Тема лекции № 3. Отбор проб воздуха

План лекции: 1. Характеристика методов пробоотбора воздуха

2. Побочные процессы при отборе проб газов

 

Цель лекции: Ознокомить учащихся со составными частями воздуха и предельно опасной допустимой концентрацией вещества.

Конспект лекции:

Основная погрешность при отборе проб воздуха связана с несоответствием состава пробы и состава анализируемой воздушной среды (отсутствие представительности пробы). Воздушная среда очень подвижна, а поступление вредных веществ может происходить как прерывисто, так и монотонно в зависимости от метеорологических и топографических факторов (направление и скорость ветра, температурные инверсии, атмосферное давление, влажность воздуха, рельеф местности, расстояние до источника загрязнения).

Отбор проб воздуха осуществляют в двух режимах: непрерывном и разовом. В первом случае отбор проводят без перерывов в ходе всего времени наблюдения или в течение определенного времени; во втором – отбор в течение очень короткого промежутка времени. Наиболее достоверные данные, отражающие степень загрязнения воздуха газами и пылью, достигаются при непродолжительном отборе пробы. В этом случае фиксируются с достаточной точностью максимальные концентрации загрязнителей. Несмотря на то, что длительность отбора проб для большинства вредных веществ установлена 20-30 минут, согласно имеющимся наблюдениям, концентрация вредного вещества при такой экспозиции получается усредненной и в 3 раза ниже действительной максимальной, если пробы воздуха отбирать в течение 2-5 минут.

Периодичность отбора зависит от характера технологического процесса, класса опасности, уровня загрязнения, времени пребывания обслуживающего персонала на рабочем месте. В зависимости от класса опасности вредного вещества отбор проводят не реже одного раза в 10 дней, в месяц или в квартал.

Не существует универсального способа пробоотбора воздуха. В воздухе может содержаться до нескольких сотен токсичных компонентов в форме газов, паров, твердых частиц и аэрозолей, высокомолекулярных органических веществ, которые значительно отличаются по температуре кипения, молекулярной массе, сорбционным характеристикам.

Способы улавливания (извлечения) токсичных химических соединений из воздуха обобщены в табл. 3.1.

Таблица 3.1. Характеристика методов пробоотбора воздуха

Метод отбора	Преимущества	Недостатки	Применение
Контейнеры	Простота	Сорбция примесей на стенках, химическое взаимодействие с материалом контей-нера	Газы и легколетучие вещества
Абсорбция	Широкий спектр анализируемых соединений, универ- сальность	Разбавление пробы, увеличение погреш-ности за счет испарения растворителя	Многие загрязнители (кроме твердых частиц и аэрозолей)
Криогенное улавливание	Высокая эффектив-ность извлечения газов и легких примесей	Конденсация влаги и образование аэрозоля	Газы и ЛОС
Адсорбция	Высокая степень извлечения приме- сей, получение представительной пробы	Трудности десорб-ции, изменение состава при термодесорбции	Любые соединения (кроме твердых частиц и аэрозолей)
Хемосорбция	Селективное улавли-вание примесей, надежность идентификации	Возможность побочных реакций, трудность извлече-ния аналита из ловушки	Надежная идентификация приоритетных загрязнителе
Фильтрование	Улавливание твердых частиц и аэрозолей	Не задерживаются газы и пары	Аэрозоли и ЛОС, адсорбированные на твердых частицах
Комбинация фильтра и адсорбента	Представительная проба, хорошее извлечение	Трудности десорбции	Сложные пробы, содержащие ЛОС и твердые частицы

Контейнеры. Используют для отбора органических и неорганических веществ в газообразном состоянии, летучих при обычной температуре веществ. Например, фреоны, хлоруглеводороды, бензол, толуол, углеводороды C₂-C₆, изопрен, CH₄, CO, CO₂, H₂S, COS, CH₃SH, CS₂. Такой способ отбора используют для анализа газов и летучих веществ при обычной температуре. Он не связан с обогащением пробы анализируемыми компонентами. Его применяют для последующего газохроматографического анализа, иногда для спектрального анализа.

Контейнеры – это сосуды различной формы. Контейнеры могут быть стеклянные, из нержавеющей стали и полимерной пленки. Типичный контейнер – стеклянная газовая пипетка, стеклянный шприц, стеклянные бутыли, резиновые камеры.

Способы отбора газовых проб в контейнеры:

1. Пропускают анализируемый воздух через контейнер с небольшой скоростью.

2. Впускают воздух в предварительно вакуумированный сосуд.

3. Заполняют через ниппельное устройство.

Примером простейшего контейнера является стеклянный газометр

Отбор небольших проб газа. Для отбора небольших объемов проб газа (250-500 мл) используют трубку с кранами (газовую пипетку), которую присоединяют к водоструйному насосу. Через эту трубку некоторое время «протягивают» испытуемый газ, затем краны закрывают. Для переведения пробы из пипетки в газоанализатор последний присоединяют к верхнему концу пипетки, другой конец пипетки соединяют с сосудом, содержащим жидкость, в которой газ не растворяется (вода, насыщенный раствором NaCI, минеральное масло, ртуть) и вытесняют газ в газоанализатор.

Побочные процессы при отборе проб газов:

1. Сорбция (хемосорбция) определяемых компонентов может составлять до 40-70%. Для снижения сорбции в стеклянных сосудах их обрабатывают парами анализируемых соединений, этим можно сократить потери на 50%. Тефлон при комнатной температуре адсорбирует до 40% бензола.

2. Химические реакции компонентов пробы между собой и с материалом контейнера в присутствии влаги, света и кислорода воздуха. Для их снижения надежней использовать мешки из тефлона. 3. Потери части вещества из-за негерметичности контейнера и проницаемости полимерной пленки. Например, через тефлоновую пленку CH₄ и C₂H₂ легко диффундируют.

Отбор проб воздуха в канистры имеет следующие преимущества:

1. Возможность получения представительной пробы.

2. Интегрирование ЛОС за определенный промежуток времени.

3. Облегчение транспортировки отобранных проб (идентичность состава пробы не нарушается в течение недели).

4. Достигаются хорошие точность и воспроизводимость.

Канистры из нержавеющей стали предварительно подвергают процессу электропассивации, чтобы снизить количество активных полярных мест. Кроме того канистры предварительно очищают: проводят серию процессов «вакуумирование – заполнение» с помощью не масляного компрессора и с использованием ультрачистого азота.

Остаточное количество ЛОС после этого не превышает 0,01-0,1 ppb.

При пробоотборе канистру вакуумируют до 50 мм Hg, а затем заполняют воздухом через вентиль тонкой регулировки (время отбора от 5 минут до 25 часов).

Контрольные вопросы

1. Чем обусловлено количество отбираемой пробы? Что такое смешанная проба? В чем ее отличие от простой?

2. Какие приспособления используют для отбора проб воздуха, воды?

3. На каком расстоянии от источника загрязнения наблюдается наибольшее содержание загрязнителя в почве? Перечислите известные Вам способы извлечения загрязнителей из почвы.

4. Какие консерванты проб воды в экоаналитическом контроле Вы знаете? В каких случаях консервирование пробы не допускается?

5. При экстракции из воды фенола хлороформом константа распределения равна 1,9. Рассчитайте концентрации фенола в воде и хлороформе после экстракции, если до экстракции в воде содержалось 0,05 ppm фенола.

6. Константа распределения при экстракции пиридина толуолом из воды составляет 2,7. Сколько раз необходимо провести экстракцию, чтобы проэкстрагировать пиридин на 90%?

Тема самостоятельной работы студентов (СРС):

1. Обьяснить причины использования органических реагентов в химическом анализе
2. Обьяснить этапов анализа сухого вещества

Литература:

1. Карпов Ю.А., Савостин А.П. Методы пробоотбора и пробоподготовки. – М.: БИНОМ. Лаборатория знаний, 2003. – 243 с.

2. Другов Ю.С., Родин А.А. Пробоподготовка в экологическом анализе. – С.-Пб.: Анатолия, 2002. – 755 с.

3. Другов Ю.С., Родин А.А. Анализ загрязненной почвы и опасных отходов. Практическое руководство. – М.: БИНОМ. Лаборатория знаний, 2007. – 424 с.

4. Другов Ю.С., Родин А.А. Экологические анализы при разливах нефти и нефтепродуктов. Практическое руководство. – М.: БИНОМ. Лаборатория знаний, 2007. – 270 с.