ОПРЕДЕЛЕНИЕ В ВОЗДУХЕ СОЕДИНЕНИЙ АЗОТА

(NH₃, NO₂ И ДРУГИЕ ОКСИДЫ, N₂H₄)

 

       Международный стандарт ИСО 6768 рекомендует спектрофотометрический метод определения массового содержания диоксида азота в окружающем воздухе. Метод применим при определении содержания диоксида азота в диапазоне содержания от 0, 010 до 20 мг/м³.

       Сущность метода заключается в поглощении диоксида азота раствором азокрасителя (реактив Грисса) в присутствии KI:

2KI + 2NO₂ = I₂ + 2KNO₂

       Избыток иода восстанавливают сульфитом натрия, а нитриты определяют спектрофотометрически с реактивом Грисса. Реактив содержит смесь сульфаниловой кислоты и нафтиламина:

азокраситель красного цвета

 

       Международный стандарт ИСО 7996 устанавливает хемилюминесцентный метод определения массового содержания оксидов азота в окружающем воздухе с использованием хемилюминесцентного анализатора. Метод применим при содержании NO до 12, 5 мг/м³ и NO₂ при содержании до 19 мг/м³. Сущность метода заключается в определении оксида азота (диоксид азота перед определением восстанавливается в оксид азота) при хемилюминесценции пробы после ее обработки озоном:

NO + O₃ = NO₂* + O₂

NO₂* → NO₂ + hυ

       Интенсивность выделяемого света пропорциональна концентрации оксида азота в пробе воздуха. Преобразователь, в котором диоксид при 400º С превращается в оксид согласно реакции NO₂ → NO + О₂, представляет собой печь, изготовленную из нержавеющей стали. Озон получают с помощью специального генератора (УФ лампа или

электрический разряд). Для калибровки анализатора используют калибровочные газовые смеси с точно известными концентрациями диоксида азота.

       Автоматизированные методы определения оксидов азота в отработанных газах стационарных установок по сжиганию ископаемого топлива предусмотрены в международном стандарте ИСО 10849. Хемилюминесцентный анализатор с реакционной камерой обеспечивает измерение концентрации NO в диапазоне 10-20000 мг/м³. Влияние на результаты этого анализатора может оказать СО₂ и присутствие паров воды. Применяется также анализатор, работающий на принципе инфракрасной нерассеивающей спектроскопии, настроенный на NO. Минимально возможный уровень измерений концентрации NO составляет 0-200 мг/м³. Метод нерассеивающей ультрафиолетовой спектроскопии позволяет измерять концентрации NO в диапазоне. 0-200 мг/м³.

       Международный стандарт ИСО 8761 устанавливает метод определения массовой концентрации диоксида азота, присутствующего в воздухе рабочих мест, непосредственным измерением с помощью индикаторных трубок. Этим методом можно определить NO₂ в диапазоне концентраций от 1 до 50 мг/м³. Метод заключается в образовании цветной реакции при прохождении NO₂ через индикаторную трубку с реагентом на твердом носителе. В качестве реагентов могут использоваться дифенилбензидин, N-(1-нафтил)-этилендиаминдихлорид, о-толуидин.

       Например:

       Твердыми носителями обычно являются силикагель, оксид алюминия, фосфор, стекло, хроматографические твердые фазы – динохром, силохром, полихром и др. Анализируемый воздух аспирируют через индикаторные трубки с помощью аспираторов или поршневых насосов. Определение вредных веществ в воздухе с применением трубок основано на линейно-колористическом принципе, отражающем зависимость длины окрашенного слоя от концентрации вещества.

       Международный стандарт определения аммиака в воздухе основан на спектрофотометрическом индофенольном методе. Метод предназначен для определения в воздухе разовых и среднесуточных концентраций аммиака в диапазоне от 0, 1 до 1 мг/м³.Сущность индофенольного метода заключается во взаимодействии аммиака с гипозлоритов и фенолом в присутствии катализатора – нитропруссида натрия Na₂[Fe(NO)(CN)₅]. Взаимодействие протекает в несколько стадий

NH₃ + NaClO =NH₂Cl + NaOH

       Монохлорамин неустойчив и с фенолом дает п-аминофенол:

       Он хлорируется гипохлоритом с получением бензохинонхлорамина с последующим образованием индофеноловой сини:

       Еще один способ определения содержания аммиака в воздухе – фотометрический с реактивом Несслера. Воздух прокачивают через поглотительную склянку с раствором серной кислоты. При добавлении реактива Несслера (K₂HgI₄ в KOH) раствор окрашивается в желтый цвет:

ОПРЕДЕЛЕНИЕ O3

       Мониторинг содержания озона в воздухе необходим как в приземном слое воздуха, так и в стратосфере. Причем, если вблизи земли в окружающем воздухе содержание озона должно быть как можно меньше, то в стратосфере на высоте примерно 24 км уменьшение содержания озона в так называемом озоновом слое (истощение) относится к трем важнейшим проблемам загрязнения атмосферы наряду с накоплением парниковых газов и формированием кислотных дождей под воздействием выбросов оксидов серы.

       Международный стандарт ИСО 10313 регламентирует хемилюминесцентный метод определения массовой концентрации озона в окружающем воздухе в диапазоне от 2 мг/м³ (0, 001 ppm) до 10 мг/м³ (5 ppm). Сущность метода заключается в определении озона при хемилюминесценции пробы при ее обработке этиленом. Интенсивность выделяемого при реакции света (λ = 253, 7 нм) пропорциональна концентрации озона в пробе воздуха:

       Современные дистанционные методы определения озона в верхних слоях атмосферы основаны на принципах молекулярного абсорбционного анализа: O₃ поглощает солнечный свет при 303-315 нм, NO₂ – при 437-443 нм, пары H₂O и CO₂ поглощают в ИК области при 4879-4910 см–1. При спектральном разрешении 0, 7 нм записывается спектр в интервале 303-315 нм, имеющий квазилинейчатую структуру. Общее содержание О₃ определяется многоволновым методом по результатам измерения

поглощения атмосферой солнечного излучения на 6 длинах волн 303, 3; 305, 2; 308, 6; 311, 0; 313, 8; 315 нм, совпадающих с максимумами квазилинейчатой структуры. При этом учитывается молекулярное рассеяние и аэрозольное ослабление, которое считается постоянным в узком рабочем спектральном интервале. Рассеянное излучение поглощается светофильтром из кобальтового стекла и кристаллом сульфата никеля. Наземные станции мониторинга озона оснащаются спектрофотометрами Брюэра или Добсона. Спектрофотометр Добсона, хранящийся в Главной геофизической обсерватории им. А.И. Воейкова, является национальным эталоном России.

       При оптическом наблюдении в верхних слоях атмосферы почти полностью исчезает основное ограничение наземного метода – аэрозольное поглощение. Поэтому озонометры поднимают на большую высоту на шарах-зондах, запускают на метеорологических ракетах и устанавливают на спутниках.

       Предложен метод наземного дистанционного зондирования озона на миллиметровых радиоволнах (Соломонов С.В., Розанов С.Б., Отделение оптики ФИАН, Россия). Наземное дистанционное зондирование на миллиметровых волнах незаменимо для контроля состояния озонового слоя на высотах от 15 до 75 км и для обнаружения изменений, происходящих под влиянием как динамических, так и химических воздействий, а также для исследования процессов в озонном слое при смене дня и ночи. Этот метод имеет существенные преимущества перед наземными оптическими (УФ-спектрометры и лидары) и контактными (с шаров-зондов, ракет и самолетов) методами. Миллиметровые волны, по сравнению с ИК-, видимым и УФ-излучением, относительно слабо поглощаются в облаках и аэрозолях, поэтому в мм-диапазоне озон можно контролировать круглосуточно и при различных метеоусловиях. Предлагаемый метод предусматривает регистрацию с поверхности Земли собственного теплового излучения озона на частотах одной из вращательных спектральных линий его молекул. Наиболее удобны для измерения лини с центральными частотами 110, 836 и 142, 175 ГГц (длины

волн 2, 7 и 2, 1 мм). Эти оптически тонкие линии расположены в окнах прозрачности атмосферы между сильными линиями поглощения кислорода и водяного пара. Говоря о дистанционных методах анализа атмосферного воздуха, следует отметить развивающуюся в настоящее время лазерную спектроскопию. Имеются в виду оптические системы с лучом, проходящим через воздух на расстоянии до нескольких сотен метров (лидары). При зондировании атмосферы лучом лазера аналитический сигнал формируется благодаря избирательному поглощению света теми или иными молекулами. Лидары могут быть размещены на борту самолета. С их помощью можно отыскивать источник выброса того или иного токсиканта, изучать динамику его превращения. Этот подход уже использован для контроля содержания SO₂, NO₂, CO, O₃. Для определения сероводорода был применен прибор «Safeye-424», основанный на дифференциальной оптической абсорбционной спектроскопии в УФ области. Использование луча общей длиной от 30 до 100 м дает весьма низкий предел обнаружения. Однако практическая реализация таких методов встречает ряд трудностей: помехи из-за рассеяния света в результате действия атмосферных факторов, присутствия «неожидаемых веществ»; кроме того, устройства нередко оказываются довольно сложными и дорогими. Точность результатов оказывается невысокой из-за проблемы градуировки приборов.

 

⇐ Предыдущая22232425262728293031Следующая ⇒

Поделиться: