Детектор теплопроводности (ДТП) или катарометр. Принцип его действия основан на различии теплопроводностей анализируемого вещества и газа-носителя

1. Детектор теплопроводности (ДТП) или катарометр. Принцип его действия основан на различии теплопроводностей анализируемого вещества и газа-носителя.

2. В детекторе ионизационо-пламенном (ПИД или ДИП) ипользуется зависимость электропроводности пространства между электродами от числа находящихся в нем ионизированных частиц, которые образуются в водородном пламени под действием термичесих и окислительных процессов при попадании в него молекул анализируемого вещества.Выходным сигналом детектора является значение силы тока, протекающего между электродами под действиеи приложенного к ним напряжения.

3.Электронно-захватный детектор (ЭЗД),или детектор по захвату электронов,как и ДИП ,основан на зависемости электропроводности промежудка между электродами и числим ионов,находящихся в этом промежутке,которое связано с числом молекул,поступающих в детектор.Однако механизм и способ образования ионов принципиально отличаются от такового в случае ДИП - ионы образуются в результате взаимодействия молекул анализируемого вещества и потока электронов в камере детектора в результате бета-распада радиоактивного вещества.

Необходим очень чистый газ-носитель, например азот “ОСЧ”, не содержащий следов кислорода, который снижал бы чувствительность детектора ЭЗД.

 Чувствительность определения зависит от наличия галоид-, нитро- и других групп,взаимодействующих с электронами.

Влияние галоидов в молекуле на чувствительность определения

Вещество Чувствиетельность, отн.ед

Хлорбутан 1

Хлорпентан 2 1

Хлоргептан 1,5

Дихлорбутан 15

Дихлорэтан  190

Бромбутан 280

Хлороформ 6 10

Дибромметан 1.1 ё0

4. Детектор термоионный (ДТИ) по принципу действия аналогичен ДИП. Однако дополнительно в водородное пламя непрерывно поступает поток ионов щелочных металлов ( калий, натрий, цезий ) В их присутствии резко возрастает эффективность ионизации соединений, содержащих азот, фосфор, хлор и др. ДТИ применяют для определения ФОС и азотосодержащих соединений.

 5. Пламенно-фотометрический детектор (ПФД) селективен и обладает повышенной чувствительностью по отношению к соединениям, содержащих серу.

Качественный анализ состоит в сравнении периодов времениудерживания данного вещества на хроматограмме от момента ввода пробы в испаритель до момента, соответствующего максимальному значению сигнала для данного компонента.

Количественный анализ основан на прямо пропорциональной зависимости содержания вещества в пробе от площади пика данного компонента на хроматограмме. Расчет ведется в основном тремя методами.

1. Метод абсолютной калибровки заключается в построении графиков зависимости высоты или площади пика Х от содержани компонентов в смеси. Расчет ведетс по следующим формулам:

X= 1000 a/V

X = cV/V20,

где

a - содержание вещества, определенное по графику; мг

V - объем пробы вохдуха, вводимого в испаритель хроматографа, мл

с - концентрация вещества, расчитанная по графику, мг/мл

V20 - объем пробы воздуха, произведенный в стандартных условиях.

2. Метод внутреннего стандарта основан на введении в анализируемую смесь известного количества вещества, принимаемого за стандарт. По своим свойствам оно должно быть достаточно близко к анализируемым соединениям, но полностью отличаться от них по хроматограмме.

3.Метод норматизации площадей пиков.При этом сумму площадей всех пиков с учетом поправочных коэффицентов принемают за 100%.Для вычисления концентрации вещества (в объемных процентах) необпходимо его площадь умножить на 100 и разделить на сумму всех площадей.Метод прост,но может быть использован лишь тогда,когда все компоненты известны и полностью разделены.

Хроматографы сотоят из основных блоков:Блок подготовки газов,термостат колонок (в том числе испаритель) ,детектор и регистратор (самописец).

Высокоэффективная жидкостная хроматография (ВЭЖХ)-

хроматографический метод,позволяющий разделить высококипящие жидкости и (или) твердые вещества, которые затруднительно либо нецелесообразно определять метод газожидкостной хроматографии, например полициклические ароматические углеводороды, аминокислоты, ПАВ, пестициды, лекарственные препараты, углеводы и др.

Хроматограф состоит из:

колонок из нержавеющей стали, толстостенного стекла, тантала или меди; диаметр-1-6 мм, длина -от 10- 15 см до 7м;

пористых носителей: силикагель, хромосорб, биосил и др. с

удельной площадью более 50 м/г и деаметр частиц 0,005-0,05 мм;

детекторов:рефрактометрической с чувствительностью 10 г/мл, УФ-детектор с чувствительностью 10 и флуориметрический с чувствительностью 10 г/мл, а также электрохимический;

подвижной фазы:ацетонитрил, метанол и др.

Тонкослойная хроматография (ТСХ).Разделение происходит на специальных пластинках для тонкослойной хроматографии.Неподвижная фаза в ТСХ:силикагель, оксид алюминия, ионообменные смолы с добавками крахмала и гипса.

Анализируемую смесь наносят на стартовую линию микрошприцем или микропипеткой.Пластинку или бумагу с нанесенной пробой помещают в закрытую камеру, содержащую растворитель, которой перемещается по слою сорбента (или по бумаге) под действием капиллярных сил.Компоненты смеси перемещаются вмемте с растворителем с различными скоростями.По окончании разделения пластинку или бумагу вынимают из камеры, испаряют растворитель, обрабатывая струей теплого воздуха.Определяемые вещества появляются на хроматограмме в виде пятен в результате обработки специальным реактивом (например, нингидрин при анализе аминокислот) или методом флюоресценции.Содержание анализируемого компанента пропорционально площади пятен.Количественную оцнку проводят или непосредственно на пластинке с помощью планиметра, или путем снятия окрашенного пятна с хроматограммы экстракции вещества растворителем и определение и определение его содержание фотометрическим методом или с помощью денситометра.

Ионная хроматография объединяет принцип ионообменной хроматографии, включающей последовательное использование двух колонок, с кондуктометрическим детектированием.В основе этого метода-элюентное ионообменное разделение ионов на первой (разделяющей) колонке с последующим подавлением фонового сигнала элюента на второй (подавляющей) ионообменной колонке.Инообменные колонки заполняют неподвижными фазами, содержащими в своей структуре ионогенные группы, способные к реакции обмена и обладающие высокой проникающей способностью.При анализе катионов колонку для разделения заполняют сульфированными катионитами низкой емкости ,а подавляющую колонку-анионитом высокой емкости.В качестве элюентов используют растворы HCLl HNO3, гидрохлорида пиридина и др.В качестве подвижной фазы-растовра карбоната и гидрокарбоната натрия.

В последние годы развивается ионная хроматография без подавления фонового сигнала элемента и с различными способами детектирования: фотометрический, атомноабсорбционный, ионометрический (ионселективные электроды).

Достоинства метода: низкий предел определения - 1 10 мг/мл, селективность, возможность одновременного определения неорганических и органических ионов экспрессность,широкий диапазон определяемых концентраций.

Применяют отечественный хроматограф “Цвет-300б”, кондуктометрический детектор, микропроцессор. Предел обнаружения по хлориду натрия - 3,10 мг/мл.

Хроматомасс-спектрометрия (ХМС) - это в сущности газовая хроматография с масс-спектрометром в качестве детектора (например, МИ-1201). Даный метод позволяет расшифровывать состав сложных смесей, содержащих сотни неидетифицированных компонентов, и определять их по одной пробе.

Полярография ( и вольтамперометрия). Полярография - одно из элктрохимических методов анализа. Полярограмма - зависимость силы тока от величины приложенного напряжения на электроды.При этом методе не происходит физического разделения смеси на отдельные компоненты.В качестве катода чаще всего применяют ртутный капающий электрод (РКЭ), поверхность которого непрерывна обновляется, что позваляет получать полярограммы и проводить анализ с высокой воспроизводимостью результатов.

Прямое определение возможно лишь при наличие веществ, способных восстанавливаться на РКЭ: ионы металлов, органические соединения, содержащие галоид-, нитро-, нитрозогруппы, карбонильные соединения, пероксиды, эпоксиды, дисульфиды, и т. д.Это несколько ограничевает возможности метода, однако при определение полягрофических активных соединений позволяет достичь высокой слективности определения без предворительнонго разделения сложных смесей на отдельные компоненты.

Основные типы полярографии - постоянно-токовая (классическая) и переменно-токовая.Прследняя имеет различные названия (подразделы): в зависимости от формы амплитуды переменного тока - квадратно-волновая, трапецеидальная и др.; в зависимости от полярности электрода, который используют как индикаторный, - катодная (восстановления) или анодная (окисления). Последнюю иногда называют вольтамперометрия.В анодной полярографии в отличие от катодной используют только твердый электрод (например,графитовый).

Применяют фоноваый или индифферентный электролит (называемый просто - фон), т.е. раствор кислоты, соли, буферный раствор более сложного состава, в котором растворяют анализируемую пробу.

Анализ атмосферного с помощью газоанализаторов (определение SO2,NO,CO и других газов). Газоанолизаторы в отличие от стационарных приборов (хроматографы, полярографы и др.) не позволяют дастигнуть столь же высмокой чувствительности, точности и селективности.Однако при неопходимости оперативного контроля содержания примесей загрязняющих веществ в атмосферном воздухе и особенно в воздухе рабочей зоны и в промышленных выбросах они могут быть полезны и необходимы.Характеристики наиболее применяемых и даступных отечественных газоанализаторов приведены в табл.1.

Таблица 1

Тип (марка) газоанализатора	Измеряемые компоненты	Предел обнаружения,мг/м
“Платан-1” “Гамма-М” Палладий-М3 Палладий-М6 ГМК-3 ГИП 10МБ-3А 666Э303 623 КПИ-03 645 ХЛ-03 “Нитрон” “Сирена-2” 667 ФФ-03	As H3 Бензон С6H6 Винихлорид C2H3Cl Дихлорэтан C2H4Cl2 Озон О3 СО СО СО СО Сероводород H2S CH4 ECH nCH NO NO2 NOX NO2 NH3 SO2	0-0,2 0-12 0-28 0-12 0-12 0-40 0-40 0-40 0-50 0-20 0,1 0,1 0,1 0,001 0,001 0,001 0,5 0-30 0,001

Особенности мониторинга состояния окружающей среды в замкнутом пространстве

Мониторинг состояния окружающей среды в замкнутом пространстве это система мероприятий и средств, обеспечивающих в герметической кабине /космический корабль. подводная лодка,самолет/ поддержания искусственной газовой среды /воздуха/ с оптимальными физическими параметрами / давление,температура,влажность,скорость движения и химическим составом. Так в космическом корабле, который является закрытой системой, происходит круговорот основных элементов и веществ: кислорода О, углекислого газа СО с воспроизводством пищевых продуктов на борту, регенерации воды, получения кислорода на основе фотосинтеза и электролиза воды и утилизацией отходов жизнедеятельности человека и биокомплекса.

Теоретически замкнутую сбалансированную систему можно построить в соответствии со следующим уравнением:

Электролиз:

6Н О электрическая энергия 6Н + 3О

Биосинтез, осуществляемый водородными бактериями:

6Н + 2О +СО получаем СН О + 5Н О

Дыхание человека:

СН О+О получаем СО +Н О

Преимущество такой системы - низкая массв и небольшая потребность в энергии.

Основными структурными блоками автоматических систем мониторинга окружающей среды замкнутого пространства в настоящее время являются:

- датчики параметров окружающей среды температуры,состава воды, солнечной радиации,концентраций основных загрязнений воздуха ,

- датчики биологических параметров - регенерации воды и воздуха,минерализации отходов,

- автономное электропитание на основе аккумуляторов и солнечных батарей,

- системы спутниковой связи,

- современная вычислительная техника,

- программное обеспечение ЭВМ

Данная система мониторинга позволяет обеспечить нормальные условия для работы экипажа в замкнутом пространстве.

В настоящее время процесс миниатюризации электронных схем дошел до молекулярного уровня, делая реальным полностью автоматизированные , со всеобъемлющим программным обеспечением, сложные многоцелевые и в то же время компактные, полностью автономные системы слежения за качеством окружающей среды в замкнутом пространстве.

Экологические принципы, лежащие в основе конструирования,изготовления и эксплуатации ЛА.

Самолет, как и любая система, использующая энергию окисления углеводородного топлива, выбрасывает в атмосферу продукты этого процесса, которые изменяют естественный состав атмосферы и поэтому могут рассматриваться как и загрязнители.Следовательно, авиация, несомненно, - источник загрязнения атмосферы, и вопрос заключается лишь в том, насколько эти загрязнения значительны.

В авиации применяется два вида нефтяного топлива - керосин и бензин несколько отличающиеся по составу продукты сгорания.Основное отличие состоит в том, что этилированный бензин используемый на самолетах с поршневыми двигателями, дает в отработавших газах свинец, являющийся одним из нежелательных компонентов загрязнения воздушной среды.

Роль самолетов с поршневыми двигателями в современной авиации незначительна и постоянно уменьшается.Поэтому целесообразно ограничить рассмотрение загрязнителей воздуха авиационного происхождения только продуктов горения керосина.

Продукта горения керосина, помимо не относимых к загрязнителям двуокиси углерода, паров воды, азота, а также некоторых других естественных компонентов атмосферного воздуха, содержат окись углерода, различные углеводороды(метан CH4, ацетилен C2H6 этан C2H4, пропан C3H8, бензол C6H6 толуол C6H5CH3 и др.), альдегиды (формальдегид HCHO, акролеин СH2=CH-CHO, уксусный альдегид CH3CHO и др.),окислы азота (в оснавном NO и NO2), окислы серы, твердые частицы (например, частицы сажи, создающие дымный шлейф за соплом двигателя) и ряд других составляющих, образующихся в незначительнвх количествах из имеющихся в керосине примесей.Самолеты выбрасывают в атмосферу и исходное топливо.Это роисходит не только в аварийных ситуациях, но и входе нормальной эксплуатации при продувке или опоражнении дренажных емкостей, после неудачного запуска двигателя перед началом полета и после выключения двигателя по окончании полета.

Уровни содержания в атмосферном воздухе различных вредных веществ регламентируется специальным общероссийским и нормами-ПДК. ПДК некоторых вредных компанентов, содержащихся в отработавших газах авиадвигателей, приведены в табл.2.В аналогичных иностранных нормах можно встретить некоторые другие интересные компоненты.Так стандартыми США допустимый уровень концентрации углеводородов (суммарно) устаногвлен равным 0,16 мг/м (в пересчете на эквивалентное количество метана).С другой стороны, такие компаненты углеводородного ряда, как бензпирен или пары исходного топлива (бензин), в нормы других стран, как правило, не включают.

В авиации нормы предельно допустимых выбросов (ПДВ) устанавливаются в настоящие время на четыре вредных компонента: окись углерода (CO|), несгоревшие углеводороды (СnHm), окислы азота (NОx), частицы сажи (дым).Кроме того, запрещается преднамеренный выброс в атмосферу топлива.

Таблица 2

	ПДК, мг/м
Компоненты	Максимальная разовая	среднесуточная
Окись углерода СО Двуокись азота NO2 Сернистый ангидроид SO2 Формальдегин HCHO Взвешенные частицы (сажа) Бензпирен Бензин (пары)	3 0,085 0,5 0,035 0,50 - 300	1 0,085 0,05 0,03 0,05 1*10 -

Токсическое действие загрязняющих веществ.

Характер вредного действия загрязняющих веществ чрезвычайно разнообразен. Окись углерода и двуокись азота связывают гемоглобин крови и при больших концентрациях опасны для жизни. Сернистый ангидрид и некоторые углеводороды оказывают раздражающее действие на слизистую оболочку дыхательных путей, а сернистый ангидрид, кроме того, губителен для многих видов растений. Среди углеводородов могут быть вещества, наделенными канцерогенными свойствами (например, бензпирен) или обладающие резким неприятным запахом. Углеводороды под действием солнечного света вступает в фотохимические реакции с окислами азота, образуя в результате широкий спектр веществ (перекиси, озон и др.), которые ускоряют коррозию разлличных материалов, вредно действуют на растительность, а также являются одной из причин, образования “смога”, способного, помимо всего прочего, обусловить массовые легочные и другие заболевания. Выброс частиц сажи, оседающих на конструкциях, сооружениях и растительности, нежелателен, кроме чисто эстетических причин, потому, что задымленность воздуха уменьшает видимость в районе аэродрома, а особо мелкие частицы углерода, попадая в легкие, наносит вред здоровье человеку.

Сбрасываемые в естественные водоемы производственные и хозяйственно-бытовые стоки изменяют количество и качество воды в них, осложняют или вовсе исключают возможность использования водоемов для питьевых или производчтвенно-технических нужд.

Степень влияния сточных вод на водоемы зависит от характера сбрасываемых загрязнителей, их количественных соотнощений. Сама по себе сточная неразведенная вода всегда имеет выраженный токсический эффект и отрицательно сказывается на здоровье людей и может послужить причиной возникновения различного рода инфекционных заболеваний. Попадая в организм людей с питьевой водой, многие ядовитые металлы и их органические соединения, например свинец, мышьяк, кадмий, ртуть, - содержащиеся в сточных водах предприятий могут вызвать отравление людей, преимущественно хроническое.Повышенные концентрации химических элементов оказывают токсическое действие на водные организмы. Гидробионты в той или иной мере реагируют на изменение гидрохимического режима водоема, происшедшего в результате спуска сточных вод. Если тот или иной организм не может адаптироваться к новому химическому составу воды и гибнет, то происходит изменеие в соотношении между видами в биоценозах. Такие изменения могут также снизить плодовитость у гидробионтов, уменьшить их жизнеспособность и явится фактором, ограничивающим развитие и численность водных организмов. Так, кисловатые воды при водородном показателе рН 6,4-5,0 опасны для рыб при концентрациях двуокиси углерода выше 20 мг/л или при повышнном содержании солей железа, кислые воды при рН ниже 5,0 и щелочные воды при рН выше 9,5 опасны для рыб всегда, подщелочные воды при рН 8,6-9,5 опасны для рыб при длительном действии.

Загрязненная химичесими веществами вода даже при большом разбавлении ее чистой нарушает нормальное развитие оплодотворенной икры, быстро губит эмбрион(зародыщ). Загрязнение водоемов наряду с факторами прямой гибели рыбы причиняет рыбным запасам вред и в другом отношении: погибает корм - мелкие беспозвоночные животные, которые поедают рыбы.

Загрязнение нефтепродуктами сточных вод вызывает многообразные и глубокие изменения в составе водных биоценозов и даже во всей фауне и флоре водоемов. Это обусловлено физико-химическими свойствами самой нефти, которая весьма сложна по своему составу и может отдавать в воду вещества в различных агрегатных состояниях: твердом, жидком, газообразном. Часть ее компонентов оседает на дно, часть находится в виде суспензий и эмульсий в толще воды. а часть - в молекулярно растворенном состоянии.

Таким образом, все существующие виды загрязнений какие бы они не были, оставляют свой отпечаток на состоянии здоровья человека, животных, на развитии организмов и этим подчеркивают опасность загрязения.

Вопросы и задачи:

1.Токсикология это наука,- изучающая свойства и механизм действия ядовитых и потенциально токсических веществ в особенности вызываемых ими отравлений и методы их предупреждения и лечения.

2.Эвтрофирующее загрязнение связано с поступлением избытка биогенных элементов, которые могут не оказывать прямого токсического действия на организм , включая и водные., обычно это загрязнение стимулирует развитие тех или иных групп гидробионтов, в результате чего нарушается экологическое равновесие и происходит вторичное загрязнение.Эвтрофическое загрязнение обычно вызывается сельскохозяйственными и отходами отраслей, перерабатывающих биологическое сырьё.

Токсическое загрязнение связано с появлением в атмосфере веществ антропогенного происхождения, которые уже в малых концентрациях являются ядами для большинства организмов.

3.Поступление токсичных веществ в живые организмы осуществляется различными путями, в частности через поверхность тела, через желудочно-кишечный тракт или через жабры. Важнейшее значение играет транспорт веществ через клеточные мембраны. Не случайно изменение проницаемости клеточных мембран считается универсальным функциональным нарушением при токсическом воздействии. Если заряд иона (или заряженных молекул) совпадает по знаку с зарядом участка мембраны, то он отталкивается, а если знаки противоложны, то происходит фиксация иона на этом участке.Вследствие взаимодействия зарядов иона и мембраны прохождение заряженых частиц через мембрану затрудняется и он оказывает местное поверхностное действие. Незаряженные молекулы легко проникают через мембрану и оказывают более глубокое, внутренне воздействие.По этой причине, например, неорганические соединения ртути, способные диссоциировать, нарушают проницаемость мембраны, оказывая поверхностное воздействие, а молекулы ртутьорганических соединений, проникая через внешние мембраны, легко достигают внутренних органов, где быстро проявляется эффект их действия.

4.Активность накопления различных веществ из окружающей среды выражается соответствующими коэффицетами.Имено эти коэффиценты в иназываются коэффицнтами накопления.

5.Для превращения большинства органических токсичных загрязняющих веществ существуют определенные биохимические механизмы.Превращение осуществляется с участием ферментов. Главным итогом поглощения в тканях является повышение их растворимости в воде, благодаря чему происходит выведение веществ из организма.Превращение чужеродных органических соединений идет через двухфазный процесс: метаболическое превращение и конъюгацию.Метаболические превращения включают процессы окисления, восстановления, реакции гидролиза, способствующие появлению групп, повышающих полярность молекулы.

Конъюгация - это взаимодействие с серной кислотой, аминокислотами, метильными и другими алкил-группами.Эти превращения в конечном счете и приводят к возрастанию полярности.Конъюгация ведет также к блокированию функциональных групп молекул токсиканта (-COOH, -OH, -NH2, -SH и др), снижая тем самым их токсичность.

6.При разрушении или превращении чужеродных соединений в организме могут образовываться более токсичные производные.Это явление называется летальным синтезом. Особенно опасно включение этих производных в состав нуклеиновых кислот и белковых молекул.

7.Индекс токсичности смеси определяет собой показатель, который характеризует степень поражения токсическим веществом.

8.Явление адаптации состоит в процессе приспособления строения и функций организма к условиям среды обитания. Механизм адаптаци заключается в приспособлении организма к меняющимся условиям среды путем изменения интенсивности обмена веществ в органах и тканях: Организм приспосабливается , привыкает к специфическому образу жизни в определенных условиях внешней среды.

9. Для поддержания жизнедеятельности Среды в замкнутом пространстве используют следующие технологические приемы: регенирацию воды, получение кислорода на основе фотосинтеза и электролиза воды, утилизация отходов жизнедеятельности человека.В замкнутом пространстве происходит круговорот основных элементов и веществ.

Список литературы

1. В.Ф.Протасов, А.В.Молчанов - Экология,здоровье и природопользование в России

2. П.Реввель, Ч.Реввель - Среда нашего обитания

3. Ю.Одум - Основы зкологии

4. О.Н.Яницкий - Экологическая перспектива города

5. Охрана окружающей среды под ред.С.А.Брылова

6. Охрана окружающей среды - справочник

7. Краткая медицинская энциклопедия

8. Г.А.Богдановский - Химическая экология

Для подготовки данной работы были использованы материалы с сайта http://www.altai.fio.ru/