CC BY
389
ИСПОЛЬЗОВАНИЕ РАЗЛИЧНЫХ МЕТОДОВ ДЛЯ ЭКОЛОГИЧЕСКОГО МОНИТОРИНГА АТМОСФЕРНОГО ВОЗДУХА
Людмила Юрьевна Анопченко
Сибирская государственная геодезическая академия, 630108, Россия, г. Новосибирск, ул. Плахотного, 10, кандидат биологических наук, доцент кафедры экологии и природопользования, тел. (383)361-08-86, e-mail: milaa2006@ngs.ru
Анна Юрьевна Луговская
Сибирская государственная геодезическая академия, 630108, Россия, г. Новосибирск, ул. Плахотного, 10, аспирант кафедры экологии и природопользования, тел. 361-08-86, e-mail: aulyg@mail.ru
В статье рассмотрены методы анализа загрязнений атмосферного воздуха с использованием портативных и стационарных приборов.
Ключевые слова: экологическим мониторинг, загрязняющие вещества, подземная автопарковка, портативный газоанализатор, газовый хроматограф.
THE USE OF DIFFERENT METHODS FOR ENVIRONMENTAL MONITORING OF ATMOSPHERIC AIR
Lyudmila Yu. Anopchenko
Siberian State Academy of Geodesy, 630108, Russia, Novosibirsk, 10 Plakhotnogo St., PhD, assistent professor, department of ecology and wildlife management, tel. (383)361-08-86, e-mail: milaa2006@ngs.ru
Anna Yu. Lugovskaya
Siberian State Academy of Geodesy, 630108, Russia, Novosibirsk, 10 Plakhotnogo St., Postgraduate, Department of Ecology and Natural Resources Management, tel. (383)361-08-86, e-mail: aulyg@mail.ru
The article considers the methods of analysis of pollution of atmospheric air with the use of portable and stationary devices.
Key words: environmental monitoring, contaminants, underground Parking, portable gas analyzer, gas chromatograph.
Экологический мониторинг атмосферного воздуха представляет собой систематическое измерение количества загрязняющих веществ в атмосфере с целью оценки его качества и степени их воздействия на чувствительные объекты (например, людей, животных, растения). Косвенной целью мониторинга также является локализация местоположения и идентификация источника загрязнения воздуха. Физически, загрязняющие вещества можно классифицировать на газообразные и твердофазные дисперсные, а химически - на активные, обладающие вредным воздействием, и пассивные.
Из всего множества химических веществ, биологических и физических компонентов воздуха (за исключением азота и кислорода), объектом данного
вида мониторинга, являются те, чье воздействие, на основании эмпирических, как правило, наблюдений, приводит к негативным последствиям. Соответственно, предельно допустимые концентрации этих загрязняющих веществ также установлены из многолетнего опыта наблюдений и специально проводимых исследований.
Текущая концентрация загрязняющих веществ в данной точке атмосферы формируется под воздействием баланса поступления вредных веществ и их рассеивания в воздухе. Понятно, что как приток загрязняющих веществ, так и динамика их рассеивания носят нестационарный характер. Однако, эта нестационарность подчиняется определенным закономерностям -в одной и той же зоне наблюдений фиксируются колебания концентраций, причем наиболее упорядоченная картина характерна для дневных, недельных и годовых периодов.
Для качественного и количественного определения содержания в атмосферном воздухе загрязняющих веществ применяются газоанализаторы и хроматографы различных конструкций и производителей. Г азоанализаторы, как правило, специализированы для использования в специфических условиях применения: таких, как в воздухе рабочей зоны, газовых промышленных и вентиляционных выбросах, автомобильных выбросах, технологических газовых средах, свободных зонах природных и урбанистических ландшафтов.
В зависимости от конкретного назначения, газоанализаторы контролируют определенные наборы загрязняющих веществ - от одного (СО) до нескольких (H2S, SO2, N0 и более) и основаны на различных физических принципах.
Другим распространенным классом приборов для анализа загрязняющих веществ являются хроматографы [6].
Хроматография - метод разделения и анализа смесей, основанный на различном распределении их компонентов между двумя фазами -неподвижной и подвижной (элюэнтом). Хроматографический метод всегда связан с движением газообразной или жидкой среды, содержащей смесь разделяемых веществ, через неподвижный слой сорбента, состоящий из отдельных зернышек или волокон. В зависимости от природы процесса, обуславливающего распределение компонентов между подвижной и неподвижной фазами, различают адсорбционную, распределительную, ионообменную и осадочную хроматографию. Адсорбционная хроматография основана на различии в адсорбируемости компонентов на данном сорбенте и в данных условиях. Распределительная хроматография основана на различии в растворимости компонентов в подвижной и неподвижной фазах или на различии в стабильности образующихся комплексов. Ионообменная хроматография основана на различии констант ионообменного равновесия (между двумя фазами). Осадочная хроматография основана на различной растворимости образующихся осадков.
В зависимости от агрегатного состояния подвижной и неподвижной фаз различают газовую и жидкостную хроматографии. Газовой хроматографией называют метод, в котором подвижной фазой является газ (или пар). Жидкостной хроматографией называют хроматографический метод, в котором подвижной фазой является жидкость. Жидкая подвижная фаза в вертикальной колонке может протекать под действием собственного веса. Поскольку скорость диффузии разделяемых веществ в жидкости невелика по сравнению со скоростью диффузии в газе, то жидкую подвижную фазу необходимо пропускать через колонку медленно. Это влечет за собой увеличение продолжительности анализа, но позволяет также увеличивать диаметр колонки и количество пробы без потери эффективности разделения
[3].
Некоторые переносные приборы предназначены для определения летучих органических соединений не только в воздухе, но и в воде и почве и могут быть использованы при проведении контроля окружающей среды, а не только воздуха рабочей зоны, производства. Как правило, они комплектуются удлиненным зондом для забора пробы, что существенно повышает мобильность и точность позиционирования проботбора.
Многие современные приборы базируются на использовании миниатюрных фотоионизационных детекторов, что расширяет спектр применения и точность определения загрязняющих веществ.
Существуют и полифункциональные с точки зрения оперирования приборы, позволяющие осуществлять ввод пробы как шприцем, так и через дозирующее устройство с помощью встроенного насоса; они могут быть снабжены несколькими капиллярными колонками и системой обратной продувки. Работа таких приборов возможна в трех режимах. Предусмотрен режим работы как для неквалифицированного оператора (цикл запрограммированных анализов), так и для квалифицированного, которому открыт доступ к изменению различных параметров прибора. С помощью встроенного микропроцессора можно рассчитать до 50 пиков и провести калибровку по трем точкам для 25 компонентов.
Более сложные, и, как правило, точные приборы выполняются в стационарном исполнении. Они громоздки и могут использоваться лишь в лабораториях, в т. ч. передвижных, что заметно повышает их мобильность. Такие приборы предназначены, например, для качественного и количественного анализа сложных смесей органических и неорганических веществ.
Конечно, портативные приборы всегда имеют более жесткие ограничения на их использование в анализе, чем приборы в стационарной аналитической лаборатории. Тем не менее, удобство использования портативных хроматографов состоит еще и в том, что при отборе пробы не нужно входить в зону, содержащую загрязняющие вещества, если они снабжены устройствами для проведения дистанционного анализа.
Для деятельности аналитической лаборатории, хроматографический метод в контроле загрязнителей воздушной среды не имеет альтернативы, т. к. его использование позволяет определять как органические соединения различного строения, так и широкий спектр неорганических соединений. Решающую роль в этом сыграла практически полная автоматизация анализа, включая стадию пробоподготовки [Мазулина О. В.].
Как было сказано выше, использование портативных газоанализаторов может оперативно решать задачи содержания в атмосферном воздухе загрязняющих веществ. Одним из примеров такого использования может быть анализ атмосферного воздуха на автопарковках [4,5].
Автомобильный парк России в 2013 году насчитывал 23,7 млн. единиц, в том числе 18,8 млн. - легковых, 4,26 млн. - грузовых и 0,6 млн. автобусов. Основная масса (80 %) вредных веществ выбрасывается автотранспортом на территориях населенных пунктов. Он по-прежнему сохраняет лидерство в загрязнении атмосферы городов. В середине на долю автотранспорта в России приходится 80 % выбросов свинца, 59 % оксида углерода, 32 % оксидов азота [7,8].
В последние годы увеличение количества автомобилей значительно обострило проблему организации мест их постоянного хранения и временного размещения (парковки) у мест массового посещения [9].
Большое количество автомобилей требует мест для хранения - парковок [2]. Существует расширенная классификация парковок по различным направлениям и параметрам. Один из таких видов является подземная автопарковка. Паркирование - временное пребывание на стоянках автотранспортных средств, принадлежащих посетителям объектов различного функционального назначения.
Подземные парковки решают ряд экологических проблем - таких как загрязнение окружающей среды, шум, вытеснение жилого пространства микрорайонов, не искажает ландшафт и архитектурную целостность города [1]. Но является ли пребывание на такой парковке безопасным для человека?
Проведя анализ воздуха на закрытых автопарковках крупных торговых центров в городе Новосибирске («Сан Сити», «Ройял Парк», «Аура», «МЕГА») с помощью портативного газоанализатора угарного газа (GD-3301) можно сделать выводы, что на территории этих парковок превышение ПДК по СО не обнаружено. Следовательно, данный прибор может быть использован для первичного обследования территории. При выявлении превышения ПДК, для более детального анализа и выявления загрязняющих веществ необходимо использовать более дорогостоящие приборы, например газовый хроматограф.
Следует отметить, что, наряду с безусловными достоинствами (возможность селективного детектирования определяемого вещества, портативность), газоанализаторы имеют и недостатки, главный из которых -невозможность фиксировать изменения качественного состава
анализируемой воздушной среды при расширении ассортимента загрязнителей.
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК
1. Галкина Н.Г. Исследование городских парковок // Вестник ХНАДУ, вып.50, 2010. - С.84-87
2. Карпик А. П. Применение сведений государственного кадастра недвижимости для решения задач территориального планирования // Изв. вузов. Геодезия и аэрофотосъемка. - 2013. - № 6. - С. 112-117.
3. Конюхов В.Ю. Хроматография. Учебник. Москва: Лань, 2012. - 224с.
4. Креймер М. А. Климат и прогноз загрязнения атмосферного воздуха в городе // Интерэкспо ГЕО-Сибирь-2013. 1Х Междунар. науч. конгр. : Междунар. науч. конф. «Дистанционные методы зондирования Земли и фотограмметрия, мониторинг окружающей среды, геоэкология» : сб. материалов в 2 т. (Новосибирск, 15-26 апреля 2013 г.). - Новосибирск: СГГА, 2013. Т. 2. - С. 116-121.
5. Луговская А. Ю., Трубина Л. К., Храмова Е. П. Оценка качества окружающей
среды урбанизированной территории по величине флуктуирующей асимметрии листа // Интерэкспо ГЕО-Сибирь-2013. 1Х Междунар. науч. конгр. : Междунар. науч. конф. «Дистанционные методы зондирования Земли и фотограмметрия, мониторинг
окружающей среды, геоэкология» : сб. материалов в 2 т. (Новосибирск, 15-26 апреля 2013 г.). - Новосибирск: СГГА, 2013. Т. 2. - С. 185-189.
6. Мазулина О.В. Экологический мониторинг атмосферного воздуха / О В.
Мазулина, Я.А. Полонский // «Инновации в науке»: материалы IX международной заочной научно-практической конференции. Новосибирск: Сибирская ассоциация
консультантов, 2012. - 102 с.
7. Панов Д. В., Черновский Л. А., Юдина А. А. Анализ пространственного
загрязнения атмосферы транспортом с использованием 3Б-модели городской территории // Интерэкспо ГЕО-Сибирь-2012. VIII Междунар. науч. конгр. : Междунар. науч. конф. «Дистанционные методы зондирования Земли и фотограмметрия, мониторинг
окружающей среды, геоэкология» : сб. материалов в 2 т. (Новосибирск, 10-20 апреля 2012 г.). - Новосибирск: СГГА, 2012. Т. 2. - С. 114-119.
8. Трубина Л. К. Методологические аспекты экологической оценки состояния
урбанизированных территорий // Интерэкспо ГЕО-Сибирь-2012. VIII Междунар. науч. конгр. : Междунар. науч. конф. «Дистанционные методы зондирования Земли и
фотограмметрия, мониторинг окружающей среды, геоэкология» : сб. материалов в 2 т. (Новосибирск, 10-20 апреля 2012 г.). - Новосибирск: СГГА, 2012. Т. 2. - С. 208-212.
9. Трубина Л. К., Панов Д. В. Некоторые аспекты учета экологической составляющей при мониторинге земель городских территорий // Изв. вузов. Геодезия и аэрофотосъемка. -2012. - № 2/1. - С. 121-123.
10. Креймер М. А. Климат и прогноз загрязнения атмосферного воздуха в городе // Интерэкспо ГЕО-Сибирь-2013. К Междунар. науч. конгр. : Междунар. науч. конф. «Дистанционные методы зондирования Земли и фотограмметрия, мониторинг окружающей среды, геоэкология» : сб. материалов в 2 т. (Новосибирск, 15-26 апреля 2013 г.). - Новосибирск: СГГА, 2013. Т. 2. - С. 116-122.
11. Панов Д. В., Черновский Л. А., Юдина А. А. Анализ пространственного загрязнения атмосферы транспортом с использованием 3Б - модели городской территории // Интерэкспо ГЕО-Сибирь-2012. VIII Междунар. науч. конгр. : Междунар. науч. конф. «Дистанционные методы зондирования Земли и фотограмметрия, мониторинг окружающей среды, геоэкология» : сб. материалов в 2 т. (Новосибирск, 10-20 апреля 2012 г.). - Новосибирск: СГГА, 2012. Т. 4, ч. 2. - С.114-119.
