8.5. Объекты окружающей среды

Золотов Юрий Александрович
Академик РАН

 

Эта группа объектов стала занимать ведущие позиции во многих лабораториях начиная с 1970 гг.; пик интереса пришёлся, вероятно, на 1990 гг. Создано множество полезных методик, специализированных приёмов, стандартных образцов и т.д. В эти работы вовлечены многие кафедры университетов, институты Академии наук, контрольно-аналитические лаборатории многих ведомств. Накоплен огромный опыт, например по анализу воды московским Центром контроля качества воды «Роса».

Делались попытки сформулировать общую методологию контроля объектов окружающей среды. Одна из схем [18] изложена ниже.

Основная задача анализа и контроля объектов окружающей среды – это, конечно, обнаружение, идентификация и количественное определение вредных веществ антропогенного происхождения. Однако есть и проблема. контроля естественных компонентов, как, например, диоксида углерода и озона в атмосферном воздухе или растворенного кислорода в водах.

Контроль объектов окружающей среды в части определения их химического состава встречается с большими трудностями. Часть трудностей связана с особенностями самих объектов окружающей среды, например с многообразием их природного состава и лабильностью, изменчивостью во времени. Другие имеют своим происхождением масштабность задач, объем необходимых работ. В самом деле, растёт число веществ, содержание которых, казалось бы, нужно контролировать. Известно, что, например, для природных вод предельно допустимые концентрации (ПДК) установлены в России приблизительно на полторы тысячи веществ. Увеличивается число требующихся анализов даже на самые распространённые загрязнители. Появляются даже новые типы самих объектов, которые желательно контролировать. Все это замечательно, это отражает заботу общества, государств о чистоте среды обитания, об улучшении качества жизни, но обязанности аналитиков, контролирующих служб (по всему миру) при этом должны непомерно множиться.

Дело осложняется и тем, что часто применяемая ныне общая методология анализа и контроля объектов окружающей среды не позволяет решать усложняющиеся задачи. Скажем, на все 1,5 тысячи нормируемых в водах веществ нужно иметь надёжные методики определения. Допустим, что они разработаны. Однако ни одна контролирующая лаборатория не может определять все эти вещества одновременно – хотя бы из-за громадного объёма требующихся при этом усилий. Конечно, мы понимаем, что в реальных условиях все эти вещества одновременно определять и не нужно, по это другой вопрос. Что же мы имеем реально? Хорошие отечественные лаборатории определяют 100-150 показателей, обычные – 20-30, некоторые и того меньше.

Выход, по-видимому, состоит в изменении самой методологии, общих подходов к анализу и контролю. Концепция контроля объектов окружающей среды в части определения их химического состава может включать несколько составных частей; из них рассмотрим шесть. Надо подчеркнуть, что эти части тесно между собой связаны.

Первой такой частью можно считать обеспечение массового двухступенчатого анализа (или даже трёхступенчатого) со скринингом проб на первом этапе. Скрининг намного облегчает и упрощает контроль. На этом первом этапе отбраковываются пробы, давшие отрицательный результат при полуколичественной, упрощённой оценке присутствия или отсутствия искомых веществ. Отрицательный результат – т.е. данные об отсутствии искомых веществ или, точнее, об их возможном присутствии ниже заданного предела концентрации – считается окончательным, и к этим пробам больше не возвращаются. Образцы, давшие положительный результат, проходят на вторую стадию анализа, на которой используют более прецизионные методы. На первой стадии удобны недорогие и простые средства, ибо здесь задача – обеспечить массовость и экспрессность оценки.

Вторым важным элементом методологии можно считать гораздо более широкое, чем сейчас, использование обобщённых, интегральных показателей. На этом пути мы частично уходим от наиболее трудоёмкого покомпонентного анализа. Обобщённые показатели особенно ценны, понятно, на первом этапе контроля. Важно расширять отыскание новых обобщённых показателей, их проверку и «вписывание» в систему многоэтапного анализа. В будущем, по-видимому, можно будет исключить из использования или усовершенствовать известные приёмы (химическое потребление кислорода, общий органический углерод, тесты на сумму тяжёлых металлов и др.). Особого внимания заслуживает создание и улучшение биотестов, прежде всего в приложении к воде. Но они должны быть быстрыми, дешёвыми, основанными на применении доступных, долго хранимых, транспортируемых организмов. Биотесты должны быть и выполнимыми в полевых условиях, т.н. простыми. Существующие правила требуют также, чтобы они были аттестованы. Биотесты применяют на самом первом этапе контроля.

Ещё одним способом уйти от покомпонентного анализа – на этот раз почти совсем – является использование распознавания образов. Распознавание общего образа объекта исследования с помощью прежде всего электронного языка и электронного носа в практике анализа объектов окружающей среды пока используется мало. Однако по мере распространения коммерческих технических средств указанного типа этот приём будет, как можно думать, шире применён и в рассматриваемой области. Например, электронный язык наверняка будет свидетельствовать об изменении состава воды.

Очевидным и успешно работающим элементом обсуждаемой концепции является перемещение химического анализа из стационарной лаборатории к тому месту, где находится анализируемый объект, в поле. Достоинства внелабораторного анализа очевидны. Экономятся время и средства на консервацию и транспортировку проб. Можно анализировать образцы фактически в режиме реального времени. При полевом анализе часто используют более простые и дешёвые средства, чем в лаборатории, и, следовательно, снижаются требования к исполнителям. Ещё важнее то, что есть объекты, которые трудно анализировать в лаборатории или это вообще не имеет смысла. Это относится к лабильным образцам, к чрезвычайным ситуациям, в том числе и природного происхождения. Разумеется, самые сложные анализы самых сложных объектов в поле проводить пока не удаётся.

Обеспечению массового анализа, его доступности, особенно в полевых условиях, способствует создание и широкое использование мобильных средств анализа. В принципе, арсенал мобильных средств включает подвижные лаборатории на автомобилях, катерах, железнодорожных вагонах, вертолётах и самолётах. Далее это портативные приборы, в том числе карманных размеров; химические и биохимические тест-наборы, тест-системы, а также системы химических сенсоров. В этом ряду подвижные лаборатории – средство, конечно, паллиативное, промежуточное между стационарными лабораториями и системами портативных устройств.

Существенным условием осуществления массовых анализов является, конечно, их автоматизация. Один вариант – это создание автоматически работающих в непрерывном режиме станций и постов, контролирующих состав воздуха и воды. Однако самые токсичные органические соединения таким способом определять не удаётся. Другой вариант – это автоматизация массового лабораторного анализа, прежде всего воды. Многое сделано, в частности, на пути использования методов, основанных на проточно-инжекционном анализе и его аналогах. Это, несомненно, перспективный путь. Не будем забывать, что многие современные приборы в большой степени сами по себе автоматизированы.

Большой цикл работ выполнен по контролю стойких органических веществ [19], например по диоксину в Институте экологии и эволюции им. Северцова РАН (начались эти работы на базе Вьетнама).