Если у вас возникли сложности с курсовой, контрольной, дипломной, рефератом, отчетом по практике, научно-исследовательской и любой другой работой - мы готовы помочь.
Предоплата всего
Подписываем
Лекция №16
ОТБОР И ПОДГОТОВКА ПРОБ К АНАЛИЗУ
1. Общие требования к отбору проб
В большинстве случаев стадия отбора пробы и подготовка ее к анализу определяет надежность и качество получаемых результатов. Погрешность при отборе и подготовке пробы к анализу часто определяет общую ошибку анализа и, в случае неправильно выполненных операций, делает бессмысленным использование высокоточных методов. Приемы и порядок отбора пробы и ее подготовка к анализу настолько важны, что обычно предписываются Государственным стандартом.
Для проведения анализа, как правило, берут среднюю пробу. Это небольшая часть анализируемого объекта, средний состав и свойства которой должны быть идентичны во всех отношениях среднему составу и свойствам исследуемого объекта.
Различают генеральную, лабораторную и анализируемую пробы. Генеральная (первичная, большая или грубая) проба отбирается непосредственно из анализируемого объекта. Она достаточно большая (от 1 до 50 кг), для некоторых объектов (например, для руды) составляет 0,5 – 5 т.
Из генеральной пробы путем ее сокращения отбирают лабораторную пробу (от 25 г до 1 кг). Одну часть лабораторной пробы используют для предварительных исследований, другую сохраняют для возможных в будущем арбитражных анализов, третью используют непосредственно для анализа. В случае необходимости пробу измельчают и усредняют.
Для анализируемой пробы проводят несколько определений компонента: из отдельных навесок (10 – 1000 мг) – если анализируемый объект – твердое вещество, или аликвот – если анализируют жидкость или газ. Анализируемая проба должна быть представительной – то есть должна отражать среднее содержание определяемого компонента во всем исследуемом объекте. Чем больше материала отобрано для пробы, тем она представительнее. Но с очень большой пробой трудно работать, то увеличивает время анализа и расходы на него.
Способы отбора пробы и ее величина прежде всего определяются физическими и химическими свойствами анализируемого объекта. При отборе пробы необходимо учитывать:
1) агрегатное состояние анализируемого объекта, так как способы отбора пробы различаются для газов, жидкостей и твердых тел;
2) неоднородность анализируемого материала и размер частиц, с которых начинается неоднородность. Чем мельче размер частиц, чем более однородным является вещество, тем проще отобрать пробу;
3) требуемую точность оценки содержания компонента во всей массе анализируемого объекта. Например, анализ биологически активного вещества в лекарстве требует большей точности, чем анализ руды для оценки рентабельности месторождения.
Обязательно при отборе пробы необходимо учитывать возможность изменения состава объекта и содержания определяемого компонента во времени (состав воды в реке, состав дымовых выбросов и т.п.)
2. Отбор проб газов
Степень однородности газов и их смесей велика, поэтому генеральная проба может быть небольшой. Пробу газа отбирают, измеряя его объем при помощи вакуумной мерной колбы или бюретки с запорной жидкостью. Часто газ конденсируют в ловушках разного типа при низких температурах. Различаются правила отбора пробы газа из замкнутой емкости и из потока. В замкнутой емкости (цех предприятия, помещение лаборатории и т.п.) пробу отбирают в разных точках, в зависимости от задачи объемы газа смешивают или анализируют по отдельности. При отборе пробы газа из потока используют метод продольных струй или метод поперечных сечений. Метод продольных струй применяют, когда состав газа вдоль потока не меняется. В этом случае поток делят на несколько струй вдоль потока и пробы газа отбирают в струях через одну. Если состав газа вдоль потока меняется, то пробы берут на определенных расстояниях вдоль потока. Так, при определении токсичных газов на примагистальных территориях, пробы воздуха отбирают на разном расстоянии от магистрали. Чтобы учесть изменение состава газовой смеси во времени, пробы отбирают в разное время и, в зависимости от поставленной задачи, пробы усредняют, или анализируют отдельно.
3. Отбор проб жидкостей
Способы отбора гомогенных и гетерогенных жидкостей различны. Гомогенные жидкости отличаются высокой степенью однородности, поэтому отбор проб таких жидкостей достаточно прост. Пробу отбирают с помощью пипеток, бюреток и мерных колб. Отбор пробы из большой емкости проводят после тщательного перемешивания. если по какой-то причине пробу нельзя хорошо перемешать (например, воду в реке), то отбор проводят на разной глубине и в разных местах, затем анализируют, в зависимости от поставленной задачи, отдельно или после смешивания.
Отбор гомогенной жидкости из потока проводят через определенные интервалы времени и в разных местах. Для этого используют специальные приспособления – батометры, представляющие собой цилиндрический сосуд вместимостью 1 – 3 л, закрывающийся сверху и снизу крышками. После погружения сосуда на требуемую глубину, крышки сосуда закрывают, сосуд поднимают на поверхность. Место и время отбора пробы согласовывают, исходя из поставленных задач. Например, чтобы оценить степень загрязнения водоема сточными водами предприятия, необходимо отбирать пробу не только самих стоков, но и воду водоема выше и ниже места сброса стоков. ГоСТ регламентирует правила отбора проб из природных водоемов.
Пробы гетерогенных жидкостей отбирают не только по объему, но и по массе. В одних случаях пробу гомогенизируют, в других – дожидаются полного расслоения жидкостей. Гомогенизируют пробу путем интенсивного перемешивания, вибрацией, ультразвуком и т.п. Если гомогенизировать жидкость невозможно, то после расслоения жидкости пробу отбирают из каждой фазы, на различной глубине.
Размер генеральной пробы жидкости не превышает нескольких литров или килограммов.
4. Отбор пробы твердых веществ
Зависимость массы представительной пробы от размера неоднородных частиц приведена в таблице 1.
Таблица 1
Зависимость массы генеральной пробы от размера частиц
|
d, мм |
40 - 50 |
25 |
10 |
5 |
3 |
2 |
1 |
|
Q, кг |
50 – 3·103 |
10 – 700 |
2 – 100 |
0,5 – 25 |
0,2 – 10 |
0,1 – 5 |
0,02 – 1 |
Для расчета оптимальной массы представительной пробы часто используют приближенную формулу Р. Ричардса – Г. Чечота:
,
где Q – масса генеральной пробы, кг;
K – эмпирический коэффициент, характеризующий степень неоднородности распределяемого компонента в материале (от 0,02 до 1);
d – наибольший диаметр неоднородных частиц, мм.
Если твердое вещество представляет собой слиток, стержень, прутья и т.п., следует учитывать, что целый твердый объект может быть неоднороден. Поэтому объект дробят или распиливают, или высверливают в разных местах.
При отборе сыпучих роб следует помнить, что в пробе должны быть представлены куски разного размера, наиболее полно отражающие состав образца. Для этого массу сыпучего вещества перемешивают, пробу отбирают в разных местах емкости и на различной глубине. Если материал транспортируется, пробу отбирают с транспортера через равные отрезки времени.
После отбора генеральной или лабораторной пробы твердого вещества проводят ее гомогенизацию, дробят, просеивают. В процессе измельчения периодически отделяют крупные частицы от мелких, крупные измельчают отдельно.
После измельчения проводят усреднение пробы. Пробу перемешивают и сокращают (методом квартования, конуса и кольца, шахматным способом и т.п.) Сокращение пробы – многостадийный процесс, его повторяют несколько раз до тех пор, пока размер пробы не достигнет размера, необходимого для проведения анализа.
5. Потери и хранение пробы
В процессе отбора и хранения пробы возможны потери определяемого компонента, внесение загрязнений, изменение химического состава. Это увеличивает погрешность анализа.
Потери в виде пыли при измельчении твердых веществ могут достигать 3 %, уменьшить их можно просеиванием пробы после каждой операции дробления. Другой источник потерь – испарение летучих компонентов при изменении температурного режима при хранении, измельчении и т.п. Могут быть потери и в результате сорбции определяемого компонента на стенках емкости для отбора и хранения пробы. При хранении на поверхности пробы могут проходить химические реакции, изменяющие химический состав анализируемого объекта.
Изменение состава пробы может происходить и в результате загрязнения пробы материалами пробоотборника, емкостей для измельчения и т.п. Поэтому важно правильно выбрать материал, из которого изготовлены емкости для отбора проб (особые сорта стекла, полиэтилен), ступки (агат, кварц и т.п.).
Чтобы состав пробы не изменился за время хранения, проводят консервацию пробы. Консервация может осуществляться путем резкого охлаждения, изменения рН среды, добавлением стабилизаторов. Иногда определяемые компоненты экстрагируют органическими растворителями. Так, для получения достоверных результатов анализа проб природной воды анализ необходимо проводить в течение 1 – 2 часов после отбора. Если это невозможно, пробу охлаждают до 0 оС (консервация на несколько часов), или до – 20 оС (на несколько месяцев). Пробы хранят в условиях, гарантирующих постоянство ее состава в отношении определяемых компонентов.
6. Подготовка пробы к анализу
Выделяют три основные стадии подготовки пробы к анализу:
1) высушивание;
2) разложение (с переведением пробы в раствор);
3) устранение влияния мешающих компонентов.
Высушивание пробы необходимо, так как объект может содержать переменное количество адсорбированной, капиллярно-связанной, химически связанной воды. Для правильного установления состава пробы эту воду необходимо удалить путем высушивания образца до постоянной массы. Обычно высушивание до постоянной массы проводят в сушильном шкафу при температуре 105 – 120 оС. В некоторых случаях пробы высушивают в эксикаторе над водоотнимающими агентам. Иногда используют вакуумную сушку.
Разложение образцов и переведение пробы в раствор. В современных методах можно проводить анализ и без разложения пробы (спектроскопические и т.п.), но все же большинство методов анализа требуют предварительное переведение компонента в раствор. Выбор способа переведения пробы в раствор зависит как от природы определяемого компонента, так и от природы матрицы, то есть основы, в которой содержится определяемый компонент. На способ разложения пробы влияют и цели анализа, и выбранная аналитическая методика. Способы разложения делятся на сухие и мокрые. Сухие методы – это термическое разложение, сплавление, спекание. Мокрые методы – это растворение пробы в воде, кислотах, щелочах, органических растворителях. Растворитель должен растворить пробу быстро и не мешать на последующих стадиях анализа.
Лучший растворитель – вода, применяют для перевода в раствор многих неорганических солей и некоторых органических соединений. Иногда в воду добавляют немного кислоты для предотвращения гидролиза и частичного осаждения катионов металлов.
Для растворения большинства органических соединений используют органические растворители – спирты, хлорсодержащие углеводороды, кетоны.
Для нерастворимых в воде неорганических веществах (металлы, сплавы, минералы) используют кислоты.
После отбора и разложения пробы устраняют влияние мешающих компонентов. Для этого проводят маскирование или разделение компонентов пробы.