1.2.2.3. Средства контроля почв

Третьей из важнейших групп средств экоаналитического контроля является семейство приборов, предназначенных для анализа почв, донных осадков (иногда условно относимых к контролю вод), других твердых веществ, материалов и поверхностей. По сравнению с газоанализаторами и средствами анализа жидкостей, приборы контроля почв наименее распространены, что определяется не столько меньшей потребностью в них, сколько сложностью данного вида анализов. Так, известны только отдельные представители таких портативных средств для контроля почв, примеры которых (всего три отечественных и один импортный) представлены в известном справочном издании [51]. К их числу относятся внесенные в Госреестр СИ анализаторы ртути (типа УКР-1 производства МП «ЭКОН», Москва; РА-915 производства НПФАП «ЛЮМЭКС», СПб.;

ЭГРА-01 ФГУ НПП «Геологоразведка», анализатор ртути «Юлия-2», а также АМА-254 производства фирмы «LECO», Чехия).

Кроме того, в геологоразведке применяется рентгено-радиометричес-кий анализатор химических элементов РПП-105, основанный на рентге-но-флуоресцентном методе анализа.
По литературным данным, для массового контроля параметров состояния почвы применяются практически только универсальные лабораторные приборы стационарного типа с соответствующими официальными методиками, в числе которых выделяют лабораторные и портативные приборы, предназначенные для измерения концентрации загрязняющих веществ (3В), и приборы для контроля физико-химических, механических и микробиологических параметров почвы. Классификация этих средств является традиционной.

По данным справочника [51], на универсальных стационарных приборах лабораторного анализа могут реализовываться более 80 международных стандартов [72] и примерно столько же официальных отечественных методик выполнения измерений (МВИ) в почвах. Для реализации допущенных к применению при выполнении работ в области контроля загрязнений почв (в том числе 20 - по РД 52.18.595-96 [45]) методик применяются:

• фотометрические приборы - около 26% (22 методики);

• ААС или АЭС-спектрометры - около 21% (20 методик);

• хроматографы (ГЖХ, ИХ) - около 40% (18 методик);

• электрохимические (П, ПЛ, К) - около 11% (9 методик);

• титраторы (объемное титр.) - около 7% (6 методик);

• хромато-масс-спектрометры - около 5% (4 методики);

• ИК, ФЛ-спектрометры - по 2,5% (по 2 методики);

• остальные (РФА, весы и др.) - около 3-4% (3 методики).

Таким образом, анализ методов и лабораторных средств контроля почв показывает, что и в этом случае «лидерами» среди приборов остаются все те же фотометры, атомные спектрометры и хроматографы, которые в сумме обеспечивают более 70% всех количественных измерений.
Как и в предыдущих случаях, целесообразно определить минимальный перечень приоритетных 3В с точки зрения мониторинга почв и кратко охарактеризовать наиболее часто применяемые для этих целей средства экоаналитического контроля.

Характерно, что несмотря на «депонирующий» характер почв, накапливающих в себе 3В, поступающие из других сред, по сравнению с атмосферой или водами обычно отмечается значительно меньше подлежащих контролю загрязняющих веществ и других показателей загрязнения почв. Известны несколько официальных перечней нормируемых в почве веществ, в основном по линии Санэпидемслужбы и Госстандарта России. Это Перечень химических веществ в почве, по которым установлены ПДК и ОДК (№6229-91 [73]), дополнение №1 к нему - Перечень ОДК тяжелых металлов и мышьяка (ГН 2.1.7.020-94 [74]), а также два стандарта -ГОСТ 17.4.1.02-83 [75] и ГОСТ 17.4.2.01-81 (СТ СЭВ 4470-84). Охрана природы. Почвы. Номенклатура показателей санитарного состояния.

В первом, главном перечне приводится 108 значений ПДК и 70 - ОДК, а во втором - дополнительно еще 6 величин ОДК веществ в почве, что в сумме составляет около 180 нормируемых веществ. В основном это разнообразные пестициды (примерно 140), относительно полезные для почвы вещества - минеральные удобрения (около 10), 10 тяжелых металлов (Рb, Сd, Нg, Сr, Сu, Ni, Со, Мn, Zn, V), мышьяк (Аs), сурьма (Sb)), некоторые неорганические анионы (нитраты, сульфаты, фосфаты, хлориды, фто-риды), сера и сероводород, а также более 10 органических соединении, не относящихся к числу ядохимикатов (ацетальдегид, бензин, бензол, изопропилбензол, о-, м- и n-ксилолы, стирол, толуол, формальдегид) и другие.

Если обратиться к перечням уже существующих методик и просуммировать количество указанных в них веществ, то получается следующее. Список методик количественного химического анализа почв (в том числе сельхозугодий), допущенных к применению по РД 52.18.595-96 [45], включает около 30 веществ или их групп. В аналогичном перечне известного справочного пособия «Экометрия» [51] можно обнаружить уже более 90 веществ, гигиенически нормируемых в почве и обеспеченных методиками анализа.

Сопоставление перечней нормируемых веществ в воде и в почвах показывает их достаточно существенное совпадение. При этом «водный» перечень значительно больше и практически полностью «накрывает» почвенный. Разница отмечается по группе пестицидов и других «супертоксикантов», а также по ненормируемым в почве (и нормируемым в воде) нескольким десяткам других загрязняющих веществ. Таким образом, сводный перечень приоритетных при контроле почв 3В составляет, по нашему мнению, примерно 30 веществ.

Анализируя отдельные образцы приборов и комплектов для контроля почв, в первую очередь следует отметить те из них, которые применяются при поиске мест наибольшей загрязненности и для «оконтуривання» загрязненных участков (первая стадия технологического цикла). Речь идет о быстродействующих универсального типа приборах, измеряющих содержание или сигнализирующих о наличии 3В в паровой фазе. Примером такого прибора, в частности, является фотоионизационный анализатор почвенных газов ЕСОРRОВЕ 4 производства фирмы «RS DYNAMICS» (Чехия), пока редко используемый в России. Как и отечественные приборы типа «Колион» (см. 1.2.2.1), он способен с высокой чувствительностью (до 0,01 ррm) измерять концентрации более чем 100 (принципиально - до 1000) легколетучих органических соединений и некоторых неорганических веществ, обладающих окислительно-восстановительными свойствами.

Наличие в памяти прибора внутренних калибровок позволяет за время, не превышающее 2 мин, получить результат, который может быть считан по показывающей шкале или на экране сопрягаемого портативного компьютера. Отстройка нуля (с учетом «остаточной памяти» датчика) осуществляется автоматически, что значительно повышает надежность результатов, а быстродействующая интегрирующая измерительная схема позволяет настроенному прибору работать в циклическом режиме со скоростью 1 образец в секунду. При этом на дисплее компьютера возможно построение трехмерной модели распределения 3В в приземном слое над исследуемым рабочим участком почвы. Для изучения газов в толще почвы прибор снабжается специальным щупом-пробоотборником.

К сожалению, прямых отечественных аналогов данному прибору не известно. Выше названные приборы серии «Колион» позволяют решать лишь часть выполняемых монитором ЕСОРRОВЕ 4 задач (определение уровня и глубины загрязнения в приземном слое и глубину проникновения 3В в почву по паровой фазе в специально пробуриваемых шурфах).

Другой группой средств, применяемых для контроля почв, являются портативные полевые лаборатории. К ним относятся, например, портативная лаборатория DREL/2010 в комплектации для анализа почв (ориентировочная цена - до 7 000 у.е.), а также портативный измерительный комплект NРК-1 (около 1 000 у.е.).

Примерно такая же ситуация складывается и с обеспеченностью техническими средствами второй стадии технологического цикла контроля - отбора проб почвы. Отечественная промышленность не выпускает специальных пробоотборников для почвы, поэтому чаще всего используются простые самодельные устройства (типа ручного бура, совков и т.д.) или дорогие зарубежные образцы.

Так, известно оборудование для ручного отбора проб производства голландской фирмы Eijkelkamp (от 400 до 3 000 у.е.), в комплект которого входит набор буров для различных видов почв (в т.ч. сложных - каменистых и вязких), наращиваемые стержни (для бурения на глубину до 8-10 м) и специальная рукоятка.

Что касается последующих стадий - пробоподготовки и количественного анализа проб почвы, то их приборное оснащение мало чем отличается от аналогичного при контроле вод (см. предыдущий раздел).
Среди портативных приборов для целей группового экспресс-анализа почв на содержание в них элементов наиболее приспособлены рентгено-флуоресцентные спектрометры (РФС), иногда их называют РФ-анализаторы (РФА). Известно несколько типов РФС, наиболее дешевыми из которых являются приборы серии «СПЕКТРОСКАН» (№13422-97 Госреестра СИ) производства НПО «Спектрон» (Санкт-Петербург). Наиболее дешевая модель «СПЕКТРОСКАН-U» (около 14 000 у.е.) позволяет с высокой точностью определять более 70 тяжелых элементов в интервале от Са до U. Более дорогая (до 43 000 у.е.) и высокочувствительная лабораторная модель «СПЕКТРОСКАН-V» позволяет определять в интервале от Nа до U более 80 элементов. Для контроля параметров окружающей среды с помощью этих приборов разработаны и аттестованы специальные методики, в том числе для определения валового содержания металлов в порошковых пробах почв (МВИ №2420/201-97/201) с чувствительностью порядка 0,7-1,0 м кг/см² анализируемой поверхности.

Производители в Москве (НПФ «АналитИнвест» совместно с АООТ «НПО Химавтоматика» и предприятием ООО «ИНЛАН») поставляют для комплектации стационарных и передвижных химических лабораторий новый вид средств измерения, представляющий собой совокупность технических средств, методического и программного обеспечения - химико-аналитические комплексы (ХАК) - рентгено-флуоресцентный, спектрально-оптический, газо - и ионохроматографический, включенные в Госреестр СИ. В частности, рентгено-флуоресцентный комплекс «ИНЛАН-РФ» (ТУ 4215-001-18044127) позволяет с помощью специальной аттестованной методики (МВИ 2420/31-97) при относительной погрешности ± 25% определять в почве 8 наиболее распространенных тяжелых металлов (Сг, Мn, Со, Ni, Сu, Рb, Нg, Zn) с чувствительностью 1-1500 мг/кг. Стоимость РФ-ХАК, размещаемого на отечественной многоцелевой автомобильной экоаналитической лаборатории «Экомобиль», ориентировочно составляет 23-25 тыс. у.е. Известны и более дешевые портативные РФ-спектрометры: РФА «ЭЛАН» (стоимость от 18 000 у.е.) и «ПРИМ-1М» (стоимость от 21 000 у.е.).