1. Метрологічне забезпечення контролювання забруднення атмосфери

Метрологічне забезпечення контролювання забруднення атмосфери передбачає відбір проб, забезпечення атестованими методиками вимірювань, засобами вимірювальної техніки.

Для аналізу повітря використовують різні фізикохімічні методики: фотометрію, хроматографію, масспектрометрію, вольтамперометрію та ін. Найчастіше для аналізу повітря застосовують газову і рідинну хроматографію. Газова хроматографія є високочутливою, вибірковою та швидкою методикою аналізу повітря. Рідинну хроматографію використовують для кількісного та якісного аналізу поверхнево-активних речовин (ПАР), антиоксидантів, пестицидів, гербіцидів, лікарських препаратів, полімерів, амінокислот. Сучасні рідинні хроматографи укомплектовані високочутливими селективними детекторами з чутливістю від 10~⁷ до 10~¹⁰ г/мл (наприклад, хроматограф лабораторний рідинний серії «Цвет-300» (модель 304) призначений для аналізу органічних речовин, поглинаючих в ультрафіолетовій зоні спектра (250—400 нм)).

Іонна хроматографія діє на основі принципу елюентного іонообмінного розділення іонів.

Принцип масспектрометрії полягає в іонізації молекул органічних речовин під впливом різних факторів (хімічної іонізації, електронного удару та ін.) за збереження основної молекулярної структури. Утворені при розпаді збуджених молекулярних іонів частинки розділяються у масаналізаторі на пучки, які містять заряджені частинки певної маси і енергії та реєструються у вигляді відповідних масспектрів .

Вольтамперометрія полягає у використанні залежності сили струму від напруги при електролізі розчинів. Такий метод використовують для визначення речовин, які здатні до електрохімічного окислення або відновлення. На практиці використовують йономіри і мілівольтметри типу рН-262, рН-340, ЕН-122.

Визначення шкідливих речовин за допомогою індикаторних трубок. Визначення шкідливих речовин у повітрі із застосуванням індикаторних трубок основане на лінійно-колористичному принципі — залежності довжини забарвленого шару від концентрації речовини. Значення кон­центрації знаходять за шкалою на індикаторній трубці — герметичній скляній трубці, заповненій твердою речовиною, обробленою реагентом. Досліджуване повітря проходить через індикаторні трубки за допомогою сифонних або поршневих насосів.

Автоматичні засоби контролювання якісного і кількісного складу атмосфери. Газоаналізатори. Перспективним є розроблення і удосконалення автоматизованих вимірювальних комплексів, які об'єднують прилади різноманітного функціонального призначення та дають змогу регулярно вимірювати концентрації шкідливих речовин, забезпечувати збирання і оброблення необхідних експериментальних даних.

Автоматизовані системи спостереження і контролю атмосферного повітря АСКНС-АГ або АНКОС-АГ призначені для постійного контролювання змінних у часі та просторі характеристик забруднення і метеорологічних параметрів повітряного простору. Залежно від характеру і обсягу виконуваних робіт їх поділяють на такі типи:

1) промислові системи. Вони контролюють викиди промислових підприємств, ступінь забруднення промислових майданчиків і прилеглих до них територій. Ці системи оснащені датчиками для фіксування характерних інгредієнтів викидів підприємств, а також метеодатчиками, які розміщують з урахуванням шкідливості викидів, рози вітрів, особливостей розміщення житлових масивів;

2) міські системи. їх призначено для контролювання рівня забруднення повітря міста викидами підприємств, транспорту, для вимірювання метеопараметрів. За допомогою міських систем встановлюють ступінь забруднення територій з урахуванням сезону року і кліматичних факторів, прогнозують небезпечні ситуації. Міська система автоматичного спостереження і центр оброблення даних забезпечують систематичне вимірювання заданих параметрів, автоматичний збір інформації з автоматизованих станцій спостереження, оперативне оцінювання ситуації тощо. З цією метою створені комплексні лабораторії (типу ИАЗ-1), стаціонарні та пересувні лабораторії («Пост-І», «Атмосфера-П»), автоматизовані системи контролю забруднення атмосфери («Воздух-І») та ін.

Автоматизовані системи спостереження і контролю якості атмосферного повітря оснащені автоматичним системами відбору проб та приладами автоматичного визначення і вимірювання вмісту забруднюючих речовин (газоаналізаторами). Найчастіше використовують газоаналізатори різних типів для визначення діоксиду сірки, оксиду вуглецю, оксидів азоту, вуглеводнів і озону.

Натепер розроблена велика кількість модифікацій газоаналізаторів, призначених для виявлення вмісту і концентрацій різноманітних речовин.

За допомогою ртутного аналізатора РА-915 визначають вміст ртуті у атмосферному повітрі, природних і технічних газах, воді, ґрунті, руді і т. д. на рівні фонових значень (діапазон вимірювальних концентрацій становить 5н-2х10⁵ нг/м). Аналізатор газортутний екологічний 9ГРА-01 призначений для вимірювання вмісту ртуті у атмосферному і підґрунтовому повітрі при моніторингу забруднення навколишнього середовища, санітарному нагляді за виробничими і житловими приміщеннями, контролі технологічних процесів і т. д.

Портативні газоаналізатори testo 300M і testo 300XL виконують оперативні вимірювання: 0₂, С0₂, N0, СН₄, °С, тиску у промислових газах і викидах та у повітрі робочої зони.

За допомогою газоаналізатора MSI Compact контролюють вміст 0₂, CO, C0₂, NO, N0₂, NO_x, S0₂, тиск і швидкість виходу газів.

Газодозиметр Multiwarn II призначений для оператив­ного контролювання концентрації 0₂, CO, C0₂, H₂S, NO, S0₂, NH₃, HCN, Cl₂, СОС1₂ (фосген), РН₃ (фоефин), етилен-оксиду та інших речовин у промислових викидах, при технологічних процесах, на робочих місцях і за екологічного моніторингу. Прилад працює при температурі навколишнього середовища від —20 до 40°С (короткочасно до 55°С із збільшенням похибки вимірів) і відносній вологості від 10 до 95%.

Газоаналізатор «Грант» дає змогу контролювати вміст аміаку, хлору, фтористого і хлористого водню в атмосфері цехів промислових підприємств і в технологічних потоках газових викидів.

Оптико-акустичний газоаналізатор «Кедр» автоматично безперервно вимірює вміст ацетилену, метану, монооксиду і діоксиду вуглецю у технологічних газових сумішах, промислових викидах і вихлопних газах автомобільних двигунів.

Газоаналізатор «Клен-2» здатен безперервно контролювати концентрації окислів азоту у повітрі. Дія приладу основана на перетворенні інтенсивності люмінесцентного випромінювання, яке виникає при реакції NO з поступаючим 0₃.

Серія газоаналізаторів «Гамма-10», «Гамма-100», «Гамма-1000» призначена для вимірювання вмісту вуглеводнів у промислових викидах і у повітрі виробничих приміщень. Робота приладів ґрунтується на вогневій іонізації при спалюванні органічних речовин у вогні водню і збирання іонів, які утворились.

Сприяє дотриманню правил техніки безпеки сигналізатор витоку горючих газів і парів «Сигнал-02». Він дає змогу виявити метан, пропан-бутанові та інші газові і парові вуглеводні суміші з повітрям при визначенні місця їх витікання, тому ним оснащують персонал комунальних служб для роботи у підвальних приміщеннях, колекторах, де можуть накопичуватись горючі і шкідливі гази.

при спалюванні органічних речовин у вогні водню і збирання іонів, які утворились.

Сприяє дотриманню правил техніки безпеки сигналізатор витоку горючих газів і парів «Сигнал-02». Він дає змогу виявити метан, пропан-бутанові та інші газові і парові вуглеводні суміші з повітрям при визначенні місця їх витікання, тому ним оснащують персонал комунальних служб для роботи у підвальних приміщеннях, колекторах, де можуть накопичуватись горючі і шкідливі гази.

Автоматичний оптико-акустичний газоаналізатор ГМК-3 призначений для вимірювання у повітрі концентрації оксиду вуглецю. Принципом дії є поглинання випромінювання інфрачервоного діапазону хвиль з центром смуги поглинання 4,7 мкм приймачем — замкнутою камерою, заповненою сумішшю оксиду вуглецю з аргоном. При поглинанні випромінювання оксиду вуглецю у приймачі виникають пульсації температури і тиску, які сприймаються мікрофоном і перетворюються на електричні сигнали. Пульсації тиску виникають внаслідок модуляції випромінювання механічним обтюратором. Амплітуда коливань пропорційна вмісту оксиду вуглецю у газовій суміші, що аналізується.

Автоматичний хемілюмінесцентний газоаналізатор 645-ХЛ всіх модифікацій призначений для інструментального контро­лю оксиду азоту N0, діоксину азоту N0₂ і суми оксидів азоту N0_X. В основу методу покладена реакція озону з оксидом азоту, внаслідок якої утворюється діоксид азоту в збудженому стані: NO + O₃> N0₂* + 0₂ .

Газоаналізатори 645-ХЛ можуть працювати у складі автоматичних станцій контролю забруднення атмосферного повітря, а також в автономному режимі в лабораторіях типу «ПОСТ» та інших лабораторних приміщеннях.

Автоматичний газоаналізатор 623-НН призначений для забезпечення інструментального контролювання суми вуглеводнів. Основою принципу дії газоаналізатора є полуменево-іонізаційний метод. Концентрація вуглецю у по­вітрі визначається за зміною струму полуменево-іонізаційного детектора (ПІД), який збільшується при введенні в полум'я водню органічних речовин. Високоатомний вимірювальний перетворювач перетворює струм іонізації у вихідну напругу.

Отже, використання автоматичних засобів контролювання якості атмосферного повітря, зокрема автоматичних газоаналізаторів, дає змогу оцінювати і прогнозувати стан приземного шару повітря.

Вимірювання концентрації пилу в атмосфері

Для вимірювання концентрацій пилу у повітрі викорис­товують спеціальні прилади — пилеміри (для вимірювання концентрації пилу в атмосферному повітрі та промислових приміщеннях і для вимірювання концентрації пилу у різноманітних газових викидах промислових підприємств). Пилеміри, які належать до першої групи, вимірюють зміни мікроконцентрації різноманітних домішок протягом певного часу і внаслідок впливу природних факторів. Друга група пиломірів призначена для вимірювання великих концентрацій з широким спектром частинок (0,05—100 мкм), при різній швидкості виходу (до 40 м/с) газоповітряної суміші та з різною температурою (до 1200°С).

У пиломірах використовують тільки фізичні методи вимірювання. Пиломіри першої групи повинні відповідати таким вимогам: безперервність вимірювань; автоматизація процесу вимірювань; похибка вимірів не повинна перевищувати ±10% від ГДК; реєстрація результатів вимірів; нечутливість до параметрів навколишнього середовища; простота конструкції і т. д. Пиломіри, призначені для контролювання промислових викидів, повинні відповідати додатковим вимогам: мала інерційність; лінійність градуйованої характеристики; можливість отримання середніх значень (наявність інтегруючого блоку); наявність попереджувальної сигналізації; пристосованість до певних умов; конструктивні характеристики і т. д.

Метрологічні характеристики пиломіра переважно визначаються характеристиками первинного вимірювального перетворювача. Різницею між дійсними і номінальними характеристиками перетворювача є похибка пиломіра, зумовлена властивостями пилу (основна похибка), впливом зовнішніх величин (додаткова похибка) та ін. Для градуювання пиломірів використовують «еталони» пилу. У якості «еталонів» використовують монодисперсні сферичні частинки (штучні, природні), наприклад пилок з розмірами частинок 12, 20, 50 і 90 мкм.

Періодичну повірку пиломірів проводять із використанням перевірочного блоку як стосовно окремих його частин, так і стосовно приладу загалом.