АНАЛИЗ КОНКРЕТНЫХ ОБЪЕКТОВ
ЗАДАЧИ И ПЛАНИРОВАНИЕ АНАЛИЗА l l Анализ конкретных объектов – задача сложная, требующая знания достоинств и ограничений разных доступных методов. Трудность анализа реальных объектов обусловлена прежде всего сложностью и разнообразием их природы и состава. Классификация объектов анализа: по агрегатному состоянию; по химической природе (неорганические, биологические); по происхождению и принадлежностью объекта; по степени распространённости
ЗАДАЧИ АНАЛИЗА l l l Выбирая метод и схему, необходимо руководствоваться доводами: 1)полный или частичный анализ; 2)определяются ли главные и побочные компоненты или следы; 3)проводится ли деструктивный или недеструктивный анализ (это определяет выбор методики подготовки пробы); 4)каково число проб и есть ли возможность повторения определений (разовые или серийные определения; автоматизированный анализ);
l l l 5)какова требуемая точность (полуколичественные определения или точный анализ); 6)знание физических и химических свойств пробы; 7)присутствие мешающих компонентов; 8)предполагаемые затраты времени (единичный, серийный, экспрессный анализ); 9)точность анализа 10)ожидаемая стоимость анализа.
l l Так, если определяемый компонент составляет несколько сотых %, то можно исключить гравиметрические и титриметрические методы, и использовать более чувствительные методы. При низком содержании определяемого компонента необходимо предотвратить даже малые его потери (из-за соосаждения или летучести) и свести к минимуму загрязнения из реагентов.
ПЛАНИРОВАНИЕ АНАЛИЗА l Полезно начинать с изучения литературы, посвященной общим вопросам аналитической химии и анализу материалов данного вида. Затем обращаются к справочникам по интересующим химика соединениям или элементам и к периодической литературе. На основании систематизации литературных данных с учётом конкретных целей анализа и условий намечают пути решения задач.
l l 1. Частичный или полный качественный анализ дает предварительные сведения об общем составе пробы, происхождении материала. 2. Задачи качественного обнаружения: 1)определение полного состава образца; 2)определение примесей в образце; 3)определение наличие какого-либо компонента. Качественное обнаружение отличается от количественного степенью точности, меньшим объёмом информации и рабочими методиками. 3. В результате – выбор методики определения компонентов.
Металлы и сплавы l Металлы и сплавы – материалы черной и цветной металлургии, редкометаллической промышленности – играют важную роль в машиностроении, электротехнике, электронике и др.
Определяемый элемент - Объект анализа - Метод концентрирования – Метод определения - Пр. Об Al, As, Ba, Be, Bi, Ca, Cd, Co, Cr, Cu, Fe, Ga, In, Mn, Ni, Pb, Sn, Te, Tl, Zn, Zr, V – Ag – экстракция (раствор Оизопропил-N-этилтиокарбамината в хлороформе) – АТОМНО-ЭМИССИОННЫЙ 10 -8 -10 -6 Bi, Cd, Cu, Sb, Zn – Сталь – экстракция (раствор сульфата триоктиламмония в о-ксилоле или метилизобутилкетоне) – АТОМНОАБСОРБЦИОННЫЙ - 10 -5 -10 -4 As, Bi, Cd, Cu, Pb, Sn – Нержавеющая сталь – экстракция (метилизобутилкетон) – ИСКРОВАЯ МАСС -СПЕКТРОМЕТРИЯ - 10 -7 -10 -5
Определяемый элемент - Объект анализа - Метод концентрирования – Метод определения - Пр. Об l l Ca, Cu, Mg, Mn, Ni, Pb, Zn – W – сорбция на комплексообразующем сорбенте Вофатит МС-50 - АТОМНО-АБСОРБЦИОННЫЙ - 10 -5 -10 -4 Bi, Sb, Sn – Pb – соосаждение с гидроксидом железа (III) - АТОМНО-АБСОРБЦИОННЫЙ - 0, 5 -5 мкг/г V – Сталь – соосаждение с 1 -фенил-3 -метил-4 каприноилпиразолоном-5 – рентгенофлуоресцентный – 2 мкг Se – НИКЕЛЕВЫЕ СПЛАВЫ – электролитическое выделение микроэлемента - АТОМНОАБСОРБЦИОННЫЙ – 2 мкг
Рентгенофлуоресцентная спектрометрия l Рентгенофлуоресцентная спектрометрия (XRF, РФА, РФСА) - метод анализа, используемый для определения концентраций элементов от бериллия до урана в диапазоне от 0. 0001% до 100% в веществах различного происхождения. Широкое применение метода в индустрии и науке определяется способностью выполнять точные измерения с высокой скоростью.
l Результаты, полученные методом рентгенофлуоресцентной спектрометрии (XRF, РФА) соответствуют требованиям III категории точности анализа по ОСТ 41 -08 -205 -99. Данная категория применяется при массовом анализе геологических проб при разведочных работах, подсчете запасов и для контрольных анализов. В мировой практике рентгенофлуоресцентный анализ стал одним из основных методов исследования геологических проб, продуктов горнорудного производства и минеральных материалов, современное оборудование позволяет получать высокоточные результаты.
l l l l Производительность анализа составляет от 30 до 300 проб в сутки в зависимости от числа определяемых элементов. Требования к пробе: масса сухого вещества пробы - не менее 5 грамм. В нумерации проб используются только цифры. Возможно выполнение работ по подготовке проб: дробление, квартование, истирание- имеет дополнительную стоимость. Для проб редкого и уникального состава выполняется классификационный обзорный анализ на все элементы от O до U. Анализы стандартных образцов и демонстрационные анализы выполняются бесплатно. Принимаем образцы почтой. Аналитическое оборудование калибруется по государственным и международными стандартным образцам. Анализ выполняется в аккредитованных лабораториях Москвы дипломированными специалистами.
l Оказываем услуги по организации лабораторий на предприятиях горнодобывающей, металлургической, стекольно-фаянсовой, нефтехимической, цементной и других отраслях промышленности. Подберем и протестируем полный комплекс оборудования, удовлетворяющий задачам лаборатории. Оптимизируем процесс анализа в существующих лабораториях. Организуем курсы подготовки специалистов рентгенофлуоресцентного анализа. Лаборатория специализируется в области анализа химического состава неорганических веществ современными методами. Предоставляем бесплатные консультации по исследованию любых объектов природного и техногенного происхождения.
l Приглашаем воспользоваться аналитическим сервисом, обеспечивающим надежный высокопроизводительный анализ химического состава минеральных веществ и материалов: горных пород, руд и продуктов их переработки, концентратов, хвостов, шлаков, изделий из неорганических материалов, отходов производства, объектов окружающей среды и пр. Предлагаются следующие виды анализа: "Силикатный анализ" - количественный анализ Na 2 O, Mg. O, Al 2 O 3, Si. O 2, P 2 O 5, K 2 O, Ca. O, Ti. O 2, Mn. O, Fe 2 O 3. Нижний предел количественных определений 0. 02%. Стоимость пакета "силикатный анализ" составляет 1000 руб. *
l "Анализ микроэлементов" - количественный анализ S, Cr, V, Co, Ni, Cu, Zn, Rb, Sr, Y, Zr, Nb, Pb, Ba, As, Th, U - в пакете анализа общего назначения. Дополнительные элементы могут быть также включены в пакет анализа. Нижний предел количественных определений 0, 001% (10 г/т). Стоимость анализа микроэлементов составляет 500 руб. * "Анализ отдельных элементов" - количественный анализ ограниченного числа элементов в крупных партиях проб. Набор анализируемых элементов определяется заказчиком. Стоимость анализа первого элемента составляет 150 руб. , последующих элементов - 20 руб/элемент. * * Цены указаны с учетом НДС. Работы выполняются на основании договора оказания услуг. Предоставляются скидки при анализе крупных партий проб.
ВЫСОКОЧИСТЫЕ ВЕЩЕСТВА l l Потребность в особо чистых веществах велика: атомная промышленность (чистые уран, торий, бериллий, графит, цирконий, ниобий, натрий); электроника (кремний, германий, сера, селен, галлий, индий, мышьяк, сурьма, кадмий); для изготовления лазеров, люминофор, сцинтилляционный материал, особо чистые стёкла (волоконная оптика). Особо чистое вещество – это вещество, свойства которого при дальнейшей очистке существенно не меняются. Пластичность, ковкость осч Be, Ti, Zr, W (твердый-хрупкий). ОСЧ вещества дороги и малодоступны.
Требования при анализе ОСЧ l l l 1)определение как малых концентраций, так и малых абсолютных количеств примесей 2)анализ малых количеств пробы, содержащей ничтожные количества примесей, или чистых веществ в миниатюрном изделии (тончайшей полупроводниковой плёнке) 3)нахождение способов различать объёмную и поверхностную концентрации примесей 4)анализ микровключений 5)определение крайне малого отклонения содержаний основных компонентов от стехиометрического
Геологические объекты l l l Это руды, горные породы, минералы, нерудные полезные ископаемые (строительные материалы), соли. Результаты необходимы геологической службе (новые месторождения), чёрной и цветной металлургии, химической индустрии, промышленности строительных материалов. При анализе геологических объектов определяют содержание макро- и микрообъектов. Микрокомпоненты –содержание не выше 0, 01%.
l l l Рентгенофлуоресцентная спектрометрия (XRF, РФА, РФСА) - метод анализа, используемый для определения концентраций элементов от бериллия до урана в диапазоне от 0, 0001% до 100% в веществах различного происхождения. "Силикатный анализ" - количественный анализ Na 2 O, Mg. O, Al 2 O 3, Si. O 2, P 2 O 5, K 2 O, Ca. O, Ti. O 2, Mn. O, Fe 2 O 3. Нижний предел количественных определений 0. 02%. "Анализ микроэлементов" - количественный анализ S, Cr, V, Co, Ni, Cu, Zn, Rb, Sr, Y, Zr, Nb, Pb, Ba, As, Th, U.
l Из ядерно-физических методов распространёны нейтронно-активационный метод для определения тантала, цезия, железа; гамма-активационный - золота и серебра; фотонейтронный – бериллия; рентгеннорадиометрический – железа, марганца, вольфрама, олова, ртути; ядерная гамма-резонансная спектроскопия – олова; радиометрический метод – урана, тория, калия.
l Из спектроскопических методов распространены атомно-абсорбционный с пламенной и электротермической атомизацией – серебро; атомно-абсорбционный – висмут, кадмий, медь, индий, свинец, тантал, серебро, золото; атомно-эмиссионый – серебро, золото, цирконий; искровая масс-спектрометрия – иридия, палладий, платина, рутений.
l l Применяется концентрирование микрокомпонентов. Распространены сорбция, экстракция, соосаждение, отгонка; извлечение микрокомпонентов; для благородных металлов – пробирная плавка. Отдельные формы геологических объектов, образующие фазы, например, оксиды, сульфаты, часто выделяют избирательным растворением. Из физических методов фазового анализа часто используют рентгеноспектральный анализ.
Объекты окружающей среды l Окружающая среда - среда обитания и производственной деятельности человека. Она подразделяется на природную и социальную окружающую среду. Природная среда - часть окружающей среды, ее природные компоненты, явления, процессы. К природным компонентам относятся минеральные и энергетические ресурсы, вода, почва, воздух, флора и фауна.
l Природные процессы и явления многообразны: геологические, атмосферные, гидросферные, биосферные. Природная среда под влиянием человека может перестраиваться в природно- антропогенную, в которой проявляется, но еще не доминирует антропогенная деятельность. Степень изменения человеком природных компонентов непрерывно возрастает. Одним из подтверждений этому является изменение химического состава основных природных компонентов: воздуха, воды, почвы.
Воздух l l Проведение аналитических исследований используется для разведки экологического состояния окружающей среды (анализ природных газов), контроля технологических параметров продуктов химической, нефтехимической, газовой промышленности, а также при поиске природных залежей нефти и газа, а в особых случаях анализ газов используется для определения токсичных и легко воспламеняющихся или взрывоопасных газов в воздухе производственных помещений. Используют автоматические газоанализаторы, лазерные дистационные анализаторы (лидары) - метод массспектрометрии.
l l Отбор проб воздуха главный этап газового анализа. Используют поглотительные растворы; зёрненые, полимерные, плёночные, тонковолокнистые сорбенты; абсорберы (поглотительные приборы). Концентрирование – криогенный способ (жидкий кислород -183; азот -196; воздух 147), метод электростатического и ударного осаждения, фильтрация аэрозолий.
l l l Газовый хроматограф GC 1000 MARK II выделяет из газовой смеси отдельные компоненты и последовательно их определяет. Данный газовый хроматограф широко используется на предприятиях различных отраслей промышленности: нефтехимической и перерабатывающей, химической, фармацевтической, черной металлургии, а также в энергетике и при контроле за окружающей средой. Фирма YOKOGAWA выпускает две модели газовых хроматографов: GC 1000 S (с изотермической печью) и GS 1000 D (печь с программируемой температурой). Хроматограф GC 1000 MARK II может анализировать пробы газа и жидкостей с температурами кипения до 450°С. Большой ЖК-дисплей хроматографа и возможность дистанционного техобслуживания через персональный компьютер значительно облегчают эксплуатацию данного прибора. Предусмотрена автоматическая калибровка, имеются разнообразные функции самодиагностики, в т. ч. показатель времени замены колонок, а также автоматическое переключение коэффициента усиления. Малая потребляемая мощность.
l l l SG 700 представляет собой серию анализаторных систем, предназначенных для комплексного анализа дымовых газов. Основная область использования таких систем – непрерывный контроль выбросов в атмосферу. SG 700 выполняются в виде отдельно стоящего шкафа или стойки, комплектуются инфракрасным газовым анализатором, циркониевым анализатором кислорода и системой пробоподготовки и могут одновременно измерять концентрацию до 5 компонентов, таких как диоксид серы (SO 2), окислы азота (NOx), монооксид углерода (CO), диоксид углерода (CO 2) и кислород (O 2) Одновременное измерение до 5 компонентов - SO 2, NOx, CO 2 и O 2. Эффекты влияния присутствия других газов на измерения сведены к минимуму. Использование помехокомпенсирующих детекторов в анализаторной секции практически устраняет эффекты влияния присутствия других газов на измерения. Высоконадежный циркониевый анализатор кислорода. Для измерения концентрации кислорода в систему SG 700 может входить циркониевый детектор кислорода с превосходной долговременной стабильностью и отличной надежностью. Большое разнообразие функций, включая функцию самодиагностики, которая увеличивает надежность работы системы. Система характеризуется наличием многих функций – стандартной автоматической калибровкой, преобразованием к O 2 базированным значениям, усреднением, сигнализацией по верхнему уровню, и т. д. Большой динамический диапазон. Системы серии SG 700 имеют высокую чувствительность и широкий динамический диапазон, что позволяет производить переключение диапазонов 1: 25.
Плановый количественный химический анализ атмосферного воздуха в Дзержинске.
l Эти работы осуществляет МП «Региональный центр экологического мониторинга» , с которым заключен соответствующий муниципальный контракт. Общая стоимость работ составляет 400 050 рублей. Средства выделены из бюджета города Дзержинска. Количественный химический анализ проб атмосферного воздуха по 6 основным (оксид азота, диоксид серы, оксид углерода, сероводород, аммиак) и 13 дополнительным показателям (фенол, формальдегид, бензол, толуол, этилбензол, ксилол, стирол и др. ). По основным показателям отбирают 100 проб атмосферного воздуха. Периодичность отбора – до 5 проб в день. По дополнительным показателям отбирают 150 проб атмосферного воздуха. По результатам анализов проб составлены соответствующие протоколы.
l l l Рентгенофлуоресцентная спектроскопия, нейтронноактивационный анализ – одновременно определение на фильтре с твёрдым сорбентом до 40 элементов. Атомно-эмиссионный анализ с индуктивно связанной плазмой – Ag, Ba, Co, Cr, Cu, Fe, Mg, Mn, Na, Ti, V, Zn (около 22 элементов). Атомно-абсорбционный анализ с электротермической атомизацией – Se, Te. Ионная хроматография – Cl-, NO 3 -, SO 42 -. Газовая Хроматография с детекторами Ионизации пламени, Электронного захвата, Пламенно-фотометрическим, Термоионным, Фотоионизационным – Органические(10 -10); Галоген- и Кислородсодержащие(10 -13); Соединения серы и фосфора(10 -12); Соединения серы, фосфора, азота(10 -15); Органические(10 -12).
ПОЧВА l l l Элементный состав почв – важнейший показатель химического состояния почв, их свойств, генезиса и плодородия. По абсолютному содержанию в почвах элементы объединены в три группы. 1)Макроэлементы: 10 - 90% массы почвы – Si, O. 0, 1 -10% массы почвы – Al, Fe, Ca, Mg, K, Na, C. 2)0, 01 – 0, 1% массы почвы – Ti, Mg, N, P, S, H. 3)Микро- и ультрамикроэлементы: 10 -10 - 10 -3% массы почвы – B, Cu, I, Mn, Mo, Zn, Cl, Cr, Ni, V. Загрязнения – As, Be, Br, Cd, F, Hg, Pb, Se, Tl.
Согласно Сан. Пи. Н 2. 1. 7. 1287 -03 "Почва, очистка населенных мест, бытовые и промышленные отходы, санитарная охрана почвы“ проводят Химический анализ почвы на 89 химических элементов, в том числе на тяжелые металлы, нефтепродукты и др. , попадающие в почву с выбросами автомобилей и промышленных предприятий. Агрохимический анализ почвы - определение основных агрохимических показателей, влияющих на уровень плодородия.
Радиологический анализ почвы определение наличия в почве альфа-, бета- и гамма-радионуклидов. Паразитологический анализ почвы - анализ, позволяющий выявить наличие в почве возбудителей кишечных паразитарных заболеваний: гельминтозов, лямблиоз, амебиаз и др. Рекомендуется проводить в случае наличия прямого контакта с почвой (особенно у детей).
ПРОПОПОДГОТОВКА ПОЧВЫ l l Подготовка почвы к химическому анализу заключается в придании взятому в поле образцу однородности с тем, чтобы каждая отобранная для анализа проба в полной мере отражала состав всего образца (была репрезентативной). Однородность образца достигается его тщательным перемешиванием, измельчением структурных частей, составляющих твердую фазу почвы, удалением макроскопических включений органического и минерального происхождения, а также новообразований. Включения и новообразования размещены в почвенной массе неравномерно, поэтому их целесообразно отделить от вмещающей их массы и исследовать отдельно.
l Отобранные в поле образцы почв подвергаются предварительному высушиванию до воздушно-сухого состояния с целью прекращения в них микробиологических процессов и связанных с ними биохимических изменений. Высушивание необходимо еще и потому, что воздушно-сухую почву легко просеивать через сито при подготовке её к анализу и можно хорошо перемешать при взятии средней пробы. Не подвергаются сушке лишь те образцы, которые предназначены для определения быстро изменяющихся показателей во влажной почве: нитратов, биологической активности почв.
l Весь высушенный образец почвы, обычно 600 – 800 грамм, размещают на листе чистой бумаги, тщательно удаляют из него крупные корни, включения и новообразования, если они остались после разборки свежего образца. Включения и новообразование собирают в пакетик и сохраняют для анализа. Дернину отряхивают от комочков почвы. Комки почвы разламывают руками, а при большой твердости размельчают в фарфоровой ступке до небольших комочков (5 -7 мм) с целью получения более однородного образца.
l Затем разделяют образец на рабочий и запасной. Для этого, перемешав, располагают его на бумаге ровным слоем в виде квадрата или прямоугольника и делят шпателем по диагоналям на четыре равные части, или, как это принято называть, выполняют квартование. Две противоположные части, т. е. половину образца, упаковывают и хранят для последующих дополнительных определений, снабдив дубликатом этикетки.
l Оставшуюся на бумаге вторую половину образца подвергают дальнейшему перемешиванию и измельчению, для чего вновь распределяют на бумаге ровным слоем (0, 5 см) в виде прямоугольника, который делят шпателем продольными и поперечными линиями на квадраты или прямоугольники площадью 3 3 (3 4) см. Составляют среднюю пробу, т. е. из каждого квадрата ложкой или шпателем отбирают небольшое количество почвы, захватывая её на всю глубину слоя. Если за один прием не удается набрать необходимое для анализа количество почвы (5 -10 грамм), образец снова перемешивают, распределяют на листе бумаги, снова делят на квадраты и опять берут из них понемногу.
l Составленную таким способом среднюю пробу подготавливают для валового анализа почв, а из оставшегося на бумаге основного объема образца готовят так называемый коробочный образец мелкозема для различных вытяжек.
l Основная масса твердого вещества почвы представлена соединениями, которые не растворяются в воде, кислотах, щелочах, органических растворителях. Однако во всех почвах имеется некоторое количество легко- и среднерастворимых (извлекаемых водой) соединений. Обычно содержание их невелико (от нескольких сотых до двух-трех десятых процента от массы почвы), но в почвах, формирующихся на засоленных породах или при участии засоленных грунтовых вод, оно может составлять целые проценты. Среди водорастворимых веществ в этом случае преобладают различные соли.
l Для изучения водорастворимых веществ почв используют как природные почвенные растворы, выделенные разными способами (отпрессовывание, вытеснение другими жидкостями, улавливание с помощью специальных устройств – лизиметров), так и искусственно приготовленные водные вытяжки из почв. Метод водных вытяжек отличается простотой и быстротой выполнения анализа, дает хороший сравнительный материал, позволяющий ответить на ряд вопросов, имеющих практическое значение. Однако по ряду причин водная вытяжка существенно отличается от почвенных растворов, как по количеству, так и по составу растворенных веществ.
l l Для определения органических веществ в почве используют термические методы. Молекулярный и структурно-групповой анализ органики осуществляют методами молекулярной абсорбционной спектроскопии, хроматографии, масс-спектрометрии, ЯМР.
ОРГАНИЧЕСКИЕ И БИОЛОГИЧЕСКИЕ ОБЪЕКТЫ l l Эта группа наиболее многочисленна: новые органические и элементорганические вещества, БАДы и фармпрепараты, полимеры и материалы на их основе, продукты нефтеперерабатывающей и газоперерабатывающей промышленности, пищевые продукты, корма для животных, растения, животные ткани, объекты медицины, криминалистики. Молекулярный и структурно-групповой анализ на основе газовой хроматографии; элементный анализ с электрохимическими, спектрофотометрическими, хроматографическими методами окончания анализа.
ПРОПОДГОТОВКА БИООБЪЕКТОВ l l l Мокрое и сухое озоление (разложение, минерализация) в различном температурном режиме. Например: кровь, срезы тканей, волосы человека, моча и т. д. – разложение в кислородной плазме при 100 о. С, кислотное озоление в автоклаве при 160 о. С. Древесная кора, листья, лавсан – разложение без окислителей (сухое сжигание) при Т ≥ 450 о. С в течении 5 -7 часов.
l Концентрирование при определении микрообъектов – экстракция, сорбция, электролитическое выделение, гидридообразование.
Скачать презентацию АНАЛИЗ КОНКРЕТНЫХ ОБЪЕКТОВ ЗАДАЧИ И ПЛАНИРОВАНИЕ АНАЛИЗА
Инструментальные методы (4).ppt