пробоотборщик. пробоотборщик метод материал. Учебнометодический комплекс дисциплины Особенности пробоотбора и пробоподготовки объектов окружающей среды
 Скачать 412.85 Kb.
|
|
1.4. Почвы Почва является основным средством производства в сельском и лесном хозяйствах. Плодородие почв — важнейший и незаменимый источник пищевых ресурсов для человека, главное природное богатство, от которого зависит наша жизнь. Однако в результате хозяйственной деятельности человека в почве накапливаются загрязнения, оседающие из атмосферы, сбрасываемые вместе со сточными водами при выпуске их на грунт, а также твердые отходы. К числу таких загрязнений относятся тяжелые металлы, радионуклиды, нефтепродукты, ил очистных сооружений, ядохимикаты и минеральные удобрения, применяемые в сельском хозяйстве. Все эти вредные химические вещества поступают в организм человека вместе с продуктами питания растительного происхождения и в значительной степени влияют на его здоровье. Для определения характера и уровня такого влияния и принятия соответствующих мер для его снижения или устранения необходим строгий аналитический контроль за содержанием вредных веществ в почвах (а также в растениях, выращенных на них), первой стадией которого является отбор проб для анализа. Отбор проб проводят в соответствии со стандартами, учитывающими структуру почвы, неоднородность почвопокрова, рельеф местности и местный климат, а также особенности загрязняющих веществ или организмов. Его проводят на пробных площадках, закладываемых так, чтобы исключить искажение результатов анализов под влиянием окружающей среды (пробная площадка — часть исследуемой территории, характеризующаяся сходными условиями). При общем загрязнении почв пробные площадки намечают по координатной сетке, указывая их номера и координаты (при локальном загрязнении почв для определения пробных площадок применяют систему концентрических окружностей, расположенных на дифференцированных расстояниях от источника загрязнения, указывая номера окружностей и азимут места отбора проб. В зависимости от цели исследования размер пробной площадки, количество и вид пробы различны. Обычно отбор проб проводят с одной либо двух-трех площадок размером 25 м 2 каждая. С каждой площадки отбирают по пять точечных проб по методу конверта (по углам и в центре). Поскольку почвы состоят из трех разных слоев, называемых горизонтами, отличающихся по концентрации определяемых веществ, отбор проводят на разных глубинах (0-20 см, 20-40 см, 40-60 см) в зависимости от поставленной цели (определение степени загрязнения поверхностного слоя, миграции химического вещества по профилю почвы и др.). Объединенная проба, состоящая из смеси не менее двух точечных проб, отобранных с разных слоев должна иметь массу не менее 1 кг. Объединенную пробу готовят методом квартования. Если обследуемое поле (участок) расположено на различных элементах рельефа (плато, склон, подножье склона), то объединенная проба почвы отбирается с каждого элемента рельефа. Инструментом при пробоотборе почв является почвенный бур, сделанный путем приварки куска металла в виде буквы «Т» к плотничьему буру. Его можно использовать для отбора проб с глубины до 2 м. Можно применять и мощные перфораторы и работать до глубины 10 м. Если пробу отбирают на глубину пахотного слоя (20-25 см), то отбор проводят лопатой. Отобранные пробы нумеруют и регистрируют в журнале с указанием порядкового номера, места, горизонта и глубины взятия пробы, рельефа местности, типа почвы, целевого назначения территории, вида загрязнения, даты отбора. Эти же данные должны быть указаны и на этикетке, прилагаемой к пробе с указанием фамилии отборщика. Упаковку, транспортировку и хранение проб осуществляют в зависимости от цели и метода анализа в емкостях из химически нейтрального материала (полотняный мешок, полиэтиленовый пакет). Пробы, предназначенные для анализа на содержание летучих химических веществ, помещают в стеклянные банки с притертыми пробками. Если пробу анализируют на наличие патогенных организмов и вирусов, то упаковку, транспортировку и хранение проводят в стерильных емкостях, защищая пробы от действия света. Анализ проб допускается в течение 1-2 сут при условии, что температура их хранения не превышает 4°С. Однако для биологического обследования, а также для установления наличия метаболизирующих химических веществ пробы анализируют в течение 5 ч после взятия. Но лучше проводить анализ немедленно. 1.5. Растения Пробы растений отбирают на тех же участках, что и пробы почвы, перед уборкой урожая отдельно основную и побочную продукцию. Для получения объединенной пробы растений массой 0,5-1,0 кг натуральной влажности рекомендуется отбирать не менее 8-10 точечных проб. Последние отбирают с пробных площадок с типичным состоянием растений, закладываемых по маршруту отбора проб почвы. В зависимости от вида сельскохозяйственных культур размер пробных площадок может быть 1 х 1 м (культура сплошного сева) или 1 х 2 м (пропашные культуры). В полевых условиях наземную часть растений срезают острым ножом или ножницами на высоте 3-5 см над поверхностью почвы, укладывают в полиэтиленовую пленку или крафтбумагу, вкладывают этикетку установленного образца. Разделение срезанных растений на основную и побочную продукцию проводят в лаборатории. При отборе проб корнеплодов, клубнеплодов и картофеля их следует укладывать для транспортировки отдельно от ботвы. Отбор проб сельскохозяйственных культур, а также травы и зеленой массы этих культур проводят по соответствующим стандартным методикам. Образцы растений часто измельчают в молотковой дробилке или шаровой мельнице. Пробоотбор растительных материалов — несколько необычная проблема, поскольку возможны загрязнения почвой, которая содержит более высокие концентрации многих элементов, чем растущие на ней растения. Для истинного определения содержания тех либо иных элементов в ткани растений почву необходимо удалить промыванием водой, однако при этом существует опасность выщелачивания растительных элементов. Анализ пищевых продуктов и биологических материалов обычно проводят без измельчения. Но если оно все же необходимо, то их охлаждают до температуры сухого льда или жидкого азота; при этом образцы становятся хрупкими и легко превращаются в порошок. Измельчение часто проводят в ступках из фарфора, корунда, карбида бора или агата; при этом возможность загрязнения пробы или потери определяемого вещества из-за сорбции на стенках почти полностью исключаются. 1.6. Пыли Бытовую пыль, состоящую из волокон ковров, постели, одежды, волос и т. п., отбирают фильтрованием. Перед определением компонентов пыль просеивают для удаления крупных составляющих, в частности волос и волокон пуха. Остаток дробят, после чего разлагают смесью азотной и хлорной кислот. Для анализа транспортной пыли (синтетическая резина из шин, пыль тормозных прокладок, продукты износа полотна дороги, стройматериалы, почва, тяжелые масла и др.) пробоотбор лучше всего проводить с помощью щетки с жестким волосом и совка для мусора. Но так как последние стираются при отборе проб и загрязняют пробу, оборудование должно быть изготовлено из пластмассовых материалов, не содержащих тяжелых металлов. Неорганические частицы после обработки кислотами отделяют центрифугированием или фильтрованием и анализируют обычно методом атомно-эмиссионной спектроскопии. Пробоотбор индустриальной пыли, весьма разнообразной по составу, проводят как для взвесей в воздухе. 1.7. Бытовые и индустриальные отходы К этим отходам относят бумагу, ткани, металлические предметы и т. д. Из-за неоднородности состава провести эффективный пробоотбор очень трудно, особенно если токсичные компоненты локализованы в ограниченном объеме. После отделения явно неоднородных материалов сухой остаток размалывают в больших ударных дробилках. Измельченные пробы переводят в раствор обработкой кислотами или их смесями, отфильтровывают от суспендированных в растворе пластмасс (полиэтилен, поливинилхлорид и др.), устойчивых к действию кислот, после чего анализируют методом атомно- эмиссионной спектроскопии. 2. ПРОБОПОДГОТОВКА 2.1. Методы вскрытия проб. Общие сведения Среди методов аналитического контроля состава материалов ведущее место занимают инструментальные методы (электрохимические, спектроскопические, ядерные) и в большинстве из них измерение аналитического сигнала происходит лишь на заключительной стадии анализа, хотя последний включает наряду с этой стадией также предварительную химическую подготовку проб (ПХПП), а именно вскрытие пробы (т. е. ее разложение), разделение и концентрирование определяемых элементов. Стадия ПХПП — одна из наиболее трудных, длительных и ответственных стадий всего анализа в целом. Во многих случаях ПХПП вносит вклад в контрольный опыт и лимитирует эффективность использования инструментальных методов анализа как в отношении достижения низких пределов определения примесей в веществах высокой чистоты прямыми методами анализа с помощью высокочувствительной измерительной техники, так и в отношении производительности этих методов, поскольку высокая производительность приборов может быть реализована только при условии малых затрат времени на ПХПП. Поэтому ПХПП является важной стадией многих методов аналитического контроля и постоянно совершенствуется в направлении использования как новых технических решений при оформлении традиционных методов пробоподготовки, так и наложения внешних физических полей для интенсификации характерных для нее процессов. Основными приемами интенсификации процессов вскрытия проб являются использование высокоагрессивных агентов и сред, работа при повышенных температурах и давлениях, воздействие ультразвука, магнитного, электромагнитного и электрического полей (в том числе СВЧ, электронами, УФ и вакуумным УФ излучением, рентгеновскими лучами, искрового или дугового разряда, лазерного излучения, плазменной деструкции и др.). Вскрытие проб анализируемого материала основано на разрушении его структуры в результате реакций взаимодействия входящих в него компонентов с введенными реагентами. В зависимости от состава, строения кристаллической решетки, плотности упаковок атомов в молекулах и других свойств подвергаемые вскрытию материалы различно относятся к реагентам, применяемым для вскрытия. Процесс вскрытия может выполняться при температуре окружающей среды и нормальном давлении, но чаще всего его проводят при нагревании, а иногда и повышенном давлении. В большинстве случаев вскрытие (разложение) пробы сводится к переведению ее в раствор. Получение раствора анализируемого объекта необходимо для последующего количественного определения элементов не только химическими и физико- химическими методами анализа, но и в ряде случаев и такими физическими методами, как атомно-абсорбционная спектрометрия (ААС) с атомизацией в пламени, эмиссионный спектральный анализ с использованием плазматронов (ИСП) и рентгенофлуоресцентный анализ (РФА). Подготовка к РФА и изготовление образцов сравнения при анализе литых металлических проб сплавов редких металлов связаны с серьезными трудностями, так как некоторые сплавы легко окисляются с поверхности и плохо поддаются механической обработке. При переводе определяемого элемента в раствор значительно проще решается проблема градуировки для сложных по химическому составу проб. Это особенно важно в случаях мелких серий проб переменного состава, что характерно при контроле производства редких металлов и полупроводников. В РФА в этих случаях удается исключить погрешности, связанные с влиянием на результаты анализа структуры вещества пробы и неравномерного распределения в ней элементов. Методов переведения проб анализируемых материалов в раствор очень много. Выбор метода зависит как от химико-аналитических свойств самого материала и применяемых для этого реагентов, так и от последующего хода анализа. В свою очередь от метода вскрытия зависит экономическая эффективность аналитических работ — стоимость и качество анализа. Наряду с обязательным требованием к методам переведения проб в раствор — полноты их вскрытия без потерь определяемых элементов — весьма важным является и соблюдение требований, предъявляемых к анализируемым растворам: ограниченный солевой состав, использование неагрессивных сред и т. п. Так, например, в методах ААС и ИСП концентрация солей в растворе пробы обычно не должна превышать 5-10 мг/мл, а концентрация соляной, серной и азотной кислот быть более 1 М, что связано с коррозией аппаратуры при высокой кислотности. Однако эти требования часто трудно выполнить непосредственно при вскрытии, нужны дополнительные физико-химические операции. Правильно выбранные условия разложения пробы анализируемого материала позволяют не только перевести определяемый компонент в раствор, но и отделить его от мешающих элементов. Это происходит в тех случаях, когда в результате вскрытия определяемый и мешающие элементы оказываются в разных фазах. В то же время неудачный выбор способа разложения может привести к неполному вскрытию и переведению в раствор исследуемого материала или загрязнению его избыточным количеством солей, примесями, содержащимися в применяемых реагентах или в материале используемой для разложения посуды (стаканы, колбы, тигли и т. п.). При разработке методики вскрытия должны быть учтены возможные реакции образования летучих соединений определяемых компонентов в процессе нагревания пробы или их соосаждения в ходе дальнейшего анализа, если допустить образование больших объемистых осадков и т. п. В результате протекания указанных процессов определяемые компоненты частично или полностью теряются. Так, например, при определении в чугуне или стали серы по методу выделения ее в виде H 2 S (для последующего иодометрического определения сульфид-иона или осаждения его солями цинка, кадмия, ртути или серебра) для растворения пробы могут применяться лишь соляная или серная кислоты, обеспечивающие образование сероводорода; применение азотной кислоты недопустимо вследствие ее способности окислять сульфид-ион до элементной серы. Напротив, при определении той же серы в виде осадка BaSО 4 для растворения сплава может применяться только азотная кислота или царская водка, и ни в коем случае одна лишь соляная кислота. При определении в указанных сплавах фосфора в свою очередь недопустимо применение одной соляной или серной кислот вследствие возможной потери части фосфора в виде летучего фосфина РН 3 ; в этом случае применяется растворение пробы в азотной кислоте (или в смеси ее с соляной кислотой) для окисления фосфора в фосфорную кислоту (ион РО 4 3- ). Перечисление всех известных способов разложения проб анализируемых материалов, часто специфических для того либо иного конкретного случая (объекта), — задача чрезвычайно большая. Поэтому целью данного раздела является ознакомление лишь с общими принципами выбора методов и реагентов для разложения объектов (сырья, полупродуктов и готовой продукции), применяемых химическими лабораториями металлургических заводов и научно-исследовательских институтов в их повседневной работе по осуществлению контроля за химическим составом многообразных материалов, потребляемых и производимых заводами черной и цветной металлургии. 2.2. Разложение анализируемой пробы Целью разложения пробы материала для последующего анализа является переведение ее в состояние (преимущественно в раствор), обеспечивающее количественное определение соответствующих компонентов. Получить раствор анализируемой пробы твердого вещества можно, разложив пробу «мокрым» (разложение растворами кислот, солей и щелочей) и «сухим» (разложение при помощи сплавления или спекания с различными плавнями) способами, а также путем использования некоторых специальных методов. Каких-либо общих правил в отношении выбора способа разложения не существует, так как в каждом конкретном случае способ вскрытия определяется рядом соображений, главнейшим из которых является полнота вскрытие анализируемого образца. Можно, однако, считать, что непосредственное растворение в кислоте (или в смеси кислот) является чаще всего (за исключением специальных случаев) наиболее быстрым способом разложения, приводящим к получению наиболее чистого (в отношении посторонних веществ, которые могут быть введены из плавня и тигля) раствора, что облегчает дальнейший его анализ; практически все кислоты легко поддаются очистке простым методом — дистилляцией или перегонкой. При кислотном разложении проб существенно легче, чем, например, при сплавлении, подобрать солевой состав раствора, обеспечивающий нормальную работу распылителя любой системы при прямом анализе переведенной в раствор пробы методами пламенной и плазменной спектрометрии. Поэтому к растворению в кислотах следует прибегать и в тех случаях, когда оно при такой обработке лишь часть пробы переходит в раствор, ибо последующее разложение нерастворимого в кислоте остатка можно будет при этом осуществить легче и с меньшим количеством дополнительных реагентов (путем сплавления). Практически очень часто комбинируют обработку кислотами со сплавлением. Прежде чем приступить непосредственно к разложению, часто бывает необходимым получить воздушно-сухую пробу анализируемого образца. Поэтому пробы многих руд перед вскрытием предварительно высушивают для удаления гигроскопической влаги. К высушиванию прибегают при необходимости произвести анализ сухого вещества или учесть содержание влаги при расчете результатов анализа влажного материала. Высушивание (до постоянной массы) проводят в электрическом сушильном шкафу при 105- 120°С, помещая тонко истертый высушиваемый материал в стаканчик для взвешивания — бюкс. В пробах многих руд могут содержаться различные органические примеси, попадающие в них из месторождения (например, примеси болотных руд). Эти примеси при растворении навески руды образуют различные углеводороды или нерастворимый серовато-черный остаток, что вредно влияет на результаты определения некоторых составных частей (компонентов) руды, если методы их определения основаны на окислительно-восстановительных процессах (например, титриметрическое определение железа перманганатометрическим методом). Поэтому пробу руды перед вскрытием подвергают обжигу для разрушения органических примесей. Обжиг проводят в фарфоровом тигле в течение 15-20 мин, используя пламя горелки или помещая тигель в электрическую тигельную печь. Следует иметь в виду, что при обжиге руды некоторые ее компоненты улетучиваются (вода, сера, углекислота, мышьяк, сурьма, ртуть и т. п.) или изменяют свой состав (например, оксид железа(II) переходит в оксид железа(III)). Поэтому в случаях, когда указанные составные части должны быть определены в той же навеске пробы, обжиг руды недопустим. |