Лекція 7. Технічні засоби контролю стану повітряного середовища (2 год)

2. Відбір проб повітря для визначення концентрацій забруднюючих речовин

Відбір проб ("пробовідбір") є дуже істотним етапом у технологічному циклі екоаналітичного контролю, тому що результати навіть самого точного (і дорогого) аналізу втрачають усяке значення при неправильно проведеному пробовідборі. Помилки, що виникають унаслідок неправильного відбору проб, надалі виправити, як правило, не вдається. Тому, вірогідність і точність наступного аналізу в значній мірі залежать від правильності вибору способу і старанності проведення відбору проб.

Для одержання достовірної і надійної інформації про вміст забруднюючих речовин пробовідбір повинен здійснюватися так, щоб аналізовані зразки були "репрезентативними" (представницькими) для природних об'єктів. Представницькими прийнято вважати такі проби, в яких вміст обумовлених інгредієнтів не змінюється при відборі проб, їхньому зберіганні і транспортуванні до місця аналізу.

Іншими словами, відношення матриці до аналізованих компонентів (інгредієнтів) повинне залишатися постійним як у загальній масі вихідного матеріалу, так і в узятій пробі. Хоча в реальних умовах зміна складу матриці в часі дуже імовірна, наприклад, через перемінний склад води в річці чи флуктуацій складу димових газів промислових підприємств чи автотранспорту. Біологічні процеси, що протікають в живих організмах, також обумовлюють їхній перемінний склад, що відбивається на вірогідності контролю забруднення внутрішнього середовища досліджуваних організмів.

Іноді (при дуже низьких концентраціях ЗР в середовищі) у процесі відбору проб досліджувану речовину приходиться відокремлювати від матриці з метою її концентрування. У цьому випадку навмисно не виконується загальна вимога про сталість співвідношення компонентів матриці й аналізованої речовини під час пробовідбору. Такі процедури (збагачення проби, концентрування досліджуваної ЗР і ін.) особливо корисні при відборі проб повітря, рідше – води, але не можуть бути рекомендовані для матриць складного і невідомого складу (наприклад, ґрунтів).

У таких складних умовах дуже важливий вибір адекватного способу пробовідбору, що визначається агрегатним станом аналізованих речовин і середовищ, а також іншими їхніми фізико-хімічними властивостями. Вибір способу відбору проби повинні проводити досвідчені, кваліфіковані працівники, найкраще ті, котрі несуть відповідальність за наступний аналіз і оцінку його результатів.

Умови, яких необхідно дотримуватись при пробовідборі, настільки різноманітні, що не можна дати докладних рекомендацій для усіх випадків і у відповідності з усіма вимогами.

У будь-якому випадку проба, узята для аналізу, повинна відбивати типові умови місця і часу її відбору. Відбір проби, а також наступне зберігання, транспортування, пробопідготовка й аналітична робота з нею повинні проводитися так, щоб не відбулося помітних змін у вмісті аналізованих компонентів (ЗР) чи у властивостях середовища, що її утримує (тари).

Відповідно до мети аналізу застосовують разовий або серійний пробовідбір. При разовому відборі пробу беруть один раз у визначеному місці і розглядають результат одного аналізу. Цей спосіб застосовується рідко, коли результатів одного аналізу досить для висновку про якість досліджуваного середовища (при сталості його властивостей, наприклад, в глибинних ґрунтових водах чи у випадку первинних польових оцінок). В більшості випадків, коли цього недостатньо, застосовують серійний пробовідбір проб, при якому кожна проба береться в зв'язку з іншими. При аналізі серії проб визначається зміна вмісту компонентів, що досліджуються, з урахуванням їх місця перебування, часу відбору чи обох цих факторів.

Таким чином, одержують відповідну кількість результатів, що статистично обробляють і оцінюють. Отримані дані є більш правильними в порівнянні з результатами разового відбору, а їхня точність залежить від числа проб у серії. Типовим прикладом серійного відбору проб є зональний відбір. При ньому проби, наприклад, води відбирають з різних глибин по вибраному створі водойми. Інший варіант – серійний відбір через визначені проміжки часу.

Проби підрозділяються на прості і змішані. Просту пробу одержують шляхом однократного відбору всієї необхідної кількості зразка аналізованого середовища. Аналіз простої проби дає відомості про склад середовища в даний момент в одному місці. Змішану пробу одержують, поєднуючи прості проби, узяті в тому самому місці через визначені проміжки часу чи відібрані в різних місцях обстежуваного об'єкта. Така проба повинна характеризувати середній склад середовища чи усереднений за часом чи, нарешті, "перехресний" середній склад з урахуванням як місця, так і часу, її одержують змішуванням рівних частин простих проб, узятих через рівні проміжки часу в такій кількості, щоб остаточний об'єм змішаної проби відповідав вимогам аналізу.

Середня проба тим точніше, чим менші інтервали між окремо узятими складовими її пробами. Найкращий результат усереднення можна одержати, автоматизуючи безупинний відбір проб. Змішану пробу не рекомендується відбирати за період часу, що перевищує добу, її не можна застосовувати при визначенні компонентів або характеристик середовища, що легко піддаються змінам (наприклад, для води - розчинені гази, рН і т.п.). Також змішану пробу не можна складати й у тому випадку, якщо характер середовища різко міняється в часі чи так, що окремі складові проби вступають у взаємодію чи змінюється їхній фізичний стан і т.д.

Відбір проб повітря вважається найбільш важким, так у цьому випадку дуже часто приходиться використовувати спеціальні (причому іноді дуже складної конструкції) поглинальні прилади (багато хто з них названі іменами їхніх винахідників, наприклад, Зайцева, Яворовского, Полежаєва, Ріхтера й ін.), а також різного роду технічні пристрої – збудники і вимірювачі витрати повітря для активної дозиметрії (аспірації) і ін.

Користуються наступними режимами відбору проб повітря:

1. Разовий відбір проби повітря – триває 20-30 хв.

2. Дискретний відбір – в поглинальний прилад або на фільтр в однакові проміжки часу протягом доби відбирають проби 3-8 раз.

3. Добовий відбір – відбір про повітря в поглинальний розчин або на фільтр постійно.

Пошук місця відбору проб повітря Місце для первинної оцінки чи відбору проби вибирається у відповідності з цілями аналізу і на підставі уважного вивчення всієї наявної попередньої інформації (документації), а також натурного дослідження місцевості чи контрольованого об'єкта, причому повинні враховуватися всі обставини, що могли б вплинути на склад відібраної проби або результат первинної оцінки наявності і рівня забруднення (впливу).

В операцію "пошуку джерела" або місця пробовідбору включається також задача ідентифікації характеру впливу чи забруднюючої речовини (встановлення його природи, розшифровка складу основних компонентів суміші). При відсутності технічної можливості чи необхідності в ідентифікації, вона повинна замінятися більш простою задачею виявлення, тобто підтвердження факту наявності забруднюючої речовини в середовищі.

Пошук і вибір місця відбору, а також первинної оцінки проб повітря (як і у відношенні інших середовищ) проводять у передбачуваних зонах максимального забруднення навколишнього природного середовища (наприклад, у "факелі" викиду й у зонах його можливого проходження на відстані до об'єкта від сотень метрів до декількох кілометрів, як правило, на висоті 1,5 метра від землі) чи безпосередньо поблизу перебування (скупчення) людей і інших біооб'єктів, для яких даний викид може виявитися шкідливим чи небезпечним.

У робочій зоні проби повітря варто відбирати в місцях постійного чи максимально тривалого перебування людей, при характерних виробничих умовах з урахуванням особливостей технологічного процесу (безупинний, періодичний), кількості (рівня) і фізико-хімічних властивостей, а також класу небезпеки і біологічної дії хімічних забруднюючих речовин, що виділяються, чи фізичних факторів впливу, температури і вологості навколишнього середовища. Вибір місця відбору проб повітря в робочій зоні звичайно більш складний, ніж проб атмосфери в населених місцях або у навколишньому природному середовищі в зв'язку з насиченістю робочого приміщення і проммайданчика потенційними джерелами шкідливого впливу (забруднення). Екоаналітичний і санітарний контроль забруднень повітряного середовища в робочій зоні здійснюють вибірково на окремих робочих місцях, стадіях або операціях, якщо на обстежуваній ділянці (що характеризується сталістю технологічного процесу) досить ідентичне устаткування або однакові робочі місця, на яких виконуються ті самі операції. При цьому відбір проб варто проводити на робочих місцях, розташованих у центрі і по периферії приміщення (відкритого проммайданчика з устаткуванням).

При виборі точок пробовідбору основну увагу варто приділяти робочим місцям за основними (масовими) професіями. Місця для відбору проби повітря в робочій зоні вибирають з урахуванням технологічних операцій, при яких можливе найбільше виділення в повітря робочої зони шкідливих речовин, наприклад:

- біля апаратури й агрегатів у період найбільш активних хімічних, термічних і інших процесів в них;

- на ділянках завантаження і вивантаження речовин, затарювання готової продукції;

- на ділянках "внутрішнього" транспортування сировини, напівфабрикатів і продукції;

- на ділянках розмелу і сушіння сипучих, або що порошать матеріалів і речовин;

- біля найбільш ймовірних джерел виділень при перекачуванні рідин і газів (насосні, компресорні) і ін.;

- на місцях відбору технологічних проб, необхідних для цілей технічного аналізу.

Періодичність відбору проб повітря для кожної речовини в кожній вибраній точці встановлюють індивідуально в залежності від терміну перебування персоналу на робочому місці, від характеру контрольованого технологічного процесу. Часто враховують властивості речовин (факторів) і їхньої небезпеки, установлюючи при виробничому контролі таку періодичність відбору й аналізу проб:

для 1-го класу – не менше одного разу в 10 днів,

для 2-го – не рідше, ніж щомісяця,

а для 3-го і 4-го – не менше, ніж один раз у квартал.

При відборі проб повітря обов'язково необхідно знати:

1) в якому агрегатному стані знаходиться ЗР в повітрі;

2) які речовини супутні тій речовині, яка досліджується;

3) короткочасно чи постійно надходить ЗР в повітря.

Проби повітря відбирають аспіраційним способом (пропускаючи повітря через поглинальний прилад з визначеною швидкістю) і способом заповнення посудин обмеженого об'єму. Для дослідження газоподібних домішок придатні обидва способи, а для дослідження аерозольних домішок і пилу – лише аспіраційний.