Оптичні ХС працюють на принципах поглинання світла, або відображення первинного світлового потоку, або виникаючої люмінесценції. Ці сенсори не чуттєві до електромагнітних і радіаційних полів і здатні передавати аналітичний сигнал без спотворення на великі відстані. Крім того, вони мають невисоку вартість у порівнянні з електрохімічними сенсорами (ЕХС) і можуть конкурувати з останніми, особливо у випадках, коли застосування ЕХС неефективне. З оптичних ХС перспективні сенсори на основі волоконної оптики.
У волоконно-оптичних сенсорах (ВОС) на торці світловода закріплюється реагентвміщуюча фаза (РВФ). При описі таких пристроїв іноді використовують термін "оптрод", що є комбінацією слів "оптика" і "електрод". Цим підкреслюється, що ВОС по своєму призначенню близький до електродів, у тому числі і до тих, на основі яких функціонують ЕХС. Однак по природі сигналу і механізмові відгуку вони зовсім відмінні. Характеристика матеріалу світловода визначає оптичний діапазон і відповідно аналітичні можливості всього пристрою. Якщо оптичне волокно виготовлене з кварцу, то такий оптрод працює в широкій області спектра, включаючи ультрафіолетову його частину. Для скловолокна область довжин хвиль охоплює лише видиму область спектра. Якщо оптоволокно виготовлено з полімерного матеріалу (такі пристрої мають невисоку вартість), то діапазон довжин хвиль, у якій працює ВОС, перебуває за межами >450 нм.
Оптосенсори можуть бути оборотними і необоротними [6]. Сенсор оборотний, якщо РВФ не руйнується при її взаємодії з обумовленою речовиною. Якщо частина реагенту споживається в ході визначення, сенсор працює необоротно. На рис.3.2 приведена схема формування відгуку оборотного ВОС для визначення pН середовища, заснованого на поглинанні світла. Пристрій такого сенсора є досить простим: два пластикових волокна вмонтовані в целюлозну трубочку, що містить барвник фіолетовий червоний, іммобілізований за допомогою ковалентного зв'язування на поліакриламідних мікрокульках. Крім цих мікрокульок усередину трубочки поміщені такого ж розміру кульки з полістиролу для кращого розсіювання світла. Через одне волокно світло від вольфрамового джерела випромінювання входить, а через інше виходить. Інтенсивність вихідного потоку світла вимірюється детектором, настроєним на відповідну область довжин хвиль. Пробка на торці трубочки утримує РВФ механічно і перешкоджає її взаємодії з обумовленим компонентом у торцевій частині. Подібний оптрод може бути використаний і для визначення концентрації O2. У цьому випадку сигнал зв'язаний з гасінням флуоресценції реагенту при взаємодії з киснем. Такого типу оптроди можуть бути використані і для визначення pН у живому організмі.
3 Техногенне навантаження на природне середовище. Медико-демографічні проблеми сучасної України, пов’язані з цим навантаженням
Унаслідок забруднення природного середовища хімічною, металургійною і гірничодобувною галузями промисловості, атомними і тепловими електростанціями, цукровими заводами, автотранспортом, меліоративними системами відбувається техногенне навантаження на ландшафти України. Промисловість впливає на ландшафти переважно шляхом їх безпосередньої руйнації, особливо видобувна (кар'єри, відвали, терикони), та в результаті викидів в атмосферу й гідросферу забруднювальних речовин, які через атмосферу розносяться на великі відстані та потрапляють майже у всі ландшафти. У районах з високою концентрацією паливно-енергетичних підприємств формуються техногенні геохімічні аномалії, зокрема, радіоактивні, також забруднюються ґрунти, поверхневі та підземні води, відчужуються значні площі родючих сільськогосподарських земель.
Основні джерела та фактори техногенного впливу на природне середовище в умовах техногенезу.
Один із важливих факторів, що визначають ступінь екологічної безпеки території, — антропогенна перетвореність сучасних ландшафтів України та її окремих природно-господарських регіонів. Певний вид антропогенного впливу на ландшафти визначається множиною параметрів, кожен з яких безпосередньо характеризує ступінь антропогенного навантаження. Такими параметрами, наприклад, є:
— для впливу землеробства — кількість внесених добрив, пестицидів на одиницю площі за рік, кількість проходів сільськогосподарської техніки полем за рік, питомий тиск сільськогосподарських машин на фунт, глибина його обробітку, маса ґрунту, яка щороку втрачається зі збиранням коренеплодів тощо;
— для промислових впливів — обсяги викидів різних забруднень в атмосферу та поверхневі води (середні разові, максимальні разові, загалом за рік), шумове і теплове забруднення, об'єми води, що вводяться в технологічні цикли тощо;
— для впливу рекреації — чисельність відпочиваючих на одиницю площі протягом року, максимальна кількість відпочиваючих за один день (пікове одночасне завантаження), кількість наметів, вогнищ на одиницю площі, витоптування трав'яного ярусу (кількість проходів рекреантів за одиницю часу на одиницю площі) та ін.
У процесі аналізу антропогенних навантажень на природні комплекси потрібні узагальнені показники, щоб з'ясувати загальні закономірності формування та змін екологічної ситуації під впливом основних груп антропогенних факторів. Територія України надзвичайно різноманітна щодо ландшафту. Але корінні рослинні угруповання, які генетично визначають ландшафт, на більшій частині території зведені, строкатість ґрунтового покриву спрощена їх розоренням, меліорацією та ін. Унаслідок цього природне ландшафтне різноманіття України суттєво змінене.
Антропогенна перетвореність ландшафтів України.
Особливу загрозу природному середовищу становлять викиди та відходи хімічної промисловості, найрізноманітніші за складом. Підприємства цієї галузі — джерела забруднення речовинами першого та другого класу небезпеки (бенз(а)пірев, фосген, вінілхлорид, аміак, хлористий водень тощо). Рівень забруднення повітря в промислових містах такими сполуками досягає 4—10 ГДК.
Комплексний негативний вплив на природне середовище здійснюють також об'єкти військово-промислового комплексу (ВПК), особливо у зв'язку з недотриманням технології зберігання та транспортування паливно-мастильних матеріалів й експлуатації військових об'єктів.
Головним забруднювачем атмосфери в містах і вздовж автошляхів є автомобільний транспорт, він викидає в повітря 39 % загальної кількості оксидів вуглецю, діоксидів азоту, сірки та важких металів.
Але основний внесок у трансформацію ландшафтів робить сільське господарство з надмірним використанням мінеральних добрив і засобів захисту рослин, у результаті чого майже всюди змінюється фізико-хімічний склад ґрунтів і спостерігається деградація земель. Наприклад, унаслідок розораності території України (35—60 % на Поліссі, 75—85 % — у Лісостепу та 90—95 % — у степовій зоні) посилюються площинна і лінійна ерозії, інтенсифікується яружна діяльність, зменшуються родючість земель і площі сільськогосподарських земель. Лише в Поліссі кожного року втрати гумусного шару становлять майже 5 млн. т. У зв'язку з осушенням та зрошенням змінюється природний водний режим; такі процеси зумовлюють або активізують несприятливі фізико-географічні явища (вивітрювання торфовищ, підтоплення та засолення ґрунтів). У зонах впливу промислових підприємств (у радіусі 8—-30 км) сільськогосподарські землі забруднюються промисловими токсикантами. Особливо несприятливим щодо цього є Донецько-Придніпровський регіон.
Після аварії на Чорнобильській АЕС у 1986 р. виникла ще одна проблема — радіаційне забруднення території України.
Зонально-провінційні відмінності природних умов є фактором не лише економічної спеціалізації регіонів, а й фактором диференціації прийомів ведення господарства та заходів з поліпшення стану довкілля. Але, як це часто буває, добрі наміри призводять до негативних наслідків*176:
*176: {Трофимович Е.М. Особенности гигиенического картографирования окружающей человека среды // Бюллетень СО АМН СССР. – 1985. - № 5. – С. 24. }
— на Поліссі у результаті осушувальних меліорацій інтенсифікувалися процеси дефляції ґрунтів (охоплюють майже 28 % території), збільшилися втрати родючого шару ґрунту у зв'язку з його змивом і мінералізацією, а зменшення площі лісів і запасів торфу зумовило дисбаланс водного режиму не лише поверхневих вод, а й агроландшафтів, що відобразилося і на врожайності сільськогосподарських культур;
— у лісостеповій зоні внаслідок водної лінійної та площинної ерозій зменшився гумусний шар, збільшилася еродованість ґрунтів, агротехнічні заходи зумовили забруднення ґрунтів залишковою кількістю пестицидів (особливо на лівобережжі), забруднення промисловими токсикантами, насамперед, у результаті розробки родовищ корисних копалин (нафти і газу). Виникнення техногенних ландшафтів на Поділлі потребує розробки нових сільськогосподарських технологій;