Методы измерения содержания аммиака в атмосферном воздухе

При измерении содержания аммиака в атмосферном воздухе исследователи сталкиваются с рядом трудностей. Во- первых, аммиак быстро адсорбируется на любую поверхность, что может привести к недооценке концентрации. Более того, аммиак также может быстро десорбироваться, если концентрация в воздухе снизится или увеличится температура воздуха. Дополнительные трудности обусловлены геометрией источников выбросов аммиака, которые в основном являются площадными и неорганизованными.

Различают методы, подходящие для постоянного измерения (для целей мониторинга содержания аммиака в окружающей среде) и для детектирования разовых концентраций (для измерения в воздухе рабочей зоны).

Обычно стандартные методы мониторинга аммиака включают отбор пробы с помощью покачивания воздуха через какой- либо сорбирующий слой и различные методы дальнейшего анализа.

В настоящее время в Беларуси стандартизирована методика выполнения измерений концентрации аммиака в атмосферном воздухе фотоколориметрическим методом с реактивом Несслера (МВИ.МН 2226-2014). Данный метод основан на улавливании аммиака из воздуха слабым раствором серной кислоты и его фотометрическом определении по индофенолу, образующемуся в результате взаимодействия аммония с гипохлоритом и фенолом в присутствии нитропруссида натрия. Отбор проб воздуха на определение аммиака в этом случае осуществляется аспирационным методом, путем прокачивания атмосферного воздуха через поглотительный раствор в течение 20 минут со скоростью 2 л/мин.

Ниже кратко описаны распространенные методы и оборудование, используемые при исследовании содержания аммиака в воздухе [150].

Фильтрующий элемент используют для долговременного отбора проб. Данный метод основан на отделении твердой фазы и нежелательных газовых компонентов отбираемой пробы воздуха от газообразного аммиака, с помощью фильтрации и абсорбции в кислой среде, что позволяет собирать как аммоний, зафиксированный на частицах (NHt), так и газообразный аммиак (NH3). Фильтрующий элемент характеризуется низким пределом обнаружения аммиака.

Атмосферный воздух обычно прокачивается вакуумным насосом со скоростью 19 л/мин. После отбора пробы фильтры промываются дистиллированной водой, и вытяжка анализируется для определения содержания анионов с использованием ионной хроматографией; для анализа содержания NH+ используются колориметрические методы.

Эффективность рассматриваемого метода обычно ниже, чем других методов, что вызвано возможностью абсорбции аммиака на собранном тефлоновым предфильтром аэрозоле. Есть также вероятность завышения концентрации аммиака из-за возможного испарения аммиака с тефлонового фильтра. Данный метод требует большого времени пробоотбора (порядка 2 ч или более) для достижения предела обнаружения в 0,025 мкг/м3 и достаточно трудозатратен. С другой стороны, система проста, портативна и недорога.

Денудер. Метод основан на различии в скорости диффузии газа и частиц. Ламинарный поток воздуха прокачивается через стеклянную трубку, заполненную сорбентом (в случае с аммиаком - лимонной или щавелевой кислотой). Газ диффундирует к стенкам трубки, в то время как частицы проходят через трубку с потоком воздуха и собираются на фильтрующей системе, расположенной в конце трубки. На рис. 1.1 показан денудер фирмы URG (рис. 1.1).

Система закрытая и подсоединена к вакуумному насосу. Скорость прокачки - 16,7 л/мин. После отбора пробы сепаратор и фильтры промываются дистиллированной водой. Вытяжка анализируется на анионы с использованием ионной хроматографии и на NH4+ с использованием колориметрических методов. Метод трудозатратный, требует большого числа манипуляций.

Пассивный мониторинг. Выделяют два типа пассивного пробоотбора: с использованием трубки и кассеты. При использовании трубки диффузия происходит через неподвижную колонку, кассеты - через статический слой воздуха и мембрану с порами определенного размера.

Пробоотборник в виде трубки используют для определения уровня аммиака в атмосферном воздухе на основе сбора аммиака на фосфорную или щавелевую кислоты с последующим анализом уловленного аммония.

Система по измерению аммиака в атмосферном воздухе URG-3000 С (фото с сайга производителя)

Рис. 1.1. Система по измерению аммиака в атмосферном воздухе URG-3000 С (фото с сайга производителя)

Кассетный тип - пластиковый бокс с кассетой-фильтром из целлюлозы, оборудованный тефлоновым префильтром, предназначен для исключения взвешенных веществ. Данный метод позволяет определять аммиак в концентрации от 0,2 мкг/м3 в течение 1 недели и 0,05 мкг/м3 - 4 недель. На рис. 1.2 показан пробоотборник для пассивного мониторинга фирмы Radiello.

Пробоотборник для пассивного мониторинга Radiello (фото с сайта производителя)

Рис. 1.2. Пробоотборник для пассивного мониторинга Radiello (фото с сайта производителя)

Диффузионный скруббер. Метод соединяет в себе положительные качества кольцеообразного сепаратора, простоту работы и возможность использования для целей непрерывного мониторинга. Внутренние стенки трубки покрыты абсорбером, который поглощает аммиак. В отличие от сепаратора скруббер состоит из внешней трубки, в которой находится трубка с влажной мембраной с микропорами. Воздух прокачивается через внешнюю трубку с достаточно небольшой скоростью (1-2 л/мин) для обеспечения ламинарного потока. При прохождении через трубку аммиак диффундирует во внутреннюю трубку благодаря своей растворимости в воде. Таким образом, аммиак собирается внутри мембранной трубки, а не на стенках. Жидкость перекачивается в измерительную систему. Данный метод позволяет измерять концентрации в 0,007 мкг/м3, с временным разрешением 10 мин.

Рис. 1.3.

Газоанализатор для измерения содержания аммиака в воздухе рабочей зоны МГЛ-19 (фото с сайта производителя)

Термоденудеры. Система основана на высокотемпературной десорбции аммиака с поверхности оксида металла и последующим или одновременным каталитическим окислением аммиака до образования N0, который определяется. Положительные стороны: метод менее трудозатратный, высокое временное разрешение (10-20 мин), возможность автоматизации. Отрицательные стороны: есть вероятность переоценки концентрации при низких уровнях содержания аммиака в атмосфере, относительно дорогой метод.

Электрохимический метод. Данный метод лежит в основе работы газоанализаторов, которые используются для постоянных измерений уровня содержания аммиака в воздухе в пределах от 0,3 до 180 мкг/м3. В данной системе подходящий буферный реагент протекает через узкую газопроницаемую трубку и поступает через мембрану на электрод. Газоанализаторы используются для быстрого определения содержания загрязняющих веществ в воздухе, в частности, для определения содержания аммиака в воздухе рабочей зоны. На рис. 1.3 показан газоанализатор МГЛ-19 фирмы ОПТЭК.

Оптические методы. Методы основаны на спектрометрических свойствах молекулы аммиака. Данные методы являются прямыми измерениями, так как не требуют двухстадийного процесса отбора проб и проведения анализа. Они позволяют отследить изменения концентрации аммиака в течение малого периода времени (1 мин) с очень низким пределом обнаружения. Следует отметить отрицательные стороны данных методов: несмотря на полную автоматику процесса, оптические методы не могут быть использованы без обслуживания в течение долгого времени, они достаточно дороги, технически сложны, и в них используются едкие вещества. Отмечается [150], что данные методы не могут быть использованы для повседневных полевых измерений.

 
Посмотреть оригинал
< Пред   СОДЕРЖАНИЕ   ОРИГИНАЛ   След >