Ситуация, когда, отобрав пробу, можно непосредственно приступить к аналитическим измерениям, является крайне редкой. Определению предшествует перевод пробы в удобную для анализа форму, ряд предварительных химических реакций (например, маскирование), выделение и концентрирование определяемых компонентов, их превращение в определяемую форму с более выраженными аналитическими свойствами, создание благоприятных условий для измерения аналитического свойства. Все эти операции объединяют одним термином- подготовка пробы.
Подготовка образца может включать: измельчение , растворение, кристаллизацию, экстракцию, декантацию, перегонку, реакцию с химическими веществами, например кислотами, предварительное концентрирование, химическую модификацию. Для подготовки твердых образцов к анализу часто используется специальное оборудование (например, мельницы для измельчения). Перед проведением анализа пробу необходимо высушить ( полностью, или до некоторого постоянного уровня) или определить в ней содержание воды. В противном случае нельзя будет точно рассчитать в ней содержание компонентов.
Разложение пробы.
При вскрытии пробы определяемые компоненты чаще всего стремятся перевести в раствор, поскольку определение всеми без исключения химическими и многими физическими методами ведется, как правило в водных растворах. Для операций разложения и растворения, особенно трудно разлагаемых и труднорастворимых веществ, не существует универсальных рецептов. Выбор метода и реагента определяется прежде всего составом и свойствами анализируемого объекта.
Неорганические вещества редко удается перевести в раствор в обычных условиях растворяя их в воде. Основными методами разложения неорганических материалов ( металлы, сплавы, минералы, руды, стекло, керамика) является кислотное разложение, сплавление, спекание. Кислотное разложение ведут, как правило при высокой температуре, обрабатывая пробу минеральными кислотами ( HCl, HNO3, H2SO4,HClO4,HF,H3PO4). Если проба не растворяется полностью в кислоте, ее подвергают сплавлению при нагревании в тигле из специального материала ( платина, цирконий, никель, фарфор). В качестве плавней применяют карбонаты, гидроксиды, бораты щелочных металлов. Реже используют кислые расплавы, например пиросульфат и гидросульфат калия. По охлаждении плав растворяют в воде или разлагают кислотой.( операция выщелачивания).
Органические соединения обычно разлагают ( минерализуют) при помощи окислительных методов: сухим озолением, мокрым озолением или сплавлением. При сухом озолении анализируемое вещество нагревают на воздухе, в токе кислорода ( например, в стеклянной или кварцевой трубке) или в закрытом сосуде ( кислородная бомба). По мере сгорания элементы входящие в состав пробы ( углерод, водород, азот, кислород, галогены) превращаются в газообразные продукты, которые затем улавливаются подходящим поглотителем.
Для мокрого окисления применяют горячие растворы сильных окислителей : концентрированной H2SO4, смеси концентрированной H2SO4 или HClO4 с HNO3.
Иногда для перевода определяемых элементов в удобную для анализа форму пробу подвергают восстановительному разложению, нагревая с сильным восстановителем – металлическим натрием или калием.
Методы разделения и концентрирования проб.
Составной частью стадии подготовки пробы является разделение и концентрирование ее компонентов. Эти операции имеют целью предотвратить мешающее действие посторонних веществ и повысить концентрацию определяемого компонента. Присутствие посторонних веществ в пробе сказывается на правильности, чувствительности и воспроизводимости определения, поэтому перед определением компонента необходимо устранить мешающее влияние других компонентов пробы.
Концентрирование пробы достигается двумя путями: методом сорбции анализируемого компонента (на твёрдом сорбенте или при экстракции растворителем), методами уменьшения объёма пробы, содержащей компонент (путём вымораживания, соосаждения или выпаривания).
Осаждение- метод разделения, основанный на избирательном распределении компонентов анализируемой смеси между жидкой и твердыми фазами, которое сопровождается выделением из раствора одного или нескольких компонентов в виде малорастворимого соединения ( осадка).
Экстракция- метод разделения, основанный на избирательном извлечении одного или нескольких компонентов анализируемой смеси при помощи органических растворителей ( экстрагентов). Обычно в аналитической химии применяют экстракцию веществ из водного раствора при помощи органического растворителя.
Хроматография- метод разделения смесей, основанный на избирательном распределении их компонентов между двумя фазами, одна из которых (подвижная) движется относительно другой ( неподвижной). Основное достоинство хроматографических методов заключается в разнообразии механизмов разделения. Это может быть адсорбция, распределение между двумя жидкими или жидкой и газовой фазами, ионный обмен, гель- фильтрация и др. Соответственно различают адсорбционную ( газовая и жидкостная), распределительную ( газожидкостная хроматография, распределительная хроматография на бумаге), ионообменную, гель-проникающую хроматографию. Возможны и другие методы. Дополняя друг друга, хроматографические методы позволяют решать широкий круг аналитических задач.
Электрохимические методы разделения и концентрирования основаны на избирательном распределении компонентов в двухфазной или однофазной системе в результате различия в электрохимических или электрокинетических свойствах. К этим методам относят электрохимическое осаждение, внутренний электролиз (цементация), электрофорез, электродиализ , ионофорез, электрофильтрация и др.
Кроме перечисленных выше методов разделения и концентрирования существуют еще и другие методы.
Метод кристаллицации относят к методам разделения и концентрирования, основанным на изменении агрегатного состояния разделяемых веществ. Его подразделяют на кристаллизацию из расплава и из раствора. В последнем случае растворенные вещества кристаллизуют либо охлаждением раствора ( кристаллизация вымораживанием), либо нагреванием . Многократную кристаллизацию из расплава с постоянным перемещением узкой зоны плавления вдоль твердого образца называют зонной плавкой. Компоненты смеси за счет различной растворимости в жидкой и твердой фазах концентрируются при этом в расплавленной зоне и постепенно переносятся в конец пробы. Зонную плавку применяют для очистки веществ, для разделения двухкомпонентных смесей или для обогащения.
Диффузия- метод разделения различных газов при их протекании через пористые материалы мембраны) под действием градиента концентрации. Особый вариант диффузии представляет термодиффузия, при которой разделение происходит под влиянием температурного градиента. В группу методов, основанных на различиях в скоростях движения разделяемых компонентов, входят также седиментация, ультра центрифугирование, диализ, осмос, обратный осмос, мембранная фильтрация.
Аналитическая химия, методы аналитической химии, химический анализ.
На химический анализ сточных вод для декларации действует
