Пробоподготовка

1.3.1. Физические методы пробоподготовки.

Наиболее распространенными физическими методами пробоподготовки являются: удаление влаги, измельчение и обработка поверхности.

а) Удаление влаги чаще всего осуществляют путем простого высушивания на воздухе. Однако эта процедура может занят несколько суток, поэтому часто используют высушивание при повышенной температуре. Недостаток этого способа удаления влаги заключается в возможности потерь массы вследствие удаления газообразных веществ и испарения части пробы. Этого недостатка лишено лиофильное высушивание, т.е. высушивание в замороженном состоянии при температурах до -85°С.

б) Измельчение твердых проб осуществляют при помощи мельниц, в которых проба превращается в порошок с определенным размером частиц. Для предотвращения загрязнения пробы детали мельниц изготавливают из твердых инертных материалов.

в) В ряде методов, в которых осуществляется непосредственный анализ твердых образцов, проводят тщательную очистку поверхности проб, поверхность пробы шлифуют или полируют.

1.3.2. Физико-химические и химические методы пробоподготовки.

Эти методы пробоподготовки используют для перевода пробы в физическое состояние, нужное для осуществления анализа по выбранной методике (рис. 1.6).

а) Растворение твердых проб осуществляют с использованием воды, кислот, растворов щелочей или органических растворителей. При анализе почв проводят элюирование (выщелачивание).

б) Разложение (вскрытие) проб СЛАЙД 4 проводят при нормальном и повы­шенном давлении, а также используют «сухое» разложение (рис. 1.7). В открытых системах для разложения используют жидкие реаген­ты, обычно окислители или восстановители. Например, разложение проб почв и донных отложений для определения в них металлов можно проводить путем кипячения с царской водкой с обратным холодильником. Поскольку разлагаю­щий реагент берется в большом избытке, к его чистоте предъявля­ются повышенные требования.

Рис. 1.7. Методы разложения пробы.

Для разложения можно использовать микроволновые печи, излу­чающие обычно при 2-45 ГГц, или УФ-излучение ртутной лампы высокого давления. В последнем случае к пробе обычно добавляют небольшие количества пероксида водорода и кислот.

Биологические материалы, продукты питания, пластмассы, угли, смазочные масла требуется разлагать в особо жестких условиях. Для этого служат методы разложения при повышенном давлении. В устройстве Кнаппа (рис. 1.8) твердая проба пребывает в тече­ние нескольких часов в автоклаве в атмосфере азота под давлением 13 МПа при температуре до 320°С в контакте с концентрированной азотной кислотой. По окончании процесса и охлаждении пробы в кварцевом сосуде для разложения остается давление порядка 2 МПа. При стравливании избыточного давления из сосуда удаляется азот, диоксид углерода, оксиды азота и остается прозрачный раствор, окрашенный в темно-зеленый цвет за счет остаточных количеств растворенных оксидов азота.

Рис. 1.8 Устройство Кнаппа для разложения пробы под давлением.

Разложение под давлением можно ускорить, если использовать мик­роволновые печи. Однако полнота разложения при этом может ока­заться ниже.

Помимо применения жидких реагентов, для разложения исполь­зуют и «сухие» способы, например, сжигание пробы или ее плавле­ние. Для элементного анализа органических веществ пробу можно сжигать в токе кислорода при 950°С. Органические ве­щества, экстрагируемые пентаном или гексаном, можно полностью сжечь в кислородно-водородном пламени методом Викбольда. При озолении в холодной плазме пробу обрабатывают атомарным кисло­родом, образующимся в высокочастотном электромагнитном поле. В таком состоянии кислород является особенно сильным окислите­лем. При определении мышьяка, сурьмы, теллура и селена в органи­ческих и биологических пробах можно использовать их способность образовывать легколетучие соединения.

г) Разделение и концентрирование. Как для отделения определяемого компонента от матрицы, так и для его концентрирования можно применять одни и те же спосо­бы. Концентрированием называется процесс, в результате которого возрастает концентрация компонента в растворе либо его доля по отношению к матрице по сравнению с исходной пробой.

Важнейшими методами разделения и концентрирова­ния являются:

· отгонка летучих компонентов;

· осаждение или соосаждение компонента на коллекторе;

· экстракция и ионный обмен;

· электролитическое выделение;

· колоночная хроматография и сорбция.

Разделение и концентрирование газовых проб можно осуществить непо­средственно в ходе пробоотбора, используя абсорбцию жидко­стью (рис. 1.3) или адсорбцию твердой фазой (рис. 1.4). Так, на тенаксе — разновид­ности активированного угля — хорошо адсорби­руются пары спиртов, сложных эфиров, кетонов и ароматических соединений.

Выделение легколетучих органических веществ из водных рас­творов можно осуществить с помощью следующего приема. Раствор пробы кипятят на водяной бане и продувают потоком газа-носителя (гелий), поступающим на адсорбционную колонку. После термиче­ской десорбции адсорбирован­ные компоненты определяют методом газовой хроматографии.

Можно определять легколетучие вещества и непосредственно в паровой фазе. Сосуд с анализируемым раствором плотно закры­вают. Через некоторое время между определяемым компонентом, находящимся в растворе, и его парами устанавливается равнове­сие. С помощью соответствующей градуировки можно установить зависимость между содержанием паров в газовой фазе и концентра­цией вещества в растворе. В этом методе определяемый компонент и матрица разделяются сами собой. Такой способ пробоподготовки используют, например, при определении летучих углеводородов в водах или содержания алкоголя в крови.

д) Удаление матрицы можно осуществлять при помощи тех же методов, которые применяют для разделения и концентрировании. На прак­тике наиболее распространен сорбционный метод. Жидкую (или переведенную в раствор) пробу пропускают через стеклянную или пластмассовую колонку, заполненную соответствующим сорбентом; при этом компоненты пробы сорбируются. Мешающие компоненты матрицы затем удаляют путем промывания колонки подходящим элюентом. Затем другим элюентом вымывают из колонки опреде­ляемый компонент.