Казанский (Приволжский) федеральный университет
Набережночелнинский институт
Г.В.Маврин,
Д.А.Харлямов,
Д.Д.Фазуллин,
И.А.Насыров,
А.И.Мансурова,
Р.Р.Зиннатов
МЕТОДЫ КХА
В ЭКОЛОГИЧЕСКОМ МОНИТОРИНГЕ
Учебное пособие
Набережные Челны
2015
УДК 504.064.36:574
Г.В.Маврин, Д.А.Харлямов, Д.Д.Фазуллин, И.А.Насыров А.И.Мансурова, Р.Р.Зиннатов
Методы КХА в экологическом мониторинге: Методическое пособие к лабораторным и практическим занятиям для студентов направления подготовки 20.03.01 «Техносферная безопасность». - Набережные Челны: ИНЭКА, 2015. - 98 с.
Пособие предназначено для закрепления теоретических знаний и формирования навыков и умений в области методов количественного химического анализа проб объектов окружающей среды на лабораторных занятиях по дисциплине «Экологический мониторинг». В пособии приведено описание лабораторных работ с использованием современного аналитического оборудования.
Табл. 21, рис. 22, библиогр. 21 назв.
Рецензент: доктор химических наук, профессор М.П.Соколов
Печатается по решению научно-методического совета Набережночелнинского института КФУ
Набережночелнинский институт КФУ, 2015 год
РАБОТА № 1
Определение содержания загрязняющих веществ в воздухе с помощью газоанализатора КОЛИОН-1В
Цель работы: изучение методики определения веществ в воздухе рабочей зоны с помощью газоанализатора КОЛИОН-1В.
Вопросы: Назначение и области применения газоанализатора КОЛИОН-1В. Анализ многокомпонентной смеси вредных веществ в воздухе рабочей зоны. Принцип работы газоанализатора. Коэффициент пересчета шкалы газоанализатора.
Теоретическая часть
1. Газоанализатор КОЛИОН-1В.
Поступление в воздух рабочей зоны того или иного вредного вещества зависит от технологического процесса, используемого сырья, а также от промежуточных и конечных продуктов. Так, пары выделяются в результате применения различных жидких веществ, например, растворителей, ряда кислот, бензина, ртути и т. д. а газы - чаще всего при проведении технологического процесса, например, при сварке, литье, термической обработке металлов.
Для контроля концентрации паров вредных веществ в воздухе рабочей зоны используются различные автоматические газоанализаторы.
Газоанализатор КОЛИОН-1В предназначен для измерения концентрации вредных веществ в атмосферном воздухе, воздухе рабочей зоны, поиск мест утечек в технологическом оборудовании, сосудах и трубопроводах, при аварийных ситуациях. Газоанализатор измеряет суммарную концентрацию органических и неорганических веществ, в том числе углеводородов нефти (кроме метана и этана), спиртов, альдегидов, кетонов, эфиров, аммиака, сероуглерода, сероводорода и других соединений, с потенциалом ионизации ниже 11,8 эВ.
Газоанализатор имеет звуковую и световую сигнализацию о превышении измеряемой концентрации заданного порога. Порог срабатывая сигнализации может устанавливаться в диапазоне от 5 до 1999 мг/м3.
Перечень веществ, измеряемых с помощью газоанализатора, приведен в таблице 1.
Таблица 1
Перечень веществ, измеряемых газоанализатором КОЛИОН-1В
№
|
Вещество
|
Величина
ПДК, мг/м3*
|
Класс
опасности
|
Потенциал
ионизации, эВ
|
1
|
2
|
3
|
4
|
5
|
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
20
21
22
23
24
25
26
27
28
29
30
31
32
33
34
35
36
37
38
39
40
41
42
43
44
45
46
47
48
49
50
51
52
53
56
57
58
59
60
61
62
63
64
|
Аммиак
Анилин
Ацетальдегид
Ацетон
Безальдегид
Бензин
Бензол
Бутадиен-1,3
Бутан
Бутаналь
Бутилацетат
Бутилбензол
Винилацетат
Винилтолуол
Винилхлорид
Гексан
Гептан
Дизельное топливо
Диизобутилкетон
Диизопропиламин
Диизопропиловый эфир
Дипропиловый эфир
Диэтиловый эфир
Диэтиловый эфир
Изобутилен
Керосин
Ксилол
Метилацетат
Метилбутилкетон
Метилмеркаптан
Метилстирол
Метилциклогексан
Метилциклопропан
Метилэтилкетон
Нафталин
Нитробензол
н-Октан
Пентадиен-1,3
Пентан
Пентанол
Пентаналь
Пентанон-2
Пропилацетат
Пропилен
Сероводород
Сероуглерод
Стирол
Тетрахлорэтилен
Толуол
Триметиламин
Трихлорэтилен
Триэтиламин
Циклогексан
Циклогексанол
Циклогексанон
Циклопентадиен
Циклопентанон
Фенол
Хлорбензол
Хлортолуол
Этанол
Этилен
|
20
0,1
5
200
5
100
15
100
300
5
200
20
10
20
5
300
300
300
200
5
100
100
30
300
100
300
50
100
5
0,8
5
50
50
200
20
3
300
40
300
10
10
5
200
100
10
1
30
10
50
5
10
10
80
10
10
5
2
0,3
100
10
1000
100
|
4
2
3
4
3
2
4
4
3
4
3
3
4
1
4
4
4
2
4
4
4
4
4
3
4
3
2
3
4
3
4
4
2
4
4
4
3
3
3
4
4
3
3
3
3
3
3
3
3
4
3
3
3
3
2
3
3
4
4
|
10,15
7,70
10,21
9,69
9,53
9,25
9,07
10,63
9,83
10,01
8,69
9,80
8,20
10,00
10,18
10,07
9,04
7,73
9,20
9,27
8,01
9,41
9,43
8,56
10,27
9,34
9,44
9,85
9,52
9,53
8,10
9,92
8,59
10,53
9,82
9,39
10,04
9,73
10,46
10,13
8,47
9,32
8,82
7,82
9,45
7,50
9,9
10,00
9.14
8,55
9,26
8,69
9,07
8,83
10,62
10,52
|
Принцип действия газоанализатора - фотоионизационный. Его преимущества заключаются в высокой чувствительности и широком диапазоне измерений, быстродействии, отсутствии в необходимости в расходуемых материалах и дополнительных
газах, небольших размерах и массе, перезаряжаемом аккумуляторе, простоте эксплуатации и отсутствии эффекта "памяти" при работе с большими концентрациями.
Градуировка газоанализатора производится по веществам из ряда, приведенного в таблице 2. Используемый в работе прибор отградуирован по бензину.
Таблица 2
Коэффициенты пересчета шкалы Кi газоанализатора
Вещество
|
Кi при градуировке по
|
бензолу
|
аммиаку
|
бензину
|
Аммиак
Ацетон
Бензин
Бензол
Гексан
Дизельное топливо
Керосин
Ксилол
Пары углеводородов нефти
Сероводород
Стирол
Толуол
Этанол
Этилен
Этиленоксид
|
3,7
1,8
3,5
1
9,1
3,7
3,7
0,95
3,7
3,8
1,1
1,1
10
4,7
20
|
1,0
0,49
0,95
0,27
2,5
1,00
1,00
0,26
1,0
1,0
0,30
0.30
2,7
1,3
5,8
|
0,8
0,38
0,74
0,21
1,9
0,79
0,79
0,20
0,79
0,81
0,23
0,23
2,1
1,0
4,4
|
Диапазон измерения газоанализатором: 0-2000 мг/м3 .
При известном качественном составе смеси загрязнителей обычно считается, что компонентом, определяющим уровень опасности, является вещество с минимальным значением ПДК рабочей зоны (или ПДВК, если речь идет о разрешении на проведение огневых работ). Помимо ПДК необходимо учитывать соотношение содержания компонентов в загрязняющей смеси, поскольку соединение с большим значением ПДК может присутствовать в большем количестве.
Если соотношение компонентов смеси неизвестно, то, используя показания и соответствующие значения коэффициентов пересчета, следует рассчитать концентрацию каждого компонента так, как если бы он присутствовал один, полученные значения сравнить с пороговыми. Дополнительный анализ необходим только для компонентов, измеренная концентрация которых выше ПДК. Например, необходимо определить соответствие уровня загрязненности лакокрасочного цехе санитарным нормам. В состав используемого растворителя входят ацетон (ПДК рабочей зоны 200 мг/м3), н-бутилацетат (ПДК рабочей зоны 200 мг/м3), ксилол (ПДК рабочей зоны 50 мг/м3), этанол (ПДК рабочей зоны 1000 мг/м3). При градуировке по бензолу коэффициенты пересчета для этих соединений равны: для ацетона 1,8, для н-бутилацетата – 6.1, для ксилола – 0,95 и для этанола – 10,0. Пусть, значение суммарной концентрации загрязнителей в воздухе по показаниям газоанализатора составляет 43 мг/м3. Тогда концентрации отдельных загрязнителей (рассчитываются путем умножения показаний газоанализатора на соответствующий коэффициент пересчета) составляют: для ацетона – 77 мг/м3, для н-бутилацетата – 262 мг/м3, для ксилола - 41 мг/м3, для спирта – 430 мг/м3. Превышение ПДК получено только для н- бутилацетата, и таким образом только содержание одного компонента нужно определять дополнительно, например, с помощью индикаторной трубки. Если известно соотношение компонентов в смеси, то можно оценить содержание каждого компонента Сi по формуле:
, (1)
где Pi - массовая доля i-го компонента; N - показания индикатора; Ki - коэффициент пересчета i-го компонента.
Применительно к рассматриваемому примеру предположим, что ацетон, н-бутилацетат, ксилол и этанол находятся в массовых отношениях 1 : 1,5 : 6,5 : 3. Показания газоанализатора 43 мг/м3. Используя приведенную выше формулу, можно рассчитать концентрацию каждого компонента. Результаты представлены в таблице 3.
Таблица 3
|
