Воздух как объект анализа

Содержание

 

Введение

. Воздух как объект анализа

.1 Атмосферный воздух

.2 Источники загрязнения атмосферы

.3 Классификация загрязнителей  воздуха

. Классификация автоматических  методов анализа состава воздуха  и их краткая характеристика

. Автоматизированные системы контроля загрязнения воздушного бассейна

.1 Автоматические приборы непрерывного  действия для анализа загрязнений  воздуха

.2 Автоматические сигнализаторы  довзрывоопасных концентраций

Выводы

Список источников

 

Введение

 

Окружающий нас воздух (атмосфера) является важнейшим фактором обеспечения нашей жизни. Стоит прекратить поступление воздуха в организм через органы дыхания, как уже через короткое время наступит смерть. В естественных условиях эта зависимость жизни от постоянного поступления, не содержащего посторонних примесей воздуха для дыхания, не таит в себе никакой опасности, но лишь до тех пор, пока в нашем распоряжении есть достаточное количество чистого, однородного по составу воздуха. Только с того времени, как человек начал применять в своей деятельности вредные для его жизни вещества, которые ранее лишь изредка, да и то в незначительных количествах загрязняли атмосферу, чистота использовавшегося для дыхания воздуха иногда стала подвергаться угрозе. При этом обнаружилось, что наши органы чувств не позволяют нам с достаточной точностью определять качество воздуха.

Наше обоняние не способно сигнализировать  о наличии в воздухе всех вредных  для нашего организма загрязнений, например, оксида и диоксида углерода, оксидов азота (I) и (II). В то же время, хотя мы и ощущаем присутствие в атмосфере даже незначительного количества таких ядовитых веществ как синильная кислота, наш организм не отвечает на это какой-либо защитной реакцией. Неравномерно по своему характеру и воздействие на человека некоторых раздражающих газов. Так, аммиак сначала вызывает раздражающее действие, тогда как его вредное воздействие сказывается с некоторым опозданием; у диоксидов серы и азота мы наблюдаем обратную картину. Ограничены возможности наших органов обоняния и с точки зрения количественного определения содержания в воздухе примесей. Не говоря о том, что восприимчивость людей ко многим обладающим запахом загрязнениям воздуха носит строго индивидуальный характер, по отношению к некоторым ядовитым веществам, таким, как сероводород и диоксид азота, имеет место явление привыкания. Что же касается радиоактивных загрязнений воздуха, которые приобрели особое значение лишь в последние десятилетия, то для их обнаружения мы вообще не обладаем какими-либо органами чувств.

Как показывают приведенные выше примеры, постоянно расширяющееся использование ядовитых веществ и вызванное этим усиление качественного и количественного загрязнения воздуха обусловили необходимость создания дополнительных средств определения качества воздуха. Вначале для этой цели применялись отдельные методы, основанные на практическом опыте, как, например, наблюдение за горящей свечой (если ее пламя начинало мерцать или гасло, это указывало на присутствие в воздухе избыточного количества углекислого газа) или за поведением певчих птиц в помещениях, где существовала опасность внезапного выброса оксида углерода. Позднее для исследования состава воздуха стали применять методы химического анализа, дополненные физическими измерениями.

При этом возникают две основные задачи. С одной стороны, исследование собственно атмосферы населенных пунктов, проводимое с целью охраны здоровья проживающих там людей, а также исследование состава воздуха в сельскохозяйственных районах, призванное выявлять вредное воздействие загрязнений воздуха на растения и животных. С другой стороны, это контроль чистоты воздуха в рабочих зонах производственных помещений, подвергающихся опасности проникновения вредных газов, осуществляемый для защиты работающего там персонала.

Обращает на себя внимание, что анализы состава воздуха в жилых, конторских и подсобных помещениях, где горожане обычно проводят больше времени, чем на улице, проводятся сравнительно редко. При этом, по-видимому, предполагается, что показатели, измеренные вне зданий, действительны и для расположенных в них помещений. Подобное предположение во многих случаях не соответствует истине. Например, в комнате с оштукатуренными стенами уровень содержания проникшего в нее диоксида серы быстро падает. То же можно сказать в отношении диоксида азота, фтористого водорода и других кислых газов. Никогда не бывает также одинаковым содержание пыли в воздухе на улице и внутри расположенного на ней здания.

В этой связи уместно отметить, что хотя современная техника  вызвала значительное загрязнение  атмосферы, она в то же время, несомненно, позволила немного улучшить качество воздуха в жилых помещениях по сравнению с прежними временами, благодаря повышению в широких масштабах культуры жилища, выразившемуся в применении более совершенного отопления, освещения и использовании канализации. В наши дни трудно представить себе, какое влияние в свое время оказывала на распространение легочных заболеваний копоть - неизменный спутник свечного или керосинового освещения.

Результаты анализов состава воздуха  уже обусловили не только совершенствование методики их выполнения, но и повлекли за собой самые разносторонние изменения в области техники, общественной гигиены и т. п. С другой стороны, требования повседневной практики относительно чувствительности, специфичности, длительности и частоты проведения анализов состава воздуха становятся все более жесткими и многообразными. В то же время они послужили толчком к дальнейшему развитию методики проведения анализов с помощью меченых атомов и созданию автоматических, аналитических приборов непрерывного действия, причем определенный «вклад» внесла здесь проблема применения отравляющих газов в период обеих мировых войн. Такое взаимное стимулирование развития методов и средств лабораторного анализа, с одной стороны, и требований повседневной практики, с другой, происходит в полной мере и в наши дни. Результатом этого можно считать постоянное появление интересных и важных новшеств в области методики анализа состава воздуха, что, в свою очередь, приводит к накоплению ценного опыта и прогрессу техники, направленному на сохранение чистоты воздуха.

1. Воздух как объект анализа

 

.1 Атмосферный воздух

 

Более 99,9% сухого атмосферного воздуха  состоит из азота, кислорода и  аргона и лишь около 0,1% приходится из долю диоксида углерода, криптона, неона, гелия, ксенона и водорода. Однако даже в чистом воздухе содержатся следовые количества (от 0,003 до 0,25 мг/м3) оксида углерода, озона, оксидов азота и аммиака, а также 0,5-1,5 мг/м3 водорода и метана. Присутствие небольших количеств этих газов в воздухе объясняется существованием свободного озона в верхних слоях атмосферы, а также процессами гниения и разложения (аммиак, метан, оксиды углерода и азота) или атмосферными явлениями (диоксид азота). Все другие соединения (твердые, жидкие и газообразные вещества, изменяющие естественный состав атмосферы), попадающие в воздух из различных источников (в основном антропогенного происхождения), классифицируются как загрязнители. К ним относят оксиды углерода, серы и азота, углеводороды, различные оксиданты, аэрозоли металлов, твердые частицы (пыль, сажа, органические аэрозоли) и радиоактивные вещества.

 

.2 Источники загрязнения атмосферы

 

Главный вклад в загрязнение  воздушного бассейна вносит промышленность, особенно в местах её концентрации. Основными источниками индустриальных загрязнений воздуха являются тепловые электростанции (ТЕС), работающие на каменном угле и выбрасывающие в атмосферу сажу, золу и диоксид серы; металлургические заводы, выбросы которых содержат сажу, пыль, оксид железа и диоксиды серы, а иногда и фториды; цементные заводы - источники огромного количества пыли. Крупные предприятия по производству продукции неорганической химии загрязняют атмосферу, в зависимости от технологического процесса, самыми различными по составу газами (диоксид серы, тетрафторид кремния, фтороводород, оксиды азота, хлор, озон). Заводы по производству целлюлозы, очистке нефти, отличаются выбросами в атмосферу дурнопахнущих газообразных отходов (одорантов). Предприятия нефтехимии (нефтеперегонные заводы, переработка нефти, органический синтез) служат источником поступления в воздух углеводородов и органических соединений других классов (амины, меркаптаны, сульфиды, альдегиды, кетоны, спирты, кислоты, хлоруглеводороды и др.).

Кроме того, все промышленные предприятия  располагают собственными отопительными и энергетическими системами, отходящие газы которых также загрязняют воздух.

Загрязнение атмосферного воздуха  предприятиями химической промышленности, обусловлено следующими причинами:

. Неполный выход продукции (неполнота протекания реакции, потери конечного продукта и др.).

. Выброс в атмосферу примесей  и загрязнений при переработке  сырья (фтористых соединений из  природных фосфатов и руд; диоксида  серы и сероводорода из природного  газа, сырой нефти и каменного  угля; мышьяка и селена из серного колчедана при производстве серной кислоты и т. д.).

. Потери веществ, используемых  в производственных процессах, (летучих  органических растворителей, сероуглерода  и сероводорода при изготовлении  искусственного шелка и вискозы;  оксидов азота при камерном и башенном способах производства серной кислоты; соединений фтора при производстве алюминия и др.).

. Попадание в воздухе пахучих  веществ и продуктов окисления  и деструкции в результате  процессов термоокислительной деструкции, нагревания или сушки (производство продуктов питания, мыла, клея и изделий из дерева, окраска автомобилей, синтез и переработка полимерных материалов, производство растворителей и др.).

Весьма существенную роль в загрязнении  воздуха крупных городов играют отработавшие газы автомобилей, а также процессы испарения топлива. Содержание вредных веществ в отработавших газах автомобилей в значительной степени зависит от условий эксплуатации двигателей. Двигатель, работающий на бензине, практически не оказывает какого-либо влияния на содержание и атмосферном воздухе диоксида углерода, но он является непосредственным источником загрязнения воздуха такими веществами, как оксид углерода: (образуется в результате неполного сгорания бензина в цилиндрах двигателя), газообразные углеводороды парафинового и олефинового ряда и неизменившиеся составные части топлива, высококипящие полициклические ароматические углеводороды и сажа, продукты неполного окисления топлива (например, альдегиды), тяжелые металлы (например, свинец в этилированном бензине) и оксиды азота, образованию которых способствуют процессы, происходящие при сгорании топлива. Выхлопные газы, содержащие реакционноспособные олефиновые углеводороды и оксиды азота, могут под действием солнечной радиации вступать в фотохимические реакции в атмосфере, приводящие к образованию токсичного смога, губительного для растений и конструкционных материалов и вредного для живых организмов.

Стационарные источники промышленного  происхождения (дымовые газы, отходящие газы плавильных печей металлургического производства, установок каталитического крекинга, отходящие газы ТЭС и других энергетических комплексов) и извержение вулканов загрязняют атмосферу углеводородами. Значительно большее количество углеводородов и оксидов углерода выделяется в воздух в результате лесных пожаров.

 

.3 Классификация загрязнителей  воздуха

 

В зависимости от источника и  механизма образования различают  первичные и вторичные загрязнители воздуха. Первые представляют собой  химические вещества, попадающие непосредственно в воздух из стационарных или подвижных источников. Вторичные образуются в результате взаимодействия в атмосфере первичных загрязнителей между собой и с присутствующими в воздухе веществами (кислород, озон, аммиак, вода) под действием ультрафиолетового излучения. Часто вторичные загрязнители, например вещества группы пероксиацетилнитратов (ПАН), гораздо токсичнее первичных загрязнителей воздуха. Большая часть присутствующих в воздухе твердых частиц и аэрозолей является вторичными загрязнителями.

С учетом токсичности и потенциальной опасности загрязнителей, их распространенности и источников эмиссии они были разделены условно на несколько групп:

) основные (критериальные) загрязнители  атмосферы - оксид углерода, диоксид  серы, оксиды азота, углеводороды, твердые частицы и фотохимические оксиданты;

) полициклические ароматические  углеводороды (ПАУ);

) следы элементов (в основном  металлы);

) постоянные газы (диоксид углерода, и др.);

) пестициды;

) абразивные твердые частицы  (кварц, асбест и др.);

) разнообразные загрязнители, оказывающие многостороннее действие на организм, (нитрозамины, озон, полихлорированные бифенилы (ПХБ), сульфаты, нитраты, альдегиды, кетоны и др.).

Все критериальные загрязнители откосятся  к первичным загрязнителям атмосферы. Оксиды азота образуются преимущественно при высокотемпературной фиксации азота и кислорода в силовых установках и двигателях внутреннего сгорания. Оксид азота образуется при электрических разрядах в атмосфере и присутствует в отработавших газах автомобилей. Ежегодно в атмосферу поступает около 5-107 т. оксидов азота, из них 53% из антропогенных источников. В конечном итоге оксиды азота превращаются в атмосфере в нитраты.

Диоксид серы относят к главным  и наиболее важным загрязнителям  воздуха, опасным для животных и  растений и участвующим в образовании фотохимического смога. Общая эмиссия диоксида серы в атмосферу составляет 8-107 т. в год, т. е. значительно превосходит поступление в атмосферу большинства других токсичных химических веществ, и постоянно возрастает пропорционально росту потребления энергии.

Оксид углерода - наиболее опасный  и чрезвычайно распространенный из газообразных загрязнителей воздуха, токсичность которого обусловлена  реакцией с гемоглобином крови. Образование  СО происходит при неполном сгорании различного топлива. Естественным источником СО являются лесные пожары и фотохимическое превращение органических соединений в атмосфере. Около 25% СО антропогенного происхождения. Значительное количество оксида углерода поступает в атмосферу городов и промышленных регионов с отработавшими газами автотранспорта. Средняя концентрация СО в атмосфере (около 105%) значительно увеличивается (до 3 103%) в районах автострад и в городах в часы пик.

Предполагается, что в будущем  снизится загрязнение воздуха от стационарных источников такими токсичными веществами, как пыль и оксиды серы, углерода и азота. Однако большую опасность будут представлять газы и пары органических веществ и тяжелые металлы (свинец, кадмий, бериллий и др.).

Концентрация углеводородов, выделяющихся в воздух из природных источников, немногим более 1 мг/м3. Ежегодная эмиссия углеводородов составляет 3-108 т. в год, причем 50% этого количества обусловлено работой транспорта, около 15% составляет выделение углеводородов при сгорании жидкого топлива в жилых районах и ТЭС, а 26% приходится на сгорание угля, мусора (в среднем на планете приходится уничтожать около 1 м3 отходов в год на человека) и испарение топлива и растворителей. В «усредненном» автомобильном выхлопе содержится около 400 мг/м3 парафиновых, 120 мг/м3 ацетиленовых, 200 мг/м3 ароматических и 300 мг/м3 олефиновых углеводородов.