В последнее время появились
сообщения о применении для анализа воздушной среды метода
рентгеновской эмиссии, индуцированной протонами. Однако эти методы
несмотря на их быстродействие, высокую степень автоматизации и
компьютеризации, требуют дорогостоящего стационарного оборудования и
длительной пробоподготовки. Описано применение для анализа твердых
частиц и аэрозолей метода нейтронно-активационного анализа, также
требующего применения сложной техники и длительной пробоподготовки.
Эффективность данного метода определяется как сечением захвата
нейтронов, так и периодом полураспада определяемого элемента.
Широкое применение находят спектральные методы с использованием
лазерного излучения вместо обычных источников излучения. Так,
применение лазерного источника вместо обычного ИК позволяет на порядок
понизить предел по определению оксида азота (II), сделать метод более
избирательным по отношению к воде и определять оксид азота на уровне
ПДК ( 30 мг/мЗ). Метод лазерной флуоресценции позволяет определить
атомные (ртуть) и молекулярные примеси в воздухе (оксиды азота, углерода,
диоксид серы, йод и др.) на уровне 10 мол.%.
К числу спектральных методов определения газообразных примесей
следует отнести хемолюминесцентные методы, в основе которых лежат
реакции взаимодействия озона с газами. Автоматический люминесцентный
метод определения озона основан на регистрации излучения с максимум 415
нм, возникающего при его реакции с этиленом в атмосфере последнего.
Интервал определяемых концентрации озона 3 10%/ Этот же принцип
положен в основу определения оксида азота (II), фосфина, арсина и других
газов. В этих случаях в кювету вводят избыток озона, а аналитический сигнал
пропорционален концентрации газа - восстановителя, определяющей
скорость реакции.
Для определения газообразных примесей, например сероводорода,
находит применение кондуктометрический метод, в основе которого лежит
использование полупроводникового чувствительного элемента, меняющего
уровень проводимости при сорбции на его поверхности анализируемого
вещества. Полупроводниковым датчиком являются нанесенные на подложку
из диэлектрика пленки оксида цинка или диоксида олова,
взаимодействующие с сероводородом с образованием сульфидов. На
аналогичном принципе построен анализатор водорода, в котором
чувствительным элементом является пленка благородного металла (платины,
палладия). Метод обладает достаточной чувствительностью и
селективностью, однако вследствие необратимости абсорбции
чувствительность датчика меняется во времени.
Газообразные неорганические и органические загрязнители атмосферы
определяются следующими методами: газовыми, газожидкостным,
58
высокая оперативность измерений. Для снижения случайных погрешностей
используют приемы автоматической компенсации дрейфов и коррекции
температуры с помощью микропроцессоров.
Одними из высокоэффективных электрохимических преобразователей
являются биосенсоры - ферментные электроды и электрохимические системы,
представляющие собой электропроводную матрицу с иммобилизованной
фермент-кофакторной сопряженной системой. Осуществлена сорбционная и
ковалентная иммобилизация система алкогольдегидрагеназы-
никотинадениндинуклеатид (НАД). В случае ковалентной иммобилизации
НАД максимальной электрохимической активностью обладает кофермент,
пришитый к твердой поверхности через мостик длиной порядка ЗОА.
Электрод этого типа применен для определения низших спиртов в
присутствии других веществ загрязнителей атмосферы. Показана
возможность применения указанного электрода в проточной ячейке для
определения синильной кислоты по ее ингибирующему действию на работу
фермент-кофаторной системы. Разработаны электрохимические биосенсоры
на основе систем с медиатором переноса электронов (ферроцен) от
определяемого компонента к электроду на основе электропроводной
органической соли. Показана возможность использования листьев растений в
качестве химических сенсоров с помощью микроэлектрода, вживленного в
лист растения. Изучен отклик потенциала на введение диоксида углерода и
наличия других веществ. Показана возможность детектирования веществ-
загрязнителей в газовых смесях по их влиянию на потенциал микроэлектрода
в среде чистого диоксида углерода.
Электрохимические методы анализа газов развиваются за счет широкого
применения в анализаторах последних достижений электронной и
вычислительной техники. Новые возможности управления процессами
поляризации электродов и регистрации тока привели к появлению
перспективных методов электрохимического анализа; сюда можно отнести
дифференциальную импульсную полярографию, инверсионную
хронопотенциометрию и другие методы.
Наряду с совершенствованием классических амперометрических
методов анализа развивается новый метод - псевмоамперометрия,
основанный на использовании проточно-инжекторных систем. Содержание
анализируемого компонента в газовой смеси определяют по току его
окисления на золотом электроде с тонкой пленкой электролита и
полупроницаемой гидрофобной мембраной. Анализируемое вещество
диффундирует через нее из газовой фазы в электролит, а затем - к
поверхности электрода. Этот метод позволяет определять водород,
сероводород, селеноводород, эрсен и другие гибриды на уровне 10"-%.
Метод псевмоамперометрии может быть эффективно применен для
детектирования веществ в различных методах хроматографии после
хроматографического разделения многокомпонентной смеси.
Важной проблемой развития электрохимических газоанализаторов
является разработка средств их метрологического обеспечения. Для этого
необходимы новые образцовые средства, создание которых помимо
м
газовых смесях. Амперометрическим методом определяется работа
газодиффузионных, гидрофобизированных электродов, содержащих платину
или палладий, в анализаторах оксида углерода (II) и водорода в атмосфере.
Методы кулонометрии применяются при определении следовых
количеств неорганических загрязняющих веществ, выделенных из проб
воздуха. Кулонометрический анализ осуществляется в двух вариантах: с
контролируемым потенциалом и с постоянной силой тока. Количественная
взаимосвязь между величиной перенесенного заряда и вступившего в
электронные реакции вещества описывается законом Фарадея и составляет
основу кулонометрии. Постоянную Фарадея, представляющую собой
произведения заряда электрона и числа Авогадро, применяют для перевода
электрических единиц - кулонов в единицы количества вещества - моли.
Постоянная Фарадея служит аналитическим стандартом, так как ее значение
известно с большей достоверностью по сравнению с величинами атомных
масс многих элементов. Это обстоятельство позволяет осуществлять
кулонометрическое определение веществ без применения химических
стандартов, измеряя силу тока, протекающего через электрохимическую
ячейку во времени. Применение константы Фарадея как стандарта
целесообразно в электрохимических газоанализаторах. Сущность этого
способа заключается в том, что газовая смесь определенного объема
многократно пропускается вдоль поверхности газодиффузионного
гидрофобизированного электрода до полноты окисления (восстановления)
определяемого вещества. Это позволяет определять концентрации веществ в
газовых смесях без применения эталонных смесей по количеству
электричества, затраченного на редокс процесс. Настоящий принцип
положен в основу создания образцовых средств с использованием качества
аналитического стандарта константы Фарадея для аттестации поверочных
газовых смесей.
В организациях НПО <Химавтоматика> разработаны и серийно
выпускаются кулонометрические анализаторы синильной кислоты и
диоксида серы в атмосфере, основанные на принципе кулонометрического
титрирования электрогенерированных йодом или бромом с
амперометрической индикацией конечной точки. Определение фтора в
воздухе проводят в кулонометрическом анализаторе с твердым электролитом
на основе ионноэлектронного проводника - дифторида олова. Предел
определения фтора 10--- моль/м.
В последнее десятилетие для определения катионов, анионов и
неонизированных газов все шире применяются ионноселективные электроды,
которые довольно просты по конструкции и имеют длительный ресурс
работы. Они эффективны в сочетании с рН-метрами и выпускаемыми в
настоящее время иономерами различных типов. Ионоселективные электроды
положены в основу анализаторов хлористого и фтористого водорода,
аммиака и других веществ в атмосфере. Показана эффективность применения
рН-селективных полевых транзисторов из нитрида кремния в качестве
усилителей. Достоинством ионометров является большая скорость отклика и
60
новая проблема: <Парниковый эффект>. Парниковый эффект повлияет на
такие факторы как: осадки, ветер, океанские течения, размеры полярных
шапок... Основные климатические зоны сместятся на 400 км (в северное
полушарие)... В стратосфере находится озоновый слой. За счет молекул
простого 02 при воздействии коротких ультрафиолетовых лучей образуется Оз:
02+О-> Оз.
т.е. энергия коротковолновых ультрафиолетовых лучей расходуется на
образование озона. В результате УФ лучи до поверхности Земли не доходят Но
в последнее время было зафиксировано уменьшение озонового слоя над
Антарктидой. В нем возникла пульсирующая дыра (содержание озона на 40% -
50% меньше). Причина - хлорометаны (фреоны и галоны) СРС1з, С2РС1, СРСВ2...
Под действием УФ лучей они распадаются, освобождая молекулу от атома
хлора. Хлор разбивает атомы озона до кислорода:
С1 + Оз, ->С1 02 + О (один атом хлора разбивает 100 тыс.атомов озона).
Если исчезнет озоновый слой - щит от УФ лучей, то возникнут
мутации, болезни животных и людей... - последствия ужасны.
Защита атмосферы.
Главными защитниками атмосферы выступают зеленые насаждения,
которые участвуют в процессе фотосинтеза.
6002 + 6 Н20 -> СбН120б + 602.
При процессе фотосинтеза происходит выделение кислорода и
поглощение углекислого газа, т.е. растительность выполняет фильтрующую
функцию. Чтобы атмосфера меньше загрязнялась необходимо перейти на
экологически чистые виды энергии, т.е. не дающие теплового загрязнения.
Необходимо использовать водную солнечную, ветровую энергии. На
предприятиях нужно ставить фильтры. Существуют следующие виды очистки
воздуха:
1. Абсорбция - самый распространенный. В нем используется различное
расщепление газов. В процессе химических реакций водные расщепители
связывают газы, пропускаемые через расщепление.
2. Адсорбционный метод - основан на взаимодействии газов
пористыми веществами (пористое стекло, актив.уголь,
пеолиты). На основе этого метода построен противогаз.
рекуперация поглощенных газов:
802 + Н20 + МОг -> Н2504 + МО (производство некачественного бензина).
3. Каталитический - образование вредных веществ в безвредные. Позволяет
более эффективно очищать газовые выбросы. Основан на окислении
взаимодействующих химических элементов с газовыми выбросами. Это
самый эффективный метод, но дорогой!
Например: СО + М -> 002 + М.
Уровень загрязнения воздуха зависит не только от отходов
промышленных предприятий и автотранспорта, но и от метеорологичных
условий. Жаркие безветренные дни или безветренная погода осенью и зимой,
когда почти отсутствует циркуляция воздуха, способствует образованию
с твердыми
силикачели,
Происходит
ГЛОБАЛЬНЫЕ ЭКОЛОГИЧЕСКИЕ ПРОБЛЕМЫ
Человек - это звучит гордо... К большому сожалению в наше время приобрела
популярность фраза: <Все меньше окружающей природы, все больше
окружающей среды>. А виной этому является человек! Ведь ни одна птица не
засоряет своего гнезда, а человек, а человек в этом очень преуспел. Очень жаль,
что человечество действует по принципу Базарова (роман Тургенева <Отцы и
дети>):
<Природа - мастерская, а человек в ней хозяин>. Человек берет от природы все
для удовлетворения своих потребностей: материалы, продукты питания,
энергию - совершает наступление на природу. С приходом Научно Технической
Революции (НТР) экологическое состояние планеты Земля ухудшилось.
Антропогенное давление существенно нарушило круговорот веществ в
природе, что привело к угрозе здоровья и жизни настоящего, и будущего
поколений. Возникла не одна, а целый ряд экономических проблем, - результат
бесхозяйственной деятельности человека, - которые стали глобальными, т.е.
достигли мирового масштаба. Экологические проблемы - проблемы всего
населения Земли. К глобальным экологическим проблемам относятся:
1. Загрязнение атмосферы (парниковый эффект, озоновая дыра).
2. Загрязнение водных ресурсов (гидросферы).
3. Вымирание растений и животных.
4. Проблема загрязнения почв.
5. Проблема демографического кризиса (вымирание человечества).
Рассмотрим основные черты глобальных проблем.
1. Атмосфера. Для того, чтобы человек имел возможность нормально
развиваться ему необходим чистый воздух.
Как известно, человек без пищи может прожить 2 месяца, без воды - неделю, а
без воздуха - несколько минут. Основными источниками загрязнения воздуха
являются: промышленное производство, транспорт, развитие сельского
хозяйства, сжигание всех видов топлива (уголь, нефть, торф, сланцы, дерево...).
По Украине ежегодно выбрасывается более 20 млн. Тонн загрязняющих
веществ. В городах загрязнение воздуха в 15 раз больше, чем в сельской
местности. А причина - транспорт. Постоянное увеличение объема
загрязняющими веществами - выхлопными газами вызывает увеличение
содержания 002 (В 1860г. = 0,27%, а сейчас 0.0340). 002 - не выпускает в космос
отраженные тепловые лучи, попадающие на Землю. Повышение содержания
002 приводит к повышению температуры. Отсюда вытекают еще две
проблемы: проблема таяния ледников, засуха в Африке (пустыня наступает на
саванну со скоростью до 50 км в год, вместо 1 км в прошлом). Если объем
ледников уменьшится на 50%, то уровень Мирового океана поднимется на 25-
35 м. Термоядерная война приводит к уменьшению содержания азона. Если оно
уменьшится на 50%, то увеличится прохождение коротких ультрафиолетовых
лучей до смертельных для человечества доз.
Углекислый газ пропускает солнечные лучи, но задерживает тепло
разогретой Солнцем поверхности Земли. Это вызывает нагревание планеты.
Жизнь на Земле станет подобной парнику, т.е. перед человечеством встает
резкому увеличению
застойных явлений возле поверхности Земли и
загрязняющих веществ.
Одной из крупнейших глобальных проблем является проблема
Загрязнения мирового океана. Каково же значение воды в жизни живых
организмов? Огромно! Прежде всего, вода способствует протеканию
биохимических реакций организма. Снег составляет 80%, а к старости - 60%)
является источником кислорода и водорода, (который используется для
ассимиляции). Это также и терморегулятор, и средство передвижения веществ в
организме, определяет функциональную активность макромолекул; и еще
многое другое, все это - вода. Загрязнение биосферы (особенно атмосферы и
гидросферы) приводит к нарушению Биогенетического закона (закон Геккела-
Мюллера), выражающего связь между индивидуальным и историческим
развитием организмов. В результате возникают мутации, снижается
деторождаемость, а значит возникает проблема вымирания нации. Общие
запасы воды на Земле составляют - 1,4 10 км Из этого объема только 2,7%
принадлежит пресной воде. Причем < 77,2% пресной воды содержится в
ледниках, а < 22,4% составляют подземные воды, а на воду речек выпадает
0,01%, 0,35% - в озерах и болотах. Запасы воды постоянно обновляются
благодаря круговороту веществ и энергии.
Вода находится в постоянном движении. Как же загрязняется Мировой
океан
Предприятие сбрасывает сточные воды в реку, река впадает в море, а
море - в океан. Больше всего загрязняют поверхностные воды целлюлозно-
бумажные, нефтеперерабатывающие, промышленные и текстильные
предприятия, сельско-хозяйственное производство, металлургия. Вода
становится непригодной для употребления, в ней гибнут живые организмы.
Непоправимый вред наносят минеральные удобрения, ядохимикаты,
гербициды..., используемые в с/х. Лишь азотных удобрений наносится 50
млн.тонн ежегодно. Во многих сельских районах уже сегодня 50% колодцев
наполнены нитратами, а нитриты уже переполнили норму - 20 мг/л. В связи с
этим возникают болезни, имеющие смертоносный исход. Нарушаются
экологические пирамиды - закономерность, согласно которой количество
растительных веществ, служащего основой цепи питания, примерно в 10 раз
больше, чем масса растительноядных животных.
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10