РАКЕТНОЕ
ТОПЛИВО
и методы его определения в объектах окружающей среды
Для отправки сообщения авторам, щелкните здесь: Отправить сообщение
Несимметричный диметилгидразин
(Н-ДМГ), известный под названием "гептил",
является эффективным топливом, широко применяемым в ракетно-космических системах
[1].
Производство Н-ДМГ в связи с широкими масштабами его применения является многотоннажным.
Н-ДМГ является токсичным веществом 1 класса опасности и одновременно проявляет
канцерогенные и
мутагенные свойства и относится к суперэкотоксикантам. Для Н-ДМГ приняты следующие
значения
гигиенических показателей: ПДК для воздуха (мг/м3) рабочей зоны - 0.1,
атмосферного воздуха максимально разовое - 0.001, среднесуточное - 0.001;
ПДК для воды (мг/л): хозяйственно-бытовой - 0.02 и рыбохозяйственной - 0.0005.
За период деятельности отрасли производства и применения Н-ДМГ риск развития
злокачественных новообразований (ЗН) у лиц, занятых в этой системе, возрос в
шесть раз, а влияние ЗН на общую смертность и трудоспособность увеличилось в
21 раз [2]. Вместе с тем до настоящего времени Н-ДМГ не внесен в перечень канцерогенных
веществ, изданный Госкомсанэпиднадзором России.
Проблема загрязнения окружающей среды компонентами ракетного топлива и безопасности
жизнедеятельности населения вблизи позиционных районов в следствии аварийных
проливов вблизи пусковых площадок и в подтрассовых зонах является весьма актуальной.
В районах запуска ракет количество Н-ДМГ, попадающее в окружающую среду за счет
случайных проливов, оценивается величиной 300 т/год, общая загрязненная им территория
достигает 1млн. гектар. По данным [2] в некоторых воронках падения ступеней
ракет концентрация Н-ДМГ даже через год после падения достигает многих десятков
ПДК. Вторые ступени, разрушаясь на больших высотах (порядка 35-50км), падают
на Землю в виде относительно мелких обломков, а остатки топлива рассеиваются
в атмосфере, в ряде случаев вторые ступени также падают на Землю. Разрушение
баков с горючим сопровождается разливом и интенсивным испарением топлива, загрязнением
атмосферы, почвы, грунтовых и поверхностных вод, интенсивному загрязнению подвергаются
и растения. Птицы, рыбы, дикие и домашние животные поедают загрязненные растения
и пьющие загрязненную воду, становятся опасными для использования в качестве
пищевого сырья человека. В регионах, подвергнутых воздействию компонентов ракетного
топлива, возникают по [1] "драматические экологические цепочки", а по нашей
терминологии "техногеннозависимые пищевые цепи". Эти техногеннозависимые пищевые
цепи можно представить в виде последовательной системы: загрязненная среда обитания
- растения - животные (птицы, рыба) - продукты питания - человек.
Изложенное выше показывает настоятельную необходимость создания системы мониторинга за состоянием объектов окружающей среды, природных источников пищевого сырья и здоровья населения регионов, подвергнутых последствиям ракетно-космической деятельности. Выполнен ряд работ по созданию метода оценки загрязнения земной поверхности Н-ДМГ и распространению его паров и аэрозолей в атмосфере [3,4]. Проблема мониторинга Н-ДМГ в объектах окружающей среды еще далека от решения. В последнее время ученые и медики уделяют большое внимание снижению вредного воздействия Н-ДМГ на здоровье человека [5]. При решении проблемы мониторинга Н-ДМГ в биосфере необходимо создать адекватную модель поведения этого супертоксиканта, учитывающую многоступенчатую систему, включающую производство, транспорт, заправку ракет, попадание из отработанных ступеней в атмосферу, земную поверхность, природные воды, растения и далее в пищевую цепь человека с учетом климатических особенностей регионов.
При осуществлении мониторинга объектов окружающей среды на содержание Н-ДМГ и выборе методов его концентрирования и определения следует учитывать особенности его свойств: высокую летучесть (t кип.=630С), способность возгоняться с водяным паром, хорошую растворимость в воде и способность к протонированию (рКа=7.34-6.92 при 10 и 400С соответственно), образование амальгамы диметилгидразиния (подобно катионам аммония и гидразиния).
Ниже приводится краткий обзор методов определения Н-ДМГ в объектах биосферы, применяемые при мониторинге в ряде организаций. Для определения Н-ДМГ в воздушной среде (атмосфера производственных помещений жилых зон, в природных и сточных водах и других объектах биосферы предложен ряд физико-химических методов. Из числа электрохимических методов следует упомянуть методы вольтамперометрии и амперометрической кулонометрии. Вольтамперометрическое определение Н-ДМГ методами классической и переменнотоковой полярографии основано на восстановлении катиона диметилгидразиния [6] или его окислении [7] на ртутном капающем электроде. В основу определения Н-ДМГ методами амперометрии положены реакции его окисления иодом [7]. Эти методы позволяют определять содержание Н-ДМГ на уровне 10-4 моль/л. Кулонометрический метод с амперометрической индикацией был положен в основу создания автоматических анализаторов определения Н-ДМГ в атмосфере производственных помещений на уровне ПДК. Авторами разработан метод определения Н-ДМГ в объектах биосферы, основанный на использовании инверсионной вольтамперометрии с пределом обнаружения 4Ч10-6 моль/л. Другим распространенным методом является фотоколориметрическое и спектрофото-метрическое определение Н-ДМГ по его реакциям с п-диметиламинобензальдегидом (п-ДАБА) с использованием азина [9], или с п-нитробензальдегидом (п-НБА) [10]. По-следующие методики были усовершенствованы операцией предварительного концентрирования Н-ДМГ. В работе [11] показана возможность применения спектрофотометрии с использованием не только п-НБА, но и нитро-, хлор-, циан- и других производных бензальдегида. Разработан пьезорезонансный метод определения концентраций Н-ДМГ в воздухе, основанный на зависимости частоты колебания пьезоэлектрика (кварца) со специальным покрытием от количества поглощенного гептила. В качестве чувствительного покрытия - химического сенсора использован полимерный комплекс меди. Сенсор обладает линейной концентрационной характеристикой в диапазоне содержания Н-ДМГ 0.3 - 300 ррm. Время определения 3 минуты. Определение Н-ДМГ в природных водах и почвах сопряжено с определенными трудностями, связанными с наличием в этих объектах других азотсодержащих веществ (аминов) и возможного присутствия продуктов его окисления. Для определения Н-ДМГ в природных водах и почвах находят применение методы газовой хроматографии [11] и хромато-масс-спектрометрии [12]. Сложность хроматографического выделения микроколичеств Н-ДМГ на фоне мешающих легколетучих примесей делает затруднительным прямое хроматографическое определение этого вещества, а интенсивный ионный фон в области масс m/z=24-80 а.е.м., даваемый многими природными соединениями, препятствует его непосредственному хромато-масс-спектральному определению. Использованный метод основан на переводе Н-ДМГ в анализируемую форму реакцией с п-НБА, выделении анализируемого продукта из реакционной смеси методом капиллярной газо-жидкостной хроматографии, с последующим количественным и качественным определением его методом масс-спектрометрии. Для количественных расчетов использовали реконструированные масс-хроматографы по ионам m/z = 193 для Н-ДМГ и m/z = 226 для внутреннего стандарта. С целью повышения чувствительности аналитических методов - снижения пределов обнаружения Н-ДМГ предложены методы его концентрирования, основанные на отгонке с водяным паром. Одним из эффективных методов концентрирования Н-ДМГ является ионобменное извлечение в кислых растворах катиона диметилгидразиния (CH3)N2H3+ твердыми или жидкими ионообменниками в Н-форме. Для концентрирования Н-ДМГ могут быть использованы обменные реакции катиона диметилгидразиния с амальгамами электроотрицательных металлов. Анализ описанных методов определения Н-ДМГ в объектах окружающей среды позволяет сделать следующее заключение. Для анализа воздуха наиболее целесообразно использовать анализатор, основанный на пьезорезонансном методе. Для определения Н-ДМГ в природных и сточных водах наиболее рационально применять метод инверсионной вольтамперометрии с ртутным пленочным электродом. При анализе почв, растений и пищевого сырья наиболее надежные результаты могут быть получены методом хроматографии с предварительным выделением и концентрированием Н-ДМГ.
Литература:
1. Миняев А.П., Сидоров П.И., Совершаева С.Л. // Экология человека.-1997.-№3.-С.13-16.
2. Мисийчук Ю.И., Терещенко Г.Ф., Лебедев Г.П. и др. // Экологическая химия.-1998.-№7(1).-С.42-47.
3. Архипов В.А., Березиков А.П., Козлов Е.А., Трофимов В.Ф. // Контроль и реабили-тация
окружающей среды. Материалы 2-го междунар.симп. Томск. СО РАН. 2000.-с.207-209.
4. Халецкая О.В., Козлов Е.А. // Там же.-С.262-263.
5. Тушляков В.И., Шалай В.В. Уменьшение вредного воздействия ракетных средств
выведения на окружающую среду. Омск. ОмПИ. 1993.
6. Китари-Оглу И.К., Гольдин М.М., Феоктистов Л.Г. и др. // ЖАХ.-1976.-Т.31.-Вып.8.-С.1539-1542.
7. Ахмеджанова С.А., Ковалева С.В., Раимжанова М.М. // Сборник работ по химии.
Алма-Ата.1980.-Вып.6.-С.56-60.
8. Ахмеджанова С.А., Ковалева С.В., Раимжанова М.М. // Сборник работ по химии.
Алма-Ата.1977.-Вып.5.-С.12-16.
9. Потрохов В.К., Малинина А.М., Климова Н.И. // Способ определения несимметрич-ного
диметилгидразина. Пат. 2111486. Россия, МКИ6 G 01 N31/00. Рос. научн. центр
"Прикл.химия"- №3167202/04. Заявл. 06.04.87. Оп. 20.05.98.
10. Cathum S., Atamaniok V., Ananieva L., Ladanowski C., Whittaker H. // Can.J.Chem.Eng.-1998/-76.-№3.-Р.680-685.
11. Самсонов Д.П., Борновалова Г.В., Первунина Р.И. и др. // ЖАХ.-1998.-Т.53.-№2.-С.191-194.
Адрес для запроса документации
и справок:
634028, г. Томск, ул. Карпова, 8А-9
Кулагин Евгений Михайлович
Научно-производственный кооператив "РИПС" при Томском политехническом университете.
Контактный телефон-факс: (3822) 417-155.
Дополнительный телефон: (3822) 416-291.
Для отправки сообщения, щелкните здесь: Отправить сообщение
[ Назад ]
---
---
