Воздух как объект анализа

Новые, еще более широкие перспективы  для решения указанных выше задач  по контролю качества воздушного бассейна города открывает использование  в этих целях химических лазеров, позволяющих осуществить полное преобразование химической энергии и энергию лазерного излучения.

3.1 Автоматические приборы непрерывного  действия для анализа загрязнений  воздуха

загрязнение воздух автоматический сигнализатор

Постоянно возрастающая угроза для  окружающей среды в результате внезапного загрязнения атмосферного воздуха  в концентрациях, которые могут  причинить значительный вред здоровью людей и ущерб материальным ценностям, обусловила необходимость обеспечения  непрерывного контроля за состоянием воздушной среды во многих районах. Соответствующие контрольные посты призваны осуществлять анализ воздуха с быстрой выдачей результатов, чтобы обеспечить возможность принятия соответствующих срочных мер. В настоящее время, вместо того чтобы непрерывно выполнять вручную анализы на этих постах, используют автоматические приборы, постоянно измеряющие концентрации вредных веществ, регистрирующие результаты измерении и включающие тревожную сигнализацию в случае опасного превышения этих концентраций. Многие из таких приборов представляют собой усовершенствованные модели разработанных ранее аппаратов для непосредственного анализа отходящих промышленных газов при повышенных концентрациях вредных веществ.

Аналогичные проблемы быстрого обнаружения вредных веществ возникли в период обеих мировых войн как следствие возможного применения отравляющих газов. Для решения этих задач были разработаны соответствующие методы анализа. Многочисленные фирмы создали и выпустили в продажу пригодные для практического применения приборы, принцип действия которых был основан на использовании самых различных методов.

К показывающим аналитическим приборам постоянно предъявляются все  новые требования в отношении, как  их избирательности, так и обнаружения  новых видов вредных веществ, в результате чего эта область науки и техники находится в стадии активного развития. Как в ФРГ, так и в других странах непрерывно появляются новые типы приборов со специфическими эксплуатационными характеристиками.

Автоматические аналитические приборы отличаются следующими достоинствами:

) быстрое измерение и регистрация  концентрации определяемого вредного  вещества, сочетаемые в необходимых  случаях с подачей предупредительных  сигналов непосредственно на  месте измерения или также  в удаленных от него пунктах;

) экономия рабочей силы и  объективная оценка результатов  измерений, хотя проверка приборов  и их постоянное техническое  обслуживание и контроль требуют  определенных затрат рабочего  времени;

) возможность установки в труднодоступных местах, а также в передвижных лабораториях;

) отсутствие каких-либо трудностей, связанных с взятием проб и  их доставкой с места отбора  до лаборатории.

К автоматическим измерительным приборам, применяемым для анализа состава  воздуха, должны предъявляться  следующие требования:

) необходимая чувствительность  в зависимости от вредности  определяемого вещества; прибор  должен обнаруживать присутствие  вещества в концентрациях, составляющих  примерно 10% предельно допустимого  значения или предполагаемого  порога вредности; желательно, чтобы прибор мог переключаться, по-возможности автоматически, на более высокие концентрации;

) воспроизводимость и точность  показаний прибора, как правило,  считаются удовлетворительными,  если стандартное отклонение  этих характеристик не превышает ±5-10%; фирмы изготовители приборов обычно гарантируют высокую воспроизводимость результатов (в большинстве случаев порядка 1-2% от выбранного интервала измерения), однако в связи с возможностью возникновения систематической погрешности этот показатель не должен соответствовать точности;

) широкая избирательность и  специфичность, иначе говоря, незначительная  побочная чувствительность к  определенным загрязняющим воздух  веществам;

) определение практически всего  количества загрязняющего вещества, содержащегося в пробе; по-возможности, минимальные потери этого вещества в подводящих трубках и при абсорбции;

) постоянство точки нуля и  независимость от колебаний температуры,  влажности воздуха и содержания  углекислого газа;

) минимальный объем операций  по техническому обслуживанию прибора, связанных с его очисткой (от пузырьков воздуха, грязи, продуктов коррозии, микроскопических водорослей) и заполнением реактивом;

) простота энергоснабжения, в  том числе вне пределов населенных  пунктов;

) возможность настройки на требуемое время срабатывания (непрерывные показания или выдача средних значений за получасовой период).

.2 Автоматические сигнализаторы  довзрывоопасных концентраций

Термохимические сигнализаторы. Принцип  работы термохимического сигнализатора  основан на измерении теплового эффекта химической реакции окисления избытком кислорода воздуха определяемого горючего вещества в присутствии катализатора.

По типу катализатора и чувствительного  элемента промышленные термохимические  газоаналитические приборы могут быть разбиты на три группы: приборы с нагретой платиновой нитью, служащей одновременно катализатором и чувствительным элементом; приборы с платино-палладиевым катализатором и термистором (или термометром сопротивления) и качестве чувствительного элемента; приборы с насыпным катализатором (платина, нанесенная "на поверхность пористого носителя, или гопкалит) и малоинерционным чувствительным элементом для фиксирования незначительных перепадов температур.

Термохимические сигнализаторы по сравнению с серийно выпускаемыми сигнализаторами, основанными на пламенно-ионизационном, искровом и аэрогидродинамическом методах анализа, имеют следующие преимущества: простота конструкции, могут быть, стационарными и переносными; могут выпускаться во взрывозащищенном и искробезопасном исполнении, что создает удобства для измерения непосредственно в местах скопления горючих газов и паров; малая инерционность, что важно для своевременной информации о загазованности; универсальность метода анализа по позволяет создать сигнализаторы дли контроля большинства горючих газон, паров и их смесей; по конструкции и способу подачи газовой пробы датчики сигнализаторов могу, быть проточными и конвекционными; по конструкции сигнализаторы могут быть одноканальными и многоканальными; сигнализаторы просты к обслуживании, технологичны в изготовлении, имеют малую потребляемую мощность, невысокую стоимость.

Пламенно-ионизационные  сигнализаторы. Одним из высокочувствительных методов ионизационного газового анализа является пламенно-ионизационный метод, основанный на ионизации молекул органических веществ в пламени водорода и последующем измерении ионизационного тока.

Пламенно- ионизационный детектор представляет собой ионизационную  камеру, в которой установлены  пламенная горелка, коллекторный электрод и зажигающая спираль. Внутри корпуса ионизационной камеры может быть размещена термопара в качестве индикатора горения пламени. На корпус горелки (изолированный от корпуса ионизационной камеры) подаётся постоянное напряжение, создающее электрическое поле между корпусом горелки и коллекторным электродом. В горелку полается смесь водорода с анализируемым газом, а в ионизационную камеру - воздух для поддержания горения пламени. Для измерения тока ионизации детектор последовательно соединяют с источником постоянного тока и сопротивлением. Сопротивление выбирают по сравнению с сопротивлением детектора. В этом случае ток в цепи полностью определяется работой детектора, а падение напряжении на сопротивления пропорционально току.

Процесс образования зарядок в  пламени водорода определяет эффективность детектора, от которой зависит абсолютная чувствительность детектора и характер его чувствительности к различным веществам.

Пламенно-ионизационный метод анализа  применяют для определения концентраций органических веществ в воздухе на уровне санитарных норм и для контроля довзрывоопасных концентрации индивидуальных органических веществ и их смесей. Пламенно-ионизационные газоаналитические приборы различных конструкций и назначений выпускаются фирмами США, Англии, ФРГ, Японии и Италии.

Сигнализатор СДК-3 - стационарный автоматический прибор непрерывного действия, предназначенный для контроля довзрывоопасных  концентраций органических веществ  в воздухе производственных помещений, в том числе хлорорганических веществ. Сигнализатор состоит из блоков ПСК и БЭ-5. Блок ПСК (преобразователь с системами контроля) включает в себя преобразователь ПП и элементы контроля и регулирования газовых и жидкостных потоков. Преобразователь ПП имеет взрывобезопасный уровень взрывозащиты и может устанавливаться во взрывоопасных зонах помещений и наружных установок всех классов. Элементы контроля и регулирования газовых и жидкостных потоков, входящие в состав блока ПСК, не содержат электрических частей, поэтому блок ПСК, как и преобразователь ПП, может устанавливаться во взрывоопасных помещениях. Электронный блок БЭ-5 относится к электрооборудованию общего назначения и должен устанавливаться в невзрывоопасных помещениях. Электронный блок может устанавливаться на расстоянии до 150 м от блока ИСК по пути прокладки кабеля.

Пламенно-ионизационные приборы  работают только при принудительном способе подачи анализируемого воздуха  в датчик. Основной недостаток данного типа приборов по сравнению с термохимическими сигнализаторами - необходимость наличия источника водорода, что усложняет монтаж и эксплуатацию сигнализатора.

Искровые сигнализаторы. Принцип  действия этих сигнализаторов основан  на непосредственном испытании на взрываемость с помощью электрической искры  контролируемого объема анализируемой  среды, предварительно обогащенной в заданном соотношении горючим газом. Благодаря указанному принципу искровые сигнализаторы отличаются от сигнализаторов других типов, основанных на косвенных методах измерения, тем, что позволяют определять непосредственную характеристику взрывоопасности, причем независимо от природы и количества горючих компонентов в анализируемой среде.

Преимущества искровых сигнализаторов перед термохимическими проявляются в возможности анализа особо агрессивных веществ, содержащих хлор, фтор, мышьяк, серу, сурьму, являющихся ядами для чувствительных элементов термохимических сигнализаторов.

Серийно выпускают пневматический сигнализатор, являющийся промышленным автоматическим прибором непрерывного циклического действия. К недостатку сигнализаторов типа СВИП следует отнести необходимость использования горючего газа для питания прибора, вследствие чего прибор имеет довольно сложную систему подготовки газовой смеси. Все узлы, контактирующие с контролируемой средой, выполнены из коррозионностойкого материала - титана.

На основе метода искусственного воспламенения  разработан и выпускается переносной сигнализатор ПСИ-1, являющийся прибором периодического действия. ПСИ-1 не имеет  электрического и пневматического  питания, все операции (забор пробы, дозирование горючего газа, формирование искры) легко и просто выполняет оператор вручную.

В приборе имеется автономный источник горючего газа (водорода), выполненный  в виде емкости (объема) с техническим  манометром и ниппелем для заправки от баллона высокого давления, а также выходной индикатор ротаметрического типа. Датчик прибора имеет взрывозащищенное исполнение. Приспособления для заправки горючим газом и для забора пробы из труднодоступных мест имеются в комплекте запасных частей. Предусмотрена возможность контроля работоспособности прибора в любой момент простейшим способом.

Выводы

Атмосферный воздух это природная  смесь газов приземного слоя атмосферы  за пределами жилых, производственных и иных помещений.

Атмосферный воздух загрязняется путём  привнесения в него или образования в нём загрязняющих веществ в концентрациях, превышающих нормативы качества или уровня естественного содержания.

Загрязняющее вещество - примесь  в атмосферном воздухе, оказывающая  при отдельных концентрациях  неблагоприятное воздействие на здоровье человека.

Система наблюдения, контроля, прогнозирования  и управления качественным состоянием атмосферного воздуха получила наименование атмосферного мониторинга.

Хотя современная техника вызвала  значительное загрязнение атмосферы, она в то же время несомненно позволила немного улучшить качество воздуха по сравнению с прежними временами. 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. Требования повседневной практики относительно чувствительности, специфичности, длительности и частоты проведения анализов состава воздуха становятся всё более жесткими и многообразными.

Внедрение Автоматической Системы Контроля Загрязнения Атмосферы (АСКЗ-А) обеспечивает непрерывный, более качественный контроль загрязнения атмосферы и существенно сокращает суммарные расходы на его осуществление по сравнению с обычным „ручным методом, когда его производит штат наблюдателей и применяет обычные методы сбора и обработки информации. В крупных городах ведут контроль Автоматизированные Системы Качества Атмосферного Воздуха. Система автоматизированного сбора, регистрации и обработки непрерывного потока информации о концентрации примесей в атмосфере городов или окрестностей крупных промышленных предприятий. Включает контрольно-измерительные пункты (станции) в различных точках контролируемой территории, каналы автоматической телефонной связи для передачи информации на центральный пульт, центр обработки и систематизации информации средствами электронно-вычислительной техники. Рациональное сочетание наблюдения, контроля и прогнозирования загрязнения биосферы - основа эффективного управления качеством окружающей среды и, в частности, воздушного бассейна, что реализуется в системах Автоматического Наблюдения и Контроля Окружающей Среды (АНКОС). Однако такой автоматизированный контроль требует значительных затрат на приобретение и монтаж дорогостоящего оборудования.