Проектирование пробоотбора природных сред

Выбор мест пробоотбора является одной из важнейших задач мониторинга. Этому вопросу в экологической литературе традиционно отводится очень небольшое место (если отводится вообще). Тем не менее репрезентативность отбора проб является той необходимой основой, на которой базируются практически все виды мониторинга. Это связано с тем, что с помощью качественно отобранных проб можно получить достоверную информацию о воздействии предприятия на компоненты среды и таким образом решать управленческие задачи.

Выбор места нробоотбора определяется целями анализа. Безусловно, должны быть проанализированы имеющаяся информация относительно источника и характера загрязнения, а также результаты натурных обследований. При этом следует учесть все обстоятельства, влияющие на состав отбираемой почвы и на результат первичной оценки наличия и уровня загрязнения (воздействия).

Задачи определения точек отбора проб и идентификации характера воздействия должны решаться максимально экспрессно, сопоставимо по времени с пробоотбором. Быстрота первичной оценки при обнаружении источника загрязнения или воздействия вредного физического фактора определяет не только эффективность самого по себе анализа (экономичность, точность), но и в ряде случае безопасность персонала. В режиме обнаружения характер работы технического средства контроля по возможности должен быть следящим, т. е. непрерывным, или хотя бы периодическим, но с минимальным временем паузы между повторяющимися циклами анализа^[1]. Можно выделить некоторые общие требования к техническим средствам и методам. Принято говорить о «триаде» важнейших свойств и средств аналитического контроля (рис. 3.10).

Рис. 3.10. Важнейшие требования к средствам контроля.

Так, необходима способность средств контроля обнаруживать загрязняющие вещества или физические факторы максимально специфично (избирательно по отношению к искомому загрязнителю или фактору). Для задачи идентификации требование специфичности средства заменяется требованием селективности', техническое средство должно быть способно одновременно (или последовательно) различать в анализируемой среде несколько даже похожих по свойствам веществ (факторов).

Кроме специфичности (селективности) для средств обнаружения крайне важна их чувствительность, т. е. способность фиксировать минимально возможные концентрации загрязняющих веществ или уровни воздействия факторов.

В случае, когда при проведении процедуры обнаружения сигнал о воздействии отсутствует, в целях безопасности и экономии времени как можно раньше должно быть принято решение об осуществлении контроля в другом месте по тому же показателю. Также в этой ситуации может быть целесообразно перенастроить средство — заменить индикаторный элемент на иное вещество или фактор.

Помимо избирательности к техническим средствам для мониторинга крайне важен учет фактора времени. Задача идентификации даже даже при современном уровне технических средств является весьма сложной и труднорешаемой «на месте». Обычно идентификация проводится в стационарной лаборатории с достаточно хорошим оснащением.

При неавтоматизированном («ручном») режиме обнаружения обычно применяют портативные («простейшие») средства экспрессного контроля:

• • для воздуха — это индикаторные трубки, экспресс-тесты на основе индикаторных бумажек или пленок, другие индикаторные элементы;
• • для воды и вытяжек из почвы — это тесты или тест-комплекты, а также микро- (мини)-портативные переносные лаборатории с упрощенными (обычно качественными или полуколичественными) операциями анализа.

Для использования в автоматическом режиме служат малогабаритные сенсоры и другие чувствительные элементы. Это устройства, обладающие свойствами быстродействующего первичного преобразователя контролируемого параметра окружающей среды в аналитический сигнал (изменение окраски, перепад электрического тока, напряжения или другого фиксируемого показателя), т. е. являющиеся сигнализаторами. Когда задача обнаружения (или идентификации) загрязнений выполнена, средства выдают информацию, необходимую для принятия решения о проведении следующей операции — пробоотбора.

Отбор проб является очень существенным этапом в технологическом цикле экоаналитического контроля, определяя достоверность и точность (да и вообще возможность) всех дальнейших работ по контролю состояния окружающей среды.

Для получения достоверной и надежной информации о содержании загрязняющего вещества нробоотбор должен обеспечивать репрезентативность (представительность) анализируемых образцов для природных объектов. Представительными считаются пробы, в которых содержание определяемых ингредиентов не изменяется при отборе проб, их хранении и транспортировке к месту анализа. Иными словами, репрезентативной (от англ, representative — представительный, показательный) является проба, которая в максимальной степени характеризует качество среды по анализируемому показателю, является типичной и неискаженной вследствие концентрационных и других факторов.

В ряде случаев, при очень низких концентрациях загрязняющего вещества в среде, при отборе проб определяемое вещество приходится отделять от матрицы с целью его концентрирования (см. параграф 3.7). В таком случае преднамеренно не будет выполняться общее требование о постоянстве соотношения компонентов матрицы и анализируемого вещества во время пробоотбора. Процедуры обогащения пробы, концентрирования определяемого загрязняющего вещества особенно полезны при отборе проб воздуха, реже — воды. Они не могут быть рекомендованы для матриц сложного и неизвестного состава (например, почв).

Важнейшим моментом является выбор адекватного способа пробоотбора, который определяется прежде всего агрегатным состоянием анализируемых веществ и сред, а также другими их физико-химическими свойствами. Отборы проб должны проводиться персоналом высокой квалификации. Существует довольно много особенностей организации отбора проб в различных условиях, для разных веществ. Остановимся лишь на некоторых наиболее общих требованиях к организации пробоотбора.

Проба, взятая для анализа, должна отражать типичные условия места и времени ее взятия. Отбор пробы, хранение, транспортировка, пробоподготовка и аналитическая работа с ней должны проводиться так, чтобы не произошло заметных изменений в содержании определяемых компонентов загрязняющих веществ или в свойствах содержащей ее среды (тары). В зависимости от цели анализа возможен разовый или серийный пробоотбор.

Разовый пробоотбор проводится 1 раз в определенном месте; при этом рассматривается результат только одного анализа. Данный способ применяется редко, когда результатов одного анализа достаточно для суждения о качестве исследуемой среды (при постоянстве ее свойств, например в глубинных подземных водах или в случае первичных полевых оценок).

Серийный отбор проб гораздо более распространен; каждая проба берется в связи с остальными. В ходе анализа серии проб определяется изменение содержания наблюдаемых компонентов с учетом их места нахождения, времени отбора или обоих этих факторов. В итоге получают соответствующее количество результатов, которые статистически обрабатывают и оценивают. Полученные таким образом данные более правильны по сравнению с результатами разового отбора, а их точность зависит от числа проб в серии. В качестве примера серийного отбора проб можно привести зональный отбор (например, отбор проб воды с различных глубин по выбранному створу водоема или отбор проб через определенные промежутки времени). Также возможен отбор «согласованных проб», которые отбирают в различных местах по течению реки или сточных вод с учетом времени прохождения воды от одного пункта до другого.

Отбираемые пробы могут быть простыми или смешанными (рис. 3.11).

Особенности пробоотбора для различных компонентов окружающей среды рассматриваются в следующих главах.

• [1] См.: Мониторинг и методы контроля окружающей среды: учеб, пособие: в 2 ч. /Ю. А. Афанасьев [и др.].