загрязняющих веществ вокружающей среде. М.: Химия, 1989. 368 с.
5. Муравьева С.И.,Казнина Н.И., Прохорова Е.К. Справочник по контролю вредных веществ в воздухе.М.: Химия, 1988. 320 с.