Руководство по методам полевых и лабораторных исследований снежного покрова для изучения Закономерностей длительного загрязнения местности в зоне действия антропогенных источников Методическое пособие

Сравнительные характеристики природных сред как объектов исследования представлены в табл. 4. Очевидно, что снежный покров представляет собой наиболее удобный объект исследования как с позиции пробоотбора, так и с точки зрения определения макро- и микрокомпонентного состава. Проблема корректного отбора проб почв и растений в рамках рассматриваемой методологии (в качестве планшета для сбора атмосферных аэрозолей) на данный момент окончательно не решена, кроме того, процедура их подготовки к анализу существенно более сложна, чем для проб снегового покрова, для которых основой (матрицей) является вода. Таблица 4 Объекты химического анализа, особенности состава, определяемые компоненты Объект исследования Способ отбора проб Особенности химического состава Определяемые компоненты Снежный покров Срез на всю глубину снежного покрова Основа – H2O > 99% Макро- и микроэлементы Органические вещества Почва Срез на глубину поверхностного слоя 2-5 см Основа SiO2 – 60-80% Al2O3 – 10-20% Fe2O3 – до 5% CaO – 5-10% Микроэлементы Pb, Cd, As, Sn, Hg и др. Воздух Прямое подфакельное определение или сорбция (улавливание) компонентов на сорбент Основа: N2, O2, CO2 Органические вещества (УВ и др.) Растительность Отбор листьев, мхов, лишайников и т.д. Основа Углеводы и углеводороды ПАУ Микроэлементы (Pb, Cd, As, Sn, Hg и др.) Поэтому для определения компонентов газо-аэрозольных выбросов в снеготалой воде с применением современных инструментальных методов анализа роль матричных эффектов, обусловленных сложным составом пробы, выражена в значительно меньшей степени, чем для почвенного и растительного покровов. К тому же применение методов прямого анализа для определения химического состава воздуха весьма проблематично из-за недостаточной чувствительности современных инструментальных методов. Для непрямых методов существуют проблемы с соответствующими сорбентами и переводом определяемых компонентов в аналитическую форму. Таким образом, исследование химического состава снегового покрова, безусловно, является наиболее удобным и экономичным способом получения данных о поступлении загрязняющих веществ из атмосферы на подстилающую поверхность. 3. Отбор проб снегового покрова в зоне действия антропогенных источников 3.1. Планирование наблюдений. Схемы оптимального пробоотбора для источников различной природы. Выбор источника и маршрута В основе схем планирования лежат оптимизационные подходы, позволяющие при минимальном числе точек наблюдения получить максимально возможную информацию. В нашем случае задача заключается в установлении закономерностей распределения выбросов от исследуемых источников и параметров подобранной модели распределения. Ниже рассмотрим математические основы такого оптимизационного подхода. Предположим, что концентрация примеси в снежном покрове описывается регрессионной зависимостью , – пространственная переменная, - вектор неизвестных параметров. Пусть проведены измерения содержания примеси в точках согласно следующему плану [29,30]. , где частота наблюдений. В силу нелинейной зависимости от априорное построение оптимального плана измерений, вообще говоря, невозможно. Поэтому ограничимся нахождением локально-оптимальных планов с помощью процедур последовательного анализа и планирования наблюдений. Для определенности ограничимся построением планов, максимизирующих определитель информационной матрицы . 1) Пусть проведен эксперимент в точке по плану . Отыскиваем точку такую, что , где . 2) В точке проводим дополнительное наблюдение. 3) Отыскиваем оценки по наблюдениям согласно плану. где - одноточечный план. При наличии приближенных оценок процедуру 1-3 можно заменить следующими двумя этапами: по имеющимся предварительным оценкам построить локально-оптимальный план и согласно ему провести наблюдения; используя полученные в соответствии с планом измерения, оценить вектор . Примеры использования предложенных схем оптимизации наблюдений содержатся в работах. Как известно, для всех исследуемых типов источников зависимость накапливаемой в атмосфере плотности выбрасываемой примеси от расстояния является нелинейной. В этой связи проведение экспериментальных исследований на выбранном полигоне должно иметь двухэтапный характер. На первом этапе проводят отбор проб для оценки параметров распределения. На втором этапе проводят дополнительный пробоотбор для уточнения параметров модели. 3.2. Выезд в поле. Прокладка на местности маршрута в соответствии с расположением источника, климатической розой ветров, схемой подъездных путей, состоянием снежного покрова Отбор снежных проб в окрестностях антропогенных источников проводят в конце зимнего периода. Для Западной Сибири окончание зимнего сезона обычно соответствует марту-месяцу, когда снежный покров еще сохраняется повсеместно и температура лишь временами повышается выше нуля градусов. После прибытия на место полевых исследований в окрестность выбранного источника проводится рекогносцировка. При этом выбираются маршруты отбора проб в направлении господствующих ветров от источника. В этих направлениях уровень содержания элементов, входящих в состав выбросов, выпадающих на естественных природных планшетах (снег, верхний слой почвы, листья растительности) значительно превосходит их фоновый уровень в объектах окружающей среды. В результате после получения данных химического анализа может быть четко идентифицирован источник выбросов по градиентам концентрации компонентов выбросов. Маршруты отборов проб также должны подбираться с учетом расположения дополнительных источников и системы подъездных путей к пунктам отбора проб. При отборах проб необходимо выбирать участки с ненарушенным состоянием снежного (почвенного, растительного) покрова. 3.3. Отбор проб снега на подготовленном маршруте В зависимости от типа источника точки отбора выбирали таким образом, чтобы в диапазон максимального удаления от источника попадали точки, отвечающие максимальному выпадению аэрозолей. Собственно пробоотбор состоит в срезе керна на всю глубину снегового покрова до основания его залегания с использованием трубы из пластмассы или титана. Полученный керн, очищенный от остатков почвы и/или растительности в основании трубы, помещают в пластиковый пакет. В каждой точке отбора проб число кернов выбирали таким, чтобы общий вес пробы соответствовал 1,0 – 1,5 кг. Данный вес пробы оптимален для всех типов исследуемых источников при определении параметров, перечисленных в табл. 1. При выборе ориентации направления маршрутного пробоотбора учитывали климатические характеристики местности в отношении повторяемости ветров. Географические координаты точек и расстояния между ними определяли с помощью навигацинной системы GPS. Ниже приводятся методические особенности пробоотбора по каждому типу источников в зависимости от масштаба влияния на территорию (локальный, региональный) и его вида (точечный, линейный, площадной). 3.3.1. Локальные источники Для локальных источников при выборе направления вектора маршрута снегосъемки необходимо учитывать приземную розу ветров. Для юга Западной Сибири в зимний период (декабрь - февраль) господствующими являются ветра южного и юго-западного направлений. Их доля составляет около 60%. Характерный пространственный масштаб влияния для точечного источника определяется его высотой и составом выбросов. Так, для источников с высотой выбросов от 100 до 200 м отбор проб проводят в диапазоне от 0,2 км до (3 – 5) км. К такими источникам относятся трубы угольных котельных и ТЭЦ, для которых отбор проб снегового покрова ориентирован в северном и северо-восточном направлениях. Для автомагистралей зона наиболее интенсивного влияния выбросов распространяется на расстояния 150 – 200 м. Участок дороги для исследований необходимо выбирать таким образом, чтобы его ориентация была перпендикулярной относительно направления господствующих ветров юго-западного или южного направлений. 3.3.2. Региональные источники Основные виды источников, имеющих региональный масштаб влияния, представлены промплощадками и городскими территориями. Влияние таких источников на окружающую среду обычно прослеживается на расстояниях до 30 – 50 км. Основными направлениями ветрового сноса для источников данного типа также являются сектора северо-восточного и северного направлений, характерных для юга Западной Сибири. Таблица 5 Особенности отбора проб снегового покрова в зоне действия источников различного типа Масштаб влияния источника Тип источника Характерные расстояния, км Направление маршрутного пробоотбора Число точек на маршруте Локальный Точечный: трубы котель-ных, ТЭЦ, промышленных предприятий Для высот источника 50–100 м — до 3 км; 100–200 м — до 5 км Основное Северо-Восточное 6 - 10 Дополнительное Северное 4 - 6 Линейный: автомагстрали до 0,15 – 0,2 Наветренная сторона (С или С-В направлние) 6 - 10 Подветренная сторона 2 - 4 Региональный Промплощадка От 5 – 10 до 20 – 30 Основное Северо-Восточное 6 - 8 Городская территория: Новосибирск, Кемерово, Барнаул, Томск 10 – 15 до 30 – 50 Дополнительное Северное 4 - 6 Обоснование выбора маршрутов дано на основе закономерностей распространения аэрозольных выбросов от источников различной пространственно-временной структуры и моделей длительного загрязнения местности, которые рассмотрены в разделе 6. 4. Пробоподготовка и схемы химического анализа снежных проб После доставки проб в лабораторию проводят пробоподготовку, а затем осуществляют их химический анализ. В зависимости от вида определяемых неорганических или органических компонентов различается не только сами схемы химического анализа, но и процесс подготовки проб. 4.1. Схема определения неорганических компонентов Схема определения неорганических компонентов в снеготалых водах представлена на рис.3. Рис.3. Схема определения неорганических компонентов в снеготалых водах. После взвешивания пробы топят в стеклянных стаканах. Пробы, отобранные в окрестностях антропогенных источников, как правило, включают взвешенное вешество. Для отделения твердого осадка от раствора пробы фильтруют сначала через бумажный фильтр с диаметром пор 2-5 мкм, затем через мембранный фильтр. Фильтры с осадком сушат и определяют вес твердого осадка. Далее приступают к химическому анализу и твердой фракции, и фильтрата в соответствии со схемой анализа. 4.2. Схема определения органических компонентов Схема определения ПАУ в пробах снегового покрова представлена на рис.4. Рис.4. Схема определения ПАУ в пробах снега. Пробы снега топят при комнатной температуре в 2-литровых темных бутылях из пищевого полимера (полиэтилентерефталат). Растаявший при комнатной температуре снег помещается в делительную воронку объемом 2 литра и измеряется объем пробы. Извлечение ПАУ проводят методом жидкостно-жидкостной экстракции. Перед экстракцией к пробе добавляют 100 мкл раствора суррогатных стандартов 4,4-дибромбифенила, 9,10-дитрийдерометилфенантрена, 4-фторфенола и 2,4,6-трибромфенола с концентрацией 100 нг/мкл. В общем случае на качество аналитических данных оказывают влияние различные факторы, связанные с процессом пробоподготовки, приготовления растворов и работой приборов. Поэтому необходимо использовать внутренний стандарт, который позволит учесть влияние этих факторов. Такой подход полезен в случае анализа сложных объектов (в нашем случае – объектов окружающей среды объектов). Если внутренний стандарт по своей природе очень близок определяемым компонентам, лучше добавлять его как можно раньше. В этом случае на всех стадиях пробоподготовки (экстракция, очистка, концентрирование) его потери будут адекватны потерям анализируемых компонентов, и конечный результат будет точнее соответствовать реальной концентрации вещества в пробе. В этом случае внутренний стандарт называется суррогатным стандартом. Пробу экстрагируют хлористым метиленом трижды по 30 мл. Органический слой сливают в колбу, осушают безводным сульфатом натрия (Na2SO4), и отгоняют растворитель на ротационном испарителе при температуре 35°С досуха. Сухой остаток растворяют в 1 мл ацетона. Далее приступают к хромато-масс-спектрометрическому определению ПАУ.

Похожие:

	Учебно-методическое пособие Рекомендовано для студентов специальности: 03030165 «Психология» Профессиональная ориентация – сложная комплексная проблема. По своим методам и содержанию она психолого-педагогическая и медико-физиологическая,...		Учебно-методическое пособие по фармакологии для студентов III курса... Методическое пособие предназначено для студентов лечебного, педиатрического и медико-профилактического факультетов для использования...
	Исследование токсичности снежного покрова зон рекреации октябрьского... М. З. Биболетова, Н. Н. Трубанева. Программа детализирует и раскрывает содержание стандарта, определяет общую стратегию обучения,...		Р. Кочюнас основы психологического консультирования Методическое пособие предназначено для студентов лечебного, педиатрического и медико-профилактического факультетов для использования...
	Рабочая программа профессионального модуля ПМ. 07. Проведение высокотехнологичных лабораторных исследований и управление качеством лабораторных исследований		Учебно-методическое пособие для проведения лабораторных работ по курсу «Общая гидрология» Учебно-методическое пособие разработано на кафедре океанологии профессором, доктором географических наук Л. А. Беспаловой и старшим...
	Рабочая учебная программа курсов повышения квалификации по дисциплине... «Инженерно-геологические изыскания и определение физико-механических свойств грунтов в полевых и лабораторных условиях»		Введение задачи Накопленные в виде снега атмосферные осадки питают поверхностные и грунтовые воды, режим которых в значительной мере зависит от распределения...
	Министерство здравоохранения и социального развития российской федерации... Методическое пособие предназначено для студентов лечебного, педиатрического и медико-профилактического факультетов для использования...		Л. А. Николаева гигиеническая оценка микробного загрязнения воздуха помещений Учебно-методическое пособие предназначено для студентов, изучающих дисциплину «гигиена»
	Разработка радиометрических систем и методов полевых и дистанционных...		Техника лабораторных исследований Примерная программа учебной дисциплины «Аналитиче­ская химия и техника лабораторных исследований» разработана на основе Федерального...
	Методическое пособие для очного и заочного отделений в 2 частях Методика экономических исследований: методическое пособие для самостоятельной работы студентов факультета экономики, финансов и коммерции....		Методическое пособие по дисциплине «Статистика» для специальности... Данное методическое пособие предназначены для студентов и преподавателей колледжей, реализующих Государственный образовательный стандарт...
	Методическое пособие по курсу персональная электроника жидкокристаллические... Методическое пособие предназначено для изучения курса «Персональная электроника» студентами специальности 200800, а также может быть...		История россии Учебно-методическое пособие предназначено для иностранных студентов первого курса всех факультетов. Составлено с учетом знаний и...