Введение к работе
Актуальность проблемы. Состояние природной среды при больших ропогенных нагрузках определяется сложными физико-химическими процессами, текающими во всех ее компонентах, в частности в гидросфере. Поэтому неотъемлемой гью любого комплексного мероприятия по ликвидации и предотвращению загрязнений потея мониторинг и оперативный контроль процессов загрязнения и самоочищения родных объектов. Оперативный контроль должен установить соответствие содержания >язнителей (поллютантов) предельно-допустимым нормам и доказательно выявшъ очники загрязнения. Для Северо-Запада России особую актуальность приобретаст шнение акватории нефтепродуктами (НП), поскольку резко возрос транспорт нефти и через Финский залив. По данным Комиссии по экспертизе экологической безопасности жгельства портов в Лужской губе, бухте Батарейной, реконструкции Санкт-ербургского и Кронштадского портов ожидаются сбросы НП в объеме 1400...7000 т/год ї полном соблюдении норм и правил терминальной обработки НП). Получение говерных данных об эволюции НП в природных водах и надежное определение эчников 'загрязнения для выполнения Международной конвенции по предотвращению )язнения акваторий морскими судами «MARPOL 73/78» и требований Морского тстра РФ возможно только на основе разработки новых высокочувствительных и активных методов исследования процессов растворения, эмульгирования, кционирования и фотоокислительной деструкции НП.
Настоящее исследование проведено в соответствии с Международной программой $работка научно-методических основ мониторинга состояния водной системы «Ладога -а - Финский залив», Федеральным проектом; «Разработка автоматизированного блок-га контроля суточной динамики антропогенной нагрузки на водные системы», [еральным проектом «Экспедиционные ] исследования процессов изменения готического состояния водной системы Нева - Невская губа - Финский залив в условиях габилизации антропогенной нагрузки (Проект «Невская губа»)», а также в рамках плексной государственной программы «Экологическая безопасность России» и по гановлению Президиума РАН № 74 от 19.03.91.
Цель работы. Теоретическое и экспериментальное обоснование экспресс-методов иатографической идентификации сложных смесей НП в природных объектах. Для жжения поставленной цели в работе потребовалось решить следующие задачи:
-исследовать процессы растворения, межфазного распределения и концентрирования
и оптимизировать режимы экспресс-пробопь'дготовки с применением жидкостной и
ідофазной экстракции; !
-исследовать фотофлуоресцентные и фотоабсорбционные свойства НП и разработать
эды их селективного детектирования в диффузно-рассеивающей системе сорбент-
енг, !
-разработать математическую модель |' процесса равновесной элютивной
гаслойной хроматографии и на ее основе хгіоматографическую систему с высокими
алогическими характеристиками; »
-разработать алгоритмы и программное обеспечение для экспресс-идентификации
и для автоматического пробоотбора. ]
Научная новизна. Теоретически обосновано и экспериментально исследовано применение равновесной проточной тонкослойной хроматографии (ПТСХ) для экспресс-идентификации следов НП в природных водах.
Предложены и обоснованы методы экспресс-пробоотбора, основанные на применении пористых гидрофобных пластин (фторопласт-4) и автоматической системы пробоотбора по сигналу датчика.
Впервые изучено влияние состава и свойств подвижной фазы на форму фронтограммы (кривая изменения прозрачности слоя сорбента при прохождении фронта элюента) и предложен механизм образования фронтограммы, учитывающий эффекты капиллярной конденсации и капиллярного расслаивания.
Предложен и обоснован косвенный флюориметрический метод детектирования НП по тушению свечения люминофора, растворенного в элюенте. Предложено использование хроматограммы, как системы идентификационных признаков НП (распознавание образов), и предложен метод расчета вероятности случайного совпадения признаков.
Практическое значение и реализация результатов. Проведенное в работе физико-химическое обоснование экспресс-методов идентификации сложных смесей НП с применением равновесной проточной тонкослойной хроматографии позволило разработать шструментально-методический комплекс для идентификации НП в природных водах. Применение этого комплекса в решении экокриминалистических задач приведет к снижению антропогенной нагрузки на природную среду. Предложенные системы для идентификации следов НП в природных водах легли в основу разработок серийной аппаратуры АО «Конверсия-НП» в 1996-1997гг. Методики идентификации используются в работах по охране окружающей среды КНР.
Основные положения, выносимые на защиту:
Возможность решения проблемы экспресс-идентификации НП с помощью равновесной проточной тонкослойной хроматографии.
Результаты исследования закономерностей образования фронтограмм и использования фронтограмм для стандартизации условий хроматографического разделения НП.
Хроматографические параметры различных НП в условиях проточной тонкослойной хроматографии.
Метод косвенного детектирования НП в слое сорбента по тушению люминесценции растворенного в элюенте люминофора.
Зависимость оптимальной длины волны возбуждения флуоресценции товарных НП от их концентрации.
Использование хроматограммы НП как системы идентификационных признаков и метод оценки вероятности случайных совпадений.
Апробация исследований. Основные результаты работы были доложены на Y1 Всесоюзной конференции по аналитической химии органических веществ (Москва, 1991 г.), Международном симпозиуме « Промышленные и токсичные отходы» ЮНЕСКО-ЮНИДО-ЮНЕП-ПРООН (Москва, 1992 г.), Научно-технической конференции «Проблемы военной геофизики и контроля состояния природной среды» (С-Пб, 1993 г.), Научно-практической конференции «Критерии экологической безопасности» (С-Пб, 1994 г.), Международной научно-практической конференции «Безопасность человека и
лупность» (С-Пб, 1994г.), Первой Всероссийской конференции ((Поиски нефти, гяная индустрия и охрана окружающей среды» (С-Пб, 1995 г.), Международной научно-сгической конференции «Экологические проблемы деятельности оборонной іялшіенности и вооруженных сил России» (С-Пб, 1995 г.), Международной научно-стической конференции «Проблемы охраны окружающей среды в государствах ружества» (С-Пб, 1995г.), Международном симпозиуме «Экологическая экспертиза и герии экологического нормирования» (С-Пб, 1995 г.), IY и Y Санкт-Петербургских здународных конференциях «Региональная информатика» (С-Пб, 1995 и 1996 гг.), П дгународном симпозиуме ((Chromatography and Spectroscopy in Environmental Analysis Toxicology» С-Пб, 1996 г.).
Публикации. По теме диссертации опубликовано 22 работы.
Структура и объем диссертации. Работа включает введение, обзор литературы
за 1), исследование методов идентификации нефтепродуктов с помощью ПТСХ и
)Дов пробоотбора (глава 2), выводы и список цитируемой литературы (165 источников,
шх 88 на иностранных языках), два приложения; изложена на 174 страницах
