Отбор проб жидкого и газообразного вещества - Дипломная работа

В зависимости от агрегатного состояния пробы могут быть разделены на газ, жидкость, твердые вещества и многофазные, а в зависимости от задачи и аппаратуры измерений анализ может быть непрерывным, циклическим и разовым. Данные методы отбора проб предусматривают пропускание потока воздуха через слой древесного угля, молекулярные сита или другие адсорбенты, которые способны задерживать газообразные загрязнения, последние удаляют из сорбента при нагревании или экстракцией растворителем. При отборе пробы газов в замкнутом пространстве (например, в цеху, лаборатории) пробу отбирают в разных точках, а затем смешивают либо анализируют каждую из них отдельно. К такому способу разложения пробы прибегают тогда, когда объектом для последующего анализа должно быть твердое вещество, а не раствор (например, если анализ будет проводиться атомно-эмиссионным или рентгенофлуоресцентным методами). Кроме того, в герметично закрытом автоклаве взаимодействие компонентов пробы с реагентами происходит под давлением (10-20 атм), поэтому скорость разложения пробы при минерализации существенно увеличивается.В ходе проведенной работе изучены виды пробоотбора и пробоподготовки жидких, газовых смесей, факторы, влияющие на выбор способа пробоотбора и пробоподготовки жидких и газовых смесей; рассмотрены устройства, применяемые при пробоотборе, раскрыты методы и порядок отбора различных смесей с последующей подготовкой их для лабораторных анализов.

смесь проба лабораторный жидкость

В связи с бурным развитием промышленности идет непрерывная разработка измерительных приборов, основанных на физических, физико-химических и химических методах анализа состава веществ. Наиболее массовыми потребителями приборов - анализаторов газообразных веществ является горно-металлургическая, энергопроизводящая, химическая и другие отрасли промышленности, процессы контроля загрязнения воздуха и состава выхлопных газов автомобиля.

Непременным условием измерения концентраций является представительность (соответствие контролируемой среде) анализируемой пробы. Для этого необходим правильный ее отбор и соответствующая подготовка, так как точность аналитической информации определяется точностью отбора и подготовки пробы.

В зависимости от агрегатного состояния пробы могут быть разделены на газ, жидкость, твердые вещества и многофазные, а в зависимости от задачи и аппаратуры измерений анализ может быть непрерывным, циклическим и разовым. В данной части рассмотрены способы отбора и подготовки проб газовых смесей.

Цели и задачи работы: ознакомиться с видами пробоотбора и пробоподготовки жидких, газовых смесей; изучить факторы, влияющие на выбор способа пробоотбора и пробоподготовки жидких и газовых смесей; рассмотреть устройства, применяемые при пробоотборе, раскрыть методы и порядок отбора различных смесей с последующей подготовкой их для лабораторных анализов. Отбор и подготовка проб газовых смесей для циклических и разовых измерений.

1. Методы отбора проб

1.1 Методы отбора полной пробы воздуха

Пробы воздуха можно отбирать в пластиковые мешки или в жесткие контейнеры. В качестве материала для таких мешков обычно используют фторопласт, лавсан и др. полимеры. Мешки непрогодны для сбора и хранения реакционноспособных газов (окислители, соединения серы или оксида азота). Находят широкое применение для отбора паров органических соединений.

Преимущества использования мешков - малая масса и легко транспортируются.

Жесткие контейнеры, их как правило, изготавливают из стекла, коррозионностойкой стали или алюминия. Для отбора пробы воздух заканчивают в ваккумированный контейнер или прокачивают, вытесняя воздух, находящийся внутри сосуда. Воздух, содержащийся в контейнере, должен быть вытеснен анализируемым воздухом для этого через контейнер продувают окружающий воздух в количестве в 10-20 превышающем его объем, затем герметизируют.

Криогенные методы.

Этот метод обычно применяют в тех случаях, когда необходимо отобрать для анализа значительные количества углеродсодержащих материалов. Обычно поток воздуха при пониженной температуре пропускают через ловушки. Известно большое количество охлаждающих растворов, позволяющих получить температуру в ловушке до -1960С (жидкий азот). Часто используют жидкий кислород и жидкий аргон. Органические соединения, сконцентрированные направляют для качественного и количественного анализа методом газовой хромотографии.

Методы абсорбции.

Метод отбора проб основанный на растворении газообразных веществ в жидкой среде. Поток воздуха диспергирует в поглощающей среде через стеклянную трубку с пористой насадкой, которая введена в жидкую фазу на определенную глубину. Используется для отбора проб диоксидов серы, азота, альдегидов, СО. При использовании этого метода необходимо контролировать эффективность улавливания, потери абсорбирующего раствора в р-те испарения, разложение веществ - загрязнений, содержащихся в отобранной пробе.

Методы адсорбции.

Данные методы отбора проб предусматривают пропускание потока воздуха через слой древесного угля, молекулярные сита или другие адсорбенты, которые способны задерживать газообразные загрязнения, последние удаляют из сорбента при нагревании или экстракцией растворителем. Нашел применение для отбора проб органических соединений, присутствующих в атмосфере в ультраследовых количествах является очень эффективным при проведении качественных определений, поскольку дает возможность отделять следовые количества газов от больших объемов воздуха.

Трудности: 1.возникает как на стадии адсорбции, так и при десорбции. Водяной пар, содержащийся в атмосфере, приводит к дезактивации многих адсорбентов, изменение эффективности улавливания.

2.проблемы, связанные с выделением загрязняющих веществ из самого твердого адсорбента.

1.2 Отбор пробы различных смесей

Пробой называется отобранная для анализа часть объекта исследования (анализируемого образца).

Небольшая часть анализируемого объекта, средний состав и свойства которой считаются идентичными среднему составу и свойствам анализируемого объекта, называется средней (представительной) пробой.

Различают генеральную, лабораторную и анализируемую пробу.

Величина анализируемой пробы зависит от содержания в ней определяемого компонента и диапазона определяемых содержаний используемой методики анализа. Например, если массовая доля определяемого лекарственного вещества в мази составляет примерно 10%, а нижняя граница определяемой массы данного вещества с помощью используемой методики - 5 мг, то масса пробы мази не должна быть меньше 50 мг. Если же мы хотим определить данное лекарственное вещество в крови больного, где его концентрация ожидается равной 1 мкг/мл, и объем пробы образца составляет всего лишь 5 мл, то нижняя граница определяемой массы с помощью выбранной методики не должна быть больше, чем 5 мкг.

Отбор пробы газов

Генеральная проба газообразных веществ, как правило, бывает небольшой, так как однородность газов велика. Для отбора пробы газообразного вещества используют вакуумные мерные колбы или бюретки с соответствующей запорной жидкостью, а также специальные контейнеры, представляющие собой сосуды из нержавеющей стали, стекла или полимерной пленки.

Если при отборе пробы газов необходимо проводить и концентрирование определяемых веществ, то определенный объем пробы (от 1 л до 1м3) прокачивают с помощью аспиратора через патрон с сорбентом или поглощающим раствором (так называемую «ловушку»). В последующем вещества из «ловушки» извлекают экстракцией или термодесорбцией.

При отборе пробы газов в замкнутом пространстве (например, в цеху, лаборатории) пробу отбирают в разных точках, а затем смешивают либо анализируют каждую из них отдельно.

Отбор пробы жидкостей

Отбор пробы гомогенной жидкости (например, глазные капли или раствор для инъекций) проводят обычно по объему, используя для этой цели пипетки или бюретки. Предварительно жидкость тщательно перемешивают. Если анализируемую жидкость сложно или невозможно перемешать (например, содержимое железнодорожной цистерны), то отбор пробы проводят на разной глубине емкости (сверху, на середине, снизу) с помощью специальных цилиндрических сосудов (батометров) с закрывающимися сверху и снизу крышками.

Гетерогенные жидкости перед взятием пробы тщательно гомогенизируют путем перемешивания либо вибрации. Пробы таких жидкостей часто отбирают не только по объему, но и по массе.

Если анализируют жидкость из потока, то для получения достоверной информации пробы отбирают из различных мест по течению водотоков, с различной глубины и через определенные промежутки времени. Правила отбора таких проб регламентируются соответствующими ГОСТАМИ.

Отбор проб твердых веществ

Величина генеральной пробы твердого вещества зависит от неоднородности образца и размера частиц.

Существует ряд формул, которые можно использовать для примерной оценки массы генеральной пробы твердого вещества, например, формула Ричердса-Чеччота

Для практического определения массы генеральной пробы твердого вещества можно использовать подход, основанный на определении с помощью однофакторного дисперсионного анализа погрешности пробоотбора. Масса пробы должна быть такой, чтобы погрешность, обусловленная отбором пробы, не превышала 4/5 общей погрешности результата анализа.

Твердое вещество может представлять собой единое целое (например, слиток металла) либо быть сыпучим продуктом. Целый твердый объект перед отбором из него пробы измельчают (растирают, дробят, распиливают и т.д.). Объекты, представляющие собой сыпучие вещества, перемешивают и затем берут пробу из разных частей емкости в верхнем, среднем и нижнем слое в каждой упаковочной единице. Для отбора пробы используют пробоотборники, изготовленные из материалов, не реагирующих с определяемым веществом.

1.3 Получение лабораторной пробы

Отобранную генеральную пробу подвергают усреднению, которое подразумевает гомогенизацию и сокращение. Известно множество способов сокращения массы пробы, например, квартование.

Потери определяемого вещества и загрязнения пробы в процессе ее отбора и хранения

В процессе отбора проб и их последующего хранения возможно изменение состава и свойств пробы, которое может быть обусловлено: · потерями компонентов в виде пыли;

· потерями летучих веществ;

· взаимодействием компонентов пробы с кислородом воздуха, материалом посуды;

· адсорбцией компонентов пробы на поверхности посуды.

Пробы можно хранить лишь определенное время, которое зависит от природы анализируемого объекта. Вещества неорганической природы устойчивы длительное время и, как правило, не требуют консервации. Хотя, например, к пробам воды при определении тяжелых металлов для предупреждения протолитического осаждения определяемых веществ и их адсорбции на стенках посуды в качестве консерванта добавляют кислоты. Пробы, содержащие органические вещества, часто требуют сильного охлаждения, например, пробы биологических жидкостей и тканей замораживают с помощью жидкого азота.

Правильное выполнение процедуры пробоотбора настолько важно, что методика отбора пробы разрабатывается для конкретных объектов и конкретных методов анализа и регламентируется соответствующей нормативной документацией (в фармацевтическом анализе - Государственной фармакопеей и отдельными фармакопейными статьями). При разработке конкретных методик отбора пробы учитывается мнение не только специалистов, которые проводят анализ, но и специалистов, которые его интерпретируют (например, гидрогеологов в случае анализа природных вод или токсикологов в случае анализа тканей и биологических жидкостей и т.д.).

Разложением пробы называют процесс переведения определяемых компонентов пробы в физическую и химическую форму, которая наиболее приемлема для выбранного метода определения.

Способы разложения пробы зависят от: · химического состава образца, · природы определяемого вещества, · цели выполнения анализа, · используемого метода определения.

Способы разложения проб традиционно разделяют на «мокрые» и «сухие». В первом случае на пробу действуют жидким реагентом, (например, водой, органическим растворителем, водным раствором кислоты, щелочи и т.д.). Продуктом, получаемым в результате разложения, является раствор. Во втором случае в результате разложения пробы получают твердое вещество (порошок, сплав).

Растворение без протекания химических реакций

Одним из лучших растворителей является вода. В ней хорошо растворяются многие неорганические соединения (соли щелочных металлов и катиона аммония, нитраты, большинство хлоридов и др.) и некоторые органические вещества (низшие многоатомные спирты, аминокислоты, соли образованные анионами органических кислот и катионами щелочных металлов, гидрогалогениды аминов и др.). Для растворения органических веществ используют некоторые органические растворители, например, спирты, хлороформ, диметилформамид, диметилсульфоксид, ацетон и т.д. Иногда в качестве растворителя используют смеси органических веществ с водой (например, водные растворы этанола).

Растворение с участием химических реакций без изменения степеней окисления элементов

Чаще всего для такого растворения используют растворы кислот, анионы которых не обладают окислительными свойствами. При этом в пробу не вносятся посторонние катионы металлов. Наиболее популярным представителем таких кислот является хлороводородная кислота. Она используется в неорганическом анализе для растворения карбонатов, фосфатов, оксидов, гидроксидов, а в органическом анализе - для растворения аминов (в т.ч. алкалоидов), металоорганических соединений и др. Избыток HCL может быть легко удален путем выпаривания пробы досуха. Образовавшийся сухой остаток растворяют в воде. Реже в качестве растворителя используется разбавленная серная кислота (для неокислительного растворения оксидов, гидроксидов, карбонатов).

Кроме растворения в кислотах в отдельных случаях, например, для растворения кислотных оксидов (MOO3, V2O5) или органических веществ кислотного характера, применяется растворение в растворе NAOH. Реже в качестве щелочного растворителя используют растворы Na2CO3 (например, для CASO4, PBSO4) и NH3 (для AGCL).

Растворение, сопровождающееся протеканием окислительно-восстановительных реакций

Окисление образца азотной кислотой или смесью HNO3 и HCL используется в неорганическом анализе для растворения некоторых металлов (Fe, Mg, Zn и др.) и многих сульфидов. Например

3CUS 8HNO3 ® 3Cu(NO3)2 3S? 2NO 4H2O

3HGS 2HNO3 12HCL ®3H2[HGCL4] 3S? 2NO 4H2O

Растворение, сопровождающееся протеканием окислительно-восстановительных реакций, широко используется при определении ионов металлов в органических матрицах. Ионы металлов связываются с органическими веществами (аминокислотами, белками и др.) настолько прочно, что извлечь их из матрицы можно, только разрушив органические вещества.

Минерализация - это разрушение органических веществ и материалов на их основе с целью выделения неорганических компонентов (например, ионов металлов) в виде устойчивых и хорошо растворимых соединений, которые затем можно определять соответствующим методом.

Способы минерализации, как и способы разложения пробы вообще, разделяют на «мокрые» и «сухие». «Мокрую» минерализацию чаще всего проводят с помощью кислот-окислителей (HNO3, H2SO4) и их смесей друг с другом и с другими веществами (HNO3 H2SO4; HNO3 H2SO4 HCLO4, H2SO4 H2O2 и др.). Реже окислительную минерализацию проводят в щелочной среде либо в качестве реагентов для минерализации применяют восстановители.

Термическое разложение

Термическое разложение пробы проводят путем ее нагревания до высокой температуры (иначе говоря, путем сжигания пробы) на воздухе или в атмосфере кислорода. Органические вещества начинают разрушаться до CO, CO2, H2O и т.д. уже при температуре 300-700°С, неорганические разрушаются, как правило, при более высоких температурах (1000-1500°С). Термическое разложение пробы чаще всего проводят путем прокаливания ее на воздухе в открытых чашках и тиглях при температуре 500-600°С или сжиганием в колбе, заполненной кислородом.

Прокаливание на воздухе в открытых сосудах используется для определения зольности органических веществ, при определении тяжелых металлов в биологических объектах (один из способов «сухой» минерализации). К такому способу разложения пробы прибегают тогда, когда объектом для последующего анализа должно быть твердое вещество, а не раствор (например, если анализ будет проводиться атомно-эмиссионным или рентгенофлуоресцентным методами). Данный способ разложения пробы не следует использовать в тех случаях, когда определяемое вещество является летучим.

Прибор для сжигания в кислороде (по ГФ XI)

Сжигание в колбе с кислородом (рис. 8.1) применяют при проведении элементного анализа органических веществ (определении галогенов, серы, фосфора). Органическое вещество сжигают в атмосфере кислорода, а продукты сгорания растворяют в поглощающей жидкости, в роли которой может выступать вода, водные растворы H2O2, NAOH, H2SO4. Элементы, находящиеся в растворе в виде ионов (F-, Cl-, Br-, I-, SO42-, H2PO4- и т.п.), определяют титриметрическим или фотометрическим методом.

Сплавление

Сплавление чаще используется при определении неорганических веществ, чем органических. Измельченную пробу смешивают с 5-10 кратным избытком реагента и нагревают при определенной температуре, как правило, от 300 до 1000°С в течение некоторого времени, выбранного опытным путем. Затем получившийся плавень охлаждают и растворяют в воде или кислоте.

В качестве реагентов при сплавлении, происходящем без протекания окислительно-восстановительных реакций, используют карбонаты и гидроксиды щелочных металлов, гидросульфат и пиросульфат калия, смесь Na2CO3 и S. Такой вид сплавления применяют для труднорастворимых оксидов, находящихся в модификациях, которые устойчивы к действию растворов реагентов. Например

SIO2 Na2CO3 ® Na2SIO3 CO2

2SNO2 2Na2CO3 9S ® 2Na2SNS3 2CO2 3SO2

Al2O3 KHSO4 ® Al2(SO4)3 3K2SO4 3H2O

Сплавление, сопровождающееся протеканием окислительно-восстановительных реакций, является одним из видов «сухой» минерализации. В качестве реагента применяется смесь Na2CO3 и NANO3 или KNO3. Такой способ минерализации используют, например, в химико-токсикологическом анализе при определении так называемых «металлических ядов», а также при проведении элементного анализа фосфор-, мыщьяк- и галогенсодержащих органических веществ.

Нежелательные процессы, происходящие при разложении пробы

В некоторых случаях при разложении пробы часть определяемого вещества может теряться, либо в пробу могут попадать посторонние вещества, мешающие дальнейшему определению целевого компонента. Причинами таких нежелательных явлений могут быть: · материал, из которого изготовлена химическая посуда;

· недостаточная чистота используемых реактивов;

· сорбция веществ на стенках посуды;

· разбрызгивание, распыление пробы;

· потери легколетучих веществ и т.д.

Для того чтобы уменьшить загрязнение пробы в процессе пробоподготовки, используют посуду, изготовленную из стекла специальных сортов с высоким содержанием SIO2. Стеклянная посуда должна быть хорошо очищена хромовой смесью или смесью концентрированной HCL и H2O2. Чистая посуда меньше сорбирует различные вещества на своих стенках. Стеклянную посуду не следует использовать при работе со щелочными растворами, а также при высокой температуре. Для проведения операций сплавления и сжигания применяют фарфоровую посуду (тигли, выпарительные чашки). Химическая стойкость фарфора выше, чем у лабораторного стекла, его можно использовать при температурах порядка 1100-1300°С.

В настоящее время все большее применение находит посуда из кварца, которая устойчива к действию химических реагентов и нагреванию до 1100°С. Недостаток данного материала - большая хрупкость. Часто используются тигли, изготовленные из металлов (платины, никеля, железа), а также графита, стеклоуглерода. Перспективным материалом для работы при невысоких температурах являются полиэтилен (до 60°С) и тефлон (до 250°С).

Для уменьшения сорбции катионов на поверхности посуды пробоподготовку лучше проводить в кислой среде. Органические вещества хорошо сорбируются на пластмассах, что необходимо учитывать при хранении растворенных проб.

Реактивы, используемые для разложения проб, должны, как правило, иметь квалификацию «х.ч.» или «ос. ч.». Для того чтобы учесть влияние реактивов, проводят контрольный опыт, в ходе которого в аналогичных условиях разлагают сходную по составу с анализируемым образцом пробу, не содержащую определяемого компонента.

Для уменьшения потерь от разбрызгивания и улетучивания определяемых веществ нагревание ведут с использованием обратного холодильника. Более перспективным является использование для разложения проб специальных герметично закрывающихся сосудов-автоклавов. Использование таких устройств предотвращает потери от улетучивания и разбрызгивания компонентов пробы. Кроме того, в герметично закрытом автоклаве взаимодействие компонентов пробы с реагентами происходит под давлением (10-20 атм), поэтому скорость разложения пробы при минерализации существенно увеличивается.

В качестве приборов для разложения пробы при высоких температурах в последнее время все шире используются специальные микроволновые печи. Использование микроволнового нагревания вместо традиционного термического позволяет ускорить процесс разложения пробы в 10-20 раз.

1.4 Порядок отбора проб и подготовка их для лабораторных анализов

Основное требование к отбору пробы для анализа: проба должна отражать свойства всей партии пищевых продуктов или части такой партии. Партией называется продукция одного наименования, одного изготовителя, одного способа обработки и сорта, оформленного одним документом.

Применение результатов анализа основано на внутреннем убеждении, что результаты, полученные для данной пробы, применимы ко всей массе продукта, из которого она взята. Это предположение справедливо только при условии, что химический состав пробы правильно отражает состав массы продукта. Выражение «отбор пробы» относят к операциям, состоящим в отборе достаточного количества продукта, представляющего целое. Масса пробы на конечной стадии отбора составляет несколько граммов или, самое большое, несколько сотен граммов. И хотя она может представлять всего одну миллионную часть общей массы партии, состав пробы должен максимально приближаться к среднему составу общей массы. Если исследуемый материал представляет собой неоднородное вещество, задача получения представительной пробы трудна. Ясно, что надежность анализа не может превышать надежности отбора пробы; даже самая тщательная работа над плохо отобранной пробой - просто трата сил.

Различают несколько видов проб: а) первичную, или генеральную пробу отбирают на первом этапе от большой массы материала;

б) лабораторную, или паспортную (0,2-0,3 кг) пробу получают после уменьшения генеральной пробы до массы необходимой для проведения полностью всего анализа;

в) аналитическую пробу - отбирают от лабораторной для единичного определения.

Перед отбором генеральной пробы необходимо определить ее представительность, а при получении лабораторной, кроме того, рассчитать массу пробы, позволяющую провести весь анализ. Под представительностью понимают соответствие состава пробы среднему составу анализируемого материала. Если материал неоднороден, получению представительной пробы необходимо уделить самое серьезное внимание, чтобы результаты отвечали действительному составу материала.

Методы отбора представительной пробы зависят от характера материала. Если анализу подвергается жидкий продукт, находящийся в большой емкости, то перед взятием пробы ее достаточно перемешать. При отборе пробы из нескольких емкостей жидкость в каждой из них перемешивают, отбирают из каждой емкости одинаковые объемы жидкости и смешивают их друг с другом. Если жидкие материалы расфасованы (например, напитки в бутылках и банках), из определенного числа упаковок каждой серии отбирают по несколько бутылок или банок, содержимое которых достаточно для проведения всех необходимых анализов (3 раза). Емкости вскрывают и жидкость смешивают. Для отбора проб жидкостей применяют специальные пробоотборники, которые погружают на определенную глубину и захватывают ими порции жидкости.

Пробы вязких материалов отбирают после тщательного перемешивания из верхней, средней и нижней частей массы.

Пробы твердых и сыпучих материалов отбирают из разных мест упаковки, стремясь, чтобы были захвачены наружные и внутренние слои продукта, которые могут отличаться составом вследствие увлажнения, выветривания. Отобрав представительную первичную пробу сухих продуктов, ее измельчают, перемешивают и сокращают до размеров лабораторной пробы. Сокращение обычно проводят квартованием. При квартовании измельченную пробу высыпают на ровную поверхность, перемешивают, разравнивают в форме квадрата и делят квадрат по диагонали на четыре части. Две противоположные части отбрасывают, затем с остатком повторяют квартование до получения необходимой лабораторной пробы. Масса лабораторной пробы зависит от содержания определяемого вещества и чувствительности применяемой методики анализа. Чем чувствительнее методика, тем меньше масса лабораторной пробы.

Подготовив лабораторную пробу, для проведения анализов из нее отбирают аналитические пробы, которые взвешивают на аналитических или технических весах и подвергают дальнейшей аналитической обработке. Анализ проводят несколько раз и полученные данные усредняют.

Отбор проб жидкости

Способ отбора жидкой пробы зависит от цели, которая ставится перед исследователем в каждом отдельном случае. Необходимо всегда следить за тем, чтобы отбираемая проба не оказалась случайной.

Если состав жидкой фазы меняется, то перед отбором пробы необходимо подробно изучить этот процесс и отбирать для анализа средние или среднепропорциональные пробы через определенное время. Средняя проба должна быть составлена из равных количеств жидкости, взятой через равные интервалы времени. И средние, и среднепропорциональные пробы обычно берут в течение суток, сливая отдельные порции в большие чисто вымытые бутыли. По истечении суток содержимое бутыли тщательно перемешивают и для анализа отливают часть жидкости в чисто вымытую посуду.

Для характеристики изменения состава жидкости со временем необходимо отбирать разовые пробы и определять в них отдельные компоненты, характерные для данного стока. Такие пробы следует брать, например, через каждые 1 -2 ч, а иногда и через несколько минут (в зависимости от цели исследования) и сразу анализировать отобранные пробы.

В случае отбора проб воды из технологических стоков отбирать пробу лучше всего при помощи батометра или склянки емкостью 1,0-1,5 л, заключенной в металлическую оправу со свинцовым дном. Склянку закрепляют в металлической оправе специальным зажимом, охватывающим ее горлышко, и закрывают резиновой пробкой, привязанной к шнуру, при помощи которого пробку можно вынуть на требуемой глубине. Если в воде присутствует свободный сероводород, на правильный отбор пробы должно быть обращено особое внимание. В таких случаях следует на месте отбирать специальные пробы воды только для определения сероводорода. Каждую пробу отбирают в отдельный сосуд емкостью 250 мл, в который предварительно наливают 6-10 мл раствора ацетата кадмия или 1 - 2 мл 50%-го раствора гидроксида натрия. Воду надо наливать до пробки, чтобы в сосуде, по возможности, не оставалось пузырьков воздуха.

Посуда и пробки, применяемые для отбора проб, должны быть тщательно вымыты, причем посуду моют сначала теплой водой, потом хромовой смесью. Хромовую смесь наливают в загрязненную посуду до 1/3 ее объема, затем медленно и осторожно обмывают внутренние стенки сосуда. После этого хромовую смесь выливают обратно в сосуд для хранения, а очищаемый сосуд тщательно отмывают от хромовой смеси водой. Не должно остаться даже следов кислоты. Иногда, например, для определения биохимического потребления кислорода, требуется особенно чистая посуда. Для этого ее моют хромовой смесью, как описано выше, и пропаривают, а перед отбором пробы 2-3 раза ополаскивают исследуемой водой.

Материалы, из которых изготовлена лабораторная посуда, могут быть не только источниками загрязнений, но и причиной уменьшения концентрации определяемых компонентов в анализируемой пробе воды.

Стекло разных сортов имеет разные составы и химическую стойкость. Вода при 18°С выщелачивает за 7 дней из лучших сортов стекла до 70 мг Na2Ос 1 м2 поверхности. С повышением температуры эта величина существенно увеличивается. Большей щелочностью характеризуется лабораторное стекло обычных сортов, меньшей - стекло пирекс. В водные растворы в небольших количествах могут переходить химические элементы, входящие в состав стекла: кремний, бор, кальций, железо и др.

Растворимость стекла может быть причиной увеличения концентрации ионов в анализируемой пробе. Согласно стандарту при кипячении в течение 3 ч с 2 н. NAOH даже в химически стойком стекле допускается потеря 0,06 г. его на каждые 100 см2 поверхности сосуда.

Под действием воды происходит гидролиз силикатов с образованием коллоидной кремниевой кислоты, образующей на поверхности стекла плотную пленку, затрудняющую дальнейшее растворение стекла. Поэтому для уменьшения загрязнения проб, вследствие растворения стекла, рекомендуется обработка стеклянных сосудов водяным паром. Однако при этом следует учитывать, что кремниевая кислота может вести себя как ионит, т.е. обмениваться катионами и анионами с раствором, находящимся в сосуде. В этом случае говорят об адсорбции (поглощении) поверхностью стекла растворенных веществ. Для уменьшения адсорбции из разбавленных растворов на поверхности стеклянной посуды рекомендуется использовать посуду из стекла более стойких сортов (пирекса, кварцевого) или специально обрабатывать поверхность стекла.

Посуда из фторопласта и тефлона отличается высокой химической стойкостью. Даже концентрированные кислоты и концентрированные растворы щелочей не влияют на эти материалы в широком интервале температур при длительном воздействии. Изделия из фторопласта можно использовать при температурах до 100°С, из тефлона - до 250°С. Химически стойкой является посуда из полиэтилена. Однако на поверхности фторопластов и полиэтилена сорбируются некоторые катионы в заметных количествах.

При длительном стоянии отобранной для анализа пробы возможны существенные изменения в ее составе. Поэтому, если нельзя начать анализ сразу или, в крайнем случае, через 12 ч после отбора пробы, необходимо ее консервировать для стабилизации химического состава.

Универсального консервирующего вещества не существует. Для полного анализа жидкости обычно требуется отобрать пробу в несколько бутылей, в которых ее консервируют добавлением разных веществ. Для определения содержания некоторых компонентов, например сульфидов, сульфитов, агрессивного диоксида углерода, следует брать пробы в отдельные бутыли для каждого из этих определений.

Консервирование сточных вод весьма затруднительно особенно при наличии в пробе нерастворимых веществ. Оно допустимо только в том случае, если консервирующий реагент не препятствует определению тех или иных компонентов сточной воды или определение невозможно провести непосредственно после отбора пробы.

Пробы для определения всех видов связанного азота, окисляемости, пиридина и т.п. консервируют, прибавляя к ним серную кислоту: прибавляют по 2 мл разбавленной (1:3) серной кислоты на каждый литр исследуемой пробы. Пробы для определения взвешенных веществ и сухого остатка консервируют, прибавляя к ним 2 мл хлороформа на каждый литр пробы. После прибавления хлороформа жидкость следует хорошо перемешать. Для определения фенолов в воде ее подщелачивают, добавляя по 5 г щелочи на каждый литр воды. Во многих случаях, например при исследовании изменений в составе воды, находящейся в отстойнике, добавлять консервирующие вещества недопустимо. В таких случаях воду анализируют как можно скорее после отбора пробы и затем повторяют анализ сначала через 1-2 дня, затем реже.

Подготовка жидких проб к анализу состоит в следующем. Если в жидкости присутствует отдельная гетерогенная фаза (взвесь), то эту фазу отделяют отстаиванием или центрифугированием. Аналитический контроль заключается в определении количества взвешенных веществ и состава твердой фазы.

Если необходимо определить содержание в пробе отдельных растворенных компонентов (например, ионов тяжелых металлов), то чаще всего прибегают к их осаждению с помощью подходящих реагентов.

Если компонент жидкой пробы определяют посредством его окисления, то иногда приходится считаться с тем, что применяемый реагент расходуется и на окисление тех или иных веществ, присутствующих в твердой фазе. Тогда надо решать, что выгоднее: провести предварительное отстаивание жидкости, чтобы уменьшить расход реагента-окислителя, или же подвергать окислению всю суспензию. В таких случаях надо знать состав обеих фаз - жидкой и твердой - в отдельности и содержание твердой фазы (взвешенных веществ) в единице объема пробы.

При определении газообразных или легко летучих компонентов жидких проб (кислорода, свободного аммиака, свободного сероводорода и т.д.) предварительное фильтрование пробы недопустимо, так как в процессе фильтрования происходят потери определяемого вещества. Тогда на каждое такое определение отбирают специальную пробу и анализируют ее, не фильтруя.

Отбор проб твердых веществ

При анализе твердых веществ неравномерных по составу (конгломератов) отбирают так называемую среднюю лабораторную пробу. Весь материал измельчают до кусков подходящей нбольшой величины, затем квартованием отбирают часть этой пробы, измельчают до кусков несколько меньшей величины и сноваделят. Эту операцию повторяют до тех пор, пока не получится проба, по величине достаточная для выполнения всего анализа, но не слишком большая во избежание излишней работы при ее окончательной подготовке. Всю эту пробу измельчают до частиц такого размера, чтобы свести к минимуму ошибки при взятии навесок для анализа, а степень измельчения была достаточной для последующей химической обработки.

Измельчение следует проводить так, чтобы при этой операции не происходило химических изменений или селективного распыления отдельных компонентов.

Если существует вероятность сильного различия в составе разных по величине частиц одной и той же пробы, рекомендуется поступать следующим образом.

При необходимости особо точного анализа всю пробу надо просеять через сита разных размеров (избегая потерь от распыления), взвесить каждую из полученных таким образом фракций и приготовить пробу, отбирая от каждой фракции количество, пропорциональное весу этой фракции.

При выполнении обычных анализов можно всю пробу измельчить достаточно тонко, чтобы, взяв из нее после перемешивания некоторое число мелких порций и смешав их, получить навеску для анализа, состав которой соответствовал бы среднему составу образца.

Для измельчения достаточно твердых образцов (минералов, кремнезема и др.) используют агатовые ступки (фарфоровые непригодны).

После измельчения и взвешивания образца проводят процедуру пробоподготовки для конкретной методики анализа.

Измельчение следует проводить так, чтобы при этой операции не происходило химических изменений или селективного распыления отдельных компонентов.

Если существует вероятность сильного различия в составе разных по величине частиц одной и той же пробы, рекомендуется поступать следующим образом.

При необходимости особо точного анализа всю пробу надо просеять через сита разных размеров (избегая потерь от распыления), взвесить каждую из полученных таким образом фракций и приготовить пробу, отбирая от каждой фракции количество, пропорциональное весу этой фракции.

При выполнении обычных анализов можно всю пробу измельчить достаточно тонко, чтобы, взяв из нее после перемешивания некоторое число мелких порций и смешав их, получить навеску для анализа, состав которой соответствовал бы среднему составу образца.

Для измельчения достаточно твердых образцов (минералов, кремнезема и др.) используют агатовые ступки (фарфоровые непригодны).

После измельчения и взвешивания образца проводят процедуру пробоподготовки для конкретной методики анализа.

2. Единицы измерения концентраций жидкости, газов и паров

2.1 Единицы измерения концентраций жидкости, газов и паров, их зависимость от температуры и давления

Концентрация определяемого компонента газовой смеси может выражаться в весовых, объемных единицах и в частях по объему.

Весовая концентрация - это весовое количество (в мг или г) газа в 1 л (или м3) смеси.

Объемная концентрация - число объемов газа в 100 объемах смеси (выражается в объемных процентах).

Концентрация в частях по объему - это объем газа, содержащийся в

1 000 000 (ррм) или в 1000 000 000 (ррв) объемах смеси.

Концентрации определяемого компонента в зависимости от его объемного содержания в смесях делят на: макроконцентрацию (от 0,01 до 100%), микроконцентрацию (от 10-4 до 0,01%) ультрамикроконцентрацию (не менее 10-4%).

Для «идеальных» газов переход от одних выражений концентрации газов к другим производится по уравнениям: Б, (ррм) = 10000А, (%); (1)

6,236Т

А, (%) = ------------ В, (г/м3); (2)

МР

160,4 МР

В, (мг/м3) = ------------- А (%), (3)

Т

где А, Б, В-соответственно объемная, в частях по объему и в

В ходе проведенной работе изучены виды пробоотбора и пробоподготовки жидких, газовых смесей, факторы, влияющие на выбор способа пробоотбора и пробоподготовки жидких и газовых смесей; рассмотрены устройства, применяемые при пробоотборе, раскрыты методы и порядок отбора различных смесей с последующей подготовкой их для лабораторных анализов. Отбор и подготовка проб газовых смесей для циклических и разовых измерений

1. А.А. Черепенников. Химия воздушной среды. - Л.: Стройиздат, 1971 г. - 127 с.

2. Аналитический контроль в основной химической промышленности / Н.Ф. Клещев и др. - М.: Химия, 1992 г. - 272 с.

3. Булгаков А.Б., Гусельников М.Э. Проблемы контроля состава промвыбросов тепловых электростанций и котельных. Тез. докл. н-тех. семинара «Энергетика: экология, надежность, безопасность». - Томск: ИПФ ТПУ, 1994 г., с. 81.

4. Измерения в промышленности: Спр. изд. в 3-х кн. Кн.3. Способы измерения и аппаратура: Пер. с нем. / Под ред. Профоса П. - 2-е изд., перераб. и доп. - М.: Металлургия, 1990 г. - 344 с.

5. Электрические измерения неэлектрический величин / Под ред. П.В. Новицкого. - Л.: Энергия, 1975 г. - 576 с.

Размещено на .ru