Методы и приборы контроля окружающей среды

Уральский государственный лесотехнический университет»
Кафедра ФИЗИКО-ХИМИЧЕСКОЙ ТЕХНОЛОГИИ ЗАЩИТЫ БИОСФЕРЫ
Направление подготовки
Квалификация (степень) выпускника
Профиль подготовки
241000.62 Энерго- и
ресурсосберегающие процессы в
химической технологии, нефтехимии и
биотехнологии
Бакалавр
Охрана окружающей среды и
рациональное использование природных
ресурсов
Методы и приборы контроля
окружающей среды
Разработчик программы:
Доцент кафедры, кхн
Т.И. Маслакова

Цели дисциплины - формирование у
студентов умений и практических навыков
организации и проведения экологических
исследований для получения оптимальной
информации о состоянии окружающей
среды, проведения оценки воздействия на
окружающую природную среду с целью
прогнозирования возможных изменений и
разработки долгосрочных решений в
области охраны окружающей среды.




Освоение дисциплины готовит к работе со
следующими объектами профессиональной
деятельности бакалавров:
основные химические, нефтехимические и
биотехнологические производства;
промышленные установки и технологические схемы,
включая системы автоматизированного управления;
сооружения очистки сточных вод и газовых выбросов,
переработки отходов, утилизации теплоэнергетических
потоков и вторичных материалов;
методы и средства оценки состояния окружающей
среды и защиты ее от антропогенного воздействия.





Основными задачами дисциплины «Методы и приборы
контроля окружающей среды» являются:
характеристика
природной
среды
как
объекта
экологического контроля;
изучение основных стадий и характеристик процесса
контроля природной среды (отбор пробы, подготовка
пробы, измерение состава, обработка и представление
результатов измерения);
изучение теоретических основ физико-химических
методов анализа;
изучение некоторых особенностей экспрессных методов
контроля;
приобретение навыков в выборе методов, технических
средств
и
современных
приборов
контроля
приоритетных загрязнений окружающей среды.
ОБЪЕМ ДИСЦИПЛИНЫ И ВИДЫ УЧЕБНОЙ РАБОТЫ
Вид учебной работы
Всего часов
Форма обучения
очное
заочное
54
54
12
Лекции (Л)
20
20
6
Практические занятия (ПЗ)
34
34
6
Самостоятельная работа (всего)
54
54
123
20
34
20
34
65
40
-
-
18
Вид промежуточной аттестации: экзамен
36
36
9
Общая трудоемкость
144
144
144
4
4
4
Аудиторные занятия (всего)
в том числе:
в том числе:
Проработка тем, вынесенных на самостоятельное изучение
Подготовка к практическим занятиям
Контрольная работа для студентов заочного обучения
часы
зачетные единицы
Содержание дисциплины
1. Введение в курс «Методы и приборы контроля окружающей среды»
1.1 Природная среда как объект экологического контроля.
Основные загрязнители природной среды и их источники. Нормирование
загрязнений в воздухе, воде, почве. Основные объекты анализа. Аналитический
цикл и его основные этапы. Роль химического анализа в решении проблем
окружающей среды.
1.2 Основные стадии и характеристики процесса контроля природной
среды
Отбор пробы, подготовка пробы, измерение состава, обработка и
представление результатов измерения. Пробоотбор. Представительная проба,
способы ее получения. Транспортировка и хранение проб, способы их
консервирования. Пробоподготовка. Концентрирование и разделение как
стадии пробоподготовки. Связь этапа пробоподготовки с последующим
методом определения.
1.3 Основные требования к методам и средствам контроля природной
среды
Требования к вспомогательному и испытательному оборудованию.
Требования к методикам выполнения измерений. Требования к средствам
пробоотбора. Требования «технической компетентности» экоаналитических
лабораторий
Пример презентации из лекционного курса
Содержание дисциплины
2. Отбор проб атмосферного воздуха, воды и почвы.
2.1 Отбор проб атмосферного воздуха
Основные проблемы анализа городского воздуха, воздуха рабочей
зоны, промышленных и транспортных выбросов. Способы и методы
отбора проб воздуха. Принципиальная схема прибора для отбора
проб воздуха. Поглотительные приборы, фильтры, расходомеры,
побудители расхода. Электроаспираторы.
2.2 Отбор проб воды.
Виды проб. Отбор проб на глубине. Батометры.
2.3 Отбор проб почвы.
Особенности почвы как объекта окружающей среды. Пробоотбор.
Способы и условия отбора проб. Химический состав почв.
Гумусовые вещества. Подготовка проб почвы к анализу. Задачи
аналитического контроля. Определение обобщенных показателей.
методы отбора
проб воздуха
метод выливания;
вакуумный метод;
аспирационный метод:
- Отбор проб в жидкие среды
- Отбор проб на твердые сорбенты
- Криогенное концентрирование
- Хемосорбция
- Отбор проб в контейнеры
- Концентрирование на фильтрах



Пример презентации из лекционного курса
Батометры Нансена
(Nansen bottle)
Пример презентации из лекционного курса
Ручные буры Эйдельмана
Пример презентации из лекционного курса
Содержание дисциплины
3. Методы и приборы лабораторного контроля загрязнения объектов
окружающей среды
3.1 Классификация методов контроля параметров природной среды.
Контактные, дистанционные, биологические методы. Сущность методов,
контролируемые объекты, принципы функционирования средств контроля.
3.2 Физико-химические основы методов контроля приоритетных загрязнений
природной среды.
Основы спектральных, хроматографических и электрохимических методов.
3.3 Технические средства мониторинга воздушной среды, водной среды и почв.
Газоанализаторы, анализаторы жидкостей, анализаторы твердых и сыпучих
веществ. Принципы действия, технические характеристики, области применения.
3.4 Методическое и техническое обеспечение аналитической аппаратуры
универсального назначения (многокомпонентный анализ природной среды): атомная и
молекулярная спектрофотометрия, газовые и жидкостные хроматографы,
универсальные многоканальные компьютерные системы контроля окружающей
среды.
3.5 Дистанционные методы контроля природной среды.
Пассивные и активные дистанционные методы. Методы спектрозональной съемки
и инфракрасной радиометрии. Методы дистанционного оптического зондирования.
Технические средства дистанционного мониторинга
Классификация спектроскопических методов
СПЕКТРОСКОПИЯ
Пример презентации из лекционного курса
Современные атомно-абсорбционные спектрометры
Пример презентации из лекционного курса
Спектрофотометр
NanoPhotometer Pearl UV/Vis
Пример презентации из лекционного курса
Современные ИК-спектрометры
Пример презентации из лекционного курса
Хроматографические методы классифицируют
Пример презентации из лекционного курса
мембранная
мембранная
Метод газовой хроматографии

основан
на
разделении
углеводородов
нефти
на
неполярной фазе в режиме
программирования температуры.
Нефтепродукты экстрагируют из
пробы органическим растворителем (четыреххлористый углерод
или гексан), полученный экстракт
очищают методом колоночной
хроматографии
на
оксиде
алюминия и очищенный экстракт
анализируют. Градуировка проводится с использованием смеси
дизельного топлива и смазочного
масла.
Пример презентации из лекционного курса
ПОЛЕВЫЕ ХРОМАТОГРАФЫ
Пример презентации из лекционного курса
Электрохимические методы анализа
Методы анализа, основанные на измерении
электрохимических свойств компонентов
 окислительно-восстановительного потенциала,
 электрической проводимости,
 силы полярографического тока.
 Электрохимические методы делятся на
3 группы:
- потенциометрические
- кондуктометрические
- полярографические
Пример презентации из лекционного курса
Современные кондуктометры
Пример презентации из лекционного курса
Пример презентации из лекционного курса
Пример презентации из лекционного курса
Содержание дисциплины
4. Экспресс-методы.
4.1 Индикаторные системы (теоретические основы)
Экспресс-методы, классификация. Тест-средства, примеры
использования. Дозиметры. Принцип действия и примеры
использования дозиметров.
4.2 Оперативный анализ водных сред
Методы количественной оценки определения содержания
загрязняющих
веществ
с
применением
тест-средств.
Метрологическая оценка измерений.
5. Автоматизированные системы экологического контроля
5.1 Классификация автоматизированных систем экологического
контроля
Анализаторы: дискретные, проточные, центрифужные. Детекторы.
Лабораторные роботы. Химические и оптические сенсоры: принцип
действия. Пеллисторы. Оптроды.
5.2 Примеры использования
Основные способы осуществления производственного анализа с
использованием автоматизированных систем.
Пример презентации из лекционного курса
Производимые в РФ тест-системы
для экспресс-анализа качества вод
Тест-системы для экспрессанализа воды фирмы МЭТ
Тест-системы фирмы ЗАО
Сhristmas (г. Санкт-Петербург)
Тест-наборы Aquamerck, Microquаnt, Aquaquаnt для
определения концентраций веществ в водных растворах
(фирмы Merck KGaA, Германия)
Aquaquant
Microquant
Aquamerck
Пример презентации из лекционного курса
Пример презентации из лекционного курса
Лабораторный робот
Пример презентации из лекционного курса
Волоконно-оптические сенсоры (оптроды)
иммобилизованными реагентами
Объект
определения
рН
Реагент/носитель
Принцип
измерения
конго красный/ ацетилцеллюлоза
флуоресцеинамин/
стекло
поглощение
Аl3+
морин/целлюлоза
флуоресценция
Сl-
флуоресцеин/
коллоидное серебро
флуоресценция
К+
валиномицин+нильский голубой/ ПВХ поглощение
флуоресценция
Практические занятия
№
раздела
3
3
3
4
Наименование раздела
дисциплины (модуля)
Наименование
лабораторных работ
Методы
и
лабораторного
загрязнения
окружающей среды
приборы Выбор
современных
методов
контроля контроля загрязняющих веществ в
объектов объектах окружающей среде
Методы
и
лабораторного
загрязнения
окружающей среды
приборы Определение чувствительности и
контроля пределов
обнаружения
объектов загрязняющих
веществ
современными методами
Методы
и
лабораторного
загрязнения
окружающей среды
приборы Определение
концентрации
контроля загрязняющих веществ методом
объектов атомной спектроскопии
Экспресс-методы
Итого:
Определение содержания меди,
цинка, ртути и кадмия с
использованием тест-систем
Обработка результатов экспрессанализа проб воды и снежного
покрова.
Трудоемкость (часы)
очное
заочное
10
4
8
8
2
8
34
6
Лист контрольных мероприятий студента очной
формы обучения
Введение в курс «Методы и приборы контроля
окружающей среды»
0-1
Отбор проб атмосферного воздуха, воды и почвы
0-1
Методы и приборы лабораторного
загрязнения объектов окружающей среды
0-1
Экспресс-методы
0-1
Автоматизированные системы экологического
контроля
0-1
контроля
Презентация по заданной теме
Текущее тестирование
Выполнение расчетного домашнего
задания
Выполнение индивидуального домашнего
задания
Перечень и содержание
разделов дисциплины
Выполнение лабораторных работ
Посещаемость
занятий
Текущая аттестация
Максимально
возможная сумма
баллов
1
0-2
3
3-6
0-2
9
2-4
0-2
7
0-2
3
Обязательный минимум для допуска к экзамену
5
5
23
2
12
Лист контрольных мероприятий студента заочной формы обучения
Контрольная работа
Методы и приборы лабораторного
загрязнения объектов окружающей среды
Презентация по заданной теме
Текущее тестирование
Выполнение расчетного домашнего задания
Выполнение индивидуального домашнего задания
Перечень и содержание
разделов дисциплины
Выполнение практических работ
Посещаемость
занятий
Текущая аттестация
Максимально
возможная сумма
баллов
0-15
15
контроля
3-6
Экспресс-методы
6
2-4
4
Обязательный минимум для допуска к экзамену
5
8
25
13
Темы контрольных работ для студентов заочной формы обучения






















Определение содержания ионов тяжелых металлов в воде.
Методика идентификации нефтезагрязнений почвогрунтов по данным много- и гиперспектральной оптикоэлектронной аэросъемки.
Применение хромато-масс-спектрометрии для контроля качества окружающей среды
Особенности и области применения экспресс-методов
Применение ИК-спектроскопии для определения содержания нефтепродуктов в пробах природных и сточных
вод
Особенности и использование ВЭЖХ при анализе проб воды
Особенности определения содержания органических веществ в пробах вод
Определение содержания аминокислот хроматографическим методом.
Современные методы контроля загрязняющих веществ в окружающей среде
Автоматизированные системы экологического контроля
Особенности определения содержания загрязнителей в пробах атмосферного воздуха крупных
промышленных центров
Современные методы контроля выбросов автотранспорта
Критерии выбора автоматической системы контроля выбросов
Одно- и многокомпонентные газоанализаторы.
Приборы дистанционного контроля.
Корреляционные методы дистанционного определения диоксида серы в атмосфере.
Оптические газоанализаторы и системы контроля загрязнения окружающей среды
Современные сенсоры для контроля воздушной среды
Приборы экспрессного контроля загрязнения воздушной среды рабочей зоны
Приборы экспрессного контроля загрязнения воздушной среды селитебной зоны
Многофункциональные мультисенсорные устройства и методы обработки информации в них
Автономные приборы экспрессного контроля загрязнения воздушной среды и методы передачи информации
от них
УЧЕБНО--МЕТОДИЧЕСКОЕ И ИНФОРМАЦИОННОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ
УЧЕБНО
ДИСЦИПЛИНЫ
Основная литература:
1.
Хаханина Т. И., Никитина Н.Г. Аналитическая химия: учебное пособие для
бакалавров. М.: Юрайт, 2012. 278 с.
2.
Антоненко Е.Ю., Дрикер Б.Н., Михалев А.С. Инструментальные методы анализа
(оптические и электрохимические): учебное пособие. Минобрнауки России, Урал.
гос. лесотехн. ун-т. Екатеринбург: УГЛТУ, 2011. 98 с.
3.
Аналитическая химия и физико-химические методы анализа: учебник для
студентов вузов, обучающихся по хим.-технолог. направлениям и специальностям /
под ред. А.А. Ищенко : в 2 т. М.: Академия, 2010. Т. 1. 352 с. Т. 2. 416 с.
4.
Цитович И.К. Курс аналитической химии: учебник. СПб. М.; Краснодар: Лань,
2009. 496 с.
Программное обеспечение и Интернет-ресурсы:
1.
http://www.garant.ru
2.
http://www.unesco.org
3.
http://www.unep.org
4.
http://www.unesco.ru
5.
http://www.wwf.ru
6.
http://www.biobat.ru
Дополнительная литература:
1.Аналитическая химия: учебник для студентов вузов, обучающихся по
специальности "Химия" / под ред. Л. М. Москвина: в 3 т. М.: Академия,
2008.Брунов В.Т. Молекулярные спектры, химическая термодинамика,
электрохимия и кинетика химических реакций. Екатеринбург: УГЛТУ,
2008. 30 с.
2.Справочник по аналитической химии / под ред. Лурье Ю.Ю. М.:
Альянс, 2007. 448 с
3.Садовникова Л.К., Орлов Д.С., Лозановская И.Н. Экология и охрана
окружающей среды при химическом загрязнении: учебное пособие. М.:
Высшая школа, 2006. 334 с.
4.Ахметов Н.С. Общая и неорганическая химия. М: Высшая школа, 2006.
743 с
5.Другов Ю.С., Зенкевич И. Г., Родин А.А. Газохроматографическая
идентификация загрязнений воздуха, воды, почвы и биосред :
практическое руководство. М.: БИНОМ. Лаборатория знаний: Физматлит,
2005. 752 с.
6.Алексеев Л.С. Контроль качества воды: учебник для студентов средне
специальных учебных заведений. М.: ИНФРА-м, 2004. 154 с
7.Васильев В.П. Аналитическая химия т. 1, 2. М.: Высшая школа, 2003.
ч.1 320 с. ч.2. 384 с.
8.Охрана окружающей среды: учебник для вузов по экологическим
специальностям / под. ред. А.С. Степановских. М.: ЮНИТИ-ДАНА,
2000. 560 с.