АНАЛИЗ СОДЕРЖАНИЯ ЛЕТУЧИХ ОРГАНИЧЕСКИХ СОЕДИНЕНИЙ В АТМОСФЕРНОМ ВОЗДУХЕ ПРИДОРОЖНОГО ПРОСТРАНСТВА АСТАНЫ

Полный текст

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 за- висит от рода применяемого топлива, присадок и масел, режима работы двига- теля, его технического состояния, условий движения автомобиля. Крупные ча- стицы отработавших газов (диаметром больше 1 мм) оседают на поверхности почвы и растений, аккумулируются в верхнем слое почвы. Мелкие частицы (ди- аметром 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 то- плива пыль и сажа могут проникнуть в организм человека через органы дыха- ния [2].Присутствие углеводородов в выхлопных газах автомобилей объясняется не- однородностью смеси в камерах сгорания, у стенок которых происходит гашение пламени и обрыв цепных реакций. Пары бензина также являются токсичными93Вестник РУДН, серия Экология и безопасность жизнедеятельности, 2016, № 3углеводородами. Их содержание увеличивается при дросселировании, работе двигателя в режимах принудительного холостого хода. При этом ухудшается пе- ремешивание 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 образованию смога. Высокотоксичные летучие органические соединения, включающие широкий перечень кетонов, альдегидов, спиртов, ароматических углеводородов, в насто- ящий момент наименее изучены [1].Целью исследования является определение содержания летучих органических веществ (ЛОС) в составе атмосферного воздуха придорожного пространства го- рода Астаны.Анализ воздействия ЛОС на компоненты окружающей природной среды го- рода, выявление ландшафтно-геохимических закономерностей их миграции по- зволит предложить ассортимент зеленых насаждений, устойчивых к загрязнению придорожного пространства. Разработка указанных мероприятий будет способ- ствовать устранению антропогенных негативных воздействий на окружающую среду. Оздоровление воздушного пространства столицы благоприятно отразится на медико-биологической составляющей устойчивого развития страны.Материалы и методы исследованияДля исследования было отобрано 16 проб воздуха на восьми точках города Астаны; координаты точек отбора проб представлены в табл. 1. Отбор проб воз- духа осуществлялся в виалы объемом 20 мл (HTA, Италия) с обжимными алюми- ниевыми крышками и ультрачистыми 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 его повторяли 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-94Мейрамкулова К.С., Чекушева Д.В. Анализ содержания летучих органических соединений...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.,скорость ветра - 36 м/с, западный,время отбора проб - с 11:00 до 15:00.Результаты и их обсуждениеВ исследованных образцах воздуха, отобранных на 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.Точка отбора12345678Площадь пика, a.u. x 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 обнаружено.Полученные 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).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-Ксилол11,92-200,99431409,5Хроматограммы проб воздуха обеспечивали высокую эффективность разде- ления пиков аналитов (рисунок). 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).95Вестник РУДН, серия Экология и безопасность жизнедеятельности, 2016, № 3Рис. 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)Концентрации аналитов в пробах воздухаТаблица 4Точка отбораКонцентрация, мкг/м3БензолТолуолЭтилбензоло-Ксилол15±0,046±0,33±0,18±125±0,76±0,73±0,37±0,9316±0,37±0,14±0,47±0,8410±0,115±0,69±217±0,6519±435±727±641±10620±240±536±654±9712±318±310±0,822±2812±0,0419±0,0612±0,924±3Наименьшие концентрации аналитов наблюдались в слабозастроенных рай- онах города, наибольшие - в районах интенсивного движения транспортных средств (проба № 6 - район автовокзала г. Астаны, проба № 5 - проспект Богенбай батыра). В этих же районах зафиксировано превышение максимально 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.

Об авторах

К С Мейрамкулова

Евразийский национальный университет им. Л.Н. Гумилева

ул. Сатпаева, 2, Астана, Казахстан, 010000

Д В Чекушева

Евразийский национальный университет им. Л.Н. Гумилева

ул. Сатпаева, 2, Астана, Казахстан, 010000

Список литературы