Методы анализа проб воздуха
Для анализа отобранных проб воздуха в санитарных лабораториях промышленных предприятий применяют разнообразные методы: оптические (калориметрия, нефелометрия, спектрофотометрия, люминесцентный, спектральный анализы); электрохимические (полярография, кулонометрия, потенциометрия и амперметрическое титрование); хроматографические (жидкостная, газовая, бумажная, тонкослойная хроматография). Все большее распространение получают масс-спектрометрические, радиометрические, лазерные и другие методы анализа. Все методы отличаются достаточной чувствительностью при определении микроконцентраций вредных веществ в воздухе рабочей зоны. Ниже представлено описание наиболее часто применяемых методов исследования. Фотометрический метод. Метод анализа основан на поглощении потока световой энергии при прохождении его через исследуемую среду (раствор). При этом существует количественная зависимость между концентрацией вещества, толщиной слоя исследуемого раствора и ослаблением светового потока (закон Бугера — Ламберта — Бера). Окрашенные растворы поглощают излучения в оптической области спектра с длинами волн от 400 до 700 нм, неокрашенные — в УФ-области спектра при 200—400 нм. Характер и степень светопоглощения зависят от природы вещества и его концентрации в растворе. При фото кол ори метрическом анализе определяют ослабление интенсивности светового потока, прошедшего через окрашенный раствор. Анализ основан на измерении поглощения полихроматического излучения видимой части спектра. Обычно вещества поглощают часть света неодинаково в разных участках спектра, поэтому для повышения точности измерения применяют цветные фильтры (табл. 10.3).
При спектрофотометрическом анализе применяют монохроматическое излучение в оптической, ультрафиолетовой и инфракрасной областях спектра. Монохроматический свет характеризуется одной определенной частотой колебаний световых волн и узким участком оптического спектра. Использование монохроматического излучения делает спектрофотометрическое измерение более точным и чувствительным, чем фотоколориметрическое, к тому же при спектрофотометрическом методе можно работать не только с окрашенными, но и с бесцветными растворами, которые поглощают излучение УФ- или ближайшей ИФ-областей спектра.
Таблица 10.3. Цвет светофильтра, применяемого при метрии в зависимости от цвета раствора
Для фотометрического анализа в видимой области спектра (315—630 нм) (фотоколориметрия) используют фотоэлектроко-лориметры ФЭК-56, ФЭК-60, ФЭК-Н-57 и др. С целью измерения оптических плотностей и коэффициентов светопропускания жидких и твердых тел в широком диапазоне длин волн (от 191 до 2500 нм), включая УФ- и ближнюю ИФ-области, применяют спектрофотометры СФ-8, СФ-9, СФ-16, СФ-26, ИКС-22, СФРМ ("76158", ФРГ). Методика работы подробно излагается в инструкции к каждому прибору. Газовая хроматография. Этот метод, считающийся одним из наиболее эффективных и универсальных методов физико-химического анализа, применим для разделения газов, а также жидких и твердых веществ, которые могут быть превращены в пары без разложения. Его достоинствами являются возможность разделения близких по химическим свойствам веществ; обнаружение веществ со слабовыраженными качественными реакциями, например МО2, СО и инертных газов, которые идентифицируют по специфическому времени удерживания, небольшой объем газа, необходимый для анализа; возможность одновременного определения многих органических и неорганических веществ.
Для проведения газохроматографических анализов пробы воздух в виде газообразных или испаряющихся компонентов вводят в поток соответствующего газа-носителя (чаше всего азота) и вместе с ним пропускают через колонки с твердыми адсорбирующими поверхностями (адсорбционная хроматография) или с нанесенными на твердые поверхности нелетучими жидкостями (газожидкостная хроматография). При этом отдельные компоненты смеси в соответствии с их коэффициентами распределения между твердой и подвижной (газообразной) фазами перемещаются в колонке с различной скоростью, выходят из нее раздельными фракциями и могут быть определены в виде отдельных веществ в смеси с газом-носителем. В газовой хроматографии для количественного определения компонентов в анализируемой пробе используют в основном три метода: абсолютной калибровки, внутреннего стандарта и нормализации площадей. Тонкослойная хроматография. Этот метод основан на разделении веществ в зависимости от их адсорбционной способности. Разделение проводят в тонком слое сорбента (он является неподвижной фазой), нанесенном на специальную пластинку. Распределение вещества на пластинке происходит с помощью растворителя (подвижная фаза). Анализируемую пробу наносят на стартовую линию пластинки с помощью микрошприца или микропипетки. Пластинку помещают в камеру, содержащую растворитель, который перемещается по слою адсорбента под действием капиллярных сил. Компоненты анализируемой смеси перемещаются по слою вместе с растворителем с различными скоростями. Когда растворитель достигает противоположного конца пластинки, разделение заканчивают, удаляют пластинку из камеры и испаряют растворитель. Анализируемые вещества появляются на хроматограмме в виде зон или пятен. В качестве адсорбента для тонкослойной хроматографии используют силикагелъ, оксид алюминия, ионообменные смолы. Подвижной фазой являются растворители: спирты, эфиры, кетоны, ароматические и галогенсодержащие соединения. Имеются и готовые пластинки, из которых чаше применяют пластинки "Силуфол".
Основной характеристикой разделения веществ является величина Rf — соотношение расстояния от линии старта до центра пятна (а) анализируемого, вещества к расстоянию от линии старта до линии фронта растворителя (S), определяемая по формуле: a Rf = S Величина Rf зависит от природы адсорбента, температуры и других Факторов. Количественную оценку окрашенных пятен можно проводить непосредственно на пластинке или после удаления их с пластинки. Для этого сравнивают площади пятна и пробы и близкого по интенсивности окраски пятна стандартной шкалы. При использовании планиметра количество вещества (М; в микрограммах) в анализируемом объеме пробы по формуле: m* Sx M = Sst
где М — количество вещества в анализируемом объеме пробы, мкт; m — содержание вещества на пятне стандарта, мкт; Sx — площадь пятна пробы, мм2; Sst - площадь пятна стандарта, мм2 При использовании денситометра содержание вещества в анализируемом объеме находят по отношению интегральных значений содержания вещества в пробах и "свидетелях". Концентрацию вещества в воздухе (С; в миллиграммах на 1 м3) вычисляют по формуле: a*b C = d*V
где а — содержание вещества в анализируемом объеме пробы, мкг; d — объем пробы, взятой для анализа, мл; Ь — общий объем пробы, мл; V — объем воздуха, отобранный для анализа и приведенный к стандартным условиям, м3. Тонкослойная хроматография — простой метод, не требующий дорогостоящего оборудования. Хроматография на бумаге. Реже для анализа применяют бумажную хромате графию, которая во многом схожа с тонкослойной хроматографией. Разделение веществ основано на том же принципе, так как хроматографическая бумага может быть импрегнирована твердыми адсорбентами. Полярографический метод. Метод находит широкое применение в раздельном определении ряда веществ органического и неорганического происхождения. Он дает возможность производить анализ различных смесей, не разделяя их на составляющие элементы. Метод позволяет получить сведения о качественном и количественном составе анализируемой смеси, например смесь, в которой находятся одновременно медь, цинк, кадмий, магний и другие металлы, может быть подвергнута полярографическому анализу без предварительного разделения на составляющие элементы. На выполнение анализа требуется несколько минут.
Метод основан на электролизе исследуемого раствора между двумя электродами с различной величиной поверхности при непрерывно увеличивающемся напряжении. Его применяют для исследования веществ. способных к электрохимическому окислению или восстановлению. Присутствие в растворе различных веществ или ионов, способных восстанавливаться или окисляться на электроде, при определенных напряжениях вызывает резкое увеличение силы тока, которое зависит от концентрации веществ в растворе. Если построить график, отмечая по оси абсцисс силу тока, а по оси ординат напряжение, то получится кривая, которая называется вольтамперной кривой. Полученные полярографические волны, соответствующие моменту разряжения вещества, служат для качественного и количественного определения исследуемых веществ. При одновременном присутствии в анализируемом растворе нескольких веществ с различными потенциалами восстановления или окисления на полярограмме получается несколько волн (при изменении напряжения от нуля до 2 В кривая имеет ступенчатый вид). Зная потенциалы выделения отдельных веществ, по характеру кривой можно определить качественный состав исследуемых растворов химических веществ. Высота полярографической волны характеризует концентрацию вещества в растворе. Потенциал полуволны существенно зависит от фона (вводимого основного электролита, примерно 0,1 н. раствор), который применяют для повышения электропроводности раствора, поэтому в справочных таблицах приведены значения потенциала для вполне определенных ус-В качестве фона используют соли и щелочи одновалентных металлов, кислоты и др. Поляризирующими электродами являются ртутный капельный катод и твердые стационарные и вращающиеся электроды из различных металлов — платины, золота, серебра и др. Для количественного определения веществ применяют метод стандартов, градуировочные графики и метод добавок. При проведении анализов используют полярографы: ППТ-) (переменного тока), универсальный ПУ-1, универсальный электродный уПЭ-6, ОН-105, РА-2, Е-310.
Другие методы анализа. Для анализа воздуха применяют и другие современные методы исследования: атомно-абсорбционную спектрофотометрию, хромато-масс-спектрометрию, нейтронно-активационный, флюоресцентный метод и др. В отделениях физико-химических методов исследования лабораторий подготовку к исследованию (перевод проб в удобное для анализа состояние, приготовление реактивов и т. д.) осуществляют лаборанты. Они же работают на приборах, проявляют пластинки и выполняют другую техническую работу. Калибровку и настройку аппаратуры проводит инженерно-технический персонал, поскольку для этого требуются специальные знания и умения. Лаборант с высшим образованием организует работу, руководит деятельностью отделения, определяет методы и приборы, на которых надлежит проводить замеры, осуществляет аналитические исследования и готовит отчеты. Экспресс-методы. Для быстрого решения вопроса о степени загрязнения воздушной среды вредными веществами применяют экспресс-методы, доля которых среди всех методов химического анализа лабораторий составляет около 20 %. Экспресс-исследования могут осуществляться путем колориметрии растворов по стандартным шкалам, колориметрии с применением реактивной бумаги, линейно-колористическим методом с применением индикаторных трубок. В основе этих методов почти всегда лежат цветные реакции. В настоящее время наибольшее распространение получил экспресс-метод обнаружения и измерения концентраций вредных веществ в воздухе рабочей зоны с помощью индикаторных трубок (ГОСТ 12.1.014-84 "ССБТ. Воздух рабочей зоны. Метод измерения концентраций вредных веществ индикаторными трубками"), который позволяет определять вещество в пределах 0,5 ПДК и выше. Сущность метода заключается в изменении окраски индикаторного порошка в результате реакции с вредным веществом (газом или паром), содержащимся в анализируемом воздухе, протягиваемом через трубку. В неисследованных производственных условиях перед проведением Количественных измерений необходимо провести качественную оценку состава воздуха рабочей зоны. Для этого применяют газоанализаторы с индикаторными трубками, которые представляют собой ручной насос — мех, снабженный стальной пружиной, растягивающей мех после сжатия его рукой, что обеспечивает всасывание 100 мл воздуха. Отбираем воздух проходит через индикаторную трубку, рассчитанную на обнаружение данного загрязняющего вещества. По изменению окраски индикаторной трубки определяют состав пробы воздуха. В настоящее время Повторную качественную оценку состава воздуха рабочей зоны не обходимо проводить при каждом изменении технологии, которое может вызвать появление в воздушной среде новых вредных веществ. Количественную оценку осуществляют после выяснения качественного состава воздуха путем присоединения к воздухозаборному устройству индикаторной трубки, предназначенной для выявления подлежащего измерению вредного вещества. Измерение следует начинать не позднее чем через 1 мин после разгерметизации трубок Количество воздуха, протягиваемого через индикаторные трубки пределы измерений и другие сведения о них представлены в табл. 10.4.
Таблица 10.4. Перечень индикаторных трубок (извлечение из ГОСТа 12.1.014-84)
Примечание. Перечни индикаторных трубок, выпускаемых в Болгарии, Г и Японии, представлены в табл. 1.2.4 и 1.2.5 справочника "Метрологическое обеспечение безопасности труда". Т. 2. — М., 1989. Размытость границы раздела окраски слоев исходного и прореагировавшего индикаторного порошка не должна превышать 2 мм (если она больше, то исследование повторяют). Отсчет результата измерения проводят от середины размытости. Концентрацию вредного вещества в воздухе рабочей зоны (в миллиграммах на 1м3) определяют по длине изменившего первоначальную окраску слоя индикаторного порошка с помощью шкалы (нанесенной на кассету или прилагаемой к прибору). Измерение проводят последовательно не менее 3 раз, за окончательный результат принимают среднее арифметическое значение. Погрешность измерения составляет ± 35% в диапазоне концентраций от 0,5 до 2 ПДК и ± 25% - при концентрациях веществ свыше 2ПДК. Методические указания «Контроль содержания вредных веществ в воздухе рабочей зоны» № 3936-85 допускают применение только методов измерения с суммарной погрешностью не более ± 25%. В связи с этим при получении экспрессным методом величин содержания вредного вещества в воздухе, превышающих ПДК в 3-4 раза, исследование не повторяют, при концентрациях, близких к ПДК или превышающих их в 2 раза, следует проверить полученные результаты с помощью обычных химических методов. Для экспресс-анализов применяют следующую аппаратуру: воздухозаборные устройства типа насосов, сильфонов и др., при однократном действии обеспечивающие отбор воздуха в объеме от 30 до 400 см3 с погрешностью ± 5% (обычно используют универсальные газоанализаторы УГ-1 и УГ-2); индикаторные трубки (см. табл. 9.5.); в случае необходимости – вспомогательные трубки (окислительные, осушительные, фильтрующие и др.). Автоматические приборы для анализа воздушной среды используют в производственных помещениях для контроля воздуха на содержание вредных веществ 1-го и 2-го классов опасности (с ПДК не менее 0,1 и от 0,1 до 1мг/м3). Обычно с этой целью применяют стационарные газоанализаторы автоматического действия. Автоматический анализатор представляет собой прибор, в котором отбор проб воздуха, анализ содержания вредного вещества, выдача и запись результатов анализа осуществляются автоматически. В России выпускают ряд автоматических газоанализаторов для определения следующих веществ: «Нитрон» - азота диоксида; «сирена-2» - аммиака;»Сирена» - сероводорода; «Сирена-4» -фосгена; «Платан-1» - арсина; «Гамма-М» - бензола6 стирола, винилхлорида, дихлорэтана, озона; 666ЭХ02 и 666ЭХ03 – сероводорода; «Фотон» - сероуглерода; ГИП10МБ-3А, ИФАН-3, ГИАМ-1М, ГМК-3, «Палладий» (несколько вариантов) – углерода монооксида; «Атмосфера-IIМ» и ФКГ-3М – хлора; ЭХА-221 и «Миндаль» - циановодорода. Характеристика перечисленных отечественных и многочисленных зарубежных автоматических газоанализаторов представлена в табл 10.5. Таблица 10.5 Характеристика приборов и устройств отечественного производства, рекомендуемых для контроля химических факторов производственной среды
* Эс — электросеть, авт. — автономное, акк. — аккумулятор, зу — зарядное устройство, б — батарея, В — напряжение, Вт — потребляемая мощность, мр - механическое ручное, чувств. — чувствительность. В руководстве 2.2.755-99 приведен перечень новых отечественных приборов и устройств, рекомендуемых для контроля химических факторов производственной среды (см. табл. 10.5). Анализ результатов исследований. Поскольку для различных веществ регламентируются ПДКМ и ЦДКСС, контролю подлежат как: максимальные разовые (Км), так и среднесменные (Ксс) концентрации. Подход к периодичности и времени отбора, количеству проб воздуха, расчету концентраций, анализу и использованию полученной информации различен при определении Км и Ксс. Контроль соответствия Км максимальным ПДК. Максимальная предельно допустимая концентрация (ПДКМ) — это предельно допустимое содержание вещества в зоне дыхания работающего, усредненное периодом кратковременного отбора пробы (15 мин). Максимальная предельно допустимая концентрация веществ, которые могут вызвать острое отравление (с остронаправленным действием, раздражающие), — ПДКМО — максимальная допустимая концентрация, которая должна быть измерена за возможно более короткий промежуток времени, как это позволяет метод определения данного вещества. Вещества с остронаправленным действием — это вещества, опасные для развития острого отравления при кратковременном воздействии вследствие выраженных особенностей механизма действия: гемолитические, антиферментные (антихолинэстеразные, ингибиторы ключевых ферментов, регулирующих дыхательную функцию и вызывающих отек легких, остановку дыхания, ингибиторы тканевого дыхания), угнетающие дыхательные и сосудодвигателъные центры и др. Результаты измерений Км прежде всего необходимы для инспекционного контроля за условиями труда, выявления неблагоприятных гигиенических ситуаций, решения вопросов о необходимости использования средств индивидуальной защиты, оценки технологического процесса, оборудования, санитарно-технических устройств. Так как контроль за соблюдением Км проводят с целью предотвращения значительного повышения концентраций за короткий промежуток времени, отбор проб осуществляют на тех рабочих местах и с учетом технологических операций, при которых возможно выделение в воздушную среду наибольшего количества вредного вещества. Для новых и ранее не изученных производств необходимо стремиться к более полному охвату рабочих ^ест с постоянным и временным пребыванием работающих, 'обученные результаты в комплексе с данными оценки технологического процесса, оборудования, вентиляционных устройств определяют тактику контроля за Км (рабочие места, технологические операции, во время которых производят отбор периодичность отбора). Контроль Км на производственном участке, характеризующемся постоянством технологического процесса, значительные количеством идентичного оборудования или одинаковых рабочих мест, на которых выполняют одни и те же операции, осуществляют выборочно на отдельных рабочих местах (но не менее 20 %), расположенных в центре и по периферии помещения. При проведении планового ремонта технологического и санитарно-технического оборудования, при реконструкции производства (если часть оборудования продолжает эксплуатироваться) проводят контроль Км на основных местах пребывания работающих. Длительность отбора одной пробы воздуха определяется методом анализа и зависит от концентрации вещества в воздухе рабочей зоны. При контроле за КМ) если метод позволяет отобрать несколько (2—3 и более) проб в течение 15 мин, из полученных результатов вычисляют среднеарифметическую (при равном времени отбора отдельных проб) или средневзвешенную (если время отбора проб разное) величину, которую сравнивают с ПДКМ: K1 + K2 + …. + Kn Kcp = n или K1t1 + K2t2 + …. + Kntn Kcp = t1 + t2 + … + tn В том случае, если метод контроля вещества предусматривает длительность отбора одной пробы, превышающую 15 мин, это следует рассматривать как исключение и результат каждого измерения сравнивать с установленной для этого вещества ПДКм. Для веществ, имеющих два норматива (ПДКм/ПДКСС), контролируют как Км, так и Ксс и не допускают их превышения. Для веществ, имеющих одну величину норматива – ПДКм или ОБУВ, концентрация вещества за любой 15 минутный промежуток времени смены (Км) не должна превышать эту величину. Для веществ, опасных в плане развития острого отравления, концентрацию, измеренную за более короткий (меньше 15 мин) отрезок времени, предусмотренный методом контроля данного вещества, сравнивают с нормативом ПДКмо. За смену кратковременных (в течение 15 мин) подъемов концентраций (не выше ПДКм) не должно быть более четырех при длительности перерывов между ними не менее 1 ч. При возможном поступлении в воздух рабочей зоны вредных веществ с остронаправленным действием (табл. 10.6.) должен быть обеспечен непрерывный контроль с сигнализацией превышения ПДКмо. Для веществ раздражающего действия Км оценивают за время, предусмотренное методом контроля концентрации вещества и сравнивают с ПДК. таблица 10.6. Вещества с остронаправленным действием, требующие автоматического контроля
1 В числителе ПДКМ, в знаменателе ПДКК. 2 Преимущественное агрегатное состояние вещества в воздухе в условиях производства: п — пары и(или) газы, а — аэрозоль. 3 Наряду с остронаправленным действием приведены дополнительные особенности действия вещества: А — аллерген, К — канцероген, Р — раздражающее действие. 4 Азота пятиокисъ и азота окись на воздухе переходят в азота диоксид. 5 При длительности работы в атмосфере, содержащей оксид углерода, не более 1 ч ПДК оксида углерода может быть повышена до 50 мг/м3, при длительности работы не более 30 мин — до 100 мг/м3. при длительности работы не более 15 мин — до 200 мг/м3. Повторные работы при условии повышенного содержания оксида углерода в воздухе рабочей зоны можно проводить с перерывом не менее в 2 ч. + Требуется специальная защита кожи и глаз.
Для остальных веществ периодичность контроля устанавливают в зависимости от характера технологического процесса (непрерывность, периодичность), класса опасности и характера биологического действия химических веществ, стабильности производственной среды, уровня загрязнения, времени пребывания обслуживающего персонала на рабочем месте по согласованию с учреждениями санэпидслужбы. В зависимости от класса опасности вредного вещества рекомендуется следующая периодичность контроля Км: для веществ 1 класса опасности — не реже 1 раза в 10 дней, II класса — 1 раз в месяц, III класса —1 раз в 3 мес, IV класса — 1 раз в 6 мес. Величины Км за смену можно установить и при определении Кес графоаналитическим методом. В Руководстве 2.2.755-99 представлены также перечни веществ раздражающего (приложение 3.2), канцерогенного (приложение 4) и аллергического (приложение 5) действия. Контроль за соблюдением среднесменных ПДК. Среднесменная предельно допустимая концентрация (ПДКСС) — усредненная предельно допустимая концентрация за 8-часовую рабочую смену. Среднесменные концентрации необходимы для расчета индивидуальной экспозиции, выявления связи изменений состояния Коровья работающих с их профессиональной деятельностью. При этом учитывают верхний предел концентраций (К„). Кгс определяют для химических веществ, имеющих два норматива (ПДКМ/ПДКсс). Для вредных химических веществ, не относящихся к раздражающим и веществам с остронаправленным действием и имеющих один норматив — ПДКМ, также следует определять фактические Ксс и Км (сравнивая их с ПДКМ). Такой подход особенно важен в тех случаях, когда работающий подвергается воздействию вредного вещества в течение части смены. Для получения Ксс, воздействующих на рабочих одной профессиональной группы, необходимо провести отбор проб не ме^. нее чем за 3 человеко-смены. Периодичность контроля Ксс устанавливают по согласованию с учреждениями санэпидслужбы; как правило, она соответствует периодичности медицинского осмотра. Измерение среднесменных концентраций проводят с помощью приборов индивидуального контроля при непрерывном или последовательном отборе проб в течение всей смены или не менее 75 % ее продолжительности. Можно также использовать расчетный и графоаналитический методы определения КСС) которые аналогичны методам определения Ксс АПФД.
Воспользуйтесь поиском по сайту: ©2015 - 2024 megalektsii.ru Все авторские права принадлежат авторам лекционных материалов. Обратная связь с нами...
|