Конспект Лекций для Пробоотборщика. 1. Цели и задачи пробоотбора. Представительность пробы. Факторы, учитывающиеся при пробоотборе. Виды проб
 Скачать 0.51 Mb.
|
12. Особенности отбора проб из воздуха.Отбор проб атмосферного воздуха Воздушная среда является наиболее подвижной из всех природных сред, именно поэтому загрязняющие вещества в ней быстро распространяются на большие расстояния. По этой же причине те вещества, которые способны существовать в атмосфере в течение длительного времени без изменения, распространены повсеместно на нашей планете, и являются глобальными загрязняющими веществами. Одновременно с отбором проб воздуха определяют направление и скорость ветра, температуру воздуха, состояние погоды и подстилающей поверхности. В период неблагоприятных метеорологических условий (штиль, температурная инверсия) и значительного возрастания концентраций загрязняющих веществ наблюдения проводят каждые три часа. Выбор места контроля загрязнителя и его источника Место для первичной оценки или отбора пробы атмосферного воздуха выбирают в соответствии с целями анализа и на основании изучения всей имеющейся предварительной информации о загрязнителе и источнике его поступления в окружающую среду, а также натурного исследования местности. При этом должны учитываться все обстоятельства, которые могли бы оказать влияние на состав взятой пробы или результат первичной оценки наличия и уровня загрязнения. Поиск и выбор места отбора, а также первичной оценки проб воздуха проводят в предполагаемых зонах интенсивного (максимального) загрязнения окружающей природной среды. Например, в факеле выброса или в зонах его возможного прохождения на расстоянии от изучаемого объекта, или непосредственно вблизи нахождения людей и других биообъектов, для которых данный выброс может оказаться вредным или опасным. В рабочей зоне пробы воздуха следует отбирать в местах постоянного или максимально длительного пребывания людей, при характерных производственных условиях с учетом особенностей технологического процесса, физико-химических свойств, а также класса опасности и биологического действия выделяющихся химических загрязняющих веществ или физических факторов воздействия, температуры и влажности окружающей среды. Места для отбора пробы воздуха в рабочей зоне выбирают с учетом технологических операций, при которых возможно наибольшее выделение в воздух рабочей зоны вредных веществ, например: – у аппаратуры и агрегатов в период наиболее активных химических, термических и иных процессов в них; – на участках загрузки и выгрузки веществ, затаривания готовой продукции; – на участках размола и сушки сыпучих, пылящих материалов и веществ и др.; Применяемые методы и технические средства контроля должны быть способны обнаруживать загрязняющее вещество максимально специфично, т.е. избирательно по отношению к искомому компоненту на фоне мешающих примесей. Значимой характеристикой используемого технического средства является его чувствительность, т. е. способность фиксировать минимально возможные концентрации загрязняющих веществ, что наряду с экспрессностью и специфичностью входит в классическую триаду важнейших характеристик средства контроля. Если при проведении процедуры обнаружения аналитический сигнал о наличии искомого загрязняющего вещества отсутствует, необходимо как можно раньше принять решение об осуществлении контроля в другом месте по тому же показателю (или перестройке средства – замене индикаторного элемента на иное вещество или фактор). После обнаружения (или идентификации) загрязняющего вещества выдается информация, необходимая для принятия решения о проведении следующей операции – пробоотбора. Общие положения по отбору проб атмосферного воздуха Виды проб. Отбор проб – важнейшая часть аналитической процедуры при осуществлении контроля качества окружающей среды. Погрешность пробоотбора, как правило, значительно превышает погрешность подготовки проб, а последняя, в свою очередь, больше погрешности метода анализа. Именно поэтому правильно отобранная проба – залог получения достоверного результата. Правильно отобрать пробу – значит получить пробу представительную, репрезентативную (от англ. representative — представительный, показательный). Представительная проба статистически правильно отражает состояние объекта анализа и его количественный и качественный состав в данное время в данном месте, содержит достаточное количество вещества для анализа, обеспечивает условия сохранности вещественного состава среды в течение всего времени до получения результата анализа. Пробы бывают простые (единичные) и смешанные. Взятие простой пробы подразумевает однократный отбор в одной точке пространства всего объема материала, необходимого для проведения анализа. В большинстве случаев единичной пробы недостаточно для получения объективной информации о состоянии окружающей среды вследствие изменчивости ее характеристик в пространстве и времени. Смешанную пробу (усредненную, объединенную, составную) получают путем объединения нескольких простых проб, взятых по определенной программе в разных точках пространства в один и тот же момент времени или отобранных в одной точке пространства через определенные интервалы времени. Смешанная проба может быть средневзвешенной – ее получают смешиванием простых проб одинакового объема (массы), и среднепропорциональной – при этом объем (масса) простых проб может быть различным, что определяется параметрами объекта исследования. При отборе простых или смешанных проб загрязняющее вещество может быть сконцентрировано (пробоотбор с концентрированием), что является весьма немаловажным при контроле высокотоксичных примесей, содержащихся в объектах окружающей среды в незначительных количествах. Если же концентрация загрязняющего вещества велика, проводят пробоотбор без концентрирования. В пробах, взятых с предварительным концентрированием загрязняющего вещества, химический состав исследуемой примеси может оставаться неизменным (если при отборе применяют метод абсорбции или адсорбции) или намеренно изменяться (при использовании методов хемосорбции). При таких способах пробоотбора, наряду с концентрированием определяемого компонента, повышается сохранность пробы во времени. При отборе проб без предварительного концентрирования необходимо проводить их стабилизацию (консервацию). Химический анализ воздуха чаще всего начинают с отбора и подготовки пробы к анализу. Все стадии анализа связаны между собой. Так, тщательно измеренный аналитический сигнал не дает правильной информации о содержании определяемого компонента, если неправильно осуществлен отбор или неверно проведена подготовка пробы к анализу. В большинстве случаев именно отбор и подготовка пробы к химическому анализу определяют надежность и качество получаемых результатов, а также трудоемкость и длительность аналитического цикла. Погрешность при отборе пробы и ее подготовке часто становится причиной общей ошибки определения компонента и делает бессмысленным использование высокоточных методов. В свою очередь, отбор и подготовка пробы зависят не только от природы анализируемого объекта, но и от способа измерения аналитического сигнала. Отобранная проба должна быть представительной, т. е. статистически правильно отражать состояние объекта окружающей среды, из которого она взята. В виду того, что за перемещением и смешением воздушных масс с различным химическим составом следить тяжело, а часто вообще невозможно, во время анализа воздуха рекомендуется в любой точке последовательно отбирать не менее 5 проб, определить средне арифметическое значение содержания исследуемого компонента и провести статистическую обработку (оценку) достоверности полученного результата. Если средний результат окажется статистически недостоверным, то необходимо отобрать дополнительные пробы для анализа. Универсального способа пробоотбора, позволяющего одновременно улавливать из воздуха все загрязняющие вещества, не существует. Выбор адекватного способа отбора определяется прежде всего агрегатным состоянием веществ, а также их физико-химическими свойствами. В воздухе загрязняющие компоненты могут присутствовать в виде газов, паров, или в форме жидких и твердых аэрозолей. В некоторых случаях один и тот же компонент может находиться в воздухе одновременно в различных формах. Попадая в воздух, их пары конденсируются с образованием аэрозоля конденсации. Аэрозоли конденсации образуются также при некоторых химических реакциях, приводящих к появлению новых жидких или твердых фаз. Выявление агрегатного состояния определяемого компонента в воздухе необходимо для правильного выбора фильтров и сорбентов, которые используют для улавливания и концентрирования микропримесей, и уменьшению погрешности определения, связанной с пробоотбором. Предварительную оценку агрегатного состояния токсичных веществ в воздухе можно провести на основании их летучести, то есть максимальной концентрации паров при данной температуре. Летучесть L (в мг/л) рассчитывают по формуле: L=16∗P∗M/(273+t) где Р – давление насыщенного пара вещества (в мм рт. ст.) при данной температуре t °С; M – молекулярная масса вещества. В справочной литературе часто отсутствуют данные о давлении насыщенного пара вещества при различных температурах. В таких случаях значение Р (мм рт. ст.) при температуре t для вещества с температурой кипения tкип. можно определить по приближенной формуле (3.2): P=2.763−0.019∗tкип+0.024∗t Таким образом, зная tкип. вещества, можно определить давление его насыщенного пара при любой температуре воздуха и его летучесть при этой же температуре. При классификации вредных веществ по их агрегатным состояниям в воздухе необходимо учитывать (помимо летучести) их предельно допустимые концентрации. Агрегатное состояние рекомендуется оценивать через величину относительной летучести, то есть отношение летучести вещества при 20°С к его ПДК (L20/ПДК). Если относительная летучесть вещества ниже ПДК в 10 раз и менее, то наличием паров можно пренебречь. В этом случае определяют лишь содержание в воздухе аэрозоля. При значительном превышении ПДК (в 50 раз и более) определяют только пары. К парам и аэрозолям следует относить вещества, относительная летучесть которых при 20 °С составляет от 10 до 50 ПДК. Таким образом, предварительный расчет величины относительной летучести определяемого компонента и ее сравнение с ПДК дает возможность выбрать оптимальный способ отбора пробы воздуха для анализа с учетом агрегатного состояния токсиканта. Так наибольшие методические трудности возникают при отборе проб органических суперэкотоксикантов, так как основная часть их находится в воздухе одновременно в газообразной и аэрозольной фазах и содержится в очень низких концентрациях. Для отбора проб воздуха с целью выделения из него определяемой примеси в основном используют два метода: аспирационный и вакуумный. Аспирационный метод, основанный на просасывании известного объема воздуха через поглотительную среду (жидкая поглотительная среда, твердые сорбенты, фильтрующие материалы), применяют в основном для определения очень малых концентраций токсичного вещества и при оценке длительных стадий технологического процесса. При непродолжительных технологических процессах в тех случаях, когда метод анализа вещества позволяет ограничиться небольшим объемом воздуха, используют быстрые способы отбора проб в сосуды различной емкости (газовые пипетки, шприцы), заполнение которых осуществляют вакуумным способом. При проведении санитарно-химических исследований на производстве пробы воздуха отбирают преимущественно аспирационным способом, пропуская воздух через поглотительную систему, содержащую жидкие поглотители, твёрдые сорбенты или фильтрующие материалы. Минимальная концентрация токсиканта, которую можно определить, зависит от чувствительности выбранного метода анализа и объема воздуха, который отбирается для анализа. Аспирация лишнего объема приводит к неоправданным потерям рабочего времени, а недостаточный объем пробы может привести к невозможности выполнения анализа. При аспирации воздуха через жидкий поглотитель определяемые вещества концентрируются в определённом объеме раствора. При аспирации через твёрдый сорбент или фильтр адсорбированные токсиканты десорбируют или растворяют фильтр и получают определённый объем аналитического концентрата. Оптимальный объем воздуха (м3) для анализа определяют по формуле: V=a∗V0/Vп∗C∗K где a – нижняя граница определения токсиканта, мг; V0 – общий объем поглощаемого раствора или раствора после десорбции, или растворения фильтра, мл; Vn – объем аликвоты, взятой для анализа, мл; С – ПДК определяемого токсиканта, мг/м3; К – коэффициент, соответствующий заданным по нормативным документам долям ПДК (1/4, 1/2, 1 ПДК и т.д.). Учет изменения метеопараметров среды при пробоотборе воздуха. Во время отбора проб, который может продолжаться от нескольких минут до нескольких недель, метеопараметры среды (атмосферное давление, температура, влажность) могут изменяться в широких пределах. Давление и абсолютная влажность изменяются, как правило, довольно медленно, но изменения температуры и относительной влажности могут быть внезапными. При взятии пробы продолжительностью до десяти минут вероятность изменения метеопараметров мала, и в этом случае их значения можно отметить во время взятия пробы. В период взятия пробы продолжительностью до одного часа маловероятно, что атмосферное давление и влажность изменятся сильно, но температура может измениться заметно. В этом случае атмосферное давление и влажность отмечают один раз в течение периода взятия пробы, а температуру измеряют в начале и конце взятия пробы и рассчитывают ее среднее значение. В период взятия пробы продолжительностью до 12 часов атмосферное давление, температура и, при необходимости, абсолютная или относительная влажность должны быть измерены вначале и затем через каждый час. Средние значения величин используют при обработке результатов контроля качества воздуха. При невозможности измерений через часовые интервалы допускается изменение временного интервала, но точность результатов может снизиться. В период взятия пробы продолжительностью более 12 часов давление, температуру и влажность измеряют в начале периода отбора. В дальнейшем интервал измерений метеопараметров устанавливают исходя из темпа их изменения (как правило, через каждые 6 часов, влажность возможно контролировать реже). Необходимо учитывать, что согласно международным стандартам ИСО стандартными условиями принято считать – давление 101,3 кПа, температура 273 К. Приведение полученных экспериментальных значений к стандартным условиям проводят по формуле: R0=R1∗(101.3/P1)∗(T1/273) где R0 – результат измерения при стандартных условиях в ед. массы /ед.объема; R1 – результат измерения при температуре T1 (в К) и давлении Р1 (кПа) в ед. массы /ед.объема. Обобщая изложенные выше положения можно сформулировать следующие общие требования к отбору проб воздуха, которые необходимо выполнять: - предохранять пробы от потери в результате растворения в конденсационной влаге (особенно это важно при анализе SO2); - гарантировать неизменность давления и температуры для предотвращения многочисленных ошибок анализа, обусловленных явлениями адсорбции и десорбции; - регулировать температуру пробы так, чтобы она не сильно отличалась от температуры окружающей среды (исключения составляют методы непрерывного контроля, где выполнить это требование невозможно); - обеспечить герметичность контейнера для отбора проб. Необходимо также соблюдать дополнительные меры предосторожности при отборе проб, которые вытекают из специфических требований соответствующего метода анализа. Отбор проб воздуха в контейнеры (пробоотбор без концентрирования) Загрязненный воздух представляет собой нестационарную, негомогенную, многофазную и мультикомпонентную систему. Все эти факты следует учитывать при выборе конкретного способа пробоотбора. В зависимости от предполагаемого загрязнения воздуха, отбор проб может осуществляться с применением концентрирования или без него. В последнем случае в качестве пробоотборных емкостей используют различного вида контейнеры: стеклянные шприцы, газовые пипетки, мешки из полимерных пленок, резиновые камеры и др. Пробоотбор в контейнеры рекомендуется при анализе воздуха с высокими содержаниями органических и неорганических газов и летучих веществ, а также среднелетучих органических соединений в тех случаях, когда их концентрация высока\, например, в промвыбросах, а применяемый метод анализа обладает высокой чувствительностью. Вместе с тем следует отметить, что при наличии в воздухе труднолетучих соединений получить представительную пробу контейнерным способом пробоотбора невозможно. Контейнеры представляют собой различной формы сосуды из стекла, нержавеющей стали или полимерной пленки. При проведении пробоотбора анализируемый воздух пропускают через контейнер с небольшой скоростью (0,1 – 0,4 л/мин), впуская его в предварительно вакуумированный сосуд, или заполняют контейнер с помощью ниппельного устройства. Сорбция на стенках контейнера может достигать 40–70% в зависимости от материала контейнера и химической активности исследуемых газов, поэтому кратность обмена воздуха должна быть не ниже 6 – 10. Процедура «промывания» контейнера необходима для удаления следов предыдущей пробы при неоднократном использовании сосуда, а также для пассивирования (кондиционирования) его стенок анализируемыми газами. Стеклянные пробоотборные сосуды (пипетки) используют для улавливания и транспортировки газообразных проб с последующим извлечением аликвотной части пробы газовым шприцем для анализа. Заполнение этих сосудов осуществляют путем вакуумирования или продувки анализируемым воздухом. Стекло подвергается специальной обработке, чтобы избежать механических повреждений при перевозке контейнера. Пипетки оснащены двумя высоковакуумными стеклянными кранами с тефлоновыми пробками и клапаном с тефлоновой прокладкой для отбора пробы в лаборатории шприцем (рис. 3.1).  Рисунок 3.1 – Стеклянные пробоотборные сосуды (пипетки): 1 – вакуумные краны, 2 – клапан с тефлоновой прокладкой для отбора пробы воздуха шприцемЕмкость используемых для отбора проб стеклянных пипеток – от 50 мл до 2 л. Для этих целей выпускаются также пипетки из нержавеющей стали. Их вместимость – от 75 мл до 500 мл и они могут выдержать давление до 13000 кПа. Другими распространенными контейнерами для отбора загрязненного воздуха являются мешки из полимерных пленок. Они обладают очень низкой проницаемостью для постоянных (N2, O2, H2, Ar и др.) и большинства других газов. Пробоотбор может проводиться в широком температурном диапазоне, мешки могут использоваться многократно, а при хранении газообразной пробы в них потери контролируемых компонентов минимальны. После использования и продувки таких мешков чистым инертным газом их «память» минимальна. Эти мешки прочны, эластичны и быстро восстанавливают первоначальную форму. Техника отбора проб воздуха проста. Так при использовании полиэтиленовых мешков большого объема (20 – 40 л) на месте взятия пробы его сначала несколько (5 – 6) раз «промывают» анализируемым воздухом. Для этого мешок берут за края обеими реками и несколько раз подряд быстрыми движениями сверху вниз заполняют его воздухом, который тут же выпускают, сжимая мешок. Процедуру повторяют несколько раз, а затем заполняют мешок воздухом и завязывают горловину мешка бечевкой. Наиболее популярными контейнерами этого типа являются мешки из пленки Тедлар – высококачественной поливинилфторидной пленки толщиной 2 мм, которые изготавливают без применения пластификаторов. Пленка из поливинилфторида менее проницаема для газов, чем тефлон, и стойка к действию различных химических веществ. Мешки из этих материалов используют для отбора проб воздуха, содержащего не коррозионные газы, пары растворителей, углеводороды, хлорсодержащие соединения, СО, SO2, H2S, меркаптаны и другие химические загрязнители воздуха. Мешок имеет клапан (вентиль) из полипропилена, через который его заполняют воздухом с помощью гибкого шланга из полимерного материала. Отбор анализируемой пробы производится шприцем, которым прокалывают полимерную прокладку вентиля. Пятислойные мешки непроницаемы не только для любых газов, но и для УФ-излучения, способного разрушать вещества пробы или инициировать фотохимические реакции. Кроме того, они инертны к большинству химических соединений, прочны, упруги, гибки и могут быть использованы повторно. Таким образом, к недостаткам отбора проб воздуха в контейнеры можно отнести: ограниченный набор определяемых соединений; ограниченный предел обнаружения примесей; сорбцию компонентов на стенках контейнеров; возможность протекания химических реакций при хранении пробы в контейнере в присутствии влаги и кислорода воздуха. Погрешности при отборе загрязненного воздуха в контейнеры возникают главным образом из-за потерь исследуемых веществ, связанных с нарушением герметичности пробоотборных устройств, из-за проницаемости пленочных материалов, из-за сорбции микроколичеств веществ внутренней поверхностью пробоотборных емкостей, а также из-за химических реакций компонентов пробы между собой и с материалом контейнера в присутствии влаги, света и кислорода воздуха (особенно в случае реакционноспособных веществ). Ряд погрешностей могут быть в значительной мере устранены путем многократного «промывания» пробоотборных емкостей исследуемым воздухом с целью установления равновесия между содержанием веществ в исследуемом воздухе и на поверхности пробоотборных емкостей, а также путем определения допустимых сроков и условий хранения отобранных проб. Отбор проб воздуха с одновременным концентрированием При концентрировании микропримесей из воздуха насчитывается значительно больше факторов, способных стать причинами погрешностей, чем при концентрировании из других сред. Среди них можно выделить следующие. 1. Неправильное измерение объема исследуемого воздуха. Объем воздуха при отборе проб измеряют обычно с помощью «сухого» ротаметра, реже – с помощью жидкостного реометра. Принцип работы ротаметра. Ротаметр состоит из конической трубки, расходящейся вверх, внутри которой перемещается поплавок-индикатор. Измеряемый поток жидкости или газа проходит через трубку снизу вверх и поднимает поплавок. Чем выше поплавок, тем больше площадь вокруг него, через которую может течь поток. Поднявшись настолько, что сила тяжести FG уравновешивает подъёмную силу Fr со стороны потока, поплавок останавливается. Таким образом, каждому положению поплавка соответствует определенный расход. Калибровка ротаметров может производиться по воздуху или воде при н.у., а также по параметрам измеряемой среды. Ротаметр часто используется для определения расхода агрессивных жидкостей. Трубки ротаметров могут быть стеклянными (рассчитаны на давление до 2,5 МПа) и металлическими (до 70 МПа). Поплавки в зависимости от свойств жидкости или газа изготовляют из различных металлов либо пластмасс. Однако в процессе эксплуатации показания ротаметров меняются из-за изменения массы поплавка и кольцевого зазора ротаметра вследствие воздействия на поплавок веществ, уносимых воздухом из поглотительных приборов, из-за старения пластмассы, из которой часто изготавливают трубки и поплавки ротаметров, загрязнения капилляров реометра и др. 2. Пренебрежение агрегатным состоянием изучаемых веществ. Для концентрирования веществ, находящихся в парогазообразном состоянии обычно используют поглотительные приборы, заполненные водой, органическими растворителями, растворами или сорбентами, фильтрующими тканями, бумагой и др. Для концентрирования аэрозолей практически непригодны жидкости, поскольку они не обеспечивают эффективного улавливания аэрозолей. 3. Выбор сред для концентрирования. Концентрирование с использованием жидких поглотительных сред основано на сорбции поглощаемых соединений или их химическом взаимодействии с поглощающей средой (хемосорбцией). Концентрирование с использованием твердых поглотительных сред основано на сорбции изучаемых соединений, реже – на хемосорбции. Эффективность поглощения зависит от скорости и продолжительности аспирации исследуемого воздуха через поглотительную среду. Скорость аспирации воздуха можно считать оптимальной, если она согласуется со скоростью растворения или химического взаимодействия улавливаемых микропримесей, а также со скоростью растворения вновь образующихся веществ в поглотительной среде. 4. Наличие микропримесей. Следует учитывать возможное влияние постоянно содержащихся в воздухе окислителей и воды. Так, при поглощении H2S (путем аспирации воздуха через жидкую среду), основанном на сорбции или хемосорбции, возможно окисление этими окислителями как сероводорода, так и продукта реакции, образовавшегося в процессе поглощения. Конденсация содержащихся в воздухе паров воды в пробоотборных установках при глубоком охлаждении последних также может существенно затруднить отбор проб. Поэтому перед пробоотборным устройством нередко помещают осушитель. 5. Полнота сорбции и десорбции. Успешное концентрирование микропримесей, загрязняющих воздух, зависит от эффективной сорбции и последующей их десорбции. При этом одним из наиболее важных моментов является селективность сорбции по отношению к изучаемым соединениям. 6. Химические или фотохимические реакции. Основными фотохимическими реакциями в атмосферном воздухе являются реакции диоксида и оксида азота, озона, атомов и возбужденных молекул кислорода, радикалов, оксида углерода, паров воды, аммиака, органических веществ и ионов. Так, например, основным поглотителем солнечного света в ультрафиолетовой области является диоксид азота. Его роль в инициировании фотохимических реакций обусловлена легкостью перехода в возбужденное состояние при поглощении энергии. Возбужденная молекула обладает повышенной реакционной способностью с органическими соединениями. При анализе объектов окружающей среды важным фактором являются условия хранения проб. Так, пробы воздуха, отобранные на активные твердые сорбенты, можно хранить ограниченное время, а в некоторых случаях необходимо охлаждение. Сконцентрированные вещества могут взаимодействовать как между собой, так и с сорбентами. При значительной разнице температур в момент отбора и при хранении возможна десорбция сконцентрированных веществ. Такие же проблемы возможны и при концентрировании в жидкие поглотительные среды. Отбор проб воздуха в жидкие среды Многообразие вредных веществ и их различное агрегатное состояние в воздухе обусловливает использование разнообразных поглотительных систем, обеспечивающих эффективное поглощение микропримесей. Отбор парогазовых веществ в жидкие поглотительные среды – наиболее распространенный способ. Анализируемые вещества растворяются или вступают в химическое взаимодействие с поглотительной средой (хемосорбция), которая обеспечивает полноту поглощения за счет образования нелетучих соединений. При этом упрощается подготовка пробы к анализу, который обычно проводят в жидкой фазе. Отбор проб в растворы осуществляют аспирацией исследуемого воздуха через поглотительный сосуд с каким-либо растворителем (органические растворители, кислоты, спирты, вода, смешанные растворы). Скорость пропускания воздуха может меняться в широких пределах – от 0,1 до 100 л/мин. Полнота поглощения зависит от многих факторов, в том числе от конструкции поглотительных сосудов. Наибольшее распространение получили абсорберы со стеклянными пористыми пластинками, поглотительные сосуды Рыхтера, Зайцева, Яворовского. Для физической абсорбции, когда определяемые газообразные или парообразные вещества растворяются в поглотительной среде, не вступая с ней в химическое взаимодействие, важно обеспечить максимальную поверхность контакта фаз – газообразной (парообразной) и жидкой. В поглотителях с пористой пластинкой этот эффект достигается за счет уменьшения пузырьков воздуха при прохождении его через пористый фильтр, вследствие чего увеличивается поверхность контакта воздуха с раствором, а скорость аспирации может быть повышена до 3 л/мин. Увеличение поверхности контакта может быть достигнуто также в результате увеличения длины пути прохождения пузырьков воздуха через раствор. Так, в поглотительных сосудах Зайцева высота столба растворителя составляет около 10 см. Однако предельная скорость аспирации не превышает 0,5 – 0,6 л/мин. При отборе проб в поглотительные сосуды Рыхтера, в которых используют эффект эжекции скорость аспирации воздуха может достигать 100 л/мин. Эффект эжекции заключается в том, что поток с более высоким давлением, движущийся с большой скоростью, увлекает за собой среду с низким давлением. Более эффективным является поглощение, основанное на химических реакциях исследуемых веществ с поглотительной жидкостью. Например, для поглощения аммиака и аминов применяют разбавленную серную кислоту, для поглощения фенола – раствор щелочи. Для проверки эффективности работы поглотительного сосуда к нему присоединяют последовательно еще один или два поглотителя. Пробу воздуха с известным содержанием вредного вещества пропускают через все абсорберы и затем поглотительные растворы из каждого сосуда анализируют. Достоинствами отбора проб в жидкие среды являются селективность (можно подобрать поглотительный раствор для широкого круга загрязняющих веществ), простота, экономичность. К недостаткам следует отнести невысокую степень концентрирования (используют для отбора проб воздуха при высоких концентрациях загрязнителей); невозможность получения представительной пробы при одновременном наличии в воздухе паров и твердых аэрозолей загрязняющих веществ; малая эффективность при необходимости отбора большого объема воздуха, вследствие обветривания раствора и связанных с этим потерь определяемых компонентов. Отбор проб на твердые сорбенты Отбор проб на твердые сорбенты дает возможность значительно увеличить объем пробы и скорость ее пропускания (по сравнению с пропусканием через жидкость), что позволяет короткое время накопить исследуемое вещество в количестве, достаточном для его определения. Твердые сорбенты позволяют также осуществлять избирательную сорбцию одних веществ в присутствии других; кроме того, они удобны как в работе, так и при транспортировке и хранении отобранных проб. Пробы, отобранные на твердые сорбенты, обладают высокой сохранностью. Этот метод пробоотбора характеризуется высоким коэффициентом концентрирования. Твердые сорбенты, применяемые для отбора проб воздуха, должны обладать механической прочностью, иметь небольшое сродство с водяными парами (т. е. плохо сорбировать их), легко активироваться, иметь максимальную сорбционную способность по отношению к анализируемым веществам, а при анализе – легко десорбировать поглощенное вещество, иметь однородную структуру поверхности. Для анализа воздуха применяют три группы сорбентов, однако ни один из них не является универсальным. Первая группа – гидрофильные неорганические материалы типа силикагелей и молекулярных сит. Вторая группа – гидрофобные неорганические материалы, например, активированные угли. К третьей группе относят синтетические макропористые органические материалы с высокой степенью гидрофобности и небольшой удельной поверхностью, например, пористые полимеры. Криогенное концентрирование Криогенное концентрирование применяют при отборе из воздуха нестабильных и реакционноспособных соединений. Этот метод основан на вымораживании токсикантов при температурах более низких, чем температура кипения. Отбор проб сводится к пропусканию воздуха через охлаждаемую ловушку (конденсатор) с достаточно большой поверхностью (трубки со стекловатой и др.). В качестве хладагентов используют жидкий азот (-185 °С), смеси составов: лед – хлорид натрия (-16°С); твердая углекислота – ацетон (- 80 °С) и др. Иногда охлаждаемые ловушки заполняют сорбентом. Сочетание криогенного концентрирования и сорбции обеспечивает 1000-кратное и более концентрирование определяемых компонентов. Концентрирование микропримесей на фильтрах Вещества, находящиеся в воздухе в виде высокодисперсных аэрозолей (дымов, туманов, пыли), концентрируют на различных фильтрующих волокнистых материалах. Для улавливания аэрозольных частиц большое распространение получили многослойные фильтры из стекловолокна, керамики, фторопласта, полиамида, полисульфонов, полиакрилонитрила, ацетилцеллюлозы, уплотненной опрессованной ткани и других материалов. Они практически полностью задерживают частицы с размерами от 0,1 до 0,2 мкм. Для этих целей применяются и фильтры Петрянова (ФПП) из ультратонких волокон поливинилхлорида, устойчивые в агрессивных средах и хорошо растворяющиеся в органических растворителях. Они гидрофобны, имеют малое сопротивление и даже при высоких скоростях фильтрации (более 1 м/с) улавливают 90% аэрозолей с размером частиц 0,3 мкм и выше. Кроме того, фильтры Петрянова позволяют эффективно извлекать аэрозоли металлов, например, бериллия, хрома, алюминия, свинца и др. |