Методы и приборы контроля окружающей среды и экологический мониторинг

Методы и приборы контроля окружающей среды и экологический мониторинг

Федеральное агентство по образованию

ГОСУДАРСТВЕННОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ

ВЫСШЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ

САНКТ-ПЕТЕРБУРГСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЙ ИНСТИТУТ

(ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ)

Кафедра инженерной защиты окружающей среды

Методы и приборы контроля окружающей среды и экологический мониторинг

Студент ___________ Н.С. Лосева

Санкт-Петербург

г.

1. Дайте определение экологического мониторинга (ЭМ)

Экологический мониторинг (ЭМ) - это комплексная система наблюдений за состоянием окружающей среды, оценки и прогноза изменений состояния окружающей среды под воздействием природных и антропогенных факторов.

. Перечислите основные задачи экологического мониторинга, решаемые различными методами

Основные задачи экологического мониторинга, решаемые различными методами:

токсикологическая оценка промышленных и городских сточных вод с целью выявления потенциальных источников высокого и экстремально-высокого загрязнения;

оценка размеров заражённого участка;

принятие мер по его локализации и дальнейшей ликвидации;

использование химических средств нейтрализации загрязнения;

оценка степени токсичности сточных вод на разных стадиях их формирования (в рамках проектирования локальных очистных сооружений);

контроль токсичности сточных вод, подаваемых на сооружения биоочистки с целью предупреждения поступления токсикантов в биоценоз активного ила;

определение уровней безопасного разбавления сточных вод для организмов гидробионтов;

экологическая экспертиза новых технологий и материалов, проектов строительства и реконструкции очистных сооружений.

экологический воздух излучение хроматография

3. Перечислите основные источники загрязнения воздушной среды

Основные источники загрязнения воздушной среды:

тепловые электростанции; металлургические заводы; цементные заводы; заводы по производству продукции неорганической химии; заводы по производству целлюлозы; предприятия нефтехимии (нефтеперегонные заводы, заводы по очистке и переработке нефти); заводы органического синтеза; автотранспорт; атомные электростанции; предприятия атомной промышленности; предприятия ракетно-космической техники; извержения вулканов; лесные пожары; космическая и земная пыль (вклад космической пыли в загрязнение весьма существенен: ежегодно выпадает на Землю до 5 млн.т.; выветривание горных пород и почв, извержение вулканов - основные источники земной пыли естественного характера).

. Какие изотопы являются самыми опасными загрязнителями и почему?

Изотопы, являющиеся самыми опасными загрязнителями:

А) Тяжёлые металлы, которые имеют высокую атомную массу и обладают высокой токсичностью и они быстро накапливаются в биосфере, почве и медленно выводятся;

Б) Пестициды (химические и биологические средства, используемые для борьбы с вредителями и болезнями растений, с сорной растительностью, вредителями зерна и зернопродуктов, древесины, шерсти, кожи, изделий из хлопка, с эктопаразитами домашних животных, с переносчиками заболеваний человека и животных): ДДТ и ГХЦГ являются ядохимикатами, обнаруживаются в почве спустя 4-12 лет после их применения; диметилнитрозамин (промышленный растворитель) способен вызвать повреждение печени у людей; нитрозамины являются мощными канцерогенами для животных и человека;

В) ПХБ, использующиеся для получения пестицидов, гидравлических систем, бумаги, телевизионных приёмников и др. ядовиты, попав в организм человека (через кожу, желудочно-кишечный тракт, лёгкие), накапливаются в нём и приводят впоследствии к прогрессивному падению веса, угнетению костного мозга, нарушению репродуктивных функций способствуют появлению головной боли и нервозности.

. В чём заключаются сложности пробоотбора различных сред на анализ?

Сложности пробоотбора различных сред на анализ:

Для получения достоверной и надежной информации о содержании 3В пробоотбор должен осуществляться так, чтобы анализируемые образцы был и «репрезентативными» (представительными) для природных объектов. Представительными принято считать такие пробы, в которых содержание определяемых ингредиентов не изменяется при отборе проб, их хранении и транспортировке к месту анализа. Иными словами, отношение матрицы к анализируемым компонентам (ингредиентам) должно оставаться постоянным как в общей массе исходного материала, так и во взятой пробе. Хотя в реальных условиях изменение состава матрицы весьма вероятно, например, из-за переменного состава воды в реке или флуктуаций состава дымовых газов промышленных предприятий или автотранспорта. Биологические процессы, протекающие в живых организмах, также обусловливают их переменный состав, отражающийся на достоверности контроля загрязнённости внутренней среды изучаемых организмов. Изменения концентраций составных частей матрицы происходят также и в образцах свежих продуктов питания. При этом химические превращения даже одного компонента образца пробы могут приводить к изменению относительных концентраций 3В и, следовательно, к неправильным результатам анализа. Иногда (при очень низких концентрациях 3В в среде) в процессе отбора проб определяемое вещество приходится отделять от матрицы с целью его концентрирования. В этом случае преднамеренно не выполняется общее требование о постоянстве соотношения. В этом случае преднамеренно не выполняется общее требование о постоянстве соотношения компонентов матрицы и анализируемого вещества во время пробоотбора. Такие процедуры (обогащения пробы, концентрирования определяемого 3В и др.) особенно полезны при отборе проб воздуха, реже - воды, но не могут быть рекомендованы для матриц сложного и неизвестного состава (например, почв). В таких сложных условиях очень важен выбор адекватного способа пробоотбора, который определяется, прежде всего, агрегатным состоянием анализируемых веществ и сред, а также другими их физико-химическими свойствами.

. Назначение, технические данные пробоотборника воды ПЭ-1220

Назначение, технические данные пробоотборника воды ПЭ-1220:

этот пробоотборник предназначен для отбора проб и сточных вод из колодцев, водоёмов природного и искусственного происхождения, включая водоёмы, покрытые льдом с глубины от 40 до 200-300 см с целью определения в них содержания нефтепродуктов и других загрязняющих веществ с гарантийным предохранителем от попадания в пробу поверхностных плёнок и микрослоя. Пробоотборная бутыль ввинчивается в резьбовое отверстие переходного кольца пробоотборника, после чего система опускается в водоём. При прохождении пробоотборником поверхностного слоя система находится в закрытом состоянии до тех пор, пока поплавок, подвижно закреплённый на ручке, полностью не погрузится в воду. Вследствие возникающей при этом выталкивающей силы поплавок через 3-5 сек после погружения начинает двигаться по ручке вверх вместе с затвором, открывая отверстия для поступления воды в бутыль. После заполнения бутыли водой пробоотборник поднимается на поверхность, при этом, как только поплавок выходит из воды, затвор опускается, препятствуя попаданию микроплёнок в бутыль с пробой.

Объём отбираемой пробы, л: 1,0 Минимальная глубина водоёма, м: 0,5 Глубина отбора пробы, м: 0,4-3,0 Вид пробоотборной ёмкости: бутыль полиэтиленовая или стеклянная Объём пробоотборной ёмкости, л: 1,0 Материал системы: фторопласт-4 Способ подвески системы: трос капроновый диаметром 6 мм Минимальный диаметр лунки во льду, скважины, мм: 120 Диаметр, мм: 100 Габариты (высота х Ø), мм: 340 (без бутыли) Масса системы в сухом состоянии, кг: 3,5 Масса системы с отобранной пробой, кг: 5,5 Трос капроновый, диаметром 6 мм: 5 м Бутыль полиэтиленовая, V = 1,0 л: 2 шт Бутыль стеклянная, V = 1,0 л: 2 шт

. Особенности отбора проб почвы

Как правило, общих рекомендаций для проведения пробоотбора почвы бывает недостаточно. По этой причине при анализе почв для каждой проводимой операции существуют свои утверждённые методики и соответствующее оборудование. Однако для получения правильных результатов и этого бывает недостаточно. Разрабатываемые методики хорошо работают, если выполнены все условия к ним предъявляемые. В случае достаточно сильного отличия условий проведения анализа от оговоренных в методике условий, результаты могут быть неверными. По этой причине основное большинство применяемых методов анализа почв имеют ограниченную сферу применения. Среди применяемых методов пробоподготовки почвы широко используются: озоление, минерализация, удаление биоты, экстракция и реэкстракция различными типами растворителей, хроматография экстрактов перед анализом, концентрирование и др.

Озоление (сжигание) применяется тогда, когда нет необходимости в контроле летучих компонентов. Оно производится в муфельных печах различного типа с рабочими температурами 600-800 0С. Озоление является самым дешёвым и распространённым способом получения сред, не содержащих органической составляющей, для последующего анализа содержания ионов. Если процесс озоления проводится как раз с целью определения массы гумуса (органической составляющей), то при данном процессе измеряется объём образовавшегося газа и воды.

. Физические основы метода анализа газов по теплопроводности

Среди используемых в настоящее время методов измерения концентраций газов в воздухе и технологических смесях метод, в основе которого лежит измерение концентрации газа по его теплопроводности, получил широкое распространение. Под теплопроводностью понимают процесс передачи количества тепла в единицу времени на единицу расстояния. За единицу теплопроводности λ принят: 1Вт/м*0К. В практике используется также: 1ккал/м*ч*0С. Теплопроводность газов практически не зависит от давления. С увеличением температуры теплопроводность газов увеличивается, что связано с увеличением количества соударений молекул газа между собой. В небольших диапазонах измерения теплопроводность газовой смеси λ обладает свойством аддитивности и зависит от концентраций компонентов, составляющих данную смесь:

Λсмеси = С1λ1+ С2λ2 + …+ Сnλn,

где: С1, С2, Сn - концентрации компонентов газовой смеси;

λ1, λ2, λn - теплопроводности компонентов.

С увеличением значений теплопроводностей компонентов газовой смеси, значение общей теплопроводности смеси имеет сложную зависимость и определяется, как правило, опытным путём.

Теплопроводности газов лежат в широком диапазоне значений, однако среди газов имеются такие, чья теплопроводность резко отличается от остальных. К таким газам относятся водород и гелий. По этой причине газоанализаторы на водород, основанный на его аномально высокой теплопроводности, получили исключительно широкое распространение. Чувствительными элементами в газоанализаторах, основанных на принципе теплопроводности, являются платиновые или платиново-иридиевые нити диаметром 0,02-0,05 мм, изготовленные в виде пружинки и закреплённые в измерительной камере. Достаточно широко используются чувствительные элементы, представляющие собой остеклованную спираль, изготовленную из платиновой проволоки длиной 2 см, диаметром 0,02 см, с сопротивлением и нагревателем. Теплоотдача от чувствительного элемента к стенкам камеры зависит от теплопроводностей газовой смеси в камере. При изменении концентрации измеряемого компонента происходит изменение теплоотдачи и изменяется температура чувствительного элемента, что в свою очередь приводит к изменению электрического сопротивления. Теплоотдача W платиновой нити за счёт теплопроводности газовой смеси выражается уравнением:

W = Aλсм(tн - tст),

где: А - тепловая константа камеры;

λсм - теплопроводность газовой смеси;

tн , tст - температуры нити стенки и камеры.

Выходное напряжение U такого чувствительного элемента в общем виде выражается соотношением:

U = KR2I2Uпитλсм - 1,

где: К - конструктивный коэффициент;

R - электрическое сопротивление чувствительного элемента в установившемся режиме;

I - величина тока, проходящего через чувствительный элемент;

Uпит - напряжение питания;

Λсм - теплопроводность газовой смеси в установившемся режиме.

В газоанализаторах обычно измерение концентрации осуществляется методом сравнения теплопроводностей исследуемой и сравнительной газовых смесей. Для этого в конструкции газоанализатора предусмотрены две газовые камеры: измерительная и сравнительная. В измерительную газовую камеру подаётся исследуемая газовая смесь, а в сравнительную газовую камеру стандартный газ. Для обеспечения нормальной работы газоанализаторы расходы газов через обе камеры должны быть одинаковыми.

Существуют и широко применяются газоанализаторы, в которых исследуемая газовая среда не прокачивается через камеры, а лишь соприкасается с чувствительными элементами. У таких газоанализаторов чувствительные элементы сравнительной камеры находятся в атмосфере стандартного газа, а камера герметично закрыта. Недостатком газоанализаторов такого типа является их чувствительность к движению воздуха. Поэтому они должны размещаться в местах, где отсутствует движение воздуха и обязаны иметь на входе в измерительную камеру сетку, обеспечивающую диффузионный заход газовой смеси.

. Пределы взрывоопасности смесей водорода и воздуха

Некоторые газы и пары в определенной смеси с воздухом взрывоопасны. Повышенной взрывоопасностью отличаются смеси воздуха с ацетиленом, этиленом, бензолом, метаном, окисью углерода, аммиаком, водородом. Взрыв смеси может произойти только при определенных соотношениях горючих газов с воздухом или кислородом, характеризуемых нижним и верхним пределами взрываемости. Нижним пределом взрываемости называется то минимальное содержание газа или пара в воздухе, которое при воспламенении может привести к взрыву. Верх - ниш пределом взрываемости называется то максимальное содержание газа или пара в воздухе, при котором в случае воспламенения еще может произойти взрыв. Опасная зона взрываемости лежит между нижним и верхним пределами. Концентрация газов или паров в воздухе производственных помещений ниже нижнего и выше верхнего предела взрываемости невзрывоопасна, так как при ней не происходит активного горения и взрыва - в первом случае из-за избытка воздуха, а во втором из-за его недостатка.

Водород при смеси с воздухом образует взрывоопасную смесь - так называемый гремучий газ. Наибольшую взрывоопасность этот газ имеет при объёмном отношении водорода и кислорода 2:1, или водорода и воздуха приближённо 2:5, так как в воздухе кислорода содержится примерно 21 %.

Считается, что взрывоопасные концентрации водорода с кислородом возникают от 4 % до 96 % объёмных. При смеси с воздухом от 4 % до 75 (74) % по объёму. Такие цифры фигурируют сейчас в большинстве справочников, и ими вполне можно пользоваться для ориентировочных оценок. Однако, следует иметь в виду, что более поздние исследования (примерно конец 80-х) выявили, что водород в больших объёмах может быть взрывоопасен и при меньшей концентрации. Чем больше объём, тем меньшая концентрация водорода опасна.

Источник этой широко растиражированной ошибки в том, что взрывоопасность исследовалась в лабораториях на малых объёмах. Поскольку реакция водорода с кислородом - это цепная химическая реакция, которая проходит по свободнорадикальному механизму, «гибель» свободных радикалов на стенках (или, скажем, поверхности пылинок) критична для продолжения цепочки. В случаях, когда возможно создание «пограничных» концентраций в больших объёмах (помещения, ангары, цеха), следует иметь в виду, что реально взрывоопасная концентрация может отличаться от 4 % как в большую, так и в меньшую стороны.

. Перечислите основные группы колориметрических методов определения ВХВ

.Основные группы колориметрических методов определения ВХВ:

колориметрия растворов по стандартным шкалам;

колориметрия осадков в растворах по стандартным шкалам;

линейно-колористический метод, основанный на применении индикаторных трубок.

. Порядок определения концентрации паров ацетона

Концентрацию измеряемой вредной примеси определяют путём совмещения границы маркировки индикаторной трубки с нулевым делением шкалы, находящейся в кассете для хранения трубок.

Для подготовки прибора и трубок к работе необходимо:

открыть крышку прибора, отвести вверх рычаг уплотнительной муфты, вставить шток в направляющую втулку соответствующего сильфонного насоса так, чтобы зуб фиксатора вошёл в продольный паз штока. Сжимать сильфонный насос с подключенной ИТ запрещается!

оттянуть правой рукой фиксатор и надавить левой рукой на головку штока. Фиксатор отпустить, а пружину сильфона сжимать до тех пор, пока зуб фиксатора не западает в верхнее углубление штока;

вынуть индикаторные трубки. Работать осторожно: содержимое трубок при попадании в глаза и на кожу вызывает болевые ощущения, а также разъедает одежду;

с помощью роликов стеклореза на концах ИТ сделать надрезы и обломать концы трубок в отверстии стеклореза. Концы трубок сложить в красный пенал, расположенный справа;

уплотнить с помощью штырька ватный тампон со стороны конца трубки без перехвата.

. Порядок проведения измерений газоанализатором на кислород ПГА-КМ

Порядок проведения измерений газоанализатором на кислород ПГА-КМ:

открыть крышку блока питания и убедиться, что стрелка указывает на напряжение, соответствующее напряжению сети. Включить прибор в сеть;

произвести пять качаний насосом;

включить кнопкой микровыключателя электропитание измерительной схемы прибора;

не отпуская кнопки, установить ручкой резистора установки напряжения номинальное напряжение питания, при котором стрелка индикатора напряжения должна находиться на красной метке шкалы;

не отпуская кнопки (в течение одной минуты), установить стрелку нулевого прибора на нуль, плавно вращая рукоятку реохорда;

отпустить кнопку микровыключателя и произвести снятие показаний по шкале реохорда.

. Дайте характеристику электромагнитного излучения (света) с различными диапазонами длин волн

Свет представляет собой электромагнитное излучение с определённым диапазоном длин волн. Весь набор электромагнитных колебаний простирается от радиоволн до сверх коротких рентгеновских и гамма-лучей.

. гамма -излучение (10-10 - 10-8 см), 2.рентгеновские лучи (10-8 - 10-6 см), 3. ультрафиолетовое излучение (10-6 - 10-4 см), 4. видимая область (10-4 - 10-2 см), 5. инфракрасное излучение (10-2 - 10 см), 6. Микроволны (10 - 102 см), 7.ультраоротковолновое излучение(102 - 106 см), 8. Радиоволны (104 - 1010 см). Человеческий глаз способен воспринимать электромагнитные колебания в очень узком интервале (частично ультрафиолетовая видимая и часть инфракрасной). Для фотометрического анализа важное значение имеет электромагнитное излучение со следующим интервалом длин волн (таблица 1):

Таблица 1 -Значение электромагнитного излучения

Длина волны (нм)200-300300-400400-700Выше 700Ультрафиолетовая ВидимаяИнфракрасная"дальний" ультрафиолет"ближний" ультрафиолет

Длины волн измеряются по системе СИ в нанометрах (нм) или, что то же самое, в миллимикронах (ммк). Единицы эти численно равны:

ммк = 0,001 мк или 10 -9 м и 1 нм = 10 -9 м.

Граница видимости фиолетовой части спектра несколько изменяется в зависимости от индивидуальности зрения того или иного человека. Большинство людей не способно воспринимать лучи света короче 400 нм. Границей видимости красной части спектра считается свет с длиной волны 750 нм. В видимой области спектра с изменением длины волны электромагнитного излучения изменяется и его цветовой тон. Цвет вещества, воспринимаемый человеком, является дополнительным к тому цвету (то есть к тем длинам волн), который поглощает вещество.

Таблица 2 - Зависимость цветового тона от длины волны электронного излучения

Длина волны, нмЭнергия, кДж/мольЦвет поглощенного светаЦвет вещества400-435299-275ФиолетовыйЖёлто-зелёный435-480274-249ГолубойЖёлтый480-490249-244Зеленовато-голубойОранжевый490-500244-238Голубовато-зелёныйКрасный500-560238-214ЗелёныйПурпурный560-580214-206Жёлто-зелёныйФиолетовый580-595206-200ЖёлтыйГолубой595-605200-198ОранжевыйЗеленовато-голубой605-750198-149КрасныйГолубовато-зелёный

. Что такое монохроматор?

Монохроматор - это спектральный оптико-механический прибор, предназначенный для выделения монохроматического излучения. Принцип работы основан на дисперсии света. Монохроматор состоит из следующих основных частей и узлов: входная спектральная щель, коллиматорный объектив, диспергирующий элемент (призма или дифракционная решётка), фокусирующий объектив и выходная спектральная щель, которая выделяет излучение, принадлежащее узкому интервалу длин волн. Возможность сканирования спектра (выбора нужного спектрального диапазона) обеспечивается путем поворота диспергирующего элемента. Для обеспечения точности поворот осуществляется с помощью специального передаточного механизма, управление последним в различных моделях может осуществляться вручную (последовательно перебирая необходимые длины волн) или автоматически (с помощью готового или собственного программного обеспечения).

14. Расшифруйте обозначение: фреон 114В2

Фреон 114В2: Хладон 114В2 (химическое название - 1,1,2,2-тетрафтордибромэтан, 1,2- дибромтетрафторэтан, символическое обозначение R-114В2, торговое название - хладон 114В2, фреон 114В2)- бесцветная жидкость со специфическим запахом.

Хладон 114В2 применяют в качестве огнетушащей жидкости для пожаров различных классов, в том числе оборудования под напряжением, в качестве приборной жидкости и для промывки узлов и блоков радиоэлектронной аппаратуры после пайки, а также для других целей.

Допускается применение хладона 114В2 после регенерации с массовой долей 1,1,2,2-тетрафтордибромэтана не менее 98,6% и массовой долей примесей, определяемых хроматографическим методом в сумме не более 1,4%. Формула: C2Br2F4.

. Какие направления хроматографии широко используются в аналитике в настоящее время?

Хроматография как эффективный метод разделения и анализа сложных смесей газов, жидкостей и твердых тел была открыта русским ученым М.С. Цветом, получила признание в середине 20 века и с тех пор непрерывно совершенствуется. Каждое из возможных ее направлений превратилось в самостоятельную науку. В настоящее время очень широко используются в аналитике следующие ее направления:

газоадсорбционная хроматография - вариант разделения преимущественно газов на твердом носителе - адсорбенте;

газожидкостная хроматография - вариант разделения преимущественно паров на твердом носителе адсорбенте, на который нанесена неподвижная жидкая фаза;

жидкостная адсорбционная хроматография -вариант разделения жидкостей на твердом носителе -адсорбенте;

жидкостно-жидкостная хроматография - вариант разделения жидкостей, не смешивающихся с жидкой фазой, нанесенной на твердый носитель - адсорбент.

. Что такое масс-спектр вещества?

Масс-спектр вещества - это зависимость интенсивности ионного тока (количества вещества) от отношения массы к заряду (природы вещества).