Конспект Лекций для Пробоотборщика. 1. Цели и задачи пробоотбора. Представительность пробы. Факторы, учитывающиеся при пробоотборе. Виды проб
 Скачать 0.51 Mb.
|
|
1. Цели и задачи пробоотбора. Представительность пробы. Факторы, учитывающиеся при пробоотборе. Виды проб. Задача количественного химического анализа состоит в определении содержания тех или иных элементов в анализируемом материале. Главное требование при этом заключается в том, чтобы результаты отражали истинное содержание этих элементов, что можно достигнуть только в том случае, если все операции анализа выполнены правильно. При аналитическом исследовании выполняется ряд последовательных равнозначных операций, в результате чего получают достоверные данные по качественному и количественному составу материала. Любое аналитическое определение включает четыре этапа: 1) пробоотбор; 2) пробоподготовка. 3) собственно химический анализ, то есть измерение аналитического сигнала как функции содержания в пробе интересующих компонентов; 4) статистическая обработка результатов анализа. При этом этап пробоподготовки делится на две стадии: 1. Предварительная - измельчение пробы и ее сокращение. Цель - получение пробы определенной массы и гранулометрического состава. 2. Окончательная - вскрытие пробы, разделение и концентрирование компонентов. Цель - переведение пробы в состояние, которое требуется для анализа при помощи аналитического прибора. Весь комплекс операций на этапах пробоотбора и пробоподготовки называется опробованием. Все этапы аналитического исследования равнозначны и каждый из этапов несет в себе объективные и субъективные источники неопределенности. При выполнении анализа стремятся к получению результата с минимальной погрешностью. Общая погрешность результатов аналитического исследования равна сумме погрешностей на каждом из его этапов. Следовательно, при правильном выборе метода анализа достоверность результатов химического анализа в значительной мере зависит от правильного отбора пробы и ее подготовки для анализа. Погрешности, допущенные на этапах опробования, приводят к искажению конечных результатов химического анализа даже при самом тщательном его выполнении. «Анализировать» и «определять» – различные понятия. Термины «анализировать» и «определять» различаются по значению. Говорится, что пробу анализируют на содержание в ней одного или нескольких компонентов. Компоненты, содержание которых измеряют, называются аналитами. Процесс измерения содержания аналита называется определением. Например, в ходе анализа крови на содержание хлоридов мы определяем концентрацию хлорид-ионов. Таким образом, пробу анализируют, чтобы определить в нем содержание компонента. Компоненты пробы можно разделить на главные (содержание более 1 %), сопутствующие (0,1-1%) и следовые (менее 0,1%). Компоненты с содержанием порядка частей на миллион и менее можно назвать ультраследовыми. Анализ может быть полным или частичным в зависимости от того, определяют ли все компоненты пробы или только некоторые из них. Чаще всего в ходе анализа необходимо определить содержание одного конкретного компонента или класса веществ. На практике работа при любом аналитическом исследовании обязательно начинается с отбора проб. Необходимость пробоотбора объясняется тем, что в производственных процессах обычно участвуют большие партии материалов, нередко в десятки или сотни тонн, в то время как в лабораторию для последующих анализов направляют сравнительно небольшие количества этих материалов массой не более 1-2 кг. Анализу же подвергается еще меньшее количество материала, как правило, не более нескольких граммов. Поэтому возникает необходимость во взятии из огромной массы исследуемого объекта небольшого его количества для проведения этапа химического определения состава, т. е. необходимо провести отбор так называемой средней пробы. Понятие проба подразумевает представительную часть исследуемого объекта, т. е. химический состав пробы и всей партии исследуемого объекта должны быть идентичными. Другими словами, представительная проба должна адекватно отражать общий состав анализируемого объекта с учетом особенностей распределения всех компонентов. Для случая однородного материала достаточно взять в любом месте партии любое количество этого материала и провести анализ, чтобы получить правильные данные о составе всей исследуемой партии. На практике этому условию удовлетворяют лишь хорошо перемешанные газы или жидкости (однородные смеси). Во всех остальных случаях пробы, как правило, лишь в большей или меньшей степени приближаются к представительным. Соответствие составов пробы и исследуемого объекта определяет качество пробы, которое зависит от состава и гомогенности объекта, размеров объекта и пробы, выбранного метода пробоотбора, числа отобранных проб, разложения или загрязнения проб, метода пробоподготовки (гомогенизация пробы, уменьшение ее размера). Проба должна сохранить те свойства объекта, которые последний имел в момент отбора, или же изменять эти свойства идентично объекту. Главная характеристика качества пробы является ее представительность. К вторичным характеристикам (параметрам) относятся размер пробы, ее стабильность и стоимость. Пробоотбор — это такая операция, при которой происходит отбор достаточного количества представительной части исследуемого материала (объекта), состав и свойства которой идентичны составу и свойствам материала как целого. Универсального правила взятия представительной пробы, одинаково пригодного для различных материалов, не существует, что значительно затрудняет процесс пробоотбора. Методы отбора проб весьма разнообразны и зависят от агрегатного состояния материала, характера материала (сыпучий или кусковой), степени его однородности и от того, поступает материал без упаковки или в таре (ящики, мешки, бочки, цистерны и др.). Существенно различаются операции пробоотбора для материалов, находящихся в движении (перемещаемых на ленте транспортера, перевозимых в вагонах или баржах, поступающих по трубам или желобам) и неподвижных (в штабелях, отвалах или собранных в отстойник). Методика пробоотбора диктуется также задачей анализа, которая может состоять в определении среднего содержания одного или нескольких компонентов в объеме объекта, установлении распределения компонентов в пространстве (в частности, по глубине слоя) или во времени (например, в ходе технологического процесса в реакторе). При взятии пробы необходим учет всех этих факторов. Поэтому для каждого конкретного материала разработанные правила и приемы пробоотбора, включающие способ отбора, вид пробоотборника, глубину его погружения, число точек отбора, размер проб и другие детали, находят отражение в соответствующих нормативных документах. Отбор проб при анализе материала, представленного в больших количествах, начинают с составления генеральной (первичной, начальной, общей, суммарной, объединенной, исходной) пробы. Генеральную пробу, характеризующую данную партию материала, получают объединением необходимого числа точечных (разовых, частных, единичных) проб  Точечная проба — это часть партии (сырья или готового продукта), которую отбирают за один прием (за одну операцию) из разных точек партии и из различных по глубине слоев в определенный момент времени. Она характеризует качество опробуемого материала в одном месте или на определенном уровне. Это наиболее трудоемкая и сложная часть процесса пробоотбора. Поскольку масса отобранной генеральной пробы почти всегда бывает значительной (часто 2-3% общего количества материала), ее подвергают разделке по определенным правилам, применяя операции дробления, перемешивания, сокращения и др. При использовании одного или нескольких циклов разделки получают промежуточные (или частичные) средние пробы, которые разделывают так же, как и генеральную пробу, в результате чего масса их последовательно уменьшается до тех пор, пока не будет получена готовая (средняя, сокращенная, товарная) проба. Путем сокращения готовой пробы получают лабораторную (паспортную, сертификатную) пробу, предназначенную для проведения всех видов лабораторных испытаний и контрольную (арбитражную, архивную, дубликатную, резервную) пробу, которую хранят на случай проведения повторных, арбитражных или других контрольных испытаний. Лабораторная проба – это конечная промежуточная проба или, другими словами, сокращенная генеральная проба, поступающая в лабораторию для анализа. Состав ее должен быть тождествен среднему составу как всех промежуточных и генеральной проб, так и всей партии опробуемого материала. По средней лабораторной пробе оценивают качество материала, поэтому к отбору ее предъявляют жесткие требования. В зависимости от назначения масса лабораторной пробы различна. В среднем она колеблется от 0,5 до 2 кг (по другим данным от 25-30 г до 1 кг). Готовую пробу помещают в два чистых и сухих герметично закрывающихся сосуда (обычно металлические, стеклянные или пластмассовые банки), один из которых направляют в лабораторию для анализа, а второй хранят у поставщика в течение 1,5-6 мес на случай проверки (контрольная или арбитражная проба). В общем случае срок хранения пробы зависит от цены материала и наличия сухих складских помещений. Хранят пробы до тех пор, пока материал не будет полностью принят потребителем (покупателем). Пробы хранят по видам материала в спецшкафах, устанавливаемых в отапливаемых помещениях, в условиях, исключающих воздействие света, влаги, кислорода и диоксида углерода, которые могут вызвать в пробах изменения. При хранении растворов может происходить сорбция компонентов пробы стенками сосуда из-за протекающих в растворе процессов гидролиза или образования нерастворимых соединений (осаждение осадков). Для предотвращения порчи проб используют подкисление раствора или добавление комплексантов, если они не мешают последующему ходу анализа (консервация проб). Биологические материалы (кровь, ткани, моча) и скоропортящиеся продукты, хранят в холодильнике. Пробы газов не хранят. Каждый сосуд с пробой маркируют, т. е. снабжают этикеткой (бланком), где указывают наименование продукта, его сорт или марку, наименования предприятия-изготовителя, с которого отпущен продукт, номер партии с указанием места взятия пробы, дату отбора пробы, фамилию и подпись пробоотборщика (лица, отобравшего пробу). Сосуды с пробами пломбируют. Из присланной в аналитическую лабораторию лабораторной пробы готовят аналитическую пробу в количестве, достаточном для выполнения определений всех контролируемых компонентов (согласно заказа). Для этого лабораторную пробу после внешнего осмотра и регистрации в журнале подсушивают на противне в сушильном шкафу при 50 ± 5 °С в течение 3 ч, а затем подвергают дальнейшей обработке. Одна из целей обработки заключается в получении материала такой степени гомогенности, чтобы любая небольшая порция, взятая для анализа, была идентична по составу любым другим порциям. Для этого лабораторную пробу измельчают до требуемого анализом размера частиц, перемешивают и сокращают до тех пор, пока не достигнут минимально необходимой при данном измельчении массы, которая определяется по специальным таблицам или рассчитывается по приближенным формулам. Обычно масса аналитической пробы составляет 10-20 г. Этого количества бывает достаточно, не только для выполнения определения, но и на случай повторного и арбитражного анализа. Измельчение проводят в стальной, фарфоровой, яшмовой или агатовой ступке с последующим просеиванием порошка через набор сит с постепенно уменьшающимися размерами отверстий. Сита характеризуются размером сторон отверстий в миллиметрах или числом отверстий на 1 см2, а иногда в мешах (меши – число отверстий в сите на один линейный дюйм; 1 дюйм – 25,4 мм). Остаток на сите подвергают дополнительному истиранию и вторичному просеиванию через сито. Измельчение считается законченным, когда полученный порошок втирается в поры пальцев как пудра, не давая ощущения, что в нем содержатся крупные частицы. Степень измельчения пробы имеет большое значение для полноты ее вскрытия: чем мельче проба, тем быстрее и полнее ее можно перевести в раствор обработкой кислотами или сплавлением. В свою очередь, полное разложение пробы является необходимым условием получения воспроизводимых результатов анализа. Однако измельчать пробу до более тонкого состояния (пыль!), чем необходимо для применяемого метода анализа, нежелательно, так как это может привести к изменению состава пробы, вызванного загрязнением пробы материалом ступки, протеканием процессов окисления, адсорбции а также потерей или приобретением влаги. Обычно конечная крупность частиц аналитической пробы составляет 0,05-0,08 мм. После измельчения лабораторной пробы ее сокращают методом квадратования. Для этого пробу высыпают на лист плотной бумаги и после тщательного перемешивания расплющивают кучку вещества на бумаге, придавая форму прямоугольника. Последний делят взаимно перпендикулярными линиями на 15-20 равных квадратов со стороной 50 мм, после чего из середины квадратов отбирают плоским шпателем в шахматном порядке порции по всей глубине слоя. Отобранные порции объединяют, перемешивают и вновь сокращают тем же методом, пока не достигнут необходимой массы пробы. Чтобы лабораторная проба соответствовала по составу генеральной, сокращение последней (через промежуточные пробы) проводят, руководствуясь правилом Ричардса – при последовательном сокращении массы проб должны относиться как квадраты диаметров наибольших кусков: M(1)/M(2) = D(1)^2/D(2)^2, где M — массы проб (кг); D – диаметры наибольших кусков (мм), до и после сокращения пробы. При проведении сокращения проб необходимо руководствоваться общим правилом сокращения: чем меньше масса отбираемой при сокращении пробы, тем меньше должны быть размеры частиц. Влажные материалы нельзя измельчать, поскольку они размазываются в ступках или забивают поры сит. Такие материалы следует предварительно просушить, а затем уже измельчить. Разделка проб жидкостей состоит только в хорошем перемешивании лабораторной пробы взбалтыванием и отборе необходимого количества пробы для анализа. Кроме этих общих приемов отбора и разделки проб для отдельных материалов описаны особые приемы и правила. |