Аналитический контроль атмосферного воздуха

УДК 543:551.5

Аналитический контроль атмосферного воздуха

К.С. Колбанцев\ Е.А. Лейтес1

1 Алтайский государственный университет

Analytical Control of Atmospheric Air

K.S. Kolbantsev1, E.A. Leites1 1 Altai State University

Качество и продолжительность жизни зависят от атмосферного воздуха. Наиболее распространенными загрязняющими веществами, поступающими в атмосферный воздух от техногенных источников, являются газы: оксид углерода, диоксид серы, оксиды азота, углеводороды и аэрозоли — взвеси твердых и жидких частиц.

Отбор проб атмосферного воздуха в Барнауле осуществляли аспирационным способом путем пропускания воздуха с определенной скоростью через поглотительный прибор или заполнения сосудов ограниченной емкости.

Метод определения сероводорода основан на улавливании сероводорода из воздуха пленочным хемо-сорбентом и определении соединения, образующегося в результате взаимодействия сульфид-иона с N ^ди-метил-п-фенилендиамином и хлорным железом.

Метод определения фенола заключается в улавливании фенола из воздуха пленочным хемосорбентом и определении соединения, образующегося при взаимодействии фенола с 4-аминоантипирином и гекса-цианоферратом калия.

Метод определения формальдегида предусматривает улавливание формальдегида ацетилацетоном в присутствии аммиака с образованием 3,5-диацетил-1,4 -дигидролутидина.

Метод определения диоксида серы основан на улавливании диоксида серы из воздуха пленочным хемосорбентом и определении соединения, образующегося в результате взаимодействия диоксида серы с формальдегидом и фуксином.

Ключевые слова: загрязняющие вещества, пробы разовые, пробы средние суточные, средняя суточная концентрация, оксид углерода, диоксид серы, оксиды азота, углеводороды, аэрозоли.

DOI 10.14258/izvasu(2014)3.2-28

The quality and duration of life depend on atmospheric air. The most common pollutants of atmospheric air from technogenic sources are gases: carbon monoxide, sulfur dioxide, nitrogen oxides, hydrocarbons and aerosols — suspensions of solid and liquid particles.

Air sampling in Barnaul was performed by aspiration method passing the air through absorption device at a certain speed or filling vessels of limited capacity. The method for hydrogen sulfide determination is based on the capture of hydrogen sulphide in the air by film chemisor-bent and identifying of the compound formed resulting from the interaction of sulfide ion with N, N-dimethyl-n-phenylenediamine and ferric chloride.

The method for phenol determination is based on capturing of phenol in the air by film chemisorbent and identifying of the compound resulting from the interaction of phenol with 4-aminoantipyrine and potassium hexacya-noferrate.

The method for formaldehyde determination is based on capturing of formaldehyde with acetylacetone in the presence of ammonia resulting in 3,5-diacetyl-1,4-dihy-drolutidine forming.

The method for sulfur dioxide determination is based on capturing of sulfur dioxide in the air by film chemi-sorbent and identifying the compounds resulting from the interaction of sulfur dioxide with formaldehyde and magenta.

Key words: contaminants, spot samples, mean daily samples, mean daily concentration, carbon monoxide, sulfur dioxide, nitrogen oxides, hydrocarbons, aerosols.

Качество и продолжительность жизни зависят от атмосферного воздуха. Известно, что в городах, заполненных автомобильным транспортом, вблизи которых имеются промышленные предприятия, воздух

может содержать большое количество загрязняющих веществ. Наиболее распространенные загрязняющие вещества, поступающие в атмосферный воздух от техногенных источников: оксид углерода (СО), диоксид

серы ^02), оксиды азота (N0^, углеводороды (СтНп) и аэрозоли — взвеси твердых и жидких частиц [1-9].

Отбор проб атмосферного воздуха в Барнауле осуществляли аспирационным способом путем пропускания воздуха с определенной скоростью через поглотительный прибор или заполнения сосудов ограниченной емкости. Причем для исследования примесей в виде аэрозолей (пыли) пригоден только первый способ.

При пропускании воздуха через поглотительный прибор происходит концентрирование анализируемого вещества в поглотительной среде. Для достоверного определения концентрации вещества расход воздуха должен составлять не менее десятков или сотен литров в минуту. Пробы подразделяются на разовые (период отбора 20-30 мин) и средние суточные (определяются путем осреднения не менее четырех разовых проб атмосферного воздуха, отобранных через равные промежутки времени в течение суток). Средняя суточная концентрация может быть получена и при более частых отборах проб воздуха в течение суток, но обязательно через равные промежутки времени.

Для отбора проб воздуха используются электроаспираторы, пылесосы и другие приборы и устройства, пропускающие воздух, а также устройства, регистрирующие объем пропускаемого воздуха (реометры, ротаметры и другие расходомеры).

Перенос и рассеяние вредных веществ в атмосферном воздухе определяют метеорологические факторы, поэтому отбор проб воздуха должен сопровождаться наблюдениями за дымовыми факелами источников выбросов и основными метеорологическими параметрами, к числу которых относятся скорость и направление ветра, температура и влажность воздуха, атмосферные явления.

Используемый в работе аспиратор М 822, предназначенный для отбора проб воздуха с целью анализа содержащихся в нем примесей, просасывает не менее 40 л/мин воздуха через фильтры с сопротивлением 3 ± 0,15 кПа (300 ± 15 мм вод. ст.) при работе одновременно на двух ротаметрах, измеряющих расход воздуха в диапазоне 1-20 л/мин, и при закрытом разгрузочном клапане.

Для определения загрязняющих веществ в атмосферном воздухе применяли спектрофотометрические методы анализа.

Спектрофотометрический метод определения сероводорода основан на улавливании сероводорода из воздуха пленочным хемосорбентом с последующим фотометрированием соединения, образующегося в результате взаимодействия сульфид-анионов с N ^диметил-п-фенилендиамином и хлорным железом, с образованием окрашенного продукта (при X = 670 нм) [9] по схеме:

2

+ H2S

FeC!,

Спектрофотометрический метод определения фенола предполагает улавливание фенола из воздуха пленочным хемосорбентом и определение соедине-

Ii3[Fe(CN)6] рН = 10

Н3С — С =С — NH2 ОН

Н3С— N с=0

\ / +

N

ОД

4 - а мто штипирин

Спектрофотометрический метод определения формальдегида — это улавливание формальдегида ацетилацетоном в присутствии аммиака с об-

ния, образующегося в результате взаимодействия фенола с 4-аминоантипирином и гексацианоферратом калия (при X = 508 нм), [6] по схеме:

О + н2о

Н3С—С =С—N =

Н3С — N С=0

\ /

N

OgHj краситель

красный антипириновый

разованием 3,5-диацетил-1,4-дигидролутидина (при X = 412 нм) [7] по схеме:

Спектрофотометрический метод определения ди- соединения, образующегося в результате взаимодей-оксида серы основан на улавливании диоксида серы ствия диоксида серы с формальдегидом и фуксином из воздуха пленочным хемосорбентом и определении (при X = 548 нм) [5], по схеме:

Спектрофотометрический метод определения ющегося в результате взаимодействия нитрит-ио-

оксида и диоксида азота предусматривает улавлива- на с сульфаниловой кислотой и 1-нафтиламином ние оксида и диоксида азота из воздуха пленочным в растворе уксусной кислоты (при X = 520 нм) [8],

хемосорбентом и определение соединения, образу- по схеме:

При определении содержания оксида и диоксида азота, диоксида серы, сероводорода, оксида углерода, фенола, формальдегида и взвешенных веществ в воздухе выявлено (см. рис. 1-6; табл. 1, 2):

а) содержание оксида азота, сероводорода и диоксида серы в атмосферном воздухе Барнаула не превышало норм;

б) содержание оксида углерода в 2,5 раза превышало предельно допустимые концентрации (ПДК) в Центральном, Железнодорожном и Ленинском районах города, снижаясь к 2012 г. до 2,2 ПДК в Октябрьском и Железнодорожном районах и до нормального показателя — в Центральном районе;

в) содержание диоксида азота превышено вдвое в Железнодорожном районе в 2011 г. и в Центральном районе в 2012 г.;

г) повышенный уровень загрязнения фенолом зарегистрирован только в Центральном районе — 1,7-1,9 ПДК;

д) повышенный уровень загрязнения формальдегидом в разное время отмечен во всех районах города, что связано с большим количеством дизельных автомобилей, загрязняющих атмосферу углеводородами, и отсутствием объездных дорог. Наибольшее превышение загрязнения формальдегидом (5-7,5 ПДК) за-

регистрировано в Центральном и Ленинском районах, при этом в 2012 г. имеется тенденция

к уменьшению его содержания в Ленинском районе (4,5 ПДК).

0,03

0,02

0,02

0,01

0,01

0,02 0,02 0,02 0,01 0,01 0,01 0,01 0,01 0 0 0

фенол

формальдегид

Январь Февраль Март Апрель Май Июнь Июль Август СентябрьОктябрь Ноябрь Декабрь

Рис. 1. Средние значения концентраций фенола и формальдегида

фенол

формальдегид

Январь Февраль Март Апрель Май Июнь Июль Август СентябрьОктябрь Ноябрь Декабрь

Рис. 2. Средние значения концентраций фенола и формальдегида

0,03

0,02

0,02

0,01

0,01

I эо2

Январь Февраль Март Апрель Май Июнь Июль Август Сентябрь Октябрь Ноябрь Декабрь

Рис. 3. Средние значения концентраций диоксида серы и сероводорода

0

0

0,01 0,01 0,01 0,01 0,01 0 0 0 0 0

Январь Февраль Март Апрель Май Июнь Июль Август Сентябрь Октябрь Ноябрь Декабрь

Рис. 4. Средние значения концентраций диоксида серы и сероводорода

0,12

0,1

0,08

0,06

0,04

0,02

1

I

I I I

I

I

1111ГГГГ1Г1I

Январь Февраль Март Апрель Май Июнь Июль Август Сентябрь Октябрь Ноябрь Декабрь

Рис. 5. Средние значения концентраций оксида и диоксида азота

0,14

0,12

0,1

0,08

а 0,06

£

0,04

О 0,02

Январь Февраль Март Апрель Май Июнь Июль Август СентябрьОктябрь Ноябрь Декабрь

Рис. 6. Средние значения концентраций оксида и диоксида азота

1Э02 1Н2Э

N0

ыо2

N0

N02

0

Таблица 1

Уровень загрязнения атмосферного воздуха по районам Барнаула в 2011 г.

Район Фенол Формальдегид NO, NO2 SO2 H2S

Центральный 1,7 ПДК 5-7,5 ПДК < ПДК < ПДК < ПДК

Октябрьский < ПДК < ПДК < ПДК < ПДК < ПДК

Железнодорожный < ПДК < ПДК 1,9 ПДК < ПДК < ПДК

Индустриальный < ПДК < ПДК < ПДК < ПДК < ПДК

Ленинский < ПДК 5-7,5 ПДК < ПДК < ПДК < ПДК

Таблица 2

Уровень загрязнения атмосферного воздуха по районам Барнаула в 2012 г.

Район Фенол Формальдегид NO, NO2 SO2 H2S

Центральный 1,9 ПДК 7,5 ПДК 1,9 ПДК < ПДК < ПДК

Октябрьский < ПДК < ПДК < ПДК < ПДК < ПДК

Железнодорожный < ПДК < ПДК < ПДК < ПДК < ПДК

Индустриальный < ПДК < ПДК < ПДК < ПДК < ПДК

Ленинский < ПДК 4,5 ПДК < ПДК < ПДК < ПДК

Наиболее благополучным следует признать Индустриальный район Барнаула (значение ПДК не превышает нормы), а Центральный район является наиболее загрязненным по содержанию в воздухе фенола, формальдегида, диоксида углерода и взвешенных веществ.

Авторы благодарят Алтайский центр по гидрометеорологии и мониторингу окружающей среды за любезно предоставленные недостающие данные по контролю загрязнения атмосферы и полезные консультации.

Библиографический список

1. ГОСТ 17.2.3.01-86. Охрана природы. Атмосфера. Правила контроля качества населенных пунктов [Электронный ресурс]. — URL: http://docs.cntd.ru/.

2. РД 52.04.186-89. Руководство по контролю загрязнения атмосферы [Электронный ресурс]. — URL: http:// www.infosait.ru/.

3. РД 52.04.57-85. Методические указания по определению содержания диоксида азота в атмосферном воздухе с отбором проб на пленочный сорбент. — Л., 1986.

4. Безуглая Э.Ю. Метеорологический потенциал и климатические особенности загрязнения воздуха городов. — Л., 1980.

5. Вольберг Н.Ш., Тульчинская З.Г. Определение двуокиси серы в атмосфере парарозанилинформальдегидным

методом с отбором проб сорбционными трубками // Труды ГГО. — 1975. — Вып. 352.

6. Гражданова Т.Н., Бреннер Э.С., Вольберг Н.Ш. Способ отбора проб фенолов из воздуха. А.с. № 789707 (СССР) // Бюл. изобр. — 1980. — № 17.

7. Крылова Н.А. Формальдегид // Методы определения загрязняющих веществ в атмосферном воздухе населенных мест (приложение № 1 к списку ПДК № 3086-84 от 27.08.84). — М., 1985.

8. Павленко А.А., Вольберг Н.Ш. Использование твердых сорбентов при определении окислов азота // Труды ГГО. — 1979. — Вып. 417.

9. Павленко А.А. Усовершенствование способа отбора проб H2S на твердый сорбент // Труды ГГО. — 1979. — Вып. 436.