197 198 Chơng 9 Tổ chức quan trắc ô nhiễm không khí khí quyển 9.1. Quan điểm chung về tổ chức quan trắc Trong điều kiện gia tăng không ngừng những tác động nhân sinh tới môi trờng xung quanh, cần phải có thông tin đa dạng v chi tiết về hiện trạng môi trờng. Thông tin nh vậy cho phép không những đánh giá tình hình hiện tại, m còn cung cấp dự báo trạng thái tơng lai của môi trờng v cuối cùng xác định chiến lợc kiểm soát trong lĩnh vực bảo tồn tự nhiên. Vì các hợp phần của môi trờng khí quyển, thủy quyển, thạch quyển, sinh quyển liên hệ mật thiết với nhau, rõ rng rằng thông tin cũng cần phải mang tính tổng hợp. Ngoi ra, cũng cần tính đến những khác biệt hiện tồn tại về mức độ tác động. Nh vậy, trong khi tổ chức quan trắc, nên thực thi cách tiếp cận hệ thống m trong những năm gần đây gọi l phân tích ton diện môi trờng tự nhiên. Với cách tiếp cận hệ thống, hon ton cho phép giả định về tính tựa đồng nhất của các dạng ô nhiễm trong phạm vi những vùng kinh tế lãnh thổ khác nhau. Các vùng nh vậy l những hệ thống phức tạp, đợc đặc trng bởi một số lớn các tham số biến thiên, các đại lợng liên hệ thuận v nghịch với nhau, sự biến động theo thời gian đáng kể của chúng v.v Mô tả bằng giải tích một hệ thống nh vậy thực tế không thể đợc, tuy nhiên, cách tiếp cận sẽ đợc hiện thực hóa nếu sử dụng phơng pháp mô hình hóa toán học. Để xây dựng một mô hình tơng tự, ngời ta ứng dụng nguyên lý mô đun, trong đó mỗi mô đun có giá trị độc lập. Trên quan điểm tổ chức quan trắc liên tục về sự lan truyền các tạp chất có hại, tức nghiên cứu những vấn đề ô nhiễm những khu vực lớn, nên xem xét mô đun lan truyền ô nhiễm. Tỉ phần ô nhiễm đợc mang từ một phần của khu vực tới phần khác, đợc lấy trung bình trong một khoảng thời gian, có thể xác định theo biểu thức ++ = mml jlxlxjlm l ilijlm li m ilijlm l ij ccPcP cP G , (9.1) trong đó ijlm P xác suất vận chuyển ô nhiễm từ môi trờng l ở phần i của khu vực vo môi trờng m ở phần j của khu vực (trong khoảng thời gian lấy trung bình đã chấp nhận); xjlm P cũng nh vậy, nhng từ bên ngoi khu vực; il c mức ô nhiễm trung bình trong môi trờng l ở phần i của khu vực; xl c mức ô nhiễm trung bình trong môi trờng l trên ranh giới của khu vực hình thnh do những lợng đi tới từ bên ngoi khu vực. Nếu tính vận chuyển thực hiện chỉ đối với một môi trờng, chẳng hạn đối với khí quyển, thì biểu thức (9.1) sẽ đơn giản hóa rất nhiều v có dạng nh sau: jlxlxj i ilij ilij ij ccPcP cP G ++ = . (9.2) Quá trình lan truyền các tạp chất từ những nguồn tức thời v liên tục với độ cao khác nhau tới những khoảng cách nhỏ v 199 200 lớn với các tốc độ rơi lắng khác nhau, có thể viết bằng quan hệ )()( )( )( 11 1 ++ =+ + kikkkj i tt kiij tqtttQetqP kk , (9.3) trong đó )( ki tq nồng độ ô nhiễm tích phân trên vùng i (lấy tích phân theo độ cao); = 0 ),()( hdhtctq kiki , ( i c nồng độ thể tích, h độ cao); +1 , kk tt các thời điểm; thời gian tồn tại của chất trong khí quyển (thời gian sống); )( kj tQ cờng độ của các nguồn ô nhiễm trong vùng j tại thời điểm k t . Về phần mình, nồng độ của các chất ô nhiễm trong khí quyển biến thiên trong không gian v thời gian ) ,( tRI il l hm của các nguồn ) ,( tRQ i v phụ thuộc vo các đặc trng khí tợng thủy văn của môi trờng ). . . , , , ,() ,( gRRiil vKVQftRI = , (9.4) trong đó gRR vKV , , tuần tự l tốc độ gió, hệ số khuếch tán rối, tốc độ rơi lắng trọng lực. Đơng nhiên có mối phụ thuộc = j iji tRqtRQ ) ,() ,( , (9.5) trong đó ij q lợng chất i phát thải ra bởi các nguồn riêng rẽ j (các giá trị của đại lợng )(RI i đợc quyết định chủ yếu cả bởi vị trí của các nguồn trong không gian). Nh vậy, những quan hệ (9.1)(9.5) cho phép ta xác định danh sách những nhân tố u tiên cần tính đến khi tổ chức mạng lới quan trắc. Các nhân tố chính trong số đó l: Dẫn liệu về các nguồn ô nhiễm khí quyển hiện tại v tơng lai (có tính đến sự phát triển của các vùng kinh tế); Đặc trng của các chất ô nhiễm (độc tính, khả năng tham gia vo những phản ứng hóa học với các chất khác, khả năng rơi lắng xuống mặt đệm v.v ); Các dữ liệu khí tợng thủy văn; Các kết quả quan trắc trong quá khứ về ô nhiễm khí quyển (chủ yếu những nghiên cứu khảo sát); Các dữ liệu về mức ô nhiễm môi trờng tự nhiên ở những nớc khác; Các dẫn liệu về vận chuyển các tạp chất đi xa (vận chuyển xuyên biên giới). Mạng lới quan trắc thnh lập ở Liên Xô l một bộ phận cấu thnh của Hệ thống Ton cầu Theo dõi Môi trờng (GSME) thực hiện trong những năm gần đây trong khuôn khổ các chơng trình của UNEP. Chơng trình GSME dự định công việc trong một số hớng, tuy nhiên, nhiệm vụ quan trọng nhất trong khuôn khổ chơng trình ny l theo dõi sự vận chuyển quy mô lớn v sự rơi lắng các chất ô nhiễm (kiểm soát ô nhiễm). Đến lợt mình, những mục tiêu cuối cùng của việc theo dõi ô nhiễm ton cầu v khu vực trong hệ thống GSME l: Xác định nồng độ các chất ô nhiễm u tiên trong môi trờng, sự phân bố của chúng trong không gian v biến đổi theo thời gian; Đánh giá độ lớn v tốc độ các dòng chất ô nhiễm v các sản phẩm chuyển hóa có hại của chúng; Đảm bảo các phơng pháp thống nhất thu mẫu v phân tích để có đợc những kết quả so sánh đợc giữa các nớc v trao đổi kinh nghiệm về tổ chức các hệ thống theo dõi; Đảm bảo thông tin ở quy mô ton cầu cần thiết để đa ra 201 202 quyết định về quản lý các biện pháp đấu tranh với ô nhiễm. Nh vậy, tổ chức hệ thống quan trắc có căn cứ khoa học phải dựa trên sự phân tích ton diện môi trờng thiên nhiên. Còn dữ liệu của hệ thống đó cơ sở thông tin để giải quyết các nhiệm vụ điều tiết chất lợng môi trờng. Hớng quan trọng nhất trong công cuộc đấu tranh với ô nhiễm không khí khí quyển l hệ thống kiểm soát những phát thải công nghiệp vo khí quyển. Hệ thống ny cần thiết để nhận thông tin khách quan về những vụ phát thải tạp chất hại vo khí quyển bởi những nguồn công nghiệp. Để giải quyết nhiệm vụ ny, đã thnh lập Ban Thanh tra Nh nớc về Bảo vệ Không khí Khí quyển đảm bảo kiểm soát về sự tuân thủ những tiêu chuẩn quốc gia về phát thải cho phép tới hạn v những biện pháp giảm thiểu lợng phát thải các chất hại vo khí quyển. Thanh tra Nh nớc về Bảo vệ Không khí Khí quyển thực hiện kiểm soát: Sự tuân thủ của các xí nghiệp, cơ quan v tổ chức, những ngời hữu trách v công dân đối với những sắc lệnh v chỉ thị cũng nh những quy tắc luật định khác về bảo vệ không khí khí quyển; Sự thực hiện những kế hoạch v nhiệm vụ về bảo vệ không khí khí quyển; Sự tuân thủ những tiêu chuẩn phát thải cho phép tới hạn các chất ô nhiễm v những phát thải thỏa thuận tạm thời vo khí quyển; Sự tuân thủ những yêu cầu về bảo vệ không khí khí quyển khỏi ô nhiễm trong khi di chuyển, thiết kế, xây dựng v đa vo khai thác những xí nghiệp mới hoặc tái thiết kế; Sự thực hiện những nhiệm vụ kế hoạch về xây dựng v đa vo kh ai thác những công trình, trang thiết bị để lm sạch những nguồn phát thải chất ô nhiễm vo khí quyển. Hiện nay, các chức năng kiểm soát về bảo vệ không khí khí quyển đã chuyển sang ủy ban Nh nớc về Thiên nhiên Liên Xô (năm 1991 ủy ban Nh nớc về Thiên nhiên Liên Xô đã chuyển đổi thnh Bộ Bảo tồn Môi trờng), còn mạng lới quan trắc hoạt động trong hệ thống ủy ban Nh nớc về Khí tợng Thủy văn Liên Xô thuộc hệ thống theo dõi, tức l một hệ thống thông tin thụ động. Trong kế hoạch phát triển hệ thống ny, có dự định tiếp tục mở rộng số lợng các trạm cố định. Thí dụ, đến năm 1995 dự định tăng thêm 100150 trạm cố định so với năm 1985, điều ny tơng ứng với việc lập ra công vụ quan trắc ở khoảng 2030 điểm dân c của lãnh thổ Liên Xô. Trong đó sự phát triển hơn nữa công tác quan trắc sẽ đợc đảm bảo bằng việc hon thiện cơ cấu tổ chức của các chi nhánh mạng lới, đầu t những hệ thống quan trắc tự động hóa, tăng thêm khối lợng quan trắc về ô nhiễm môi trờng tự nhiên, trớc hết ở những vùng phân bố nh máy điện nguyên tử, thực hiện đầy đủ các chơng trình quan trắc v.v Đồng thời, phải nhấn mạnh sự cần thiết xem xét lại một cách nghiêm túc nhiều quan niệm truyền thống về sự phát triển mạng lới quan trắc. Chẳng hạn, trong điều kiện những khó khăn kinh tế nghiêm trọng của đất nớc, thì xu hớng quyết đoán về tăng số lợng của mạng lới quan trắc đang gây nên những nghi ngờ nhất định. Có lẽ, trong từng trờng hợp cụ thể cần quyết định xem trớc hết phải sử dụng những kinh phí hiện có vo phát triển mạng lới hay vo những biện pháp bảo vệ (xây dựng v hiện đại hóa những hệ thống lm sạch, chuyển đổi ngnh vận tải sang nhiên liệu khí v.v ). Có thể gọi một chiến lợc nh vậy trong giải quyết vấn đề 203 204 cải thiện chất lợng không khí khí quyển l chiến lợc u tiên tối u, trong đó các nhiệm vụ đợc giải quyết theo một lộ trình u tiên xuất phát từ những khả năng kinh tế hiện thực. 9.2. Quan trắc về chất lợng không khí khí quyển ở các điểm dân c v sự ô nhiễm nền Năm 1980 đã thông qua bộ luật Liên Xô Về bảo vệ không khí khí quyển. Theo luật ny, những năm gần đây đã mở rộng đáng kể những chức năng của các công vụ thực hiện quan trắc v kiểm soát về tình trạng ô nhiễm khí quyển. ở đây, trong khi giải quyết vấn đề ô nhiễm khí quyển, bên cạnh những phơng pháp tính toán, thì vai trò của dữ liệu thực nghiệm (kết quả quan trắc thờng xuyên về nồng độ các tạp chất có hại) trở nên cực kỳ to lớn. Thông tin hệ thống về hm lợng các chất ô nhiễm trong bầu không khí đợc thu nhận nhờ mạng lới quan trắc. Hiện nay, mạng lới quan trắc ny bao phủ trên 450 thnh phố của Liên Xô (bao gồm cả những địa điểm dân c ở đó quyền kiểm soát không chỉ thuộc các vụ của ủy ban Nh nớc về Khí tợng Thủy văn Liên Xô, m cả các bộ ngnh khác). Nh vậy, so với năm 1966, số thnh phố v điểm dân c có tiến hnh quan trắc thờng xuyên đã tăng lên khoảng 10 lần. Trách nhiệm về tổ chức phục vụ quan trắc đợc giao cho ủy ban Nh nớc về Khí tợng Thủy văn Liên Xô. Những ngh iên cứu lý thuyết v thực nghiệm về lan truyền tạp chất trong khí quyển thực hiện ở Tổng đi Vật lý Địa cầu mang tên A. I. Voeikov đã cho phép xây dựng những nguyên lý cơ bản tổ chức mạng lới quan trắc, thực hiện phân tích phòng thí nghiệm (hóa học) các mẫu không khí, thu thập, xử lý v khái quát thông tin về ô nhiễm. Để kiểm soát chất lợng không khí ở những điểm dân c, chúng ta đang thiết lập ba loại trạm quan trắc: trạm cố định, trạm định tuyến v trạm di động. Trạm cố định có chức năng đảm bảo thờng xuyên thu mẫu không khí để sau đó phân tích phòng thí nghiệm, cũng nh liên tục ghi hm lợng các chất ô nhiễm bằng các máy phân tích khí tự động. Hiện nay, mạng lới trạm cố định đợc cung cấp những trạm đo 2 (trớc đây l 1), đợc trang bị các máy phân tích khí loại 3 v 1 (những đặc trng cơ bản về các dụng cụ ny đợc trình by trong mục 9.4). Để tìm hiểu những biến động di hạn về hm lợng các chất ô nhiễm cơ bản v phổ biến nhất, trong số những trạm cố định có các trạm trọng điểm. Các trạm cố định đợc bố trí phù hợp với thỏa thuận của các cơ quan địa phơng của ủy ban Nh nớc về Khí tợng Thủy văn Liên Xô v Vụ Vệ sinh Dịch tễ học. Sự di dời các trạm trọng điểm chỉ đợc phép theo quyết định của ủy ban Nh nớc về Khí tợng Thủy văn Liên Xô. Trạm định tuyến có chức năng thờng xuyên thu thập mẫu không khí tại những địa điểm cố định bằng các xe trạm trang bị cho mục đích đó. Trạm di động có chức năng thu thập mẫu tại những nơi có dấu hiệu khói hoặc vết khí của nguồn tạp chất nhằm mục đích xác định vùng tác động của nó. Không phụ thuộc vo loại trạm, mỗi trạm đợc bố trí có tính đến những đòi hỏi nhất định: khuôn viên thoáng, mái che không phát bụi, xa các tòa nh v công trình xây dựng có khả năng lm sai lệch kết quả quan trắc v.v Việc định vị các trạm cố định v trạm định tuyến phụ thuộc nhiều vo kết quả khảo sát tổng hợp ban đầu về tình trạng ô 205 206 nhiễm môi trờng không khí thnh phố bởi phát thải công nghiệp, phát thải vận tải ô tô, các nguồn sinh hoạt v các nguồn khác. Trong thời kỳ khảo sát nh vậy, ngời ta nghiên cứu những đặc điểm vị trí địa lý tự nhiên của cụm dân c, chế độ khí tợng, phân bố các nguồn ô nhiễm, xác lập danh mục những chất ô nhiễm chủ yếu v.v Kết hợp các dữ liệu khảo sát tổng hợp với những kết quả nhận đợc bằng các phơng pháp tính toán, có thể thnh lập một mạng lới đủ hiệu quả cho phép nhận đợc bức tranh đúng về thực trạng ô nhiễm bầu không khí. Những kết quả quan trắc trạm di động đợc thực hiện trên những khoảng cách khác nhau gần những dấu hiệu của các xí nghiệp công nghiệp l sự bổ sung quan trọng vo thông tin của các trạm cố định v trạm tuyến. Số lợng tối thiểu các trạm cố định đợc xác định tùy thuộc vo dân số. Thí dụ, tại những cụm dân c với số dân trên 1 triệu ngời, mạng lới cần phải gồm 1020 trạm cố định v trạm tuyến. Lêningrat với dân số hơn 5 triệu, có tất cả 12 trạm loại 1 (2). Còn những căn cứ thực tế khác ảnh hởng tới số trạm v vị trí của chúng, đó l diện tích cụ dân c v địa hình khu vực, trình độ phát triển công nghiệp, đặc điểm ngnh giao thông vận tải v.v Mạng lới các trạm quan trắc hình thnh đợc ghi lên sơ đồ thnh phố, thí dụ về bản đồ ny đợc thể hiện trên hình 9.1. Trên sơ đồ ny ghi các điểm quan trắc, vị trí phân bố các xí nghiệp v các nguồn ô nhiễm khác, ranh giới các vùng vệ sinh đợc bảo vệ v các vùng nghỉ ngơi. Bốn chơng trình quan trắc đợc thực hiện tại các trạm cố định v trạm tuyến: quan trắc đầy đủ, quan trắc không đầy đủ, quan trắc rút gọn v quan trắc ngy. Hình 9.1. Mẫu sơ đồ thnh phố 1 nh máy luyện kim, 2 nh máy nitơ phân khoáng, 3 trạm thủy điện, 4 lò nhiệt luyện, 5 nh máy xi măng, 6 nh máy cơ khí, 7 xí nghiệp công nghiệp nhẹ, 8 tổ hợp xây dựng nh, I ranh giới khu vệ sinh bảo vệ, II ranh giới khu nghỉ dỡng, III trạm khí tợng, IV trạm quan trắc ô nhiễm khí quyển Quan trắc theo chơng trình đầy đủ đợc thực hiện hng ngy bằng các máy phân tích khí tự động liên tục hay gián đoạn vo 1, 7, 13 v 19 giờ thời gian sắc lệnh địa phơng. 207 208 Để có thông tin về nồng độ từng hạn quan trắc có thể cho phép tiến hnh quan trắc theo chơng trình không đầy đủ, thực hiện mỗi ngy vo 7, 13 v 19 giờ thời gian sắc lệnh địa phơng. ở những nơi nồng độ trung bình tháng thấp hơn 1/20 nồng độ tới hạn cho phép hoặc nhỏ hơn ngỡng độ nhạy của dụng cụ, cũng nh khi nhiệt độ không khí thấp hơn 45 o C, có thể cho phép tiến hnh quan trắc theo chơng trình rút gọn: nhận thông tin hng ngy về nồng độ từng lần vo 7 v 13 giờ thời gian sắc lệnh địa phơng. Trong khi thu mẫu cũng đồng thời ghi các đặc trng khí tợng: hớng v tốc độ gió, nhiệt độ không khí, trạng thái thời tiết v mặt đệm. Tại các trạm cố định trọng điểm tiến hnh quan trắc về các chất ô nhiễm chủ yếu (bụi, điôxit lu huỳnh, ôxit cacbon v điôxit nitơ) v các chất đặc biệt với danh mục đợc xác định thông qua khảo sát tổng hợp về tình trạng ô nhiễm bầu không khí ở điểm dân c. Tại các trạm cố định (không trọng điểm) tiến hnh quan trắc về những tạp chất độc hại đặc biệt. Việc xác định nồng độ các chất ô nhiễm chính tại những trạm ny đợc phép tiến hnh theo chơng trình quan trắc rút gọn. Tại các trạm tuyến thực hiện quan trắc về những chất ô nhiễm chính cũng nh những chất ô nhiễm đặc biệt. Tại các trạm di động chỉ quan trắc về những tạp chất đặc biệt đặc trng đối với các loại phát thải của xí nghiệp cụ thể. Mạng lới quan trắc xem xét ở trên đợc tổ chức ở những nơi có tác động nhân sinh mạnh, trong khi cần kiểm soát về mức ô nhiễm cả ở các vùng xa những nguồn tạp chất độc hại địa phơng. ở những vùng nh vậy, mức ô nhiễm đợc hình thnh bởi vận chuyển các tạp chất từ xa (xuyên biên giới). Để quan trắc về mức ô nhiễm, Tổ chức khí tợng thế giới đang thực hiện một chơng trình tổng quát quan trắc trên mạng lới gồm hơn 150 trạm nền. Mạng lới ny sẽ gồm các loại trạm: Cá c trạm cơ sở để theo dõi ton cầu về các nồng độ nền thấp của các thnh phần khí quyển quan trọng; Các trạm khu vực để theo dõi những biến động di hạn về thnh phần không khí khí quyển gây nên bởi những tác động nhân sinh khu vực; Các trạm khu vực với chơng trình quan trắc mở rộng. Chơng trình theo dõi tối thiểu tại các trạm cơ sở bao gồm đo độ đục khí quyển, độ dẫn điện của không khí, nồng độ điôxit cacbon trong không khí, tạp chất, kim loại nặng, đo độ axit giáng thủy. Đó l những trạm chủ yếu thuộc loại nghiên cứu. Tại các trạm khu vực, chơng trình tối thiểu bao gồm quan trắc về độ đục khí quyển, các tạp chất giáng thủy. Các trạm khu vực với chơng trình mở rộng có những quan trắc bổ sung về các thnh phần dạng khí của không khí khí quyển, thnh phần các hạt, kim loại nặng trong không khí v.v Hiện nay, có gần 10 trạm cơ sở đang hoạt động, tại đó tiến hnh phân tích ô nhiễm không chỉ trong khí quyển m còn ở các môi trờng khác. 9.3. Các phơng pháp cơ bản phân tích những chất lm ô nhiễm khí quyển Phân tích các chất ô nhiễm chứa trong môi trờng không khí có thể xếp vo loại những nhiệm vụ khó nhất của hóa học phân tích. Đó l do những nguyên nhân sau: Một mẫu đồng thời có thể chứa hng chục, thậm chí hng trăm hợp chất hữu cơ v vô cơ; 209 210 Nồng độ các chất độc trong khí quyển có thể l nhỏ không đáng kể (dới 74 1010 % v thấp hơn); Không khí l một hệ thống không ổn định với thnh phần liên tục biến đổi (sự hiện diện nớc, ôxy, các phản ứng quang hóa, biến đổi các điều kiện khí tợng). Một trong những nhiệm vụ chính phân tích ô nhiễm không khí l nhận thông tin về thnh phần định tính v định lợng của mẫu không khí đợc phân tích, cần cho dự báo các mức ô nhiễm không khí, đánh giá thực trạng, thực thi các biện pháp bảo vệ bầu không khí Để thực hiện nhiệm vụ ny, ngời ta sử dụng các phơng pháp hóa lý hiện đại phân tích chất v trớc hết l các phơng pháp sắc ký v các phơng pháp phổ kết hợp với phơng pháp sơ khởi tập trung tạp chất vi lợng. Hiện nay, các phơng pháp xác định những nồng độ thấp của các hợp chất hóa học độc hại trong không khí đã đợc xây dựng cho hơn 400 chất đợc chuẩn hóa ở Liên Xô v Mỹ. Với mục đích để phân tích ô nhiễm không khí, bốn nhóm phơng pháp sau đây đợc phổ biến nhất: các phơng pháp sắc ký, các phơng pháp trắc phổ khối lợng, các phơng pháp phổ, các phơng pháp điện hóa. Các phơng pháp sắc ký hiệu quả nhất khi phân tích những hỗn hợp phức tạp. Thí dụ, phơng pháp sắc ký khí phơng pháp lý tởng nghiên cứu các tạp chất vi lợng của các hợp chất hữu cơ dễ bay hơi. Từ cuối những năm bảy mơi, bắt đầu phát triển mạnh các phơng pháp sắc ký chất lỏng áp suất cao với hiệu năng cao. Những phơng pháp ny cho phép phân tích những mẫu không khí bị nhiễm các tạp chất l hợp chất hữu cơ độc, trong đó có các hyđrô cacbua thơm đa mạch vòng, thuốc bảo vệ sinh vật v.v Trong khi đó, để phân tích ô nhiễm không khí, ngời ta bắt đầu ứng dụng nhiều phơng án của phơng pháp sắc ký chất lỏng ion, cho phép xác định những tạp chất vi lợng của các hợp chất hữu cơ v vô cơ với khả năng phản ứng cao. Hình 9.2. Sơ đồ sắc ký khí 1 chất mang khí, 2 bộ điều chỉnh tiêu thụ, 3 thiết bị nhập mẫu, 4 ống sắc ký khí, 5 máy phân tách, 6 máy tự ghi, 7 buồng ổn nhiệt Trên hình 9.2 biểu diễn sơ đồ sắc ký khí, trong đó sự phân tách các chất dễ bay hơi diễn ra theo trình tự sau. Nhờ một bộ phận chuyên thờng l que nhọn thủy tinh nhỏ, mẫu đợc đa vo từ một đầu của ống sắc ký di hẹp (ống di 0,93,0 m v đờng kính 0,2550 mm), chất mang khí đi qua đó. Với t cách chất mang khí, ngời ta dùng khí trơ, khí ny đi qua ống sắc ký với tốc độ không đổi v mang các hợp phần của mẫu tới đầu ra tùy thuộc vo thời gian lu giữ chúng trong ống sắc ký. Sự tách khí diễn ra nhờ chất rắn (hấp thụ) hoặc lỏng (hấp phụ) nằm trong ống sắc ký v đợc gọi l pha bất động. Nhờ quá trình hấp thụ các hợp phần riêng lẻ trên hoạt chất hấp thụ hay quá trình hòa tan chúng ở pha bất động, tùy thuộc vo các tính chất vật lý 211 212 của các hợp phần hỗn hợp, m một số hợp phần trong số đó chuyển qua nhanh hơn, những hợp phần khác chậm hơn, cho phép phân biệt chúng ở đầu ra bằng một máy phân tách phù hợp. Kết quả l có thể nhận đợc phân bố dải của các hợp phần băng sắc ký, cho phép tách v phân tích những chất riêng lẻ của mẫu. Những năm gần đây, phơng pháp tia lửa ion hóa đợc ứng dụng rộng rãi để kiểm tra tự động các hyđrô cacbua. Quá trình phân tách sử dụng phơng pháp tia lửa ion hóa đợc thực hiện bằng cách đa mẫu dạng khí vo tia lửa hyđrô. Tia lửa nằm giữa các điện cực với điện áp một số trăm vôn. Khi không có tạp chất (chỉ cháy hyđrô), dòng điện ion hóa xuất hiện nhỏ không đáng kể ( 1312 1010 A). Khi đa mẫu dạng khí có chứa hyđrô cacbua vo tia lửa hyđrô, thì trong tia lửa tạo thnh các ion, chúng hớng tới điện cực dơng. Dòng điện ion hóa xuất hiện ( 127 1010 A), đợc khuếch đại bởi máy khuếch đại trắc điện dòng một chiều v đợc ghi nhận bằng máy tự ghi. Những u điểm của phơng pháp tia lửa ion hóa gồm: độ nhạy cao đối với các chất hữu cơ, đặc trng biến đổi tuyến tính, tính không nhạy cảm đối với phần lớn các tạp chất nguồn gốc vô cơ. Sử dụng phơng pháp tia lửa ion hóa để phát hiện sau khi phân tách các hợp phần mẫu từ sắc ký khí cho phép phân biệt các hyđrô cacbua có mặt v xác định số lợng chúng. Phải nhận xét rằng bản thân phơng pháp tia lửa ion hóa chỉ cho khả năng xác định tổng lợng các hyđrô cacbua có mặt v không cho phép phân biệt các chất. Các phơng pháp trắc phổ khối lợng. Những tổ hợp phức tạp của các chất ô nhiễm trong không khí khí quyển, sự hiện diện đồng thời các hợp chất hữu cơ v vô cơ gây khó khăn rất nhiều cho công tác phân tích. Để đánh giá về chất v lợng của các tổ hợp, cần phân tách rõ các chất v nhận đợc những đặc trng đơn trị đối với mỗi chất trong chúng. Phép phân tích phổ khối sau khi phân tách sắc ký hợp chất sẽ đảm bảo thực hiện đồng thời hai đòi hỏi ny. Phân tích nh vậy đợc gọi l phép trắc phổ khối sắc ký (CMS). Các mẫu không khí ô nhiễm, nh đã nêu ở trên, thờng l những hỗn hợp phức tạp, chứa hng trăm hợp chất đợc phân tách dới dạng những đỉnh trên băng sắc ký. Vì vậy, việc giải đoán các băng sắc ký l công việc cực kỳ nặng nhọc. Tình hình đã thay đổi đáng kể khi sử dụng máy tính điện tử với phần mềm tơng ứng giúp đơn giản hóa việc giải đoán số liệu từ máy trắc phổ khối sắc ký (GMS) hoặc máy trắc phổ khối khí sắc ký (GC MS). Về thực chất, trong phơng pháp phân tích trắc phổ khối sắc ký các chất ô nhiễm không khí có hai cách tiếp cận: 1) xác định những hợp chất đặc biệt hay các lớp quan tâm; 2) phân tích chung (định tính v định lợng) tất cả các hợp chất có mặt trong mẫu không khí ô nhiễm. Trong trờng hợp thứ nhất, thì việc liên tục kiểm tra các ion lựa chọn l thích hợp nhất: ý nghĩa của phơng pháp ny l ở chỗ trong số các ion lựa chọn với tơng quan khối lợng trên điện tích ( em/ ) xác định, chỉ có một bộ phận không lớn có đóng góp vo cờng độ của đỉnh tơng ứng trên phổ khối. Nếu nh chỉ tách những ion cần thiết, thì số lợng chúng ghi nhận đợc bằng máy tách rất đặc biệt nh hệ máy tính trắc phổ khối sẽ tăng lên nhiều, đảm bảo độ nhạy cao hơn nhiều trong khi ghi v ớc lợng định lợng. 213 214 Trong cách tiếp cận thứ hai đòi hỏi biết tất cả các hợp phần có trong mẫu không khí ô nhiễm đợc phân tích. Trong trờng hợp ny, ngời ta nhận định về thnh phần các chất ô nhiễm theo đờng cong biến biến thiên của dòng điện ion. Đồ thị dòng điện ion nhận đợc trong chế độ phân tích sắc ký khối ion cho biết sự phụ thuộc của biến thiên cờng độ các đỉnh của những ion tơng ứng nh l một hm của thời gian. Nếu so sánh những biểu đồ ny với đồ thị biến thiên của dòng điện ion ton phần, dễ dng tìm đợc phổ khối của hợp phần tơng ứng m ngời nghiên cứu quan tâm. Các đặc trng định lợng có thể nhận bằng những phơng pháp khác nhau. Một trong những phơng pháp phổ biến nhất l sử dụng các băng sắc ký nhận đợc theo phơng pháp trong đó máy trắc phổ khối lợng giữ vai trò máy tách đặc biệt. Trong trờng hợp ny, để so sánh, ngời ta đa vo máy sắc ký một dung dịch chuẩn với nồng độ đã biết. Ngời ta so sánh diện tích đỉnh sắc ký chuẩn với diện tích đỉnh của hợp phần cần phân định v tính toán nồng độ của chất gây ô nhiễm có kể đến các hệ số độ nhạy. Phơng pháp khí sắc ký có những u việt không thể chối cãi nh l một phơng pháp phân tích, nhng không cho phép phân định hng trăm hợp chất có mặt trong thnh phần những hỗn hợp phức tạp lm ô nhiễm không khí khí quyển. Đơng nhiên rằng, để giải quyết vấn đề ny đòi hỏi phải có máy tách có khả năng cho các đặc trng đơn trị riêng biệt của từng hợp phần. Máy tách đó l máy trắc phổ khối lợng. Nếu liên kết thnh một sơ đồ thống nhất, các phơng pháp ny sẽ bổ sung lẫn nhau v cho phép tách v phân định những nồng độ thấp của các hợp chất hữu cơ trong các hỗn hợp phức tạp. Các phơng pháp phân tích phổ l phơng pháp phổ biến nhất để nghiên cứu thnh phần định tính v định lợng của ô nhiễm không khí. Phơng pháp phổ phát sáng ngoại hấp thụ nguyên tử, phổ plazma, phổ phát sáng ngoại rơn ghen, các phơng pháp laser v những phơng pháp khác cho phép xác định nhiều tạp chất vi lợng trong không khí. Một trong những phơng pháp thích hợp nhất phân tích không khí trong nhóm ny l phơng pháp trắc mu. Phơng pháp ny dựa vo đo sự suy yếu của dòng ánh sáng do sự hấp thụ chọn lọc ánh sáng bởi chất cần xác định trong vùng phổ nhìn thấy. Hợp phần cần xác định đợc chuyển hóa vo hợp chất nhuộm mu nhờ một phản ứng hóa học đặc biệt, sau đó xác định cờng độ mu của dung dịch. Nếu chất nghiên cứu trực tiếp hấp thụ ở vùng phổ nhìn thấy, thời gian kéo di phân tích sẽ giảm, vì không cần phải dùng dung dịch mu. Các dụng cụ đợc sử dụng trong phơng pháp trắc mu về cơ bản chia lm hai loại: Các dụng cụ trong đó ngời ta so sánh bằng mắt mu của dung dịch công tác v dung dịch chuẩn; Các dụng cụ trong đó ngời ta xác định cờng độ tuyệt đối hoặc tơng đối của các dòng ánh sáng đã đi qua dung dịch. Chúng ta cũng đã biết tới những máy phân tích khí trắc mu ánh sáng kiểu băng, trong đó sự tơng tác của chất cần xác định v hóa chất diễn ra trên các băng giấy, băng vải hoặc băng bằng polyme. Các máy phân tích kiểu băng có những u điểm so với các máy kiểu chất lỏng: chúng nhạy hơn, vận hnh đơn giản, không đòi hỏi thời gian chuẩn bị dung dịch. Thuộc loại các phơng pháp phổ còn có các phơng pháp phổ cực tím v phổ hồng ngoại. Trong vùng phổ cực tím ngời ta thờng phân tích các hợp chất thơm v các chất vô cơ nh SO 2 , NO 2 v Hg. So với phơng pháp trắc mu, phơng pháp ny có 215 216 độ nhạy cao hơn, tuy nhiên nó cũng có một nhợc điểm độ lựa chọn thấp. Đó l vì rất nhiều hợp chất hữu cơ lm ô nhiễm không khí có các dải hấp thụ rộng ở vùng phổ cực tím v các dải đó có thể gián đoạn. Điều ny trớc hết lm giảm độ chính xác phép đo, đôi khi lm cho không thể phân tích đợc các hỗn hợp nhiều hợp phần. Phơng pháp phổ hồng ngoại cho phép tiến hnh phân định v xác định định lợng nhiều chất ô nhiễm công nghiệp nguồn gốc hữu cơ v vô cơ. Để liên tục phân tích các tạp chất trong không khí ngời ta thờng sử dụng các máy phân tích hồng ngoại tự động loại không chọn lọc v loại chọn lọc. Chúng cho phép xác định nồng độ các chất trong không khí ở vùng 24 1010 %. Độ chọn lọc của phép phân tích khi ứng dụng máy phân tích loại chọn lọc đợc đảm bảo bằng cách chọn bớc sóng phân tích sao cho với bớc sóng đó chất cần xác định trong hỗn hợp hấp thụ bức xạ hồng ngoại, còn các hợp phần không đo vẫn l trong suốt. Các máy phân tích hồng ngoại không chọn lọc thờng gồm hai kiểu: Kiểu lọc âm bản, khi một trong các kênh dùng lm bộ lọc sẽ chứa đầy khí cần xác định nh l tạp chất trong không khí, còn kênh khác chứa chất khí ngăn cản việc xác định tạp chất tại một áp suất nhất định nếu nó có mặt trong không khí, hoặc giữ nguyên không chứa khí. Kiểu lọc dơng bản, khi sử dụng bộ thu chọn lọc dới dạng một buồng chứa chất khí cần phân tích v nó đợc thiết kế sao cho một trong các thnh của buồng l một mng kim loại nhạy cảm. Biên độ dao động của áp suất khí trong buồng tỉ lệ với nồng độ của chất khí cần phân tích. Các máy phân tích hồng ngoại không chọn lọc đợc sử dụng để phân tích ôxit v điôxit cacbon, hyđrô cacbua, ôxit nitơ v điôxit lu huỳnh. Công nghiệp nớc ta sản xuất các máy phân tích hồng ngoại âm học 3 v 1 để xác định nồng độ CO trong dải nồng độ 0 400 mg/m 3 trong không khí. Phơng pháp phát sáng ngoại thuộc loại các phơng pháp phát sáng độ nhạy cao để xác định các d lợng tạp chất hữu cơ v vô cơ trong không khí. Một trong các hớng của phơng pháp ny l phơng pháp phát sáng phân tử pha khí. Phơng pháp ny dựa trên nguyên lý kích hoạt các phân tử của những chất nh SO 2 , NO 2 , Cl 2 , bằng bức xạ với bớc sóng đặc trng cho sự hấp thụ của các hợp chất đó ở vùng phổ nhìn thấy v vùng phổ cực tím. Ngời ta kích hoạt phát sáng ngoại bằng laser v các đèn khí cờng độ cao, còn bớc sóng cần đo thì tách đợc bằng các bộ lọc ánh sáng. Để xác định các ôxit nitơ, cacbon v lu huỳnh, ôzôn, amiac v các chất khác, ngời ta sử dụng các máy phân tích khí độ nhạy cao lm việc theo nguyên lý phát sáng ngoại hóa học. Các phản ứng hóa học đi kèm với hiện tợng phát sáng ngoại hóa học có thể diễn ra ở nhiệt độ nâng cao cũng nh ở nhiệt độ bình thờng. Thí dụ, xác định nồng độ ôxit cacbon có thể nhờ sự phát sáng hóa học xuất hiện khi cháy ôxit cacbon trong ôxy nguyên tử: CO + O CO 2 + h . Trong khi đó sự phát sáng hóa học đợc phát hiện ở phần nhìn thấy của phổ tại 400= nm. Giới hạn phát hiện CO 0,5 mg/m 3 . Ôxit nitơ đợc xác định theo phản ứng tỏa nhiệt giữa NO v O 3 , kết quả nhận đợc NO 2 , O 2 v gần 10 % NO 2 kích động điện tử. Khi chuyển hóa NO 2 sang trạng thái không kích động, sẽ xuất hiện bức xạ với cờng độ tỉ lệ với lợng NO trong buồng phản ứng. Khi xác định hm lợng tổng cộng NO + NO 2 [...]... , 19 85 207 9 ., ., ., , 19 86 15 8 10 ., , 19 86 232 11 , 7 ., 19 90 237 12 - ô ằ ., 19 90 487 13 ., 19 87 366 14 2- ., , 19 84 560 15 234 ., , 19 72 366 16 ., ., ., , 19 83 19 2 17 ., , 19 82 252 18 ., , 19 74 320 19 30 ., 19 89 92 20 ., , 19 87 287 21 ., , 19 83 248 22 ., , 19 82 310 ... 310 23 ., , 19 84 750 24 - : 52.04 7885 ., 19 86 59 25 , - 86 ., , 19 87 93 26 ., : , 19 85 256 27 ., ., 19 84 95 28 ., , 19 78 423 c 29 ., ., , , 19 75 268 2 Bảo vệ nớc lục địa Chơng 1 sự phát triển các nghiên cứu về bảo vệ ti nguyên nớc 1. 1 Những luận điểm chung Sử dụng hợp lý v bảo vệ ti nguyên thiên nhiên - nhiệm vụ quan trọng... tham số khí tợng 10 % Số lợng cực đại các trạm cố định kiểm soát ô nhiễm khí quyển bằng 10 0 ở Lêningrat đã bố trí năm trạm nh vậy, chu kỳ đo tại đó bằng 30 phút, 1, 2, 4 v 6 giờ 233 Danh mục Ti liệu tham khảo 1 ., , 19 87 403 2 ., , 19 80 18 4 3 , ., , 19 85 272 4 - ., , 19 79 79 5 ., .: , 19 88 3 19 6 ., ., , 19 88 523 7 ., , 19 84 487... số quy dẫn cơ bản (tính bằng % của giới hạn đo trên) không lớn hơn 5 % Máy phân tích khí K -1 Máy phân tích khí điện tích phân cực K -1 l dụng cụ cố định tự động để đo hm lợng điôxit lu huỳnh trong không khí khí quyển Nguyên lý vận hnh của máy phân tích khí nh sau Hỗn hợp khí cần phân tích đợc lấy vo từ không khí khí quyển xung quanh nhờ thiết bị thu nhận chuyên, đợc lm sạch khỏi các tạp chất cơ học trong... sau đây: nếu chất khí có khả năng hấp thụ các tia hồng ngoại đợc chứa vo một thể tích kín v tác động lên nó bằng dòng bức xạ hồng ngoại, thì sau một khoảng thời gian nhất định 2 21 đo, 5 cửa thoát khí, 6 tấm lọc khí vo, 7 cửa khí vo, 8 các buồng lọc, 9 bộ phận tự ghi, 10 mng micro tụ, 11 bộ khuếch đại, 12 micro tụ, 13 các ống trụ thu nhận tia, 14 bộ thu bức xạ hồng ngoại, 15 buồng so sánh... lu huỳnh I c SO2 = 1, 193 8 , Q trong đó c SO2 nồng độ điôxit lu huỳnh trong không khí, mg/m3; I dòng điện, A; Q tiêu phí hỗn hợp khí, l/giờ Máy phân tích khí có bốn dải đo: 01, 02, 05 v 010 mg/m3 Sai số cơ bản của dụng cụ không quá 6 % của giới hạn đo trên Máy phân tích khí MK-3 dùng để xác định nồng độ ôxit cacbon trong hỗn hợp khí 224 Nguyên lý vận hnh (giống nh trong dụng cụ K1 đã xét ở trên) dựa... dùng để phân tích mức ô nhiễm môi trờng không khí Ngoi ra, trong khuôn khổ mục ny cũng sẽ trình by những thông tin về tổ hợp phơng tiện kĩ thuật đang đợc sử dụng: phòng thí nghiệm 2, hệ thống tự động hóa AHKOCA Trong -1 sử dụng sơ đồ máy phân tích hồng ngoại vi phân với bộ lọc dơng Sơ đồ nguyên lý của -1 đợc biểu diễn trên hình 9. 3 Máy phân tích khí -1 Loại máy phân tích khí ny đã một thời gian di đợc... ôxit cacbon v điôxit lu huỳnh; thu tự động 33 mẫu không khí để phân tích 5 loại tạp chất dạng khí, cặn khói v bụi; thu thủ công 5 mẫu không khí để phân tích các tạp chất dạng khí, cặn khói v bụi, đo tự động v ghi hớng v tốc độ gió, nhiệt độ ( 50 ữ 50 oC) v độ ẩm không khí khí quyển ( 010 0 %); kiểm soát bằng mắt nhiệt độ, độ ẩm v áp suất không khí khí quyển bằng các dụng cụ xách tay Phòng thí nghiệm 2 l... thiên nhiên v bảo vệ môi trờng đang đợc rất chú ý ở cấp quốc gia v pháp lý Thật vậy, ngay từ những năm đầu tiên tồn tại nh nớc Xô viết, sở hữu quốc gia về nớc đã đợc đề ra, mở ra những khả năng rộng lớn để sử dụng tổng hợp v có kế hoạch ti nguyên nớc nhằm phát triển kinh tế quốc dân, đồng thời bảo vệ nớc khỏi ô nhiễm v cạn kiệt Năm 19 19, ở nớc Nga đã thnh lập Uỷ ban Trung ơng về Bảo vệ nớc, với nhiệm... khuếch đại 11 , sau đó đến bộ phận tự ghi 9 Số đo của dụng cụ 9 l chỉ số nồng độ CO trong hỗn hợp khí đợc phân tích Để trấn áp ảnh hởng của điôxit cacbon tới số đo của máy 223 phân tích khí, chất ny thờng có mặt trong hỗn hợp khí cùng với CO v có phổ hấp thụ gần với phổ của ôxit cacbon, các buồng lọc của 1 đợc chứa đầy điôxit cacbon Máy phân tích khí cho phép đo trong ba dải: 040, 080 v 016 0 mg/m3 Sai . ., , 19 83. 19 2 . 17 . . ., , 19 82. 252 . 18 . . ., , 19 74. 320 . 19 . 30 . ., 19 89. 92 . 20. . ., , 19 87. 287 . 21. . . . ., , 19 83. 248 . 22. . . - . ., , 19 82. 310 7. ., 19 90 . 237 . 12 . - . ô ằ. ., 19 90. 487 . 13 . . . - . ., 19 87. 366 . 14 . . . . 2- . ., , 19 84. 560 . 15 . . . 235 236 . ., , 19 72. 366 . 16 . 1. . . . . . . . ., , 19 87. 403 . 2. . . . ., , 19 80. 18 4 . 3. . . , ., , 19 85. 272 . 4. . . . - . ., , 19 79. 79 . 5. . ., . . . .: , 19 88. 3 19 .