4. Характеристику объекта анализа
- его физическую форму, возможные
интервалы колебания массы объекта,
распределение физических свойств
по объёму, гранулометрический состав для
дисперсных объектов, реакционную способность
объекта по отношению к атмосфере, включая
атмосферу заводов и заводских лабораторий.
5. Назначение методики, характер
контролируемого процесса, необходимую
частоту контроля, предполагаемый экономический
эффект от внедрения методики.
В некоторых
случаях выбор зависит от условий,
в которых предполагается проводить
анализ. Внешние условия в месте
проведения анализа (запыленность,
значительные колебания температуры,
присутствие коррозионных газов, механические
колебания) влияют на эффективность аналитических
методов. Иногда требуется использование
оборудования с дистанционным управлением
и автоматической регистрацией результатов
анализа. Для производственных лабораторий
выбор метода анализа зависит от наличия
дефицитных приборов и реагентов. Следует
учитывать происхождение анализируемого
материала: при определении одного и того
же элемента по-разному ведут себя природный
материал и материал, полученный, например,
в результате пирометаллургических процессов.
Аналитику всегда полезно знать историю
исследуемого вещества, технологию его
производства.
Методики аналитического
контроля обычно включают следующие
стадии: пробоотбор, пробоподготовка
(вскрытие пробы, отделение мешающих компонентов или их маскирование,
концентрирование определяемого компонента,
перевод его в аналитически активную форму),
получение и измерение аналитического
сигнала, градуировка, постановка контрольного
("холостого") опыта, вычисление результатов
анализа и оперативная проверка его точностных
показателей. Не всякий аналитический
контроль включает все названные стадии.
Единство методики, неразрывная связь
всех её стадий проявляются, прежде всего,
в том, что погрешность аналитического
контроля суммируется из частных погрешностей
всего процесса.
Особенность
химического анализа как вида
измерений заключается в том,
что погрешности, связанные с
пробоотбором и пробоподготовкой,
влиянием поверхностных и внесенных
загрязнений, во много раз могут
превышать погрешность непосредственных измерении
аналитического сигнала.
Отбор средней
пробы
Методы растворения
проб, разделение и концентрирование
элементов
Разделение
и концентрирование компонентов
Устранение
поверхностных загрязнений
Конечная стадия аналитического контроля
Отбор средней
пробы
Отбор средней
пробы представляет первую стадию
аналитического контроля. Задача
её - приготовление представительной
пробы, результаты анализа которой
будут надежно характеризовать
всю массу вещества, партию материала, от которой проба отобрана.
Отбор проб является ответственным моментом,
поскольку для анализа требуется небольшое
количество материала (~ 1 г), а состав его
должен отражать состав обычно значительных
(до тысяч тонн) масс природных или промышленных
материалов.
При разработке
методик пробоотбора необходимо
учитывать такие свойства объекта
анализа, как его масса, агрегатное
состояние, степень его однородности,
изменчивость химического состава
во времени, движение объекта,
например, руды на ленте конвейера. Отбор представительной
пробы обычно не вызывает затруднений,
если речь идет о жидком или газообразном
продукте. При отборе пробы гомогенной
жидкости, например, из контейнера, или
гомогенного газа, например, из баллона,
любое минимальное количество материала,
достаточное для проведения анализа, позволяет
получить правильные данные о составе
всей исследуемой массы материала. Твёрдые
природные объекты и технические продукты
редко бывают однородными, поэтому отбор
их средней пробы может представлять значительные
трудности. Для каждого материала, состав
которого нужно установить, должна быть
разработана соответствующая методика
отбора средней пробы.
Отбор крупнокусковых
проб сырья, руды на большинстве
заводов производится вручную,
совком или лопатой. Отобранные пробы переносят
в проборазделочное помещение, где последовательно
производят их грубый и тонкий помол. Основные
трудности изготовления автоматических
пробоотборных устройств заключаются
в засорении труб, отверстий и конструкций
пробоотборника влажным, липким материалом,
а также большом износе рабочих поверхностей
оборудования при переработке твёрдых
материалов.
Масса первичной
отобранной пробы почти всегда
бывает значительной - до нескольких
сотен килограммов. В лабораторию
же для анализа посылают только часть отобранного
материала - от 0,5 до 2 кг (лабораторная,
или сокращенная первичная проба).
Отбор лабораторной
средней пробы обычно производится
отделом технического контроля (ОТК)
предприятия. Измельчение проб
осуществляется в дробильных машинах различных конструкций
(щековые, шаровые, стержневые, молотковые
дробилки).
Одновременно
с измельчением проб осуществляют
их перемешивание. Перемешанный
материал сокращают, обычно путем
квартования, на специальных делителях
и другой аппаратуре. Суть квартования состоит
в том, что конусообразную кучу дисперсного
материала делят на четыре равных сектора
двумя взаимно перпендикулярными диаметрами.
Два противоположных сектора отбрасывают,
а два оставшихся перемешивают и сокращают
тем же способом до тех пор, пока не будет
достигнута минимально необходимая при
данном измельчении масса.
Минимально
допускаемая масса представительной
пробы определяется количеством,
необходимым для её химического
анализа и сохранения части
пробы, например, для контрольных или арбитражных анализов.
Отбор проб
металлов и сплавов представляет
некоторую особенность. В жидком
состоянии сплавы относительно
однородны. Пробу отбирают специально
ошлакованной металлической ложкой
с длинной ручкой. Цель ошлакования ложки - изоляция отбираемой пробы жидкого
металла от возможной окалины, покрывающей
ложку, а также и от самого металла ложки,
которые могут исказить химический состав
отбираемой на анализ пробы металла.
Пробу доменного
чугуна отбирают в специальные
чугунные изложницы с разливочной машины
в различные моменты слива. Пробы от жидкой
стали и сплавов отбирают в металлический
стакан как из печи по ходу плавки, так
и из-под ковша в процессе разливки готового
металла (маркировочные пробы). По ходу
плавки, в зависимости от химического
состава стали и её свойства, пробу отбирают
или в виде небольших слитков (0,5 -1,0 кг),
или в виде "скрапины", т.е. тонкого
слоя металла.
Отбор проб
от твёрдых сплавов производится
различными способами в зависимости
от их сорта. От чистых металлов, некоторых чугунов,
ферросплавов, углеродистых и среднелегированных
сталей и др. лабораторную пробу отбирают
в виде стружки, получаемой сверлением,
фрезерованием или строганием металлической
пробы, очищенной от окалины и загрязнений.
Пробу металла просверливают насквозь
или до середины слитка с противоположных
сторон. Для определения мест сверления
пользуются специальными шаблонами, наложив
которые на слиток, сверлят в точках, соответствующих
отверстиям.
От образцов
хрупких материалов (некоторые сорта чугунов, сплавов
и др.) лабораторные пробы готовят в виде
крупки, получаемой после дробления в
шаровых мельницах, или в виде порошка,
получаемого истиранием в ступках.
Для определения
некоторых примесей, например кислорода,
пробу нельзя отбирать в виде стружки (во избежание
дополнительного окисления материала).
Её отбирают в виде кусочков, путем их
вырубания от слитка.
Отбор проб
от шлаков и штейнов, если
последние находятся в расплавленном
состоянии, производят аналогично
отбору проб металлов, зачерпыванием небольшой
порции от каждого выпуска.
Транспортировка
проб на металлургических предприятиях
обычно осуществляется при помощи
пневмопочты. В настоящее время
в практику стали все шире
внедряться автоматизированные
устройства, которые обеспечивают выполнение операций
по отбору и дальнейшей обработке проб
и их автоматическую транспортировку
от одного оперативного участка к другому.
Подобные устройства принято называть
промышленными роботами. Их применение
целесообразно на участках с детальной
спецификацией, при изготовлении унифицированных
проб.
Методы растворения
проб, разделение и концентрирование
элементов
После отбора
представительных средних проб
их обычно подвергают химическому
анализу. При непосредственном
определении содержания одного или нескольких компонентов
пробы прямыми методами анализа нередко
возникают серьезные препятствия. Прежде
всего, речь идет о сильном взаимном влиянии
компонентов пробы при их определении
в сложных по составу объектах металлургического
производства. При помощи современной
аналитической аппаратуры, новейших методов
распознавания образов и обработки информации
во многих случаях удается отделить аналитический
сигнал конкретного компонента от всех
видов наложений и искажений и измерить
его в "чистом" виде. Однако немало
случаев, когда даже самая совершенная
аналитическая техника, управляемая компьютерами,
не позволяет с требуемой точностью учесть
все влияния состава пробы на результат
анализа. Серьезной проблемой остаётся
необходимость использования при прямых
методах анализа адекватных стандартных
образцов, изготовление которых представляет
весьма сложную задачу. В связи с этим
в методики аналитического контроля вводят
операции разложения (вскрытия) пробы,
отделения мешающих компонентов и концентрирования
микропримесей. Эти операции стали объектами
научных исследований химиков; они характеризуют
особенности методик анализа и, с одной
стороны, позволяют в сотни и тысячи раз
улучшить метрологические характеристики
применяемых методов, а с другой стороны,
могут быть источником значительных погрешностей.
Искусство полного и стерильного вскрытия,
эффективного разделения, концентрирования
и введения в анализатор приготовленной
аналитической формы требует проведения
тонкого химического эксперимента и всестороннего
исследования процессов подготовки пробы.
Целью вскрытия является перевод определяемого
в пробе компонента в раствор, в газовую
фазу или в легкорастворимую твёрдую фазу.
Основные требования
к вскрытию - не потерять определяемый
компонент или продукт его превращения и не внести
загрязнения. Потери могут быть результатом
улетучивания, разбрызгивания, неполного
извлечения в раствор. Возможны потери
в результате химических реакций, например,
при растворении пробы руды в смеси кислот
определяемое железо (II) может окисляться
до железа (ПI).
Разработка
методики вскрытия должна основываться
на четких представлениях о
форме присутствия определяемых
компонентов в пробе и понимании
химизма реакций, протекающих
при вскрытии. Разложение пробы
часто более трудоемкая операция, чем определение
содержания, особенно это относится к
анализу сложного минерального сырья.
Операции вскрытия обычно проводят в более
жестких условиях, чем остальные операции
аналитического контроля, как правило,
при высоких температурах, в агрессивной
среде, при повышенном давлении. Этим обусловливается
большая возможность попадания загрязнений
из аппаратуры, посуды и других внешних
источников в анализируемую систему. Для
исключения систематических погрешностей
вскрытия путем внесения соответствующих
поправок проводят контрольные опыты
с адекватными стандартными образцами.
Можно условно
выделить три вида работ по
вскрытию веществ в металлургической
промышленности: разложение легко
растворимых соединений, малорастворимых
соединений при обычном давлении и трудно растворимых
соединений в замкнутых реакционных сосудах
при повышенных давлениях.
Разделение
и концентрирование компонентов
При аналитическом
контроле сложных веществ, используемых
или получаемых металлургической
промышленностью, непосредственное (прямое) определение
того или иного компонента удается не
всегда. В ряде случаев необходимо удалять
из анализируемой системы компоненты,
мешающие определению данного. Мешающее
действие сопутствующих компонентов -
матричный эффект проявляется в том, что
они имеют свойства, аналогичные свойствам
определяемого компонента, либо в их присутствии
происходит изменение поведения определяемого
компонента, потеря им "индивидуальных"
свойств.
Устраняют
мешающее действие двумя способами.
Первый заключается в подавлении мешающего
действия маскированием, второй основан
на разделении анализируемых смесей.
Методы разделения
лежат в основе концентрирования
примесей компонентов. Концентрирование
расширяет возможности многих
методов анализа, обеспечивает устранение матричного эффекта,
позволяет снизить относительный предел
обнаружения элементов некоторыми методами
в сотни и тысячи раз. Концентрирование
позволяет отказаться от использования
адекватных стандартных образцов: удаление
основы (матрицы) дает возможность применять
унифицированные стандартные образцы
на единой основе (водные растворы в спектрометрии
и атомно-эмиссионном анализе с индуктивно-связанной
плазмой, графитовый порошок - коллектор
в дуговом атомно-эмиссионном анализе).