Система мониторинга окружающей среды

Экологическая ситуация, сложившаяся в ряде промышленных центров, в районах добычи и переработки минерального сырья, строительства и эксплуатации промышленных объектов, часто близка к критической.Стремительное развитие всех отраслей промышленности, энергетики, транспорта, увеличение численности населения, урбанизация и химизация всех сред деятельности человека приводят к нарушению и загрязнению биосферы, ее отдельных компонентов.

Осознание глобальной экологической катастрофы заставляет мировое сообщество искать пути выхода из кризисной ситуации. Вывод о необходимости перехода цивилизации к экологически сбалансированному развитию имеет непосредственное отношение к опасности, угрожающей человеческой цивилизации.

Основной задачей экологического мониторинга является изучение изменений природной среды, возникающих в результате воздействия на нее человека, получение как качественных, так и количественных характеристик изменений в природной среде.

В главе рассматриваются как общие проблемы экологического мониторинга, так и наиболее важные специальные вопросы, необходимые для приобретения практических навыков наблюдения и контроля за состоянием природной среды, выбросами в атмосферный воздух, сбросами в поверхностные воды.

1.1. Система государственного экологического мониторинга

Конституция Российской Федерации закрепляет право своих граждан «на благоприятную окружающую среду, достоверную информацию об ее состоянии и на возмещение ущерба, причиненного здоровью или имуществу граждан экологическим правонарушением».

Безопасность становится одним из важнейших критериев социального развития, которое должно стать одновременно и устойчивым, и безопасным, обеспечивая тем самым выживание человека в условиях сохранения окружающей природной среды.

Концепция национальной безопасности Российской Федерации закрепила новую правовую категорию «национальная безопасность в экологической сфере». Экологическая безопасность, как составная часть национальной безопасности, является обязательным условием устойчивого развития и выступает основой сохранения природных систем и поддержания соответствующего качества окружающей среды.

В законе «Об охране окружающей среды» устанавливается превалирующая роль деятельности по обеспечению экологической безопасности и впервые сформулировано само понятие экологической безопасности как состояние защищенности природной среды и жизненно важных интересов человека от возможного негативного воздействия хозяйственной или иной деятельности, чрезвычайных ситуаций природного и техногенного характера, их последствий.

Одним из важнейших элементов экологической безопасности определен экологический мониторинг, в результате которого осуществляются следующие функции: нормирование воздействия и контроль источников воздействия на окружающую среду, а также контроль качества компонентов окружающей среды. В свою очередь система экологического мониторинга - это одно из ключевых звеньев информационно-аналитической деятельности, направленной на управление качеством окружающей среды. Ее эффективность напрямую зависит от использования полученной информации органами исполнительной власти и организациями, чья деятельность связана с планированием градостроительной деятельности, управлением дорожного движения, оценкой воздействия загрязнения на здоровье населения, предупреждением и ликвидацией чрезвычайных ситуаций.

Основными системообразующими элементами экологического мониторинга определены территориальные системы, включающие базовые функциональные, специальные и локальные системы мониторинга.

Создание и функционирование территориальной системы государственного экологического мониторинга принято считать основным фактором обеспечения экологической безопасности и устойчивого эколого-экономического развития территории.

Государственный экологический мониторинг (государственный мониторинг окружающей среды) осуществляется в рамках единой системы государственного экологического мониторинга (государственного мониторинга окружающей среды) федеральными органами исполнительной власти, органами государственной власти субъектов Российской Федерации в соответствии с их компетенцией, установленной законодательством Российской Федерации, посредством создания и обеспечения функционирования наблюдательных сетей и информационных ресурсов в рамках подсистем единой системы государственного экологического мониторинга (государственного мониторинга окружающей среды), а также создания и эксплуатации уполномоченным Правительством Российской Федерации федеральным органом исполнительной власти государственного фонда данных.

Единая система государственного экологического мониторинга (государственного мониторинга окружающей среды) создается в целях обеспечения охраны окружающей среды.

Задачами единой системы государственного экологического мониторинга (государственного мониторинга окружающей среды) являются:

- регулярные наблюдения за состоянием окружающей среды, в том числе компонентов природной среды, естественных экологических систем, за происходящими в них процессами, явлениями, изменениями состояния окружающей среды;

- хранение, обработка (обобщение, систематизация) информации о состоянии окружающей среды;

- анализ полученной информации в целях своевременного выявления изменений состояния окружающей среды под воздействием природных и (или) антропогенных факторов, оценка и прогноз этих изменений;

- обеспечение органов государственной власти, органов местного самоуправления, юридических лиц, индивидуальных предпринимателей, граждан информацией о состоянии окружающей среды.

Единая система государственного экологического мониторинга (государственного мониторинга окружающей среды) включает в себя подсистемы:

- государственного мониторинга состояния и загрязнения окружающей среды;

- государственного мониторинга атмосферного воздуха;

- государственного мониторинга радиационной обстановки на территории Российской Федерации;

- государственного мониторинга земель;

- государственного мониторинга объектов животного мира;

- государственного лесопатологического мониторинга;

- государственного мониторинга состояния недр;

- государственного мониторинга водных объектов;

- государственного мониторинга водных биологических ресурсов;

- государственного мониторинга внутренних морских вод и территориального моря Российской Федерации;

- государственного мониторинга исключительной экономической зоны Российской Федерации;

- государственного мониторинга континентального шельфа Российской Федерации;

- государственного экологического мониторинга уникальной экологической системы озера Байкал;

- государственного мониторинга охотничьих ресурсов и среды их обитания.

Федеральными органами исполнительной власти, осуществляющими государственное управление в области охраны окружающей среды, федеральными органами исполнительной власти, уполномоченными на ведение подсистем единой системы государственного экологического мониторинга (государственного мониторинга окружающей среды), в соответствии с федеральными законами осуществляются:

- поиск, получение (сбор), хранение, обработка (обобщение, систематизация) и анализ информации о состоянии окружающей среды, происходящих в ней процессах, явлениях, об изменениях состояния окружающей среды;

- поиск, получение (сбор), хранение, обработка (обобщение, систематизация) и анализ информации об объектах, оказывающих негативное воздействие на окружающую среду, о характере, видах и об объеме такого воздействия;

- оценка состояния окружающей среды и прогнозирование его изменений под воздействием природных и (или) антропогенных факторов;

- определение связей между воздействием природных и (или) антропогенных факторов на окружающую среду и изменениями состояния окружающей среды;

- выработка предложений о предотвращении негативного воздействия на окружающую среду и направление их в органы государственной власти, органы местного самоуправления, юридическим лицам, индивидуальным предпринимателям;

- направление в органы государственной власти, уполномоченные на осуществление государственного контроля (надзора), и правоохранительные органы информации о нарушении нормативов в области охраны окружающей среды вследствие воздействия природных и (или) антропогенных факторов и предложений об устранении таких нарушений;

- направление в органы государственной власти, органы местного самоуправления предложений для их учета при подготовке документов территориального планирования и (или) предложений об изменении указанных документов в целях формирования благоприятных условий жизнедеятельности человека, ограничения негативного воздействия хозяйственной и иной деятельности на окружающую среду, обеспечения охраны и рационального использования природных ресурсов в интересах нынешнего и будущего поколений;

- выпуск экстренной информации о необходимости снижения негативного воздействия на окружающую среду природных и (или) антропогенных факторов;

- оценка эффективности проводимых природоохранных мероприятий;

- создание и эксплуатация баз данных информационных систем в области охраны окружающей среды;

- хранение информации о состоянии окружающей среды, о происходящих в ней процессах, явлениях, об изменениях состояния окружающей среды и предоставление этой информации органам государственной власти, органам местного самоуправления, юридическим лицам, индивидуальным предпринимателям, гражданам.

1.2. Государственный фонд данных государственного экологического мониторинга (государственного мониторинга окружающей среды).

Государственный фонд данных является федеральной информационной системой, обеспечивающей сбор, обработку, анализ данных и включающей в себя:

- информацию, содержащуюся в базах данных подсистем единой системы государственного экологического мониторинга (государственного мониторинга окружающей среды);

- результаты производственного контроля в области охраны окружающей среды и государственного экологического надзора;

- данные государственного учета объектов, оказывающих негативное воздействие на окружающую среду.

Создание и эксплуатация государственного фонда данных осуществляются в соответствии с настоящим Федеральным законом, законодательством Российской Федерации об информации, информационных технологиях и о защите информации и иными нормативными правовыми актами Российской Федерации.

Федеральные органы исполнительной власти, уполномоченные на осуществление государственного экологического мониторинга (государственного мониторинга окружающей среды), а также органы государственной власти субъектов Российской Федерации, участвующие в осуществлении государственного экологического мониторинга (государственного мониторинга окружающей среды), обязаны направлять получаемую в ходе осуществления соответствующего мониторинга информацию в государственный фонд данных.

Порядок создания и эксплуатации государственного фонда данных, перечень видов включаемой в него информации, порядок и условия ее представления, а также порядок обмена такой информацией устанавливается Правительством Российской Федерации.

Информация, включаемая в государственный фонд данных, подлежит использованию органами государственной власти, органами местного самоуправления, юридическими лицами, индивидуальными предпринимателями, гражданами при планировании и осуществлении хозяйственной и иной деятельности.

Информация, включенная в государственный фонд данных, предоставляется органам государственной власти, органам местного самоуправления, юридическим лицам, индивидуальным предпринимателям, гражданам в порядке, установленном законодательством Российской Федерации.

Информация, включаемая в государственный фонд данных и свидетельствующая об угрозе возникновения чрезвычайной ситуации, в том числе стихийного бедствия, а также о состоянии окружающей среды в границах зон чрезвычайных ситуаций, подлежит незамедлительному представлению в единую государственную систему предупреждения и ликвидации чрезвычайных ситуаций.

Информация, включаемая в государственный фонд данных и свидетельствующая о возможном вредном воздействии на человека состояния окружающей среды, в том числе компонентов природной среды, подлежит незамедлительному направлению в органы, уполномоченные осуществлять федеральный государственный санитарно-эпидемиологический надзор.

Обмен информацией в рамках единой системы государственного экологического мониторинга (государственного мониторинга окружающей среды), а также между единой системой государственного экологического мониторинга (государственного мониторинга окружающей среды), единой государственной системой предупреждения и ликвидации чрезвычайных ситуаций и органами, уполномоченными осуществлять федеральный государственный санитарно-эпидемиологический надзор, предоставление такой информации органам государственной власти, органам местного самоуправления, юридическим лицам, индивидуальным предпринимателям, гражданам осуществляются на безвозмездной основе.

На основе информации, содержащейся в государственном фонде данных, уполномоченный Правительством Российской Федерации федеральный орган исполнительной власти подготавливает ежегодный государственный доклад о состоянии и об охране окружающей среды, порядок подготовки и распространения которого устанавливается Правительством Российской Федерации.

1.3. Технические и технологические проблемы экологического мониторинга.

К настоящему времени в России и за рубежом создан большой парк специальной и универсальной контрольно-измерительной и аналитической техники, образцовых средств, технологий проведения анализа, контроля, оценки, обработки информации. Поэтому задача технико-технологического обеспечения экологического мониторинга сводится к выбору оптимального комплекта технических средств наблюдения и контроля из числа серийно выпускаемых различными предприятиями и ведомствами на основе нормативной базы экологического мониторинга.

Результаты экологического мониторинга составляют информационную базу (банк данных) ООС, что позволяет использовать ЭВМ для сбора, хранения, обработки и анализа информации. Информационное обеспечение ООС, в свою очередь, является основой для управления природоохранной деятельностью, проведения ресурсосберегающей политики. Информативность мониторинга во многом зависит от уровня технических средств (оснащенности службы), поэтому при комплектовании парка приборов необходимо руководствоваться всем комплексом нормативов контроля, регламентирующим объемы, периодичность, требуемую точность и достоверность, а также полноту наблюдений. Обязательное условие обеспечения требуемой информативности использование ЭВМ и средств мониторинга на их основе.

Ведомственная служба экологического мониторинга должна иметь полный комплект необходимых технических средств для контроля всех основных параметров загрязнений окружающей среды. Обычно состав загрязнителей воздуха, воды, почв достаточно точно прогнозируется (оксиды азота, углеводороды и др.) и поэтому задача экологического контроля сводится к количественному определению концентраций известных загрязнений. Для этого ведомственные службы экологического контроля достаточно оснастить комплексными передвижными лабораториями анализа качества воздуха, воды, почв.

Организации экологической службы, ее техническому оснащению для контроля какой-либо определенной территории с находящимися на ней источниками техногенеза должны предшествовать научно-исследовательские работы, необходимые для исследования и прогнозирования возможных загрязнений (по составу и объемным концентрациям). Результаты исследований служат основанием для комплектования контрольных служб техническими средствами измерений и анализа состава и концентраций загрязнителей.

Инспекционные службы применяют разные методы и средства экологического контроля. Все они равноправны по критериям информативности, точности и достоверности.

В общую структуру аппаратных средств входят три уровня сети наземных измерений.

Низовой уровень мониторинговой сети представлен стационарными постами по воздуху и воде, передвижными и стационарными лабораториями по состоянию атмосферы, воды, почвы, снега, передвижными станциями контроля выбросов и сбросов, инспекционными службами, службами получения данных от населения.

Число стационарных и передвижных станций и постов определяется результатами исследований, расчетов на имеющихся моделях конкретной природно-технической геосистемы (или природно-территориального комплекса), а также на основании накопленного опыта наблюдения за окружающей средой.

На среднем уровне сети работают центры сбора и обработки информации, полученной в низовых сетях, отличающиеся друг от друга спецификой и сложностью решаемых задач.

Высший уровень сети пользователи информации, полученной в центрах ее сбора и обработки. Непосредственными пользователями данных являются инспектора по охране окружающей среды.

К числу основных составляющих сети мониторинга относятся датчики и анализаторы, устройства загрузки данных, устройства передачи данных и др.

В иерархически построенной сети наземных измерений вычислительные средства обработки информации используются практически на всех уровнях сети. В стационарных и передвижных постах загрузчик данных не только управляет работой анализаторов, но и производит их первичную обработку. В локальных и центральном вычислительных центрах определяются по моделям уровни загрязнения среды по основным и дополнительным ингредиентам, строятся карты изолиний, рассчитываются прогнозы, вычисляются вероятные источники загрязнений и т.п.

Вычислительный центр сети мониторинга загрязнений выполняет следующие функции:

- управление работой сети наземных измерений в оперативном, штормовом режимах и режиме проверки работоспособности;

- сбор информации от стационарных постов и передвижных лабораторий контроля загрязнений;

- ведение банков данных оперативного и долговременного хранения информации с обеспечением надежности хранения информации и защиты от несанкционированного доступа;

- обработка информации для получения общей картины загрязнений для вычисления прогнозов, интегральных оценок экологического состояния среды и др.;

- подготовка и выдача информации о загрязнениях в плановом порядке в виде сводных таблиц, картографического материала и т.п.;

- передача информации в автоматическом режиме в главный вычислительный центр.

Сеть передачи данных наземных измерений со станций экологического мониторинга обеспечивает регулярную (один раз в 10 мин, 30 мин, 1 ч и т.п.) передачу данных измерений от стационарных постов и передвижных лабораторий, передачу данных, поступающих от населения о тревожных и аварийных ситуациях и от вычислительного центра пользователям информации (исполнительной власти, населению и т.п.) по каналам связи.

Информация, передаваемая от стационарных постов и передвижных лабораторий, невелика по объему (сотни байт), но передается достаточно часто. Скорость передачи данных невелика сотни бит в секунду. Требования к надежности передаваемых данных не предельно жесткие, так как протекающие в атмосфере и воде процессы имеют высокую скорость распространения.

Данные от вычислительного центра пользователям должны передаваться 1-2 раза в сутки, объем их достаточно велик (до нескольких десятков килобайт). Поэтому скорость передачи и требования к надежности передачи данных должны быть достаточно высоки.

Информационное обеспечение системы комплексного экологического мониторинга должно содержать следующие элементы:

- упорядоченную структуру информационных потоков (входных, внутренних, выходных);

- инфраструктуру собственно информационной базы данных;

- методики сбора данных от стационарных и передвижных постов;

- методики передачи данных, полученных от постов различного уровня, включая лидары;

- методики обработки данных и расчета интегральных показателей состояния окружающей среды;

- методики определения источников выбросов;

- структуру пользовательских организаций сети и эксплуатационных служб.

Состав программного обеспечения сети комплексного экологического мониторинга следующий:

- развитые операционные системы;

- стандартные базы данных;

- картографическое и графопостроительное обеспечение;

- мониторы для управления сбором данных.

Базой данных называют совокупность хранимых операционных данных, используемых прикладными системами некоторого потребителя. Основополагающим при проектировании или выборе структуры базы данных является модель представления данных.

По способу организации баз данных различают реляционные, иерархические и сетевые базы данных. Первые строятся на основе реляционной модели данных, использующей математическое понятие теоретико-множественного отношения. База данных при этом представляет собой совокупность таблиц. В иерархических базах данных, соответствующих иерархической модели, данные имеют структуру простого дерева, база данных в целом совокупности деревьев. Сетевые базы данных организованы как ориентированная сеть, где данные имеют вид ориентированного графа.

Выбор конкретной базы данных зависит от характера выполняемых задач. В соответствии с общими задачами сети наземных измерений должны быть созданы основные базы данных по следующим объектам: воздух, выбросы и отходы, вода и др. Большинство из них целесообразно строить как реляционные. В то же время, скажем, для картографических систем могут быть использованы базы данных иерархического типа.

1.4. Классификация экологического мониторинга.

По уровню накопления и обработки полученной информации выделяют следующие виды мониторинга:

- глобальный (биосферный), на основе международного сотрудничества позволяющий оценить современное состояние всей природной системы Земли. Наблюдение ведут базовые станции в различных регионах планеты (30-40 сухопутных и более 10 океанических). Нередко они располагаются в биосферных заповедниках;

- национальный, проводимый в пределах государства специально созданными органами;

- региональный, объединяющий информацию, полученную в пределах крупных районов, интенсивно осваиваемых народным хозяйством и, следовательно, подверженных антропогенному воздействию, специальными станциями;

- локальный (импактный), включающий наблюдения за воздушной средой различных зон города, промышленных и сельскохозяйственных районов и отдельных предприятий, осуществляемые с помощью стационарных, передвижных или подфакельных постов. Такая система имеется в большинстве крупных городов России.

По объектам наблюдения различают геофизический и биологический экологический мониторинг.

Геофизический мониторинг состоит в наблюдении, контроле, оценке и прогнозе состояния и изменений геофизической среды (как совокупности физических процессов и свойств определенного участка земли), т.е. абиотической составляющей биосферы как в микро-, так и в макромасштабе, а также в изучении реакции крупных систем: погоды и климата.

Основными задачами биологического мониторинга являются определение состояния биотической составляющей биосферы, ее отклика, реакции на антропогенное воздействие, определение функции состояния и отклонения этой функции от нормы на различных уровнях организации биосистем.

По целям мониторинга выделяют научно-исследовательский, диагностический, фоновый, контрольный, прогнозный и другие виды мониторинга, а по методам ведения биоиндикационный (с помощью биоиндикаторов), контактный приборный (опробование), неконтактный дистанционный (авиа- и космическая съемка). Различают также мониторинг состояния природных ресурсов и мониторинг источников и факторов антропогенного воздействия.

1.5. Методы и средства геофизического мониторинга

Для получения объективной информации о состоянии и уровне загрязнения различных объектов природной среды необходимо располагать надежными средствами и методами экологического контроля. Повышение эффективности контроля за состоянием природной среды может быть достигнуто повышением производительности, оперативности и регулярности измерений, увеличением масштабности охвата одновременным контролем и автоматизацией и оптимизацией технических средств и процесса контроля.

С помощью набора инструментальных методов химического, физико-химического, микробиологического анализа и других видов наблюдений постоянно отслеживаются состав и техногенные загрязнения атмосферного воздуха, поверхностных вод суши, почв, морской воды, геологической среды, а также состояние и поведение источников антропогенных воздействий. Здесь мониторинг смыкается с функциями технологического контроля.

В развитых индустриальных странах техника приборного контроля качества водной и воздушной среды быстро совершенствуется. Разработаны и применяются коммутационные системы непрерывного автоматического слежения за концентрациями загрязнителей воздуха, техника автоматического экспресс-анализа стоков, телеметрические спектральные анализаторы эмиссий в устьях источников, а также разнообразные портативные индикаторные приборы. В последнее время в Интернет появились серверы, содержащие разнообразную и постоянно обновляющуюся информацию о данных экологического мониторинга в странах Западной Европы, CШA, Канады и Японии.

Средства экологического мониторинга подразделяются на контактные и неконтактные; а контролируемые показатели на функциональные (продуктивность, оценка круговорота веществ и др.) и структурные (абсолютные или относительные значения физических, химических или биологических параметров: концентрация загрязняющего вещества, коэффициент суммарного загрязнения и др.). Среди контактных методов контроля различают методы, использующие прямое измерение параметра и косвенное (рис.1). В результате прямого измерения искомый параметр определяется непосредственно, например показатель рН (метод рН-метрии). При косвенном измерении искомый параметр получают с использованием различных калибровочных графиков, таблиц и пр.

Эффективность любого метода наблюдений и контроля за состоянием природной среды оценивается следующими показателями в их совокупности:

- селективностью и точностью определения;

- воспроизводимостью получаемых результатов, чувствительностью определения;

- пределами обнаружения элемента (вещества);

- экспрессностью выполнения анализа.

Основным требованием к выбираемому методу является его применимость в широком интервале концентраций элементов (веществ): от следовых содержаний в незагрязненных объектах фоновых районов до высоких концентраций в районах техногенного воздействия.

Рисунок1. Структура контактных методов наблюдения и контроля

за состоянием природной среды

1.6. Контактные методы контроля. Наиболее распространена обширная группа физико-химических методов.

Фотометрический метод основан на сравнении оптических плотностей исследуемой и контрольной жидкостей, определяемых по закону Бугера Ламберта Бера:

D = abc

где D – оптическая плотность раствора; а – коэффициент поглощения при определенной длине волны; b – толщина кюветы; с – концентрация исследуемого элемента (вещества). При постоянных значениях а и b зависимость между оптической плотностью раствора и концентрацией загрязнителя должна быть линейной.

К разновидностям фотометрического метода анализа относятся фотоколориметрический (визуальная фотоколориметрия, фотоэлектроколориметрия) и спектрофотометрические фотоколориметрические методы (с поглощением полихроматического света). Для визуальной фотоколориметрии используют приборы визуального сравнения: пробирки, ручные колориметры, визуальные фотометры; для фотоэлектроколориметрии – фотоэлектрические фотометры, которые являются двухлучевыми приборами с двумя фотоэлементами. Чувствительность определения соединения зависит от природы элемента соединения и составляет 0,02-20 мкг/мл пробы.

Спектрофотометрические методы анализа отличаются от фотоколориметрических использованием поглощения монохроматического света. Чувствительность определения различных элементов и соединений спектрофотометрами 0,08-20 мг/мл пробы. Частными случаями спектрофотометрии являются турбидиметрический и нефелометрический методы анализа, применяющиеся для определения количества веществ, находящихся во взвешенном состоянии, посредством измерения интенсивности прохождения (турбидиметрический) или рассеивания (нефелометрический) света в контролируемом растворе пробы. Для измерений турбидиметрическим методом служат спектрофотометры различных типов с синим светофильтром, а также специальные приборы мутномеры. Рассматриваемый метод пригоден для измерения концентраций порядка несколько частей на миллион. Нефелометрический метод анализа более чувствителен для сильно разбавленных суспензий и при благоприятных условиях может дать точность, сравнимую с точностью других колориметрических методов.

В основе спектрофотометрии (спектрально-эмиссионного метода) лежит излучение световой энергии атомами, ионами, реже молекулами. Излучаемые молекулами, атомами, ионами эмиссионные линейчатые спектры не зависят от вида химических соединений, из которых состоит исследуемое вещество. Поэтому этот вид анализа применяется для элементного состава проб воды и почвы. Метод является универсальным, высокочувствительным, экспрессным и точным; кроме того, он позволяет одновременно анализировать до 30 элементов в одной пробе.

Атомно-абсорбционный спектральный анализ основан на способности свободных атомов элементов селективно поглощать резонансное излучение определенной для каждого элемента длины волны. Метод универсален, прост, высокопроизводителен и позволяет выделить более семи элементов с точностью 0,1-0,01 мг/л.

Люминесцентный (флуориметрический) метод использует появление сильной флуоресценции у некоторых веществ (нефтепродуктов, фенолов и др.) при воздействии на них ультрафиолетовым излучением. Приборы для люминесцентного анализа называются спектрофлюориметрами.

Газохроматографический метод основан на селективном разделении соединений между двумя несмешивающимися фазами, одна из которых неподвижна (жидкость или твердое тело), а другая – подвижна (инертный газ – носитель). Рассматриваемый метод позволяет определять ничтожно малые количества веществ, не обладающих специфическими реакциями, анализировать смеси, состоящие из десятков и сотен компонентов с близкими свойствами.

Электрохимические методы анализа используют зависимость различных электрических свойств среды от количественного и качественного состава исследуемого вещества:

- изменение потенциала электрода в зависимости от физико-химических процессов, протекающих в веществе (потенциометрический метод);

- изменение электропроводности и диэлектрической проницаемости вещества в зависимости от концентрации и природы ее компонентов (кондуктометрический метод);

- реакции ионоселективных электродов, обратимых к большому числу катионов и анионов (ионометрический метод).

К этой же группе методов относится полярографический метод, использующий принцип восстановления анализируемого соединения на ртутном капающем электроде, как правило, при анализе следовых количеств веществ, находящихся в разных агрегатных состояниях. Полярографы имеют чувствительность, равную 0,005-1 мкг/мл пробы.

Macс-спектрометрический метод заключается в ионизации газообразной пробы электронной бомбардировкой, после чего образующиеся ионы подвергаются воздействию магнитного поля. В зависимости от массы и заряда ионы отклоняются с различной скоростью и соответствующим образом разделяются.

Рентгеноспектральный анализ состоит в изучении спектров различных элементов и веществ под воздействием рентгеновского излучения.

1.7. Неконтактные методы измерений

Контактные методы наблюдений и контроля за состоянием природной среды дополняются неконтактными, основанными на использовании двух свойств зондирующих полей (электромагнитных, акустических, гравитационных): осуществлять взаимодействия с контролируемым объектом и переносить полученную информацию к датчику. Зондирующие поля обладают широким набором информативных признаков и разнообразием эффектов взаимодействия с веществом объекта контроля.

Принципы функционирования средств неконтактного контроля условно подразделяют на пассивные (прием зондирующего поля, исходящего от самого объекта контроля) и активные (прием отраженных, прошедших или переизлученных зондирующих полей, созданных источником).

Неконтактный контроль атмосферы осуществляется с помощью радиоакустических и лидарных методов. Сначала радиоволны были использованы для анализа состояния ионосферы (по отражению и преломлению волн), затем для исследования осадков, облаков, турбулентности атмосферы (сантиметровые волны).

Область применения радиоакустических методов ограничена сравнительно локальными объемами воздушной среды (в радиусе 1-2 км). Приборы могут функционировать в наземных условиях и на борту аэроносителей.

Одной из причин появления отраженного акустического сигнала являются мелкомасштабные температурные неоднородности, что позволяет контролировать температурные изменения, профили скорости ветра, верхнюю границу тумана.

Принцип лидарного (лазерного) зондирования заключается в том, что лазерный луч рассеивается молекулами, частицами, неоднородностями воздуха, поглощается, изменяет свою частоту, форму импульса, в результате чего возникает флюоресценция, которая позволяет качественно или количественно судить о таких параметрах воздушной среды как давление, плотность, температура, влажность, концентрация газов, аэрозолей, скорость и направление ветра. Преимущество лидарного зондирования заключается в монохроматичности, когерентности и возможности изменять спектр, что позволяет избирательно контролировать отдельные параметры воздушной среды. Главный недостаток – ограниченность потолка наземного зондирования атмосферы влиянием облаков.

Среди методов неконтактного контроля природных вод наиболее распространены радиояркостный, радиолокационный и флуоресцентный.Радиояркостный метод обеспечивает одновременный контроль волнения, температуры и солености вод в диапазоне зондирующих волн от видимого до метрового. Радиолокационный метод заключается в приеме и обработке (амплитудной, энергетической, частотной, фазовой, поляризационной, пространственно-временной) сигнала, отраженного от взволнованной поверхности.

Для дистанционного контроля параметров нефтяного загрязненной водной среды (площадь покрытия, толщина, примерный химический состав) используется лазерный отражательный, лазерный флуоресцентный, фотографирование в поляризованном свете.

Флуоресцентный метод основан на поглощении оптических волн нефтью и различии спектров свечения легких и тяжелых фракций нефти. Оптимальный выбор длины возбуждающей волны поз