< Попер   ЗМІСТ   Наст >

Вимірювання снігу

Вимірювання снігопадів

Снігопад може бути оцінений завдяки вимірюванню максимальної глибини снігу, що збирається на сніжній дошці – листі фанери білого кольору, розміри якого становлять 61×41×2 см. Протягом дня проводять чотири шести-годинних вимірювань.

Снігомір

Снігомір містить порожнистий циліндр певного діаметра, який занурюють у сніг до зіткнення з підстилаючою поверхнею, а потім пробу снігу, яку виймають разом з циліндром, або зважують (ваговий снігомір), або розтоплюють з подальшим визначенням об'єму води (об'ємний снігомір).

Ультразвуковий сенсор глибини снігу

Принцип роботи цього сенсора зоснований на вимірюванні часу, необхідного для того, щоб ультразвуковий імпульс частотою 40 кГц пройшов через товщу снігу (рис. 8.8).

Ультразвуковий сенсор глибини снігу

Рис. 8.8. Ультразвуковий сенсор глибини снігу

Перевагами ультразвукового методу є висока точність (±1 см) та роздільна здатність (3 мм) вимірювань, значний діапазон вимірювань товщини снігу (0,5-10 м).

Лазерний сенсор глибини снігу

Глибина снігу визначається шляхом вимірювання часового інтервалу між сигналами, отриманими при реєстрації лазерних імпульсів, відбитих від поверхні снігу та грунту.

Типові лазерні сенсори характеризуються діапазоном вимірювань товщини снігу 0-15 м та роздільною здатністю 5 мм.

Вимірювання туманів

Туман збирають за допомогою пасивного струнного колектора, який містить циліндр 21×45 см із загальною площею 945 см2. Краплини туману осідають на 460 вертикальних тефлонових струнах та сковзають донизу для подальшого аналізу (рис. 8.9).

Пасивний струнний колектор для вимірювання туману

Рис. 8.9. Пасивний струнний колектор для вимірювання туману

Вимірювання забруднюючих речовин в опадах

Кислотні дощі виникають унаслідок природних та індустріальних викидів оксидів сірки та азоту в атмосферу, де вони перетворюються на частинки сульфатів і нітратів, що змішуються з водяною парою й утворюють сірчану та азотну кислоти, які повертаються на земну поверхню за рахунок седиментації або у вигляді опадів. Сірка потрапляє в атмосферу в результаті руйнування біосфери, вулканічної діяльності, випаровування води з поверхні океанів. Азот надходить в атмосферу за грунтової емісії окису азоту, грозових розрядів, горіння біомаси, спалювання природного палива, роботи двигунів внутрішнього згорання, активності транспорту.

Всі ці гази розширюються у вертикальних і горизонтальних напрямках; під час цих переміщень забруднюючі речовини зазнають певних фізіко-хімічних перетворень за рахунок індукованих сонячним світлом хімічних реакцій, що викликають утворення сірчаної або азотної кислот.

Основними методами вимірювання забруднень в опадах є визначення pH та електропровідності дощових зразків, а також хімічний аналіз зразків на основі іон-обмінної хроматографії.

рН-метрія

Принцип дії pH-метра полягає в вимірюванні концентрації водневих іонів, яка визначає рівень кислотності. Ці іони утворюються завдяки реакції кислот, розчинених у дощовій воді, з водою.

Значення pH є кількісною мірою кислотності або лужності розчину води. Рівень кислотності або лужності залежить від відносної кількості іонів водню (H+) або гідроксиду (ОН-). Значення pH визначається як негативний логарифм концентрації іонів водню pH = -lg[H+] або іонів гідроксиду рОН = -lg[OH-]. Водний розчин, який є нейтральним, має рівні концентрації іонів водню і гідроксиду, отже його pH = рОН = 7 при 25 °С. Шкала кислотності варіює від 0 (максимальна кислотність) до 7 (нейтральна ситуація) і до 14 (максимальна лужність). Чистий дощ має pH = 5,6; діапазон рівнів pH від 0 до 5 відповідає кислотному дощу.

Типовий pH-метр складається з одного електрода, що встромлений у рідину з фіксованим значенням pH, тоді як другий електрод відповідає на кислотність зразка води. Різниця між напругами на двох електродах вимірюється за допомогою електронного лічильника. Таким чином, pH визначається завдяки перенесенню іонів водню між хімічними сполуками. Недоліком вимірювання pH води є те, що зміна pH не ідентифікує конкретний тип забруднення.

Електропровідність

Електропровідність – це здатність розчинів проводити електричний струм. Цей струм утворюється завдяки руху іонів через розчин. Отже, електропровідність пропорційна концентрації іонів та pH-рівню розчину.

Одиниця вимірювання електропровідності – Сіменс (А/В). Питома електропровідність вимірюється у Сі/м. Під час вимірювання електропровідності об'єктів навколишнього середовища використовують такі одиниці питомої електропровідності як децисіменс на метр (дСі/м) або мікросіменс на сантиметр (мкСі/см).

Шкала електропровідності варіює від 0,055 мкСі/см для абсолютно чистої води; 0,5 мкмСі/см для дистильованої води; 5 мкмСі/см для демінералізованої води; 10-500 мкСі/см для водних потоків; 10s мкСі/см для концентрованих кислотних та лужних середовищ [Посудін, 2011].

Іон-обмінна хроматографія

Взагалі, хроматографія (від грецьких слів χρώμα: chroma – колір та γραφειν: grafein – писати) – це метод розділення, знаходження і визначення речовин, оснований на неоднаковості їх поведінки в системі із двох фаз, які не змішуються, – рухомій і нерухомій.

Механізми взаємодії компонентів суміші та стаціонарної фази можуть бути такими: розчинена речовина адсорбується (поглинається) поверхнею нерухомої фази; розчинена речовина розчинюється в рідкій фазі, що покриває поверхню твердої речовини; рухомі аніони утримуються катіонами, що ковалентно з'єднані з нерухомою фазою; відділення дрібних молекул, які проникають через пори частинок речовини, від великих; спорідненість одних молекул суміші другим молекулам, що ковалентно зв'язані з нерухомою фазою [Посудін, 2011; Posudin, 2011].

Іон-обмінна хроматографія – процес розділення іонів та полярних молекул на основі властивостей їх зарядів та кулонівській (іонній) взаємодії.

Суть іон-обмінної хроматографії полягає в тому, що стаціонарна фаза містить функціональні іонні групи, які взаємодіють з іонами компонентів, які мають протилежні заряди. Схему типового іон-обмінного хроматографа (The 761 Compact ІС System) наведено на рис. 8.10.

Схема іон-обмінного хроматографа 761 Compact ІС

Рис. 8.10. Схема іон-обмінного хроматографа 761 Compact ІС

Прилад містить колонку для розділення суміші на компоненти, інжектор для постачання суміші у колонку, судини з елюатом та зразком, помпу високого тиску, яка забезпечує швидкість потоку від 0,2 до 2,5 мл/хв, детектор, систему реєстрації. Крім того, прилад обладнаний системою захисту колонки від руйнування, коливань температури, електромагнітних випромінювань.

Чутливість іон-обмінного хроматографа становить 10-9.

 
< Попер   ЗМІСТ   Наст >