Атмосферні аерозолі

Окрім газів та випаровувань в атмосферному повітрі присутні різноманітні речовини у вигляді аерозолів: пил (з твердою дисперсною фазою), дим та туман 1 (зі змішаною дисперсною фазою та дисперсною фазою в вигляді рідини).

Аерозолі бувають природного і антропогенного походження. Перші по­трапляють в повітря шляхом здування вітром сильно подрібнених матеріалів із земної поверхні та капель рідини з поверхні океану, з яких, після випаровування води, утворюються мікроскопічні кристалики солі. У повітря потрапляють також різноманітні аерозолі рослинного походження: пилок рослин, спори, бактерії, віруси тощо.

Аерозолі антропогенного походження потрапляють в атмосферу з газовими викидами промислових підприємств, електростанцій та систем опалення. Значна їх кількість утворюється при добуванні, транспортуванні та переробці корисних копалин, при експлуатації автомобільного та залізничного транспорту. Пил утворюється при подрібненні та транспортуванні подрібнених матеріалів, механічній обробці матеріалів, шліфуванні поверхні, пакуванні тощо. Цей пил частково потрапляє в повітря робочої зони, а частково, за допомо­гою вентиляційних систем, викидається в атмосферу.

Пил, в залежності від розмірів часток, прийнято ділити на крупнодиспер­сний (розмір часток більший за 50 мкм), середньо дисперсний (10-50 мкм) та дрібнодисперсний (менш ніж 10 мкм). Крупнодисперсний пил можна спо­стерігати тільки безпосередньо у джерел його утворення, тому, що крупні част­іш досить рухомі і швидко випадають з повітря. У залежності від фізіологічного впливу на організм людини пил буває токсичним або переважно фіброгенної дії.

Пил переважно фіброгенної дії проявляє себе шляхом накопичення в бро­нхах та легенях людини. Частково, дякуючи деяким властивостям слизових оболонок, цей пил виводиться з організму людини. Але якщо людина довгий час перебуває в сильно запиленому повітрі ці властивості втрачаються, що може привести до значного накопичення пилу та розвитку хвороб верхніх дихальних шляхів та легенів. Найпоширеніші серед цих хвороб − пилові бронхіти та пневмоконіози. Останні, як легеневі захворювання, в залежності від виду пилу при­йнято ділити на силікоз (виникає під впливом пилу із значним вмістом діоксиду кремнію), карбоконіоз (пил з вмістом вуглецю), металоконіоз (пил металів та їх оксидів), сілікатоз (пил азбесту) тощо. Ці захворювання, особливо при їх несво­єчасному виявленні, протікають дуже тяжко, а деякі із них, наприклад силікоз, практично не виліковуються і можуть привести до смертельних наслідків. Як правило, такі захворювання професійні і їх виникнення спостерігається у робітників працюючих тривалий час в сильно запиленій атмосфері, наприклад у гірників, шліфувальників тощо.

Шкідливий вплив пилу на населення полягає в загостренні протікання захворювань дихальних шляхів та збільшенні частоти їх виникнення в умовах значної запиленості повітря. Окрім того, в забрудненому аерозолями повітрі, практично відсутні необхідні для нормальної життєдіяльності людей легкі негативні іони кисню, що в свою чергу приводить до підвищення рівня загальних захвоювань у таких умовах.

Гранично допустимі концентрації пилу в повітрі робочої зони встановлю­ють в залежності від його речового складу. Вміст нетоксичного пилу в повітрі населених пунктів не повинен переви­щувати 0, 5 мг/м³ (максимальна із разових концентрація), причому допустима середньодобова ГДК при цьому складає 0, 15 мг/м³.

Контроль вмісту пилу, як правило, здійснюють гравіметричним методом. Сутність його полягає в тому, що через чистий фільтр з відомою вагою за допо­могою аспіраторів протягують певний об'єм забрудненого повітря, зважують забруднений фільтр, а потім розраховують концентрацію пилу за формулою:

 

(1.2)

де M_з М_ч − відповідно маса забрудненого та чистого фільтрів; Q - об'єм протягнутого через фільтр повітря.

 

 

1.3. Методи оцінювання забруднення атмосферного повітря

Для оцінювання забруднення повітря використову­ють лабораторні (характеризуються високою точністю і є незамінними для поглиблених досліджень); експресні (передбачають використання універсальних газоаналі­заторів); автоматичні (забезпечують безперервний кон­троль забруднення атмосферного повітря) методи. Лабораторні дослідження проводять з використан­ням хроматографічних, мас-спектрального, спектраль­ного, електрохімічного методів аналізу забруднення ат­мосферного повітря.

 

 

1.3.1. Хроматографічні методи аналізу забруднення атмосферного повітря

Сутність цих методів полягає в розподі­лі, якісному виявленні та кількісному визначенні ком­понентів повітряної суміші за допомогою спеціальних пристроїв — хроматографіє. Найефективніші вони за необхідності визначення складних домішок у повітря­них пробах. Газова хроматографія (метод дослідження мікродомішок летких органічних сполук). Реалізують його за допомогою газового хроматографа (рис. 1.3.)

Рис.1.3. Схема газового хроматографа: 1-газ-носій (інертний газ); 2-регулятор витрат; 3-прилад для введення проби; 4-колонка; 5-детектор; 6-самописець; 7-термостат.

 

Розподіл компонентів газу відбувається за рахунок твердого або рідкого адсорбенту (нерухомої фази), який знаходиться в колонці. Завдяки абсорбції окремих компонентів на активних центрах абсорбенту або їх розчиненню в нерухомій фазі (залеж­но від фізичних властивостей компонентів суміші) одні з них просуваються швидше, а інші − повільніше, що дає змогу розрізняти їх на виході, використовуючи від­повідний детектор. Внаслідок цього отримують хроматограму − зональний розподіл компонентів.

 

 

1.3.2. Мас-спектральний метод аналізу забруднення атмосферного повітря

Послуговуючись ним, здій­снюють кількісний та якісний аналізи усіх сполук, які є в пробі. Цей метод полягає в йонізації газоподібної проби шляхом електронного бомбардування, після чого йони піддають дії магнітного поля. Залежно від маси і заряду йона відхилення проходить з різною швидкістю і за різними траєкторіями, що дає змогу визначити всі наявні сполуки та їх концентрації в пробі.

 

 

1.3.3. Спектральні методи аналізу забруднення атмо­сферного повітря

Спектральний аналіз дає змогу встановити елемен­тний, нуклідний і молекулярний склад речовини, її бу­дову (атомно-емісійний спектральний аналіз), визна­чити концентрації речовини за поглинанням шаром атомної пари елемента монохроматичного резонансно­го випромінювання (атомно-абсорбційний спектраль­ний аналіз).

Одним з найдоступніших спектральних методів ана­лізу повітря є колориметрія, яка полягає у вимірюван­ні послаблення світлового потоку внаслідок вибіркового поглинання світла речовиною у видимій ділянці спек­тра. Інгредієнт, що визначається, переводять у зафарбо­вану сполуку за допомогою специфічної хімічної реак­ції, потім визначають інтенсивність кольору розчину. Якщо речовина поглинає у видимій ділянці спектра, термін аналізу зменшується, оскільки зникає необхід­ність отримання зафарбованого розчину.

Активно використовуються і стрічкові фотоколориметричні газоаналізатори, в яких взаємодія речовини, що визначається, і реагенту відбувається на паперових, тканинних або полімерних стрічках. Стрічкові аналі­затори, порівняно з рідинними, чутливіші, простіші в роботі, не вимагають часу на попереднє приготування розчину.

До спектральних методів відноситься також ультра­фіолетова (УФ) та інфрачервона (ІЧ) спектроскопія. В УФ-ділянці найчастіше аналізують ароматичні сполу­ки, неорганічні речовини (S0₂, N0₂, Hg). Порівняно з колориметрією цей метод чутливіший, але недостатньо селективний, оскільки багато органічних з'єднань ма­ють в УФ-ділянці спектра широкі смуги поглинання, які можуть перериватися. Це знижує точність вимірю­вань, а іноді унеможливлює аналіз багатокомпонентних сумішей. Метод ІЧ-спектроскопії забезпечує ідентифі­кацію і кількісне визначення промислових забруднень органічного та неорганічного походження.

Особливо чутливим щодо визначення невеликих слі­дів органічних і неорганічних домішок у повітрі є люмі­несцентний метод аналізу, який ґрунтується на прин­ципі збудження молекул S0₂, N0₂, С1₂ випроміненням з довжиною хвилі, характерною для поглинання цих спо­лук у видимій та УФ-ділянках спектра. Збуджують флюоресценцію лазерами та високоінтенсивними газо­розрядними лампами, а довжину хвилі вимірюють світ­лофільтрами.

З появою ядерних джерел випромінювання, наділе­них монохроматичністю, високою спектральною по­тужністю та напрямком випромінення, поширилися ак­тивні методи зондування атмосфери у горизонтальному напрямку − до декількох десятків кілометрів у видимо­му, УФ- та ІЧ-діапазоні електромагнітного спектра.

 

 

1.3.4. Електрохімічні методи аналізу забруднення ат­мосферного повітря

Широко застосовують ці методи при систематичному контролюванні стану забруднення атмосферного повітря і повітря робочих зон, в лаборато­ріях АЕС та лабораторіях мережі спостережень Держкомгідромету України.

Найпоширеніші в аналізі атмосферних забруднень кондуктометричні та кулонометричні методи. Сутність кондуктометричного методу полягає у вимірюванні електропровідності аналізованого розчину. Електро­провідність розчину забезпечується йонами речовин, здатними дисоціювати в певних умовах, і залежить від концентрації йонів у розчині та їх рухомості. Кондуктометричний метод не вимагає використання складної апаратури, є високочутливим, швидкодіючим, викону­ється компактною апаратурою.

Кулонометрія є безеталонним електрохімічним ме­тодом порівняно високої точності та чутливості. Вона полягає у визначенні електричного заряду, необхідного для здійснення електрохімічного процесу виділення на електроді або створення в електроліті речовини, за якою аналізують досліджувану пробу.

Широкий спектр методів оцінювання забруднень ат­мосфери є запорукою того, що можна з високою точніс­тю з'ясувати якісні та кількісні характеристики речо­вин і сумішей, наявних у повітрі.

Отже, методи відбору проб повітря, їх аналізу в хі­мічній лабораторії, без сумніву, важливі і необхідні для ефективного функціонування системи спостережень за забрудненням атмосферного повітря. Однак при отри­манні інформації про стан забруднення атмосферного повітря цілодобово ефективніше застосовувати газоана­лізатори, які вимірюють в автоматичному режимі кон­центрації певних забруднюючих речовин, фіксують їх максимальні й мінімальні значення, формують базу да­них про місячне, квартальне, річне забруднення атмо­сферного повітря, що є основою для оцінювання і прог­нозування стану приземного шару повітря.

 

ЗАВДАННЯ ДО ВИКОНАННЯ РОБОТИ

1. Опрацювати матеріал теоретичних відомостей практичного заняття;

2. Визначити особливості впливу хімічних речовин на організм людини;

3. Відповісти на контрольні питання згідно варіантам:

№ варіанта	Номери контрольних питань
	1, 10, 20, 30
	2, 11, 21, 31
	3, 9, 12, 22
	4, 13, 19, 23
	5, 14, 20, 24
	6, 15, 21, 25
	7, 16, 22, 26
	8, 17, 23, 27
	9, 18, 24, 28
	10, 19, 25, 29
	1, 11, 20, 30
	2, 12, 21, 31
	3, 13, 22, 29
	4, 14, 23, 28
	5, 15, 24, 27
	6, 16, 25, 26
	7, 17, 25, 26
	8, 18, 19, 27
	9, 19, 20, 28
	1, 10, 20, 29
	1, 11, 21, 31
	2, 12, 22, 30
	3, 13, 23, 29
	4, 14, 24, 29
	5, 15, 25, 28
	6, 16, 26, 27
	7, 17, 27, 28
	8, 18, 28, 30
	9, 19, 29, 31
	10, 20, 29, 30

 

Контрольні питання

1. Класифікація шкідливих речовин за характером дії на організм.

2. Класифікація шкідливих речовин за силою впливу на організм.

1. Охарактеризувати джерела утворення чадного газу та фізіологічну дію його на організм людини.
2. Охарактеризувати джерела утворення оксидів азоту та фізіологічну дію його на організм людини.
3. Охарактеризувати джерела утворення діоксиду сірки та фізіологічну дію його на організм людини.
4. Охарактеризувати джерела утворення сірководню та фізіологічну дію його на організм людини.
5. Охарактеризувати джерела утворення аміаку та фізіологічну дію його на організм людини.
6. Охарактеризувати джерела утворення хлору та фізіологічну дію його на організм людини.
7. Охарактеризувати джерела утворення ртуті та фізіологічну дію його на організм людини.
8. Охарактеризувати джерела утворення свинцю та фізіологічну дію його на організм людини.
9. Що є критерієм якості атмосферного повітря? Дати вичерпну характеристику цьому показнику.
10. Охарактеризувати фактичне допустиме значення дії шкідливих речовин одно направленого спрямування.
11. Дати визначення і характеристику атмосферним аерозолям.
12. Види пилу залежно від величини часток та джерела походження.
13. Характеристика захворювань, що спричиняються дією пилу різного походження.
14. Загальна фізіологічна дія пилу на людину.
15. Методи встановлення гранично допустимих концентрацій пилу в повітрі робочої зони.
16. Методи контролю вмісту пилу в повітрі робочої зони.
17. Розрахунок концентрації пилу в повітрі робочої зони.
18. Які сполуки та інгредієнти входять до складу списку А та списку Б основних забруднюючих речовин атмосферного повітря?
19. Яким чином використовується середньорічна концентрація забруднюючих речовин атмосферного повітря?
20. Дати характеристику хроматографічним методам контролю забруднення повітря.
21. Скласти принципову схему газового хроматографа.
22. На яких фізико-хімічних процесах ґрунтується робота хроматографа? Стисло їх охарактеризувати.
23. Охарактеризувати метод газової хроматографії.
24. У чому полягає сутність мас-спектрального методу аналізу повітря.
25. Охарактеризувати групу спектральних методів аналізу забруднення повітря.
26. Дати характеристику люмі­несцентному методу аналізу забруднення повітря.
27. Охарактеризувати електрохімічні методи аналізу забруднення повітря.
28. Охарактеризувати кондуктометричний метод аналізу забруднення повітря.
29. Дати характеристику кулонометрії як методу аналізу забруднення повітря.

 

 

Рекомендована література до практичного заняття №1

[2-7; 22; 25; 28]

 

ПРАКТИЧНЕ ЗАНЯТТЯ № 2