Методы контроля окружающей среды анализ воды

В проведении мониторинга вод различной природы и различного назначения можно выделить следующие этапы:

3. Обнаружение и идентификация ожидаемых компонентов;

4. Измерение концентрации найденных компонентов.

Основные принципы, которые необходимо соблюдать при отборе проб:

1. Проба воды должна отражать условия и место ее отбора;

2. Отбор, хранение, транспортировка и работа с пробой должны проводиться так, чтобы не произошло изменений в содержании определяемых компонентов или в свойствах воды;

3. Объем пробы должен быть достаточным и должен соответствовать применяемой методике анализа.

Место для отбора пробы выбирают в соответствии с целями анализа и с учетом всех обстоятельств, которые могли бы оказать влияние на состав взятой пробы.

Так, при отборе проб поверхностных и подземных вод необходимо внимательно обследовать все источники поступления воды в водоем, выявить возможные источники загрязнения водоема. Место для отбора проб сточных вод выбирают только после подробного ознакомления с технологией производства, расположением цехов, системой канализации, назначением и работой отдельных элементов станции очистки и т.д.

В соответствии с целями анализа проводят разовый или серийный отбор проб. При разовом отборе пробу берут один раз в определенном месте и рассматривают результаты одного анализа. Этот способ применяется в редких случаях, когда результатов единичного анализа достаточно для суждения о качестве исследуемой воды (например, при постоянстве состава воды, как это наблюдается для глубинных грунтовых вод). В большинстве случаев состав воды изменяется в зависимости от места и времени отбора пробы, в этих случаях проводят серийный отбор проб. При анализе серии взятых проб определяется изменение содержания отдельных компонентов с учетом места, времени отбора или обоих этих факторов. Полученные результаты обрабатываются статистически.

Типичным примером серийного отбора проб является зональный отбор. Пробы отбирают с различной глубины по выбранному створу водохранилища, озера, пруда и т.д. Другой распространенный тип серийного отбора проб — отбор через определенные промежутки времени. Позволяющий следить за изменением качества воды во времени или же в зависимости от ее расхода. При этом можно получить сведения о сезонных или дневных изменениях качества воды.

Различают два основных вида проб: простую и смешанную. Простую пробу получают путем однократного отбора всего требуемого количества воды. Анализ простой пробы дает сведения о составе воды в данный момент в данном месте. Смешанную пробу получают, сливая простые пробы, взятые в одном и том же месте через определенные промежутки времени или отобранные одновременно в различных местах обследуемого объекта. Эта проба характеризует средний состав воды исследуемого объекта или средний состав за определенный период времени (за час, смену, день и т.д.), или, наконец, средний состав с учетом как места, так и времени. Смешанную пробу нельзя отбирать за период больше одних суток. При необходимости более длительного хранения пробу консервируют. Смешанную пробу нельзя использовать для определения тех компонентов и характеристик воды, которые легко изменяются со временем (растворенные газы, pH и т.д.). Эти определения проводят в каждой составляющей пробы отдельно.

Количество пробы, которое необходимо отобрать, зависит от числа определяемых компонентов. Чаще всего, это 1-2л воды.

В качестве сосудов для отбора и хранения проб обычно используют бутыли из химически стойкого стекла. Закрывают их резиновыми или стеклянными притертыми пробками. В специальных случаях используют полиэтиленовые бутыли или термосы. Посуда должна быть тщательно вымыта, обезжирена и высушена.

После отбора проб делается запись , в которой указывают вид и происхождение воды, точное место, день и час отбора, способ консервирования.

Если анализ воды проводится не на месте отбора пробы или не в тот же день в лаборатории, то пробу консервируют. Необходимость консервирования обусловлена тем, что некоторые характеристики воды при хранении изменяются (температура, pH, содержание различных газов; некоторые вещества могут выпасть в осадок, другие, наоборот, раствориться и т.д.). В неконсервированной пробе могут также протекать различные биохимические процессы, вызванные деятельностью микроорганизмов или планктона. Универсального консервирующего средства не существует. Для полного анализа воды следует отобрать пробу в несколько бутылей, в которые добавляют различные консервирующие вещества. Пробы для определения всех видов связанного азота, окисляемости, пиридина консервируют, прибавляя к ним серную кислоту, при определении взвешенных частиц и сухого остатка добавляют к пробам хлороформ, для определения фенолов — пробы подщелачивают и т.д. Довольно затруднительным является консервирование сточных вод, особенно при наличии в пробе нерастворимых веществ, т.к. консервирующее вещество может оказать мешающее действие. Консервирование сточных вод химическими реагентами проводят лишь в тех случаях, когда консервирующий реагент не мешает определению компонентов анализируемой воды и если невозможно провести определение сразу после отбора проб.

Подготовка пробы обычно является обязательной стадией в анализе воды. Лишь в исключительных случаях удается избежать этого и использовать прямой ввод пробы (например, при определении в питьевой воде тригалометанов методом капиллярной газовой хроматографии с электронно-захватным детектором или полиядерных ароматических углеводородов методом высокоэффективной жидкостной хроматографии с флуоресцентным детектированием).

Слишком разбавленные или сложные по составу образцы приходится подвергать ряду специфических процедур, чтобы сделать возможным их исследование на имеющейся аналитической аппаратуре и достичь эффективного разделения и детектирования. Подготовка пробы может ограничиваться только концентрированием исходного образца, а может включать также и фракционирование содержащихся в пробе компонентов. Для концентрирования пробы и разделения ее на фракции могут применяются выпаривание, отгонка, дистилляция, вымораживание, осаждение и соосаждение, экстракция, сорбция, хроматография и другие методы.

Выпаривание воды является самым простым и доступным способом концентрирования. Концентрации растворенных веществ можно увеличить при этом в 10-1000 раз. Однако метод не лишен довольно существенных недостатков:

1. При выпаривании концентрируются не только определяемые в воде микрокомпоненты, но и макрокомпоненты, которые при высоких концентрациях обычно мешают определению;

2. При значительном концентрировании выпариванием нередко выпадают осадки, отделение которых фильтрованием может привести к потере определяемых компонентов проб;

3. Если определяемые вещества летучи, то при выпаривании может произойти частичное или даже полное удаление их из пробы;

4. При выпаривании возможно загрязнение пробы веществами, извлекаемыми из материала посуды.

Значительно эффективнее можно использовать выпаривание после экстракции (выпаривание экстрагента). Увеличение концентрации определяемого вещества в этом случае будет равно произведению результатов обоих процессов — экстракции и выпаривания. Кроме того, при этом отделяются все неэкстрагируемые примеси.

Методом отгонки микрокомпонентов (при атмосферном давлении или в вакууме) концентрируют летучие вещества (аммиак, летучие фенолы, летучие кислоты и др.), а также неопределяемые компоненты, которые можно превратить в летучие вещества (например, фтор в виде SiF₄, цианиды в виде HCN). При отгонке следует всегда учитывать возможность разложения отделяемого соединения и неполноту его отгонки.

Концентрирование примесей вымораживанием основано на том, что при замерзании части водного раствора растворенные компоненты остаются в жидкой фазе. Этот метод применяют для концентрирования веществ, обладающих достаточной растворимостью в воде при низких температурах, и в особенности гидрофильных веществ, трудно извлекаемых из воды другими методами. К преимуществам метода относятся:

1. Незначительные потери летучих соединений;

2. Отсутствие загрязнения применяемыми реактивами;

3. Значительно меньшая опасность изменения компонентного состава исследуемой воды вследствие протекания каких-либо превращений определяемых веществ.

Основными факторами, определяющими эффективность процесса вымораживания, являются скорость нарастания льда, возможность отвода веществ из зоны раствора, прилегающей к намерзающему льду, и структура получаемого льда.

Возможны различные варианты проведения процесса, из которых чаще всего используют следующие:

1. В простейшем случае анализируемую воду помещают в конусообразный сосуд, расширяющийся кверху. Вымораживают основную массу воды в морозильной камере при температуре -12 0 С или в бане с охлаждающей смесью. Способ очень прост, однако здесь практически нет возможности влиять на параметры, определяющие эффективность процесса;

2. По Бейкеру, исследуемую воду помещают в круглодонную колбу, емкость которой должна в 4-5 раз превышать объем пробы. Колбу с пробой погружают под углом 60 0 в охлаждающую смесь с температурой -12 0 С и вращают с частотой 80 оборотов/мин. При необходимости можно варьировать температуру вымораживания и частоту вращения, влияя таким образом на скорость намерзания льда и быстроту отделения от поверхности льда слоя воды, более концентрированного чем остальной раствор. Вымораживание по Бейкеру проводят до замерзания приблизительно 9/10 раствора. Хладоагентами могут быть солевой раствор, фенолы, жидкий аммиак и др.;

3. Оригинальным вариантом вымораживания является так называемый метод направленной кристаллизации. Он осуществляется на специальной установке, обеспечивающей постепенное погружение пробирок с исследуемой водой в охлаждающую смесь при постоянном и достаточно интенсивном перемешивании жидкой фазы около границы лед-вода. Нарастание кристалла льда здесь происходит снизу вверх. Метод позволяет максимально варьировать условия эксперимента и влиять таким образом на эффективность процесса.

Существенным ограничением метода вымораживания является резкое падение эффективности при анализе систем с высоким солевым фоном. При этом получают только 10-12-кратное обогащение. Уменьшение эффективности концентрирования наблюдается при этом в явной мере для всех компонентов раствора. Оно связано с нарушением структуры льда и захватом уже сконцентрированной фазы намерзающими кристаллами.

Соосаждение является одним из самых эффективных методов концентрирования при определении неорганических веществ. Таким способом часто выделяют очень малые (следовые) количества определяемого металла из большого объема сточной воды. Для этого вводят в достаточном количестве соль другого металла (макрокомпонент, носитель, коллектор) и осаждают этот металл подходящим реагентом. Образующийся осадок увлекает с собой и микрокомпоненты — определяемый металл. Выпавший осадок растворяют в возможно меньшем объеме необходимого растворителя и анализируют полученный концентрат. Методом соосаждения можно достигнуть повышения концентрации в десятки тысяч раз.

Одним из важнейших методов, применяемых для концентрирования неорганических и органических веществ, является экстракция . Наиболее часто используемая при анализе воды жидкостно-жидкостная экстракция может проводиться встряхиванием анализируемого образца с органическим раствором в делительной воронке или автоматически, при использовании экстрактора непрерывного действия. В зависимости от условий проведения процесса экстракты могут содержать малолетучие загрязнители средней и малой полярности (универсальная экстракция малолетучих веществ), кислоты или основания (селективная экстракция при соответствующих значениях рН).

К недостаткам метода жидкостно-жидкостной экстракции следует отнести следующие:

1. Процесс экстрагирования может отнимать много времени;

2. Зачастую используются токсичные растворители;

3. Разделение органической и водной фаз часто затруднено образованием устойчивой эмульсии (особенно в ручной экстракции).

Обычно объем получаемого экстракта довольно велик, поэтому в некоторых случаях (например, при использовании для анализа воды хроматографических методов) необходима дополнительная операция — выпаривание и концентрирование.

К применяемым в методе экстракции экстрагентам предъявляют следующие требования:

1. Экстрагент должен обладать хорошей способностью извлекать одно определяемое вещество или группу веществ;

2. Он должен отличаться малой растворимостью в воде;

3. Желательно, чтобы экстрагент имел достаточно высокую температуру кипения (не ниже 50 ° С);

4. Плотность экстрагента должна как можно больше отличаться от плотности анализируемого раствора;

5. Экстрагент не должен взаимодействовать с компонентами анализируемого раствора;

6. Он должен быть чистым и легко регенерироваться в лабораторных условиях.

При выборе наиболее подходящего экстрагента используют справочные данные по коэффициентам распределения, по растворимости соединений в воде и в различных органических растворителях. Можно также ориентироваться на химическое сродство экстрагируемого вещества и экстрагента.

В последнее время широко используется также твердофазная экстракция, основанная на разделении и концентрировании в результате сорбционных или ионообменных процессов. Этот способ пригоден для извлечения из воды соединений как малой и средней, так и высокой полярности (в зависимости от характеристик используемого сорбента). Пробы большого объема могут быть обработаны с использованием достаточно малых количеств твердой фазы, что в свою очередь требует малого объема растворителя для последующей десорбции сконцентрированных соединений. Это снимает необходимость дополнительного выпаривания и существенно уменьшает риск загрязнения образца. Метод является значительно более экспрессным по сравнению с классическими методами выделения и концентрирования.

В зависимости от объема пробы воды и характера анализируемого вещества процесс может быть проведен либо на картридже (патроне, заполненном сорбентом), либо на мембранных дисках. Применение высокоэффективных картриджей часто позволяет проводить полное выделение большого числа загрязнителей. Процесс легко автоматизировать.

Особенно удачным является применение метода твердофазной экстракции для выделения и концентрирования полярных веществ. Загрязнители улавливают и предварительно концентрируют на крупносетчатых пористых синтетических сорбентах, называемых смолами (например, амберлит-ХАД), которые затем высушивают, промывают дихлорметаном и полученный элюат используют для анализа (при необходимости концентрируют его). Элюирование растворителем иногда заменяют термической десорбцией, при этом обеспечивается наиболее высокая степень обогащения пробы. Ограничение метода связано с недостаточно высокой термической стабильностью полимерных сорбентов, что существенно сужает область его применения.

Еще одним методом выделения и одновременного концентрирования является продувка с последующим улавливанием. Этот метод используют главным образом для анализа неполярных летучих органических соединений перед их хроматографическим определением. Продуваемый через пробу воды инертный газ захватывает летучие органические соединения, которые затем улавливаются на таких адсорбентах, как тенакс или активный уголь и (или) конденсируют в криогенной ловушке. Ловушка с адсорбентом обычно встроена в десорбционную камеру, снабженную мощным нагревательным устройством, которое обеспечивает десорбцию сконцентрированных веществ. Эта методика имеет существенные достоинства, поскольку позволяет выделить «чистую» пробу из грязной воды. Устройство для стриппинга может быть легко смонтировано на газовом хроматографе с подключенными последовательно детекторами электронно-захватным, пламенно-ионизационным, фотоионизационным с десорбцией через замкнутую петлю или с масс-спектрометрическим детектированием. С помощью такой методики могут быть проанализированы загрязнители в питьевой воде при очень низких концентрациях — на уровне мкг/л или даже нг/л.

При определении летучих веществ можно использовать для целей концентрирования также парофазный анализ . Его применяют в двух вариантах: статическом и динамическом . В статическом варианте пробу воды помещают в специальный сосуд, плотно закрывают и термостатируют для того, чтобы перевести летучие компоненты в газовую фазу. Анализ полученной газовой фазы проводят с помощью метода хроматографии с использованием насадочных или капиллярных колонок. Проба отбирается после установления равновесия между газовой и жидкой фазой.

Для увеличения чувствительности применяют динамический вариант парофазного анализа. В этом случае фазовое равновесие постоянно нарушается вследствие продувки сосуда с образцом инертным газом. Выдуваемые компоненты собирают на адсорбенте (например, на тенаксе) или улавливают в криогенной ловушке и после десорбции вводят в газовый хроматограф. Статический вариант парофазного анализа позволяет определять летучие примеси на уровне мкг/мл, динамический — на уровне мкг/л. Предварительная обработка пробы (высаливание примесей сульфатом натрия или изменение рН пробы) часто увеличивает чувствительность и воспроизводимость результатов анализа.

Загрязнители обычно присутствуют в воде на уровне следов в диапазоне от 1 мкг/л до 1 нг/л. Пределы обнаружения большинства методов близки к значениям предельно допустимых концентраций, поэтому для определения примесей требуется самая высокая чувствительность аналитических приборов. Задача выбора оптимальной аналитической методики и прибора в мониторинге решается с учетом типа определяемых веществ и требуемых пределов обнаружения.

Методы анализа, используемые в современных лабораториях, занимающихся контролем окружающей среды, включают:

1. Различные варианты оптических методов анализа (например, спектрофотометрия в видимой УФ- и ИК-областях, атомно-абсорбционная и эмиссионная спектрометрия);

2. Хроматографические методы (газовая, жидкостная, сверхкритическая);

3. Электроаналитические методы (вольтамперометрия, ионометрия и другие).

Ни один из перечисленных методов не является универсальным, некоторые из них пригодны для определения только органических веществ, другие — неорганических.

Оптические методы, в частности, классические фотометрические и спектрофотометрические методы, основанные на образовании определяемыми компонентами окрашенных соединений с разнообразными реагентами, издавна и широко применяются для целей мониторинга окружающей среды. В последние десятилетия все большее значение приобретают также атомно-абсорбционная и эмиссионная (флуоресцентная) спектрометрия, методы, позволяющие определить большое число химических элементов в неорганических матрицах с крайне низкими пределами обнаружения (при абсолютных содержаниях приблизительно 10 -14 нг). Повышению чувствительности определений этими методами способствуют простейшая предварительная пробоподготовка или концентрирование (экстракция, упаривание проб воды и т.п.).

Хроматографические методы часто оказываются незаменимыми для идентификации и количественного определения органических веществ со сходной структурой. При этом наиболее широко используемыми для рутинных анализов загрязнителей окружающей среды являются газовая и высокоэффективная жидкостная хроматография. Газохроматографический анализ органических загрязнителей в питьевой и сточных водах сначала основывался на использовании насадочных колонок, позднее распространение получили и кварцевые капиллярные колонки. Внутренний диаметр капиллярных колонок составляет обычно 0,20-0,75 мм, длина — 30-105 м. Оптимальные результаты при анализе загрязнителей в воде достигаются чаще всего при использовании капиллярных колонок с различной толщиной пленки из метилфенилсиликонов с содержанием фенильных групп 5 и 50%. Уязвимым местом хроматографических методик с использованием капиллярных колонок часто становится система ввода пробы. Системы ввода пробы можно подразделить на две группы: универсальные и селективные. К универсальным относятся системы ввода с делением и без деления потока, “холодный” ввод в колонку и испарение при программировании температуры. При селективном вводе используют продувку с промежуточным улавливанием в ловушке, парофазный анализ и т.д. При использовании универсальных систем ввода в колонку поступает вся проба полностью, при селективной инжекции вводится только определенная фракция. Результаты, получаемые при селективном вводе, являются существенно более точными, поскольку попавшая в колонку фракция содержит только летучие вещества, и техника при этом может быть полностью автоматизирована.

Газохроматографические детекторы, используемые в мониторинге загрязнителей, часто подразделяют на универсальные, откликающиеся на каждый компонент в подвижной фазе, и селективные, реагирующие на присутствие в подвижной фазе определенной группы веществ со сходными химическими характеристиками. К универсальным относятся пламенно-ионизационный, атомно-эмиссионный, масс-спектрометрический детекторы и инфракрасная спектрометрия. Селективными детекторами, используемыми в анализе воды, являются электронно-захватный (селективен к веществам, содержащим атомы галогенов), термоионный (селективен к азот- и фосфорсодержащим соединениям), фотоионизационный (селективен к ароматическим углеводородам), детектор по электролитической проводимости (селективен к соединениям, содержащим атомы галогенов, серы и азота). Минимально детектируемые количества веществ — от нанограммов до пикограммов в секунду.

Высокоэффективная жидкостная хроматография (ВЭЖХ) является идеальным методом для определения большого числа термически неустойчивых соединений, которые не могут быть проанализированы с помощью газовой хроматографии. Объектами анализа методом жидкостной хроматографии в настоящее время часто становятся современные агрохимикаты, в число которых входят метилкарбонаты и фосфорорганические инсектициды, другие нелетучие вещества. Высокоэффективная жидкостная хроматография получает все большее распространение среди других методов, применяемых в мониторинге окружающей среды, еще и потому, что имеет блестящие перспективы в плане автоматизации пробоподготовки.

Колонки для ВЭЖХ, которые чаще всего используют в анализах загрязнителей окружающей среды, имеют длину 25 см и внутренний диаметр 4,6 мм, заполняются они сферическими частицами силикагеля размером 5-10 мкм с привитыми октадецильными группами. В последние годы появились колонки с меньшим внутренним диаметром, заполненными частицами меньшего размера. Использование таких колонок приводит к уменьшению расхода растворителей и продолжительности анализа, увеличению чувствительности и эффективности разделения, а также облегчает проблему подключения колонок к спектральным детекторам. Колонки с внутренним диаметром 3,1 мм снабжают предохранительным картриджем (форколонкой) для увеличения срока службы и улучшения воспроизводимости анализов.

В качестве детекторов в современных приборах для ВЭЖХ используются обычно УФ-детектор на диодной матрице, флуоресцентный и электрохимический.

Электроаналитические методы, которые обычно применяют в анализе воды для определения неорганических компонентов, часто уступают по чувствительности методам газовой и жидкостной хроматографии, атомно-адсорбционной спектрометрии. Однако здесь используется более дешевая аппаратура, иногда даже в полевых условиях. Основными электроаналитическими методами, применяемыми в анализе воды, являются вольтамперометрия, потенциометрия и кондуктометрия . Наиболее эффективными вольтамперометрическими методами являются дифференциальная импульсная полярография (ДИП) и инверсионный электрохимический анализ (ИЭА). Сочетание этих двух методов позволяет проводить определение с очень высокой чувствительностью — приблизительно 10 -9 моль/л, аппаратурное оформление при этом несложно, что дает возможность делать анализы в полевых условиях. На принципе использования метода ИЭА или сочетания ИЭА с ДИП работают полностью автоматизированные станции мониторинга. Методы ДИП и ИЭА в прямом варианте, а также в сочетании друг с другом используют для анализа загрязненности воды ионами тяжелых металлов, различными органическими веществами. При этом часто способы пробоподготовки являются гораздо более простыми, чем в спектрометрии или газовой хроматографии. Преимуществом метода ИЭА является (в отличие от других методов, например, атомно-адсорбционной спектрометрии) также способность “отличать” свободные ионы от их связанных химических форм, что важно и для оценки физико-химических свойств анализируемых веществ, и с точки зрения биологического контроля (например, при оценке токсичности вод). Время проведения анализа иногда сокращается до нескольких секунд за счет повышения скорости развертки поляризующего напряжения.

Потенциометрия с применением различных ионоселективных электродов используется в анализе воды для определения большого числа неорганических катионов и анионов. Концентрации, которые удается определить таким способом, 10 0 -10 -7 моль/л. Контроль с помощью ионоселективных электродов отличается простотой, экспрессностью и возможностью проведения непрерывных измерений. В настоящее время созданы ионоселективные электроды, чувствительные к некоторым органическим веществам (например, алкалоидам), поверхностно-активным веществами и моющим веществам (детергентам). В анализе воды используются компактные анализаторы типа зондов с применением современных ионоселективных электродов. При этом в ручке зонда смонтирована схема, обрабатывающая отклик, и дисплей.

Кондуктометрия используется в работе анализаторов детергентов в сточных водах, при определении концентраций синтетических удобрений в оросительных системах, при оценке качества питьевой воды. В дополнение к прямой кондуктометрии для определения некоторых видов загрязнителей могут быть использованы косвенные методы, в которых определяемые вещества взаимодействуют перед измерением со специально подобранными реагентами и регистрируемое изменение электропроводности вызывается только присутствием соответствующих продуктов реакции. Кроме классических вариантов кондуктометрии применяют и ее высокочастотный вариант (осциллометрию), в котором индикаторная электродная система реализуется в кондуктометрических анализаторах непрерывного действия.

Таким образом, я считаю, что в нашем случае необходимо проводить разовый отбор проб, когда проба берется из подземных вод реки, и серийный отбор проб. Пробы берутся как простые, так и смешанные, хотя я считаю, что простая проба дает более точные сведения о загрязнении. Но она дает информацию о составе вод в данный момент времени в данном месте, а нам также важна информация о среднем составе воды в реке. Смешанную пробу, я считаю, лучше брать, многократно в одном месте через определенные промежутки времени, так как это приведет к меньшей ошибке измерения, чем при одновременном отборе проб с разных участков реки. Простая проба отбирается с различной глубины по выбранному створу реки (горизонты створа). Количество пробы 1 — 2 л. Если не возможен быстрый анализ, то пробу консервируют, добавляя консервант. Универсального консерванта для всех загрязнителей не существует. Для каждого загрязнителя используется свой консервант. Пробоподготовка в нашем случае заключается в концентрировании. Методы концентрирования, которые, я считаю, наиболее подходящими, это выпаривание, отгонка и соосаждение, хотя могут использоваться и другие методы в зависимости от целей анализа и определяемых компонентов. Методы анализа: оптические, хроматографические методы и кондуктометрия.

источник

Экологический мониторинг. Для оценки негативных изменений среды осуществляется экологический мониторинг, представляющий собой систему наблюдений и контроля за изменениями в составе и функциях различных экологических систем. Он может осуществляться в глобальном, национальном, региональном или локальных масштабах. Существует фоновый и импактный мониторинг. В то же время изучение и контроль состояния окружающей среды включают исследование таких природных ресурсов, как вода, воздух, почва, совокупность этих систем с точки зрения определения в них загрязняющих химических веществ, нарушающих сложившееся экологическое равновесие в природе. С этой точки зрения можно говорить и о химическом мониторинге, поскольку речь идет о химико-аналитическом исследовании с помощью различных методов аналитической химии – науки о методах анализа.

Результаты аналитических определений и измерений рассматриваются уже в рамках экологического мониторинга. Это дает информацию о загрязнении биосферы различными ксенобиотиками. Данные экологического мониторинга используют для всестороннего анализа состояния окружающей среды и регулирования её качественных характеристик.

Химические методы анализа. При мониторинге вод, к перечню обобщенных показателей, характеризующих их общую загрязненность относятся: химическое потребление кислорода (ХПК), биохимическое потребление кислорода (БПК), общий органический углерод, растворенный органический углерод, общий азот, адсорбирующиеся органические галогениды.

ХПК – мера общей загрязненности воды содержащимися в ней органическими и неорганическими восстановителями, реагирующими с сильным окислителем. Её обычно выражают в молях эквивалента кислорода, израсходованного на реакцию.

Поскольку ХПК не характеризует всех органических загрязнителей, окисляемых до углекислоты и воды, проводят еще определение общего органического углерода. Для этого в пробе окисляют органические загрязнители. Выделяющийся СО₂ поглощают раствором щелочи. Оттитровав остаток щелочи кислотой, находят искомый показатель. Вычислив отношение ХПК к общему углероду, получают показатель загрязненности сточных вод органическими веществами.

БПК – это количество кислорода, требующееся для окисления находящихся в воде веществ в аэробных условиях, в результате происходящих в воде процессов. Для его определения отбирают две пробы воды. В первой сразу же определяют содержание растворенного кислорода. Вторую пробу закрывают и оставляют на 2, 3, 5, 10 или 15 суток. Далее, находят остаток кислорода. Разность между первым и вторым определениями дает БПК.

Приведенные примеры иллюстрируют применение в экологическом мониторинге классических химических методов анализа. Особенно велика роль в экологическом мониторинге современных методов аналитической химии, называемых инструментальными.

Отбор проб для анализа объектов окружающей среды.

Специфика объектов окружающей среды как объектов химического анализа предполагает их изменяющийся состав, многокомпонентность и многофазность. Множество протекающих в природной среде химических, биохимических и биогеохимических процессов предопределяет чрезвычайную сложность химико-аналитических исследований. Это необходимо учитывать при анализе жидких сред: растворов, суспензий, эмульсий, летучих и нелетучих твердых веществ, газов; при определении различных неорганических и органических веществ, исследований живого вещества.

Принципиально важными этапами являются: отбор проб, сохранение и консервация проб с последующим переведением их в форму, удобную для проведения анализа. С целью полного извлечения определяемых компонентов используют все способы, применяемые в химическом анализе: измельчение твердых образцов, растворение, обработку реактивами, нагревание.

Сложность почв как объекта анализа определяется их гетерогенным и многофазным характером. Минеральная основа, органические и биологические компоненты: гумусовые вещества, почвенные растворы и воздух – вот объекты анализа в этом случае. К ним следует прибавить еще и оказывающие наиболее сильный загрязняющий эффект минеральные удобрения, пестициды и продукты их превращения.

При определении веществ в следовых количествах, чувствительности применяемых инструментальных аналитических методов иногда бывает недостаточно. В этом случае применяют различные способы аналитического концентрирования: экстракционное концентрирование, дистилляцию, соосаждение, использование криогенных ловушек. Например, органические загрязнители присутствуют в питьевой воде в очень малых количествах порядка 0,000001 мг/дм 3 . Для выполнения определений необходима их концентрация в каком-то объеме. Летучие органические вещества извлекают из вод потоком инертного газа и улавливают твердыми адсорбентами. Далее нагреванием осуществляют их термическую десорбцию и переносят сконцентрированные компоненты и ловушки в газовый хроматограф. Нелетучие органические вещества экстрагируют органическими растворителями. Экстракты анализируют методами высокоэффективной жидкостной хроматографии. Процесс извлечения полициклических ароматических и гетероциклических углеводородов, пестицидов, диоксидов из твердых образцов, например почв, упрощают приготовлением концентрата.

Методы определения загрязняющих веществ. С этой целью используют инструментальные методы современной аналитической химии, основанные на измерении различных физических свойств определяемых веществ или продуктов химических превращений с помощью физических и физико-химических приборов.

Спектроскопические методы анализа основаны на использовании взаимодействия атомов или молекул определяемых веществ с электромагнитным излучением широкого диапазона энергии. Это могут быть гамма-кванты, рентгеновское излучение, ультрафиолетовое и видимое инфракрасное и радиоволновое излучение. Сигналом может быть испускание или поглощение излучения. Важнейшими для экологического мониторинга являются: нейтронно-активационный, рентгеноспектральный и атомно-эмиссионный анализы.

Ценную информацию в анализе вод представляют электрохимические методы анализа: потенциометрия, полярографические и кулонометрические методы.

Исключительно мощное средство контроля загрязнения различных объектов окружающей среды – хроматографические методы, позволяющие анализировать сложные смеси компонентов. Наибольшее значение приобрели тонкослойная газожидкостная и ионная хроматография. Тонкослойная хроматография используется для определения пестицидов и других органических соединений-загрязнителей. Газожидкостная хроматография показательна при анализе многокомпонентных смесей летучих органических веществ.

Жидкостную хроматографию применяют при анализе смесей многих загрязняющих веществ. Используя высокочувствительные детекторы, спектрофотометрические, флуориметрические, можно определять очень малые количества веществ. При анализе смеси сложного состава особенно эффективно сочетание хроматографии с инфракрасной спектрометрией и особенно с масс-спектрометрией при обязательном включении в комплекс мощного компьютера. Так определяют пестициды, диоксины, нитрозоамины и другие токсичные вещества. Ионная хроматография удобна при анализе катионного и анионного состава вод.

Для определения содержания SO₂, NO₂, CO и других газов в атмосферном воздухе применяют отечественные газоанализаторы различного конструктивного решения: «Платон-1» (AsH₃); «Гамма-М» (бензол); «Палладий-М3» (CO); «Нитрон» (NO₂); «Сирена-2» (NH₃).

Чтобы контролировать концентрацию загрязнителей меньше ПДК необходимы мощные информативные и чувствительные методы анализа, ибо «отсутствие компонента» еще не означает его действительное отсутствие. Возможно, концентрация настолько мала, что традиционными методами его определить невозможно.

Дата добавления: 2019-09-13 ; просмотров: 21 ; ЗАКАЗАТЬ РАБОТУ

источник

Контактные методы контроля состояния окружающей среды представлены как классическими методами химического анализа, так и современными методами инструментального анализа. Классификация контактных методов контроля приведена на рис. 1.8. Наиболее применяемые спектральные, электрохимические и хроматографические методы анализа объектов окружающей среды (представлены на рис. 1.9 – 1.11).

Общая схема контроля включает этапы: 1) отбор пробы; 2) обработка пробы с целью консервации измеряемого параметра и её транспортировка; 3) хранение и подготовка пробы к анализу; 4) измерение контролируемого параметра; 5) обработка и хранение результатов. Пробоотбор зачастую предопределяет результаты анализа, так как возможно загрязнение пробы в процессе её отбора, особенно когда речь идёт об измерении ничтожно малых количеств загрязняющего вещества. Здесь важен и выбор места и средства отбора, и чистота пробоотборников и тары для хранения пробы. В изолированной от природной среды пробе, начиная с момента её взятия, осуществляются процессы «релаксации» по параметрам экосистемы, значения которых определяются кинетическими факторами. Одни из параметров меняются быстро, другие сохраняются достаточно долго. Поэтому необходимо иметь представление о кинетике изменения измеряемого параметра в данной пробе. Очевидно, чем меньше время от момента взятия пробы до её консервации (или анализа), тем лучше. И все же лучше в параллельно отобранные пробы добавить эталон контролируемого загрязняющего вещества и консервировать эти контрольные пробы через разные временные интервалы. При измерении «эталонных» образцов одновременно можно получить и градуировочные графики. Такой метод «внутреннего стандарта» желательно использовать и для оценки других факторов, которые могут влиять на результаты анализа (хранение, транспортировка, методика подготовки пробы к анализу и т.д.).

Подготовка пробы к анализу может включать в себя либо концентрирование измеряемого ингредиента, либо его химическую модификацию с целью проявления аналитически наиболее выгодных свойств. Концентрирование достигается двумя путями: методом сорбции анализируемого компонента (на твёрдом сорбенте или при экстракции растворителем), методами уменьшения объёма пробы, содержащей компонент, например путём вымораживания, соосаждения или выпаривания. Конечно, любая такая процедура может влиять на результат анализа, поэтому «внутренний стандарт» необходим.

Эффективность любого метода наблюдений и контроля за состоянием объектов окружающей среды оценивается следующей совокупностью показателей:• селективностью и точностью определения;• воспроизводимостью получаемых результатов;• чувствительностью определения;• пределами обнаружения элемента (вещества);• экспрессностью анализа.

Основным требованием к выбранному методу является его применимость в широком интервале концентраций элементов (веществ), включающих как следовые количества, в незагрязнённых объектах фоновых районов, так и высокие значения концентраций в районах технического воздействия.ис. 1.10. Электрохимические методы анализа объектов окружающей среды

Не нашли то, что искали? Воспользуйтесь поиском:

Лучшие изречения: Сдача сессии и защита диплома — страшная бессонница, которая потом кажется страшным сном. 8718 — | 7129 — или читать все.

источник

Контроль качества водных ресурсов и сточных вод играет огромную роль в обеспечении личной (населения страны) безопасности. Какие методы анализа воды сегодня применяются? О чем говорят получаемые в ходе исследования результаты?

Чтобы иметь возможность регулировать и контролировать качество питьевых ресурсов специалисты используют лабораторные методы анализа воды, основывающиеся на выявление физических и химических особенностей тестируемого образца. Насколько важны процессы исследования водных ресурсов и сточных вод? Они имеют чрезвычайную важность, поскольку позволяют предупредить загрязнение окружающей среды и ухудшение экологической остановки. Но их главная задача остановить развитие огромного числа заболеваний у населения, которые ежедневно контактируют и пьют некачественную воду. В нашей независимой лаборатории можно по невысокой цене заказать исследование различных классов жидкостей. Мы гарантируем достоверность результатов и применение самых современных методик.

Процедура контроля и процессы водоочистки в жилых и загородных домах, на производственных и промышленных предприятиях начинается с мероприятий по выявлению и подсчету количества содержащихся в потребляемой (используемой) воде компонентов и соединений. Современная методика анализа воды позволяет с высокой точность идентифицировать вещество в составе образца и его объем на единицу массы. Все тесты проводятся в лабораторных условиях при помощи специального оборудования, химических реагентов и препаратов.

Существуют следующие типы исследований проб сточных и питьевых вод:

Химический — применяется весовой и объемный методы анализа.
Электрохимический — процедура использует полярографический и потенциометрический методы анализа.
Оптический — образец исследуется посредством фотометрических, люминесцентных и спектрометрических методик. Считаются самыми результативными, но за счет необходимости использовать очень редкое и сложное оборудование являются и наименее применяемыми, дорогостоящими. Используются для покомпонентного тестирования как питьевых, сточных, так и хозяйственно-бытовых, промышленных вод.

Санитарно-микробиологический, паразитологический и бактериологический — применяются титрационный, АТФ, чашечный подсчет, мембранная фильтрация выращивание и прочие методы анализа: сточная вода, питьевая и хозяйственно-бытовая проверяются комплексами, составленными из перечисленных тестов.
Фотохимический — покомпонентный состав пробы определяется фотохимическим методом.
Хроматографический — один из самых сложных типов исследования, который использует метод тонкослойной хроматографии, жидкостной колоночной хроматографии и высокоэффективной жидкостной хроматографии. Чтобы оценить пробу также необходимо использовать сложное и редкое оборудование.
Органолептический — эталонный метод исследования проб. Применяется исключительно к питьевым видам образцов.
Токсикологический и радиационный — приборные способы проверки наличия в предъявленном образце вредных для здоровья токсинов, α и β-частичек.

Перечисленные типы исследований разработаны для проверки качества жидкости применяемой для приготовления пищи, питья и используемой в хозяйственно-бытовых нуждах. Однако многие методы анализа питьевой воды пригодны и для установления степени загрязненности сточных вод прошедших через очистные сооружения. Наша лаборатория проводит все существующие виды тестов жидкостей по доступной стоимости. Чтобы сдать воду на анализ в лабораторию, мы рекомендуем купить специальную тару для ее забора, хранения и транспортировки.

Содержание в пробе природных веществ и их концентрации. Обязательный тест для образцов, взятых из естественных водоемов: скважина, колодец, водопроводная вода.
Содержание в пробе химических элементов и соединений, попавших в образец в результате очистки воды. Данные методы контроля воды применяются ко всем видам проб: сточные, хозяйственно-бытовые, промышленные, питьевые воды;
Наличие в пробе бактерий и патогенных микробов, вирусных микроорганизмов и палочек. Тест, которым исследуется питьевая вода и образцы, взятые с поверхностных источников: озера, водохранилища, реки и так далее. Присутствие бактерий в жидкости, с которой контактирует человек (не пьет), также может вызвать ряд заболеваний.
Присутствие запаха. Органолептические и санитарно-микробиологические тесты позволяют выявить «виновников» запаха. Ими являются микроорганизмы и продукты их жизнедеятельности. Важное исследование питьевой и хозяйственно-бытовой воды.
Степень жесткости, мутности. Анализу обязательно подвергают хозяйственно-бытовые и питьевые образцы.

Полученные результаты сравнивают с нормативами СанПиН, в которых оговорено допустимое и нормальное присутствие в воде макро- и микроэлементов, солей, природных веществ и прочего. Если количественные величины примесей, минералов и солей попали в разрешенный СанПиН диапазон, тестируемый образец можно считать пригодным для питья, бытовых, промышленных целей. Аналогично оцениваются сточные воды. Если их физико-химический и токсический состав соответствует установленным нормам, то очищенную системой загрязненную жижу можно выбрасывать в окружающую среду. Она не станет причиной ее загрязнения и отравления людей. По каждому виду вод разработаны свои критерии оценки и нормы.

Контроль качества воды следует проводить не только предприятиям, но и людям, использующим водопроводную, колодезную и скважинную воду. По результатам теста можно с легкостью определить, какие системы фильтрации и очистки будут наиболее эффективны. В нашей независимой компании можно по доступной цене заказать любые типы анализов различных классов вод.

источник

Не нашли то, что искали? Воспользуйтесь поиском:

Лучшие изречения: Да какие ж вы математики, если запаролиться нормально не можете. 8396 — | 7314 — или читать все.

источник

Питьевая вода является постоянным и необходимым источником, из которого человечество черпает силы и здоровье. Без жидкости человеческий организм не способен существовать длительное время, поскольку все основные функции и процессы в организме человека осуществляются с помощью циркулирующей жидкости по венозным и артериальным соединениям. Следовательно, методы контроля качества питьевой воды, которую мы употребляем в пищу и в бытовых целях, являются необходимыми элементами. Зачем нужен контроль и что он дает?

Прежде всего стоит сказать, что за многие сотни лет существования человечества водные ресурсы на планете и их чистота значительным образом видоизменились. Промышленный прогресс сделал возможными многие удобные и эффективные изобретения и технологии, однако вместе с этим стал причиной множества загрязнений и патогенных выбросов в атмосферу. Каждый новый завод или промышленное предприятие считается потенциальными загрязнителями не только окружающей среды, но и подземных вод и грунта. Избежать этого процесса просто невозможно, поскольку для производства тех или иных элементов используются химически активные вещества, металлы, газы и минералы, остатки которых попадают с дымом в атмосферу или в грунт вместе с отходами.

Человек сам производит тысячи тон биологических отходом ежегодно, которые также неминуемо попадают в грунт, а значит являются причиной засорения и отравления подземных вод. По данным проведенных за последние десятки лет исследований и гигиенических оценок питьевой воды, на сегодняшний день источниками с максимально чистой водой считаются такие, которые расположены на глубине ниже 250-300 метров. Все озера и родники, которые располагаются выше, являются относительно засоренными или водами средней засоренности. Это значит, что даже в незначительном количестве, однако в них присутствуют патогенные примеси и вещества, которые отравляют человеческий организм и влияют на его здоровое функционирование.

Запасы питьевой воды, надо помнить, не являются неиссякаемыми и бесконечными. С каждым годом запасов кристальной чистой воды для массового потребления становится все меньше, что толкает исследователей и научных сотрудников на поиски все более новых и оптимизированных микробиологических исследований питьевой воды, способов добычи жидкости для употребления.

Стоит отметить, что по данным последних проверок, более 40% жителей планеты не употребляет питьевую воду, которая соответствует регламентированным нормам и стандартам качества. Некачественная засоренная вода в свою очередь влияет на продолжительность жизни человека, на его здоровое функционирование, репродуктивную функцию, на работоспособность и показатель счастья.

Последние санитарно-микробиологические анализы питьевой воды и проверки ВОЗ показали, что качество питьевой воды сегодня является одной из главных и основополагающих проблем, по причине которой может случиться преждевременное исчезновение населения планеты Земля. Свыше 1 миллиарда людей в мире сегодня не употребляют достаточное количество очищенной питьевой воды в пищу, еще более 2 миллиардов имеют ограниченные возможности получения чистой воды для гигиенических и пищевых нужд.

Питьевая вода является необходимым и незаменимым ресурсом, которые обеспечивает биотехнологическую, микробиологическую и промышленную сферы человеческой деятельности. На сегодняшний день существуют регламентированные и заверенные санитарные нормы анализа питьевой воды цена, согласно которым должны производиться химические и микробиологические экспертизы и проверки жидкости в разных зданиях и скважинах.

Санитарные нормы и регламентация качества питьевой воды распространяются на многие сферы человеческой деятельности, поскольку от наличия чистой жидкости зависит эффективная и слаженная работа не только человеческого организма, но и сельскохозяйственной сферы, сферы медицины, химической и микробиологической отраслей. Не используя методы контроля качества питьевой воды человечество не сможет получать не только здоровые продукты питания, но и лекарства, медицинское обслуживание. Где проверить питьевую воду на анализ? Нормы санитарного характера действуют на все проверки качества воды, которая подается по системам водоснабжения в жилые помещения, промышленные здания, заводы, фабрики, предприятия, которые работают с пищевыми продуктами или имеют непосредственный контакт с водой в процессе производства.

Контроль и оценка качества питьевой воды производятся лабораторными сотрудниками в несколько этапов и направлены на то, чтобы выявить наличие в питьевой воде патогенных веществ биологического или химического типа, попадание в организм человека которых может спровоцировать воспаления, заболевания, инфекции и эпидемические вспышки.

Полное химическое исследование питьевой воды, стоимость которого в наше время более чем оправдана, должно постоянно совершенствовать методики аналитической работы и использовать новейшие методы для выявления инородных примесей и частиц в жидкости. Это необходимо, поскольку постоянный рост промышленной сферы деятельности человека обуславливает появление все более новых примесей и химических элементов в производстве, отходы которых в дальнейшем попадают в воду и загрязняют ее.

Стоит отметить, что в настоящее время лаборатории, которые занимаются проведением химического анализа питьевой воды, проверяют воду на качество и чистоту путем использования нескольких универсальных методик. Каждый из методов с определенным уровнем точности позволяет выявить превышенную концентрацию в воде того или иного патогенного химического элемента.

Стоит выделить несколько основных методик проверки качества питьевой воды:

Использование индикаторов и приборов для измерения качества питьевой воды в процессе химической экспертизы. Проводится проверка путем использования простейших химических полосок индикации, которые имеют цветовую гамму окраски и после контакта с водой могут сигнализировать об определении остаточного хлора в питьевой воде, превышенном или нормальном содержании в жидкости того или иного вещества. Важно отметить, что еще несколько десятков лет назад для такого анализа питьевой воды использовались простые лакмусовые индикаторы, достоверность исследований которых была сомнительной. Сегодня же наука позволяет использовать для экспертизы специальные устройства, которые имеют в своем составе несколько отдельно сделанных лакмусовых индикаторов. Каждый из этих индикаторов обладает расширенной цветовой гаммой и реагирует на отдельно запрограммированный химический загрязнитель или элемент. С помощью такого современного устройства можно проводить экспресс-анализ питьевой воды и комплексное исследование жидкости с минимальными погрешностями и ошибками в измерениях. Такие индикаторы широкого профиля для хим. анализа питьевой воды можно также приобретать и использовать для проверки жидкости в домашних условиях. Однако важно помнить тот факт, что даже полностью оборудованная самостоятельная проверка качества воды может не выявить точных и достоверных результатов по причине отсутствия необходимых знаний в проведении подобных аналитических работ. Проведение химической экспертизы, анализ питьевой воды показатели, расшифровка результатов — это не только использование качественного оборудования, но и оперирование знаниями химии и микробиологии, правильный забор жидкости, соблюдение всех регламентированных норм и правил анализа качества питьевой воды такого типа.
Использование фотометров для проверки воды на наличие химически активных веществ и содержание железа в питьевой воде или патогенных элементов. Данный способ проверки качества питьевой воды используется как в форме самостоятельной аналитики, так и в комбинации с другими методиками экспертизы. Фотометр – это специальный прибор, который с помощью встроенной функции определения метода фенольного индекса в питьевой воде, просвечивания и аналитики жидкости может сразу определить не только список веществ, присутствующих в составе, но и их концентрацию и уровень патогенности.
После фотометрического теста специалист лаборатории должен провести дополнительные чувствительные анализы на реагенты. Реагентный этап проверки позволяет определить уровень концентрации химического вещества в жидкости и степень его активности при попадании в человеческий организм. Такие комплексные проверки практически полностью исключают вероятность погрешностей и ошибок в результатах исследования.

Лаборатория ЭкоТестЭкспресс использует только современные и высокотехнологичные методы проверки качества воды и предоставляет полный перечень элементов в составе проверяемой жидкости заказчику. Проверим воду на качество и поможем выбрать эффективную фильтрующую установку или водоочистительную станцию.

источник

ТЕМА 4. Методы исследования природных вод в лабораториях

4.1. Метрологические основы анализа.

4.2. Подготовка проб к анализу. Разделение и концентрирование компонент

4.3. Титриметрические методы анализа природных вод.

4.4. Потенциометрические методы анализа природных вод.

4.5. Фотометрические методы анализа природных вод.

Метрологическое обеспечение ЭАК. Анализ как измерение состава вещества. Метрология – наука об измерениях — является важнейшим разделом аналитической химии, а метрологический контроль и обработка результатов анализа являются необходимым этапом при решении любой задачи количественного анализа. Метрологическое обеспечение ЭАК тем более важно, что на основании результатов определений принимаются управленческие решения, а также решения по применению штрафных санкций к природопользователям, нарушившим принятые нормы законодательства по охране природы.

С точки зрения метрологии анализ можно рассматривать как измерение состава вещества — метрологическую процедуру, в результате проведения которой получают сведения о наличии и содержании определяемого компонента в объекте анализа. Измерения состава вещества основаны на том, что определяемый компонент обладает физическими и химическими свойствами, проявление которых можно зарегистрировать визуально или с использованием приборов в виде определенного сигнала. Если регистрируемая величина сигнала пропорциональна содержанию компонента в объекте анализа, то полученный сигнал (аналитический сигнал) может использоваться для решения задач количественного анализа. В системах ЭАК применяются химические, физические и физико-химические методы анализа.

В химических методах анализа для качественного и количественного определения вещества используют его химические свойства, а также процессы растворения-осаждения. Аналитическая реакция представляет собой химическую реакцию аналитически активной формы определяемого компонента с другим веществом – аналитическим реагентом, в результате чего происходят видимые или доступные для регистрации изменения в анализируемой системе. Для химических методов анализа характерно использование специальных реагентов, способных к практически полному необратимому взаимодействию с определяемым компонентом. Само измерение носит косвенный характер, поскольку непосредственно определяется не число определенных частиц, а их совокупная масса (в гравиметрии), расход реагента (в титриметрии) или другие параметры, пропорциональные массе.

Чувствительность реакции в аналитической химии может определяться предельной концентрацией или открываемым минимумом.

Предельная концентрация – наименьшеая концентрация вещества в растворе, ниже которой данная аналитическая реакция не дает положительного результата. При концентрации определяемого компонента равной предельной отмечается очень слабый, но заметный результат (появление помутнения, бледной окраски и т. п.). Чем чувствительнее реакция, тем меньше предельная концентрация.

Предельная концентрация может быть выражена в единицах молярной концентрации определяемого вещества или как отношение 1 массы определяемого вещества к массе растворителя. Например, для реакции определения ионов железа по реакции с роданид-ионом:

Предельная концентрация равна 6×10-6 моль/л или 1: 3×106. Это значит, что можно обнаружить ионы железа по реакции образования окрашенного роданида железа при концентрации железа 6×10-6 моль/л или при содержании 1 г ионов железа в 3×106 г растворителя (наблюдается едва заметная розовая окраска) . При меньшей концентрации железа окрашивания раствора при добавлении роданида не обнаруживается, при большей концентрации железа добавление роданида вызывает появление хорошо заметной красной окраски раствора.

Открываемый минимум — минимальное количество вещества, которое может быть обнаружено в данных условиях. Величина открываемого минимума зависит от предельной концентрации и объема раствора. По существу, открываемый минимум – это масса вещества, которая содержится в данном объеме раствора при концентрации раствора равной предельной концентрации.

Например, для реакции ионов железа с роданид-ионом предельная концентрация равна 6×10-6 моль/л. Тогда открываемый минимум m может быть определен, используя определение молярной концентрации:

; ; , г

Так, если для анализа взяты разные объемы исследуемых растворов, то значения открываемого минимума также будут разными:

Объем исследуемого раствора 1 мл

Объем исследуемого раствора 10 мл

Чувствительность реакции зависит от многих факторов: объема раствора, концентрации, порядка добавления реактивов, рН и температуры раствора, условий наблюдения за результатами реакции и др. Данные о чувствительности какой-либо реакции, приведенные без указания условий ее выполнения, являются величинами весьма неопределенными и невоспроизводимыми. Чем чувствительнее реакция, тем больше возникает трудностей и препятствий при анализе малых концентраций веществ, тем больше следует обращать внимания на самые разные факторы. Так, при определении чувствительности реакции или метода приходится считаться с тем обстоятельством, что в контрольном опыте с одними только реактивами и чистой водой также может наблюдаться слабый результат реакции – бледное окрашивание в случае цветных реакций, слабое помутнение в реакциях осаждения и др. Поэтому при анализе используют так называемую «холостую пробу».

Физические методы анализа — это методы, в которых аналитический сигнал представляет собой регистрируемую величину какого-либо физического свойства вещества либо результат взаимодействия излучения с веществом. В физических методах анализа для получения аналитического сигнала используется не аналитическая реакция, но аналитический процесс. Например, в ИК-спектроскопии под аналитическим процессом следует понимать процесс взаимодействия анализируемого вещества с внешним по отношению к нему источником электромагнитного излучения, сопровождающийся поглощением характеристических порций энергии – квантов энергии. Обычно в физических методах анализа для определения наличия и величины аналитического сигнала необходимо определенное устройство — детектор, входящий в состав соответствующего аналитического прибора. Физические методы анализа являются инструментальными методами. Измерительное устройство должно обеспечивать проведение аналитического процесса, детектирование аналитического сигнала и его регистрацию (цифровую при помощи различного вида шкал или компьютерную с применением специальных программ обработки экспериментальных данных).

Физико-химические методы анализа включают элементы как физических, так и химических методов анализа. Как правило, химические реакции здесь проводят для получения аналитически активной формы анализируемого компонента. Причем, аналитически активная форма компонента может быть получена как на стадии подготовки пробы к анализу, так и на стадии измерений. Аналитический сигнал является результатом реализации некоторого аналитического процесса. Детектирование аналитического сигнала и его регистрацию проводят инструментальными методами, использующими зависимость физических и физико-химических свойств вещества от содержания его в объекте анализа.

Аналитический сигнал — среднее результатов измерения физической величины в заключительной стадии анализа, функционально связанное с содержанием определяемых компонентов.

Определение содержания компонента в образце проводят с использованием градуировочных графиков или градуировочных зависимостей (расчетных формул).

Готовят для анализа образцы с известным содержанием анализируемого компонента С1, С2, . Сn. Измеряют соответствующие им значения аналитических сигналов Х1, Х2, . Хn, строят градуировочный график, при помощи которого по измеренному аналитическому сигналу ХИЗМ определяют искомую величину СХ.

Более объективным и правильным является установление математической зависимости Х= f(С) методом регрессионного анализа (методом наименьших квадратов).

Основные метрологические характеристики методов анализа.

К основным метрологическим характеристикам метода анализа относят чувствительность метода, предел обнаружения анализируемого компонента, правильность и воспроизводимость результатов анализа.

Чувствительность метода – это метрологическая характеристика, отражающая возможность получения аналитического сигнала при определенном минимальном изменении концентрации компонента в анализируемом образце. Численно чувствительность метода характеризуется величиной коэффициента чувствительности S = dX/dC . Коэффициент чувствительности метода анализа может быть определен как наименьшее изменение концентрации анализируемого компонента, которому соответствует изменение аналитического сигнала, достоверно определяемое данным методом.

Предел обнаружения – метрологическая характеристика метода анализа, характеризующая наименьшую концентрацию анализируемого компонента, которую можно определить при помощи данного метода анализа.

Правильность результатов анализа – соответствие экспериментально полученной величины содержания анализируемого компонента истинному его содержанию в анализируемом образце. Как правило, полученное в результате анализа значение определяемой величины содержания компонента в образце отличается от истинного значения этой величины. Это обусловлено тем, что любой метод анализа сопровождается погрешностями определения величины аналитического сигнала.

Любые измерения сопровождаются возникновением погрешностей, обусловленных различными причинами. Основная задача, решаемая метрологией — снижение или устранение погрешностей анализа. Поскольку анализ – многостадийный процесс, то общая погрешность результата обусловлена погрешностями отдельных стадий.

Пробоотбор. Реально отобранные для анализа пробы по составу в большей или меньшей степени отличаются от анализируемого объекта, что и является основной причиной погрешностей анализа. Наименьшие сложности возникают при отборе проб из гомогенных систем (вода, воздух), так как состав любой аликвотной части идентичен составу всей гомогенной системы. Гетерогенные системы (почва, мутная вода…) неоднородны по составу, что существенно затрудняет пробоотбор и является источником погрешностей, часто значительных по величине. Конкретная методика пробоотбора зависит от характера анализируемого объекта и метода анализа.

Пробоподготовка представляет собой процесс перевода пробы в удобную для анализа форму, включающий операции растворения, концентрирования, химической обработки (сжигание, сплавление с определенными реагентами, получение растворимой формы, проведение химических реакций с целью получения аналитически активной формы и т. п.). Каждая из операций может сопровождаться потерями анализируемого вещества или привнесением его в пробу с реактивами, загрязнением пробы мешающими анализу веществами. Все это обусловливает возникновение различных по величине погрешностей анализа.

Разделение и концентрирование веществ. В экологических исследованиях часто применяют такие методы, как осаждение и соосаждение, экстракцию, хроматографическое разделение, ионный обмен. Ни один из методов разделения и концентрирования веществ не обеспечивает полного выделения анализируемого вещества и не гарантирует абсолютной чистоты отдельных фракций по отношению к отдельным анализируемым компонентам. Погрешности анализа могут быть обусловлены потерями определяемого вещества при разделении пробы на группы и концентрировании анализируемых компонент.

Получение аналитически активной формы анализируемого компонента — такой химической формы определяемого компонента, свойства которой можно регистрировать в данном методе анализа. Например, в фотоколориметрии определение возможно, если вещество окрашено, т. е. поглощает в видимой части электромагнитного спектра. Получение аналитически активной формы заключается, как правило, в добавлении специфических реагентов и предшествует конечному измерению аналитического сигнала. Источником погрешностей является неполный перевод анализируемого компонента в определяемую аналитически активную форму.

Детектирование аналитического сигнала. На стадии детектирования при помощи специального устройства измеряется величина аналитического сигнала, пропорциональная содержанию анализируемого компонента в объекте анализа. Основным источником погрешностей является несовершенство измерительных систем. Погрешности измерения аналитического сигнала называют еще «инструментальными ошибками».

Расчет содержания компонента в анализируемом образце, оценка надежности полученного результата — заключительная стадия анализа. Источником погрешностей является не точно построенный градуировочный график или не точная расчетная формула, а также ошибки в вычислениях.

Внося поправки в расчетную формулу, можно уменьшить величину погрешности. Однако в большинстве случаев неточности расчетных формул связаны с ограничениями теоретического характера.

В ряде случаев причины погрешностей известны либо устанавливаются экспериментатором при детальном рассмотрении процедуры анализа. Такие погрешности называют систематическими погрешностями , величина их в определенной серии измерений однозначна и постоянна по величине.

(2)

— систематическая погрешность, — среднее арифметическое измеряемой

величины в серии измерений, — истинное значение измеряемой величины. Отсутствие систематических погрешностей обеспечивает правильность анализа.

В ряде случаев проведением специальных мероприятий можно учесть систематические погрешности известной природы. Некоторые систематические погрешности можно оценить в ходе специально проведенного эксперимента. Например, систематические погрешности, обусловленные прибором для измерений (инструментальные) можно оценить в ходе поверки измерительных приборов по стандартным образцам (СО)- специально приготовленным контрольным образцам с известным содержанием определяемого компонента (паспортным содержанием). Стандартные образцы и эталоны применяются практически во всех физико-химических методах анализа. Эталоны для исследований готовят сами аналитики по методике, указанной для конкретного определения. Стандартные образцы готовят специально аттестованные лаборатории, имеющие лицензию на данный вид деятельности.

Инструментальные погрешности в физико-химическом анализе могут достигать

больших значений. Для их устранения, кроме поверки измерительных приборов, используют методы релятивизации ( relative — относительный ) и рандомизации ( random — случайно, наугад ). Пример применение метода релятивизации — отбор проб для серии анализов одной пипеткой, использование одного набора гирь для определения массы образца и т. п. Рандомизация — прием переведения систематической погрешности в разряд случайной. Практически реализуется путем проведения анализа одного и того же объекта разными методами, на разных приборах, в разных лабораториях, разными аналитиками. Так проводят и аттестацию стандартных образцов.

Систематическая погрешность может быть обусловлена и недостаточной чистотой используемых в анализе реагентов. Чистота реактивов нормируется и обозначается специальной маркировкой реактива на этикетке:

ч д а — чистый для анализа,

Для особо чистых реактивов есть дополнительная маркировка с указанием классов и подклассов. Классы: А n, В n, С n ( n — указатель подкласса ). Содержание примесей в реактиве не превышает 10 — n %: А n (n = 1,2 ), В n (n = , С n (n =

Для исключения погрешности, обусловленной недостаточной чистотой реактивов, используют метод ²холостой пробы². Холостая проба состоит из всех компонентов, используемых в анализе, кроме самого анализируемого образца. Ее проводят через все ступени анализа. Из результата анализа образца вычитают результат анализа холостой пробы. Примером холостой пробы является, например, раствор сравнения в фотометрии.

На любой стадии анализа могут возникать случайные погрешности, обусловленные как ошибками экспериментатора, так и флуктуациями показаний аналитических приборов. От наличия и величины случайных погрешностей зависит воспроизводимость анализа. Для оценки воспроизводимости результатов в анализе пользуются методами математической статистики. Наиболее простым и широко применяемым на практике является расчет метрологических характеристик результатов прямых равноточных измерений при малой выборке (небольшом числе параллельных определений). При прямых определениях численное значение измеряемой величины получают непосредственно из показаний аналитического прибора. Если отклонения, вызванные случайными факторами, сравнимы с чувствительностью прибора, то они обнаруживаются прибором и при n повторных измерениях одной и той же величины получают несколько ее значений Х 1 , Х 2 , . Х n., которые могут включать случайную и систематическую погрешности, а также грубые ошибки (промахи). Аналитик должен исключить грубые ошибки, оценить воспроизводимость и правильность полученных результатов.

Исключение грубых ошибок (промахов) при малых выборках (n

где и — дисперсии среднего арифметического в серии опытов 1 и 2 соответственно. Результаты считаются относящимися к одной совокупности, если рассчитанное по формуле (9) соотношение дисперсий двух серий опытов, не превышает табличной величины — фактора, определенного для данных значений доверительной вероятности и числа степеней свободы .

источник