CC BY
9
Я. И. Шварц, Р. И. Березман, Л. А. Зильберг
К вопросу об определении сажи в атмосферном
воздухе Риги
Из рижской лаборатории Ленинградского научно-исследовательского института охраны
труда ВЦСПС
Вопрос о разработке более точных методов определения загрязнений воздушной среды сажей и смолистыми веществами, не без основания подозреваемыми в канцерогенных свойствах, приобретает особую актуальность именно в тех случаях, когда концентрации загрязнений незначительны и не могут быть определены обычными стандартными методами.
Рижская лаборатория в течение 1951 —1953 гг., занимаясь изучением зонального загрязнения атмосферного воздуха вокруг толевого и других заводов1, столкнулась с тем фактом, что определение сажи путем протягивания 20 л воздуха через бумажный фильтр с последующей колориметрией не всегда давало положительные результаты. Отсутствие четких и положительных результатов может быть объяснено следующими условиями:
1. Наличием в атмосферном воздухе ряда районов Риги малых концентраций сажи, составляющих в 88% проб (в пересчете на 20 л) от 0,0002 до 0,001 мг при чувствительности метода 0,002 мг.
2. Наличием в атмосферном воздухе относительно больших количеств пыли, которая маскирует окраску, получаемую от сажи, и ухудшает условия колориметрирования.
По поводу отрицательного влияния пыли при колориметрическом определении сажи имеются указания в литературе. Так, М. К. Грод-зовский указывает, что колориметрический метод определения сажи путем просасывания воздуха через бумажный фильтр с последующим ко-лориметрированием: «...имеет тот недостаток, что вместе с копотью на них попадает и черная (минеральная или другая) пыль, имеющаяся в воздухе, и получается преувеличенная цифра для копоти2.
Для уточнения этого вопроса были поставлены следующие опыты. Из измельченной пыли атмосферного воздуха, собранной на крыше двухэтажного здания, путем повторного извлечения хлороформом были полностью удалены смолистые вещества. Оставшаяся минеральная пыль была высушена. Точная навеска пыли в количестве 40 мг внесена в 10 мл хлороформа и при энергичном взбалтывании разведена еще в 10 раз так, что 1 мл хлороформной суспензии содержал 0,4 мг пыли. Путем фильтрации различных объемов взмученной суспензии пыли через капсулу был получен ряд окрашенных фильтров различной степени интенсивности, соответствующих определенным количествам пыли.
Полученные на фильтрах темные пятна сравнивались со стандартной шкалой сажи. Результаты исследований приведены в табл. 1.
Из табл. 1 видно что темная минеральная пыль без сажи дает окрашивание определенной интенсивности, которое можно принять за измеримые концентрации сажи, и, следовательно, доказывает, что пыль мешает определению сажи.
Помимо этого, универсальным фотометром ФМЗ установлена зависимость между отражением цвета загрязненной пылью фильтровальной
1 Гигиена и санитария, 1952, № 7.
2 М К. Гродзовский, Анализ воздуха в промышленных предприятиях, М..
1931.
бумаги и концентрацией пыли1. Полученные данные приведены в табл. 2.
Данные табл. 2 показывают что 0,2 мг пыли дают такое же отражение, как, например, 0,0025 мг сажи (взято среднее между 0 и 0,005), 0,4 мг пыли — почти как 0,005 мг сажи и т. д.
Таблица 1. Влияние пыли на окраску фильтра
Количество профильтрованной суспензии (в мл) Количество пыли (в мг) Окрашивание фильтра от пыли, выраженное в мг сажи
0,5 0,2 0,0025
1,0 0,4 0,0038
1,5 0,6 0,0038
2,0 0,8 0,0050
2,5 1,0 0,0075
Таким образом, данные, приведенные в табл. 1 и 2, доказывают, что пыль, несомненно, мешает колориметрическому определению сажи.
Анализы атмосферного воздуха Риги по методу, видоизмененному в рижской лаборатории охраны труда, показали, что в 75% проб атмосферного воздуха сажа составляет не более 32%, а пыль — не менее 68%.
Таблица 2. Изменение коэфициента отражения бумаги в зависимости от содержания пыли и сажи
Количество пыли на фильтре (в МГ) 1.100 Го Количество сажи на фильтре (в мг) 1.100 Го Примечание
о 53 0 52 г0—отражение
0,2 47 0,005 43 от чистой бу-
маги
0,4 42 0,01 35 г—отражение
0,6 37 0,015 37 от бумаги, за-
темненной са-
0,8 34 0,02 24 жен
1,0 25 0,025 23
Для устранения ряда методических ошибок, имеющих место при определении сажи в атмосферном воздухе, и более точного установления истинных концентраций сажи нами был использован принцип определения смолистых веществ в пыли атмосферного воздуха, описанный проф. А. И. Бурштейном.
В качестве растворителя был применен хлороформ, дающий стойкую суспензию сажи. Для определения сажи в атмосферном воздухе мы использовали ватные аллонжи с отобранными пробами пыли. Объем пропущенного в этих пробах воздуха зависит от степени его загрязнения и колеблется обычно в пределах 1 000—2 000 л.
1 Авторы продолжают разработку метода определения сажи с помощью фотометра ФМЗ.
После весового определения пыли (т. е. после операций высушивания, охлаждения и взвешивания) аллонжи с сухой пылью подвергали исследованию на содержание сажи и смолистых веществ.
Для этого вату из аллонжа осторожно извлекали пинцетом и укладывали в высокую бюксу с притертой пробкой: аллонж дважды промывали 5 мл перегнанного хлороформа и содержимое сливали в бюксу. Затем прибавляли еще 20 мл хлороформа, после чего плотно закрывали, взбалтывали и оставляли на сутки. В течение первых 4 часов для полноты экстракции каждый час производили взбалтывание. На следующий день вату отжимали стеклянной палочкой, а хлороформ в зависимости от степени потемнения фильтровали в количестве 1, 2 или 3 мл через бумажный фильтр диаметром 5 мм, зажатый в специальную капсулу. После испарения хлороформа (что продолжается несколько минут) производили колориметрирование путем сравнения окраски со стандартной шкалой, полученной фильтрованием определенных концентраций сажи в хлороформе через капсулу.
Чувствительность метода 0,002 мг абсолютного содержания сажи или при объеме пропущенного воздуха от 1 до 2 м3—0,002—0,004 мг/м\ Стандартная шкала имеет следующие ступени абсолютного содержания сажи: 0,0025; 0,005, 0,0075; 0,01; 0,015 мг и т. д. Стандартный раствор в 1 мл хлороформа содержит 0,005 мг сажи. Для его приготовления взвешивают 10 мг сажи и разводят в мерной колбе на 100 мл в хлороформе, затем берут 5 мл и снова разводят в мерной колбе на 100 мл.
Выполненные по изложенной выше методике 46 анализов показали в каждой парной пробе совершенно одинаковые результаты. Проведенные одновременно с этими пробами анализы путем просасывания 20 л воздуха через бумажный фильтр дали отрицательные результаты. Как известно, определение твердых загрязнений в атмосферном воздухе основано на протягивании через аллонж 1—2 м3 воздуха. При определении сажи путем хлороформной экстракции используются отработанные аллонжи по установлении в них привеса твердых загрязнений. Это исключает необходимость специального отбора проб воздуха для определения сажи. Кроме того, представляется возможность создать более идентичные условия при колориметрии, а также повысить чувствительность метода, что весьма важно для тех условий, когда количество сажи относительно невелико.
Описанным выше методом хлороформной экстракции было произведено 128 определений сажи в атмосферном воздухе вокруг группы заводов основного промышленного района Риги, расположенных в радиусе 1 000 м в различных его зонах1. Данные всех исследований представлены на рис. 1 и 2 и в табл. 3.
График на рис. 1 построен по данным 134 проб атмосферного воздуха, причем пробы расположены в порядке возрастания концентрации твердых загрязнений. Кривая показывает, в каком проценте проб концентрация твердой фазы (мг/м3) превосходит заданную. Так, например, число проб (из 100), в которых эта концентрация превышает предельно допустимую (0,5 мг/м3), равно 35.
Пробы на содержание твердых взвешенных загрязнений брали на высоте 1,5 м от уровня земли. Они характеризуют в основном запыленность приземного слоя атмосферного воздуха промышленного района Риги. При этом сравнительно большое число проб, в которых концентрация твердых загрязнений превышает разовую предельно допустимую, объясняется состоянием почвенного покрова исследуемого района города (булыжная мостовая, песчаная почва), а не выбросами из труб про-
1 В отборе и анализе проб принимали участие А. Р. Дреймане, Б. Я- Сеска Г. Р. Линде, В. В. Юмике.
е-С
с«.
с:
мышленных предприятий. Это объяснение подтверждается тем, что подавляющее большинство проб, в которых содержание взвешенных твердых загрязнений в атмосферном воздухе Риги превышало норму, относится к летнему времени года в сухую и ветреную погоду. В этом отношении характерно также и то, что в этих пробах содержание сажи является весьма незначительным, в среднем 8%-
юо
180 % 70 %В0
4,40
1 я»
сэ
си :Т ---
1
1 1 "оч г-О-с
§
<э §
О 0,2 0,4 0,6 0,8 1,0 1.2 7,4 10 1,8 г,О Концентрация твердых загрязнений (6 мг/м 3)
Рис. 1. Содержание твердых загрязнений в атмосфер-ном воздухе Риги.
* 40 ° 30
Р Я? ^ 10
1 г.
О 0,02 0.040,060,080,1 0,12 0,110.160,18 0.2 Концентрация сажи (0мг/м3)
Рис. 2. Содержание сажи в атмосферном воздухе Риги.
На рис. 2 построена соответствующая кривая для сажи. Из графика, например, видно, что концентрация сажи более 0,15 мг/м3 имелась только в 9% всех взятых проб. Меньшее число определений сажи (128) по сравнению с числом проб на твердые загрязнения (134) объясняется тем, что при наличии только «следов» твердых загрязнений на сажу анализов проб не производилось.
Таблица 3. Концентрация сажи и пыли в воздухе Риги
Сажа Твердые загрязнения
содержание (в мг/м3) количество проб содержание (в мг/м3) количество проб
Следы 20 Следы 15
0,013-0,027 16 0,110-0,220 44
0,028-0,041 9 0,230-0,330 18
0,042-0,055 23 0,340-0,350 34
0,056-0,074 20 0,960-3,200 23
0,075-0,088 25
0,089-0,150 4
0,151-0,167 6
0,200-0,156 3
0,83 2
Из табл. 3 и рис. 1 и 2 видно, что концентрация сажи изменяется
в широких пределах от следов до 0,83 мг/м3, при этом только в 9% всех проб ее величина больше 0,15 мг/м3.
В среднем за год из 128 проб концентрация сажи равна 0,056 мг/м'. Концентрация сажи выше 0,15 мг/м3 была установлена в зоне, ограни-
Я"~ПТГ»еиа "Я- 1-атп'арняу № 12
суд. Центр. Мвдивтосщ к БИБ МОСТКА Мявистерп а ' чраийвгре*. 8
С С.ГУ
ценной окружностью радиусом от основного источника загрязнений в 750 м.
Концентрация сажи в остальных зонах (расстояние от источника загрязнения 1 000—1500 м) во всех случаях была ниже этой величины. Представляет интерес сравнить полученные данные с результатами соответствующих определений сажи в атмосферном воздухе Ленинграда. По материалам Ленинградского научно-исследовательского санитарно-ги-гиенического института средняя концентрация сажи в жилом районе (из 55 проб) равна 0,14 мг/м3, причем примерно в половине случаев она превышает норматив (0,15 мг/м3).
Из приведенных цифр видно, что по содержанию сажи атмосферный воздух промышленного района Риги находится в сравнительно благопо лучном состоянии.
Выводы
1. Преимуществами примененного в настоящем исследовании экстракционного метода 1 определения сажи являются:
а) возможность в одном и том же аллонже произвести раздельное определение сажи, пыли, твердых загрязнений и выяснить их соотношение, что исключает необходимость дополнительного просасывания воздуха для определения сажи;
б) исследование больших объемов воздуха для содержания сажи, что делает анализ более точным, особенно в тех случаях, когда концентрации сажи незначительны;
в) получение дробного ряда концентраций сажи с малыми интервалами между ними, что имеет значение для санитарной характеристики различных зон промышленного района.
2. Экстракция сажи хлороформом устраняет влияние посторонних пылевых примесей на колориметрическое определение сажи.
3. Запыленность приземного слоя атмосферного воздуха в промышленных районах Риги сравнительно высока и объясняется недостаточно удовлетворительным состоянием уличного покрова, над которым в летнее время наблюдается повышенная запыленность.
4. По содержанию сажи в атмосферном воздухе обследованный район находится в сравнительно благополучном состоянии.
ЛИТЕРАТУРА
Гроздовский М. К, Анализ воздуха в промышленных предприятиях, М.,. 1931. — Б у р ш т е й н Л. И., Методы санитарно-гигиенических исследований, 1950.— Методические указания по организации санитарного контроля за чистотой атмосферного воздуха населенных мест, М., Медгиз, 1952.
Ъ ★ *
1 Предлагаемый авторами метод, несомненно, интересен и может быть рекомендован' к проверке в других лабораториях. Этим самым, однако, нисколько не снижается ценность метода, рекомендованного Всесоюзной государственной санитарной инспекцией. Малая чувствительность этого метода может быть компенсирована увеличением количества просасываемого воздуха. Что касается влияния минеральной пыли на окраску фильтра, то, как показали сами авторы статьи в табл. 1, зависящая от этого ошибка ничтожна, так как чернящий эффект- пыли примерно в 100 раз меньше, чем у сажи.—Ред.
