Научный журнал
Успехи современного естествознания
ISSN 1681-7494
"Перечень" ВАК
ИФ РИНЦ = 0,823

ПРИМЕНЕНИЕ СПЕКТРОФОТОМЕТРИЧЕСКОГО МЕТОДА ДЛЯ МОНИТОРИНГА ПРИРОДНЫХ ВОД

Вертинский А.П. 1
1 Национальный исследовательский Иркутский государственный технический университет
1. Дмитренко В.П., Сотникова Е.В., Черняев А.В. Экологический мониторинг техносферы. – СПб., 2012. – 363 с.
2. Астафьева Л.С. Экологическая химия. – М.: Академия. 2006.
3. Патент РФ№ 2405134 МПК G01N21/27. Устройство спектрофотометрического мониторинга природных вод / А.П. Вертинский. опубл. 27.11.10. Бюл. №33.

Экологический мониторинг представляет собой долгосрочные наблюдения за состоянием окружающей среды, ее загрязнением и происходящими в ней природными явлениями, а также оценку и прогноз состояния природной среды. Термин «мониторинг» появился в 1972 году перед проведением Стокгольмской конференции ООН по окружающей среде, в переводе с латинского означает «наблюдение».

Главной целью мониторинга является выделение антропогенной составляющей воздействия на биоту, экосистемы и здоровье человека, оценка эффективности природоохранных мероприятий и прогнозирование экологической ситуации для своевременного предупреждения о возможных неблагоприятных последствиях [1].

Мониторинг включает в себя три основных направления деятельности:

1. наблюдение за факторами воздействия и состоянием среды; прогноз состояния окружающей природной среды и оценку прогнозируемого состояния

2. оценку фактического состояния среды;

3. прогноз состояния окружающей природной среды и оценку прогнозируемого состояния.

Мониторинг можно проводит с использованием специальных приборов, а также средств биологической индикации.

Основными задачами мониторинга являются:

1. Постоянное слежение за состоянием окружающей среды и природных ресурсов, а также источниками антропогенного воздействия на них;

2. Анализ, оценка фактического состояния окружающей среды, природных ресурсов на всей территории страны и территории отдельных регионов, а также прогноз его изменений и влияния на здоровье населения;

3. Сохранение и накопление информации о состоянии окружающей среды и природных ресурсов.

Считается, что до 80 % химических соединений, поступающих во внешнюю среду, рано или поздно попадут в природную воду с промышленными, бытовыми или ливневыми стоками.

Качество воды определяется совокупностью примесей минеральных и органических веществ, газов, коллоидов, взвешенных веществ и микроорганизмов. Значительное число болезней человека связано с неудовлетворительным качеством питьевой воды и нарушением санитарно-гигиенических норм водоснабжения. Прежде всего это инфекционные болезни, вызываемые патогенными бактериями, вирусами и простейшими, которые представляют наиболее типичный фактор риска для здоровья, связанный с питьевой водой.

Проблемы, обусловленные химическими компонентами питьевой воды, возникают главным образом из-за способности химических веществ оказывать неблагоприятный эффект на здоровье при длительном воздействии [2].

Как известно, ПДК промышленных выбросов в окружающую природную среду по своим численным значениям находится на границе или даже ниже порогов чувствительности методов современного химического анализа. Указанное замечание относится, прежде всего, к высокотоксичным веществам, например ионам тяжелых металлов (Hg, Pb, Zn и др.), содержащихся в стоках и выбросах многих, преимущественно химических промышленных, предприятий. Поэтому на практике оценку загрязнения среды осуществляют по анализу конечных звеньев трофических цепей экосистем.

Широкое распространение в современной практике для определения концентрации примесей в растворах получили оптические методы, в частности фотометрические и спектрофотометрические.

Фотоэлектроколориметр – это прибор, предназначенный для измерений концентраций вещества в различных исследуемых растворах. Принцип действия этого прибора основан на том, что окрашенные растворы имеют способность к поглощению проходящего через них света тем выше, чем значительнее в этих средах концентрация окрашивающих веществ.

Однолучевой фотоколориметр КФК-2 предназначен для измерения пропускания, оптической плотности и концентрации окрашенных растворов, рассеивающих взвесей, эмульсий и коллоидных растворов в области спектра 315–980 нм. Весь спектральный диапазон разбит на спектральные интервалы, выделяемые с помощью светофильтров. Пределы измерения пропускания от 100 до 5 % (оптической плотности от 0 до 1,3). Основная абсолютная погрешность измерения пропускания не более 1 %.

Спектрофотометр – это прибор, предназначенный для измерения отношений двух потоков оптического излучения, один из которых – поток, падающий на исследуемый образец, другой – поток, испытавший то или иное взаимодействие с образцом. Позволяет производить измерения для различных длин волн оптического излучения, соответственно в результате измерений получается спектр отношений потоков.

Однолучевой спектрофотометр СФ-46 со встроенной микропроцессорной системой предназначен для измерения пропускания, оптической плотности жидких и твердых веществ в области 190–1100 нм. Диспергирующим элементом служит дифракционная решетка с переменным шагом и криволинейным штрихом. Пределы измерения коэффициентов пропускания 1–100 % (оптической плотности 0–2,0). Пределы допускаемой абсолютной погрешности при измерении коэффициентов пропускания в спектральном диапазоне 400– 750нм не более 0,5 %, в остальном спектральном диапазоне не более 1 %.

Однолучевой спектрофотометр «ЮНИКО 1201» («UNICO 1201») специально разработан для широкого использования в лабораториях всех отраслей промышленности, решения аналитических задач в таких отраслях, как клиническая химия, биохимия, защита окружающей среды, энергетика, металлургические, химические, пищевые лаборатории, лаборатории воды и сточной воды, нефтехимии и в других сферах контроля качества. Спектрофотометр обеспечивает определение содержания веществ в различных растворах: меди, железа, хлора, серебра.

Данный фотоэлектроколометрический или спектрофотометрический анализ имеет ряд недостатков:

Анализ природных вод не позволяет обнаружить концентрации тяжелых металлов и их соединений на уровне ПДК;

Требуют забор проб для их исследования, так как оборудование предназначено для лабораторных условий;

Снижается оперативность мониторинга окружающей среды из-за необходимости забора проб.

Для повышения оперативности и информативности мониторинга окружающей среды было предложено следующее изобретение [3].

Датчик прибора спектрофотометра выполнен в виде выносного индуктора с проточным каналом, по сторонам которого фотоисточник и фотоприемник, соединенные с электросхемой спектроэлектрофотометра.

Выносной индукционный датчик спектрофотометра – состоит из магнитного сердечника 1 с проточным каналом 2. На внутренней поверхности канала 2 прямоугольного профиля выполнены пазы 3 для цилиндрической прямоугольного профиля обмотки индуктора. Обмотка индуктора в пазах 3 выполнена из электроизолированного провода и снабжена выводами в изолирующей оболочке 13 к электросхеме.

Электросхема выносного индукционного датчика спектрофотометра включает в себя: преобразователь электрических сигналов 17, индикатор электрических сигналов 18, блок электропитания 19.

Для работы выносного индукционного датчика спектрофотометра его выносят за борт, например, речного судна 21, в каюте-лаборатории 22 которого установлены спектрофотометр и бортовая энергоустановка 23. Датчик в сборе с помощью кронштейнов-проушин 16 и троса 15 с кабелем 14 спускается за борт судна 21 на заданную глубину в заданном месте водоема. При включении электропитания 19 (БП) фотоисточник 10 с помощью оптической системы 9 создает поток света через проточный канал 2. Внутри канала 2 индуцируются вторичные короткозамкнутые электротоки, осуществляя электролиз всей водной среды. При прохождении фотопотока от фотоисточника 10 к фотоприемнику 5 через электризованную водную среду в канале 2 в среде осуществляется процесс интенсивного поглощения света на частотах компонент примесей, обеспечивая соответственно концентрации интенсивные линии спектра поглощения содержащихся в водной среде компонент. В результате фотоприемник 5 посылает в преобразователь 17 соответственно интенсивные импульсы, которые после преобразования отображаются индикатором 18 в виде цифровой информации (рисунок).

ver1.tif


Библиографическая ссылка

Вертинский А.П. ПРИМЕНЕНИЕ СПЕКТРОФОТОМЕТРИЧЕСКОГО МЕТОДА ДЛЯ МОНИТОРИНГА ПРИРОДНЫХ ВОД // Успехи современного естествознания. – 2014. – № 5-1. – С. 205-207;
URL: http://natural-sciences.ru/ru/article/view?id=33892 (дата обращения: 24.06.2021).

Предлагаем вашему вниманию журналы, издающиеся в издательстве «Академия Естествознания»
(Высокий импакт-фактор РИНЦ, тематика журналов охватывает все научные направления)

«Фундаментальные исследования» список ВАК ИФ РИНЦ = 1.074