Устройства для отбора проб воздуха

Наиболее распространённые инструментальные методы

Время отклика и время восстановления сенсоров газов

Время отклика и время восстановления сенсора характеризуют инерционность сенсора и определяются экспериментально. Согласно нормативных документов временем отклика сенсора считается интервал времени, составляющий 90% от времени, требуемого для достижения сенсором стационарного отклика после подачи на сенсор импульса концентрации газа. Время отклика обозначается как τ_отк или τ_0,9. Время восстановления сенсора – интервал времени, за которое сенсор достигает 10% от показаний, соответствующих нахождению сенсора в чистом воздухе, при импульсном снятии концентрации газа. Время восстановления сенсора обозначается τ_вос или τ_0,1. Исследования времени отклика и быстродействие толстопленочных металлооксидных сенсоров различных газов (CH₄, C₆H₁₄, H₂, CO, NH₃, H₂S, C₂H₅OH) при рабочей температуре до 600⁰C показали, что минимальное время отклика сенсора составляет 1-2 с для всех исследованных газов и вариантов легирования чувствительного слоя, выполненного из диоксида олова. Единственным исключением является сероводород, постоянная времени отклика для которого, составляет в ряде случаев (SnO₂+1%CuO) порядка 30 с.

 

Рабочая температура сенсоров газов

Диапазон рабочих температур сенсора является одной из важных характеристик сенсора и согласно нормативных документов он должен находиться в диапазоне -20 - +60⁰С.

Диапазон рабочих температур сенсора следует отличать от оптимальной температуры нагрева пленки ГЧМ. Оптимальная температура нагрева пленки определяется максимальными значениями газочувствительности сенсора к анализируемому газу. Для сенсоров на основе разных ГЧМ и для разных газов температура нагрева пленки ГЧМ может находиться в широком диапазоне – от комнатной до 400-500⁰С. При высоких температурах нагрева в сенсоре возникают большие градиенты температур, что приводит к деградационным процессам и выходу сенсора из строя. В связи с этим разработчики сенсоров стремятся снизить оптимальную температуру нагрева пленки ГЧМ. Актуальным вопросом является разработка неподогревных или малоподогревных сенсоров.

Зависимости поверхностной проводимости (поверхностного сопротивления) или чувствительности сенсоров от температуры имеют немонотонный и в большинстве случаев «колоколообразный» вид. За это отвечают конкурирующие при адсорбции и увеличении температуры процессы - увеличение проводимости зерен нанокристаллических полупроводников и, собственно, скорости адсорбции, с одной стороны, и уменьшение концентрации адсорбированных молекул на поверхности пленки ГЧМ, с другой.

В результате экспериментальных исследований зависимостей проводимости поликристаллического SnO₂ от температуры в присутствии газов-доноров было установлено, что оптимальная рабочая температура соответствует 100⁰С для H₂S, 100-150⁰C для СО, 120-150⁰С для С₂Н₅OН и 300⁰С для СН₄ (рис.7).

Различие в зависимостях проводимости от температуры вызвано различной адсорбционной способностью газов и разным механизмом их взаимодействия с поверхностью SnO₂, что может быть использовано для селективного определения, например, СН₄ на фоне H₂S, СО, С₂Н₅OН. Поэтому с целью повышения селективности и адсорбционной активности проводят легирование полупроводниковых оксидов металлами Pt, Pd, Au, Ru.

Рис. 7. Температурные зависимости электропроводности поликристаллического SnO₂ на воздухе (1) и в присутствии газов-доноров: СН₄ (2), СО (3), H₂S (4) и С₂Н₅OН (5) [54]

Отбор проб почвы

	Размер пробной площадки, га
Цель исследования	однородный почвенный покров	неоднородный почвенный покров	Количество проб
Определение содер­жания в почве хими­ческих веществ	От 1 до 5	От 0,5 до 1	Не менее одной объединённой пробы
Определение содер­жания физических свойств и структуры почвы	От 1 до 5	От 0,5 до 1	От 3 до 5 точечных проб на один поч­венный горизонт
Определение пато­генных организмов и вирусов	От 0,1 до 0,5	0,1	10 объединённых проб, состоящих из 3 точечных проб каждая

 

Точечные пробы отбирают ножом или шпателем из прикопок или почвенным буром.

2. Объединённую пробу составляют путём смешивания точечных проб, отобранных на одной пробной площадке.

3. Для химического анализа объединённую пробу составляют не менее чем из пяти точечных проб, взя­тых с одной пробной площадки. Масса объединённой пробы должна быть не менее 1 кг.

Для контроля загрязнения поверхностно распределяющимися веществами - нефть, нефтепродукты, тяжё­лые металлы и другие точечные пробы отбирают послойно с глубины 0.5 и 5. 20 см массой не более 200 г каждая.

Для контроля загрязнения легко мигрирующими веществами точечные пробы отбирают по генетическим горизонтам на всю глубину почвенного профиля.

4. При отборе точечных проб и составлении объединённой пробы должна быть исключена возможность их вторичного загрязнения.

Точечные пробы почвы, предназначенные для определения тяжёлых металлов, отбирают инструментом, не содержащим металлов. Перед отбором точечных проб стенку прикопки или поверхности керна следует зачис­тить ножом из полиэтилена или полистирола, или пластмассовым шпателем.

Точечные пробы почвы, предназначенные для определения летучих химических веществ, следует сразу поместить во флаконы или стеклянные банки с притёртыми пробками, заполнив их полностью до пробки.

Точечные пробы почвы, предназначенные для определения пестицидов, не следует отбирать в полиэтиле­новую или пластмассовую тару.

5. Все объединённые пробы должны быть зарегистрированы в журнале и пронумерованы. На каждую пробу должен быть заполнен сопроводительный талон (таблица). В процессе транспортировки и хранения поч­венных проб должны быть приняты меры по предупреждению возможности их вторичного загрязнения.

 

6.

Таблица. Справочный талон

1. Дата и час отбора пробы___________________________

2. Адрес___________________________________________

3. Номер участка___________________________________

4. Номер пробной площадки__________________________

5. Номер объединённой пробы, горизонт (слой), глубина взятия пробы

6. 6. Характер метеорологических условий в день отбора пробы

7. Особенности, обнаруженные во время отбора пробы (освещение солнцем, применение средств химизации, виды обработки почвы сельскохозяйственными машинами, наличие свалок, очистных сооружений и т.д.)

8. Прочие особенности

Исполнитель, Личная подпись Расшифровка подписи

должность

 

7. Пробы почвы для химического анализа высушивают до воздушно-сухого состояния. Воздушно-сухие пробы хранят в матерчатых мешочках, в картонных коробках или в стеклянной таре.

Пробы почвы, предназначенные для определения летучих и химически нестойких веществ, доставляют в лабораторию и сразу анализируют.

8. Для подготовки почв к анализу пробу почвы рассыпают на бумаге или кальке и разминают пестиком крупные комки. Затем выбирают включения - корни растений, насекомых, камни, стекло, уголь, кости живот­ных, а также новообразования - друзы гипса, известковые журавчики и др. Почву растирают в ступке пестиком и просеивают через сито с диаметром отверстий 1 мм.

Устройства отбора проб почвы и грунта:

- Ручные буры типа АМ-7 для взятия и хранения проб почвы массой до 3,5 кг по ГОСТ 15150-69. Состо­ит из двух цилиндров буровых, воронки, бойка, ножа, молотка, стаканов, лопатки и упаковочного ящика.

- Бур-пробоотборник представляет собой металлический цилиндр, который соединяется с составной штангой. Цилиндр имеет режущую поверхность из химически стойкой закалённой стали. Штанга крепится сто­порными винтами и имеет на конце рукоятку для вращения бура. На наконечнике (через 5 см) и штанге (через 20 см) нанесены риски. Проба отбирается вращением пробоотборника за рукоятку против часовой стрелки с одновременным надавливанием. Пробоотборник режущей кромкой направляет почву во внутренний цилиндр, высота которого составляет 20 см, при этом отбирается около 200 г почвы. После отбора бур вытаскивается, и почва ссыпается в емкость.

- Ручные буры Эйдельмана (Голландия) состоят из набора буров различных типов для разных почв, на­ращиваемого стержня и рукоятки.

- Мотобуры М-10 (ручная подача) и КМ-10 (стойка с цепной подачей и подвижный вращатель), малога­баритные, легкопереносимые предназначены для бурения скважин шнековым способом глубиной до 10 м.

- Буровая установка УКБ-12/25, малогабаритные, легко переносимые предназначены для бурения сква­жин глубиной до 15 м шнековым способом и до 25 м алмазными и твёрдосплавными коронками с промывкой.

Пробы почвы и грунта хранят в специальных ёмкостях - алюминиевых бюксах или пенетрационных чаш­ках различных типоразмеров.

Почвы - сложный аналитический объект, включающий неорганические (минеральные), органические (гу­мус) и элементоорганические (органоминеральные) вещества. Один и тот же элемент может находиться в почве в разных химических формах. Так, углерод в почвенном растворе присутствует в органических веществах, ио­нах карбоната и гидрокарбоната, оксида углерода и т.д. В почвах могут присутствовать практически все элементы, их содержание колеблется в широких пределах: для макроэлементов - от десятых долей до нескольких процентов (Al, Fe, Ca, Mg, K, Na, C) и десятки процентов (Si, O); для микро и ультрамикроэлементов - от 10^-8 до 10^-3 % (Ba, Sr, B, Rb, Cu, V, Cr, Ni, Co, Li, Mo, Cs, Se); промежуточное положение занимают элементы с со­держанием 10^-2..,10^-1 % (Ti, Mg, N, P, S, H).

Сложность состава почв, почвенных растворов и вытяжек, дренажных вод не позволяет автоматически пе­реносить на них методы, разработанные для определения элементов в чистых растворах или в объектах, близ­ких по свойствам почвам (например, минералы и руды).

При анализе почв особое внимание уделяют систематическим погрешностям, которые возникают из-за не­однородности состава, неадекватности методик определения, влияния примесей и основы образца. Одним из главных способов выявления систематических ошибок является использование стандартных образцов почв, однако набор их ограничен. Кроме того, важным этапом при анализе почв является правильное проведение пробоотбора и пробоподготовки (размельчение, просеивание, квартование, разложение).

Методы анализа и исследования почв очень разнообразны (табл.).

Устройства для отбора проб воздуха

Наименование устройств	Характеристики
ОП-221 ТЦ	Аспиратор с программируемым автоматическим отбором проб воздуха. 220/12 В, переносной, со встроенной аккумуляторной батареей, 1 канал 0,2…1 дм^3/мин, 1 канал – 5…20 дм^3/мин.
ОП-412 ТЦ	Аспиратор с программируемым автоматическим отбором проб воздуха. 220/12 В, 2 канала – 1…5 дм^3/мин, 2 канала – 0,2…1 дм^3/мин.
ОП-431 ТЦ	Аспиратор с программируемым автоматическим отбором проб воздуха. 220/12 В, 2 канала – 1…5 дм^3/мин, 1 канал -5…20 дм^3/мин, 1 канал – 0,2…1 дм^3/мин.1
ОП-442 ТЦ	Аспиратор с программируемым автоматическим отбором проб воздуха. 220/12 В, 2 канала – 5…20 дм^3/мин, 2 канала – 0,2…1 дм^3/мин.
ОП-824 ТЦ	Аспиратор с программируемым автоматическим отбором проб воздуха. 220/12 В, 4 канала – 1…5 дм^3/мин, 4 канала – 0,2…1 дм^3/мин.
ОП-618 ТЦ	Аспиратор с программируемым автоматическим отбором проб воздуха. 220/12 В, 3 канала – 1…5 дм^3/мин, 3 канала – 0,2…1 дм^3/мин.
А-01	Аспиратор переносной для отбора проб воздуха, 2 канала – 1дм^3/мин, 1 канал –до 20 дм^3/мин.
ПВП-04 А	Пробоотборник портативный переносной, 20…120 дм^3/мин
ПУ-5	Пробоотборное устройство для отбора проб воздуха и других газов с целью определения концентрации газоаэрозольных примесей, 4…100 дм^3/мин
АПВ-4-220В-40	Аспиратор 4-канальный, автоматическое отклонение после отбора пробы, 220 В, 40…50 дм^3/мин, погрешность 5%
АПВ-4-12 В-40	Аспиратор 4-канальный, автоматическое отклонение после отбора пробы, 12 В, 40…50 дм^3/мин, погрешность 5%
АВА-3-240-01С	Аспиратор 3-канальный, автоматическое отключение после отбора пробы, 220 В, по 1 каналу- 80…120 дм^3/мин, общий расход 240 дм^3/мин, погрешность 5%
АВА-3-180-01А	Аспиратор 3-канальный, автоматическое отключение после отбора пробы, 12В, по 1 – каналу 80…120 дм^3/мин, общий расход 240 дм^3/мин, погрешность 5%
АВА-1-150-01С	Аспиратор одноканальный, автоматическое отключение после отбора пробы, 220 В, расход от 80 до 150 дм^3/мин, погрешность 3%
АВА-1-120-01А	Аспиратор одноканальный, автоматическое отключение после отбора пробы, расход от 80 до 150 дм^3/мин, погрешность 3%, может работать по автоматической суточной программе

 

 

СТАНДАРТНЫЕ СМЕСИ ВРЕДНЫХ ВЕЩЕСТВ С ВОЗДУХОМ

В ходе экоаналитических измерений возникает проблема приготовления градуировочных и стандартных смесей вредных веществ с воздухом, которая является сложной задачей. Газоанализаторы и хроматографы необходимо градуировать и контролировать в процессе работы (для проверки линейности динамического диапазона при различных концентрациях), для чего необходим исходный газ. Без таких смесей не обойтись и при исследованиях различных реакций и процессов (например, абсорбции, окисления, восстановления и т.п.), при оценке эффективности сорбентов, поглотительных растворов, катализаторов.

Смеси вредных веществ с воздухом должны удовлетворять следующим требованиям:

1) стабильность, т.е. обеспечение концентрации измеряемого компонента в течение длительных периодов времени;

2) достаточность количества смеси, довольно много её требуется для градуировки непрерывно действующих газоанализаторов;

3) точность определения состава смеси должна быть в три раза выше точности отградуированного прибора. При приготовлении смесей должны использоваться фундаментальные количественные характеристики

(масса, температура, давление), источники погрешностей и их значения должны быть точно определены.

Газовые смеси подразделяют на технические, технологические (ТГС), поверочные (ПГС), образцовые (ОГС), эталонные (ЭГС) и государственные стандартные образцы (ГСО).

ТГС применяют в тех случаях, когда не требуется удовлетворения особым метрологическим требованиям, а технологические газовые смеси необходимы для осуществления тонких технологических процессов, при которых решающую роль играет газовый состав.

ПГС – средство сравнения, необходимое при градуировке и поверке рабочих газоанализаторов и установок, при оценке точности аналитических методов. Для приготовления ПГС применяют исходные газы с чисто-

той основного компонента от 99,9 до 99,95 %.

ОГС служат для поверки образцовых аналитических приборов и адекватного использования в других областях науки и техники. Для приготовления ОГС необходимы исходные газы с чистотой основного компонента не менее 99,99 %.

ЭГС – качественно отличная метрологическая категория ГС, предназначенная для поверки установок высшей точности.

ГСО являются разновидностью стандартных образцов состава вещества, находящихся в газообразном состоянии, и представляют собой меру концентрации. ГСО, содержащие микроконцентрации газов, пока в России практически не выпускают, хотя проводится их разработка.

Для создания смесей, подлежащих хранению и транспортированию, используют серийно выпускаемые поверочные газовые смеси (ПГС) – стандартные образцы состава.

Смеси выпускают в баллонах под давлением, в которых дозированы компоненты смесей в различных соотношениях: О2, Н2, N2, SО2, NH3, СО, СО2, СН4, С3Н8, фреон-12, фреон-114В2 (в качестве нулевого газа используют гелий, аргон, азот, воздух).

ПГС предназначены для градуировки, аттестации и поверки средств измерений содержания компонентов в газовых средах, аттестации методик выполнения измерений, а также для контроля правильности результатов

измерений, выполняемых по стандартизованным или аттестованным методикам.

ПГС получают путём смешивания исходных чистых газов в заданных соотношениях, выпускают две категории ПГС: государственные стандартные образцы (ГСО) и отраслевые стандартные образцы (ОСО). ПГС имеют три разряда в зависимости от допускаемой погрешности: нулевой, первый и второй.

Ограниченность номенклатуры выпускаемых ПГС на фоне подавляющего большинства веществ, обладающих нестабильными (не поддаются хранению и транспортировке) или агрессивными свойствами, делаютактуальной проблему приготовления таких смесей непосредственно перед анализом.

Приспособления для приготовления смесей вредных веществ с воздухом могут быть классифицированы по многим признакам:

1) методу приготовления – статические, динамические, экспоненциальные, импульсные и баллонные;

2) конструктивному исполнению – стационарные, переносные, встроенные (входящие в состав прибора и связанные с ним конструктивно);

3) номенклатуре приготовляемых смесей – универсальные (типовые), индивидуальные и комбинированные (система индивидуальных дозаторов);

4) количеству компонентов – дозаторы газовых смесей, парогазовых смесей и аэрозолей;

5) содержанию водяных паров – дозаторы сухих и увлажнённых смесей;

6) способу разбавления – одноступенчатые и многоступенчатые;

7) характеру преобразования исходных компонентов – дозаторы без предварительного преобразования и с предварительным преобразованием (химические микродозаторы);

8) области применения – общепромышленные, лабораторные и специального назначения.

 

 

СОВРЕМЕННЫЕ МЕТОДЫ КОНТРОЛЯ ЗАГРЯЗНЕНИЯ ВОЗДУШНОЙ СРЕДЫ

Для анализа загрязнённого воздуха в настоящее время используются спектральные и хроматографические методы. Электрохимические методы применяются реже, хотя некоторые из них (ионометрия, потенциометрия)

находят ограниченное применение.

Вредные вещества определяемые в воздушной среде конкретными методами анализа представлены в таблице.