Пробоподготовка и её роль в обеспечении единства измерений

На выходе хроматографа может быть установлен детектор самой различной конфигурации. Это может быть простой детектор по теплопроводности или подавлению, а может быть прецизионный прибор, такой, как спектрофотометр или масс-спектрометр.

 

 

Измерения состава жидкостей и твердых тел

В приборах для измерения состава жидкостей и твердых тел много общих моментов. С какой-то долей уверенности можно считать, что основное отличие методов анализа состава жидкостей и твердых тел состоит в процедуре пробоподготовки. На самом деле, для анализа взвесей в жидкостях применяют методы выделения твердых компонентов фильтрацией или перегонкой. В то же время практически любой анализ состава твердого металла или сплава можно превратить в анализ жидкой фазы, растворив пробу в какой-либо кислоте.

 

 

Методы анализа пробоподготовки жидкостей и твердых тел

Очень распространенным методом пробоподготовки в анализе жидкостей является жидкостная хроматография. Суть этого метода идентична газовой хроматографии с той разницей, что через сосуд с сорбентом пропускается не газ, а проба в виде жидкости. Время прохождения различных компонентов, присутствующих в жидкости, разное, поэтому на выходе примеси или загрязнители в основной компоненте появляются в разное время. На выходе из жидкостной хроматографической колонки устанавливают какой-либо простой детектор, например рефрактометр, регистрирующий показатель преломления, или более сложные устройства типа атомно-абсорбционного фотометра или IСР-анализатора.

При определении ряда примесей в жидкости в ряде приборов используют выпаривание пробы. При этом многие соединения остаются в твердой фазе. Далее продукты упаривания вводят в том или ином виде в графитовые атомизаторы в атомно-абсорбционном анализе, или в разрядные промежутки источников излучения в эмиссионном спектральном анализе.

При анализе состава жидкостей методом индуктивно-связанной плазмы (ICP) пробу переводят в аэрозоль в специальном устройстве, называемом небулайзером. Последний представляет собой пульверизатор, создающий аэрозоль очень высокой степени дисперсности (очень малый размер капель аэрозоля). Это необходимо для того, чтобы введение капель жидкости в плазме горелки не изменяло бы существенно режим горения ICP анализатора.

Пробоподготовка твердых образцов к анализу необходима в обратной последовательности в сравнении с подготовкой жидкости - т. е. для проведения атомно-абсорбционного анализа пробу измельчают и помещают в графитовую печь, а при анализе на ICP анализаторе пробу растворяют чаще всего в чистой азотной кислоте и затем поступают так. В том случае, когда в анализе твердых металлических образцов используется дуговой или искровой метод атомизации пробы, анализируемый образец используется в качестве одного из электродов. Поскольку поверхности твердых тел обычно сорбируют различного рода примеси, до проведения анализа образцы обрабатываются либо механически, либо ионной полировкой, либо т. н. обыскриванием, т. е. испарением поверхностных участков на той же установке, на которой проводится анализ.

В том случае, когда в дуге или в искре необходимо проанализировать какое-либо вещество, не проводящее электричество, пробу набивают в специальное углубление в электроде, иногда предварительно перемешав ее с графитовым порошком.

В ряде случаев для эмиссионного спектрального анализа пробоподготовка не требуется. Если анализируемым объектом является поверхность какого-либо металла или сплава, дуговой разряд, свечение которого является источником информации о составе вещества, зажигают между исследуемой поверхностью и электродом анализатора.

Принцип измерения концентрации загрязнений в сточных водах, состоит в том, что в оптическую кювету с пробой добавляют дозированное количество реагентов, образующих с определенным ионом загрязняющего вещества окрашенное растворимое в воде соединение. После прохождения реакции, время которой указывается в методике измерений, кювету с пробой помещают в цилиндрическую измерительную камеру фотометра. Фотометр представляет собой три светодиода - красный, зеленый и синий, против которых расположены фотоприемники. Аналитический сигнал формируется на основании обработки информации о коэффициенте поглощения окрашенного раствора в красной, зеленой и синей областях спектра. Зависимость такого сигнала от концентрации достаточно сложная, но прибор тщательно калибруется по стандартным растворам. В результате становятся возможными измерения концентрации загрязнителей на уровне предельно допустимых (ПДК) с погрешностью в 25-30%. Для оценки уровня загрязнений в сточных водах городов и предприятий такой точности вполне достаточно, а прибор получается простым в эксплуатации, компактным и недорогим в сравнении со сложными измерительными комплексами.

Средства измерения концентраций загрязняющих компонентов в сточных водах имеет смысл разделить на индикаторные и арбитражные. Первые отличаются простотой и малой стоимостью, вторые должны быть достаточно точными и давать достоверную (правильную) информацию.

Среди индикаторных методов, используемых в измерениях концентраций примесей в сточных водах, имеет смысл упомянуть устройства для измерения проводимости и кислотности. Такие приборы устанавливают в основном в местах сброса сточных вод предприятий. Практически любое вещество, являющееся технологическим сбросом предприятия, вызывает изменение проводимости и кислотности среды. Измерение этих параметров может быть легко организовано простейшим прибором для измерения электрического сопротивления или разности потенциалов. Такие устройства можно легко автоматизировать и организовать передачу информации по телефонным линиям, имеющимся в каждом населенном пункте. Невысокая стоимость индикаторов проводимости и кислотности сточных вод чрезвычайно привлекательна для их массового использования.

В отличие от индикаторных методов анализа арбитражные методы достаточно сложны как в аппаратурном использовании, так и с методической стороны. Наиболее распространенным арбитражным методом анализа примесей в жидкостях является атомно-абсорбционный спектральный анализ.

Сущность атомно-абсорбционного анализа состоит в том, что анализ проводится в несколько этапов, самым важным из которых является этап атомизации пробы. В дальнейшем продукты атомизации в газовой фазе просвечиваются излучением источника света на длинах волн (частотах), соответствующих максимумам поглощения данного элемента.

Существенным элементом этомно-абсорбционного анализатора является атомизатор - устройство или блок, в котором материал пробы преобразуется в газовую фазу, состоящую из атомов или ионов веществ, входящих в состав пробы. Существует несколько эффективных методов атомизации вещества.Самыми распространенными методами являются атомизация в пламени и в графитовой печи, нагреваемой до температуры около 1000 °С. Последние десятилетия широкое распространение получила комбинация этих типов атомизаторов, называемых печь-пламя.

Пламенный атомизатор представляет собой газовую горелку, работающую на ацетилене или на кислородно-водородной смеси, в пламя которой вдувается мелкодисперсный аэрозоль, содержащий исследуемую пробу.

Атомизатор в виде печи представляет собой трубку из графита, нагреваемую электрическим током. Трубка помещается в объем, наполненный буферным инертным газом. Последний предотвращает не только возможное выгорание графита, но и диффузию материала пробы из разогретых участков графитовой трубки. В результате удается удерживать продукты испарения пробы в разогретой зоне в зависимости от количества вещества пробы от нескольких секунд до нескольких часов.

При одновременном использовании в качестве атомизатора печи и пламени графитовая трубка помещается в пламя горелки. Тем самым достигается наиболее полная атомизация, что позволило добиться рекордной чувствительности анализа, достигающей, например, для большинства металлов, значений порядка 10-6 микрограмм на литр.

Другим универсальным методом анализа состава веществ и материалов в жидкой и твердой фазе являются различные варианты приборов для эмиссионного спектрального анализа. Спектральные эмиссионные анализаторы используют собственное излучение элементов, входящих в состав пробы.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Литература:

1. Козлов М.Г. Метрология и стандартизация. – Москва - Санкт-Петербург Издательство "Петербургский институт печати", 2001.
2. Лифшиц И.М. Основы стандартизации, метрологии и сертификации. Учебник. – М., изд. "Юрайт" 2001.