3. Методы анализа твердых (пылевидных) и газообразных примесей атмосферы

Сначала рассказать о классификации выбросов, загрязняющих атмосферу:

1 – по агрегатному состоянию (твердые – пыль, жидкие, газы, смешанные);

2 – по составу (по химическому составу: серный ангидрид, хлористый водород, альдегиды…)

3 – по происхождению (естественного и искусственного – антропогенные);

4 – по температуре (нагретые: Т>Т_возд. и холодные);

5 – по степени очистки (очищенные и неочищенные);

6 – по способу образования (первичные – поступающие от источника,, вторичные – продукт, образованный из первичных, например, за счет фотохимического окисления).

(об источниках загрязнения в этом курсе говорить не будем)

Затем о пыли - пыль, классификация пылей

Пыль – частицы твердого вещества, размер которых лежит в диапазоне 0,01-100 мкм. Это – аэрозоль. Дисперсионная среда – газ, дисперсная фаза взвешенные в газе частицы.

Классификация:

1 – по виду исходного материала: пыль органическая (естественного и искусственного происхождения), неорганическая, металлическая. смешанная;

2 – по способу образования дисперсной фазы: может образовываться в результате (а) механического измельчения (дробления, помола) - аэрозоль дезинтеграции; размер d>5 мкм; (б) при возгонке веществ (газоразряд, электросварка, плавка металлов и др.) – аэрозоль конденсации, d<5 мкм;

3 – по размеру (степени дисперсности);

4 – по химическому составу;

5 – по электрическим и магнитным свойствам.

С позиций профессиональной опасности наиболее важно знать степень дисперсности и химический состав.

И, наконец, о методах измерения содержания твердых частиц (пыли)

Методы позволяют определять как массовую концентрацию пыли (С, мг/м³), так и счетную или численную концентрацию (N, штук/ед.объема)

Наиболее распространены методы:

- гравиметрический;

- радиоизотопный;

- оптические;

- электрохимические;

- пьезоэлектрические;

Гравиметрический

Из потока аэрозоля частицы пыли выделяются с помощью фильтрации. На точных весах определяют общую массу пробы пыли (m, мг), задержанную мембраной за время фильтрации (t, с) при расходе (L, м³/с), рссчитывают концентрацию (С, мг/м³):

Метод отличается высокой трудоемкостью.

Радиоизотопный

Метод использует процесс поглощения радиоактивного излучения частицами пыли. Массу пробы определяют по степени ослабления излучения, пропускаемого через пробу. Погрешность примерно равна погрешности гравиметрического метода. Преимущества – быстрота и простота. Недостатки – радиационная опасность.

Оптические

Пропускают свет через пробу пыли или аэрозоль.

1) Методы, основанные на светорассеянии:

а) фотометрический метод (турбидиметрический) – измеряют оптическую плотность D при прохождении световой волны. D зависит от плотности и толщины пробы;

б) нефелометрический – измеряют интенсивность света, рассеянного по одним или несколькими углами;

в) поточная ультрамикроскопия – измеряют количество вспышек («конусов» рассеянного света, проходящего через аэрозоль.

2) Методы, основанные на поглощении света:

а) абсорбционный.

Электрические:

- индукционный;

- контактно-электрический;

- емкостной.

Они не получили широкого применения из-за влияния влажности воздуха, химического и дисперсного состава пыли.

Пьезоэлектрические:

Измеряется

- частота колебаний пьезокристалла при осаждении на нем частиц;

- количество электрических импульсов при ударе частиц о кристалл..

(Пьезоэлектричество – возникновение электрических зарядов при деформации кристаллов – прямой эффект; деформация кристалла под действием электрического поля – обратный эффект)

и о методах измерения содержания вредных газов:

- оптические;

- электрохимические;

- хроматографические;

- лазерные;

- термохимические (?);

- другие.

Наиболее распространены оптические методы, использующие избирательное поглощение газами электромагнитного излучения в инфракрасной, УФ или видимой области спектра. Широко применяются фотоколориметрический метод, в котором измеряют поглощение света растворами анализируемых газов.

Применяют также эмиссионные методы – молекулы газообразных примесей приводятся в состояние оптического возбуждения; регистрируется интенсивность люминесценции, возникающей при возвращении их в равновесное состояние (три метода: а) хемилюминесценция – возбуждение за счет химической реакции; б) фотолюминесценция – оптическое возбуждение; в) люминесценция в пламени – возбуждение в пламёнах).

К электрохимическим методам анализа газов относятся а) кондуктометрия и б) кулонометрия.

а) измеряется электропроводность раствора при поглощении компонентов газовых смесей соответствующим растворителем;

б) измеряется количество электричества, затраченного на протекание химической реакции к анализируемыми компонентами.

Хроматографический метод: компоненты газа продвигаются по хроматографической колонке с разными скоростями за счет разного адсорбционного сродства. Могут быть реализованы газовая адсорбционная хроматография и газо-жидкостная распределительная хроматография. Чувствительность – до 10^-12%, используют для измерения концентрации сероводорода, диоксида серы, выхлопных газов автомобилей и др.

Лазерный метод – используется рассеяние лазерного луча на молекулах газов. Рассеянная энергия может регистрироваться с помощью приемной антенны-локатора. Разработка оптических генераторов высоких мощностей с узкими и стабильными спектрами излучения, совершенствование методов извлечения информации с передачей результатов в вычислительный центр Зондирование атмосферы.