Конспект Лекций для Пробоотборщика. 1. Цели и задачи пробоотбора. Представительность пробы. Факторы, учитывающиеся при пробоотборе. Виды проб
 Скачать 0.51 Mb.
|
6. Особенности пробоотбора жидких сред при анализе на содержание суперэкотоксикантов.Пассивный пробоотбор воздуха В практике пробоотбора, при оценке загрязнений атмосферы, все шире применяют пассивный пробоотбор, который основан на принципе молекулярной диффузии определяемого вещества через полимерную мембрану и его адсорбции в слое сорбента. Соответствующие устройства отличаются простотой конструкции и обслуживания, компактностью, а также невысокой стоимостью. Такие системы особенно удобны для контроля токсичных веществ в течение длительного времени и в широком диапазоне концентраций. Основное достоинство метода – высокая избирательность благодаря выбору мембраны, которая пропускает в трубку с сорбентом лишь молекулы определенного размера. Пассивный пробоотбор делает реальной индивидуальную дозиметрию токсикантов, воздействующих на человека за определенный промежуток времени. При этом используют миниатюрные ловушки типа дозиметров (рис. 3.7).  Рисунок 3.7 – Пассивные дозиметры для концентрирования вредных веществ из воздуха на твердых сорбентах. А – схематическое изображение пассивного диффузионного дозиметра: 1 – диффузионная зона, 2 – твердый сорбент; Б – проницаемый пассивный дозиметр для персонального мониторинга: 1 – слой сорбента, 2 – непроницаемый кожух, 3 – проницаемая мембрана из силикона, 4 – крышка После пробоотбора сорбенты из дозиметров экстрагируют подходящим растворителем и определяют в экстракте примеси вредных веществ. В качестве сорбентов чаще всего используют активный уголь или пористые полимерные сорбенты. Результаты экспериментов показывают, что с помощью пассивных пробоотборников можно получить большой объем информации о загрязнении атмосферы, в том числе суперэкотоксикантами. Однако для этого необходимо повысить точность метода, выявить источники систематических погрешностей, особенно в условиях изменяющихся метеорологических параметров. Отбор проб газовоздушных смесей из источников загрязнения При отборе проб из источников загрязнения атмосферного воздуха нужно учитывать высокую температуру, влажность, запыленность и химическую агрессивность газов. В связи с этим применяются специальные устройства по отбору проб газовоздушных смесей (зонды), которые обычно представляют собой трубку из нержавеющей стали или титана диаметром 10-30 мм и длиной 0,5-2,5 м. Первичную очистку газа от пыли осуществляют с помощью фильтров из стеклоткани или кварцевого волокна, которые анализируются отдельно. Поскольку нагретые газы могут взаимодействовать с сорбентами, применяемыми для извлечения суперэкотоксикантов, в процессе концентрирования пробы должно быть предусмотрено ее охлаждение до температуры ниже 200°С в специальных устройствах, снабженных холодильником и емкостью для сбора выпавшего при охлаждении конденсата. Последний также анализируют на содержание в нем определяемых компонентов. По данным о расходе воздуха, времени пробоотбора, концентрации суперэкотоксикантов в пыли, конденсате и газовой фазе рассчитывают их содержание в газовоздушных выбросах.  7. Отбор проб природной воды. Условия отбора. Приборы, используемые при пробоотборе природных вод. Консервация и фиксирование проб. Условия хранения.Общие принципы отбора проб природных вод Пробоотбор воды – важная стадия анализа, от которой зависит правильность аналитической оценки загрязнений воды, причем получаемые результаты ложатся в основу практических выводов. Приемы взятия проб воды должны обеспечить возможно более полное сохранение первоначального состава, т.е. представительность пробы, и предохранить пробу от возможных загрязнений. Погрешности, возникающие вследствие неправильного отбора пробы, в дальнейшем исправить нельзя. Воды, подлежащие анализу, условно можно разделить на следующие типы: подземные (ключевые или родниковые и колодезные), поверхностные, сточные. Поверхностные воды – это воды, которые текут или собираются на поверхности земли, например, речные, озерные, болотные, морские. К сточным водам относят воды, отводимые после использования в производственном процессе и в ближайшее время не используемые для данного процесса. Например, промышленные или бытовые сточные воды. Типы вод различаются как по количеству и природе примесей, так и по своему использованию. На состав пробы могут влиять глубина и расположение места ее отбора, температура воды, характер течения и др. Поэтому методики и условия отбора проб вод разнообразны. При отборе проб вод разных типов следует соблюдать следующие главные принципы: 1. Отобранная для анализа проба должна отражать условия и место ее взятия, т. е. должна быть представительной. При отборе представительных проб учитывается многое: специфика водоема (морфология, гидрология, характер водосбора и т.д.), с которой связаны выбор места и частота отбора проб, специфика состояния определяемых веществ (растворенное, взвешенное, коллоидное, пленочное и т. д.), от которых зависят физические, химические и биологические свойства водного объекта. 2. Способы отбора пробы и ее хранения должны обеспечить максимальное сохранение солевого и газового состава исследуемой воды и гарантировать исключение элементов случайности в отобранной пробе (загрязнение, застойность и т. д.). 3. Объем пробы должен быть достаточным для последующего определения всех запланированных программой показателей химического состава и физических свойств воды. Для выбора места отбора проб необходимо тщательное обследование местности. Для характеристики водного объекта, за исключением специальных наблюдений, не рекомендуется проводить отбор проб в местах, подверженных непосредственному влиянию вод притоков; вблизи населенных пунктов, если около них в данный водоем сбрасывают сточные воды; около предприятий, пристаней, бань и т. п.; в участках слабого водообмена (в застойных участках мелководий, рукавов и т. д.). При выборе места отбора проб сточных вод необходимо подробное ознакомление с технологией производства, расположением цехов, очистных сооружений, систем канализации и др. Международной организацией по стандартизации (ИСО) установлены следующие виды отбора проб воды: разовый, периодический, регулярный. При разовом отборе пробу берут один раз вручную или автоматически в определенном месте (с поверхности воды, на определенных глубинах или со дна). Каждая проба характеризует качество воды лишь в данное время и в данном месте. Этот вид отбора проб применяют крайне редко, поскольку результаты такого анализа пригодны только для ориентировочных, самых общих представлений о качестве воды. Его применяют также в тех случаях, когда измеряемые параметры не подвергаются большим изменениям во времени или (и) по глубине и акватории, например, при исследовании глубинных грунтовых вод с постоянным качеством воды. Разовый отбор используют также в случае хорошо изученных ранее водоемов с установленными закономерностями изменения определяемых компонентов для периодического контроля за возможными отклонениями состава воды. Учитывая возможность вариации состава воды в пространстве и во времени, применяют периодический отбор проб. Периодические пробы берут или через определенные промежутки времени, или на определенных участках течения реки, или из различных глубин водохранилища, озера, пруда и т.д. (так называемый зональный отбор). Обычно отбирают ряд проб для определения сезонных или дневных изменений качества воды, т.е. с интервалами времени в месяцы, сутки или часы. Нередко применяют метод отбора через каждые 1-3 ч в течение суток. Результаты анализа при периодическом отборе проб являются более правильными по сравнению с результатами разового отбора. Однако наиболее надежная, достоверная информация о состоянии водоема и качестве его воды может быть получена только при регулярном (серийном) отборе проб, когда каждая проба берется в определенной связи с остальными, с учетом места, времени или обоих факторов. Регулярный отбор проб по сравнению с разовым позволяет более правильно отразить условия в местах обследования водных объектов. При этом большое значение имеет периодичность исследований и число отобранных проб. Наиболее распространенными типами серийного отбора проб являются: зональный отбор, при котором пробу отбирают в различных местах по течению водотоков, с различных глубин по намеченному створу озера, водохранилища и т. д.; отбор проб через определенные промежутки времени, позволяющий следить за изменением качества воды во времени (сезоны, сутки, часы) или в зависимости от ее расхода. Существуют и другие, менее распространенные типы серийного отбора, как, например, «согласованные пробы», которые отбирают в различных местах по течению реки или сточных вод с учетом времени прохождения воды от одного пункта до другого. Таким образом, регулярный отбор проб – это наиболее точный метод отбора проб текущей воды в случае значительной вариации скорости течения и концентрации исследуемых загрязнителей. Используя вышеперечисленные виды отбора проб, можно получать простые или смешанные пробы. Простые пробы, полученные путем однократного отбора в одном пункте водоема всего объема требуемой для анализа воды, характеризуют состав воды в момент отбора в одном месте. Смешанная (усредненная) проба характеризует средний состав воды за определенный промежуток времени в определенном объекте. Ее получают смешением простых проб, взятых одновременно в различных местах (усреднение по объему) или в одном и том же месте через определенные промежутки (усреднение по времени). Возможно усреднение и по обоим параметрам одновременно. При проведении массовых анализов различают среднесменную, среднесуточную и среднепропорциональную смешанные пробы. Среднесменную и среднесуточную пробу готовят, смешивая равные по объему пробы, отобранные через равные промежутки времени. Среднепропорциональную пробу готовят, смешивая объемы воды, пропорциональные величине расхода, отобранные через равные промежутки времени. Объем смешанной пробы должен быть достаточным для выбранной методики анализа. При отборе смешанных проб особенно важен учет характера распределения и изменения измеряемых компонентов в исследуемом водном объекте. При равноценности характеристик всех точек исследуемого объекта или при постоянном расходе воды в пункте отбора проб среднюю пробу получают смешением равных частей простых проб, отобранных через равные промежутки времени. В других случаях готовят среднюю пропорциональную пробу с таким расчетом, чтобы объем или число простых проб соответствовали местным колебаниям состава или изменениям расхода. При этом, чем меньше интервалы между составляющими смешанной пробы, тем она точнее. Смешанную пробу нельзя составлять в случае, если состав воды изменяется во времени, что может происходить, например, при взаимодействии между отдельными компонентами пробы или изменении их физического состояния и т.д. Поэтому отбирать смешанную пробу за период больше одних суток не рекомендуется. В противном случае необходимо прибегать к консервации пробы. Приборы и приспособления для отбора проб Тип пробоотборника выбирается в каждом конкретном случае в зависимости от предъявляемых требований и местных условий. Так, например, морской батометр (устройства для отбора проб воды, содержащей взвешенные вещества, называются батометрами) предназначен для отбора проб воды с различных глубин с одновременным измерением температуры исследуемого слоя. Из слишком мелкого водоема или недоступного для отбора места пробу откачивают насосом с ручным приводом или мотором. Главные требование к пробоотборным устройствам любого типа – они должны обеспечивать сохранение химического состава исследуемой воды и гарантировать исключение элементов случайности при отборе пробы (попадание механических примесей, недостаточное опорожнение в пробоотборнике), а также исключать загрязнения за счет коррозии и сорбции на стенках пробоотборного устройства. Для отбора проб воды из озер, водохранилищ, прудов и рек используют батометры различных конструкций. Основной частью простейшего батометра является открытый с обеих сторон цилиндрический сосуд вместимостью 1–3 л. Он снабжен откидными закрывающимися сверху и снизу крышками, управляемыми пружинным механизмом. Крышки зафиксированы с помощью пружин в открытом положении. После погружения в воду на заданную глубину при помощи спускового устройства (посыльного груза или сильного встряхивания за трос) крышки закрывают, и сосуд с пробой поднимают на поверхность. К батометрам предъявляются следующие требования: проходящая сквозь батометр вода не должна в нем задерживаться; батометр должен закрываться плотно, чтобы находящаяся в нем проба не смешивалась с водой из других слоев; материал пробоотборника должен быть химически инертным и исключать возможность загрязнения пробы не только определяемыми веществами, но и веществами, мешающими их определению. При отборе проб быстротекущей воды или из мелких водоемов, когда нельзя использовать глубинные пробоотборные устройства, применяют горизонтальные батометры, основным отличием которых является горизонтальное расположение главной оси прибора. Отбор проб для определения тяжелых металлов, нефтепродуктов, фенолов, детергентов осуществляют с использованием пластмассовых батометров большой вместимости (7–10 л). При осуществлении забора подземных вод обычно используют глубинные пробоотборники. При отборе проб с помощью пробоотборного устройства пробу выливают в приемную бутыль через выпускной кран либо через сифонную трубку (резиновый шланг), надеваемую на выпускной кран и опущенную на дно бутыли. В большинстве случаев можно отобрать пробу прямо в бутыль. Пробы воды из источников и открытых водоемов с небольших глубин (0,5–1,0 м) отбирают бутылью без всяких приспособлений, при этом следят за тем, чтобы в пробу не попали механические примеси. При затрудненном доступе к воде бутыль прикрепляют к шесту, снабженному держателем, или бутыль с дополнительным грузом опускают в воду на тросе. Иногда бутыль, закрытую пробкой с привязанной к ней веревкой, помещают в футляр, на дне которого прикреплен груз. Футляр снабжен петлей, к которой привязывают шнур (веревку) с размеченными отрезками, указывающими глубину погружения. На требуемой глубине пробку выдергивают из горла бутыли с помощью привязанной к ней веревки. После заполнения бутыли водой, о чем судят по прекращению появления пузырьков воздуха на поверхности воды, ее поднимают на поверхность. Если пробу воды нельзя отбирать сосудом (из-за мелководности водоема или недоступности места отбора), ее откачивают насосом с ручным приводом, например, насосом для накачивания шин, или мотором. В этом случае одна трубка насоса выкачивает воздух из бутыли, а через другую всасывается вода. В практике гидрохимических исследований при отборе воды из поверхностного слоя допускается использование ведра. При контроле солености, биогенных веществ, детергентов, фенолов для отбора проб применяют эмалированное металлическое ведро, для отбора проб на тяжелые металлы – полиэтиленовое ведро; пробы для анализа на содержание кислорода, сероводорода, рН и щелочности отбирают только батометром. Отбор проб ведром рекомендуется проводить с носовой части судна, не дожидаясь его полной остановки. При отборе подземных вод, во избежание переноса загрязнений из одного источника в другой, желательно для каждого источника иметь свое пробоотборное устройство. Для одновременного взятия проб с разных глубин источника часто используют крепление нескольких пробоотборников на один общий канат. При отборе проб вод могут использоваться всасывающие, подводные или пневматические эжекционные насосы, управляемые вручную или механически. Насосы погружают на желаемую глубину или в нужную точку отбора с помощью лебедки. Эти же приспособления могут быть использованы для отбора проб с нужных глубин и для получения глубинных составных проб. Зональное исследование водоносного горизонта рекомендуется проводить при помощи выкачивающего пробоотборного устройства (насос с двойным обтюратором), а при отсутствии последнего – при помощи перфорированных (в нижней части) труб малого диаметра, которые опускают в скважину на определенную глубину, и вакуумного отсоса воды из подземных зон. Для глубинного отбора проб рекомендуются погружные насосы, так как насосы, установленные на поверхности, подают воду с глубины до 8 м. При анализе содержания растворенных газов в грунтовых водах нельзя использовать для отбора проб поршневые насосы. При шахтном способе отбора проб грунтовых вод применяют различные типы пробоотборников, автоматически открывающихся и закрывающихся на заданной глубине. При глубинном бурении применяют специальные типы пробоотборников. Для анализа воды, скапливающейся в порах горных пород, проводят отбор образцов пород с разных глубин с последующей откачкой воды из пор. Для отбора проб грунтовых вод по длине скважины используются пакеры (уплотняющие устройства для бурения нефтяных скважин). Один или несколько пакеров располагают в скважине для уплотнения породы. Пробы воды отбирают из уплотненных участков либо путем откачки, либо путем вытеснения газом. Устройства, применяемые для отбора проб (кернов) морского и ледникового льда и льда водотоков и водоемов, должны удовлетворять следующим требованиям: – обеспечивать получение представительной пробы за одну операцию отбора; – материал пробоотборников должен обладать повышенной коррозионной устойчивостью (особенно при отборе проб морского льда) и исключать возможность изменения состава отобранной пробы за время ее нахождения в камере пробоотборника; – приспособления, используемые для удаления поверхностного слоя льда керна перед анализом и для протаивания керна льда с целью получения талой воды, а также приспособления, применяемые для хранения и транспортирования керна, должны исключать загрязнение получаемой талой воды; – комплекты оборудования должны быть компактными и иметь относительно малую массу. Отбор проб морского льда, а также льда водоемов и водотоков производят ручным кольцевым буром. При контроле содержания органических загрязнителей все пробоотборное оборудование и емкости для хранения проб льда непосредственно перед отбором обрабатывают соответствующими растворителями, используемыми для экстракции загрязняющих веществ во время последующего определения их химического состава. Сосуды для отбора и хранения проб В качестве пробоотборных сосудов используют химически стойкие к исследуемой воде стеклянные, фарфоровые и пластмассовые сосуды (бутыли различных форм) с притертыми или завинчивающимися пробками, что обеспечивает герметичность укупорки. Выбор материала сосуда зависит от природы определяемых примесей. Так, например, питьевую воду можно отбирать как в стеклянные, так и в полиэтиленовые сосуды, если они разрешены для контакта с водой; пробы, предназначенные для анализа на содержание органических веществ, отбирают только в стеклянные сосуды с притертыми пробками. Вместимость сосудов должна обеспечивать определение всех запланированных компонентов. Пробы воды отбирают в полиэтиленовую или стеклянную посуду в зависимости от вида анализа. По механической прочности, химической устойчивости и герметичности посуда из полиэтилена и из прозрачного, бесцветного химически стойкого стекла превосходят все другие виды посуды. Для определения минеральных веществ (макро- и микроэлементов) в большинстве случаев пригодна и полиэтиленовая, и стеклянная посуда. Основным правилом при взятии проб воды является чистота сосуда и пробки. Стеклянную посуду моют и обезжиривают хромовой смесью, тщательно отмывают от кислоты и пропаривают водяным паром. Полиэтиленовую посуду ополаскивают ацетоном, соляной кислотой (1:1), несколько раз водопроводной, а затем дистиллированной водой. Вымытую посуду высушивают. В зависимости от вида анализа разрешается применение стеклянных, полиэтиленовых, резиновых или корковых пробок. Два последних вида пробок часто обертывают пленкой из полиэтилена. Лучше всего применять полиэтиленовые или пришлифованные стеклянные пробки. В некоторых случаях допускается использовать корковые и резиновые пробки. Перед заполнением бутыли и пробки следует не менее трех раз ополоснуть отбираемой водой. С целью герметизации пробки заливают сверху смесью парафина и канифоли. Бывает необходимость для разных видов анализа отбирать воду не только в различные емкости, но и в емкости из разного материала, причем очищенные с применением различных моющих средств и реактивов. За исключением отдельных случаев, после отбора проб рекомендуется в бутылях оставлять небольшое воздушное пространство. При транспортировании проб наиболее часто происходит загрязнение образцов, поэтому во время транспортировки сосуды с пробами должны быть плотно закупорены и упакованы, а в зимнее время – утеплены. Посуда, в которую производится отбор проб, должна быть промаркирована способом, исключающим возможность ее нарушения. Паспорт на пробу воды необходимо привязывать к бутыли, а не наклеивать. На бутыль же следует наклеивать этикетку с указанием номера пробы, названия водопункта и даты отбора. К каждой пробе составляется сопроводительный документ (паспорт), в котором должно быть указано: номер бутыли (тары); наименование типа вод; место, время и дата отбора пробы; способ отбора пробы (тип пробоотборника, приспособления); вид пробы (простая, смешанная); периодичность отбора; сведения о консервировании пробы и обеспечении ее сохранности; должность, фамилия и подпись ответственного лица и специально уполномоченного представителя, участвующих в отборе проб и их подготовке. Рекомендации по отбору проб природной воды и атмосферных осадков Отбор проб из рек и ручьев. Усредненную пробу протекающей воды отбирают в местах наиболее сильного течения. Если цель исследования не указана, не рекомендуется осуществлять отбор проб стоячей воды перед плотиной, в изгибах, рукавах и т. д. Для оценки санитарного состояния водоемов створы и пункты отбора проб обычно приурочены к пунктам водопользования, расположенным по течению реки ниже источника загрязнения. К первой категории водопользования относят участки водоемов, используемые населением в качестве источников хозяйственного питьевого водоснабжения или для водоснабжения предприятий пищевой промышленности. Ко второй категории относят водоемы, используемые для купания, спорта, отдыха, а также водные объекты, расположенные в черте населенных пунктов. Отбор проб проводят в месте, расположенном на 1км выше ближайшего по течению пункта водопользования. Обычно пробы воды отбирают в створе в трех точках: в фарватере и у обоих берегов. В некоторых случаях (при ограниченных технических возможностях, на небольших водоемах и т. д.) пробы отбирают в одной – двух точках створа. Так, при централизованном водоснабжении в населенном пункте пробы воды берут в точке водозабора. При нецентрализованном водоснабжении пробы отбирают в 5 – 10 м от берега на глубине 50 см, а при использовании водоема для массового купания – у берега и в фарватере на глубине 50 см. Пробу воды рекомендуют отбирать под поверхностью воды, лучше в верхней трети глубины (обычно 20 – 30 см от поверхности). Если требуется отразить в пробе результаты смешения двух потоков или речной воды со сточными водами, пробу отбирают в месте полного смешения. Однако полное смешение происходит очень медленно и фиксируется на расстоянии сотен метров или даже нескольких километров от места слияния потоков в зависимости от скорости течения, рельефа русла, числа изгибов, порогов и т. п. Пробы отбирают по глубине, от берега до берега и вдоль по течению. Если загрязнения распределены равномерно по потоку реки, то для отбора проб подходит практически любое место. При неравномерном распределении загрязнений рекомендуется отбор составных проб из разных точек. Но при этом нельзя оценить различия в концентрациях загрязнителей в разных местах реки. Составные пробы не отбирают для анализа растворенных газов и летучих компонентов. Если требуется установить различие в качестве проб из разных мест поперечного сечения потока, то намечают несколько вертикалей, по которым отбирают пробы с различных глубин данного створа. При таком отборе обычно измеряют скорость течения в отдельных пунктах взятия проб. Если предполагается, что в результате сброса сточных вод в придонных слоях накапливаются оседающие вредные вещества, которые могут явиться источником вторичного загрязнения воды, то на расстоянии 30 – 50 см от дна отбирают придонные пробы. Каждый отбор проб воды из потока рекомендуется дополнить измерением расхода воды по соответствующему профилю в данный момент. Поэтому признано целесообразным выбирать места для отбора проб вблизи гидрометеорологического поста или водомерной рейки. Для получения надежных результатов рекомендуется проводить параллельные исследования: в каждой точке отбирать по две пробы воды. При исследовании качества воды поверхностных источников централизованного питьевого водоснабжения отбирают не менее 12 разовых проб в год, т. е. пробы берут ежемесячно. При этом следует обратить особое внимание на данные, полученные в наихудших гидрологических условиях (при наименьших расходах воды – в межень и подледный период), когда влияние спуска сточных вод наиболее выражено, а также в паводок, когда происходит интенсивный смыв загрязняющих веществ с прилегающей территории. Отбор проб из водохранилищ, озер и прудов. На непроточных водоемах и водохранилищах, которые можно охарактеризовать как стоячие воды, створы располагаются обычно на расстоянии 1 км по обе стороны от пункта водопользования. Поскольку в озерах, водохранилищах и прудах течение замедлено, качество воды может быть неоднородным в различных участках и на разных глубинах. В связи с этим рекомендуется проводить зональный отбор проб, т. е. отбирать серию проб по створам и глубине и желательно в наиболее короткий промежуток времени. Для озер, в значительной степени однородных в горизонтальном направлении, иногда достаточно одной точки отбора над наиболее глубокой частью озера. Это место точно определяют и отмечают буем. Если из-за большой поверхности водоема отметку установить не представляется возможным, то для точного определения положения точки отбора пробы используют навигационные приспособления. На непроточных водоемах и водохранилищах для контроля качества вод отбор проб выполняют в районе выпуска вод, там, где вода забирается для использования или вблизи каждого из основных источников. Качество воды в природных или искусственных озерах может быть неоднородно по глубине из-за стратификации. Причиной этого является фотосинтез в поверхностной зоне или изменение температуры воды в результате нагрева, а также воздействие донных отложений (растворение веществ, содержащихся в донных отложениях). Кроме того, вертикальная неоднородность может возникнуть из-за осаждения взвешенных веществ. Такие заметные различия в качестве вод часто наблюдаются при термоклине (слой с максимальным температурным градиентом при тепловой стратификации водной массы). В связи с этим уменьшают расстояние в месте отбора проб по глубине в гетерогенных зонах. Точное установление уровней горизонтов отбора проб зависит от предварительных условий, требуемой информации и местных условий. Поэтому предварительные исследования лучше выполнять, используя для отбора проб пробоотборники, снабженные измерительными приборами, например, для измерения температуры, и если возможно, концентрации растворенного кислорода, электропроводности, мутности и флуоресценции хлорофилла. Такие устройства позволяют проводить непрерывные наблюдения с коротким интервалом. В таких случаях измеряют глубину отбора проб, что позволяет зарегистрировать вертикальную неоднородность. После утверждения схемы отбора проб, ее следует выполнять полностью, в противном случае получаемые данные будут несопоставимы. Качество воды в природных и искусственных озерах меняется с изменением времени года. Поэтому частота отбора проб будет зависеть от требуемой информации. В общем случае может быть рекомендован интервал между единичными отборами проб, равный 1 мес. Отбор проб для экспрессных анализов качества воды проводится один раз в день. А иногда и чаще. Кроме того, качество воды изменяется в течение дня, поэтому пробы следует отбирать в одно и то же время. При отборе проб стоячей воды следует избегать участков с густыми зарослями. Пробоотбор следует проводить таким образом, чтобы как можно меньше взмучивать осадки. Природные воды всегда содержат тонкие суспензии твердых веществ, которые могут привнести определяемый компонент дополнительно к его содержанию в природном объекте. Поэтому раствор пробы, как правило, фильтруют через пластиковые мембранные фильтры: вещество, проходящее через фильтр с диаметром пор 0,45 мкм, принято считать растворимым. Не рекомендуется осуществлять отбор средних проб, полученных смешением пропорциональных порций воды, взятых в разных местах водохранилища. Это обусловлено тем, что вследствие значительного различия качества воды из разных мест компоненты проб могут вступить во взаимодействие, что может совершенно исказить истинную картину. Кроме того, анализ таких проб даст только усредненный результат и не покажет экстремальные значения или степень изменения качества объекта. Поэтому можно проводить комбинированные исследования, отбирая составные (средние) пробы через короткие промежутки времени, а серии проб – через длительный промежуток времени. Отбор проб из родников, колодцев, скважин и дренажей. Пробу из искусственного водоприемника отбирают под поверхностью воды непосредственно в бутыль пробоотборным прибором. Если источник снабжен сливной трубой или желобом, пробу отбирают в сосуд с этих устройств. Если у источника нет ни водоприемника, ни искусственного слива, то пробу текущей воды берут в бутыль непосредственно или с помощью насоса. Иногда родник следует предварительно очистить, лучше за день до отбора пробы, при выполнении этой работы его дно углубляют так, чтобы можно было свободно погрузить бутыль или другой сосуд. При отборе проб из колодца сначала откачивают из него воду, следя за тем, чтобы выкачиваемая вода стекала достаточно далеко от колодца. Если колодец в течение долгого времени эксплуатировался мало, откачивание продолжают до тех пор, пока выкачиваемая вода не будет иметь постоянную температуру (т. е. примерно 20 мин). Только после этого можно приступить к отбору проб. Если колодец длительное время вообще не эксплуатировался, из него выкачивают всю воду и после заполнения отбирают пробу. Лучше всего это делать летом при сухой погоде, когда расход воды и ее обмен максимальны. При отборе проб из колодца необходимо учитывать все необычные обстоятельства. Воду откачивают стационарным или передвижным насосом. Следует помнить о недопустимости отбора проб из скважин, в которых долго стояла вода или отверстие которых было недостаточно плотно закрыто. Пробу отбирают не сразу, а после предварительной откачки воды. После дождя пробы отбирают одновременно с откачкой, чтобы установить действительно постоянное качество воды и выявить, не загрязняется ли она поверхностными водами. Пробы дренажной воды отбирают непосредственно из стока дренажных труб. При отсутствии последних, там, где вода стекает по дну неглубоких дренажных канавок, используют чистые (лучше глиняные) трубы длиной около 1 м, к концу которых подставляют пробоотборный сосуд. Если в дренажной канаве имеется приемный желобок, пробы отбирают за последним притоком или в водоприемнике, следя за тем, чтобы не происходило загрязнения пробы с контрольных дорожек. Отбор проб грунтовых вод. Отбор проб грунтовых вод проводят при решении следующих задач: - определение пригодности грунтовых вод в качестве источника питьевой воды или для технических и сельскохозяйственных целей; - определение влияния на качество грунтовых вод потенциально опасных хозяйственных объектов; - мониторинг загрязнителей грунтовых вод; - прогнозирование изменения качества грунтовых вод. При выборе места отбора проб грунтовых вод необходимо учитывать градиенты подземных потоков и информацию о составе подземных слоев, через которые пройдет скважина. При отборе проб из готовой скважины необходимо определить участки (по длине), где будут отбираться образцы. Скважина должна быть защищена сверху от попадания поверхностных вод и с боков, в том случае, если она проходит через слои песка, гравия и т.д. В этом случае устанавливают уплотняющие экраны, чтобы избежать смешения воды с разных глубин. При бурении новой скважины следует избегать применения смазочных масел, обезжиривающих веществ и т.д., особенно в тех случаях, когда необходимо анализировать воду на содержание органических веществ. При анализе грунтовых вод, загрязненных диффузно, возможно использование скважин большого диаметра: образцы, полученные из этих скважин, характеризуют практически весь водоносный слой. Однако, если концентрации загрязнений малы, возможно сильное разбавление, и поэтому можно использовать только скважины малого диаметра. При анализе грунтовых вод с точечным источником загрязнения необходимо контролировать грунтовые воды под источником загрязнения и определить основные направления распространения загрязнения. Места отбора проб должны быть расположены на небольшом расстоянии по направлению уменьшения гидравлического градиента от источника загрязнения. Если вода из подземных водохранилищ используется как питьевая без какой-либо обработки, то анализ ее качества проводят постоянно по сокращенной программе. При этом непрерывно измеряют рН, температуру, электропроводность. Если эти показатели отклоняются от нормы, делают более частый подробный анализ. При анализе вод подземных водохранилищ необходимо также анализировать грунтовые воды в окрестностях этих водохранилищ и отслеживать все изменения их состава. Отобранные образцы грунтовых вод должны отражать изменения состава воды как во времени, так и по площади и глубине водоносного слоя. В скважине может создаваться концентрация различных примесей, отличная от всего водоносного слоя. Поэтому перед отбором проб откачивают из скважины воду в количестве не меньшем, чем объем скважины, и только после этого отбирают образцы. Метод отбора проб (откачки или глубинного отбора) выбирают, исходя из природных условий в месте отбора. Метод откачки (с помощью насоса) может быть применен только в том случае, когда состав грунтовых вод не изменяется по глубине, или, когда достаточно иметь интегральный образец, отражающий суммарный состав водоносного слоя по высоте. Перед началом отбора проб необходимо насосом откачать всю стоячую воду из скважины. Метод глубинного отбора проб заключается в том, что на определенную глубину опускают пробоотборник, который заполняют водой и поднимают наверх. Ограничения на метод накладываются тем, что внутри скважины могут быть различные течения, которые искажают результаты, полученные в данной точке. В связи с этим метод имеет ограниченное применение. В тех случаях, когда оба вышеприведенных метода неприменимы, используют различные методы отбора проб "in situ": пористые чашечки, пьезометры, отбор образцов породы с последующей откачкой воды вакуумным насосом или вытеснением газом. Отбор проб морской воды. Выбор места отбора проб морской воды зависит от многих факторов, влияющих на состав воды, а также от цели исследования. Место расположения точек отбора проб можно установить только после предварительного изучения зоны отбора. При этом следует учитывать влияние приливов на состав воды. Обычно отбор проб ведется в море с борта кораблей, вертолетов и т.п., но когда нужно взять пробы из узкого устья реки и бухты, то это удобнее делать с берега, например, с пирсов, волнорезов, мостов. Качество воды в приливных водах зависит от многих факторов, и ее состав неоднороден. Задачей отбора проб может быть получение средней по составу пробы, изучение неоднородностей воды по вертикали или горизонтали, изучение распространения сточных вод из конкретного источника и т.п. К категории прибрежных районов относятся набережные, бухты, прибрежные участки на расстоянии до 3 миль от берега. На качество воды в этой зоне влияют эрозия почвы, речные потоки, сточные воды, и поэтому состав воды неоднороден по горизонтали и вертикали. В открытом море вода более однородна, чем в прибрежных районах, но на границе горизонтальных и вертикальных течений могут наблюдаться значительные перепады состава воды. В таких случаях отбирают смешанную пробу для оценки солености, определения температуры, концентрации кислорода и др. Из однородного слоя нет необходимости многократного отбора проб. При выборе периодичности отбора проб необходимо иметь в виду, что в любом фиксированном месте существуют временные вариации состава проб, причем частота отклонений колеблется от секунд до нескольких лет. Значительные изменения качества воды связаны с долговременными сезонными факторами: окружающей температурой, осадками, солнечной радиацией. Кратковременные изменения связаны с периодичностью приливов, размножением биомассы планктона и др. При полном учете физических и биологических процессов, происходящих на данном участке моря, можно с высокой степенью достоверности определить количество проб воды, отбор и анализ которых позволит адекватно оценить качество воды. Пробы для определения качества воды отбирают в не экстремальных условиях (имеется в виду погода, время года, смена прилива отливом и т.п.). Пробы из приливных и прибрежных вод отбирают с часовым (или большим) интервалом после приливного цикла. Для отбора проб поверхностной воды емкость или бутыль погружают под воду по течению или по ветру. Емкости должны быть снабжены пробками, открывающимися под водой. Для отбора проб при мониторинге качества воды целесообразно применять автоматические устройства, которые особенно эффективны во время сильных ветров, когда выходить в море опасно. Отобранные пробы необходимо, по возможности, анализировать на месте: в береговой лаборатории или на борту научно-исследовательского судна. Пробы можно хранить в течение непродолжительного времени при 4ºС, предварительно их профильтровав и законсервировав. Отбор проб на водопроводных станциях, из сети и водопроводных кранов. На водопроводных станциях пробы отбирают из выходной трубы насосов или из сборных желобов. При отборе из резервуаров пробу берут под поверхностью воды. Необходимо иметь в виду, что в резервуаре состав воды в различных слоях может быть неодинаковым. В тех местах водопроводной сети, где проводится регулярный отбор проб, рекомендуется вмонтировать постоянный кран для отбора проб. Для отбора проб из водопроводного крана на него надевают резиновый шланг, конец которого опускают на дно бутыли для пробы. Медленно открывают кран до тех пор, пока вода не потечет непрерывной струей толщиной около 0,5см. После наполнения сосуда водой его оставляют еще некоторое время под краном, чтобы вода перетекала через край до установления постоянной температуры. Для определения содержания токсичных веществ (меди, свинца, цинка и др.) в воде, долго остававшейся в трубопроводе, пробу берут сразу после открывания крана. Отбор и консервирование проб для определения микроэлементов При отборе проб для определения микроэлементов исключают или сводят до минимума контакты проб воды с металлическими частями пробоотборных устройств. Выбор пробоотборных бутылей, хранение и консервирование проб зависят от вида определяемых загрязняющих веществ. В любом случае следует стремиться к тому, чтобы от момента отбора пробы и до ее анализа не только не изменились концентрация и характер загрязнения воды, но и не произошло вторичное ее загрязнение. Такие изменения могут быть вызваны сорбцией тяжелых и токсичных металлов на стенках пробоотборных, особенно пластмассовых, сосудов и на взвешенных коллоидных частицах, а также выщелачиванием некоторых компонентов со стенок пробоотборных сосудов и из резиновых пробок. Пробоотборные устройства и приспособления необходимо периодически тщательно очищать и промывать. При проведении морских гидрохимических исследований рекомендуется после отбора проб на каждой станции промывать пробоотборники небольшим количеством органического растворителя, а также протирать внешние части пробоотборника ватой, смоченной органическим растворителем. Кроме того, для удаления тяжелых металлов, способных сорбироваться на внутренней поверхности батометров и ведер, их рекомендуется не реже двух раз в месяц промывать теплым раствором соляной кислоты. При длительном хранении очень разбавленных растворов, к которым относятся и природные воды, возможно также постепенное изменение их концентрации. Указать определенную причину потерь вещества из очень разбавленных растворов практически невозможно. Чаще всего одновременно протекают различные процессы – физическая адсорбция ионов металлов на поверхности сосудов, реакции осаждения, ионного обмена, диффузия и т. д. Относительные потери растворенных микропримесей в результате сорбционных процессов в большинстве случаев возрастают по мере уменьшения концентрации раствора, но это правило не всегда подтверждается. В наибольшей степени на развитие сорбционных процессов влияют материал химической посуды, природа сорбируемых веществ и рН среды. Имеются рекомендации хранить водные растворы в чистых полиэтиленовых сосудах, поскольку при использовании стеклянных сосудов некоторые металлы могут быть адсорбированы стеклянной поверхностью даже из подкисленных растворов. Погрешность анализа, обусловленную сорбцией, можно исключить подбором материала химической посуды и среды. Сорбцию микропримесей из растворов стенками сосудов предотвращают или снижают до незначимой величины подкислением растворов или добавлением комплексообразующих реагентов. Бутыли с водой лучше всего закрывать пришлифованными стеклянными или полиэтиленовыми пробками. Допускается применение резиновых и корковых пробок, но с прокладкой из полиэтиленовой пленки. При этом пленку предварительно очищают кипячением в 5%-ном растворе НСl и последующей промывкой бидистиллированной водой. При отборе проб для анализа на содержание микроэлементов не рекомендуется герметизировать пробки каким-либо материалом (например, заливать парафином или смесью парафина с канифолью), чтобы не загрязнить пробу при их вскрытии. В период времени между отбором пробы и ее анализом определяемые компоненты могут подвергаться различным изменениям: выпадать в осадок или, наоборот, из нерастворимой формы перейти в раствор, адсорбироваться на стенках посуды или выщелачиваться из стекла или пластмассы бутыли. Промежуток времени между отбором пробы и ее анализом зависит от состава пробы, от определяемых веществ и от условий хранения. Чем больше вероятность изменения определяемых компонентов, тем скорее должен быть проведен анализ. При невозможности выполнения его на месте отбора пробы консервируют, а для замедления происходящих в воде биохимических процессов ее охлаждают до +4°С. Перед анализом консервированную пробу иногда нейтрализуют, а охлажденную – доводят до комнатной температуры. При анализе или при расчете результатов необходимо учитывать количество добавленных для консервирования реактивов. Следует иметь в виду, что добавляемые в воду реактивы не должны загрязнять ее определяемыми компонентами. Операции консервирования проб часто предшествует их фильтрование. Единого мнения по этому вопросу нет. Одни авторы считают необходимым фильтровать все пробы, другие – только мутные воды. Поэтому, вероятно, для определения влияния взвесей на концентрацию микроэлементов необходимо проводить анализ одних и тех же и фильтрованных, и не фильтрованных проб. Не существует единого мнения и относительно фильтров. Установленным фактом являются потери микропримесей в результате сорбции на фильтровальной бумаге при фильтровании разбавленных растворов, поэтому рекомендуется использовать мембранные фильтры с диаметром пор 0,45 мкм. При фильтровании первые 0,5л отфильтрованной воды отбрасывают в связи с возможными потерями некоторых микроэлементов на фильтре или, напротив, с их привнесением в начальный период фильтрования. Отбор и консервирование проб воды для определения органических веществ Нефть и нефтепродукты, образующие с водой гетерогенную систему, могут присутствовать в воде в разнообразной форме в зависимости от происхождения загрязнения, а именно – в виде раствора, эмульсии, в связанной форме (адсорбированные на различных нерастворимых веществах и осадках), а также в форме свободной фазы (плавающие на поверхности воды в виде пленки или слоя). Это приводит к сложности отбора проб воды, загрязненных нефтепродуктами, и доказывает важность этого этапа в общем цикле аналитических работ. Необходимо учитывать, что в поверхностных водах нефтепродукты могут присутствовать не в одной какой-либо определенной форме, а одновременно в двух или трех формах. Что касается загрязненных источников подземных вод, то в них при статическом состоянии (когда вода не выкачивается) возможно образование слоев с различной концентрацией нефтепродуктов. В этой связи очевидна необходимость дифференцированного отбора проб воды из отдельных зон источника подземной воды и с разных глубин. Отбор проб, загрязненных нефтью и нефтепродуктами, имеет ряд особенностей по сравнению с отбором проб воды для определения ее минерального состава. Его желательно проводить по определенной программе в два этапа. Для выявления зон загрязнения при отборе проб из колодцев и скважин, находящихся в статическом состоянии, на первом этапе отбирают так называемые «глобальные пробы» в самом начале откачивания. При этом выявляется максимальное количество загрязняющих веществ. На втором этапе пробы отбирают из источников в динамическом состоянии после откачки из них воды. Для дальнейших наблюдений за режимом загрязнения намечают небольшое число индикаторных источников, из которых проводят зональный отбор проб в динамическом состоянии, а также дополнительные измерения: Пробы воды из остальных источников отбирают по возможности в динамическом состоянии. Для ориентировочной оценки загрязнения поверхностных вод нефтепродуктами отбирают общую пробу с глубины до 30см. Во время отбора не следует допускать взмучивания воды, отрыва и погружения поверхностной пленки в нижние слои. При отборе пробы поверхностных вод место отбора определяется условиями полного смешения сточных, вод с водой водоема, причем наиболее предпочтительными для отбора являются места с установившейся, спокойной поверхностью. Отбор проб сточных вод в канализационных системах с непостоянным составом и в закрытых каналах также определяется условиями хорошего смешения, поэтому обычно он бывает приурочен к местам водосброса или самого сильного течения и самой большой турбулентности. При отборе подповерхностных вод необходимо удалять пленку нефтепродуктов, которая может повлиять на результаты анализа. Для этого пленку на стоячей воде удаляют куском полотна. В практике пробоотбора применяют и более сложные устройства, например, деревянные рамки в форме острого угла, которые ставят углом против течения воды и отбирают пробу в месте, расположенном между ее сторонами. Для отбора проб нефтяной пленки можно применять прибор, представляющий собой сито (металлический круг диаметром 220 мм, площадью примерно 300 см2, обтянутый планктонной сеткой), прикрепленное к шесту-держателю, длину которого можно изменять по необходимости. Ниже сита на держателе укреплен металлический диск диаметром 260 мм. При отборе проб прибор быстрым движением опускают в воду, разбивая металлическим диском нефтяную пленку в месте погружения. Сито с планктонной сеткой погружают на глубину 20 – 30 см, затем держатель с опущенным в воду ситом отводят на место с ненарушенной пленкой и медленно поднимают вверх. При этом на планктонной сетке остается нефтяная пленка. Нефтепродукты в виде пленки извлекаются на 85 – 100%. Результаты анализа выражают в миллиграммах нефтепродуктов на 1м2 поверхности водоема. В этом случае необходимо приблизительно учесть площадь пленки, выразив ее в процентах от всей поверхности водного объекта. Отбор проб воды для определения органических компонентов проводят в стеклянные сосуды с притертыми стеклянными пробками, что исключает возможный переход органических соединений из полимерной посуды в пробу, а также адсорбцию некоторых органических веществ, например, углеводородов, пестицидов на стенках сосудов. При отборе проб воды для определения органических веществ следует помнить о том, что в процессе переливания воды или при повышенном доступе воздуха возможны потери некоторых летучих веществ. В связи с этим рекомендуется наполнять сосуды по возможности быстрее и таким образом, чтобы между слоем воды и пробкой не оставалось воздушное пространство. Заметные изменения концентрации органических веществ могут происходить во время транспортировки проб и их храпения. При этом возможны потери легколетучих фракций органических веществ в результате физико-химических процессов, адсорбция органических веществ на стенках посуды и на взвесях, а также образование коллоидных частиц органического вещества. Весьма важной является проблема хранения проб и их консервирования. Установлено, что хранение проб воды на свету даже в полупрозрачной полиэтиленовой посуде приводит к уменьшению концентрации СО2 в результате фотосинтеза. При хранении проб в темноте наблюдается уменьшение рН и преобладание процессов биохимического окисления органических веществ. Таким образом, в промежуток времени между отбором пробы и ее анализом возможно разложение и потеря органических веществ под действием микроорганизмов или в результате химических реакций окисления или гидролиза. Чтобы избежать этих нежелательных явлений, необходимо этот промежуток свести к минимуму, что может быть достигнуто путем применения простых и экспрессных методов анализа в непосредственной близости от места отбора проб. В настоящее время универсальный способ сохранения первоначальной концентрации органических веществ не разработан, а существующие способы консервирования не лишены недостатков. Так, применяемое некоторыми исследователями замораживание проб с их последующим размораживанием приводит к разрушению органических веществ, а добавляемая к пробам в качестве консерванта сулема токсична. В связи с вышеизложенным целесообразно хранить пробы воды максимально короткое время при 4 – 5 °С в темноте. Таким образом, обобщая приведенные сведения об отборе проб для анализа органических и неорганических соединений можно заключить: – для получения достоверных результатов пробы воды необходимо анализировать как можно скорее после отбора (в течение 1–2ч, в крайнем случае 12ч) или фиксировать; – пробы можно стабилизировать на несколько часов путем охлаждения их до 0°С, на несколько месяцев – путем резкого охлаждения до –20°С; – определяемые соединения фиксируют чаще всего добавлением различных консервирующих веществ. Поскольку универсального консервирующего вещества не существует, для полного анализа воды пробу обычно отбирают в несколько бутылей и консервируют ее, добавляя различные вещества; – консервирование сточных вод химическими реагентами допустимо при условии, если консервирующий реагент не препятствует определению намеченных компонентов сточной воды и если определение невозможно провести непосредственно после отбора пробы. Однако ни консервирование, ни фиксация определяемых соединений путем охлаждения пробы не обеспечивают постоянства состава отобранной воды неограниченно долго, в связи с чем следует избегать длительного хранения проб.  |