Přehled metod měření v síti automatizovaných monitorovacích stanic
Měření koncentrace SO2 se provádí ultrafialovou fluorescenční metodou, kdy je
analyzovaný vzorek ozařován UV-lampou. Přitom dochází k energetické excitaci
molekuly SO2. Při zpětném přechodu molekuly do základního energetického stavu
dochází k uvolnění energie ve formě fluorescenčního záření. Toto záření,
které je úměrné koncentraci oxidu siřičitého, je detekováno fotonásobičem.
Měření koncentrace oxidů dusíku se provádí chemiluminiscenčním analyzátorem pro měření
koncentrací NO, NO2, NOx. Princip metody je založen na excitaci molekul dusíku ozónem.
Při přechodu molekul z excitovaného do základního energetického stavu dochází k uvolnění
záření ve formě chemiluminiscence, které je detekováno fotonásobičem. Konstrukce přístroje
je upravena tak, že umožňuje získání informací o koncentracích oxidu dusnatého (NO)
oxidu dusičitého (NO2) a oxidů dusíku (NOx).
Měření koncentrace PM10 (frakce prašného aerosolu do 10 µm) se provádí
radiometrickou metodou, která je založena na absorpci beta záření ve vzorku zachyceném na
filtračním materiálu. Z rozdílu absorpce beta záření mezi exponovaným a neexponovaným
filtračním materiálem, který je úměrný hmotnosti zachyceného prašného aerosolu,
je odvozen údaj o jeho koncentraci.
Automatizované stanice instalované Státním zdravotním ústavem a některé stanice hygienické
služby používají ke kontinuálnímu sledování prašného aerosolu křemenné oscilační mikrováhy (TEOM),
které měří hmotnostní množství vzorku zachyceného na výměnném filtru podle změny frekvence oscilujícího
kuželovitého nosiče. Vzorek vzduchu prochází filtrem, kde se zachytávají částice prachu a pokračuje
dutým kuželovitým elementem přes elektronické ovládání průtoku do vývěvy.
Měření koncentrace CO se provádí metodou IR-korelační absorpční spektrometrie. Záření
z infračerveného zdroje prochází dvěma paralelními kyvetami, z nichž jedna obsahuje referenční
atmosféru a druhou prochází analyzovaný vzorek venkovního ovzduší. Detekovaný rozdíl intenzit
záření je úměrný koncentraci oxidu uhelnatého.
Měření koncentrace ozónu je založeno na ultrafialové
absorpční fotometrii, spočívající v absorpci záření o vlnové délce 254 nm ozónem přítomným v analyzovaném
vzorku. Zdrojem záření je UV lampa, přičemž je střídavě v kyvetách měřen nulový - čistý vzduch a vlastní
vzorek. Uvedená metoda s automatickou kompenzací tlaku a teploty splňuje náročné požadavky na měření O3.
V průběhu roku 1997 bylo zavedeno na dvou AMS (Libuš, Most) kontinuální měření aromatických uhlovodíků
(benzenu, toluenu, etylbenzenu a xylenů) pomocí analyzátorů BTX metodou plynové chromatografie.
Jde o standardní zapojení na odběrovou sondu v kontejneru.
Přehled metod měření v síti manuálních stanic
Měření průměrných denních koncentrací oxidu siřičitého se provádí spektrofotometrickou metodou s
TCM a fuchsinem (metoda West-Gaeke). Oxid siřičitý se zachycuje do roztoku tetrachlorortuťnatanu
sodného (TCM) s přídavkem Chelatonu III. Vzniklá sloučenina dává v kyselém prostředí s fuchsinem a
formaldehydem červenofialové zbarvení, které se měří spektrofotometricky při 586 nm. Pro stanovení
průměrné denní koncentrace se vzorek vzduchu (1,2 - 2,4 m3 za 24 hod.) prosává dvěma v sérii
zařazenými absorbéry s absorpčním roztokem. Odběrová aparatura se skládá ze dvou kapilárových absorbérů,
plynoměru a membránového čerpadla. Vzorek vzduchu k absorbérům musí být přiváděn teflonovou hadičkou.
Na vybraných stanicích s nižší úrovní znečištění oxidem siřičitým se používá thorinová spektrofotometrie.
Vzduch se prosává přes filtr pro zachycení částic síranů a přes další filtr impregnovaný louhem pro stanovení
oxidu siřičitého. Síranové ionty se (po extrakci z filtrů) vysrážejí chloristanem barnatým. Přebytek barnatých
iontů se stanovuje spektrofotometricky při 520 nm po reakci s thorinem. Odběrová aparatura se skládá z
odběrové hlavice, membránového čerpadla a suchého plynoměru. Objem prosátého vzduchu je
v rozmezí 2,5 až 10 m3 za 24 hod.
Na několika stanicích hygienické služby se měří koncentrace oxidu siřičitého a oxidů dusíku
kontinuálně-manuální metodou elektrického palivového článku. Jde o analyzátor APM firmy City
Technology, detektorem je selektivní mikropalivová cela.
Na některých kontinuálně-manuálních stanicích se koncentrace SO2 a NO2
měří coulometricky. Jde o elektrochemickou metodu, kde je elektrolytický proud úměrný koncentraci plynu
podle Faradayova zákona.
Měření průměrných denních koncentrací oxidů dusíku se provádí guajakolovou (modifikovanou
Jakobs-Hochheiserovou) spektrofotometrickou metodou s NEDA a sulfanilamidem. Oxidy dusíku jsou odebírány
přes oxidační trubičku (přítomný NO se oxiduje na NO2). Na některých stanicích se stanovuje
jen oxid dusičitý, oxidační trubička zde proto chybí. NO2 se absorbuje do roztoku hydroxidu
sodného s přídavkem guajakolu a převádí se na dusitany. Následuje Griessova diazotace sulfanilamidem v
kyselém prostředí H3PO4 s kopulačním činidlem NEDA (roztokem N-(1-naftyl)
etylendiamindihydro-chloridu) za vzniku červeného zbarvení. Intenzita zbarvení se měří spektrofotometricky
při 560 nm. Odběrová aparatura se skládá z teflonové sondy, která je spojena trubičkou naplněnou oxidační
hmotou s ústím soustavy dvou kapilárních absorbérů zapojených v sérii. Dále je v aparatuře zapojen vodní
plynoměr a membránové čerpadlo. Na stanicích hygienické služby se měření průměrných denních koncentrací
oxidů dusíku provádí podobnou spektrofotometrickou metodou. Po oxidaci se NO2 absorbuje
do roztoku thiethanolaminu s přidáním kyseliny sulfanilové v kyselém prostředí H3PO4
s kopulačním činidlem NEDA. Intenzita zbarvení se měří spektrofotometricky při 540 nm.
Měření koncentrací NO3- and HNO3 se provádí spektrofotometrickou metodou s NEDA a
sulfanilamidem (Griessova reakce). Předřazený teflonový filtr zachycuje dusičnany, plynná HNO3
se absorbuje na filtru impregnovaném NaCl s následnou eluací NaOH, převádí se na dusitany,
spektrofotometrické stanovení je stejné jako v případě stanovení oxidů dusíku guajakolovou metodou .
Měření koncentrací prašného aerosolu se provádí gravimetrickou metodou. Vzorek se
odebírá spojitou filtrací venkovního ovzduší přes vybraný filtrační materiál (membránový o střední
velikosti pórů 0,85 µm, teflonový o střední velikosti pórů 1 µm nebo ze skleněných vláken s účinností
záchytu větší než 99,5 %) rychlostí 33 - 55 cm za sekundu. Hlavice filtru je obrácena otevřenou stranou
směrem dolů. Výška odběrové hlavice nad povrchem je 1,5 - 3,0 m. Doba odběru je na všech stanicích ČHMÚ
shodná - 24 hodin. Frekvence odběrů odpovídají charakteru lokality, kde je místo odběru zřízeno.
Zachycené množství vzorku na filtru (v ľg) se stanovuje gravimetricky jako rozdíl hmotnosti filtru po a před expozicí.
Pro stanovení koncentrace kovů v ovzduší se v ČHMÚ převážně prováděla analýza do roku 1996 technikou
atomové absorpční spektrometrie (AAS) s odběry na membránové filtry Synpor s následnou mineralizací HNO3
na mokré cestě za horka. Nyní je tato metoda používána na stanicích hygienické služby a ORGREZu.
Od roku 1998 je v ČHMÚ metoda AAS používána pouze pro stanovení koncentrací kadmia v ovzduší na vybraných stanicích.
Filtry jsou mineralizavány za horka kyselinou dusičnou a peroxidem vodíku v mikrovlnném zařízení MLS 1200 MEGA.
Na některých stanicích hygienické služby se pro analýzu těžkých kovů užívá také metoda polarografická
a metoda atomové emisní spektrometrie s indukčně vázanou plazmou (ICP-AES).
Od roku 1997 se v ČHMÚ provádí stanovení koncentrace těžkých kovů v ovzduší také nedestruktivní analýzou
rentgenové fluerescence (XRF) s odběrem na teflonový filtr. V rámci programu "Černý trojúhelník" se analýza
provádí metodou hmotnostní spektrometrie s indukčně vázanou plazmou (ICP-MS) s vyskoobjemovým odběrem na
skleněné filtry.
Výsledná atmosférická koncentrace prašného aerosolu ve vzduchu se uvádí v µg.m-3,
kovu v ng-3.
Odběrová aparatura se skládá z odběrové hlavice, suchého plynoměru a čerpadla.
Měření koncentrací SO42- v aerosolu se provádí metodou rentgenové fluorescence (XRF)
s odběrem na teflonové filtry Gelman Laboratory R2PLO47, o velikosti pórů 1ľm, spolu s odběrem pro stanovení těžkých kovů.
Měření koncentrací NH3 a NH4+ a se provádí Berthelotovou
metodou, kde předřazený teflonový filtr zachycuje amonné ionty, plynný NH3 se absorbuje na filtru impregnovaném
kyselinou šťavelovou, po výluhu demineralizovanou vodou reagují NH4+ s alkalickým roztokem
fenolu s chlornanem, měří se spektrofotometricky při 630 nm.
Těkavé organické látky (VOC) se stanovují pomocí plynové chromatografie dělením na kapilární koloně
ze vzorků vzduchu odebraných do speciálních ocelových kanystrů na měřícím stanovišti. Termín odběru je pondělí
a čtvrtek v každém týdnu ve 12:00 UTC. Odběr trvá cca 10 minut. Vzorek vzduchu je do chromatografu dávkován z
přepravního kanystru přes předkoncentrační jednotku.
Perzistentní organické polutanty (POPs) se odebírají velkoobjemovým čerpadlem na filtr z polyuretanové
pěny s předřazeným filtrem ze skelných vláken. Délka odběru je 24 hodin s počátkem vždy ve středu v 7:00 UTC
(ČHMÚ - MS Košetice). Na stanicích hygienické služby se odebírá každý šestý den, též v 7:00 UTC. Exponované
filtry se extrahují dichlormethanem. Po přečištění a zakoncentrování extraktu se vybrané POPs stanovují
plynovou chromatografií s hmotnostně selektivní detekcí v režimu sledování vybraných iontů (SIM).
Pro odběr srážek se v síti stanic ČHMÚ používají automatická odběrová zařízení, která se otevírají
automaticky po dobu srážkové epizody (wet-only). Alternativně se na některých stanicích čisté srážky
(wet-only) odebírají denním sléváním vzorků. Interval odběru je od roku 1996 - 97 jednotýdenní, výjimečně
měsíční. Od roku 1997 byl zaveden speciální odběr pro stanovení těžkých kovů - týdenní bulk. V síti stanic
ČGÚ a VÚV TGM se používají odběry typu bulk. Interval odběru je jeden měsíc. Jde o zařízení otevřená po dobu
expozičního období. Podkorunový spad je na stanicích ČGÚ, ČHMÚ a HBÚ AV ČR odebírán jako kumulativní vzorek bulk z
devíti pravidelně rozmístěných odběráků. Vzorky srážek se po skončení odběru uchovávají v chladu (3 - 5 °C)
a temnu. Pro analýzu se používá citlivých analytických metod (pH se měří skleněnou pH elektrodou, vodivost
vodivostní celou, kationty (kovy) atomovou absorpční spektrometrií, amonné ionty spektrofotometricky, anionty iontovou
chromatografií a fluoridy v některých případech iontově selektivní elektrodou).
Přehled metod měření doprovodných meteorologických prvků
Směr a rychlost větru se snímají pomocí větrné korouhve a anemometru. Poloha větrné korouhve se snímá
optoelektronickými elementy nebo je pomocí kruhového potenciometru převáděna na elektrické napětí.
Rychlost otáčení čidla anemometru se stanoví optoelektronicky nebo je pomocí tachodynama převáděna
na elektrické napětí.
Pro měření energie slunečního záření (GLRD) ve W.m-2 se používá metody teplotní diference
(měření rozdílu teploty černě a bíle zbarvených segmentů povrchu čidla, které mají různou odrazivost pro
krátkovlnné sluneční záření).