Портативное оборудование для анализа воды и водных сред: готовые решения для лабораторных и внелабораторных условий

А. Муравьёв, к.х.н., muravyov@christmas-plus.ru
М. Кузьмин, ЗАО «Крисмас+»

Аннотация

В настоящем кратком обзоре освещены технологии и соответствующее портативное оборудование для анализа воды и водных сред, включая почвенные вытяжки. Данное направление приобретает ещё большую актуальность и значимость благодаря многолетней работе научных и конструкторских подразделений ЗАО «Крисмас+» (ГК «Крисмас»), позволившей создать эффективные технологические заделы. Сотрудниками компании были детально проработаны вопросы методики применения, подобраны удобные современные комплектующие и оптимизирована укладка изделий, а также оценены реальные сроки годности готовых аналитических рецептур. Все это позволяет обеспечить надёжность и удобство в эксплуатации портативного оборудования, будь то настольная лаборатория или тест-комплект.

Тест-комплекты для химического экспресс-анализа воды

Санкт-Петербургская инновационная компания «Крисмас+», основанная в 1995 году, специализируется на разработке и производстве химико-аналитических систем контроля окружающей среды для применения в полевых и лабораторных условиях. Широкая линейка продукции включает портативные лаборатории (мини-экспресс-лаборатории, настольные и ранцевые лаборатории), тест-комплекты для количественных и полуколичественных анализов, наборы вспомогательного оборудования, сигнальные тест-системы и т.п. Особое внимание компания уделяет портативным системам, которые позволяют выполнять анализы в полевых условиях почти так же эффективно, как и в условиях специализированных лабораторий.

Быстрые химические анализы с применением несложного и готового к применению портативного оборудования требуются во многих отраслях. В числе наиболее практически значимых направлений можно отметить следующие:

• химический анализ воды: питьевой, в том числе расфасованной, сточной, воды из природных водоёмов; грунтовых вод, в том числе обладающих агрессивностью по отношению к бетонным сооружениям и фундаментам; воды систем водоподготовки и котлового теплоэнергетического и силового оборудования;
• исследования химических показателей состояния почвы посредством анализа почвенных вытяжек, дающие важную информацию для агротехнических, мониторинговых, агрохимических, геодезических и др. служб;
• санитарный анализ продуктов питания и готовых блюд, включающий оценку санитарного состояния объектов питания;
• контроль загрязнённости воздуха с применением производимых компанией индикаторных трубок модели ТИ-[ИК-К].

Семьдесят наименований индикаторных трубок, производимых ЗАО «Крисмас+» внесены в Государственный реестр средств измерений (Госреестр СИ № 24321-13) и применяются совместно с серийно производимым аспиратором типа НП-3М (Госреестр СИ № 18166-99) и различными аксессуарами (пробоотборным зондом модели ЗП-ГХКМ, ёмкостью полиэтиленовой газовой ЕПГ для отбора проб, комплектом грелки для работы с индикаторными трубками в условиях пониженных температур и др.) при специальной оценке вредных факторов и условий труда на производстве, мониторинге газовых выбросов промышленных предприятий и др.

Работа выпускаемого аналитического оборудования базируется на сравнительно простых технологиях анализа, унифицированных по применяемым операциям, большинство из которых являются типовыми для методик и аппаратуры реагентного химического анализа. Анализ с использованием готовых к применению реагентов и материалов легко выполним как специалистом-аналитиком, так и работником со средним специальным образованием после двух-трёхчасового мини-тренинга, который можно пройти в учебном центре компании. Все операции чётко и доступно описаны в руководствах по эксплуатации, благодаря подробному и наглядному изложению, их можно быстро понять и освоить. Изделия, производимые ЗАО «Крисмас+» для химического анализа, комплектуются готовыми реагентами и растворами, посудой, всеми необходимыми принадлежностями, к каждому из них прилагается руководство по эксплуатации. Если какой-то раствор не может храниться долго, предоставляется весь необходимый инструментарий и компоненты для его приготовления на месте.

Кроме индивидуальных тест-комплектов для определения одно вещества или параметра, ЗАО «Крисмас+» производит различные портативные лаборатории для проведения комплексных экспресс-анализов. Такие портативные лаборатории, как правило, более востребованы, так как на практике комплексный анализ проводится чаще, чем определение одного параметра. Для всех портативных лабораторий и тест-комплектов предусмотрена возможность пополнения: при расходовании, повреждении, утрате или по окончании срока годности какого-либо расходного компонента, его всегда можно приобрести отдельно. ЗАО «Крисмас+» изготавливает специальные комплекты пополнения ко всем тест-комплектам и портативным лабораториями.

Мини-экспресс-лаборатория для химического контроля окружающей среды «Пчёлка-Р»

В качестве хорошего примера изделия для готового многокомпонентного анализа можно привести мини-экспресс-лабораторию для химического контроля окружающей среды «Пчёлка-Р» (сертификат № РОСС RU. 03 ЭЧ 01. Н 0468 системы АСС МЧС России). В состав данной мини-экспресс-лаборатории, которая давно и широко применяются государственными и ведомственными службами при обследовании загрязнений техногенной среды в зоне ЧС, входят производимые компанией «Крисмас+» индикаторные трубки с аспиратором НП-3М, тест-системами, различными необходимыми принадлежностями и документацией.

Специалисты компании серьёзно подходят к вопросам стандартизации производимых измерительных средств и используемых в них методик, к вопросам соответствия нормативно-техническим документам (НТД) Российской Федерации. Во многих изделиях применены химико-аналитические методики, уже аттестованные и внесенные в действующие НТД. При необходимости, проводится их адаптация для использования в портативных системах: вносятся небольшие изменения в перечень используемых средств измерений и оборудования, алгоритм, диапазон рабочих температур и т.п., после чего методика заново проходит аттестацию. Если в каких-то изделиях не удается использовать нормативные методики, специалисты компании разрабатывают собственные оригинальные методики, которые проходят аттестацию и получают статус полевых. Было успешно модифицировано более 20 нормативных методик анализа питьевой, природной и котловой воды. Кроме того, разработано двенадцать оригинальных методик анализа воды, которые внесены в Федеральный реестр МИ и признаны пригодными для производимых компанией тест-комплектов и портативных лабораторий. В отдельных случаях, когда нет возможности использовать аттестованную методику или разработать оригинальную, приходится упрощать продукцию до уровня сигнальных тест-систем, не требующих аттестации.

Унификация аналитических систем и комплектующих является одной из основ стандартизации продукции ЗАО «Крисмас+» для химического анализа. Для определения различных компонентов используются по возможности унифицированные аналитические методы, то есть сходные по основным типовым операциям и оснащению. Реагенты и растворы готовятся по одинаковой схеме, проходят единую процедуру контроля качества. Компоненты наборов компактные, легкие, эргономичные и удобные в использовании. Флаконы для реагентов и растворов изготовлены из полипропилена, фторопласта или полиэтилентерефталата (ПЭТ) – они не бьются, удобно открываются, химически инертны и герметичны. Реагенты, растворы, посуда и инструменты (пипетки, пробирки и т.п.) уложены в специальные ложементы блоками, каждый из которых представляет собой индивидуальный аналитический набор/тест-комплект для определения одного или нескольких аналогичных веществ.

Компания «Крисмас+» ориентирована на импортозамещение: все инструменты, реактивы и средства, входящие в комплект аналитических систем, производятся в России. В отличие от многих зарубежных портативных лабораторий и аналитических наборов/тест-комплектов, продукция компании полностью соответствует российским стандартам и нормативно-технической документации и имеет сертификаты на официальное использование в России.

Анализ воды и химический контроль в системах водоподготовки

В отличие от воздуха и газов, обеспеченном аттестованными индикаторными трубками – хорошим инструментарием для внелабораторного количественного анализа загрязнителей, пробы воды гораздо чаще анализируются в лабораториях, чем в полевых условиях. Рынок средств для экспресс-контроля воды в нашей стране относительно невелик и в основном представлен продукцией зарубежных фирм: LaMotte, Hach, Merck Millipore и др. В то же время процедуры химического анализа воды регламентируются множеством нормативных документов, которым зарубежные образцы портативных систем часто не соответствуют, поэтому потребность рынка в отечественных средствах экспресс-контроля воды весьма высока.

Специалисты ЗАО «Крисмас+» модифицировали многие методики, предназначенные и аттестованные для лабораторных анализов, для применения их в полевых условиях. Особое внимание при этом они уделяли легкости пробоподготовки и аналитической процедуры, унификации методов, простоте визуализации и интерпретации результатов, а также возможности проведения химических анализов в самых разных условиях. В большинстве методик расширен диапазон рабочих температур, значений атмосферного давления и влажности воздуха. Портативные лаборатории и тест-комплекты для количественного анализа воды компании «Крисмас+» можно использовать при температурах от 10 до 35˚С, а сигнальные тест-системы – от 5 до 50˚С. Давление и влажность нормируются лишь для тех методик измерения, где используются приборы (фотоэлектроколориметры, кондуктометры, рН-метры).

Аналитические системы «Крисмас+» – портативные лаборатории и тест-комплекты, позволяют количественно определять в водных пробах более 60 различных веществ, измерять такие важные показатели, как pH, общую минерализацию, окисляемость, мутность, жёсткость и т.п. Результат колориметрических анализов определяется путем визуального сравнения цвета или интенсивности окраски раствора со шкалой. Средства титриметрического анализа этого класса комплектуются достаточно точными полимерными экспресс-пипетками.

В состав некоторых портативных лабораторий и тест-комплектов для количественного анализа методом колориметрии отдельным модулем входит полевой фотоколориметр «Экотест-2020», который компания производит совместно с НПП «Эконикс». Прибор внесен в Государственный реестр средств измерений. Он имеет восемь светодиодных источников света с длинами волн от 400 до 850 нм и запрограммирован под унифицированные методики измерений с помощью тест-комплектов и полевых лабораторий ЗАО «Крисмас+». В память прибора внесены коэффициенты градуировочных характеристик определяемых компонентов. Концентрация определяемого вещества рассчитывается автоматически и выводится на дисплей фотоколориметра.

Портативные лаборатории контроля воды и водных вытяжек

Компания производит в следующих основных вариантах:

• Полевая лаборатория анализа воды НКВ-1 (базовое изделие) и её модификация НКВ-1Фк;
• Настольная лаборатория анализа воды НКВ-12 (базовое изделие) и её модификация НКВ-12ПФк; НКВ-12.1; НКВ-12.1П2МФк; НКВ-12.1П2Фк; НКВ-12.1ПМФк; НКВ-12.1ПФк; НКВ-12.2; НКВ-12.2ПФк; НКВ-12.3; НКВ-12.3ПФк;
• Ранцевая лаборатория исследования водоемов НКВ-Р (базовое изделие) и её модификации: НКВ-РФк; НКВ-Рм; НКВ-РмГ.

Их главные пользователи – производственные лаборатории, подразделения центров гигиены и эпидемиологии, различные экологические службы и др.

Одновременно ряд этих портативных лабораторий применяется в качестве учебно-лабораторного оборудования в образовательных организациях общего, среднего и высшего профессионального, а также дополнительного образования.

Портативные лаборатории серии НКВ

Портативные лаборатории серии НКВ в разных модификациях позволяют определять от 18 до 40 показателей, среди которых общая жёсткость, окисляемость, общая минерализация, pH, цветность, мутность, вкус, запах, содержание широкого ряда катионов и анионов, остаточный хлор.

Эти аналитические системы полностью автономны: химические анализы можно проводить как в помещениях, так и в полевых условиях. Существуют ранцевые модификации для комплексных экспедиций. Разработка лабораторий НКВ защищена патентом Российской Федерации, все использованные методики измерений основных показателей аттестованы и внесены в Федеральный реестр методик измерений.

Портативные лаборатории серии НКВ непрерывно совершенствуются. Сейчас наибольшей популярностью пользуется базовая модель НКВ-12, конструкция которой изначально задумывалась для лабораторий инженерных войск. Она представляет собой кейс-чемодан («кейс-бокс»), который при разворачивании превращается в настольную лабораторию, имеющую 2 рабочих места оператора.

Качество воды и состав водных вытяжек определяется не менее чем по 24 показателям. Базовая модель НКВ-12 выпускается в десяти модификациях, в том числе: «Вода природная и водоподготовка», «Водоснабжение и водоотведение», «Воды агрессивные грунтовые», «Вода расфасованная». По согласованию с заказчиком, возможны специальные комплектации и дополнение нужными измерительными приборами и тест-комплектами.

Анализ котловой воды

Химический анализ котловой воды имеет ряд особенностей, связанных со сложностью отбора проб и необходимостью кондиционирования воды перед проведением анализов. Образцы отбираются из труб под давлением до 50 атмосфер, поэтому к отбору проб допускается только сертифицированный персонал. Согласно действующим нормативно-техническим документам, для химического анализа котловой воды по отдельным компонентам требуется значительно более высокая чувствительность, чем для питьевой и природной воды.

Портативные водно-химические экспресс-лаборатории котловые серии ВХЭЛ

Водно-химическая экспресс-лаборатория ВХЭЛ (базовая модель) применяется для аналитического химического контроля содержимого водных и паровых котлов в больших и малых котельных, ТЭЦ, тепловых сетях, различных котлоагрегатах. Контроль ведётся прежде всего с целью проверки соответствия параметров качества воды и пара нормативным значениям согласно установленным на объекте планам водно-химического контроля. С применением портативной лаборатории ВХЭЛ могут отбираться и анализироваться разнообразные среды (потоки) из точек отбора, встречающихся на большинстве производственных площадок: воды после деаэраторов, после подпиточного насоса, сетевой воды перед котлом и после сетевого насоса, конденсата пара и т.п.

Главный модуль ВХЭЛ сделан в виде переносного кейс-бокса массой ~20 кг, который можно вешать на стену или ставить на стол. В секциях ящика находятся флаконы и упаковки с реактивами и растворами, необходимые инструменты и посуда, средства защиты. Ящик имеет откидную полку-столик. Главный модуль ВХЭЛ позволяет определять девять показателей: pH, общую и карбонатную жесткость, общую и карбонатную щелочность, содержание общего железа, кислорода, хлоридов и нитратов. Различные модификации базовой модели портативной лаборатории ВХЭЛ содержат дополнительные тест-комплекты для определения мутности, прозрачности, содержания аммиака, кремниевой кислоты, нитритов, фосфатов. Модификации ВХЭЛ-2 и ВХЭЛ-3 включают портативный кондуктометр «Эксперт-002-2» для определения удельной электрической проводимости и общего содержания солей.

Помимо портативных лабораторий серии ВХЭЛ, выпускаются индивидуальные тест-комплекты для анализа указанных выше параметров котловой воды, а также перманганатной окисляемости, содержания примесей нефтепродуктов и масел. Для облегчения процедуры отбора проб и кондиционирования специалистами ЗАО «Крисмас+» были разработаны вспомогательные изделия – набор для отбора и переноски проб, комплект средств для приготовления очищенной воды. Они могут приобретаться вместе с лабораториями ВХЭЛ и использоваться в полном аналитическом цикле объекта теплоэнергетики, включая анализ при работе систем водоподготовки.

Портативные судовые водно-химические экспресс-лаборатории серии СЛКВ

Судовая водно-химическая экспресс-лаборатория СЛКВ-1 (базовая модель), выполненная аналогично ВХЭЛ, применяется для экспресс-контроля рабочих показателей технической воды, используемой при эксплуатации судов: в силовых установках, установках водоочистки и водоподготовки.

Сейчас в компании выпускается три модификации лаборатории СЛКВ-1 – это СЛКВ-2; СЛКВ-3 и СЛКВ-4. Все они отличаются составом дополнительных модулей.

Портативные лаборатории для анализа почвы

Химический анализ почвенных вытяжек в целом аналогичен анализу воды. Большая трудоемкость связана с необходимостью предварительного отбора и подготовки почвенных образцов и приготовления почвенных вытяжек. Каждый из этапов, включая саму процедуру анализа, регламентируется рядом нормативно-технических документов, которые существенно отличаются от предусмотренных методиками анализа воды.

Портативные средства для химического анализа почвы как на российском, так и на зарубежном рынке, представлены практически только продукцией ЗАО «Крисмас+».

Для химического анализа почвы компания «Крисмас+» предлагает специальные портативные лаборатории (настольные и ранцевые) и тест-комплекты, с помощью которых можно определять кислотность, влажность, катионообменную ёмкость почвы, содержание в почве основных катионов и анионов, фенолов, нефтепродуктов и т.п. Методики измерения, используемые в данных изделиях, соответствуют действующей нормативно-технической документации по анализу почв.

Настольные почвенные лаборатории серии НПЛ

Портативные настольные почвенные лаборатории серии НПЛ предназначены для определения основных химических показателей состояния почв и почвогрунтов по их водным вытяжкам в ходе проведения почвенного, агрохимического, мелиоративного обследования, контроля за состоянием солевого режима почв, а также в ходе других изыскательских и исследовательских работ, как в стационарной лаборатории, так и в условиях базового лагеря, непосредственно в полевых условиях.

Базовая модель НПЛ-1 выполнена в виде раскрывающегося кейс-бокса, который в открытом виде представляет собой полноценное рабочее место оператора. Лаборатория содержит полный комплект реактивов и оборудования для анализа почвы по 14 показателям, включая набор для приготовления вытяжек, pH-метр и кондуктометр. Некоторые методы экспресс-анализа, используемые в НПЛ-1, являются визуально-колориметрическими.

Если визуально-колориметрические методы не обеспечивает нужную потребителю точность анализа, можно заказать модификацию данной портативной лаборатории НПЛ-2, содержащую в своем составе дополнительный модуль - набор-укладку для фотоколориметрирования «Экотест-2020-К».

Ранцевые почвенные лаборатории серии РПЛ

Для работы с почвами и почвенными вытяжками в полевых и экспедиционных условиях специалистами компании разработаны и производятся специальные ранцевые почвенные лаборатории серии РПЛ.

Ранцевая почвенная лаборатория РПЛ-1 (базовая модель) выполнена в виде рюкзака объёмом до 100 л и весом не более 20 кг. Базовая модель содержит все необходимое для оценки основных химических, а также морфологических и физических показателей состояния почв и почвогрунтов, непосредственно в полевых, экспедиционных условиях.

Компания выпускает две модификации РПЛ-1 – это РПЛ-2 и РПЛ-3. Модификация отличаются от базовой модели дополнительными модулями, расширяющими их возможности.

Для агрохимического анализа по отдельным показателям ЗАО «Крисмас+» серийно производит специальные тест-комплекты.

Тест-комплекты от ЗАО «Крисмас+» для почвы представляют из себя портативные укладки, предназначенные для выполнения количественного или полуколичественного химического экспресс-анализа почвы на содержание одного вещества (группы однородных веществ) в полевых или лабораторных условиях.

Образовательные проекты

Следует особо отметить работу компании в сфере образования. ЗАО «Крисмас+» имеет собственный учебный центр, на базе которого работает региональный специализированный орган по сертификации образовательных услуг в области экологического и естественно-научного практикума. Орган зарегистрирован в реестре системы «Учсерт» Российской академии образования (аттестат аккредитации № RU.ИОСО.110007).

Производимое компанией портативное оборудование для химического анализа воды и водных вытяжек используется как готовое к применению учебно-лабораторное оборудование для обеспечения практико-ориентированных, учебно-научных, проектных и т.п. работ в различных образовательных областях. Функциональное назначение оборудования ЗАО «Крисмас+» обусловливает его особую значимость для образовательных и профессиональных практических работ естественно-научной и экологической направленности по разнообразной предметной тематике. Это актуально для общего, среднего специального и высшего профессионального, а также соответствующего дополнительного образования – в частности, в направлениях химического и биологического образования, в области безопасности (ОБЗР, ОБЖ, БЖ), технологии, наук о земле и многих других.

Заключение

ЗАО «Крисмас+» обладает производственными мощностями, штатом высококвалифицированных специалистов и соответствующим опытом, позволяющим осуществлять выпуск современных мобильных лабораторий и портативных средств химического анализа под различные цели и «под ключ». Компания берёт на себя полную ответственность за всю поставляемую продукцию согласно действующему законодательству Российской Федерации. Если в поставляемый комплект изделий входят приборы других производителей, наши специалисты обеспечивают или организуют, при необходимости, также их сервисное и гарантийное обслуживание.

Тесное взаимодействие ЗАО «Крисмас+» с потребителями создает необходимые предпосылки для широкого применения продукции компании в самых разных областях – от социальной сферы, промышленных и теплоэнергетических предприятий до образовательных организаций всех уровней образования.