Требования различных физико-химических методов к пробоподготовке

 

2.МЕТОД ПРОБОПОДГОТОВКИ (МИНЕРАЛИЗАЦИЯ)

Анализ содержаний следовых количеств тяжелых металлов традиционными  физико-химическими методами (атомная  абсорбция, полярография, фотометрия и  др.) требует предварительной пробоподготовки, т.к. металлы в большинстве объектов находятся в связанном состоянии. Они образуют достаточно прочные органические комплексы, мешающие точному и воспроизводимому определению их содержания. Поэтому перед любым анализом необходимо предварительно разрушить органическую составляющую пробы.    Под минерализацией в химическом анализе понимается разложение органических веществ и материалов на их основе с целью выделения определяемых элементов в виде устойчивых неорганических соединений, удобных для последующего анализа. Среди обычных методов  разрушения органических компонентов  следует выделить сухое озоление - сжигание пробы в муфельных печах и мокрое озоление - нагревание с кислотами-окислителями на плитке. Подготовка к определению тяжелых металлов в образцах сложного состава этими методами иногда достигает 8-10 часов и составляет примерно 80 – 90% полного времени анализа, т.е. является самой трудоемкой и длительной частью химического анализа, требующей повышенной аккуратности и неослабного внимания оператора. В большинстве случаев именно эта стадия вносит наибольший вклад в погрешность результатов эксперимента и иногда сводит на нет усилия персонала химической лаборатории.    Обычные методы мокрого разложения органических веществ в пробах сложного состава, основанные на сжигании пробы концентрированными кислотами (HNO3, H2SO4, HClO4), требуют больших затрат времени, постоянного слежения за ходом процесса, значительного расхода кислот (и загрязнения пробы), и во многих случаях не приводят к полному разложению органических веществ, мешающих получению достоверного результата анализа.    В мире при подготовке проб к анализу методами ААС, ИСП-МС и ИСП-АЭС за последние пятнадцать лет наибольшее развитие получило мокрое озоление проб различными кислотами при помощи СВЧ - поля под давлением (СВЧ -минерализации под давлением).    Процесс минерализации проходит следующим образом: разлагаемая проба и окислительные реагенты помещаются в специальный сосуд из радиопрозрачного химически инертного материала (стекло, кварц, фторопласт), сосуд при необходимости герметично закрывается, переносится в микроволновую систему и реакционная смесь нагревается в СВЧ поле. При этом суммарное время пробоподготовки сокращается в десятки и сотни раз.    Таким образом, среди достоинств метода СВЧ- минерализации можно назвать следующие: повышение экспрессности пробоподготовки; улучшение воспроизводимости; отсутствие потерь пробы; сокращение расхода реагентов (и дополнительного загрязнения пробы); легкость в управлении и автоматизации; отсутствие непосредственного контакта оператора при пробоподготовке с горячими сильными кислотами и, как следствие, безопасность в работе.

 

 

3. Подготовка пробы  в потенциометрическом методе  анализа.

Методы определения в  водных растворах макро – и  микроконцентраций ионных компонентов и их соединений с помощью ионоселективных электродов (ИСЭ) отличаются и техникой применения последних, и аналитическими приемами. При анализе водных растворов с широкой вариацией химического состава неизбежна разработка новых и совершенствование известных методик в соответствии с аналитическими требованиями и конкретными условиями применения ИСЭ.

Например, определение содержания одного и того же ионного компонента в водах различного происхождения (в поверхностных и загрязненных промышленных водах) может существенно различаться. Это зависит от различия  в содержании определяемых ионов, соотношения концентраций определяемых и мешающих ионов, рН среды и др., что обусловливает необходимость изменения техники аналитического применения  ИСЭ.

Основные преимущества прямой потенциометрии- достаточно высокая надежность, универсальность и быстрота определений.

Она обеспечивает:

-Определение активности (термодинамической концентрации) отдельного  иона в многокомпонентных растворах;

- выполнение микроанализа  в пробах объемом в десятые  доли миллилитра;

-исследование кинетики  реакций;

-выполнение определений  не только в стационарных (лаборатории)  но и в полевых условиях;

-в сочетании с другими  методами анализа существенное  увеличение эффективности определений;

-выполнение определений  в мутных и окрашенных растворах  и даже в вязких пастах.

Технические средства для  потенциометрические измерений  просты в изготовлении и эксплуатации. Материальные затраты на измерительную аппаратуру и химреактивны для исследований с помощью ИСЭ незначительны.

 

Практически невозможно дать подробные рекомендации, имеющие  универсальный характер. Поэтому  ниже приведены только наиболее важные принципы, которые необходимо соблюдать  при подготовке проб.

Ионная сила растворов. При измерении ионной концентрации необходимо учитывать ионную силу растворов. Это обусловлено тем, что ИСЭ чувствительны к активности ионных компонентов, которая, в свою очередь, функционально связана с концентрацией ионов в растворе. Связь эту выражают коэффициентом активности, величина которого в основном зависит от ионной силы раствора.

Основной принцип определения  концентрации ионных компонентов с помощью ИСЭ - поддержание постоянного значения ионной силы всех растворов, применяемых в аналитическом процессе. Для этого в анализируемый раствор вносят в определенном соотношении индифферентный электролит с достаточно большой ионной силой.

Химическая подготовка растворов. Так как ИСЭ реагирует на активность определяемого иона, который находится в диссоциированном состоянии, для определения «полной» концентрации нужно перевести определяемые ионы, связанные в комплексы или ионные пары, в свободное диссоциированное состояние. Это довольно сложная аналитическая задача, для решения которой необходимо предположительно знать состав анализируемого раствора.

При соответствующих условиях возможно также определение тех  элементов, которые в растворе имеют  различную степень окисления. Обеспечив  в анализируемом растворе окислительные  или восстановительные условия (методом  введения определенных ингредиентов), в ходе реакций можно перевести  ионы из одной степени окисления  в другую.

Учитывая, что ИСЭ имеют  ограниченную селективность по отношению  к мешающим ионам, для повышения  надежности определений принимают  меры, снижающие влияние этих ионов  на электродную функцию ИСЭ.В анализируемый раствор вводят реагенты, уменьшающие влияние мешающих ионов .Обычно либо осаждают мешающие ионы, либо вызывают образование мало диссоциированных комплексов,  удерживающих эти ионы.

Значение рН растворов. При выполнении большинства определений с помощью ИСЭ необходимо поддерживать в анализируемом растворе оптимальное значение рН .В противном случае возможно проявление мешающих эффектов первого порядка из-за чувствительности ИСЭ к ионам Н₃О⁺ или ОН^- ( например, для стеклянных электродов, чувствительных к ионам Na⁺,  K⁺, NH₄⁺), а также мешающих эффектов второго порядка из-за уменьшения концентрации определяемых свободных ионов, которые реагируют с ионами H₃O⁺ , OH^- .

Методы поддержания оптимального значения рН пробы разнообразны. Чаще всего для этого применяют буферные растворы , которые слабо диссоциируют в воде и поэтому не мешают определению (например, ацетатный буфер).Также применяют различные щелочи и кислоты (NaOH, KOH, NH₄OH, HCl и)  др.

Индифферентные  электролиты. На практике вышеперечисленные принципы подготовки анализируемых растворов стремятся осуществить путем совмещения всех функций в одном индифферентном электролите ,который представляет собой буферную среду с высокой ионной силой, содержащую сильный комплексообразующий реагент для уменьшения влияния мешающих ионных компонентов.

К индифферентному электролиту  предъявляет следующие требования:

-этот электролит не  должен содержать мешающих ионов  и компонентов ,вредно воздействующих на поверхность ИСЭ;

-значение его рН должно быть в диапазоне оптимальных значений для определений;

-буферность индифферентного электролита должна быть значительной ,чтобы обеспечить постоянную активность водородных ионов после смешивания с анализируемым образцом.

Общие требования к комплексу технических средств  и реактивам. Для измерений ЭДС электрохимических цепей можно использовать любой милливольтметр с высоким сопротивлением, погрешность измерений которого не более 1 мВ.

Для перемешивания растворов ,особенно в случае применения индифферентного электролита ,необходимо применять магнитные мешалки с регулируемой скоростью вращения.

Реактивы ,применяемые для приготовления стандартных растворов, должны иметь категорию чистоты «х.ч.» или «ос.ч.». Желательно применять фиксаналы, выпускаемые промышленностью. Для приготовления индифферентных электролитов можно использовать реактивы с категорией чистоты «ч.д.а.».

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ПОЧВЫ.ОБЩИЕ ТРЕБОВАНИЯ К ОТБОРУ ПРОБ

ГОСТ 17.4.3.01-83(СТ СЭВ 3847-82)

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ  СССР ПО

СТАНДАРТАМ  Москва

РАЗРАБОТАН Государственным  комитетом СССР по гидрометеорологии и контролю природной среды.

УТВЕРЖДЕН И ВВЕДЕН В ДЕЙСТВИЕ Постановлением Государственного комитета СССР по стандартам от 21 декабря 1983 г. № 6393

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1.Настоящий стандарт устанавливает  требования к отбору проб

почвы при общих и локальных  загрязнениях.

2. Отбор проб проводится  с учетом вертикальной структуры,

неоднородности покрова  почвы, рельефа и климата местности, а

также с учетом особенностей загрязняющих веществ или

организмов.

3. Отбор проб проводится  на пробных площадках, закладываемых

так, чтобы исключить искажение  результатов анализов под

влиянием окружающей среды.

4. При общем загрязнении  почв пробные площадки намечают  по

координатной сетке, указывая их номера и координаты.

5. Пробы отбирают по  профилю из почвенных горизонтов  или

слоев с таким расчетом, чтобы в каждом случае проба

представляла собой часть  почвы, типичной для генетических

горизонтов или слоев  данного типа почвы.

В зависимости  от цели исследования размер пробной  площадки, количество и вид пробы  должны соответствовать указанным в таблице:

 

Определение содержания химических веществ:

• Размер пробной площадки до 5 га

• Количество проб - не менее  одной объединенной пробы.

 

Определение физических свойств и структуры:

• Размер пробной площадки до 5 га

• От 3 до 5 точечных проб на один почвенный горизонт.

 

Определение содержания  патогенных организмов и вирусов:

• Размер пробной площадки до 0,5 га

• 10 объединенных проб, состоящих  из 3 точечных проб кажда

6. Пробы для выявления  патогенных организмов и

вирусов следует отбирать с соблюдением правил асептики, исключающих вторичную контаминацию.

 

7. Отобранные пробы необходимо  пронумеровать и  зарегистрировать в журнале, указав следующие данные: порядковый номер и место взятия пробы, рельеф местности, тип почвы, целевое назначение территории, вид загрязнения, дату отбора.

 

8. Пробы должны иметь  этикетку с указанием места  и даты отбора пробы, номера почвенного разреза, почвенной разности, горизонта и глубины взятия

пробы, фамилии исследователя.

9. Упаковка, транспортирование  и хранение проб осуществляют в зависимости от цели и метода анализа.

• Пробы, отобранные для химического анализа, следует упаковывать, транспортировать и хранить в емкостях из химически нейтрального материала.
• Пробы, предназначенные для анализа на содержание летучих химических веществ, следует помещать в стеклянные банки с притертыми пробками.
• Пробы, отобранные для определения физических свойств почвы, должны сохранять структуру почвы. При содержании скелетной части почвы свыше 10 % объема поверхность монолитов следует покрывать парафином или другими защитными материалами.
• Пробы, анализируемые на наличие патогенных организмов и вирусов, необходимо упаковывать, транспортировать и хранить в стерильных емкостях.

 

 

Отбор проб почвы

1. Метод конверта.

Точечные пробы отбирают методом конверта. Это наиболее распространенный способом отбора смешанных почвенных образцов и чаше всего применяются для исследования

почвы гумусового горизонта. При этом из точек контролируемого  элементарного участка (или каждой рабочей пробоотборной площадки) берут 5 образцов почвы.