Требования различных физико-химических методов к пробоподготовке

Федеральное  государственное  бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования  Омский государственный аграрный университет  имени П.А.Столыпина

 

Факультет агрохимии, почвоведения и экологии

Кафедра агрохимии

Направление подготовки 110100.62

 

 

 

РЕФЕРАТ

по дисциплине «Физико-химические методы анализа»

Тема: «Требования различных физико-химических методов к пробоподготовке»

 

 

 

  Выполнила:                                             студентка 21гуппы

Факультета агрохимии,

почвоведения и экологии

Маслова Е.А.

Проверила:                                        доцент кафедры,

кандидат сельскохозяйственный наук

Трубина Н.К.

 

Омск 2012

 

Содержание:

1.Отбор и подготовка пробы к анализу…………………………….4

1.2.Отбор пробы………………………………………………………5

1.3.Подготовка пробы…………………………………………………7

1.3.1.Разложение пробы……………………………………………….7

1.3.2.Методы разделения  и концентрирования………………………9

2.Метод пробоподготовки (минерализация)………………………….11

3.Подготовка пробы в  потенциометрическом методе анализа………13

4. Общие  требования  к отбору почвенных проб ……………………19

4.1 Отбор проб почвы……………………………………………………21

4.1.1 Метод конверта……………………………………………………..21

4.1.2. Объединенная проба почв…………………………………………21

4.2. Отбор почв для радиологических исследований…………………..21

4.3. Отбор проб для эколого-токсикологической оценки……………..22

5. Вода .Общие требования к отбору проб……………………………..23

5.1 Область применения. …………………………………………………23

5.2 Нормативные ссылки. ……………………………………………….23

5.3 Общие положения. ……………………………………………………24

5.4 Требования к оборудованию для отбора проб ………………..….25

5.5 Подготовка проб к хранению.. ……………………………………..28

5.6 Требования к оформлению результатов отбора проб. ……………94

5.7 Транспортирование проб. …………………………………………….95

5.8 Приемка проб в лаборатории. ………………………………………95

 Приложение А Статистическая обработка данных по отбору проб. …96

 Приложение Б Типы отбираемых проб. ………………………………100

 Приложение В Оборудование для отбора проб. ……………………106

 Приложение Г Подготовка емкостей для отбора проб. ……………...109

 Список используемой литературы………………………………………112

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1.ОТБОР  И  ПОДГОТОВКА  ПРОБЫ К АНАЛИЗУ.

 
Под химическим анализом в аналитической  химии понимают комплекс последовательных операций, направленных на получение  достоверной информации о качественном и количественном составе анализируемого объекта. К основным стадиям анализа  относят:

1) определение цели анализа; 

2) отбор представительной пробы  анализируемого материала ;

3) оценку качественного состава  пробы; 

4) выбор метода анализа;

5) обработку пробы с целью  ее перевода в удобную для  определения форму; 

6)измерение аналитического сигнала, связанного с концентрацией определяемого компонента;

7) вычисление и  обработку  результатов определения.

 Задачей является  дать представление о методах отбора и подготовки пробы к анализу. 
Отбору и подготовке пробы часто уделяют недостаточное внимание при  проведении анализа реальных веществ. Однако общий успех анализа в большей степени зависит от того, насколько правильно выполнены его наиболее сложные и  трудоемкие предварительные стадии. К тому же, в отличие от аналитических измерений, операции отбора и подготовки пробы не всегда поддаются теоретическому описанию и хуже обеспечены технически, а число факторов, влияющих на их выбор и  оптимизацию, гораздо больше. 

 

 

1.2.ОТБОР ПРОБЫ 

При отборе пробы необходимо стремиться к тому, чтобы ее химический состав правильно отражал состав всего  анализируемого объекта. Если это условие  не соблюдено и проба не характеризует  объект как целое, то весь анализ, даже самый точный, теряет смысл. 
Задача получения представительной пробы особенно сложна при анализе твердых веществ. Как правило, ее трудно решить без помощи специалистов по изучаемым веществам. Процесс отбора проб неоднородных материалов обычно состоит из трех стадий:

1) составления большой (генеральной) пробы;

2) уменьшения первичной пробы  до размера, подходящего для  анализа в лабораторных условиях;

3) приготовления лабораторной  пробы.

 Лабораторную пробу делят  затем на отдельные аналитические  пробы, пригодные непосредственно  для анализа, с учетом необходимого  числа повторных определений. Необходимый размер пробы зависит от состава объекта числа определяемых компонентов, степени неоднородности материала, размера частиц, а также решаемой аналитической задачи и предполагаемого метода определения. Следует учитывать и требования к точности анализа, так как вклад операции пробоотбора в общую погрешность анализа, связанный с погрешностью в различии состава пробы и целого, должен быть минимальным. 
Способ отбора твердых проб сильно различается в зависимости от типа, формы и общего количества анализируемого материала, равномерности распределения в нем определяемых компонентов. Он может включать такие операции, как дробление (горные породы, минералы), размалывание руды), измельчение (почвы), распиливание и высверливание (металлы, сплавы), просеивание, разделение на фракции и др. Однако независимо от способа пробоотбора важно, чтобы при обработке не происходило возможных изменений в составе вещества. Перед проведением анализа пробу необходимо высушить (полностью или до некоторого постоянного уровня) или определить в ней содержание воды. В противном случае нельзя будет точно рассчитать в ней содержание компонентов. 
Для газов и жидкостей неоднородностью состава практически всегда можно пренебречь. Поэтому операции отбора пробы для них обычно проще, а ее размер — меньше. Однако если жидкость негомогенна, например содержит взвешенные твердые частицы (природные воды), то требуется ее интенсивно перемешать или отобрать несколько отдельных порций в разных местах (на разной глубине). При анализе промышленных газов или растворов желательно отбирать пробы непосредственно из технологических потоков, непрерывно или периодически. Некоторые современные аналитические методы дают возможность проводить пробоотбор и анализ автоматически в режиме реального времени и осуществлять таким образом контроль и управление технологическими процессами. 
Если анализ нельзя провести сразу же после отбора проб (например, в полевых условиях), то важным становится их правильное хранение. Хранить и транспортировать пробы необходимо с учетом определенных мер предосторожности, направленных на то, чтобы состав вещества не изменился.

 
1.3.ПОДГОТОВКА ПРОБЫ

 
Ситуация, когда, отобрав пробу, можно  непосредственно приступить к аналитическим  измерениям, является крайне редкой. Определению  предшествуют перевод пробы в  удобную для анализа форму (агрегатное состояние), ряд предварительных  химических операций (например, маскирование), выделение и концентрирование определяемых компонентов, их превращение в определяемую форму с более выраженными  аналитическими свойствами, создание благоприятных условий для измерения  аналитического свойства. Все эти  операции объединяют одним термином — подготовка пробы.

 
1.3.1 Разложение пробы

 
При  вскрытии пробы определяемые компоненты чаще всего стремятся  перевести в раствор, поскольку  определение всеми без исключения химическими и многими физическими  методами ведется в растворах (как  правило, водных). Для операций разложения и  растворения, особенно трудноразлагаемых и труднорастворимых веществ, не существует универсальных рецептов. Выбор метода и реагента определяется прежде всего составом и свойствами анализируемого объекта. Следует учитывать также возможности потерь определяемых компонентов, например, из-за улетучивания в виде легколетучих соединений (гидриды, оксиды, галогениды), внесения загрязнений реагентами, необходимыми для разложения, и мешающего влияния вводимых посторонних веществ на последующих стадиях анализа. 
Неорганические вещества редко удается перевести в раствор в обычных условиях, растворяя их в воде или в водных растворах подходящих реагентов. Поэтому основными методами разложения неорганических материалов (металлы, сплавы, минералы, руды, стекла, керамика) являются такие сильнодействующие методы, как кислотное разложение, сплавление или спекание. Кислотное разложение ведут, как правило, при высокой температуре, обрабатывая пробу минеральными кислотами (HCI, HN0₃, H2S04_, HCI0₄, HF, Н3Р0₄) или их водными растворами. Часто используют смеси кислот без окислительного действия и кислот-окислителей или кислот, анион которых способен выступать в качестве комплексообразующего лиганда. 
Если проба не растворяется полностью в кислоте, ее подвергают сплавлению при нагревании в тигле из специального материала (платина, цирконий, никель, фарфор). По охлаждении расплав растворяют в воде или разлагают необходимой кислотой (операция выщелачивания). При щелочном сплавлении в качестве плавней применяют карбонаты, гидроксиды, бораты щелочных металлов и их смеси, а также обладающие окислительным действием пероксиды. Реже используют кислые расплавы, например пиросульфат и гидросульфат калия, оксид бора. Если твердый реагент имеет очень высокую температуру плавления (например, оксид или карбонат кальция), то проводят не сплавление, а спекание. Разложение этим методом ведут обычно при более высоких температурах (до 1000 °С), при которых реакции, протекающие в спекаемой смеси, происходят более интенсивно. 
В твердом остатке после его растворения определяют нелетучие компоненты. 
Для мокрого окисления применяют горячие растворы сильных окислителей: концентрированной H2S04, смеси концентрированных H2S04 или НClO₄ с HN0₃. Как и при сухом озолении на воздухе, в этом случае необходимо считаться с потерями определяемых элементов в форме летучих соединений. Разложение органических веществ сплавлением проводят в расплаве пероксида натрия. При этом большинство элементов количественно превращается в натриевые соли соответствующих оксоанионов (карбонат, сульфат, фосфат и т. п.). 
Иногда для перевода определяемых элементов в удобную для анализа форму пробу подвергают восстановительному разложению, нагревая с сильным восстановителем — металлическим натрием или калием. Этот метод особенно удобен при анализе органических соединений, содержащих галогены

1.3.2. Методы разделения и концентрирования

 
Составной частью стадии подготовки пробы  является разделение и концентрирование ее компонентов. Эти операции имеют  целью предотвратить мешающее действие посторонних веществ и повысить концентрацию определяемого компонента. Их необходимость обусловлена двумя  проблемами. 
Прежде всего многим аналитическим методам присущ общий недостаток — невысокая избирательность определения. Этот недостаток связан с тем, что химические и физические свойства веществ, на которых основаны аналитические методы, редко бывают специфичными. Поэтому присутствие посторонних веществ не только сказывается на правильности, чувствительности и воспроизводимости определения, но и может привести к ситуации, когда определение становится невозможным. В силу этого перед определением данного компонента необходимо устранить мешающее влияние остальных компонентов пробы. В принципе здесь возможны два пути. Можно изменить состав анализируемого раствора химически таким образом, что мешающий компонент становится неактивным. Типичными примерами служат изменение степени окисления этого компонента или введение комплексообразующего реагента, избирательно взаимодействующего с мешающим веществом и уменьшающего его концентрацию до уровня, при котором мешающим влиянием можно пренебречь. В последнем случае говорят о маскировании, которое можно также понимать как внутреннее разделение. В последующих главах будут приведены многочисленные примеры использования этого приема в анализе.

Другой прием дает возможность  устранить мешающее влияние посторонних  веществ путем физического отделения  этих веществ от определяемого или  избирательного выделения определяемого  вещества из анализируемой смеси. 
Еще одна проблема, с которой часто встречаются химики-аналитики в своей практике, такова: концентрация определяемого компонента ниже предела чувствительности данного метода. В этом случае необязательно обращаться к другому, более чувствительному методу. Достаточно выделить и сконцентрировать данный компонент тем или иным методом. Различают абсолютное и относительное концентрирование. Абсолютное концентрирование подразумевает увеличение концентрации всех микрокомпонентов пробы, например при их переводе из большого объема раствора в малый. Однако чаще требуется провести относительное концентрирование с отделением определяемого микрокомпонента от мешающих макрокомпонентов (или удалением последних). Таким образом, методы концентрирования непосредственно смыкаются с методами разделения. 
Все сказанное в равной степени относится и  к качественному анализу, когда для обнаружения и идентификации определенного компонента в анализируемой пробе практически всегда приходится предварительно выделять его либо отделять компоненты, мешающие обнаружению. Если чувствительность аналитической реакции оказывается недостаточной, т. е. концентрация искомого вещества ниже открываемого минимума, необходимо провести предварительное концентрирование. 
Применяемые в аналитической химии  методы разделения и концентрирования веществ весьма разнообразны и основываются на различных принципах и различных свойствах веществ (размер частиц, летучесть, растворимость, скорость движения в электрическом поле, адсорбционные и ионообменные свойства, комплексообразующая способность). Однако общим для большинства методов является избирательное распределение компонентов анализируемой смеси между двумя фазами или избирательный перенос вещества из одной фазы в другую.