Введение к работе
Актуальность. Проблема загрязнения водных объектов приобрела в настоящее время глобальный характер, поэтому необходимо создание новых методов экологического контроля, способных быстро и достоверно давать аналитическую информацию не только в лабораторных, но и в полевых условиях Среди веществ, загрязняющих водную среду, одно из приоритетных мест принадлежит нефти и продуктам ее переработки С ростом объемов добычи и транспортировки нефти, растет число случаев аварийных и нелегальных разливов нефтепродуктов (НП) Принцип «загрязнитель платит», введенный Законом «Об охране окружающей среды» нуждается в научной поддержке, в частности, в создании, теоретическом и экспериментальном обосновании методов контроля степени загрязненности, экспертизы разливов НП, методов их идентификации и доказывания тождества НП из разлива и из возможного источника загрязнения, что делает актуальным данное исследование
Существующие подходы к решению этой проблемы основаны на применении «двумерной» аналитической процедуры, то есть, получения аналитической информации двумя независимыми методами Чаще всего применяют сочетание методов хроматографии и ИК-спектрофотометрии Но применение двух принципиально различных методов - длительный и дорогостоящий путь, он требует применения двух различных систем пробоподготовки, имеет различные источники случайных и систематических погрешностей, требует две группы высококвалифицированных аналитиков и специалистов по обслуживанию приборов Самое главное, что отсутствует возможность реального применения существующих подходов в экспресс-исследовании, проводимом непосредственно на месте разлива НП, то есть, возникает необходимость консервации и транспортировки проб в лабораторию, что еще более увеличивает длительность процедуры и вносит дополнительную неопределенность из-за нестабильности проб НП
В диссертационной работе предложен более быстрый и простой метод идентификации НП, применимый как при экологическом контроле объектов окружающей среды, так и при проведении экспертных исследований по фактам загрязнения их нефтепродуктами, который основывается на хорошо отработанных криминалистами методах оценки достоверности результатов, в частности, методах оценки степени сходства признаков сопоставляемых объектов анализа
Целью диссертационной работы является создание совокупности методов хроматографической идентификации при контроле и экспертном исследовании загрязняющих веществ (на примере нефтепродуктов) в объектах окружающей среды, позволяющих получать достоверные экспертные заключения об идентичности загрязняющих веществ на основе хроматографических фингерпринтов
Для достижения данной цели необходимо решить следующие задачи
A JTXWVJi.V/J,VI>U,iJO Х>V-JWXVAilXJLlWAA» A»pjM«iWlA^J.A**/i ЇА/іі-ім. Л|ДДЧ1*1«1^и(]/Н avvxvv* " «.v**j-jsv.»-" *.*-*.*.
в водной среде и в почвах лидирующих в криминалистической практике методов экспертной оценки степени сходства двумерных графических объектов для проведения экспертных исследований нефтяных разливов
-
Разработать методы контроля и идентификации НП в объектах окружающей среды (водах, почвах), обеспечивающие получение достоверных результатов о тождественности проб НП только на основе хроматографических данных
-
Разработать методы отбора и экспресс-концентрирования проб НП, пригодные для применения в полевых (внелабораторных) исследованиях объектов окружающей среды
-
Провести экспериментальное исследование возможностей предлагаемых методов применительно к образцам товарных НП в природных водах и почвах
-
Исследовать проблему идентификационного периода (времени, после которого идентификация невозможна) для НП и разработать хроматографический метод его определения
Научная новизна. Предложен и обоснован экспресс-метод отбора и концентрирования НП из проб загрязненной ими воды, основанный на сорбции НП гидрофобизированной поверхностью ТСХ-пластины с последующим радиальным элюированием к центру в оригинальной хроматографической системе (РЭЦ-камере) Показано, что в результате радиального элюирования к центру ТСХ-пластины концентрация НП повышается в 300 раз за 10 минут
Исследованы методы оценки степени сходства двумерных графических объектов, в частности хроматографических фингерпринтов, и сделан вывод о неприменимости традиционного критерия - вероятности случайного совпадения к идентификации нефтепродуктов одного типа
Впервые применен метод зонально-точечного кодирования двумерных графических объектов к хроматографическим фингерпринтам НП из загрязненных проб воды и почвы для представления результатов идентификационных исследований образцов НП при экспертизе нефтяных разливов
Предложен и обоснован метод идентификации (доказывания тождества) нефтепродуктов исключительно на базе хроматографической информации Метод основан на том, что идентичные по составу НП в идентичных условиях озонолиза дают идентичные спектры состава (хроматограммы) дериватов (что подтверждено экспериментально) и позволяют не привлекать другие способы анализа Метод оформлен в виде нового алгоритма процедуры идентификации нефтепродуктов из разлива и из возможных источников загрязнения
Исследован процесс деградации НП в почвенной среде, предложен метод экспериментального определения величины идентификационного периода и показано, что идентификационный период для дизельных топлив в дерново-подзо істьгх почвах в летний период составляет не более недели
Показана возможность продолжительного сохранения фракций НП, необходимых и достаточных для сравнительного исследования при их идентификации, на развитой гидрофобной и олеофильной поверхности (пористый фторопласт)
Практическое значение. Разработан способ идентификации НП при контроле загрязнений природных вод и почв, основанный на сопоставлении хроматографических фингерпринтов и, в отличие от традиционных способов, не
предполагающий получения дополнительной аналитической информации нехроматографическими методами В сочетании с предложенными простыми экспресс-методами отбора и концентрирования проб, новый способ идентификации будет эффективен при полевых (внелабораторных) исследованиях аварийных и нелегальных разливов НП, при оценке фонового загрязнения вод и почв
Предложенный метод определения величины идентификационного периода позволяет делать обоснованный вывод о возможности или невозможности доказывания тождества НП, подвергнутых деструкции в природных объектах, что крайне важно при работе экспертов со «старыми» следами
Положения, выносимые иа защиту:
-
Метод пробоотбора и хранения загрязняющих водную среду НП с помощью гидрофобного олеофильного материала с развитой поверхностью
-
Метод пробоотбора и неселективного концентрирования НП на плоских слоях гидрофобных сорбентов с помощью радиальной элюции к центру и специальную хроматографическую камеру для его реализации
-
Метод хроматографической идентификации НП, основанный на сопоставлении фингерпринтов исходных НП и их озонолитических дериватов, метод получения этих дериватов и алгоритм процедуры идентификации НП
-
Метод определения максимально-допустимого идентификационного периода для НП в почвах и экспериментальные результаты определения кинетики деградации загрязняющих почвы НП
-
Метод хроматографической идентификации НП, основанный на применении зонально-точечного кодирования и статистического критерия тождественности
Внедрение результатов. Результаты диссертационной работы внедрены в практическую деятельность Института морского приборостроения АН провинции Шаньдун, КНР по исследованию новых методов экологического контроля морской среды и исследованию загрязнений морской среды, а также внедрены в учебный процесс Балтийского института экологии, политики и права
Публикации и апробация работы Материалы диссертации опубликованы в 2 статьях и 6 тезисах докладов Основные результаты исследований докладывались на VIII Международной конференции «Региональная информатика-2002» (2002, С-Петербург), Всероссийском семинаре «Экологизация автомобильного транспорта» (2003, С-Петербург), X Международной конференции «Региональная информатика-2004» (2004. С-Петербург) II Всероссийском научно-практическом семинаре «Экологизация автомобильного транспорта» с международным участием (2004, С-Петербург), VII Международной конференции «Акватерра-2004» (2004, С-Петербург), II Всероссийской конференции «Аналитические приборы» (2005, С-Петербург),
Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, аналитического обзора, пяти экспериментальных глав, выводов, ышска лтсртуры и приложений Работа изложена на 156 страницах машинописного текста, включая 50 рисунков, 20 таблиц и списка использованной литературы (188 наименования)
