Меню
Главная
Авторизация/Регистрация
 
Главная arrow Техника arrow Аналитическая химия

ПОДГОТОВКА ПРОБЫ

Лишь очень немногие методы анализа допускают возможность исследования пробы без предварительной подготовки (например, методы неразрушающего анализа). Как правило, для проведения анализа необходимо превращение пробы в форму, допускающую проведение измерений.

Пробоподготовка — совокупность процедур, проводимых с целью подготовки пробы к анализу.

Процедура пробоподготовки обычно состоит из двух частей: предварительной и окончательной стадий.

  • 1. Предварительная стадия, цель которой — получение пробы определенной массы и однородности. Эта стадия включает обычно следующие основные операции:
    • • высушивание: образец высушивают на воздухе или в сушильном шкафу при 105—120 °С в течение 1—2 ч; при сушке сложных объектов (растения, пищевые продукты и т.п.) используют вакуумную сушку или микроволновое излучение, что сокращает время операции до нескольких минут;
    • • измельчение, смешивание и т.п. Любая проба нуждается в дополнительной гомогенизации перед ее усреднением и сокращением, в противном случае ее представительность не может быть гарантирована.
  • 2. Окончательная стадия, цель которой — перевод пробы в удобную для проведения измерений форму, т.е. в такое физическое состояние, которое необходимо для выбранной методики.

В большинстве методов требуется перевести пробы в растворенное состояние (например, электрохимические и химические методы применимы, главным образом, к растворам). Основные операции — растворение, вскрытие (разложение) пробы, разбавление, минерализация и др.

Растворение пробы в различных растворителях (воде, кислотах, их смесях, щелочах и органических растворителях) относят к так называемым мокрым способам пробоподготовки. К альтернативному, «сухому» способу прибегают, когда «мокрый» способ невозможен. Например, для элементного анализа органических веществ пробу сжигают в токе кислорода. «Сухой» способ, как правило, включает:

  • • термическое разложение;
  • • сплавление и спекание с различными веществами.

Иногда испытанию подвергают вещества/материалы в твердом виде, причем в некоторых методах имеют значение кристаллическое состояние, однородность и качество поверхности пробы.

Поскольку большинство методов в аналитической химии характеризуются низкой селективностью (избирательностью), для устранения мешающего влияния сопутствующих компонентов требуется проведение предварительной процедуры, называемой разделением (выделением).

На окончательной стадии пробоподготовки достаточно часто возникает необходимость позаботиться о том, чтобы содержание определяемого компонента соответствовало оптимальному для данной методики диапазону. При анализе жидких образцов это достигается разбавлением концентрированных растворов или, наоборот, концентрированием следовых компонентов.

При определении следовых компонентов концентрации их зачастую столь малы, что непосредственное определение невозможно ни одним из существующих методов. В этих случаях проводят концентрирование.

Концентрированием называется процесс, в результате которого возрастает концентрация компонента в растворе либо его доля по отношению к матрице в анализируемой пробе по сравнению с исходной.

Важнейшими способами концентрирования (и одновременно разделения) являются выпаривание, экстракция, сорбция, ионный обмен, хроматографирование и электролиз.

Выпаривание — способ концентрирования растворов (чаще всего твердых веществ в воде) частичным испарением растворителя при кипении. При этом повышаются концентрация, плотность и вязкость раствора, а также температура его кипения. При пересыщении раствора растворенное вещество выпадает в осадок. Выпаривание можно вести при атмосферном, пониженном или повышенном давлении. При работе с термически нестойкими веществами пользуются вакуум-выпаркой, что позволяет снизить температуру кипения растворов.

Экстракция — метод, основанный на распределении растворенного вещества между двумя жидкими несмешивающимися фазами. Обычно в практике применяют системы, в которых одной фазой является водный раствор, а второй — органический растворитель. Задача экстракции состоит в том, чтобы полно и селективно перевести компонент из водной пробы в органическую фазу, объем которой во много раз меньше объема исходной пробы. Для этого необходимо подобрать условия образования подходящих соединений (например, комплексов металлов), в виде которых компонент может находиться в органической фазе. Выполнение экстракционного разделения и концентрирования обычно не требует сложного и дорогостоящего оборудования и проводится с помощью делительной воронки, в которой водный раствор пробы и органический растворитель периодически перемешивают встряхиванием вручную или с помощью механического устройства. После разделения фаз нижнюю фазу сливают через кран. Основными преимуществами экстракционного метода являются высокая избирательность и чистота разделения, возможность работы как с большими, так и с самыми малыми концентрациями, отсутствие загрязнений продуктов, легкость технологического и аппаратурного оформления, возможность осуществления непрерывного процесса, автоматизации и, наконец, высокая производительность. Эти особенности делают экстракционный метод перспективным для применения в различных отраслях промышленности.

Сорбция — процесс поглощения газов, паров и растворенных веществ твердыми или жидкими поглотителями на твердом носителе (сорбентами). Классификация сорбционных методов основана на различии механизма взаимодействия веществ с сорбентами. Различают: адсорбцию (физическую и химическую), которая обусловлена процессами поглощения вещества поверхностью сорбента; и абсорбцию, когда наблюдается поглощение вещества объемом сорбента; распределение веществ между двумя несмешивающимися фазами (растворитель и жидкая фаза на сорбенте); капиллярную конденсацию — образование жидкой фазы в порах и капиллярах твердого сорбента при поглощении паров вещества, а также ионный обмен. В чистом виде каждый из перечисленных механизмов, как правило, не реализуется, и обычно наблюдаются смешанные механизмы.

При ионообменном концентрировании происходит обменная адсорбция: взамен адсорбированных ионов в раствор переходит эквивалентное количество других ионов, входящих первоначально в состав примененного адсорбента (ионообменника). Схематично механизм ионного обмена заключается в том, что сначала происходит диффузия иона к частице ионообменника, затем диффузия в глубь его к активным центрам, обмен с ионом, диффузия вытесненного иона к поверхности частицы ионообменника и, наконец, его диффузия в раствор. Процесс диффузии ионов в частице сорбента происходит медленно, и поэтому ионообменное равновесие устанавливается не мгновенно, а в течение нескольких минут или даже часов в зависимости от размеров обменивающихся ионов и плотности частицы ионообменника. В качестве адсорбентов применяют активные угли, цеолиты, глинистые минералы, силикагель, оксид алюминия, модифицированные сорбенты на основе силикагеля и целлюлозы, синтетические неорганические и органические ионообменники и пр.

Хроматографирование — процесс, основанный на многократном повторении актов сорбции и десорбции вещества при перемещении его в потоке подвижной фазы вдоль слоя неподвижного сорбента. Хроматографирование представляет собой вариант метода сорбции, который осуществляется в динамических условиях. Метод основан на различном распределении веществ между двумя несмешива- ющимися фазами, одна из которых является подвижной, а другая — неподвижной. Подвижной фазой может быть жидкость или газ, неподвижной фазой — твердое вещество или жидкость, нанесенная на инертный носитель. При движении подвижной фазы вдоль неподвижной компоненты смеси сорбируются на неподвижной фазе в соответствии со своим сродством к материалу неподвижной фазы (вследствие адсорбции или других механизмов), затем десорбируются в подвижную фазу, перемещаются вместе с ней и вновь сорбируются. Поскольку компоненты смеси обладают разным сродством к неподвижной фазе, то скорость их перемещения вдоль слоя сорбента будет различной, за счет чего происходит процесс разделения смеси. Одновременно с этим идет и процесс концентрирования, например из большого объема жидкой пробы компоненты можно собрать в компактном слое неподвижной фазы, а оттуда элюировать (вымыть) небольшим объемом подходящего растворителя.

Электролиз представляет собой один из электрохимических методов концентрирования микрокомпонентов из водных растворов. Концентрирование электролизом может быть осуществлено как при катодном, так и при анодном процессе. Наиболее часто проводят электролитическое выделение металла на катоде. Избирательность достигается ведением электролиза при контролируемом катодном потенциале. В качестве катодов нередко используют твердые электроды (платину, золото, серебро, графит, стекло- углерод, электроды из угольной пасты), но наибольшее применение при концентрировании следовых количеств элементов электроосаждением получил ртутный катод. По окончании электролитического концентрирования отделение целевых компонентов (например, тяжелых металлов) от ртути проводят различными способами:

  • 1) отгонкой ртути при 350 °С в токе азота;
  • 2) обработкой амальгамы кислотами или другими подходящими растворами;
  • 3) анодным растворением амальгамы какого-либо металла.

Преимуществом электрохимического метода концентрирования

является уменьшение опасности загрязнения анализируемого объекта посторонними веществами, вносимыми с реактивами; его избирательность и высокая чувствительность.

Перечисленные выше методы концентрирования могут быть использованы и как методы разделения, чтобы отделить мешающие компоненты. Мешающее влияние посторонних компонентов можно устранить также маскированием, т.е. добавлением специальных реагентов.

 
Посмотреть оригинал
Если Вы заметили ошибку в тексте выделите слово и нажмите Shift + Enter
< Пред   СОДЕРЖАНИЕ ОРИГИНАЛ   След >
 

Популярные страницы