Введение к работе
Актуальность темы
В сфере природоохранительного аналитического контроля, в соответствии с международными стандартами ИСО 14000 "Основы экологического управления", интенсивно разрабатываются и вводятся в эксплуатацию, так называемые, большие информационно-аналитические системы. Примерами таких систем в России могут служить региональные подсистемы ЕГСЭМ - единой государственной системы экологического мониторинга. Головные образцы подсистем ЕГСЭМ созданы и эксплуатируются в гг. Курган, Калуга, Н. Новгород, на космодроме "Плесецк" и др. Для создания информационно достаточного базиса функционирования систем экологического управления необходимо перманентно, по утвержденному регламенту, выполнять весьма значительные объемы аналитических работ. В этой ситуации стартовые затраты на приобретение аналитической техники теряют свое обычное значение по сравнению с эксплуатационными затратами и главным экономическим критерием качества информационно-аналитической системы становится себестоимость единицы аналитической информации, т.е. результата единичного определения. Одним из самых действенных приемов снижения себестоимости анализа является предварительный скрининг проб на объекте контроля, позволяющий не транспортировать в лаборатории, а следовательно не анализировать заведомо неинформативные пробы.
В данной работе поставлена и решена задача скрининга проб воздуха на содержание органических загрязнителей, определение которых осуществляется методами газожидкостной хроматографии с использованием стандартизированных колонок и компьютерных баз данных. Газохроматографические определешія относятся к числу наиболее трудоемких, а следовательно, и более дорогих видов анализа. Так, например, себестоимость анализа пробы атмосферного воздуха на содержание восьми стандартных органических растворителей доходит до 300 рублей. При не слишком напряженном регламенте работ, порядка ста проб в месяц, затраты оказываются на уровне, существенно превышающем бюджет лаборатории. В то же время, реальные данные по гг. Москва, Н. Новгород, Курган, Красноярск, Калуга и др. показывают, что существенные превышения санитарных норм по содержанию органических загрязнителей в воздухе регистрируются только в каждой четвертой пробе. При этом места отбора проб, где периодически регистрируются превышения, достаточно постоянны.
Таким образом, при наличии скришшгового устройства можно в два - два с половиной раза снизить затраты по контролю содержания органических растворителей в воздухе.
С позиции технико-экономических критериев целесообразно использовать і скришшговых устройствах полупроводниковые газочувствитеяьные сенсоры, отличающиесг достаточно высокой чувствительностью, длительным сроком службы, низкой стоимостью малыми габаритами и низким энергопотреблением, позволяющим создать автономне функционирующие приборы. Однако к началу постановки работы полупроводниковые сенсоры на органические загрязнители были исследованы недостаточно, поэтому совершенствование технологии изготовления полупроводниковых сенсоров на органические загрязнители, нахождение оптимальных режимов работы, исследование их метрологических характеристик и создание методологии скрининга воздушных проб на базе симбиоза полупроводниковых сенсоров и газохроматографических систем представляет актуальную научно-техническую задачу.
Работа выполнена в рамках Федеральной Целевой Программы "Возрождение Волги", раздел "Экологический мониторинг".
Цель и задачи работы
Создание методического и технического обеспечения скрининга.воздушных проб на содержание органических загрязнителей как составной части газохроматографической системы экологического мониторинга.
Достижение поставленной цели предусматривало решение следующих задач:
-
Экспериментальное исследование рецептур газочувствительных полупроводниковых элементов на органические загрязнители для нахождения оптимального решения по конструктивным, технологическим и эксплуатащюннным параметрам.
-
Экспериментальное исследование технических и метрологических характеристик газочувствительных элементов и газовых сенсоров, включая функции влияния на выходной сигнал неинформативных факторов температуры, влажности, присутствия неорганических веществ и др.
-
Компоновка устройства скрининга из полупроводникового датчика, стандартного автоматизированного пробоотборника воздушных сред и концентрирующей хроматографической колонки. Разработка схемы экологического контроля воздуха природных объектов, включающей предварительный скрининг проб.
-
Лабораторные исследования газовых сенсоров и натурные испытания устройства скрининга на органические загрязнители в составе компьютеризованного газохроматографического комплекса "ИНЛАН-ГХ".
Научпая ценность
По базе метрологических показателей осуществлен выбор оптимальных конструктивных параметров и решений полупроводниковых сенсоров на основе двуокиси олова для эпределения органических загрязнителей в воздухе на уровне ГЩК.
Получены систематизированные метрологически достоверпые данные по реакции голупроводниковых сенсоров на микроконцентрации приоритетных органических іагрязнителей в окружающем воздухе, в том числе при их одновременном присутствии, гїзученьї влияния на показания сенсоров температуры, давления, присутствия неорганических іеществ. Сопоставлены показания сенсорньк датчиков с результатами параллельных азохроматографических определений для оценки вклада в выходной сигнал каждого in ірисутствуюших в пробе экозагрязяителей. Практическая ценность
Разработано, освоено в производстве и включено в состав серийно выпускаемых азохроматографических комплексов "ИНЛАН-ГХ" (ТУ 42-003-18044127-98) устройство крининга проб воздуха на содержание органических загрязнителей.
Экономическая эффективность работы представлена в виде снижения стоимости егламентного контроля группы реальных объектов на 42 %. Реализация в промышленности
НПО "Химавтоматика" и НПФ "АналитИнвест" со П кв. 1998 года серийно производят стройства скрининга проб воздуха на содержание приоритетных органических загрязнителей.
1 Положения, выпосимые на защиту
1. Результаты экспериментальных исследований и натурных испытаний, позволяющие
делать вывод о возможности предсказания отсутствия (наличия) превышений норм
одержання органических загрязнителей в воздухе природных объектов на основе сигналов
їзочувствительного полупроводникового сенсора.
2. Методология совместного применения в схемах регламентного экологического
онтроля (мониторинга) компьютерно-газохроматографических систем и полупроводниковых
гнеорных датчиков.
Апробация работы Основные результаты работы по созданию устройства и методологии скрининга эздупшых проб на содержание органических загрязнителей были доложены на П и Ш сероссийских совещаниях по созданию ЕГСЭМ (г. Москва 1996-1997 гг.); на Всероссийской
научно-практической конференции "Возрождение Волги - проблемы и пути решения" ( г. Саратов, 1998 г.); на семинаре "О подходах Москвы к решению экологических проблем" (Международная академия предпринимательства, г. Москва, 1998 г.); на Московской региональной конференции "Инженерная экология" (МГУИЭ, 1998 г.).
Объем работы
Диссертационная работа состоит из введения, четырех глав, изложенных на 130 страницах, иллюстрируется 10 рисунками, содержит 21 таблицу, список литературы, включающий 63 наименования.
