Главная | Случайная
Обратная связь

ТОР 5 статей:

Методические подходы к анализу финансового состояния предприятия

Проблема периодизации русской литературы ХХ века. Краткая характеристика второй половины ХХ века

Ценовые и неценовые факторы

Характеристика шлифовальных кругов и ее маркировка

Служебные части речи. Предлог. Союз. Частицы

КАТЕГОРИИ:






ОСОБЕННОСТИ ПРОБООТБОРА И ПРОБОПОДГОТОВКИ ОБЪЕКТОВ ОКРУЖАЮЩЕЙ СРЕДЫ




Лекция

 

Пробоотбор и пробоподготовка являются основой современной аналитической химии.

Первичная цель, которой необходимо руководствоваться при исследовании веществ - тех, что окружают человека, и тех, которые он использует в той или иной форме в своей деятельности, - заключается во всестороннем изучении свойств веществ и материалов. Свойства материалов определяются их составом, причем учитывая как основные компоненты, так и примеси. Более того, часто свойства материалов зависят от распределения примесей или компонентов по объему вещества (материала). Если химик-аналитик не учитывает эти трудности при пробоотборе, то вероятность получить удовлетворительные результаты стремится к нулю.

Задача количественного химического анализа состоит в определении содержания тех или иных элементов в анализируемом материале; при этом главное требование заключается в том, чтобы результаты отражали истинное содержание этих элементов. Достигнуть этого можно только в том случае, если

все операции анализа выполнены правильно.

При аналитическом исследовании выполняется ряд последовательных равнозначных операций, в результате чего получают достоверные данные по качественному и количественному составу материала. Любое аналитическое определение включает четыре этапа:

1) пробоотбор;

2) пробоподготовка.

3) собственно химический анализ (измерение аналитического сигнала как функции содержания в пробе интересующих компонентов);

4) статистическая обработка результатов анализа.

При этом этап пробоподготовки делится на две стадии.

Целью первой предварительной стадии является получение пробы определенной массы и гранулометрического состава; основные операции на этой стадии - измельчение пробы и ее сокращение. Целью второй, окончательной стадии пробоподготовки является переведение пробы в такое состояние, которое требуется для анализа при помощи аналитического прибора;

операции на этой стадии - вскрытие пробы, разделение и концентрирование компонентов. Весь комплекс операций на этапах пробоотбора и пробоподготовки называется опробованием.

Все эти этапы аналитического исследования равнозначны и каждый из этапов несет в себе объективные и субъективные источники неопределенности.

При выполнении анализа стремятся к получению результата с минимальной погрешностью. Общая погрешность результатов аналитического исследования равна сумме погрешностей на каждом из его этапов.

Следовательно, при правильном выборе метода анализа достоверность результатов химического анализа в значительной мере зависит от правильного отбора пробы и ее подготовки для анализа, поскольку погрешности, допущенные на этих этапах, приводят к искажению конечных результатов химического анализа даже при самом тщательном выполнении этого этапа исследования.

На практике работа при любом аналитическом исследовании обязательно начинается с отбора проб. Необходимость пробоотбора объясняется тем, что при добыче ископаемых или в производственных процессах, а также при исследованиях объектов окружающей среды, обычно участвуют большие партии материалов, нередко в десятки или сотни тонн (например, если это продукция горнодобывающих предприятий, обогатительных фабрик, металлургических и химических комбинатов), в то время как в лабораторию для последующих анализов направляют сравнительно небольшие количества этих материалов массой не более 1-2 кг; анализу же подвергается еще гораздо меньшее количество материала, как правило, не более нескольких граммов.

Так, при анализе объектов черной металлургии с использованием спектральных методов в генерировании аналитического сигнала участвует количество вещества массой всего в десятки миллиграммов, что при массе плавки 100 т составляет от партии продуктов лишь десятимиллионную-миллионную часть.

Поэтому возникает необходимость во взятии из огромной массы исследуемого объекта небольшого его количества для проведения этапа химического определения состава, т. е. необходимо провести отбор так называемой средней пробы.

Понятие проба подразумевает представительную часть исследуемого объекта. И действительно, основное требование к пробе – это ее представительность, т. е. химический состав пробы и всего исследуемого объекта должны быть идентичными. Другими словами, представительная проба

должна адекватно отражать общий состав анализируемого объекта с учетом особенностей распределения всех компонентов, т. е. информация, полученная от пробы, должна в математическом смысле точно отражать информацию, заложенную в объекте исследования. При строгом математическом подходе последнее требование выполнимо, лишь когда анализу подвергают весь исследуемый материал или когда объект однороден по химическому составу.

Для случая однородного материала достаточно взять в любом месте объекта любое количество этого материала и провести анализ, чтобы получить правильные данные о составе всего объекта. На практике этому условию удовлетворяют лишь хорошо перемешанные газы или жидкости (однородные смеси). Во всех остальных случаях, т. е. почти всегда, в силу того, что исследуются весьма разнообразные объекты, которые, кроме того, сильно различаются по своей однородности (горные породы, рудные и полезные нерудные ископаемые, продукты и отходы металлургических и химических производств, вторсырье, технологические растворы и пульпы, воздух, природные и сточные воды, почвы, корнеплоды, зерно, сено, объекты медицинских и биологических исследований, лекарственные препараты и др.), пробы, как правило, лишь в большей или меньшей степени приближаются к представительным.

Соответствие составов пробы и исследуемого объекта определяет качество пробы, которое зависит от состава и гомогенности объекта, размеров объекта и пробы, выбранного метода пробоотбора, числа отобранных проб, разложения или загрязнения проб, метода пробоподготовки (гомогенизация пробы, уменьшение ее размера). Условия хранения и правильная маркировка проб влияют на идентичность определяемых составов и являются не количественными (неизмеряемыми) характеристиками качества пробы. Проба должна сохранить те свойства объекта, которые последний имел в момент отбора, или же изменять эти свойства идентично объекту.

Главная характеристика качества пробы является ее представительность. К вторичным характеристикам (параметрам) относятся размер пробы, ее стабильность и стоимость.

Значение пробоотбора трудно переоценить. При неправильно проведенной операции пробоотбора результат анализа, как бы точно и аккуратно он ни был затем произведен, может быть отнесен только к анализируемому количеству пробы, но не ко всей массе исследуемого материала, и в результате анализа такой пробы создается неверное представление о химическом составе исследуемого материала. Несоответствие результатов анализа действительному составу объекта может повлечь неверные решения. Поэтому при выполнении аналитического исследования этап пробоотбора имеет особо важное значение и в известной мере является его «больным» местом.

Итак, пробоотборэто такая операция, при которой происходит отбор достаточного количества представительной части исследуемого материала (объекта), состав и свойства которой идентичны составу и свойствам материала как целого.

Процесс взятия представительной пробы затруднен из-за того, что для отбора такой пробы нет универсального правила, одинаково пригодного для различных материалов. Методы отбора проб весьма разнообразны и зависят от агрегатного состояния материала, характера материала (сыпучий или кусковой), степени его однородности. Существенно различаются операции пробоотбора для расплавленного и застывшего металла, а также для материалов, находящихся в движении (перемещаемых на ленте транспортера, перевозимых в вагонах или баржах, поступающих по трубам или желобам) и неподвижных (в штабелях, отвалах, находящегося в вагонах или собранных в отстойник).

Методика пробоотбора диктуется также задачей анализа, которая может состоять в определении среднего содержания одного или нескольких компонентов в объеме объекта, установлении распределения компонентов в пространстве (в частности, по глубине слоя) или во времени (например, в ходе технологического процесса в реакторе).

Регламент методики пробоотбора (т. е. конкретные операции и их число) зависит от требований по достоверности установления химического состава объекта анализа, а также от вида других испытаний и от экологических, биологических или других требований. При взятии пробы необходим учет всех этих факторов. Поэтому для каждого конкретного материала разработаны правила и приемы пробоотбора, причем часть из них находит широкое применение в анализе, другие же используются ограниченно. Эти правила, включающие способ отбора, вид пробоотборника, глубину его погружения, число точек отбора, размер проб и другие детали, устанавливают ГОСТ, ТУ и специальные инструкции для данного объекта. Отбор проб необходимо производить в точном соответствии с нормативными документами (НД).

ПРОБООТБОР

Виды проб

Отбор проб при анализе материала, представленного в больших количествах (вода, почвы, руда, концентрат, уголь, шлак и др.), начинают с составления генеральной (первичной, начальной, общей, суммарной, объединенной, исходной) пробы.

Генеральную пробу, характеризующую данную партию материала, получают объединением необходимого числа точечных (разовых, частных, единичных) проб (см. схему).

 

 

 

Точечная пробаэто часть объекта, которую отбирают за один прием (за одну операцию) из разных точек и из различных по глубине слоев в определенный момент времени. Она характеризует качество опробуемого материала в одном месте или на определенном уровне. Это наиболее трудоемкая и сложная часть процесса пробоотбора.

Поскольку масса отобранной генеральной пробы почти всегда бывает значительной (несколько сотен килограммов или 2-3% общего количества материала), ее подвергают разделке (операции дробления, перемешивания, сокращения) по определенным правилам.

При использовании одного или нескольких циклов разделки получают промежуточные (или частичные) средние пробы, которые разделывают так же как и генеральную пробу, в результате чего масса их последовательно уменьшается до тех пор, пока не будет получена готовая (средняя, сокращенная, товарная) проба.

Путем сокращения готовой пробы получают лабораторную (паспортную, сертификатную) пробу, предназначенную для проведения всех видов лабораторных испытаний и контрольную (арбитражную, архивную, дубликатную, резервную) пробу, которую хранят на случай проведения повторных, арбитражных или других контрольных испытаний.

Лабораторная (или паспортная) пробаэто конечная промежуточная проба или, другими словами, сокращенная генеральная проба, поступающая в лабораторию для анализа. Состав ее должен быть тождествен среднему составу

как всех промежуточных и генеральной проб, так и всей партии опробуемого материала. В зависимости от назначения масса лабораторной пробы различна. В среднем она колеблется от 0,5 до 2 кг (по другим данным от 25-30 г до 1 кг).

Готовую пробу помещают в два чистых и сухих герметично закрывающихся сосуда (обычно металлические, стеклянные или пластмассовые банки), один из которых направляют в лабораторию для анализа, а второй хранят в течение 1,5-6 месяцев на случай проверки (контрольная или арбитражная проба). Пробы хранят по видам материала в спецшкафах, устанавливаемых в отапливаемых помещениях, в условиях, исключающих воздействие света, влаги, кислорода и диоксида углерода, которые могут вызвать в пробах изменения.

При хранении растворов может происходить сорбция компонентов пробы стенками сосуда из-за протекающих в растворе процессов гидролиза или образования нерастворимых соединений (осаждение осадков). Для предотвращения порчи проб используют подкисление раствора или добавление комплексантов, если они не мешают последующему ходу анализа. Существуют и другие способы консервации проб. Биологические материалы (кровь, ткани, моча) и скоропортящиеся продукты, если их анализируют не сразу, хранят в холодильнике. Если в пробе при хранении происходят изменения, то устанавливают срок годности пробы, анализируя ее периодически в течение определенного времени и наблюдая за изменением состава. Пробы газов не хранят.

Каждый сосуд с пробой маркируют, т. е. снабжают этикеткой (бланком), где указывают наименование продукта, его сорт или марку, наименования предприятия-изготовителя, с которого отпущен продукт, номер партии с указанием места взятия пробы, дату отбора пробы, фамилию и подпись пробоотборщика (лица, отобравшего пробу). Сосуды с пробами пломбируют.

Из присланной в аналитическую лабораторию лабораторной пробы готовят аналитическую пробу в количестве, достаточном для выполнения определений всех контролируемых компонентов (согласно заказа). Для этого лабораторную пробу после внешнего осмотра и регистрации в журнале (порядковый номер, дата поступления, номер и дата сопроводительного документа, состояние укупорки пробы, фактическая масса пробы и пр.) подсушивают на противне в сушильном шкафу при 50±5°С в течение 3 ч, после чего подвергают дальнейшей обработке. Одна из целей обработки заключается в получении материала такой степени гомогенности, чтобы любая небольшая порция, взятая для анализа, была идентична по составу любым другим порциям. Для этого лабораторную пробу измельчают до требуемого анализом размера частиц, перемешивают и сокращают до тех пор, пока не достигнут минимально необходимой при данном измельчении массы, которая определяется по специальным таблицам или рассчитывается по приближенным формулам. Обычно масса аналитической пробы составляет 10-20 г. Этого количества бывает достаточно не только для выполнения определения, но и на случай повторного и арбитражного анализа. Измельчение проводят в стальной, фарфоровой, яшмовой или агатовой ступке с последующим просеиванием порошка через набор сит с постепенно уменьшающимися размерами отверстий.

Сита характеризуются размером сторон отверстий в миллиметрах или числом отверстий на 1 см2, а иногда в мешах (меши – число отверстий в сите на один линейный дюйм; 1 дюйм ≈ 25,4 мм). Остаток на сите подвергают дополнительному истиранию и вторичному просеиванию через сито.

Измельчение считается законченным, когда полученный порошок втирается в поры пальцев как пудра, не давая ощущения, что в нем содержатся крупные частицы. Степень измельчения пробы имеет большое значение для полноты ее вскрытия: чем мельче проба, тем быстрее и полнее ее можно перевести в раствор обработкой кислотами или сплавлением. В свою очередь, полное разложение пробы является необходимым условием получения воспроизводимых результатов анализа.

Однако измельчать пробу до более тонкого состояния (пыль!), чем необходимо для применяемого метода анализа, нежелательно, так как это может привести к изменению состава пробы. Объясняется это тем, что при более тонком, а следовательно, и более длительном измельчении, существует большой риск загрязнения пробы материалом ступки. При истирании могут происходить и другие процессы, например процессы окисления Fе(II), Мn(II) и других элементов, адсорбция, а также потеря или приобретение влаги. Обычно конечная крупность частиц аналитической пробы составляет 0,05-0,08 мм.

После измельчения лабораторной пробы ее сокращают методом квадратования. Для этого пробу высыпают на лист плотной бумаги и после тщательного перемешивания расплющивают кучку вещества на бумаге. Вещество делят взаимно перпендикулярными линиями на 15-20 равных квадратов со стороной 50 мм, после чего из середины квадратов отбирают плоским шпателем в шахматном порядке порции по всей глубине слоя (рис. 1).

Отобранные порции объединяют, перемешивают и вновь сокращают тем же методом, пока не достигнут необходимой массы пробы. Полученную в результате операций измельчения и сокращения аналитическую пробу помещают в герметичную упаковку, например стеклянную баночку с притертой пробкой или бюкс и передают в лабораторию. Перед взятием навески аналитическую пробу хорошо перемешивают встряхиванием сосуда, в котором она находится, а сам отбор навески производят маленьким шпателем из 2-3 мест пробы на разной глубине, в том числе и со дна сосуда.

Влажные материалы нельзя измельчать, поскольку они размазываются в ступках или забивают поры сит; такие материалы следует предварительно просушить, а затем уже измельчить. Разделка проб жидкостей состоит только в хорошем перемешивании лабораторной пробы взбалтыванием и отборе необходимого количества пробы для анализа. Кроме этих общих приемов отбора и разделки проб для отдельных материалов описаны особые приемы и правила.

Отбором проб, как правило, занимаются специально выделенные лица. При проведении пробоотбора составляют рабочий план, куда заносят сведения о массе генеральной пробы, виде (способе) отбора и количестве точечных (разовых) проб, описание методики пробоподготовки, а также максимальный размер частиц в конечной пробе, указывают число проб, упаковку проб для анализа, данные о содержании влаги и другие необходимые подробности. Рабочий план пробоотбора составляют с учетом метода, которым будет проводиться анализ для получения необходимой точности. Результат анализа может зависеть от выбранного метода анализа и всегда зависит от выбранного плана пробоотбора. Пробоотбор всегда делается для определенной цели, и эта цель определяет методику пробоотбора (назначение пробоотбора заключается в отборе для заданной цели части объекта, являющейся пригодной для анализа и представительной; процедура пробоотбора есть последовательность операций, выполняемых с объектом и гарантирующих, что проба будет обладать заданным качеством).

Для каждой пробы составляется протокол (акт) пробоотбора, который выполняется по соответствующим НД. В протокол пробоотбора входит и протокол взвешивания. Протокол пробоотбора представляет собой отчет. В нем

указывают все те данные, которые отражены в сопроводительном для пробы документе, а также влажность в %% и в кг и сухую нетто-массу, а также вносят

записи о повреждениях упаковки во время перевозки, указывают, надо ли высушивать пробу и при какой температуре, отмечают изменение массы при обжиге пробы, после отсортировки чужеродных веществ, обезжиривании и т. п.

 

 

Пробоотбор воздуха

Постоянно увеличивающееся загрязнение атмосферы газами и аэрозолями антропогенного происхождения и связанное с этим ухудшение здоровья населения обусловили необходимость разработки точных методов анализа воздуха на содержание в нем токсичных примесей (СО, NO2, NH3, H2S, CS2. SО2, HF, Pb, фенол, формальдегид, ацетон, ксилол, толуол и др.). Точное определение загрязняющих веществ необходимо с целью установления предельно допустимых концентраций (ПДК), т. е. концентраций, не оказывающих прямого или косвенного вредного воздействия на человека.

Однако как бы точно и тщательно ни был выполнен анализ, полученные результаты теряют всякий смысл в случае ошибок при пробоотборе, в том числе на стадии его подготовки.

Операция пробоотбора должна быть со всей тщательностью технически подготовлена; при этом необходимо принимать во внимание многие важные факторы, среди которых следует отметить, например, формы нахождения токсичных примесей в воздухе в момент отбора пробы, физико-химические свойства улавливаемых примесей, зависимость состава применяемого поглотительного раствора и чувствительности применяемой реакции от скорости отбираемого воздуха и его объема. Микропримеси вредных веществ в

воздухе могут находятся в виде газов (NH3, О3, дивинил и др.), паров (преимущественно жидкости с температурой кипения (т. кип.) до 230-250 °С –

ароматические и алифатические углеводороды, низшие ациклические спирты, кислоты и др.), а также твердых частиц в случае работы с легкосублимирующими веществами, т. е. твердыми продуктами с высокой летучестью (иод, нафталин, фенол).

Основная погрешность, возникающая при пробоотборе воздуха, связана с несоответствием состава пробы и состава анализируемой воздушной среды. Последняя является крайне подвижной системой, а поступление вредных веществ может происходить как прерывисто, так и монотонно в зависимости от

метеорологических и топографических факторов (направление и скорость ветра, температурные инверсии, атмосферное давление, влажность воздуха, рельеф местности, расстояние до источника загрязнения).

При отборе пробы в течение длительного времени результаты усредняются во времени, а так называемые пики сглаживаются. При отборе пробы в течение короткого времени пики выявляются, однако для исключения случайностей требуются повторные исследования, т. е. динамический отбор проб. В изолированной от природной среды пробе, начиная с момента ее взятия, осуществляются процессы релаксации по параметрам экосистемы, роль которых определяются кинетическими факторами. Одни из параметров меняются быстро, другие сохраняются достаточно долго. Во всех случаях при хранении проб в стеклянных сосудах даже непродолжительное время (до анализа) наблюдается сорбция примесей на стенках сосуда. Возможно также изменение состава проб в сосудах из-за химических реакций между компонентами пробы, в которых могут принимать участие водяной пар и кислород, в результате чего появляются новые жидкие или твердые фазы. Так, например, из оксидов азота может образоваться азотная кислота, при взаимодействии SО3 (SО2) с влагой образуется туман серной кислоты, тетрахлорид титана во влажном воздухе дымит (ТiO2), а при контакте NH3 и НСl дымление обязано образованию NH4Cl.

Поэтому при отборе проб воздуха для предотвращения многочисленных погрешностей важно гарантировать неизменность давления и температуры, регулировать температуру пробы так, чтобы она не сильно отличалась от температуры окружающей среды. Существенными моментами являются также выбор места и средств отбора, продолжительность отбора, герметичность и чистота пробоотборников и тары для хранения пробы. Методы отбора проб воздуха как ручным, так и автоматическими способами регламентируются государственными и международными стандартами.

Отбор проб воздуха осуществляют в двух режимах: непрерывном и разовом. В первом случае отбор проводят без перерывов в ходе всей операции или в течение определенного времени; во втором – отбор в течение очень короткого промежутка времени. Его называют также точечным пробоотбором.

При анализе атмосферного воздуха установлено, что наиболее достоверные данные, отражающие степень его загрязнения газами и пылью, достигаются при непродолжительном отборе пробы. В этом случае фиксируются с достаточной точностью максимальные концентрации, представляющие наибольший интерес с гигиенической точки зрения. Несмотря на то что длительность отбора проб для большинства вредных веществ установлена 20-30 мин, согласно имеющимся наблюдениям, концентрация вредного вещества при такой экспозиции получается усредненной и в 3 раза ни же действительной максимальной, если пробы воздуха отбирать в течение 2-5 мин.

В то время как при анализе атмосферного воздуха стремятся отобрать как можно больший объем пробы для накопления микропримесей в количестве, достаточном для последующего точного анализа, при анализе производственной воздушной среды больший интерес представляет отбор малых объемов воздуха. В последнем случае отбор проводят как на рабочих местах, так и по периферии производственного помещения с учетом технологических операций, при которых возможно наибольшее выделение в воздух рабочей зоны вредных веществ, например у аппаратуры и агрегатов в период наиболее активных химических и термических процессов, на участках транспортировки, размола и сушки сыпучих пылящих материалов, в местах отбора технологических проб и т. п.

Периодичность отбора зависит от характера технологического процесса, класса опасности и характера биологического действия производственной среды, уровня загрязнения, времени пребывания обслуживающего персонала на рабочем месте. В зависимости от класса опасности вредного вещества отбор проводят не реже одного раза в десять дней, в месяц или в квартал.

Периодичность отбора может изменяться в зависимости от конкретных условий производства.

Для отбора проб воздуха с целью выделения из него определяемой примеси в основном используют два метода: аспирационный и вакуумный.

1) Аспирационный метод, основанный на просасывании известного объема воздуха через поглотительную среду (жидкая поглотительная среда, твердые сорбенты, фильтрующие материалы), применяют в основном для определения (в воздухе) очень малых концентраций токсичного вещества и при оценке длительных стадий технологического процесса. Операцию осуществляют с применением систем автоматических приборов.

2) При непродолжительных технологических процессах в тех случаях, когда метод анализа токсичного вещества позволяет ограничиться небольшим объемом воздуха, используют быстрые способы отбора проб в сосуды различной емкости (газовые пипетки, шприцы), заполнение которых осуществляют вакуумным способом.

Выбор способа отбора обычно определяется природой загрязнителей, наличием сопутствующих примесей и другими факторами, из которых наиболее важным является агрегатное состояние определяемых веществ. Знание агрегатного состояния вредных веществ в воздухе способствует правильному выбору поглотительной среды и уменьшению погрешности определения, связанной с пробоотбором.

Наиболее распространенный способ отбора веществ, находящихся в воздухе в газо- и парообразном состоянии, – отбор в жидкие поглотительные среды (вода, кислоты, спирты, органические растворители), в которых определяемое вещество растворяется или химически связывается поглотительной средой (хемосорбция). При этом упрощается подготовка пробы к анализу, который обычно проводят в жидкой фазе. Кроме того, правильный выбор соответствующего растворителя дает возможность провести раздельное определение веществ в процессе отбора проб. Полнота поглощения зависит от многих факторов, в том числе от конструкции поглотительных сосудов (абсорберов). Наибольшее распространение получил поглотительный сосуд Зайцева (рис. 2).

Для физической абсорбции важно, чтобы поверхность соприкосновения фаз была наибольшей. Увеличение поверхности контакта воздуха с раствором достигается увеличением длины пути прохождения пузырьков воздуха через раствор (в сосудах Зайцева высота столба растворителя составляет ~10 см).

Более эффективным по сравнению с растворением определяемых веществ в поглотительной среде является поглощение, основанное на их химических реакциях с поглотительной жидкостью; например, для поглощения аммиака и аминов применяют разбавленную серную кислоту, для поглощения фенола – раствор щелочи или карбоната натрия. В случае применения в качестве поглотительной жидкости летучих органических растворителей отбор проб проводят в охлаждаемый абсорбер; в противном случае происходит испарение жидкости и погрешность анализа заметно возрастает.

Скорость аспирации анализируемого воздуха через жидкие поглотители ограничена и не превышает 50 л/ч. Скорость регулируется расходомерными устройствами (реометр, ротаметр, газовые часы). С целью увеличения скорости аспирации и накопления за короткое время паров химических веществ в достаточном для их определения количестве вместо жидких поглотителей используют гранулированные сорбенты. Твердые сорбенты позволяют осуществлять избирательную сорбцию одних веществ в присутствии других; кроме того, они удобны как в работе, так и при транспортировке и хранении отобранных проб.

В качестве сорбентов применяют силикагели, молекулярные сита, активный уголь, пористые полимерные сорбенты и др. Все сорбенты должны обладать механической прочностью, иметь небольшое сродство к водяным парам, иметь максимальную сорбционную способность, легко десорбировать поглощенное вещество. Сорбционно-десорбционные свойства сорбента определяются как полярностью его поверхности, так и эффективным радиусом пор и их формой. Наиболее существенную роль при пробоотборе играют поры с эффективным радиусом менее 2 нм, называемые микропорами (объем проб, выраженный в см3/г сорбента, определяет его сорбционную способность). Самые эффективные сорбенты имеют общий объем пор 0,5-0,6 см3/г. Для анализа промышленного воздуха применяют три группы твердых адсорбентов, однако все они не универсальны.

К первой группе относятся гидрофильные неорганические материалы типа силикагелей и молекулярных сит. Силикагели «работают» при адсорбции из воздуха паров полярных органических соединений, веществ с гидроксильными группами и других кислородсодержащих соединений. Молекулярные сита, или цеолиты – синтетические сорбенты со строго определенным размером пор в кристаллической решетке — адсорбируют практически все вещества, размеры

молекул которых меньше, а в пределе совпадают с диаметром пор сита.

Недостатком этих синтетических сорбентов является высокая сорбируемость водяных паров, которые могут вытеснять сорбированные неполярные соединения.

Во вторую группу сорбентов включены гидрофобные неорганические материалы – активные угли с сильно развитой пористой структурой. Они избирательно поглощают углеводороды и их производные, ароматические соединения, слабее – низшие алифатические спирты, карбоновые кислоты, сложные эфиры. Первая и вторая группы сорбентов эффективно сорбируют вредные вещества из воздуха (на 80-100%).

К третьей группе относятся синтетические макропористые органические

материалы с высокой степенью гидрофобности и небольшой удельной поверхностью – пористые полимеры, например хромосорбы, порапаки, полисорбы, тенакс и др. Они подходят для условий повышенной влажности, когда применение активного угля и силикагеля становится практически невозможным.

Иногда для отбора проб воздуха используют непористые сорбенты: сульфат меди, сульфат магния, хлорид кальция и др.; некоторые из них обладают избирательной сорбцией химических веществ.

Для отбора химических веществ из воздуха используют различные конструкции сорбционных устройств (коллекторы), отличающиеся по материалу, из которого они изготовлены, форме и размерам. Для изготовления этих коллекторов используют материалы, которые не сорбируют химические вещества: нержавеющую сталь, тефлон, полированный алюминий, стекло пирекс; не рекомендуются поливинилхлорид, полиуретан и резина. Форма коллектора зависит от количества сорбента и метода десорбции из сорбента поглощенных веществ. Наибольшее распространение для отбора паров веществ различной химической природы получили прямые сорбционные трубки различных размеров, изготовленные из стекла. Самыми простыми являются трубки длиной 7 см с внешним диаметром 6 мм и внутренним – 4 мм, при этом две секции с активным углем разделены полиуретановой перегородкой толщиной 2 мм (рис. 3).

 

Вместо угля трубка может быть заполнена силикагелем или другими сорбентами. Иногда используют комбинацию сорбентов. На сорбент с активной поверхностью (уголь, силикагель) или твердый носитель могут быть нанесены химические реагенты, взаимодействующие с поглощаемыми веществами (хемосорбция). Один из примеров хемосорбентов – пленочные сорбенты,представляющие собой стеклянный порошок, обработанный пленкообразующим раствором. При пропускании через трубку воздуха определяемое вещество взаимодействует с пленкой вязкого сорбирующего раствора и затем элюируется соответствующим раствором. Пленочные сорбенты используют для определения атмосферных загрязнений, содержащихся в крайне малых концентрациях.

Для улавливания из воздуха высокодисперсных аэрозолей и твердых частиц применяют различные фильтрующие материалы: тонковолокнистое перхлорвиниловое волокно, ацетилцеллюлозу, полистирол, стекловолокно, мембранные фильтры из нитроцеллюлозы и других полимеров, фильтры из уплотненной опрессованной ткани. Ряд фильтров импрегнируют твердыми сорбентами (в частности, тонкодисперсным активным углем) с добавлением химических реагентов; отбор проб на такие фильтры основан па хемосорбции (так, для улавливания паров ртути и аэрозоля ртути применяют фильтры АФАС-Р, сорбент в которых пропитан раствором йода). Тонковолокнистая структура материала фильтра и наличие мелкоизмельченных частиц сорбента обеспечивают эффективное улавливание аэрозолей.

Способы извлечения адсорбированных веществ зависят от материала фильтра: так, ацетилцеллюлозные фильтры сжигают в смеси кислот, перхлорвиниловый фильтр растворяют в кислоте, фильтр из полистирола обрабатывают щелочью. Мембранные фильтры из нитроцеллюлозы легко минерализуются «мокрым способом» (при нагревании со смесью азотной и соляной кислот пли азотной и серной кислот) или растворяются в органических

растворителях (например, в метилацетате, ацетоне, метаноле). Очень часто количественная десорбция обеспечивается путем экстракции сорбента органическими растворителями (гексан, гептан, хлорбензол, диметилформамид,

сероуглерод и т. д.). Иногда используют термодесорбцию, которая заключается

в пропускании инертного газа через нагретую до необходимой температуры концентрационную трубку с сорбентом. Извлеченные примеси определяют общепринятыми методами: для органических соединений в основном используют газовую хроматографию, для неорганических соединений – фотометрический метод.

Для отбора проб воздуха, содержащего нестабильные и реакционноспособные соединения, его пропускают со скоростью не более 1 л/мин через охлаждаемую ловушку с большой поверхностью, например через стальные или стеклянные трубки, заполненные инертным материалом (стекловата, стеклянные шарики и др.). В качестве хладоагентов используют смеси лед – вода (0°С), лед – NaCl (-16°С), твердая углекислота – ацетон (- 80°С), а также сжиженный воздух (-147°С), жидкий азот (-185°С). Поскольку при вымораживании примесей из больших объемов воздуха в ловушке одновременно конденсируются и пары воды, перед ловушкой помещают осушитель (К2СО3, P2O5, цеолиты), который подбирают таким образом он задерживал влагу из воздуха и не задерживал исследуемое вещество. Отобранные пробы доставляют в лабораторию охлажденными в сосуде Дьюара и далее исследуют хроматографическим или другим методом.

 






Не нашли, что искали? Воспользуйтесь поиском:

vikidalka.ru - 2015-2019 год. Все права принадлежат их авторам! Нарушение авторских прав | Нарушение персональных данных