Содержание к диссертации
Введение
Глава 1. Современное состояние систем экологического мониторинга 8
1.1. Классификация систем экологического мониторинга 8
1.2. Методы и системы мониторинга природных объектов 10
1.3. Автоматизированные системы экологического мониторинга 26
Глава 2. Теоретические исследования обобщенной функции ЛСЭМ 28
2.1. Техногенные аварии (мгновенный точечный источник) 29
2.2. Штатная эксплуатация (постоянный источник) 31
2.3. Быстродействие ЛСЭМ 41
2.4. Расчет производных и интегралов от концентрации поллютанта повремени 45
2.5. Расчет особых точек графиков концентрации при источниках мгновенного и длительного действий 49
Глава 3. Экспериментальные исследования 58
3.1. Анализ воздушных сред на содержание S02 и Р205 58
3.2. Анализ водных сред на содержание Cd 68
3.3. Комментарии к результатам экспериментов 74
3.4. Метрологическая корректировка результатов измерений 76
Глава 4. Оптимизация структуры ЛСЭМ 78
4.1. Эксплутационные и конструктивные требования к ЛСЭМ 79
4.2. Устройства первичной информации (УПИ) 83
4.2.1. Оптимизация приборно-методического обеспечения ЛСЭМ по химико-аналитическим критериям 84
4.2.2. Технико-экономические критерии оптимизации выбора приборно-методического обеспечения ЛСЭМ 89
4.3. Интегрирующие и дифференцирующие каналы 95
4.4. Центральный контроллер системы (ЦКС) 102
4.5. Автоматизированные рабочие места (АРМ) 106
Глава 5. Оптимизация алгоритмов функционирования ЛСЭМ
5.1. Алгоритм функционирования АРМ эколога 112
5.2. Алгоритм функционирования АРМ системного инженера 120
5.3. Алгоритм функционирования АРМ ГУ ГОЧС 121
Заключение 123
Литература 124
Приложение 130
- Методы и системы мониторинга природных объектов
- Штатная эксплуатация (постоянный источник)
- Анализ водных сред на содержание Cd
- Устройства первичной информации (УПИ)
Введение к работе
Локальные системы экологического мониторинга в отличие от больших распределенных систем экологического мониторинга (региональных, государственных и др.) создаются с целью наблюдения и прогноза экологического состояния санитарно-защитных зон и прилегающих к ним территорий крупных промышленных предприятий, особоохраняемых терріггорий, природных заповедников и др. Эти объекты мониторинга являются фортпостами на пути движения экологически опасных поллютантов, и поэтому их состояние должно постоянно контролироваться локальными системами экологического мониторинга (далее ЛСЭМ). Отдельные технические компоненты таких систем в виде: химико-аналитических комплексов, стационарных постов, стационарных и мобильных экоаналитических лабораторий и др., - разработаны и вполне доступны. Однако теоретические основы их системной организации и тем более оптимизация до настоящего времени не разработаны. Поэтому тема диссертационной работы весьма актуальна. Особую актуальность работе придает достигнутая цель - возможность применения оптимизированных по структуре, составу и алгоритмам функционирования ЛСЭМ в качестве первого звена систем экомониторинга высшего уровня.
ЛСЭМ функционируют на основе измерительной информации о текущем и прогнозируемом химическом составе наблюдаемых природных объектов. Эта информация корректируется с одной стороны с результатами производственного экологического контроля по химическому составу отходов, а с другой с биохимическими показателями экосистем: сохранение разнообразия видов флоры и фауны.
ЛСЭМ могут являться активными компонентами больших распределенных систем. Для этого обязательным является требование общей сопоставимости результатов экоаналитических измерений на основе унификации приборно-методического и метрологического обеспечения.
Следует отметить также необходимость оптимизации и унификации программно-математического обеспечения (далее ПМО). Вопрос в том, что многие ЛСЭМ разрабатываются как составные части компьютерной сети данного промышленного предприятия. Это нельзя считать правильным, так как компьютерная среда предприятий разрабатывается в первую очередь как компонент управления технологиями и может не учитывать ни специфику ЛСЭМ, ни дальнейшее включение ЛСЭМ в системы более высокого уровня.
В большинстве литературных источников цитируемых в обзоре (гл.1) речь идет или об объектах мониторинга, или об экоаналитических информационно-измерительных системах. В данной диссертации предлагается в соответствии с принципами теории управления представить ЛСЭМ в виде разомкнутой системы регулирования: техногенное воздействие —> объект мониторинга —»блок экоаналитических измерений —* измерительная информация.
Из такой постановки задачи исследований следует, что оптимизация структуры и алгоритмов функционирования ЛСЭМ возможна только при учете динамических свойств объекта мониторинга, а также статических и динамических характеристик измерений. Превращение незамкнутой ЛСЭМ в замкнутую означает создание системы управления качеством окружающей среды по ГОСТ Р ИСО 14000 «Системы управления окружающей средой».
Цель работы. Целью данной диссертационной работы является получение уравнения обобщенной функции С(х, t) «объект мониторинга - измерительная система» и на этой основе проведение оптимизации структуры и алгоритмов функционирования ЛСЭМ по совокупности химико-аналитических и технико-экономических критериев.
Для достижения указанной цели необходимо решить следующие задачи:
Предложить и обосновать математическую модель измерительной системы с учетом введения в ЛСЭМ блоков численного дифференцирования и интегрирования по времени измерительной информации и получить функцию С(х, t), являющуюся отражением функции С(х, t) в оптимальной по структуре, составу и алгоритмам функционирования ЛСЭМ.
Предложить и обосновать математические модели локальной экосистемы как объекта управления ЛСЭМ в режимах «мгновенного точечного выброса» и «длительного техногенного воздействия», т.е. два варианта функции С(х, і).
Экспериментально подтвердить снижение пределов обнаружения средств измерений за счет введения в ЛСЭМ блоков длительного интегрирования концентрации в пробах воды и воздуха по времени.
Рассчитать технико-экономические показатели экоаналитических лабораторий как основных структурных элементов измерительного блока ЛСЭМ.
Предложить оптимальную структуру и алгоритмы функционирования ЛСЭМ как при штатной эксплуатации техногенного объекта, так и в режимах техногенных аварий.
Разработать общий алгоритм функционирования ЛСЭМ в целом и автоматизированных рабочих мест (АРМов) эколога, системного инженера и дежурного ГУ ГОЧС.
6 Научная новизна.
Предложена структура ЛСЭМ в віще разомкнутой системы управления, включающей в себя объект мониторинга и измерительную систему, и получено математическое выражение обобщенной функции С(х, t).
Впервые предложено с целью повышения быстродействия и достижения требуемых пределов обнаружения экозагрязнителей ввести в структуру ЛСЭМ как дифференцирующие каналы, так и интегрирующие по времени состав пробы.
Разработаны основные направления оптимизации структуры и состава ЛСЭМ по совокупности химико-аналитических и технико-экономических критериев.
Предложен оптимальный алгоритм функционирования ЛСЭМ как адаптивной измерительной системы.
Практическая значимость.
В настоящее время в России созданы и разрабатываются десятки локальных систем экологического мониторинга. Среди функционирующих ЛСЭМ следует отметить такие объекты, как космодром Плесецк, объекты уничтожения химического оружия, производственная площадка НПО Радон (Московская область). Эти объекты имеют санитарно-защитные зоны площадью десятки тысяч гектар. Среди разрабатываемых следует отметить г. Хабаровск и экосистему реки Амур. Практическая значимость полученных результатов состоит:
- в повышении основных химико-аналитических характеристик ЛСЭМ, т. е.
чувствительности, точности, экспрессности;
- в снижении как стартовых, так и эксплутационных затрат на создание и
функционирование ЛСЭМ;
- в возможности тиражирования разработанного алгоритмического базиса ЛСЭМ.
Результаты диссертационной работы могут быть использованы как для
совершенствования существующих, так и при разработке новых ЛСЭМ. Положения, выносимые на защиту:
Математическая модель измерительной системы с учетом введения в ЛСЭМ блоков численного дифференцирования и интегрирования по времени измерительной информации и получение функции С(х, t), являющейся отражением функции С(х, t) в оптимальной по структуре, составу и алгоритмам функционирования ЛСЭМ.
Обобщенная функция локальной экосистемы как объекта управления ЛСЭМ в режимах «мгновенного точечного выброса» и «длительного техногенного воздействия», т.е. два варианта функции С(х, t).
Снижение пределов обнаружения средств измерений за счет введения в ЛСЭМ блоков
длительного интегрирования концентрации в пробах воды и воздуха по времени. 4. Результаты оптимизации структуры и алгоритмов функционирования ЛСЭМ как при
штатной эксплуатации техногенного объекта, так и в режимах техногенных аварий.
Апробация работы.
Основные результаты работы докладывались и обсуждались на международной научной конференции «Математические методы в технике и технологиях - ММТТ-19», на ежегодной студенческой научной конференции факультета "Автоматизации и Информационных Технологий" МГУИЭ - 2006.
Публикации.
По теме диссертационной работы опубликовано 9 печатных работ.
Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, пяти глав, заключения, списка литературы и приложения. Общий объем работы составляет 133 стр., в том числе основного текста 123 стр., включая 23 рисунка и 18 таблиц. Список литературы содержит 75 наименования.
Методы и системы мониторинга природных объектов
Для получения объективной информации о состоянии и об уровне загрязнения различных объектов окружающей среды (атмосферного воздуха, воды, почвы) необходимо располагать надежными методами анализа. Эффективность любого метода оценивается совокупностью таких показателей, как селективность и точность определения, воспроизводимость получаемых результатов, чувствительность, пределы обнаружения элемента и экспрессность выполнения анализа. Кроме того, методы должны обеспечивать проведение анализа в широком интервале концентраций элементов (включая следовые). Это должно учитываться при выборе методов и средств наблюдений.
В настоящее время содержание загрязняющих веществ в объектах окружающей среды определяется различными методами: фотометрическим, фотоколориметрическим, спектрофотометрическим, турбидиметрическим, нефелометрическим, спектрофотометрическим, флуориметрическим, полярографическим, хроматографическим, масс-спектрометрическим и др. Фотометрический метод основан на сравнении оптических плотностей исследуемой и контрольной жидкостей. Разновидностями фотометрического метода являются фотоколориметрический, спектрофотометрический, турбиднметрический, нефелометрический и флуориметрический (люминесцентный) методы. Современные фотоколориметры представляют собой двулучевые приборы с двумя фотоэлементами и имеют одинаковые принципиальные схемы. Чувствительность определения зависит от природы соединений и составляет для неорганических соединений 0,04...20 мкг/мл пробы и для органических соединений - 0,02... 10 мкг/мл пробы.
Спектрофотометрический метод основан на тех же принципах, что и фотоколориметрический. Различие состоит в том, что в спектрофотометре используется поглощение монохроматического света. Для жидких сред применяются спектрофотометры марок СФ-4, СФ-4а, СФД-2, СФ-2М, СФ-5, СФ-8, СФ-10, СФ-14, СФ-19, С-605 и др. Чувствительность определения органических и неорганических соединений находится на уровне 0,08...20 мкг/мл пробы.
Турбидиметрический метод применяется для определения количества веществ, которые находятся во взвешенном состоянии, посредством измерения интенсивности прохождения света через контролируемый раствор пробы. В качестве приборов могут быть использованы спектрофотометры любых марок. Для увеличения их чувствительности следует применять синий светофильтр. Турбидиметрический метод пригоден для измерения концентраций, уровень которых составляет несколько частиц на миллион.
Нефелометрический метод отличается от турбидиметрического тем, что в этом случае измеряется не прошедший через суспензию свет, а рассеянный, поэтому данный метод является более чувствительным для сильноразбавленных суспензий.
Возможность использования флуориметрического (люминесцентного) метода для аналитических целей обусловлена тем, что некоторые вещества при воздействии на них ультрафиолетового излучения флуоресцируют. Этот метод имеет ограниченное применение и является точным для интенсивно флуоресцирующих веществ.
Полярографический метод основан на восстановлении анализируемого соединения на ртутном капающем электроде и используется, как правило, при анализах следовых количеств веществ, находящихся в разных состояниях. Для анализа используются полярографы ППТ-1, ПУ-1, ПЛ-2, ПА-З, ПО-5122, чувствительность определения концентраций органических и неорганических соединений которых составляет 0,05... 1 мкг/мл пробы.
Газохроматографический метод основан на селективном разделении соединений между двумя несмешивающимися фазами, одна из которых неподвижна (жидкость или твердое тело), а другая подвижна (инертный газ-носитель). Этот метод позволяет определить ничтожно малые количества веществ, не обладающих специфическими реакциями, и анализировать смеси, состоящие из десятков и сотен компонентов с близкими свойствами.
Масс-спектрометрический метод заключается в ионизации газообразной пробы электронной бомбардировкой, после чего образующиеся ионы подвергаются воздействию магнитного поля. В зависимости от массы и заряда ионы отклоняются с различной скоростью и соответствующим образом разделяются. Особенностью метода являются малый объем пробы и высокая избирательность.
В основе спектрально-эмиссионного метода лежит излучение световой энергии атомами, ионами и реже молекулами. Излучаемые атомами и ионами эмиссионные линейчатые спектры не зависят от вида химических соединений, из которых состоит исследуемое вещество, в связи с чем этот анализ применяется для определения элементарного состава проб воды и почвы. Универсальность, высокая чувствительность, хорошая точность и быстрота определения обуславливают широкое распространение этого метода. При фотографической регистрации спектра метод позволяет одновременно анализировать до 30 элементов в одной пробе. В пробах почвы и воды могут быть определены очень низкие концентрации многих элементов (1 мкг/л) [23].
Дистанционные методы базируются на измерении и интерпретации характеристик электромагнитньк полей на различных расстояниях от исследуемого объекта. Принципиально новые возможности, которые они открывают, связаны с наблюдением атмосферы с искусственных спутников Земли, пилотируемых кораблей и орбитальных станций, выполнением измерений в непрерывном режиме при изменяющихся условиях, в больших объемах на огромных территориях (десятки и сотни квадратных километров) с пространственным разрешением в несколько десятков метров.
С середины 70-х годов зарубежными фирмами началась разработка лидарных систем контроля атмосферы. В основном разрабатывались передвижные комплексы, использующие принцип комбинационного рассеяния и дифференциального поглощения. Выходная энергия лазерного излучения в таких системах составляла до нескольких десятков джоулей, что ограничивало дальность действия таких систем по аэрозольным образованиям, N02 и SCh до 1,5-5 км. Дальность действия лидаров комбинационного рассеяния составляла 100-200 м [25].
Лидарная система, разрабатываемая НИИ приборостроения, использует источники лазерного излучения с повышенной выходной энергией, что существенно увеличивает их дальность действия. Эта система получила название «Комплекс автоматизированной аппаратуры дистанционного зондирования с целью контроля выбросов вредных веществ в атмосферу для автоматизированной системы экоинформации» и предназначена для контроля выбросов вредных веществ лазерно-локационным методом.
Система состоит из двух типов лидарных систем. Лидар первого типа устанавливается в промышленных зонах и предназначен для непрерывного круглосуточного контроля выбросов аэрозолей, NOx и SCh на территории с радиусом 7-15 км и измерения расстояния до источника загрязнения. Лидар второго типа смонтирован на базе автомобиля для многокомпонентного дистанционного анализа загрязняющих выбросов. Он предназначен для определения газового состава шлейфов промышленных выбросов из дымовых труб, вентиляционных вытяжек, а также для определения границ опасных зон в аварийных ситуациях (разрывы газопроводов, транспортные аварии и т.д.). Дальность действия - от 0,5 до 1 км.
Штатная эксплуатация (постоянный источник)
Независимо от того, является ли источник точечным или распределенным в пространстве, связь между расчетными формулами концентрации при источниках мгновенного (Сж) и длительного (C действия может быть получена следующим способом. Расчеты по формулам (2.48), (2.49), (2.54), (2.55) позволяют получить приближенное значение концентрации в любой точке пространственно-временного континуума С(х, t), т.е. при любых значениях х и /. Числовой пример дает результат достаточно близкий к реальности особенно для веществ, не взаимодействующих с компонентами окружающей среды. При наличии таких взаимодействий результат расчета может быть принят за максимальное значение концентрации поллютанта. Если представит функцию С(х, t) линейной, то скорость нарастания концентрации по данным числового примера будет составлять 1,6/320 = 5 х Ю 3 мг/л месяц. Такая разрешающая способность не достигается прямыми измерениями, поэтому в последующих главах будут рассмотрены операторы и устройства интегрирования концентрации по времени /. Из табл. 2.2 видно, что при малых скоростях ветра и і = 0,1, it 2 -0,2 опасная концентрация при At = 15 сек будет обнаружена быстрее, чем при накоплении At = 4 сек. А при более высоких скоростях ветра (в данном случае и і = 0,67 и и і = 1) наоборот, при At = 4 сек опасная концентрация обнаружится быстрее, чем при At = 15 сек. Величины //, // приближенно являются суммарными временами (/) от момента выброса до момента выдачи датчиком сигнала на исполнительные устройства. А величина // - tj равна разности суммарных времен / при (At) времени накопления At = 75 сек и для времени накопления At = 4 сек.
На основе проведенного анализа можно сделать вывод о том, что существует оптимальное соотношение между пределом обнаружения и быстродействием датчиков измерительных каналов ЛСЭМ. Дело в том, что предел обнаружения определяется количеством определяемого вещества, поступающего на датчик в единицу времени, а эта величина в свою очередь зависит от динамики объекта мониторинга. Поэтому возникает крайне противоречивая ситуация, при которой датчик, имеющий большое быстродействие при высоком пределе C /dt обнаружения, оказывается не оптимальным по критерию быстродействия системы в целом, т.к. требует большого потока определяемого вещества. И, наоборот, более «медленный» датчик с низким пределом обнаружения Cmjn/dt может обеспечить большое быстродействие системы. Это положение качественно можно проиллюстрировать так: TC=TQ+TD, где Тс- время реагирования системы, Т0- время достижения требуемого концентрационного уровня; TD - время реакции датчика. T0= /(C /dt) является убывающей функцией, a TD = /(C /dt)- возрастающей.
Оптимальное соотношение этих величин можно рассчитать по формулам (2.75) и (2.76). 2.4. Расчет производных и интегралов от концентрации поллютанта по времени 1. При источнике мгновенного действия, имеющего массу поллютанта М (г), - испускаемую в момент / = 0, концентрация C (x, t) по классической диффузионной модели при отсутствии ветра выражается формулой: где tm -точка максимума концентрации С (х, t), определяемая формулой (2.97). Из (2.104) следует, что точки перегиба t„i, tn2 расположены симметрично относительно точки максимума tm на расстоянии примерно 63% от tm по обе стороны от этой точки. Отношение концентраций С(х, t)/Ca (табл. 2.4) и его график (рис. 2.12) для источника длительного действия совпадают с отношением интегралов от концентраций Y(x,t)l Y(x,oo)\i его графиком при тех же значениях «у» или «/» для источника мгновенного действия.
Физический смысл интеграла от концентрации по времени состоит в том, что эта величина пропорциональна количеству вредного вещества, накопившегося в организме человека при вдыхании воздуха за время /, если скорость выведения этого вещества из организма мала по сравнению со скоростью его поступления в воздух от источника загрязнения. К таким плохо выводимым из организма веществам относятся, в частности, сурьма и диоксин, образующийся при горении изоляционных и других органических материалов.
Анализ водных сред на содержание Cd
Анализ проводился по методике выполнения измерений массовых концентраций ионов хрома, железа, висмута, марганца, никеля, меди, кадмия, свинца, цинка, ртути в водных средах с использованием преобразователя ИП-ТМ-Д рентгенофлуоресцентным методом на комплексе "ИНЛАН-РФ" ПНД Ф 14.1:2:4.133-98 (разработчик НПФ "АналитИнвест").
В состав оборудования были дополшггельно введены устройство для 3-х фильтров одновременно и более мощный энергодисперсионный анализатор Призма.
Принцип метода. Измерение концентраций ионов тяжелых металлов (ТМ) проводят рентгенофлуоресцентным методом с дисперсией по длинам волн или энергиям вторичного рентгеновского излучения после концентрирования ионов ТМ на фильтрах ИП-ТМ-Д за счет образования устойчивых комплексов ТМ с функциональными группировками химически модифицированной целлюлозы при фильтровании пробы.
Интенсивность излучения рентгеновской флуоресценции каждого из определяемых элементов, возникающего под действием излучения рентгеновской трубки, пропорциональна содержанию элемента в пробе.
В случае законсервированных, сильно кислых проб рН пробы доводится до 4,5-5,5 солью уксуснокислого аммония добавлением ее к анализируемому раствору небольшими порциями. Величину рН проверяют после добавления каждой порции уксуснокислого аммония. Если произойдет выпадение осадка, то его отфильтровывают на фильтре Петрянова согласно п. 3. Затем добавляют 10 см3 буферного раствора.
Установление градуировочной характеристики и ПМО для обработки результатов измерений осуществляется на предприятии-поставщике комплекса "ИНЛАН-РФ".
Контроль стабильности градуировочной характеристики проводится с использованием комплекта градуировочных образцов, охватывающих диапазоны определяемых по МВИ металлов.
Между этими элементами были поделены функции, соответствующие порядку экотехнологических операций. Так мобильная лаборатория осуществляла пробоотбор воды р. Яуза с глубины 1 м и с помощью преобразователя переводила определяемые соли кадмия в сорбированное на интегрирующих фильтрах состояние. Далее преобразованные пробы транспортировались в стационарную лабораторию, где подсушивались и вводились в приемное устройство энергодисперсионного рентгенофлуоресцентного анализатора «Призма». Прибор «Призма» предварительно градуировался по государственным стандартным образцам растворов солей кадмия с концентрациями 5 и 10 мкг/л, фильтруемым через концентрирующие фильтры. Из многоэлементного спектра ПМО выделяло пик кадмия и результаты количественных измерений передавались в компьютер верхнего уровня в форме стандартных протоколов.
Устройства первичной информации (УПИ)
Обычно устройства первичной информации называют датчиками, однако в ЛСЭМ используются как простейшие приборы (например, газоанализаторы), так и экоаналитические системы в виде хроматографических и рентгено-флуоресцентных комплексов, хромато-масс-аппаратуры и других высокоинтеллектуальных анализаторов. Поэтому объединяющим термином, определяющим функциональное назначение этих устройств в ЛСЭМ, предложено «устройство первичной информации». Функциями этих устройств являются не только получение химико-аналитической информации, но и: - представление результатов анализов в кодированной форме; - передача этой информации в центральный контроллер системы; - дистанционная самодиагностика исправности, включая выход метрологических характеристик за установленные пределы.
Как видно из схемы рис. 4.1 информационные потоки от устройств первичной информации через центральный контроллер поступают в разные адреса. Так измерительная информация поступает на автоматизированное рабочее место эколога, а диагностическая - на автоматизированное рабочее место системного инженера.
Системные принципы не позволяют проводить на уровне устройств первичной информации (УПИ) какие бы то ни было сопоставления с экологическими нормативами, уставками срабатывания датчиков и др. Такие устройства должны иметь введенную в память автоматизированного рабочего места эколога и системного инженера номинальные статические характеристики преобразования. Причем в независимости от пределов обнаружения и диапазонов измерения номинальная статическая характеристика преобразования должна иметь как минимум 4 метрологически обеспеченных реперных точек. Это позволяет получить на системном уровне возможность предсказания развития экологической ситуации, как при штатной эксплуатации, так и при возникновении техногенной аварии. Создание таких устройств с учетом функций конкретных ЛСЭМ является не более, чем трудной, но вполне разрешимой инженерной задачей.
Кроме того, здесь так же, как и на последующих уровнях ЛСЭМ, необходимы оптимальные приборно-методические решения. Тем более, что УПИ составляют первый уровень ЛСЭМ, от него зависит достоверность измерительной информации и, следовательно, работоспособность всей системы. 4.2.1. Оптимизация прнборно-методического обеспечения ЛСЭМ по химико-аналитическим критериям
Концепций экологического мониторинга создано более чем достаточно. В основном они постулируют необходимость экологического контроля и мониторинга и предлагают различные варианты полезного использования результатов этих процедур. Здесь уместно напомнить, что экология относится к числу точных наук только благодаря наличию измерительного, в том числе и экоаналитического блока. Только наличие этого блока логически оправдывает как понятие «инженерная экология», так и реальность в виде инженерных природоохранных решений. Цель экоаналитическои концепции - ответ на центральный вопрос экологии как точной науки: как измерять, чтобы получить правильные сопоставимые результаты экоаналитического контроля и мониторинга при наличии более чем существенных экономических ограничений?
Фактически, мы имеем два противостоящих множества. Первое — это множество веществ, содержание которых нормируется по всем комбинациям природных и техногенных объектов: вода природная, сточная, питьевая, рыбохозяйственная и т.п.; воздух атмосферный, рабочих зон, организованные газовые выбросы и т.п.; почвы, донные отложения, водные взвеси и т.д. Второе - это множество, образованное разнообразием приборов и методов химического анализа, имеющихся в каталогах, кадастрах, реестрах, рекламных материалах и т.п. Назовем это множество приборно-методнческим.
Перед нами встает задача выбора для каждого компонента множества веществ адекватного ему компонента приборно-методического множества. Руководящего правила однозначного выбора оптимального приборно-методического обеспечения не только нет, но и оно не может быть создано, так как для фундаментальной науки все методы анализа равны и одинаково любимы. Одним из вариантов выхода из таких ситуаций в теории множеств предлагается адекватное преобразование одного из множеств. Авторами концепции предложено трансформировать множество веществ во множество экоаналитических задач.
Наиболее простым случаем являются задачи определения экозагрязнителей, когда они присутствуют в пробах по одиночке. Назовем совокупность таких задач «единичным» подмножеством. В практике экоаналитического контроля такие задачи встречаются крайне редко.
Подмножеством «малых сочетаний» назовем задачи, где в пробах одновременно присутствуют от двух до пяти подлежащих определению экозагрязнителей. В это подмножество попадают наиболее массовые задачи экоаналитического контроля и мониторинга. Следующее подмножество назовем «подмножеством многокомпонентных смесей». В нем объединены задачи, где в пробах присутствуют от 5-ти до 30-ти экозагрязнителей и фоновых веществ одновременно. Такие задачи наиболее характерны в контроле сточных вод, выбросов производств органического синтеза, цехов машиностроительных заводов, а также в мониторинге природных объектов (например, вблизи объектов уничтожения химического оружия).
И, наконец, последнее подмножество объединяет задачи повышенной химико-аналитической сложности. К ним относятся контроль и мониторинг объектов на содержание супертоксикантов, таких как 3,4-бенз(а)пирен, 2,3,7,8-тетрахлордибензодиоксин и др., на фоне десятков и сотен фоновых веществ, многие из которых являются его изомерами. В то же подмножество следует отнести задачи экологических обследований, которые требуют большой информации для идентификации априорно неизвестных экозагрязнителей. Назовем это подмножество «сложным».
Дальнейшим логическим шагом концепции является нахождение каждому их вышеперечисленных подмножеств задач адекватного «приборно-методического» подмножества.
В первое подмножество попадают приборы, имеющие шкалы, на которых указаны значения концентраций определенного экозагрязнителя. Во второе подмножество попадут приборы, на которых нет никаких градуировок, потому что эти приборы только дают возможность реализовать с их помощью многочисленные методики выполнения измерений.
Разрешающая способность приборов первого подмножества тождественно равна 1, т.е. R = 1, разрешающая способность приборов второго подмножества находится в пределах 50 - -1 10 и может наращиваться за счет расширения номенклатуры привлеченных технических средств. Таким образом, вполне уместно обозначить первое подмножество - Rn а. второе - R2. кроме того, представляется целесообразным разбить подмножество R2 на два минора R 2 и R2. В первом миноре разместить приборно-методическое обеспечение, имеющее значение R 1 105"бдля органического анализа и7? 50 для других видов анализа. Дальнейшая процедура состоит в подборе для каждого подмножества задач адекватного подмножества или минора приборно-методического множества.
