THE ANALYSIS OF AIR POLLUTION BY VOLATILE ORGANIC COMPOUNDS IN THE ROADSIDE SPACE OF ASTANA CITY

Abstract


The main ecological problem in each city is the atmospheric pollution and traffic noise. Since 1998 the city, after the capital of Kazakhstan was moved from Almaty to Astana,begun to grow rapidly. New buildings, entertainment and cultural centers are being built; the number of vehicles increases. Exhaust gases accumulate in the surface layer of the atmosphere, representing risk to human health. Currently, studies of roadside pollution in Astana are limited to heavy metals. While the need to consider other pollutants, such as volatile organic compounds (about 150 priority pollutants), is becoming more popular. The aim of thesis is the identification and quantification of major volatile organic exhaust substances in the atmosphere of the city. Identification of contaminants in the air samples was carried out by gas chromatography with mass spectrometric detection. Concentrations of substances increased in direct proportion to the intensity of vehicular traffic. The highest concentration of identified volatile organic compounds observed in central city areas. The received data analysis is the scientific basis for the practical recommendations in assortment of green spaces, resistant to exposure to toxic components of traffic fumes. Improvement of the capital air space will benefit the biomedical dimension of sustainable development.

Основным недостатком любого крупного города является загрязненность ат- мосферы и транспортный шум [3]. С переносом столицы Казахстана в Астану город стремительно меняется и всесторонне развивается. Строятся новые здания, развлекательные и культурные центры, растет численность населения города, и вместе с этим увеличивается количество транспортных средств. Вклад автотран- спорта в общее загрязнение атмосферы составляет 40-50% [2]. Выхлопные газы накапливаются в приземном слое атмосферы (до 2 м), представляя опасность для здоровья населения [4].Главная причина загрязнения автотранспортом кроется в неравномерном и неполном сгорании топлива. На движение автомобиля приходится всего 15%, остальные 85% попадают в атмосферный воздух. Камеры сгорания двигателя ав- томобиля синтезируют ядовитые вещества. Даже атмосферный азот при попада- нии в камеру сгорания трансформируется в токсичные окислы азота. В выхлопных газах двигателей внутреннего сгорания содержится более 170 вредных компонен- тов, 160 из которых производные углеводородов. Состав выхлопных газов зависит от рода применяемого топлива, присадок и масел, режима работы двигателя, его технического состояния, условий движения автомобиля. Крупные частицы от- работавших газов (диаметром больше 1 мм), в конечном итоге, оседают на по- верхности почвы и растений, аккумулируются в верхнем слое почвы. Мелкие частицы (диаметром меньше 1 мм), образуя аэрозоли, переносятся воздушными массами на большие расстояния [4]. Выбрасываемые в атмосферный воздух газы и аэрозоли обладают высокой реакционной способностью; возникающие при сгорании топлива пыль и сажа могут проникнуть в организм человека через ор- ганы дыхания [2].Присутствие углеводородов в выхлопных газах автомобилей объясняется не- однородностью смеси в камере сгорания, у стенок которых происходитгашение пламени и обрыв цепных реакций. Пары бензина также являются токсичными90Мейрамкулова К.С., Чекушева Д.В. Анализ содержания летучих органических соединений...углеводородами. Их содержание увеличивается при дросселировании, работе двигателя в режимах принудительного холостого хода. При этом ухудшается пе- ремешивания топливовоздушного заряда, снижается скорость сгорания, возни- кают пропуски, как следствие ухудшения воспламенения. Углеводородные соеди- нения, обладая отравляющими свойствами, воздействуют на центральную нерв- ную систему, вызывают раздражение слизистых оболочек, представляют угрозу нормальному развитию растений и животных, способствуют образованиюсмога. Высокотоксичные летучие органические соединения, включающие широкий перечень кетонов, альдегидов, спиртов, ароматических углеводородов,в настоя- щий момент наименее изучены [1].Целью исследования является определение содержания летучих органических веществ в составе атмосферного воздуха придорожного пространства города Астаны.Анализ воздействия ЛОС на компоненты окружающей природной среды го- рода, выявление ландшафтно-геохимических закономерностей их миграции по- зволит предложить ассортимент зелёных насаждений, устойчивых к загрязнению придорожного пространства. Разработка вышеуказанных мероприятий будет способствовать устранению антропогенных негативных воздействий на окружа- ющую среду. Оздоровление воздушного пространства столицы благоприятно от- разится на медико-биологической составляющей устойчивого развития страны.Материалы и методы исследованияДля исследования было отобрано шестнадцать проб воздуха в восьми точках г. Астаны точек отбора в (табл. 1). Отбор проб воздуха осуществлялся в виалы объемом 20 мл (HTA, Италия) с обжимными алюминиевыми крышками и ультра- чистыми прокладками из тефлона/силикона (Sun-Sri, США).Координаты точек отбора проб воздухаТаблица 1Точка отбораСШВД151,12747271,402679251,15688371,435837351,147547571,4096848451,15801271,441788551,17702171,426491651,19339871,412109751,15010571,425301851,133501171,4190346Идентификация исследуемых загрязнителей в пробах воздуха проводилась методом газовой хроматографии в сочетании с масс-спектрометрическим детек- тированием (ГХ-МС). По завершении анализа в режиме сканирования ионов его91Вестник РУДН, серия Экология и безопасность жизнедеятельности, 2016, № 4повторяли в режиме мониторинга выбранных ионов (молекулярные ионы по- тенциальных аналитов 78, 91, 106 а.е.м.). Калибровка масс-спектрометрического детектора осуществлялась методом твердофазной микроэкстракции (ТФМЭ). Приготовление калибровочного раствора осуществлялось с добавлением мета- нола в три этапа.Все подготовленные стандартные образцы были приготовлены и проанализированы в трех параллелях.Погодные условия при проведении отбора воздуха: температура воздуха: -8...-10 °C;переменная облачность; давление: 736 мм рт. ст.;ветер: скорость: 36 м/с, направление - западный; время отбора проб: с 11:00 до 15:00.Результаты и их обсуждениеВ исследованных образцах воздуха, отобранные в восьми точках г. Астаны, были обнаружены такие соединения как 2-метил гексадекан, тетрадекан, 2-метил додекан и нонаналь. Результаты скрининговых исследований приведены в табл. 2.Идентифицированные соединения в образцах воздухаТаблица 2СоединениеВремя удерживания, мин.Точки отбора12345678Площадь пика, a.u. × 10-32-Метил гексадекан22,8н/он/он/о5510483н/он/оТетрадекан24,4н/он/он/он/о13399н/он/о2-Метил додекан24,42618н/о91н/он/он/он/оНонаналь24,829н/он/о105192104359184Примечание: н/о - не обнаруженоПолученные хроматограммы в режиме выбранных ионов были проинтегри- рованы для определения площадей пиков. Наиболее высокотоксичными состав- ляющими выхлопных газов автомобилей являются бензол, толуол, этилбензол и о-ксилол (БТЭК). Соединения БТЭК были идентифицированы с помощью ин- дивидуальных времен удерживания и ионным спектрам. Полученные калибро- вочные графики были линейными, концентрации стандартных добавок были в диапазоне 20-200 мкг/м3 для бензола и толуола и 2-20 мкг/м3 для этилбензола и о-ксилола с коэффициентами корреляции R2 > 0,99 (табл. 3).Хроматограммы проб воздуха обеспечивали высокую эффективность разде- ления пиков аналитов (рис.). Концентрации бензола, толуола, этилбензола и о-ксилола находились в диапазоне от 5 до 20, от 6 до 40, от 3 до 36 и от 7 до54 мкг/ м3, соответственно (табл. 4).92Мейрамкулова К.С., Чекушева Д.В. Анализ содержания летучих органических соединений...Результаты калибровки ГХ-МСТаблица 3АналитВремя удерживания, мин.Диапазон концентраций, мкг/м3R2Отрезок, отсекаемый на оси YТангенс угла наклона, × 10-3, м3/мкгБензол8,720-2000,99373008,5Толуол9,920-2000,99529004,0Этилбензол11,12-200,99091003,0о-Ксилол11,92-200,99431409,5Рис. Хроматограмма пробы воздуха, отобранная в точке № 1:пики: 1 - бензол (5 мкг/м3), 2 - толуол (6 мкг/м3), 3 - этилбензол (4 мкг/м3), 4 - o-ксилол (9 мкг/м3)Концентрация аналитов в пробах воздухаТаблица 4Точка отбораКонцентрация, мкг/м3БензолТолуолЭтилбензоло-Ксилол№ 15 ± 0,046 ± 0,33 ± 0,18 ± 1№ 25 ± 0,76 ± 0,73 ± 0,37 ± 0,9№ 316 ± 0,37 ± 0,14 ± 0,47 ± 0,8№ 410 ± 0,115 ± 0,69 ± 217 ± 0,6№ 519 ± 435 ± 727 ± 641 ± 10№ 620 ± 240 ± 536 ± 654 ± 9№ 712 ± 318 ± 310 ± 0,822 ± 2№ 812 ± 0,0419 ± 0,0612 ± 0,924 ± 393Вестник РУДН, серия Экология и безопасность жизнедеятельности, 2016, № 4Наименьшие концентрации аналитов наблюдались в слабозастроенных рай- онах города. Наибольшие - в районах интенсивного движения транспортных средств (проба № 6 - район автовокзала города Астаны, проба № 5 - проспект Богенбай батыра). В этих же районах зафиксировано превышение макси- мально разовых предельно-допустимых концентраций для этилбензола (ПДКм.р = 0,02 мг/ м3).Таким образом, можно заключить, что концентрации летучих органических соединений в атмосферном воздухе придорожного пространства непосредствен- но связаны с интенсивностью движения автотранспорта в городе. Для разработ- ки мероприятий по минимизации негативного воздействия ЛОС на компоненты среды и здоровье населения, необходимо дальнейшее изучение закономерностей эколого-геохимической миграции веществ в почве, растениях, грунтовых водах.

K S Meiramkulova

L.N. Gumilev Eurasian National University

Satpaev str., 2, Astana, Kazakhstan, 010000

D V Chekusheva

L.N. Gumilev Eurasian National University

Satpaev str., 2, Astana, Kazakhstan, 010000

Views

Abstract - 87

PDF (Russian) - 214


Copyright (c) 2016 Мейрамкулова К.С., Чекушева Д.В.

Creative Commons License
This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 International License.