Лекция Пробоотбор
Ю.А. Карпов, А.П. Савостин «Методы пробоотбора и пробоподготовки». М., БИНОМ, 2003
ГОСТ Р ИСО 24153-2012 Статистические методы. Процедуры рандомизации и отбора случайной выборки
Любое аналитическое определение включает 4 этапа:
-пробоотбор
-пробоподготовка
-собственно химический анализ
-статистическая обработка результатов анализа
Комплекс операций на этапах пробоотбора и пробоподготовки называется опробованием.
Общая погрешность результатов анализа партии материала равна сумме погрешностей на каждом из этапов:
S2общ = S2проботбора + S2пробоподг + S2анализа
Если S2анализа ≤ S2опроб/3, то погрешность результатов определяется практически погрешностью пробоотбора, какие бы точные методы ни использовались (критерий ничтожных погрешностей).
На практике работа при любом аналитическом исследовании начинается с отбора проб. Необходимость пробоотбора объясняется тем, что при добыче ископаемых и в производственных процессах участвуют большие количества материалов, нередко десятки или сотни тонн, в то время как в аналитическую лабораторию поступает сравнительно небольшое количество материала, обычно не более 1-2 кг, а аналитические навески обычно составляют от десятых грамма до нескольких граммов.
Поэтому возникает необходимость во взятии из огромной массы исследуемого объекта небольшого количества материала для определения его химического состава, т.е. необходимо провести отбор так называемой средней пробы.
Основные понятия.
Проба – представительная часть исследуемого объекта.
Что значит представительная? Проба должна адекватно отражать общий состав анализируемого объекта с учетом особенностей распределения всех компонентов.
Для случая однородного материала достаточно взять в любом месте партии любое количество материала и это будет представительная проба. На практике однородными материалами могут считаться лишь хорошо перемешанные газы или истинные растворы. Во всех остальных случаях: все без исключения полезные ископаемые, продукты и отходы производства, природные и сточные воды, продукты питания, лекарственные препараты и т.д. – отбор представительной пробы является важной и зачастую сложной проблемой.
Пробоотбор – операция, при которой происходит отбор достаточного количества представительной части исследуемого материала, состав и свойства которой идентичны составу и свойствам материала как целого.
Значение пробоотбора трудно переоценить. Если проба не является представительной, то результат анализа, как бы точно он ни был произведен, не будет соответствовать действительному составу материала, что повлечет за собой неверные технологические решения и приведет в итоге к значительному материальному ущербу.
Процесс взятия представительной пробы затруднен из-за того, что для отбора такой пробы нет универсального правила, одинаково пригодного для различных материалов.
Методы пробоотбора зависят:
1) от агрегатного состояния материала,
2)от характера материала (сыпучий, кусковой, монолит),
3)степени его однородности
4)от того, поступает ли материал в упаковке (таре) или без упаковки.
5)от того, находится ли материал в движении (на ленте транспортера, поступает по трубам, перевозится в вагонах, на баржах и др) или неподвижен (в штабелях, отвалах, отстойниках, находится в вагонах),
6) от задачи анализа (определение среднего содержания одного или нескольких компонентов, распределение компонентов по глубине слоя, изменение содержания во времени и др.),
7) от требований по достоверности установления химического состава и других требований.
При отборе проб необходимо учитывать все эти факторы. Для каждого конкретного материала обычно имеются разработанные правила и приемы пробоотбора, которые установлены в ГОСТ, ТУ, или специальных инструкциях. Отбор проб необходимо проводить в точном соответствии с НД.
Виды проб
Генеральная (первичная, начальная, общая, суммарная, объединенная, исходная) проба – характеризует данную партию материала, получают объединением необходимого числа точечных проб.
Точечная проба (разовая, частная, единичная) – часть партии материала, которую отбирают за один прием из разных точек партии и их различных по глубине слоев в определенных момент времени.
Поскольку масса отобранной генеральной пробы почти всегда бывает значительной (несколько сотен кг, 2-3% от общего количества материала), то ее подвергают разделке (операции дробления, перемешивания, сокращения).
Промежуточные средние пробы получаются при использовании одного или нескольких циклов разделки. Их разделывают так же как генеральную пробу, в результате чего их масса уменьшается, пока не будет получена готовая проба (средняя, сокращенная, товарная).
Путем сокращения готовой пробы получают лабораторную пробу и контрольную пробу.
Лабораторная (паспортная, сертификатная) проба – конечная промежуточная проба или, другими словами, сокращенная генеральная проба, поступающая в лабораторию на анализ.
Ее состав должен быть тождественен среднему составу как всех промежуточных и генеральной пробы, так и всей партии материала. Ее масса в среднем колеблется от нескольких десятков грамм до 2 кг.
Контрольная проба (арбитражная, архивная, дубликатная, резервная) – хранится у поставщика в течение 1-2 месяца на случай проведения повторных, арбитражных или других контрольных испытаний.
Пробы хранят в герметично закрывающихся сосудах и спецшкафах, в условиях, исключающих воздействие света, влаги, кислорода, которые могут вызвать в пробах изменения.
Для предотвращения порчи проб используют различные способы консервации (подкисление, хранение в холодильниках). Если в пробе при хранении происходят изменения, устанавливают срок годности.
При проведении пробоотбора составляют рабочий план, в котором указывают:
-назначение (цель) пробоотбора,
- массу генеральной пробы;
-способ отбора и количество точечных проб,
-описание методики пробоподготовки,
-максимальный размер частиц в конечной пробе,
-число проб,
-упаковку проб для анализа,
-другие данные (по необходимости).
Для каждой партии составляется протокол пробоотбора, выполненный по соответствующим НД.
Форма протокола пробоотбора – см. ПР 50.3.002-95 «Правила по сертификации. Типовой порядок обращения с образцами, используемыми при обязательной сертификации продукции»
Отбор проб от сыпучих материалов
Сыпучие материалы редко бывают однородными.
Причины неоднородности:
-при добыче полезных ископаемых к ним всегда примешивается пустая порода;
-крупные и мелкие куски могут иметь неодинаковый состав;
-может происходить расслаивание материала (сегрегация), например из-за тряски при транспортировке (крупные куски ближе к поверхности, мелкие – внизу) или при насыпании (крупные собираются у основания кучи, мелкие в середине);
-химические изменения при хранении (окисление кислородом с поверхности, поглощение влаги, выветривание)
При отборе пробы необходимо сохранить соотношение между крупными и мелкими кусками такое же, как в исходном материале.
Для определения числа необходимых точечных проб, отбираемых от большой партии материала, часто используют эмпирические формулы. Например,
N = C √Q
Где N – число точечных проб, C – коэффициент однородности (от 1,5 до 3), Q – масса партии.
Наиболее распространенный метод отбора проб из штабеля или отвала – метод вычерпывания, при котором всю поверхность разбивают на участки взаимно перпендикулярными линиями. Лопатой, совком или щупом отбирают порции материала в шахматном порядке.
Другие способы пробоотбора:
- метод фракционного пробоотбора (например, отбирают каждую десятую лопату);
- сбрасывание материала с транспортера через определенные промежутки времени;
- специальные автоматические пробоотборные устройства (для транспортеров)