Автор работы: Пользователь скрыл имя, 10 Февраля 2015 в 14:59, статья
Все виды наблюдений за окружающей средой подразделяют на прямые и косвенные.
Прямые виды осуществляются путём отбора проб объекта окружающей среды с последующим анализом в лабораторных условиях.
Косвенные виды – это скорее наблюдение за воздействием на окружающую среду. Косвенные виды в свою очередь делятся на дистанционные, расчётные и прогнозные.
Современные аналитические методы в экологическом мониторинге
Все виды наблюдений за окружающей средой
подразделяют на прямые и косвенные.
Прямые виды осуществляются
путём отбора проб объекта окружающей
среды с последующим анализом в лабораторных
условиях.
Косвенные виды – это скорее наблюдение за воздействием на окружающую среду. Косвенные виды в свою очередь делятся на дистанционные, расчётные и прогнозные.
В последнее время с развитием космической
техники широко стал использоваться космический
экологический мониторинг. Этот косвенный
вид наблюдений за окружающей средой,
тем не менее, очень информативен в таких
случаях, когда необходимо знать масштаб
загрязнений или прогнозировать перенос
загрязнений в тех или иных атмосферных
перемещениях в пространственно-временном
отрезке.
С помощью спутников наблюдают тепловые
аномалии (ТЭЦ, пруды-охладители, крупные
производства, лесные пожары и т.п.), следят
за дымовыми шлейфами и факелами, выявляют
площади с различной степенью загрязнения
почвенного и снежного покровов, а на реках,
морях и океанах – площади разлива нефти
(мониторинг катастроф).
Данные мониторинга полученные со спутника
незаменимы в составлении карт риска возникновения
смога в промышленных центрах и загрязнении
почв атмосферными осадками, а так же определении
зон экотоксикологической опасности из-за
атмосферных загрязнений.
Прямые виды наблюдений за окружающей
средой включают в себя посты наблюдений
и непосредственно аналитические лаборатории.
Лаборатории могут быть мобильными (передвижными)
и стационарными. Оснащение лабораторий
приборами и оборудованием экологического
контроля зависит от поставленных задач.
Задачи, в свою очередь, ставятся в зависимости
от приоритетных загрязнителей окружающей
среды. Достоверность результатов количественного
химического анализа, помимо методик определения
загрязняющих веществ, обеспечивается
за счёт современного парка приборов и
высококлассных специалистов. В современном
экологическом мониторинге без этого
никак не обойтись, ведь перечень загрязняющих
веществ достаточно широк как по номенклатуре,
так и по составу загрязняющих примесей.
Но, тем не менее, на данный момент, мы имеем
такой факт, что количество загрязнителей
среды с отсутствующими гигиеническими
нормативами значительно выше числа веществ,
включённых в перечень химических соединений
с известными нормативами. Отсюда, как
следствие, возникает необходимость разработки
новых методик анализа загрязняющих веществ
и усовершенствования аналитических приборов.
Рассмотрим, какие же современные методы и аналитические приборы применяются сегодня для целей экологического мониторинга?
Электрохимический метод
помимо использования лабораторных и
портативных рН-метров предлагает комплекс
вольтамперометрический, который анализирует
пробы различных объектов на содержание
электрических элементов и веществ, таких
как металлы и неметаллы, органические
соединения. Универсальный полярограф
пригодится для измерений микроколичеств
(до 10-10 моль/л) тяжелых металлов, йода,
селена и мышьяка, а так же токсических
органических и неорганических компонентов
в различных объектах.
Спектрофотометричекий
метод анализа веществ основан на
измерении спектров поглощения в оптической
области электромагнитного излучения.
Этот метод применяется в одноимённом
приборе спектрофотометре, который, на
данный момент, широко используется в
аналитических лабораториях для анализа
объектов окружающей среды.
Хроматографический метод
основан на разделении смеси веществ в
колонке, заполненной определённой фазой.
Газовые хроматографы это те, в которых
разделение смеси веществ происходит
в потоке газа, а в жидкостных хроматографах
разделение веществ идёт в потоке жидкости.
Широкий выбор детекторов (обнаружителей)
в современных хроматографах даёт возможность
анализировать достаточно большой спектр
загрязняющих веществ окружающей среды.
Хроматограф сегодня это максимально
автоматизированный аппаратный комплекс
с программным обеспечением, позволяющий
решать задачи в области экологического
исследования (для научных целей) и выполнять
рутинные анализы.
Атомно-абсорбционная спектрометрия (ААС) используется для количественного определения элементов по селективному поглощению излучения резонансных спектральных линий атомным паром элемента. Атомно-абсорбционные спектрометры анализируют широкий спектр элементов, в основном это металлы.
Всё это разнообразие методов
контроля загрязнения
Центр по мониторингу
Всего в лабораториях Приволжского УГМС
в 2013 году проводились наблюдения за качеством
атмосферного воздуха по 33 примесям (органическим
и неорганическим), воды по 55 примесям
(органическим и неорганическим), почвы
по 28 показателям. В каждом городе свои
приоритетные загрязняющие вещества,
но картина общего загрязнения территории
складывается из обобщения всех полученных
данных. Достоверность этих данных как
раз и обеспечивают идентичные методы
анализа и аналитического оборудования.
В лабораториях ФГБУ «Приволжское УГМС»
Центра по мониторингу загрязнения окружающей
среды г. Самары для анализа атмосферного
воздуха используются спектрофотометры
нового поколения. Всего в лаборатории
мониторинга загрязнения атмосферы определяют
18 вредных примесей, но только 5 из них
являются обязательными, остальные –
это специфичные загрязнители нашего
города.
Для количественного определения загрязняющих
веществ поверхностных вод (реки, водохранилища),
в лаборатории мониторинга загрязнения
воды кроме спектрофотометров и концентратомеров,
используются такие высокоточные аналитические
приборы как атомно-абсорбционный спектрометр
МГА с программным управлением для определения
тяжелых металлов в воде. Всего в поверхностных
водах Самарской области определяют 46
ингредиентов.
В лаборатории физико-химических
методов анализа определяют 23 наименования
вредных примесей, используя аналитические
приборы, основанные на протекании физико-химических
процессах во время анализа проб. Это газовые
хроматографы последнего поколения с
программным обеспечением для анализа
специфических органических примесей
в воде (хлорорганические пестициды и
легколетучие ароматические углеводороды)
и воздухе (ароматические углеводороды
и сумма предельных и непредельных углеводородов),
атомно-абсорбционные спектрометры для
определения тяжелых металлов в почве.
Ртутно-гидридная приставка к ААС для
определения ртути позволяет определять
содержание ртути в почве методом холодного
пара.
Центр по мониторингу загрязнений окружающей
среды ФГБУ «Приволжское УГМС» старается
шагать в ногу с научно-техническим прогрессом
и пополнять свой приборный парк современным
оборудованием, обеспечивая тем самым
высокое качество экологической информации
и расширение возможностей при определении
загрязняющих веществ в компонентах окружающей
среды.
Методы экологического мониторинга
В зависимости от точности результатов, которые необходимо получить при проведении мониторинга по тому или иному компоненту, явлению, процессу, от среды, в которой проходят исследования, доступных финансовых и других средств, используют различные методы мониторинга.
Дистанционные методы
Как известно, первые автоматические системы слежения за параметрами внешней среды были созданы в военных и космических программах. В 1950-е гг. в системе ПВО США уже использовали семь эшелонов плавающих в Тихом океане автоматических буев, но самая впечатляющая автоматическая система по контролю качества окружающей среды была, несомненно, реализована в «Луноходе». Одним из основных источников данных для экологического мониторинга являются материалы дистанционного зондирования (ДЗ). Они объединяют все типы данных, получаемых с носителей:
космические (пилотируемые орбитальные станции, корабли многоразового использования, автономные спутниковые съемочные системы и т. п.);
авиационного базирования (самолеты, вертолеты и микроавиационные радиоуправляемые аппараты) и составляют значительную часть дистанционных данных (remotely sensed data) как антонима контактных (прежде всего наземных) видов съемок, способов получения данных измерительными системами в условиях физического контакта с объектом съемки;
к неконтактным (дистанционным) методам съемки, помимо аэрокосмических, относятся разнообразные методы морского (наводного) и наземного базирования, включая, например, фототеодолитную съемку, сейсмо, электромагниторазведку и иные методы геофизического зондирования недр, гидроакустические съемки рельефа морского дна с помощью гидролокаторов бокового обзора, иные способы, основанные на регистрации собственного или отраженного сигнала волновой природы.
Аэрокосмические
Аэрокосмические (дистанционные) методы экологического мониторинга включают систему наблюдения при помощи самолетных, аэростатных средств, спутников и спутниковых систем, а также систему обработки данных дистанционного зондирования.
Для космического экологического мониторинга целесообразно ориентироваться прежде всего на полярно-орбитальные метеорологические спутники, как на отечественные аппараты (спутники типа «Метеор», «Океан» и «Ресурс»), так и на американские спутники серий NOAA, Landsat и SPOT. Остановимся на кратких характеристиках указанных спутников.
Американские метеорологические спутники серии NOAA снабжены многозональной оптической и ИК аппаратурой, а именно радиометром высокого разрешения AVHRR (Advanced Very High Resolution Radiometer). Космические аппараты NOAA запускаются на полярные орбиты высотой порядка 700 км над поверхностью Земли с наклонением 98,89 градусов. Радиометр высокого разрешения ведет съемки поверхности Земли в пяти спектральных диапазонах. Космические съемки проводятся с пространственным разрешением 1100 м и обеспечивают полосу обзора шириной 2700 км.
Российские спутники серии «Ресурс» принадлежат Федеральной службе России по гидрометеорологии и мониторингу природной среды (Росгидромет). Они обеспечивают получение многозональной космической информации высокого и среднего разрешения с помощью двух сканеров видимого и ближнего инфракрасного диапазонов.
Космическая гидрометеорологическая система «Метеор», также принадлежащая Росгидромету, обеспечивает глобальный экологический мониторинг территории России. Параметры орбиты спутника «Метеор»: приполярная круговая орбита высотой около 1200 км. Комплекс научной аппаратуры позволяет оперативно 2 раза в сутки получать изображения облачности и подстилающей поверхности в видимом и инфракрасном диапазонах, данные о температуре и влажности воздуха, температуре морской поверхности и облаков. Осуществляются также мониторинг озоносферы и геофизический мониторинг. В состав бортового комплекса спутника входят несколько сканирующих ИК-радиометров и сканирующая ТВ-аппаратура с системой запоминания данных на борту для глобального обзора и передачи данных на АППИ. Российская космическая система «Океан» обеспечивает получение радиолокационных, микроволновых и оптических изображений земной поверхности в интересах морского судоходства, рыболовства и освоения шельфовых зон Мирового океана. Одной из основных задач спутника является освещение ледовой обстановки в Арктике и Антарктике, обеспечение проводки судов в сложных ледовых условиях. Параметры орбиты спутника: приполярная круговая орбита высотой 600—650 км. Поток информации в условиях облачности и в любое время суток обеспечивается радиолокатором РЛС БО и системой сбора информации от автономных морских и ледовых станций «Кондор». В состав комплекса бортовой аппаратуры спутника «Океан-01» входят СВЧ-радиометры Р-600 и Р-255, сканирующий СВЧ-радиометр Дельта-2, трассовый поляризационный спектрорадиометр «Трассер», а также комплекс оптической сканирующей аппаратуры.
Спутниковые данные дистанционного зондирования позволяют решать следующие задачи контроля состояния окружающей среды:
Определение метеорологических характеристик: вертикальные профили температуры, интегральные характеристики влажности, характер облачности и т. д.);
Контроль динамики атмосферных фронтов, ураганов, получение карт крупных стихийных бедствий;
Определение температуры подстилающей поверхности, оперативный контроль и классификация загрязнений почвы и водной поверхности;
Обнаружения крупных или постоянных выбросов промышленных предприятий;
Контроль техногенного влияния на состояние лесопарковых зон;
Обнаружение крупных пожаров и выделение пожароопасных зон в лесах;
Выявление тепловых аномалий и тепловых выбросов крупных производств и ТЭЦ в мегаполисах;
Регистрация дымных шлейфов от труб;
Мониторинг и прогноз сезонных паводков и разливов рек;
Обнаружение и оценка масштабов зон крупных наводнений;
Контроль динамики снежных покровов и загрязнений снежного покрова в зонах влияния промышленных предприятий.
Основной полезный груз спутника — панхроматическая оптико-электронная система, позволяющая получать изображения с пространственным разрешением 1 м. Спутник может производить высокодетальную съемку одного и того же участка местности каждые три дня, получать несколько снимков одного и того же сюжета на одном витке. Приведём ряд распределения спектральных каналов и области применения этих каналов:
1 канал (голубой):
наиболее чувствителен к атмосферным газам, и, следовательно, изображение может быть малоконтрастным;
имеет наибольшую водопроницаемость (длинные волны больше поглощаются), то есть оптимален для выявления подводной растительности, факелов выбросов, мутности воды и водных осадков;
полезен для выявления дымовых факелов (так как короткие волны легче рассеиваются маленькими частицами);
хорошо отличает облака от снега и горных пород, а также голые почвы от участков с растительностью.
2 канал (зеленый):
чувствителен к различиям в мутности воды, осадочным шлейфам и факелам выбросов;
охватывает пик отражательной способности поверхностей листьев, может быть полезен для различения обширных классов растительности;
также полезен для выявления подводной растительности.
3 канал (красный):
чувствителен в зоне сильного поглощения хлорофилла, то есть хорошо распознает почвы и растительность;
Информация о работе Современные аналитические методы в экологическом мониторинге