Подготовка проб товаров к анализу. Химико-аналитический контроль

Схема процесса анализа
*
Химико-аналитический контроль Шачек Т.М., к.т.н., доцент
Объект
исследования
Отбор
пробы
Пробо-
подготовка
Измерение
Обработка
результатов
Отчет
Принцип
анализа
Метод анализа
Методика анализа

Подготовка проб к анализу
Пробоподготовка занимает в среднем около 80% времени всего анализа.
Методика пробоподготовки определяется способом ввода пробы в имеющийся прибор.
Основной способ — это ввод жидких проб в виде аэрозоля.
Имеются также системы для ввода газообразных и твердых проб, процедуры пробоподготовки для которых отличаются от процедур для жидких проб.
*
Химико-аналитический контроль Шачек Т.М., к.т.н., доцент

Подготовка проб к анализу
Пробоподготовка для систем ввода жидких проб может включать следующие этапы:
Разбавление или концентрирование;
Солюбилизация;
Экстракция кислотная и растворителями (часто — после комплексообразования);
Фильтрация;
Центрифугирование;
Ионообмен;
Окисление;
Отгонка;
Минерализация (озоление).
*
Химико-аналитический контроль Шачек Т.М., к.т.н., доцент

Подготовка проб к анализу
Любая из указанных процедур вносит в результат анализа погрешности, оценить которые можно только теоретически и с низкой точностью.
Ошибка, вносимая при взятии пробы и при пробоподготовке, намного (до трех порядков) превышает ошибку метода анализа.
К сожалению, это часто упускают из вида!!!
*
Химико-аналитический контроль Шачек Т.М., к.т.н., доцент

Подготовка проб к анализу
Практически при любом методе анализа мы определяем состав веществ, получившихся в результате пробоподготовки, а не содержавшихся в исходной пробе.
От преданалитических процедур, применяемых в данной лаборатории, зависит возможность сопоставлять полученные в ней данные с результатами других лабораторий.
*
Химико-аналитический контроль Шачек Т.М., к.т.н., доцент

*
Химико-аналитический контроль Шачек Т.М., к.т.н., доцент
Подготовка проб к анализу
Высушивание
Разложение
Отделение аналита от матрицы
Концентрирование аналита
Измельчение
Гомогенизация

Подготовка проб к анализу
Физические приемы подготовки пробы (измельчение, гомогенизация, удаление влаги, обработка поверхности);
Способы подготовки пробы для перевода ее в раствор − растворение, мокрое и сухое разложение, сплавление;
Способы подготовки пробы для перевода ее в газообразную фазу (термическое разложение): пиролиз, сухое озоление;
Отделение аналита от матрицы − разделение и экстракция;
Концентрирование пробы.
*
Химико-аналитический контроль Шачек Т.М., к.т.н., доцент

Подготовка проб к анализу
Физические приемы подготовки пробы (измельчение, гомогенизация, удаление влаги, обработка поверхности);
Способы подготовки пробы для перевода ее в раствор − растворение, мокрое и сухое разложение, сплавление;
Способы подготовки пробы для перевода ее в газообразную фазу (термическое разложение): пиролиз, сухое озоление;
Отделение аналита от матрицы − разделение и экстракция;
Концентрирование пробы.
*
Химико-аналитический контроль Шачек Т.М., к.т.н., доцент

Измельчение и гомогенизация
*
Химико-аналитический контроль Шачек Т.М., к.т.н., доцент
Предназначены для быстрого и не тонкого измельчения сухих, хрупких и сыпучих материалов, мягких, волокнистых и растительных тканей, а также для материалов с большим содержанием воды.
Лабораторные блендеры

Измельчение и гомогенизация
*
Химико-аналитический контроль Шачек Т.М., к.т.н., доцент
Лабораторные блендеры WARING

Измельчение и гомогенизация
*
Химико-аналитический контроль Шачек Т.М., к.т.н., доцент
Вибрационная дисковая мельница
Проба измельчается до требуемой аналитической тонкости. Получаемый порошок имеет наивысшую степень гомогенизации и тонкости .
Материал на входе: до 15 мм.
Конечная тонкость: менее 40 мкм.
Объем образца: 35-150 мл
Образцы для измельчения: Цемент, цементный клинкер, керамика, уголь, кокс, бетон, корунд, стекло, оксиды металлов, минералы, руды, части растений, силикаты, шлак, почвы.

Измельчение и гомогенизация
*
Химико-аналитический контроль Шачек Т.М., к.т.н., доцент
Планетарная шаровая мельница
Измельчает и смешивает от мягких, среднетвердых до очень твердых, хрупких и волокнистых материалов.
Используется там, где требуется самая высокая степень тонкости. Можно выполнять сухое и мокрое измельчение.
Области применений: Минералы, руды, сплавы, химикаты, стекло, керамика, части растений, почвы, осадки сточных вод, бытовые и промышленные отходы, лекарственные средства, таблетки и другие материалы.
Конечная тонкость: < 1 мкм, для коллоидного измельчения < 0,1 мкм.

*
Химико-аналитический контроль Шачек Т.М., к.т.н., доцент
Подготовка проб к анализу
Высушивание
Разложение
Отделение аналита от матрицы
Концентрирование аналита
Измельчение
Гомогенизация

Вода в пробах
Химически связанная вода
Неотъемлемая часть молекулярной и кристаллической структуры:
Кристаллизационная – BaCL2·H2O, CaSO4·H2O и др.;
Конституционная – выделяющая при разложении вещества при нагревании, например Ca(OH)2.
*
Химико-аналитический контроль Шачек Т.М., к.т.н., доцент

Вода в пробах
Химически несвязанная вода
Адсорбированная;
Сорбированная;
Окклюдированная.
Причины: загрязнение из атмосферы или раствора.
Влияющие факторы:
температура и влажность окружающей среды;
способ отбора и хранения проб;
приемы и степень измельчения пробы.
*
Химико-аналитический контроль Шачек Т.М., к.т.н., доцент

Способы удаления влаги
Высушивание на воздухе;
Высушивание в сушильных шкафах – (105-120)°С;
Высушивание в эксикаторах над влагопоглощаю-щими веществами (хлорид кальция, фосфорный ангидрид, перхлорат магния и др.);
Лиофильное высушивание (в замороженном состоянии, t до -85°С)
Вакуумная сушка;
Сушка с использованием микроволнового излучения.
110°С в течение 1–2 часа !!!
*
Химико-аналитический контроль Шачек Т.М., к.т.н., доцент

Методы определения воды
Гравиметрический
Прямой – поглощение выделившейся воды поглотителем;
Косвенный – по потере массы анализируемой пробы при ее высушивании или прокаливании.
Титриметрический
С использованием реагента Фишера.
*
Химико-аналитический контроль Шачек Т.М., к.т.н., доцент

*
Химико-аналитический контроль Шачек Т.М., к.т.н., доцент
Подготовка проб к анализу
Высушивание
Разложение
Отделение аналита от матрицы
Концентрирование аналита
Измельчение
Гомогенизация

Подготовка проб к анализу
Физические приемы подготовки пробы (измельчение, гомогенизация, удаление влаги, обработка поверхности);
Способы подготовки пробы для перевода ее в раствор − растворение, мокрое и сухое разложение, сплавление;
Способы подготовки пробы для перевода ее в газообразную фазу (термическое разложение): пиролиз, сухое озоление;
Отделение аналита от матрицы − разделение и экстракция;
Концентрирование пробы.
*
Химико-аналитический контроль Шачек Т.М., к.т.н., доцент

Разложение с переводом пробы в раствор
Выбор способа зависит от:
Природы матрицы объекта;
Химического состава образца;
Химических свойств определяемого компонента;
Цели анализа;
Используемого метода анализа.
*
Химико-аналитический контроль Шачек Т.М., к.т.н., доцент

Разложение с переводом пробы в раствор.
Растворение
Растворители
Вода;
Вода+минеральные кислоты;
Вода+этанол;
Спирты, хлорированные углеводороды, кетоны, метанол, циклогексанон и др.;
Разбавленные или концентрированные кислоты.
*
Химико-аналитический контроль Шачек Т.М., к.т.н., доцент

Разложение с переводом пробы в раствор. Растворение
*
Химико-аналитический контроль Шачек Т.М., к.т.н., доцент

Разложение с переводом пробы
в раствор. Озоление (разложение)
Озоление=Разложение=
Минерализация=Вскрытие пробы
Цель − полное разложение органических веществ пробы.
Это основной метод подготовки пробы
при проведении многоэлементного анализа с применением современных методов − оптических, хроматографических и потенциометрических.
*
Химико-аналитический контроль Шачек Т.М., к.т.н., доцент

Разложение с переводом пробы
в раствор. Озоление (разложение)
1. Матричные эффекты Что это?
Несмотря на всевозможные приемы учета миминимизации этих эффектов в матобеспечении (поправки на интерференцию), избавиться от них полностью не удается.
В итоге правильность результатов анализа во многом зависит от профессионализма аналитиков.
*
Химико-аналитический контроль Шачек Т.М., к.т.н., доцент

Разложение с переводом пробы
в раствор. Озоление (разложение)
2. Наличие углерода
Независимо от того, присутствует ли он в пробе в составе органических или неорганических молекул, оказывает особенно большое влияние на результат анализа;
Спектр углерода имеет линии почти во всех аналитических областях спектров других элементов, что вызывает необходимость избавляться от него в процессе пробоподготовки путем озоления (минерализации) пробы.
*
Химико-аналитический контроль Шачек Т.М., к.т.н., доцент

Разложение с переводом пробы
в раствор. Озоление (разложение)
3. На озоление приходится огромная доля ошибок анализа
В процессе минерализации необходимо не только избавиться от углерода, но и минимизировать в пробе изменения содержания элементов, связанные с их летучестью и загрязнением.
Безупречно достичь обеих этих целей почти невозможно!!!
*
Химико-аналитический контроль Шачек Т.М., к.т.н., доцент

Разложение с переводом пробы
в раствор. Озоление (разложение)
Это основной метод подготовки пробы при проведении многоэлементного анализа с применением современных методов − оптических, хроматографических и потенциометрических.
Озоление (минерализация) пробы играет основную роль в процессе концентрирования микроэлементов в органических объектах.
*
Химико-аналитический контроль Шачек Т.М., к.т.н., доцент

Разложение с переводом пробы
в раствор. Сухое озоление
=Сожжение в кислороде (сухая минерализация, сухое озоление)
Представляет собой нагревание пробы на воздухе до температуры 450-550°С в муфельной печи;
Единственным реагентом при сухом озолении является кислород воздуха, при помощи которого происходит окисление органической матрицы;
Используется для определения неорганических компонентов в органических материалах.
*
Химико-аналитический контроль Шачек Т.М., к.т.н., доцент

Разложение с переводом пробы в раствор. Сухое озоление
=Сожжение в кислороде (сухая минерализация, сухое озоление)
Этапы работ
*
Химико-аналитический контроль Шачек Т.М., к.т.н., доцент

*
Химико-аналитический контроль Шачек Т.М., к.т.н., доцент

Разложение с переводом пробы в раствор. Сухое озоление
Температуры озоления некоторых продуктов
*
Химико-аналитический контроль Шачек Т.М., к.т.н., доцент

Программируемая двухкамерная печь ПДП-Аналитика
Совмещение в одном устройстве электрической плитки
и муфельной камеры;
Возможность задания и хранения в памяти 9 программ этапов термообработки проб для каждой камеры;
Процессы выпаривания и озоления управляются
независимо друг от друга и могут осуществляться одновременно;
Использование тиглей различного объема:
кварцевых 20 и/или 65 мл и фарфоровых до 90 мл.
В комплектацию печи входит:
- тигли, указанного заказчиком образца: кварцевые V=20 мл (20 шт.) или кварцевые V=65 мл (12 шт.), или фарфоровые V=90 мл (10 шт.);
- методическое пособие по проведению минерализации проб пищевых продуктов.
- методика аттестации печи.
*
Химико-аналитический контроль Шачек Т.М., к.т.н., доцент

Разложение с переводом пробы в раствор. Сухое озоление
=Сожжение в кислороде (сухая минерализация, сухое озоление)
Преимущества
Метод прост в исполнении;
Применяется несложное, недефицитное, относительно дешевое и весьма производительное оборудование (муфельные печи).
*
Химико-аналитический контроль Шачек Т.М., к.т.н., доцент

Разложение с переводом пробы
в раствор. Сухое озоление
Особенности
Невозможно проводить анализ галогенов, Hg, As, Cs, Ga, и Rb, которые в этих условиях теряются;
Анализ щелочных металлов As, Bi, In, Р, S, Se, Sn, Тl во избежание их потери проводят только при стандартных продолжительности и температуре озоления;
Имеют значение особенности материала сжигаемого образца — матрицы. От соотношения элементов и от того, в какой химической связи они находятся с другими элементами в каждой матрице, зависит степень их потери.
*
Химико-аналитический контроль Шачек Т.М., к.т.н., доцент

Разложение с переводом пробы
в раствор. Сухое озоление
Недостатки
Потеря (+к галогенам) высоколетучих элементов — В, Са, Cd, Ge, Pb, Sb, Те, Ti, Zn;
Теряется некоторое количество элементов средней летучести − Ag, Al, Аи, Со, Сr, Си, Fe, Мп, Ni, Si, V;
Время озоления для разных элементов очень различно, поэтому стандартизацию этой процедуры для всех провести невозможно.;
Образование стойких нерастворимых в кислотах оксидов.
*
Химико-аналитический контроль Шачек Т.М., к.т.н., доцент

Разложение с переводом пробы в раствор. Сухое озоление
Выводы
1. Применение может сопровождаться серьезными ошибками вследствие:
улетучивания элементов, их адсорбции на тиглях;
загрязнения пробы материалом тигля, материалом печи, пылью из воздуха лаборатории;
2. Иногда добавляют вещества, способствующие более эффективному и быстрому окислению и предотвращающие улетучивание некоторых компонентов пробы;
*
Химико-аналитический контроль Шачек Т.М., к.т.н., доцент

Разложение с переводом пробы
в раствор. Сухое озоление
Выводы
3. В настоящее время от сухого озоления, ввиду вышеизложенного, практически отказались. Ошибки, вносимые этим методом пробоподготовки, настолько снижают воспроизводимость и правильность анализа, что получаемые результаты всегда считают сомнительными.
4. При условии жёсткой стандартизации всех манипуляций этим методом пользоваться можно (кроме определения галогенов).
*
Химико-аналитический контроль Шачек Т.М., к.т.н., доцент

Разложение с переводом пробы
в раствор. Мокрое озоление
Использование сильных окислителей − различных кислот и их смесей − при нагревании
Жидкий реагент:
Окислители или восстановители;
Берется в большом избытке;
Повышенные требования к его чистоте.
Материал посуды Из-за возможного частичного
растворения используют чашки и стаканчики из:
платины, фторопласта, стеклоуглерода.
*
Химико-аналитический контроль Шачек Т.М., к.т.н., доцент

Кислоты для мокрого озоления
*

Разложение с переводом пробы
в раствор. Мокрое озоление
*
Химико-аналитический контроль Шачек Т.М., к.т.н., доцент
Наиболее часто применяются смеси:
HNO3–H2SO4–HClO4;
HNO3–HClO4;
HClO4–H2SO4;
HNO3–H2O2.

*
Химико-аналитический контроль Шачек Т.М., к.т.н., доцент

Разложение с переводом пробы
в раствор. Мокрое озоление
*
Химико-аналитический контроль Шачек Т.М., к.т.н., доцент

Мокрое озоление. Разложение
в автоклавах (при повышенном давлении)
Воздействующие факторы:
Высокое давление (10−100 атм);
Высокий и постоянный во времени положительный окислительно-восстановительный потенциал системы;
Высокие температуры, превышающие температуры кипения системы;
Микроволновая обработка.
*
Химико-аналитический контроль Шачек Т.М., к.т.н., доцент

*
Химико-аналитический контроль Шачек Т.М., к.т.н., доцент

Мокрое озоление. Разложение
в автоклавах (при повышенном давлении)
Микроволновая система пробоподготовки
*
Химико-аналитический контроль Шачек Т.М., к.т.н., доцент
Подготовка проб горных пород, шлака, пищевых продуктов, почвы и т.п. ̶ от 20 до 45 минут.

Мокрое озоление. Разложение
в автоклавах (при повышенном давлении)
Система микроволновой пробоподготовки Analytik Jena TOPwave
*
Химико-аналитический контроль Шачек Т.М., к.т.н., доцент

Мокрое озоление. Разложение
в автоклавах (при повышенном давлении)
Система микроволновой пробоподготовки Analytik Jena TOPwave
Образцы в специальных автоклавах из высокопрочного хемо- и термостойкого тефлона PTFE-TFM загружаются в вертикальную циллиндрическую печь прибора − обеспечение дополнительной безопасности в работе;
Внутренняя поверхность печи покрыта тефлоном, повышающим долговечность прибора;
Вращающийся ротор, на который устанавливаются автоклавы, обеспечивает равномерный нагрев образцов в камере.
*
Химико-аналитический контроль Шачек Т.М., к.т.н., доцент

Мокрое озоление. Разложение
в автоклавах (при повышенном давлении)
Система микроволновой пробоподготовки Analytik Jena TOPwave
Система TOPwave автоматически контролирует условия разложения пробы для каждого образца;
Температура и давление измеряются бесконтактно с помощью встроенных в каждый автоклав беспроводных датчиков;
Система SMART (Sample Monitoring and Adaptation in RealTime) используется для сбора данных из автоклавов, анализа ее и контроля мощности нагрева образцов.
*
Химико-аналитический контроль Шачек Т.М., к.т.н., доцент

Мокрое озоление. Разложение
в автоклавах (при повышенном давлении)
Система микроволновой пробоподготовки Analytik Jena TOPwave
Отдельный выносной контроллер, оснащенный сенсорным дисплеем, предназначен для работы с данными;
Встроенное программное обеспечение на 7 языках имеет простой и интуитивно понятный интерфейс;
Система м.б. соединена с компьютером посредством USB-интерфейса для управления прибором и сбора, обработки, сохранения и передачи данных по сети непосредственно с рабочего место аналитика.
*
Химико-аналитический контроль Шачек Т.М., к.т.н., доцент

Мокрое озоление. Разложение
в автоклавах (при повышенном давлении)
Система микроволновой пробоподготовки Analytik Jena TOPwave
Встроенная система безопасности автоматически и непрерывно контролирует состояние системы и параметры разложения и остановит работу прибора при возникновении опасных ситуаций;
TOPwave позволяет разлагать широкий спектр матриц, например: металлы и сплавы; минералы, горные породы; стекла; металлургические шлаки; пластмассы; пищевые продукты; нефть и нефтепродукты; образцы грунта; биологические образцы.
*
Химико-аналитический контроль Шачек Т.М., к.т.н., доцент

Мокрое озоление.
Разложение в автоклавах
(повышенное давление, МВ-обработка)
Преимущества:
Взаимодействуют вещества, не взаимодействующие при обычных температурах и давлении;
Уменьшение количества реагентов (вся реакционная смесь ~ 10 см³);
Увеличение скорости разложения (до 10−20 мин для некоторых видов оборудования с микроволновой обработкой);
*
Химико-аналитический контроль Шачек Т.М., к.т.н., доцент

Мокрое озоление.
Разложение в автоклавах
(повышенное давление, МВ-обработка)
Преимущества:
Повышается безопасность;
Снижение потерь летучих компонентов − теряемые при открытом мокром озолении As, В, Cr, Hg, Sb, Se, Sn остаются в растворе.
*
Химико-аналитический контроль Шачек Т.М., к.т.н., доцент

Мокрое озоление.
Разложение в автоклавах
(повышенное давление, МВ-обработка)
Разработана методика МВ-разложения пищевых продуктов
Пшеница, капуста, картофель, молочные смеси, сухое молоко
с последующим определением 24 элементов в макро - и микроконцентрациях методами АА и АЭ спектрального анализа.
МВ-разложение применяют для определения в растительных объектах Cd, Ni, Co, Cr и Pb
АА методом с электротермической атомизацией.
*
Химико-аналитический контроль Шачек Т.М., к.т.н., доцент

Мокрое озоление.
Разложение при воздействии УЗ
Разработана методика кислотного разложения при воздействии ультразвуком (УЗ)
почв и биологических объектов
для определения Hg, Pb и других тяжелых металлов из одного раствора, применимая для серийных анализов.
Hg, Pb, Cu и Zn из проб почв, растений, лигнина и лечебных грязей полностью извлекаются при обработке смесью концентрированной конц. HNO₃ и HCl (3:1) при воздействии УЗ частотой
18 кГц в течение 2 минут.
*
Химико-аналитический контроль Шачек Т.М., к.т.н., доцент

Мокрое озоление.
Разложение при воздействии УЗ
Разложение при помощи ультразвука позволяет:
Повысить скорость мокрой минерализации мясопродуктов, хлебопродуктов, и молокопродуктов в 20−40 раз;
Комбикормов, кукурузы, мясокостной муки, отрубей пшеничных в 4−8 раз;
Увеличить степень и экспрессность извлечения микроэлементов из образца в раствор при анализе почв и растений по сравнению с сухим и мокрым озолением в 15-40 раз.
*
Химико-аналитический контроль Шачек Т.М., к.т.н., доцент

Мокрое озоление.
Разложение при воздействии УЗ
УЗ интенсификация кислотной минерализации жиров и масел, хлебопродуктов сокращает время минерализации в 20−40 раз, а степень извлечения Pb, Cu, Cd повышается с 90 до 98−99%;
УЗ интенсификация сухой минерализации допускается действующими государственными стандартами, что сокращает время минерализации на 10-20%.
*
Химико-аналитический контроль Шачек Т.М., к.т.н., доцент

Разложение с переводом пробы
в раствор. Мокрое разложение
Сплавление
Для анализа неорганических веществ, редко - для органических;
Когда проба не растворяется полностью в кислоте;
Образуются новые соединения , которые растворяются в воде или кислотах.
*
Химико-аналитический контроль Шачек Т.М., к.т.н., доцент

Разложение с переводом пробы
в раствор. Мокрое разложение
Измельченный образец +;
t = 300−1000°С, время определяют опытным путем;
Растворение в воде или кислотах.
*
Химико-аналитический контроль Шачек Т.М., к.т.н., доцент

Приготовление анализируемого раствора
Полученный после разложения остаток растворяют в растворителе, буферном или фоновом растворе;
Растворители − вода, разбавленные кислоты;
Приготовление буферных и фоновых растворов − описано в методиках выполнения измерений;
Тщательное перемешивание.
*
Химико-аналитический контроль Шачек Т.М., к.т.н., доцент

Приготовление анализируемого раствора
*
Химико-аналитический контроль Шачек Т.М., к.т.н., доцент
Специальная конструкция не дает жидкости перегреваться и выливаться.
Особые материалы и технологии делают прибор легким и бесшумным.
Прекрасный дизайн сочетается с компактностью и эргономичностью.
Мешалка для жидкостей малой и средней вязкости

Приготовление анализируемого раствора
*
Химико-аналитический контроль Шачек Т.М., к.т.н., доцент
Мощный мотор и встроенный микропроцессор обеспечивают постоянную скорость даже в том случае, когда вязкость меняется. Жидкость не выливается в процессе перемешивания.
Бесшумность и точность выполняемых операций, современный дизайн и эргономичная форма.
Два жидкокристалических дисплея отображают установки и скорость перемешивания.
Мешалка для жидкостей средней вязкости

Приготовление анализируемого раствора
*
Химико-аналитический контроль Шачек Т.М., к.т.н., доцент
Используются для работы с небольшими объемами жидкости, часто для проведения титрования.
Магнитные мешалки

Приготовление анализируемого раствора
*
Химико-аналитический контроль Шачек Т.М., к.т.н., доцент
Приборы для термостатируемого встряхивания
Одновременное перемешивание проб и контроль температурных условий.
Две независимые программы с отдельными фазами перемешивания и отдыха.
Документирование согласно требованиям GLP.
Девять различных термоблоков.
Автоматическое распознание установленного блока.

Работа с анализируемым раствором
Анализируют весь раствор или часть его – аликвоту;
Анализируют 2−3 параллельные пробы;
Проводят «Холостой» опыт (англ. − blank).
Проведение всей процедуры анализа вещества или материала без аналитической пробы.
*
Химико-аналитический контроль Шачек Т.М., к.т.н., доцент

Подготовка пробы к анализу
Физические приемы подготовки пробы (измельчение, гомогенизация, удаление влаги, обработка поверхности);
Способы подготовки пробы для перевода ее в раствор − растворение, мокрое и сухое разложение, сплавление;
Способы подготовки пробы для перевода ее в газообразную фазу (термическое разложение): пиролиз, сухое озоление, гидрирование;
Отделение аналита от матрицы − разделение и экстракция;
Концентрирование пробы.
*
Химико-аналитический контроль Шачек Т.М., к.т.н., доцент

Разложение с переводом пробы
в газ. Термическое разложение
Пиролиз
Разложение в отсутствии реагирующих веществ
Условия:
t = 300–700°С (для органических веществ);
t = 1000–1500°С (для неорганических веществ);
Скорость нагрева большая;
Атмосфера инертного газа (азот, гелий);
*
Химико-аналитический контроль Шачек Т.М., к.т.н., доцент

Разложение с переводом пробы
в газ. Термическое разложение
Пиролиз
Разложение в отсутствии реагирующих веществ
Способы:
Прокаливание в тигле;
Нанесение на металлическую проволоку;
Облучение лазером или потоком электронов высокой энергии и др.;
Заключительный этап:
Поглощение продуктов пиролиза твердыми сорбентами.
*
Химико-аналитический контроль Шачек Т.М., к.т.н., доцент

Разложение с переводом пробы
в газ. Термическое разложение
Сухое озоление
Термическое разложение с окислением
Способы:
Сожжение в кислороде;
Сожжение в токе кислорода и воздуха;
Использование катализаторов – Pt, Ni и др.;
Использование закрытых стеклянных и кварцевых сосудов при нормальном и высоком давлении.
*
Химико-аналитический контроль Шачек Т.М., к.т.н., доцент

Подготовка проб для системы ввода в виде аэрозолей
Перед получением летучих производных проба д.б. переведена в раствор.
Существуют приспособления, переводящие ряд элементов (As, Bi, Си, Ge, Hg, Р, Pb, Sb, Se, Si, Sn, Те) в газовую фазу в виде гидридов;
Получение гидридов увеличивает чувствительность анализа почти на порядок;
Необходимо сложное и дорогостоящее оборудование.
*
Химико-аналитический контроль Шачек Т.М., к.т.н., доцент

Подготовка проб для системы ввода в виде аэрозолей
Перед получением летучих производных проба д.б. переведена в раствор.
Способы гидрирования − боратом натрия, гидридом алюминия-лития, электрохимически;
На практике чаще используют метод гидрирования с щелочным раствором NaBH4, добавляемым к кислым растворам пробы.
*
Химико-аналитический контроль Шачек Т.М., к.т.н., доцент

Разложение с переводом пробы
в газ. Гидрирование
Способы гидрирования: боратом натрия, гидридом алюминия-лития, электрохимически.
Наиболее распространен: метод гидрирования с щелочным раствором NaBH4, добавляемым к кислым растворам пробы.
Преимущества:
Увеличение чувствительности анализа почти на порядок. Однако не всех элементов одинаково.
Недостатки:
Требуется дополнительная калибровка и стандартизация анализируемой матрицы;
Наличие дополнительного оборудования;
Проба должна быть соответствующим образом подготовлена, переведена в раствор, значит применимы все приведенные выше рассуждения об ошибках пробоподготовки;
Загрязнение усиливается на этапе генерации летучих производных.
*
Химико-аналитический контроль Шачек Т.М., к.т.н., доцент

Подготовка проб для системы ввода в виде аэрозолей
Аэрозоль пробы можно получить также с помощью дуги, искровой или лазерной абляции
Недостатки метода:
требуются довольно сложные и дорогие приставки;
сохраняется загрязнение вследствие интерференции разных элементов и влияния на результат анализа примесей углерода и макроэлементов.
*
Химико-аналитический контроль Шачек Т.М., к.т.н., доцент

Подготовка проб для системы ввода в виде аэрозолей
Модернизировать процесс можно используя УЗ-распылитель с термопневматической системой
Метод позволяет анализировать водопроводную и природные воды без дополнительных обработок, упариваний и т.п.
Принцип его действия − концентрирование минеральной части пробы.
*
Химико-аналитический контроль Шачек Т.М., к.т.н., доцент

Подготовка проб для системы ввода в виде аэрозолей
Пробоподготовку образцов, содержащих много органики (биологических жидкостей, крови, мочи), проводят с индивидуальной коррекцией методик.
Причина: Белки, содержащиеся в образцах, при прямом вводе оседают практически на всех материалах, с которыми соприкасаются, вместе со связанными с ними элементами.
Решение проблемы: Несколько уменьшить степень адгезии белоксодержащих жидкостей можно, применяя трубки и шланги, изготовленные из материалов со сверхскользкими покрытиями.
*
Химико-аналитический контроль Шачек Т.М., к.т.н., доцент

Подготовка проб для системы ввода в виде аэрозолей
Модернизировать процесс можно используя УЗ-распылитель с термопневматической системой
Чувствительность метода ICP-AES повышается на порядок.
Недостатки метода:
Высокая стоимость;
Увеличивается «эффект матрицы» и завышается результат анализа элементов, содержащихся в заметных количествах.
*
Химико-аналитический контроль Шачек Т.М., к.т.н., доцент

Подготовка пробы к анализу
Физические приемы подготовки пробы (измельчение, гомогенизация, удаление влаги, обработка поверхности);
Способы подготовки пробы для перевода ее в раствор − растворение, мокрое и сухое разложение, сплавление;
Способы подготовки пробы для перевода ее в газообразную фазу (термическое разложение): пиролиз, сухое озоление, гидрирование;
Отделение аналита от матрицы − разделение и экстракция;
Концентрирование пробы.
*
Химико-аналитический контроль Шачек Т.М., к.т.н., доцент

Разделение аналита и матрицы. Концентрирование пробы
Аналит
Определяемый компонент.
Матрица
Основа пробы.
Устранение мешающего влияния компонентов пробы:
Маскирование компонентов;
Физическое устранение компонентов.
*
Химико-аналитический контроль Шачек Т.М., к.т.н., доцент

Разделение аналита и матрицы. Концентрирование пробы
Концентрирование
Процесс в результате которого возрастает концентрация компонента в растворе.
Абсолютное концентрирование – увеличение концентрации всех микрокомпонентов пробы;
Относительное концентрирование –отделение определяемого микрокомпонента от мешающих макрокомпонентов или удаление последних.
*
Химико-аналитический контроль Шачек Т.М., к.т.н., доцент

Разделение аналита и матрицы. Концентрирование пробы
Методы разделения и концентрирования
Отгонка летучих компонентов;
Выпаривание;
Осаждение или соосаждение на коллекторе;
Экстракция и ионный обмен;
Электролитическое выделение;
Колоночная хроматография и сорбция.
*
Химико-аналитический контроль Шачек Т.М., к.т.н., доцент

Роль аналитика при подготовке пробы
При больших объемах рутинных анализов необходимо решить проблему минимизации стадий пробоподготовки и их параметров, не ухудшив при этом точность анализа.
Один из вариантов − детальное выполнение всех рекомендаций по выполнению анализа для данного объекта.
Источники информации
ГОСТы, прописи в методических руководствах, руководящие материалы различных ведомств.
*
Химико-аналитический контроль Шачек Т.М., к.т.н., доцент

Подготовка проб к анализу
Методическое обеспечение этапа
СТБ 1059-98 Радиационный контроль. Подготовка проб для определения стронция-90
ГОСТ 16296-79 Масса древесная. Метод подготовки проб к физико-механическим испытаниям
ГОСТ 26929-94 Сырье и продукты пищевые. Подготовка проб. Минерализация для определения содержания токсичных элементов
*
Химико-аналитический контроль Шачек Т.М., к.т.н., доцент

Роль аналитика при подготовке пробы
Применение этих процедур:
значительно увеличивает трудоемкость работы и стоимость анализа;
Но полностью не исключает риска существенных погрешностей вследствие многостадийности процедур и не абсолютной чистоты реактивов.
Однако если предварительной работой по соблюдению правильности пренебречь, точность анализа может значительно снизиться.
*
Химико-аналитический контроль Шачек Т.М., к.т.н., доцент

Роль аналитика при подготовке пробы
*
Химико-аналитический контроль Шачек Т.М., к.т.н., доцент