Патент на изобретение №2208781

(54) СПОСОБ ВЫЯВЛЕНИЯ ЗОНЫ ТЕХНОГЕННОГО ХИМИЧЕСКОГО ЗАГРЯЗНЕНИЯ (ВАРИАНТЫ)

(57) Реферат:

Изобретение относится к эколого-гигиеническим лабораторным исследованиям среды обитания для выявления зон техногенного химического загрязнения. Оно может быть использовано для оценки воздействия вредного химического фактора в воздушной, водной средах и почве, а также для поиска причин появления новых нозологических форм, вызванных техногенным воздействием. Из проб атмосферного воздуха, воды поверхностного источника или почвы извлекают загрязнения различной токсичности, подвергают соответствующей пробоподготовке, переносят в хроматографическую колонку хроматографа, снабженного детектором неразрушающего контроля, вводят модельную смесь двух токсикантов, в частности гексана и бензола, один из которых является малотоксичным, а другой обладает высокой неспецифической токсичностью, измеряют время удерживания бензола относительно гексана при постоянной температуре термостата, определяют относительный объем удерживания бензола по отношению к гексану при заданной скорости газа-носителя и рассчитывают содержание загрязнений в конкретных зонах объектов окружающей среды. Изобретение обеспечивает увеличение достоверности способа выявления зон техногенного химического загрязнения веществами с различными летучестью и токсичностью. 3 с. и 2 з.п.ф-лы, 7 ил.

Изобретение относится к экологической медицине, в частности к эколого-гигиеническим лабораторным исследованиям для выявления зон химического загрязнения в жидкой, газообразной и твердой фазах среды обитания. Оно может быть использовано для оценки воздействия вредного химического фактора в газообразной, жидкой водной и твердой (почва) фазах, а также для поиска причин появления новых нозологических форм, вызванных техногенным воздействием.

Известен способ выявления химического загрязнения в жидкой фазе среды обитания, в частности в воде водоемов, основанный на экстракции загрязнений из воды четыреххлористым углеродом, хроматографическом разделении соединений полярной и неполярной природы и анализе составляющих методом спектрофотометрии в инфракрасной области спектра с установлением концентрации по суммарной оптической плотности и градуировочному графику, построенному на искусственной смеси токсикантов [Сборник унифицированных методов определения вредных веществ в питьевой воде и воде источников хозяйственно-питьевого водоснабжения. Прага, Изд. ИГЭ. 1978, С. 67-83]. Способ характеризуется низкой специфичностью, так как позволяет определять концентрацию токсикантов по наличию метальных, метиленовых и метиновых групп, которые содержат все классы органических соединений.

Также известен газохроматографический способ выявления зон химического загрязнения в газообразной фазе среды обитания, основанный на введении 10 мл атмосферного воздуха в узел ввода пробы крана-дозатора газового хроматографа, снабженного пламенно-ионизационным детектором (ПИД) и газовым сопротивлением в виде капиллярной колонки диаметром 1 мм и длиной 6 м. После выхода из газового сопротивления загрязнений в виде прямоугольного пика определяют его площадь и по градуировочному графику, построенному по метану, находят содержание органических загрязнений в мг углерода на м³. В качестве газа-носителя используется воздух, очищенный при температуре 480^oС в реакторе с катализатором на основе оксида никеля. Температура термостата с газовым сопротивлением во избежание адсорбции высококипящих загрязнений составляла 290^oС. Расход водорода – 60 мл/мин, окислителя – 0,2 л/мин, газа-носителя – 40 мл/мин. Нижний предел обнаружения составил 0,05 мг углерода/м³ с ошибкой измерения 0,5% [Дмитриев М.Т., Казнина Н.И., Пинигина И.А. Санитарно-химический анализ загрязняющих веществ в окружающей среде. – М.: Химия, 1989, 208 с. ]. Способ мало применим для выявления в воздушной среде зон химического загрязнения, так как труднолетучие соединения необратимо сорбируются при отборе пробы и постепенно десорбируются при суммарном определении, что снижает достоверность метода. Кроме того, содержание метана не нормируется в атмосферном воздухе, так как он образуется в среде обитания в результате природных процессов.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату в качестве прототипа для выявления зон химического загрязнения в жидкой фазе среды обитания является способ выявления зон химического загрязнения, включающий отбор проб, приготовление образцов и оценку их токсичности, в котором обследуемая территория разбивается на условную сетку, размер ячейки которой определяется в зависимости от масштаба эколого-гигиенического исследования. Проводят отбор пробы воды поверхностного или подземного источника в центре ячейки, доводят осмомолярность испытуемой пробы до изотонии путем добавления хлорида натрия, приводят во взаимодействие биосенсор на основе суспензии подвижных микрообъектов с опытным и контрольным образцами, регистрируют зависимость подвижности сперматозоидов от времени для контрольного и опытного образцов. Определяют токсичность образца по неспецифической реакции суспензии микрообъектов с последующим расчетом индекса токсичности относительно деионизированной воды. Способ не позволяет достоверно диагностировать зоны химических загрязнений веществами с различным биологическим действием, так как одни токсиканты увеличивают подвижность микрообъектов, другие уменьшают, а при комбинированном воздействии их подвижность может укладываться в нормальное отклонение от корреляционной экспериментальной зависимости, установленной между токсичностью проб для животных и результатами подвижности гранулированной спермы быка в качестве суспензии микрообъектов. Также способ не пригоден для выявления зон загрязнения веществами, плохо растворимыми в воде; летучими соединениями, поскольку введение солей в пробу приводит к высаливанию загрязнений и их потерям вследствие уменьшения растворимости [Патент РФ 1804482 от 03.09.93].

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату в качестве прототипа для выявления зон химического загрязнения газообразной фазы среды обитания является способ качественного и количественного анализа суммы и индивидуальных полярных малолетучих органических соединений в воздухе, основанный на том, что пробу воздуха обрабатывают летучим органическим растворителем для извлечения суммы полярных малолетучих органических соединений, наносят подготовленную пробу на твердый сорбент, который находится в хроматографической колонке первого хроматографа, снабженного детектором по теплопроводности, высушивают пробу путем пропускания инертного газа при температуре 30-60^oС до полного выхода летучего органического растворителя, вводят модельную смесь двух углеводородов, в частности гексана и бензола, измеряют время удерживания бензола относительно гексана и воздуха при температуре термостата 30^oС, определяют объем удерживания бензола по отношению к гексану и воздуху при заданной скорости газа-носителя от 5 до 40 мл/мин, а затем подвергают пробу хроматодистилляции, для чего поднимают температуру в термостате первого хроматографа до температуры кипения низкокипящего компонента и идентифицируют полярное малолетучее органическое соединение по отношению объемов удерживания бензола, рассчитанных по времени удерживания бензола относительно гексана и воздуха, а концентрацию полярного малолетучего органического соединения определяют по зависимости объема удерживания бензола относительно гексана от его массы [Патент РФ 2165618 от 20.04.01].

Способ не позволяет во всем объеме определять суммарную химическую нагрузку для выявления зон загрязнения, так как для определения суммы концентраций полярных малолетучих органических соединений необходимо определить индивидуальную градуировочную зависимость объема удерживания бензола относительно гексана от его массы, а для этого необходимо проведение процесса хроматодистилляции пробы. Также при проведении эколого-гигиенических исследований в воздухе, кроме летучих примесей, необходимо определять количество оседающих аэрозолей, включая нерастворимые в гексане вещества (смолы, минеральные вещества, высокомолекулярные органические соединения и др.). Количественный анализ суммы полярных малолетучих органических соединений осуществляют по величине объема удерживания бензола относительно гексана и градуировочной кривой, представляющей зависимость объема удерживания бензола относительно гексана от общей массы идентифицированных компонентов, присутствующих в пробе. Построение таких градуировочных зависимостей при определении зон химического загрязнения воды, атмосферного воздуха и почвы практически невозможно, так как в пробах среды обитания, особенно в нелетучей части, всегда содержатся неидентифицированные даже методом хромато-масс-спектрометрии вещества.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату в качестве прототипа для выявления зон химического загрязнения в твердой фазе среды обитания является способ выявления зон химического загрязнения, включающий отбор проб почв, подготовку образцов и оценку их токсичности, в котором территория разбивается на условную сетку с заданным размером ячейки. Проводят отбор пробы почвы в центре ячейки, настаивают образец грунта в деионизованной воде, фильтруют через бумажный фильтр, доводят осмомолярность пробы до изотонии добавлением хлорида натрия, приводят во взаимодействие биосенсор на основе суспензии подвижных микрообъектов с опытным и контрольным образцами, регистрируют зависимость подвижности сперматозоидов от времени для контрольного и опытного образцов. Определяют токсичность образца по неспецифической реакции суспензии микрообъектов с последующим расчетом индекса токсичности относительно деионизированной воды. Способ не позволяет достоверно диагностировать зоны химических загрязнений веществами с различным биологическим действием, так как одни токсиканты увеличивают подвижность микрообъектов, другие уменьшают, а при комбинированном воздействии их подвижность может укладываться в нормальное отклонение от корреляционной экспериментальной зависимости, установленной между показателями токсичности для животных и результатами подвижности гранулированной спермы быка в качестве суспензии микрообъектов. Способ не пригоден для выявления зон загрязнения веществами, плохо растворимыми в воде или не проходящими через бумажный фильтр; характеризуется высокой стоимостью оборудования; и результаты определения химического загрязнения зависят от качества получения и хранения отбракованной спермы животных [Патент РФ 1804482 от 03.09.93].

Задачей изобретения является упрощение и увеличение достоверности способа выявления зон химического загрязнения в жидкой, газообразной и твердой фазах среды обитания.

Поставленная задача для выявления зоны химического загрязнения в жидкой фазе среды обитания решается тем, что пробу водной среды пропускают через колонку с силанизированным хромосорбом фракции 0,5-2,0 мм, на поверхности частиц которого находится додецилбензол, отделяют летучие загрязнения газовой экстракцией или пропусканием водорода, получаемого электролизом водной пробы в катодном пространстве с дальнейшим определением их вредности путем анализа концентрации методом капиллярной газовой хроматографии и расчетом суммы отношений обнаруженных концентраций каждого из них в воде к величине ПДК. Затем пробу малолетучей части химических соединений и взвешенных веществ в виде смеси с силанизированным хромосорбом, модифицированным додецилбензолом, в хроматографической колонке, переносят в термостат хроматографа, вводят смесь гексана и бензола, измеряют относительное время удерживания при постоянной температуре, определяют относительный объем удерживания бензола относительно гексана при заданной скорости газа-носителя относительно холостого опыта и выявляют загрязненность вредными веществами на изучаемой и фоновой территории по отношению объема удерживания бензола к объему отобранной пробы.

Для упрощения и увеличения достоверности способа выявления зон химического загрязнения газообразной фазы среды обитания пропускают пробу воздуха, содержащую пары летучих и высококипящих химических соединений, а также аэрозоли через двухсекционный поглотительный прибор, в нижней части которого находится силанизированный хромосорб фракции 0,2-1,0 мм во взвешенном слое, а в верхней части – гексан в виде пены, смешивают жидкий поглотитель с твердым сорбентом, отделяют летучие загрязнения и растворитель из подготовленной пробы воздуха газовой экстракцией с дальнейшим установлением показателя вредности по комплексному индексу загрязнения атмосферы (КИЗА), рассчитываемому как сумму всех единичных индексов загрязнения атмосферы, переносят содержимое поглотительного прибора в колонку, смешивают пробу малолетучей части химических соединений и аэрозолей в воздухе с силанизированным хромосорбом, размещают колонку в термостате хроматографа, вводят смесь гексана и бензола, измеряют относительное время удерживания при постоянной температуре, определяют относительный объем удерживания бензола относительно гексана при заданной скорости газа-носителя, определяют показатель вредности по отношению объема удерживания бензола относительно гексана к объему отобранной пробы и выявляют загрязненность вредными веществами на изучаемой и фоновой территории по экспериментальной зависимости средней летальной концентрации загрязнения от отношения удерживания бензола к объему отобранной пробы. Объемную долю загрязнений в воздухе рассчитывают по формуле 3, где в числителе используют V_N разность объемов удерживания бензола относительно гексана анализируемой и холостой пробы, см³; а в знаменателе V_в – объем анализируемого воздуха, м³.

Для упрощения способа отбирают пробу атмосферного воздуха в течение суток при помощи размещенного горизонтально устройства для пассивного отбора с открытой поверхностью, содержащего силанизированный хромосорб фракции 0,2-1,0 мм.

Для упрощения и увеличения достоверности способа выявления зон химического загрязнения в твердой фазе пробу почвы размещают в сосуде, доводят до воздушно-сухого состояния путем отделения летучих загрязнений газовой экстракцией и их последующего анализа методом капиллярной газожидкостной хроматографии, определяют показатель вредности летучих токсикантов по коэффициенту концентрации загрязнения почвы, который является интегральным показателем ее загрязненности. Подготовленный образец почвы, содержащий высококипящие органические токсиканты и твердые нелетучие загрязнения (смолы, полициклические ароматические углеводороды, ПАВ, лигниновые вещества и др.) смешивают с силанизированным хромосорбом в колонке, переносят подготовленную пробу малолетучих загрязнений в термостат хроматографа, снабженного катарометром, подают газ-носитель, вводят модельную смесь бензола и гексана. После чего измеряют время удерживания бензола относительно гексана при постоянной температуре и определяют относительный объем удерживания при заданной скорости газа-носителя. Для выявления зоны химического загрязнения определяют вредность токсикантов на изучаемой и фоновой территории по отношению объема удерживания в системе бензол-гексан к массе отобранной пробы, так как этот показатель вредности определяет суммарную токсичность в единой шкале межмолекулярных взаимодействий с бензолом.

Способ осуществляется следующим образом:
Пробу питьевой воды подвергают пробоподготовке, для чего ее пропускают через силанизированный хромосорб фракции 0,5-2,0 мм, на поверхности частиц которого находится додецилбензол, или подвергают электролизу в катодном пространстве ячейки электролизера, отделенной от анодного пространства катионообменной мембраной в виде твердого полимерного электролита, пропускают инертный газ или водород из катодного пространства для отделения летучей части загрязнений методом газовой экстракции и анализируют низкокипящие вредные вещества методом капиллярной газожидкостной хроматографии. Устанавливают их суммарную вредность по формуле

После чего включают хроматограф и подают газ-носитель с заданной скоростью в газовые линии хроматографа. Хроматограф снабжен детектором по теплопроводности (катарометром), аналитической колонкой, заполненной сорбентом с пробой малолетучих загрязнений, извлеченных из воды, и термостатом, поддерживающим постоянную температуру 30^oС. Вводят при помощи крана-дозатора или шприцом в зависимости от чувствительности детектора необходимое количество модельной смеси углеводородов гексан – бензол в соотношении 1:1. Определяют время удерживания бензола по отношению к гексану на нанесенной аналитической пробе вредных веществ в воде, измеряя расстояние между пиком гексана и максимумом концентрации бензола. Рассчитывают удерживаемый объем бензола по отношению к гексану (V_N) по формуле

l – расстояние между пиком гексана и максимумом концентрации бензола, мм:
F₀ – объемный расход газа-носителя, см³/с;
v – скорость движения диаграммной ленты, мм/с;
j – поправка на сжимаемость газа-носителя.

Для получения сравнимых результатов определения объемной доли загрязнений (_v) в данной точке исследуемой территории для анализируемой воды производят вычисления по формуле

где V_N – исправленный удерживаемый объем бензола по отношению к гексану, см³;
V_в – объем анализируемой воды, дм³.

Предварительно определяют объем удерживания бензола относительно гексана для модифицированного додецилбензолом сорбента, прошедшего обработку бидистиллированной водой.

Представленная совокупность заявленных признаков обеспечивает решение задачи изобретения: пропускание пробы водной среды через силанизированный хромосорб фракции 0,5-2,0 мм, на поверхности частиц которого находится додецилбензол, позволяет полностью отобрать представительную пробу летучих, малолетучих и нелетучих вредных веществ в виде золей в воде, достоверно отражающую качественный и количественный состав химического загрязнения, так как додецилбензол растворяет неполярные соединения за счет алкильного радикала, полярные вещества – за счет донорно-акцепторного взаимодействия с ароматической матрицей, а золи коагулируют при взаимодействии с силанизированным хромосорбом. Растворение нелетучих и малолетучих соединений в додецилбензоле позволяет полностью извлечь из воды летучую составляющую загрязнений, так как она находится с ними в термодинамическом равновесии, тем самым достигается достоверность выявления зон химического загрязнения. Разделение загрязнений воды на летучую и малолетучую части газовой экстракцией путем пропускания инертного газа со скоростью 0,5-10 мл/мин при температуре 30^oС или водорода, полученного при электролизе анализируемой пробы воды с последующим выявлением летучей составляющей химического загрязнения, позволяет достоверно определить концентрацию отделенной части малолетучих химических соединений в пробе воды в единой шкале межмолекулярных взаимодействий с бензолом. Такая оценка позволяет определить степень загрязнения воды малолетучими и нерастворимыми токсикантами без установления их химического состава путем нагрева малолетучей части в термостате хроматографа и хроматодистилляции, что упрощает способ выявления зон химического загрязнения. Отбор пробы химически загрязненной воды путем пропускания через хроматографическую колонку, заполненную силанизированным хромосорбом с фракцией 0,5-2,0 мм, модифицированного додецилбензолом, позволяет эффективно извлечь как малолетучую, так и летучую составляющую загрязнений. Последующее отделение летучих токсикантов и размещение хроматографической колонки с нелетучей частью в термостате, ввод в хроматографическую систему смеси гексана и бензола, измерение времени удерживания бензола относительно гексана при постоянной температуре позволяют воспроизводимо и с высокой достоверностью определить отношение объема удерживания в системе бензол-гексан к объему отобранной пробы, которое является характеристикой суммарной вредности загрязнений. Такая последовательность операций упрощает выявление зон химического загрязнения вследствие отсутствия необходимости определения качественного и количественного состава токсикантов в пробе, содержание которых может быть значительно ниже гигиенических нормативов или для которых отсутствуют нормативы содержания в среде обитания, и повышает их достоверность, так как относительный объем удерживания в системе гексан-бензол характеризует специфическое межмолекулярное взаимодействие токсикантов с бензолом без влияния неспецифической составляющей, что отражает их вредное действие. Хроматографическая система гексан-бензол позволяет выявить зону химического загрязнения более достоверно по сравнению с прототипом потому, что гексан является практически нетоксичным загрязнением (содержание гексана в воде не нормируется), а бензол обладает высокой токсичностью (санитарно-токсикологический показатель в воде – 0,01 мг/м³).

Таким образом, пропускание водной фазы через колонку с силанизированным хромосорбом (фракции 0,5-2,0 мм), на поверхности частиц которого находится додецилбензол, размещение колонки в термостате хроматографа, отделение летучих загрязнений газовой экстракцией с дальнейшим определением их концентрации и установлением показателя вредности, введение смеси гексана и бензола в хроматографическую колонку, содержащую нелетучую часть загрязнения, измерение относительного времени удерживания бензола при постоянной температуре, определение объема удерживания бензола относительно гексана при заданной скорости газа-носителя позволяет выявить загрязненность малолетучими вредными веществами на изучаемой и фоновой территории по отношению объема удерживания бензола относительно гексана к объему отобранной пробы воды. Отделение летучих загрязнений пропусканием водорода, получаемого электролизом водной пробы в катодном пространстве, существенно упрощает способ, так как отсутствует необходимость использования инертного газа для газовой экстракции.

Способ осуществляют динамическим или статическим отбором пробы в зависимости от содержания взвешенных веществ, при высокой запыленности воздуха предпочтительнее статический отбор пробы. При динамическом отборе пробу атмосферного воздуха в центре ячейки обследуемого района пропускают через двухсекционный поглотительный прибор, предназначенный для улавливания паров и аэрозолей вредных веществ в течение времени, достаточного для отбора необходимого объема среднесуточной концентрации. После прекращения отбора пробы воздуха переносят подготовленную пробу на силанизированном хромосорбе фракцией 0,2-1,0 мм в хроматографическую колонку, пропускают газ-носитель со скоростью 0,5-10 мл/мин при температуре 30^oС до полного удаления низкокипящих токсикантов, о котором судят по прекращению изменения нулевой линии сигнала детектора. Летучие токсиканты анализируют методом капиллярной газожидкостной хроматографии. Проба малолетучих и аэрозольных частиц образуют при этом на поверхности частиц твердого сорбента слой неподвижной фазы.

При статическом отборе в центре ячейки обследуемого района размещают устройство для пассивного отбора пробы атмосферного воздуха в течение суток, которое представляет собой параллелепипед из фольгированного алюминием материала с размерами 50х50х2 мм. Устройство содержит силанизированный хромосорб в количестве, позволяющем полностью покрыть горизонтальную поверхность. Летучие соединения адсорбируются на открытой поверхности пассивного пробоотборника, а вещества в дисперсном состоянии осаждаются вследствие потери кинетической устойчивости и захватывают вследствие соосаждения и адсорбции малолетучие соединения. Затем переносят содержимое пассивного пробоотборника при помощи вибратора в хроматографическую колонку, после чего пропускают газ-носитель со скоростью 0,5-10 мл/мин и температуре 30^oС до полного удаления летучих загрязнений, которые анализируют методом капиллярной жидкостной хроматографии.

Определение объема удерживания бензола относительно гексана на сорбенте, содержащем малолетучую часть загрязнений, осуществляют в соответствии с вышеприведенным алгоритмом по формуле 2. Для получения сравнимых результатов определения объемной доли загрязнений в данной точке исследуемой территории объем пробы воздуха приводят к нормальным условиям и производят вычисления по формуле 3.

Система гексан-бензол позволяет выявить зону химического загрязнения потому, что гексан является практически нетоксичным загрязнением, максимально-разовая предельная концентрация которого для атмосферного воздуха составляет 60 мг/м³, а бензол обладает высокой токсичностью – ПДК в атмосферном воздухе – 1,5 мг/м³. Использование экспериментальной зависимости средней летальной концентрации загрязнения от отношения удерживания бензола к объему отобранной пробы позволяет достоверно оценить степень загрязнения воздуха в исследуемой пробе, так как определяет суммарную токсичность в единой шкале межмолекулярных взаимодействий с бензолом.

Таким образом, представленная совокупность заявленных признаков обеспечивает решение задачи изобретения: пропускание пробы воздуха, содержащей пары летучих и высококипящих химических соединений, а также взвешенные вещества через двухсекционный поглотительный прибор, в нижней части которого находится силанизированный хромосорб фракции 0,2-1,0 мм во взвешенном слое, а в верхней части – гексан в виде пены, позволяет полностью отобрать представительную пробу летучих, малолетучих и взвешенных вредных веществ в виде аэрозолей в воздухе, достоверно отражающую качественный и количественный состав загрязнения, так как пена улавливает вещества в виде аэрозолей, а сорбент во взвешенном состоянии эффективно сорбирует летучие и малолетучие загрязнения. Смешение жидкого поглотителя с твердым сорбентом позволяет без потерь провести отделение летучих загрязнений и растворителя газовой экстракцией с дальнейшим установлением показателя вредности, что значительно упрощает способ. Перенос содержимого поглотительного прибора в колонку, определение объема удерживания бензола по отношению к гексану и показателя вредности обследуемой территории малолетучими веществами по зависимости средней летальной концентрации токсиканта от отношения объема удерживания бензола к гексану к объему отобранной пробы по сравнению с фоновой обеспечивает большую достоверность оценки токсичности загрязненного участка относительно естественного природного фона данного района.

Статический отбор пробы воздуха, содержащей пары летучих и высококипящих химических соединений, а также вещества в дисперсном состоянии в течение суток при помощи размещенного горизонтально устройства для пассивного отбора с открытой поверхностью, содержащего силанизированный хромосорб фракции 0,2-1,0 мм, позволяет существенно упростить способ, так как не требует применения растворителя и последующего его удаления газовой экстракцией. Это также позволяет более достоверно определять содержание летучих загрязнений.

Способ осуществляется следующим образом.

Пробу почвы отбирают в центре ячейки обследуемой территории, высушивают до воздушно-сухого состояния в сосуде, над которым пропускают инертный газ (гелий, аргон), при этом почвенный воздух и летучие вредные вещества из почвенной жидкости анализируют методом капиллярной газожидкостной хроматографии. Затем смешивают аликвотную часть воздушно-сухой пробы почвы с силанизированным хромосорбом в хроматографической колонке и проводят определение объема удерживания бензола относительно гексана, как указано выше. В закрытом опыте проводят термическую минерализацию пробы, смешивают такую же часть с силанизированным хромосорбом и определяют объем удерживания бензола относительно гексана для закрытого опыта В холостом опыте помещают 25 г почвы в колонку длиной 50 см и диаметром 1 см, промывают последовательно смесью очищенных неполярного (гексан) и полярного (ацетонитрил) растворителей в количестве 200 мл. Пробу почвы высушивают пропусканием инертного газа-носителя при комнатной температуре, переносят в хроматографическую колонку и определяют объем удерживания бензола относительно гексана Содержание химических загрязнений в почве рассчитывают по формуле:

где С – концентрация загрязнений в почве, см³/кг;
m_п – масса почвы, отобранной для анализа, кг;
V_N – разность относительных объемов удерживания бензола относительно гексана загрязненной пробы по сравнению с закрытым опытом и холостой пробы по сравнению с закрытым опытом.

Таким образом, в результате извлечения из пробы почвы паров летучих органических соединений путем газовой экстракции инертным газом в процессе сушки и анализа методом капиллярной газовой хроматографии с определением их вредности по сумме отношений концентраций каждого вредного вещества в почве к ПДК можно более просто выявить загрязненность почвы малолетучей частью загрязнений, так как позволяет без изменения массы определять показатель вредности. Последующее смешение малолетучей и нелетучей части химического загрязнения в твердой фазе с силанизированным хромосорбом в хроматографической колонке, размещение колонки в термостате хроматографа, введение смеси гексана и бензола, измерения относительного времени удерживания при постоянной температуре, определения относительного объема удерживания бензола относительно гексана при заданной скорости газа-носителя позволяют достоверно выявить химическую загрязненность вредными веществами на изучаемой и фоновой территории путем определения вредности суммы токсикантов в пробе почвы в единой шкале межмолекулярных взаимодействий с бензолом. Такая оценка позволяет определить степень загрязнения почвы малолетучими и нерастворимыми в деионизованной воде токсикантами без установления их химического состава, что упрощает способ выявления зон химического загрязнения. Отделение летучих токсикантов и размещение хроматографической колонки с нелетучей частью в термостате, ввод в хроматографическую систему смеси гексана и бензола, измерение времени удерживания бензола относительно гексана при постоянной температуре позволяют воспроизводимо и с высокой достоверностью определить отношение объема удерживания в системе бензол-гексан к объему отобранной пробы, которое является характеристикой суммарной токсичности загрязнений. Такая последовательность операций упрощает выявление зон химического загрязнения вследствие отсутствия необходимости определения концентрации индивидуальных токсикантов, содержание которых может быть значительно ниже гигиенических нормативов или для которых отсутствуют нормативы содержания в почве, и повышает их достоверность, так как относительный объем удерживания в системе гексан-бензол характеризует специфическое межмолекулярное взаимодействие токсикантов с бензолом без влияния неспецифической составляющей, так как определяет суммарную токсичность в единой шкале межмолекулярных взаимодействий с бензолом. Хроматографическая система гексан-бензол позволяет более достоверно по сравнению с прототипом выявить зону химического загрязнения потому, что гексан является практически нетоксичным загрязнением (содержание гексана в почве не нормируется), а бензол обладает высокой токсичностью (санитарно-токсикологический показатель в почве – 0,3 мг/кг).

Таким образом, размещение образца почвы в сосуде, отделение летучих загрязнений газовой экстракцией и сушкой с дальнейшим установлением их показателя вредности, смешение пробы почвы с малолетучей частью химического загрязнения с силанизированным хромосорбом, перенос смеси в хроматографическую колонку, введение модельной системы гексана и бензола, измерение относительного времени удерживания бензола при постоянной температуре, определении относительного объема удерживания бензола относительно гексана при заданной скорости газа-носителя и выявлении суммарного показателя вредности токсикантами на изучаемой и фоновой территории по отношению объема удерживания бензола относительно гексана к объему отобранной пробы почвы.

Предложенный способ выявления зон химического загрязнения в газовой, жидкой и твердой фазах среды обитания иллюстрируется следующими примерами:
Пример 1. Пробу атмосферного воздуха отбирают в районе расположения “Завода МПБО” по переработке твердых бытовых отходов в соответствии с Руководством по контролю атмосферы РД 52.04. 189-89 и ГОСТ 17.2.3.01-86 Охрана природы. Атмосфера. Правила контроля качества воздуха населенных пунктов. Загрязненный воздух пропускают через двухсекционный поглотительный прибор, в нижней и верхней секции которого впаяны стеклянные пористые пластинки, размер пор которых позволяет просасывать воздух со скоростью от 2 до 50 дм³/мин. В нижнюю часть поглотительного прибора вносят твердый сорбент типа силанизированного хромосорба фракцией 0,2-1,0 мм. После подачи воздуха верхнюю часть поглотителя заполняют необходимым объемом гексана, который охлаждают через рубашку во избежание существенного уноса растворителя. Время и скорость отбора определяют исходя из заданного объема для определения среднесуточной концентрации загрязнений (1-10 м³ анализируемого воздуха). Затем прекращают подачу воздуха, при этом жидкий поглотитель верхней секции, предназначенный для улавливания паров малолетучих веществ и аэрозолей, смешивается с твердым сорбентом, предназначенным для улавливания паров легколетучих веществ. После чего подготавливают для анализа пробу летучих и малолетучих примесей пропусканием газа-носителя со скоростью 0,5-10 мл/мин при температуре 30-60^oС до полного удаления растворителя и летучих примесей, которые направляют для определения в дозирующее устройство хроматографа с капиллярной колонкой. По результатам их анализа в центре приемки биотермического цеха атмосферный воздух загрязнен метаном (3,2 мг/м³), монооксидом углерода (1,2 мг/м³), аммиаком (0,80 мг/м³), сероводородом (0,075 мг/м³), формальдегидом (910^-3 мг/м³), диоксидом серы (2,70 мг/м³), ацетоном (0,25 мг/м³), алканами (4,5 мг/м³), алкенами (2,8 мг/м³), аренами (0,3 мг/м³), фураном (10^-2 мг/м³), метилмеркаптаном (0,022 мг/м³), диоксидом азота (0,34 мг/м³), масляным альдегидом (0,0020 мг/м³). После удаления летучих соединений малолетучие и диспергируемые органические соединения образуют при этом на поверхности частиц силанизированного хромосорба слой неподвижной жидкой фазы и включают в себя взвешенные вещества, спирты (C₁-C₇), кетоны (С₃-С₆), сложные эфиры (С₄-С₈), жирные и ароматические кислоты, нитропроизводные ароматических углеводородов, индол, фурфурол и другие неидентифицированные соединения. Включают хроматограф ЛХМ-8-МД-5 в соответствии с инструкцией по эксплуатации и подают газ-носитель (гелий) с заданной скоростью от 5 до 40 мл/мин в газовые линии хроматографа, который снабжен детектором по теплопроводности и аналитической колонкой с температурой термостата 30^oС. Вводят при помощи крана-дозатора или шприцом в зависимости от чувствительности катарометра необходимое количество модельной смеси углеводородов гексан-бензол в соотношении 1: 1. На полученной хроматограмме измеряют расстояния между пиком гексана и максимумом концентрации бензола на нанесенной аналитической пробе концентрата полярных малолетучих органических соединений в воздухе с неизвестным их содержанием. После чего определяют объем удерживания бензола относительно гексана по формуле 2.

Объемы удерживания бензола относительно гексана, характеризующие вредность суммарного содержания токсикантов в единой шкале межмолекулярных взаимодействий с бензолом в различных точках обследуемого района представлены на фигуре 1. Приемный бункер биотермического цеха на фигуре обведен жирной линией. Расположение точек отбора проб атмосферного воздуха в районе приемного бункера биотермического цеха с размерами ячейки 100×50 м.

Для установления динамики изменения зон химического загрязнения полученные среднемесячные объемы удерживания бензола относительно гексана в атмосферном воздухе в месте наблюдения приемного бункера биотермического цеха по 8 румбам и в штиль нанесены на розе загрязненности на фигуре 2. Среднемесячная роза загрязненности атмосферного воздуха у приемного бункера биотермического цеха отражает распределение загрязнений в пространстве и во времени (1 – среднемесячный объем удерживания бензола по румбам, 2 – в штиль). Экспериментальная зависимость между средней летальной концентрацией токсиканта и отношением объема удерживания бензола к объему отобранной пробы выражена уравнением:
CL₅₀=6607,8-6189,4_v,
где CL₅₀ – средняя летальная концентрация, мг/м³;
_v– объемная доля загрязнения в воздухе, см³/м³.

Подставляя максимальное значение нелетучей части загрязнения, выраженное объемом удерживания бензола относительно гексана, характеризующее суммарное содержание токсикантов в единой шкале вредности (9,13 мл при объеме пробы 14,4 м³), получаем среднюю летальную концентрацию в данной точке, равную 2684 мг/м³. Используя зависимость между среднесуточной концентрацией токсиканта в атмосферном воздухе и средней летальной концентрацией, выраженной зависимостью lg ПДК_с.с=-3,16+1,72 lg CL₅₀, получим значение суммарной концентрации токсикантов в единой шкале межмолекулярных взаимодействий с бензолом, равное 546 мг/м³. Таким образом, среднесуточная концентрация нелетучих загрязнений в центре приемного бункера биотермического цеха превышает предельно допустимую концентрацию по бензолу (0,1 мг/м³) в 5460 раз, а на границе обследуемого района в 101 раз.

Таким образом, представленная совокупность заявленных признаков обеспечивает решение задачи изобретения: пропускание пробы воздуха, содержащей пары летучих и высококипящих химических соединений, а также взвешенные вещества через двухсекционный поглотительный прибор, в нижней части которого находится силанизированный хромосорб фракции 0,2-1,0 мм во взвешенном слое, а в верхней части – гексан в виде пены позволяет полностью отобрать представительную пробу летучих, малолетучих и взвешенных загрязнений в виде аэрозолей в воздухе, достоверно отражающую их качественный и количественный состав, так как пена позволяет улавливать аэрозоли, а сорбент во взвешенном состоянии эффективно сорбирует летучие и малолетучие загрязнения. Смешение жидкого поглотителя с твердым сорбентом позволяет без потерь провести отделение летучих загрязнений и растворителя газовой экстракцией с дальнейшим установлением показателя загрязненности, что значительно упрощает способ. Перенос содержимого поглотительного прибора в колонку, определение объема удерживания бензола по отношению к гексану и показателя вредности обследуемой территории малолетучими веществами по зависимости средней летальной концентрации токсиканта от отношения объема удерживания бензола к гексану к объему отобранной пробы по сравнению с фоновой обеспечивает большую достоверность оценки токсичности загрязненного участка относительно естественного природного фона данного района.

Пример 2. В центре ячейки обследуемого района осадконакопителя завода “КПК” размещают устройство для пассивного отбора пробы атмосферного воздуха согласно СанПиН 2.1.6.575-96 “Гигиенические требования к охране атмосферного воздуха населенных мест”. Отбор пробы загрязненного воздуха в выбранных точках осуществляется в течение суток. Устройство для пассивного отбора представляет собой параллелепипед из фольгированного алюминием материала с размерами 50502 мм, в котором размещают 5 см³ силанизированного хромосорба. Летучие соединения адсорбируются на открытой поверхности пассивного пробоотборника, а вещества в дисперсном состоянии осаждаются вследствие потери кинетической устойчивости. Затем переносят содержимое пассивного пробоотборника при помощи вибратора в хроматографическую колонку, после чего пропускают газ-носитель со скоростью 0,5-10 мл/мин при температуре 30-60^oС до полного удаления летучих загрязнений, которые анализируют методом капиллярной хроматографии. По результатам их анализа в центре ячейки обследуемого района осадконакопителя завода “КПК” атмосферный воздух загрязнен метаном (3,6 мг/м³), монооксидом углерода (2,7 мг/м³), аммиаком (0,60 мг/м³), сероводородом (0,010 мг/м³), формальдегидом (0,024 мг/м³), диоксидом серы (1,20 мг/м³), ацетоном (0,55 мг/м³), алканами (8,3 мг/м³), алкенами (5,4 мг/м³), аренами (1,6 мг/м³), фураном (0,12 мг/м³), метилмеркаптаном (0,006 мг/м³), диоксидом азота (0,17 мг/м³), масляным альдегидом (0,0040 мг/м³). После удаления летучих соединений малолетучие и диспергируемые органические загрязнения образуют при этом на поверхности частиц силанизированного хромосорба слой неподвижной жидкой фазы и включают в себя взвешенные вещества, спирты (С₁-С₇), кетоны (С₃-С₆), сложные эфиры (С₄-C₈), жирные и ароматические кислоты, нитропроизводные ароматических углеводородов, алкильные производные фенола, цианосоединения, окси- и кетокислоты, индол, фурфурол и другие неидентифицируемые соединения. Включают хроматограф ЛХМ-8-МД-5 в соответствии с инструкцией по эксплуатации и подают газ-носитель (гелий) с заданной скоростью от 5 до 40 мл/мин в газовые линии хроматографа, который снабжен детектором по теплопроводности (катарометр) и аналитической колонкой с температурой термостата 30^oС. Вводят при помощи крана-дозатора или шприцом в зависимости от чувствительности катарометра необходимое количество модельной смеси углеводородов гексан-бензол в соотношении 1:1. На полученной хроматограмме измеряют расстояния между пиком гексана и максимумом концентрации бензола на нанесенной аналитической пробе. После чего определяют объем удерживания бензола относительно гексана по формуле 1. Концентрацию загрязнений в атмосферном воздухе вычисляют по формуле 5.

где V – скорость поглощения малолетучих органических загрязнений пассивным пробоотборником при скорости ветра более 0,2 м/с, м³/ч;
t – время экспозиции устройства для пассивного пробоотбора, ч;
d – степень десорбции летучих соединений.

Результаты определения смеси малолетучих соединений в атмосферном воздухе, загрязненном выбросами из осадконакопителя представлены на фигуре 3. Размер ячейки 10050 м. Экспериментальная зависимость между средней летальной концентрацией токсиканта и отношением объема удерживания бензола к объему отобранной пробы выражена уравнением, приведенным в примере 1.

Подставляя максимальное значение нелетучей части загрязнения, выраженное объемом удерживания бензола относительно гексана и характеризующее суммарное содержание токсикантов в единой шкале вредности (0,49 мл при объеме пробы 300 дм³), получаем среднюю летальную концентрацию в данной точке, равную 1551 мг/м³. Используя зависимость между среднесуточной концентрацией токсиканта в атмосферном воздухе и средней летальной концентрацией, выраженной зависимостью lg ПДК_с.с=-3,16+1,72 lg CL₅₀, получим значение показателя вредности суммарной концентрации токсикантов в единой шкале межмолекулярных взаимодействий с бензолом, равное 212 мг/м³. Таким образом, среднесуточная концентрация нелетучих загрязнений в центре района осадконакопителя превышает предельно допустимую концентрацию по бензолу (0,1 мг/м³) в 2120 раз, а на границе обследуемого района в 13 раз.

Таким образом, статический отбор пробы воздуха, содержащей пары летучих и высококипящих химических соединений, а также вещества в дисперсном состоянии в течение суток при помощи размещенного горизонтально устройства для пассивного отбора с открытой поверхностью, содержащего силанизированный хромосорб фракции 0,2-1,0 мм, позволяет существенно упростить способ, так как не требует применения растворителя и последующего его удаления газовой экстракцией. Это также позволяет более достоверно определять содержание летучих загрязнений и показателя вредности малолетучей части.

Пример 3. Пробы сточных вод отбирают в соответствии с ГОСТ 17.1.3.07-82. Охрана природы. Гидросфера. Правила контроля качества водоемов и водотоков, МУ 2.1.5-720-98 и ГОСТ Р 51592-2000 “Вода. Общие требования к отбору проб” в точках выпуска сточных вод, в створе пунктов контроля, в том числе у берега, у стрежня и на определенных расстояниях по фарватеру течения от места выпуска до места водозабора. При отборе проб воды с поверхности используют широкий металлический лоток, при отборе проб с определенной глубины – батометр, а для отбора проб донных отложений водных объектов – дночерпатели, стратиметры и трубки. Объем пробы соответствовал ГОСТ 17.1.5.01-80. Охрана природы. Гидросфера. Общие требования к отбору проб донных отложений водных объектов для анализа на загрязненность и ГОСТ 17.1.5.04-81 Приборы и устройства для отбора, первичной обработки и хранения проб природных вод.

Общие технические условия
Пробы загрязненной сточной воды завода слоистых пластиков с производством ДСП на основе фенолформальдегидных и меламинформальдегидных смол пропускали через хроматографическую колонку длиной 100-120 см, диаметром 3 мм, заполненную силанизированным хромосорбом, зернистостью от 0,5 до 2,0 мм, на поверхность которого наносится неподвижная жидкая фаза с низкой растворимостью в воде и незначительной летучестью – додецилбензол. Время и скорость пропускания выбирают в зависимости от объема анализируемой воды и гидравлического сопротивления колонки и скорость потока воды через сорбент составляла до 2,0 мл/мин. Затем размещают хроматографическую колонку в термостат хроматографа, после чего отделяют сконцентрированные летучие примеси путем пропускания газа-носителя со скоростью 0,5-10 мл/мин при температуре 30^oС до их полного удаления, о котором судят по прекращению изменения нулевой линии сигнала детектора по теплопроводности. Сконцентрированные летучие вещества (углеводороды, хлорорганические соединения и др.) анализируют методом капиллярной газовой хроматографии. По результатам их анализа в сточной воде завода слоистых пластиков с производством ДСП на основе фенолформальдегидных и меламинформальдегидных смол в первом разрезе обнаружен метан (1,5 мг/дм³), метанол (15,6 мг/дм³), ацетон (0,02 мг/дм³), хлороформ (0,012 мг/дм³), четыреххлористый углерод (0,0007 мг/дм³), бромдихлорметан (0,001 мг/дм³), дибромхлорметан (0,7 мг/дм³), тетрахлорэтилен (0,006 мг/дм³), ионов аммония (1574 мг/дм³), сероводород (0,031 мг/дм³), формальдегид (0,16 мг/дм³), муравьиная кислота (4,21 мг/дм³), ацетон (0,08 мг/дм³), насыщенные углеводороды С₂-С₆ (25 мг/дм³), алкены (1,4 мг/дм³), арены (0,15 мг/дм³). Анализируемые средне- и малолетучие вещества после удаления летучих соединений включают в себя фенол и его метилольные производные, олигомеры фенолформальдегидной смолы, меламин и его метилольные производные, олигомеры (меламинформальдегидной смолы), бутанол, моно-, ди- и трибутилпроизводные фосфорной кислоты и другие неидентифицированные соединения, которые растворяются при этом на поверхности частиц силанизированного хромосорба в слое неподвижной жидкой фазы. Включают хроматограф ЛХМ-8-МД-5 и подают газ-носитель (гелий) с заданной скоростью от 5 до 40 мл/мин в газовые линии хроматографа, который снабжен детектором по теплопроводности и аналитической колонкой с температурой термостата 30^oС. Вводят при помощи крана-дозатора или шприцом в зависимости от чувствительности катарометра необходимое количество модельной смеси углеводородов гексан-бензол в соотношении 1:1. На полученной хроматограмме измеряют расстояния между пиком гексана и максимумом концентрации бензола на нанесенной аналитической пробе концентрата малолетучих органических соединений в воде. После чего определяют объем удерживания бензола относительно гексана по формуле 1. Аналогично определяют объем удерживания бензола относительно гексана для дистиллированной воды или воды водного объекта выше места выпуска сточных вод, которая рассматривается как фоновая.

Для определения объемной доли нелетучей составляющей загрязнений в сточной воде производят вычисления по формуле:

где V_N – разность объемов удерживания бензола относительно гексана анализируемой и холостой (фоновой) пробы, см³;
V_св – объем анализируемой воды, дм³,
_вс – объемная доля загрязнений в водной среде.

Расположение точек отбора проб воды реки от места выпуска сточных вод завода слоистых пластиков с производством ДСП на основе фенолформальдегидных и меламинформальдегидных смол по течению и значения объемов удерживания бензола относительно гексана представлено на фигуре 4. Расположение точек отбора проб воды от места выпуска сточных вод на расстоянии до первого из группы нижележащих источников загрязнения (0,5 км от места сброса сточных вод) в местах не менее чем 80% смешения сточных вод с водами реки. Высота ячеек на фигуре 4 составляет 50 м.

Таким образом, пропускание водной фазы через колонку с силанизированным хромосорбом (фракции 0,5-2,0 мм), на поверхности частиц которого находится додецилбензол, размещение колонки в термостате хроматографа, отделение летучих загрязнений газовой экстракцией с дальнейшим установлением показателя их вредности, введение смеси гексана и бензола в хроматографическую колонку, содержащую нелетучую часть загрязнения, измерение относительного времени удерживания бензола при постоянной температуре, определение объема удерживания бензола относительно гексана при заданной скорости газа-носителя, позволяет выявить загрязненность малолетучими вредными веществами на изучаемой и фоновой территории по отношению объема удерживания бензола относительно гексана к объему отобранной пробы воды, который является показателем вредности.

Пример 4. Количество вертикалей в створе на водотоке определяли с учетом условий смешения сточных вод с водой водотока по поперечному сечению водоема. Пробы загрязненной сточной воды отбирают аналогично примеру 3. Загрязненную воду или донные отложения помещают в катодное пространство электролизера постоянного тока для получения газов. Электролизер представляет из себя ячейку, разделенную катионообменной мембраной, выполняющей роль твердого полимерного электролита. Ячейка снабжена двумя электродами с нанесенными чернями иридия (катод) и платины (анод). В процессе электролиза генерируемый водород экстрагирует летучие загрязнения и переносит в устройство для проточной твердофазной экстракции. Катодное пространство соединяют с устройством для проточной твердофазной экстракции, которая представляет собой хроматографическую колонку длиной 100-120 см, диаметром 3 мм, заполненную силанизированным хромосорбом зернистостью 0,2-0,5 мм, на поверхность которого наносится неподвижная жидкая фаза с незначительной летучестью – додецилбензол.

Пропускают через проточную твердофазную хроматографическую систему водород, содержащий вещества различной летучести из одной водной или донной пробы, в течение времени и со скоростью, необходимой для десорбции и анализа летучих загрязнений. По результатам их анализа в сточной воде завода по производству фенол- или меламинформальдегидных смол обнаружен метан (3,2 мг/дм³), метанол (32 мг/дм³), ацетон (0,014 мг/дм³), хлороформ (0,09 мг/дм³), четыреххлористый углерод (0,0003 мг/дм³), бромдихлорметан (0,001 мг/дм³), дибромхлорметан (0,018 мг/дм³), тетрахлорэтилен (0,003 мг/дм³), ионы аммония (3200 мг/дм³), сероводород (0,075 мг/дм³), формальдегид (0,4 мг/дм³), муравьиная кислота (10,5 мг/дм³), ацетон (0,25 мг/дм³), насыщенные углеводороды С₂-С₆ (54 мг/дм³), алкены (2,8 мг/дм³), арены (0,3 мг/дм³).

Нелетучие загрязнения в результате электролиза практически полностью остаются в катодном пространстве, поэтому переносят его содержимое при помощи пипетки или пропусканием концентрата пробы через слой твердого носителя в твердофазной хроматографической системе при помощи вакуума водоструйного насоса, после чего высушивают пробу пропусканием газа-носителя со скоростью 0,5-10 мл/мин и температуре 30-60^oС. Анализируемые средне- и малолетучие вещества после удаления летучих соединений включают в себя фенол и его метилольные производные, олигомеры фенолформальдегидной смолы, меламин и его метилольные производные, олигомеры (меламинформальдегидной смолы), бутанол, моно-, ди- и трибутилпроизводные фосфорной кислоты и другие неидентифицированные соединения, которые растворяются при этом на поверхности частиц силанизированного хромосорба в слое неподвижной жидкой фазы. Вводят при помощи крана-дозатора или шприцом в зависимости от чувствительности катарометра необходимое количество модельной смеси углеводородов гексан-бензол в соотношении 1:1. Определяют объем удерживания бензола относительно гексана аналогично примеру 3. В холостом опыте определяют объем удерживания бензола относительно гексана для объема дистиллированной воды, равного объему отобранной пробы и определяют объемную долю загрязнений в водной среде по формуле 6. Результаты приведены на фигуре 5. Расположение вертикалей, на которых производилось измерение загрязненности профиля створа путем отбора точечных проб по ГОСТ 15.895-77. Высота ячеек на фигуре 5 составляла 0,5 м, а длина ячейки – 3 м.

Таким образом, отделение летучих загрязнений пропусканием водорода, получаемого электролизом водной пробы в катодном пространстве, существенно упрощает способ, так как в качестве инертного газа используется водород.

Пример 5. Пробы почв для экологических исследований отбирают в соответствии с ГОСТ 17.4.4.02-84 Охрана природы. Почвы. Методы отбора и пробоподготовки проб для химического, бактериологического и гельминтологического анализа и ГОСТ 17.4.01-83 Охрана природы. Почвы. Общие требования к отбору проб, а для гигиенических исследований – согласно МУ 2.1.7.730-99 Почва. Очистка населенных мест. Бытовые и промышленные отходы. Санитарная охрана почвы и паспорта почвы, содержащего фиксированный набор данных о пробе. Почва принадлежит к району Бореального пояса, подзолистого типа среднего суглинка с содержанием частиц менее 0,01 мм – 40%, более 0,01 мм – 60%, максимальная гигроскопичность составляла 4,7%.

Для отбора пробы в санитарно-гигиенических исследованиях разбивают территорию вблизи завода “Пластполимер” Охтинское отделение на выбранной площадке на конверты и с помощью лопаты, почвенного ножа или бура вынимают 5 проб, из которых составляют усредненную пробу, направляемую на анализ. При локальном загрязнении почв от известного источника загрязнения, в качестве которого был выбран цех по производству эпоксидных смол, для определения его влияния на почву в экологических исследованиях применяли систему концентрических окружностей, при которой отбирали пробы по 8-ми направлениям на определенных расстояниях от источника загрязнения (0,25; 0,5; 1,0; 2,0; 3,0; 4,0; 5,0 км), а по преобладающему направлению розы ветров дальность отбора проб увеличивают до 10, 20 и 30 км.

Из усредненной пробы отбирают 100 г почвы, доводят до постоянной массы по ГОСТ 51-80-75, при котором образец почвы размещают в сосуде, над которым пропускают инертный газ (гелий, аргон), в процессе удаления почвенных газов и паров воды почвенной жидкости проводят хроматографический анализ летучих загрязнений методом парофазного анализа. По результатам их анализа в центре ячейки обследуемого района загрязнен метаном (24,6 мг/кг), диоксидом углерода (272,0 мг/кг), аммиаком (0,35 мг/кг), сероводородом (0,18 мг/кг), фенол (0,12 мг/кг), алканами (42,7 мг/кг), аренами (7,3 мг/кг), фураном (0,012 мг/кг), эпихлоргидрином (0,0040 мг/кг). Смешивают аликвотную часть высушенной пробы с силанизированным хромосорбом и проводят определение объема удерживания бензола относительно гексана, как указано в примере 1. В закрытом опыте проводят термическую минерализацию пробы, смешивают такую же часть с силанизированным хромосорбом и определяют объем удерживания бензола относительно гексана. В холостом опыте помещают 25 г почвы в колонку длиной 50 см и диаметром 1 см, промывают последовательно смесью очищенных неполярного (гексан) и полярного (ацетонитрил) растворителей в количестве 200 мл. Пробу почвы высушивают пропусканием инертного газа-носителя при комнатной температуре, переносят в хроматографическую колонку и определяют объем удерживания бензола относительно гексана. Содержание нелетучей части химических загрязнений в почве рассчитывают по формуле 7:

где С – концентрация загрязнений в почве;
m_п – масса почвы, отобранной для анализа, кг;
V_N – разность относительных объемов удерживания бензола относительно гексана загрязненной пробы по сравнению с закрытым опытом и холостой пробы по сравнению с закрытым опытом.

Оценка уровня загрязнения почв проводили по коэффициенту концентрирования загрязнений (Кс), который определяли по формуле 8:

где С – экспериментальная концентрация загрязнений в почве, см³/кг;
С_ф – фоновая концентрация загрязнений в почве, см³/кг.

Анализ распределения коэффициентов концентрирования, получаемых в результате апробирования почв по регулярной сети, дает пространственную структуру загрязнения изучаемой территории, которая представлена на фигуре 6. Распределение коэффициентов концентрирования на территории санитарно-защитной зоны завода “Пластполимер” Охтинское отделение. Центральный участок включает площадь завода. Расположение ячеек для санитарно-гигиенических исследований по вертикали и горизонтали соответствуют направлениям частей света. Размер ячейки составляет 250 м. Фоновый уровень загрязнения данного типа почв составляет 0,1 см³/кг. Роза загрязненности представлена на фиг.7.

Результаты локального загрязнения почв в экологических исследованиях цеха по производству эпоксидных смол по 8-ми направлениям на определенных расстояниях от источника загрязнения. Размер ячейки составляет 15 км.

Таким образом, размещение образца почвы в сосуде, отделение летучих загрязнений газовой экстракцией и сушкой с дальнейшим установлением показателя их вредности, смешение пробы почвы с малолетучей частью химического загрязнения с силанизированным хромосорбом, перенос смеси в хроматографическую колонку, введение модельной системы гексана и бензола, измерение относительного времени удерживания бензола при постоянной температуре, определение относительного объема удерживания бензола относительно гексана при заданной скорости газа-носителя и выявление загрязненности вредными веществами на изучаемой и фоновой территории по отношению объема удерживания бензола относительно гексана к объему отобранной пробы почвы, которая является показателем вредности суммарного показателя токсикантов в единой шкале межмолекулярных взаимодействий с бензолом.

Предлагаемый способ выявления зон химического загрязнения в жидкой, газообразной и твердой фазах среды обитания позволяет более просто и достоверно определить границы вредного действия суммы токсикантов, которые распространяются от источника загрязнения.

Положительный эффект от предложенного способа выявления зон химического загрязнения среды обитания заключается в упрощении определения показателя вредности водной, газообразной и твердой фаз, так как в оставшейся после удаления летучей составляющей части химического загрязнения определяют вредность суммы малолетучих токсикантов в единой шкале межмолекулярных взаимодействий с бензолом. При этом возрастает достоверность выявления малолетучих химических загрязнений и частиц дисперсных фаз в водной, газообразной среде вследствие отсутствия дискриминации состава пробы, связанной с разложением низколетучих органических веществ в испарителе хроматографа, определением показателя суммарной вредности нелетучей части химических загрязнений по отношению объема удерживания бензола относительно гексана к объему или массе пробы в единой шкале межмолекулярных взаимодействий с бензолом. Способ может найти широкое применение при экологической паспортизации промышленных предприятий.

Формула изобретения

1. Способ выявления зон химического загрязнения в жидкой фазе среды обитания, включающий отбор проб на обследуемой территории, подготовку проб, разделение загрязнений на летучую и малолетучую части, определение показателя вредности, выявление загрязненности путем сравнения показателя вредности обследуемой территории с фоновой, отличающийся тем, что пропускают пробу водной среды через колонку с силанизированным хромосорбом фракции 0,5-2,0 мм, на поверхности частиц которого находится додецилбензол, размещают колонку в термостате хроматографа, отделяют летучие загрязнения в водной среде газовой экстракцией с дальнейшим установлением их показателя вредности, вводят смесь гексана и бензола, измеряют относительное время удерживания бензола к гексану при постоянной температуре, определяют относительный объем удерживания бензола к гексану при заданной скорости газа-носителя и выявляют загрязненность малолетучими вредными веществами на изучаемой и фоновой территориях по отношению объема удерживания бензола относительно гексана к объему отобранной пробы воды.

2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что отделяют летучие загрязнения пропусканием водорода, получаемого электролизом водной пробы в катодном пространстве.

3. Способ выявления зон химического загрязнения в газообразной фазе среды обитания, включающий отбор проб на обследуемой территории, подготовку проб, разделение загрязнений на летучую и малолетучую части, их хроматографический анализ, выявление загрязненности, отличающийся тем, что пропускают пробу воздуха, содержащую пары летучих и высококипящих химических соединений, а также взвешенные вещества, через двухсекционный поглотительный прибор, в нижней части которого находится силанизированный хромосорб фракции 0,2-1,0 мм во взвешенном слое, а в верхней части – гексан в виде пены, смешивают жидкий поглотитель с твердым сорбентом, отделяют летучие загрязнения и растворитель газовой экстракцией с дальнейшим установлением их показателя вредности, переносят содержимое поглотительного прибора в колонку, определяют показатель вредности по отношению объема удерживания бензола относительно гексана к объему отобранной пробы по сравнению с фоновой и выявляют загрязненность обследуемой территории малолетучими веществами путем сравнения токсичности газообразной фазы среды обитания с гигиеническим нормативом.

4. Способ по п.3, отличающийся тем, что отбирают пробу воздуха, содержащую пары летучих и высококипящих химических соединений, в течение суток при помощи размещенного горизонтально устройства для пассивного отбора с открытой поверхностью, содержащего силанизированный хромосорб фракции 0,2-1,0 мм.

5. Способ выявления зон химического загрязнения в твердой фазе среды обитания, включающий отбор проб на обследуемой территории, подготовку проб, разделение загрязнений на летучую и малолетучую части, определение показателя вредности, выявление загрязненности путем сравнения показателя вредности обследуемой территории с фоновой, отличающийся тем, что образец почвы размещают в сосуде, отделяют летучие загрязнения газовой экстракцией с дальнейшим установлением их показателя вредности, смешивают пробу малолетучей и нелетучей частей химического загрязнения в почве с силанизированным хромосорбом, переносят в хроматографическую колонку, вводят смесь гексана и бензола, измеряют относительное время удерживания бензола к гексану при постоянной температуре, определяют относительный объем удерживания бензола к гексану при заданной скорости газа-носителя и выявляют загрязненность вредными веществами на изучаемой и фоновой территориях по отношению объема удерживания бензола относительно гексана к объему отобранной пробы почвы.

РИСУНКИ

MM4A Досрочное прекращение действия патента Российской Федерации на изобретение из-за неуплаты в установленный срок пошлины за поддержание патента в силе

Дата прекращения действия патента: 25.10.2003

Извещение опубликовано: 20.04.2006 БИ: 11/2006