Измерительно-вычислительный комплекс и методы измерения элементного состава и микрофизических параметров городского аэрозоля

• Автор: Бортников, Владимир Юрьевич
• Шифр специальности: 01.04.01
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2008
• Место защиты: Барнаул
• Количество страниц: 121 с. : ил.

ОГЛАВЛЕНИЕ
ВВЕДЕНИЕ
ГЛАВА 1. СОВРЕМЕННОЕ СОСТОЯНИЕ ПРОБЛЕМЫ ИССЛЕДОВАНИЯ МИКРОСТРУКТУРЫ И ЭЛЕМЕНТНОГО СОСТАВА ГОРОДСКОГО ПРИЗЕМНОГО АЭРОЗОЛЯ (ЛИТЕРАТУРНЫЙ ОБЗОР)
1.1. Классификация и основные характеристики атмосферных аэрозолей
1.2. Влияние аэрозольных загрязнений атмосферы на здоровье человека
1.3. Особенности метеорологической обстановки и географического положения г. Барнаула
] .4. Исследования городского приземного аэрозоля
1.5. Методы определения элементного состава атмосферного аэрозоля.
Постановка задачи исследования
ГЛАВА 2. ИЗМЕРИТЕЛЬНО-ВЫЧИСЛИТЕЛЬНЫЙ КОМПЛЕКС ДЛЯ ИССЛЕДОВАНИЯ ЭЛЕМЕНТНОГО СОСТАВА АТМОСФЕРНОГО АЭРОЗОЛЯ
2.1. Структура и состав измерительно-вычислительного комплекса
2.2. Функциональная схема регистратора спектров
2.3. Принципиальная схема регистратора спектров
2.4. Блок охлаждения фотоприемника регистратора спектров
ГЛАВА 3. РЕЗУЛЬТАТЫ ИЗМЕРЕНИЯ ЭЛЕМЕНТНОГО СОСТАВА ПРИЗЕМНОГО АЭРОЗОЛЯ Г. БАРНАУЛА МЕТОДАМИ АТОМНОЭМИССИОННОГО СПЕКТРАЛЬНОГО АНАЛИЗА
3.1. Методика проведения спектрального анализа
3.2. Определение элементного состава аэрозоля с помощью метода эталонных образцов
3.3. Методика обработки данных для точного определения концентрации химического элемента в пробе
3.4. Результаты проведения количественного спектрального анализа атмосферного аэрозоля и твердого остатка снегового покрова
ГЛАВА 4. КОМПЛЕКС АППАРАТУРЫ, МЕТОДЫ И РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИЯ МИКРОФИЗИЧЕСКИХ ПАРАМЕТРОВ АТМОСФЕРНОГО АЭРОЗОЛЯ
4.1. Основные источники антропогенных аэрозольных загрязнений г. Барнаула
4.2. Комплекс аппаратуры и методы исследования микрофизических параметров приземного аэрозоля
4.3. Исследование функции распределения частиц по размерам
4.4. Динамика счетной и массовой концентрации частиц в 2006-2008 гг. в атмосфере г. Барнаула
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
ЛИТЕРАТУРА

ВВЕДЕНИЕ
Актуальность темы
В последнее время в нашей стране и за рубежом актуально встала проблема экологии, в том числе вопрос состояния загрязнения воздушного бассейна городов выбросами промышленных предприятий и транспорта. Наиболее сильными загрязнителями воздуха являются агрегаты тепловых сетей, а также индивидуальные топки жилых домов, работающие на жидком и твердом топливе.
Вместе с тем последние десятилетия характеризуются бурным ростом всесторонних исследований свойств атмосферного аэрозоля. В настоящий момент исследования микрофизических характеристик городского аэрозоля повсеместно ведутся различными авторами, как в России, так и за рубежом. Одним из важных параметров атмосферного аэрозоля является его элементный состав.
На данный момент создано множество методов, позволяющих определять элементный состав атмосферного аэрозоля.
К методам, с помощью которых возможно проводить анализ подобных образцов, относят различные виды спектрального анализа. Например, такие, как атомно-эмиссионная спектрометрия (АЭС) индуктивно связанной плазмы (ИСП), метод нейтронного активационного анализа (НАА или NAA), рентгенофлуоресцентный анализ (XRF), анализ характеристического рентгеновского излучения образца (PIXE).
Метод ИСП-АЭС основан на исследовании излучения видимого диапазона, испускаемого источником индуктивно связанной плазмы, в факел которого вносится проба в виде распыленного раствора (аэрозоля). Однако для функционирования источника ИСП необходим аргон, расход которого для различных установок в среднем составляет 5-20 л/мин, в результате чего стоимость анализов большого количества проб оказывается существенной.
Метод нейтронного активационного анализа является чувствительным неразрушающим методом для определения следовых концентраций элементов. Однако необходимо соблюдать предосторожности при исследовании образца с

элементного состава аэрозолей показало, что разброс данных достаточно велик даже для проб одного образца, взятых с разных частей фильтра. Точность метода составляет примерно 25 % для элементов с высокой относительной концентрацией (81, А1, Са) и примерно 50 % для элементов, концентрация которых менее 1 %. В ходе исследований выяснилось, что состав аэрозолей с размером частиц менее 3 мкм отличается от состава образцов почвы большим содержанием натрия, кальция, калия и титана. Для аэрозольных частиц размером 6-9 мкм такой же эффект имеет место для кальция и титана. Это говорит о том, что, скорее всего, аэрозоли принесены из других регионов. Для аэрозолей с размерами частиц более 9 мкм в отдельные дни наблюдались резкие выбросы концентрации Бе, Кфз;, А1, которые вызваны, по-видимому, попаданием отдельных частиц антропогенного происхождения.
Результаты анализа образцов, отобранных в разные дни в Иркутской области, свидетельствовали о большом разбросе значений концентрации Иа, К, Са, но иногда наблюдались и выбросы концентраций А1 и 13.
Элементный анализ исследованных аэрозолей показал, что основным источником их образования является эрозия алюмосиликатных- почв с примесями железа, титана, щелочных и щелочноземельных металлов.
Авторы [81] изучали приземный атмосферный аэрозоль Иркутска, Ангарска, Байкальска, Шелехова с целью изучения их вклада в загрязнение атмосферы озера Байкал. Проведенные расчеты и выполненные по ним оценки показали, что основной вклад в загрязнение Южного Байкала Сг и Мл вносят предприятия Иркутска: 74 % и 60 %, соответственно. Вклад предприятий Шелехова менее весом (17 и 21 %, соответственно). Наибольший вклад (72 %) в загрязнение Южного Байкала СиО вносят источники выбросов г. Шелехова. Влияние Иркутска значительно меньше (20 %). Основной вклад в загрязнение Байкальского государственного заповедника Сг и Мп вносят предприятия Иркутска: 74% и 72 %. Вклад предприятий г. Шелехова - 16 и 24 % соответственно. Наибольший вклад в загрязнение заповедника СиО вносят источники выбросов г. Шелехова - 74 %. Вклад предприятий Иркутска - 21 %.