Основы лабораторного дела

И. Г. Зорина, В. Д. Соколов, О. В. Торяник 

Основы лабораторного дела 

Учебное пособие 

Москва 
2022 

УДК 612.081(075) 
ББК 51.1(2Рос),283.4я73 
З-86 
Рецензенты: 
Кириченко Л. В., зав. каф. гигиены медико-профилактического факультета  
Федерального государственного бюджетного образовательного  
учреждения высшего образования «Пермский государственный  
медицинский университет имени академика Е. А. Вагнера» Министерства  
здравоохранения Российской Федерации, д-р мед. наук, проф. 
Склюев О. В., руководитель лаборатории санитарно-гигиенических испытаний 
ФБУЗ «Центра гигиены и эпидемиологии», эксперт, врач по общей гигиене высшей 
категории, врач по санитарно-гигиеническим лабораторным исследованиям  
высшей категории, канд. мед. наук, доц. 
Зулькарнаев Т. Р., проф. каф. гигиены с курсом медико-профилактического дела 
ИДПО ФГБОУ ВО «Башкирский государственный медицинский университет»  
Министерства здравоохранения Российской Федерации, д-р мед. наук, проф. 
Савочкина А. Ю., проф. каф. клинической лабораторной диагностики  
ФГБОУ ВО «Южно-Уральского государственного медицинского  
университета» Минздрава России, д-р мед- наук, доц. 

Зорина, И. Г. 

З-86  Основы лабораторного дела : учебное пособие / И. Г. Зорина, 

В. Д. Соколов, О. В. Торяник. — Москва : Директ-Медиа, 2022. — 132 с. 

ISBN 978-5-4499-3116-0 
Учебное пособие предназначено для самостоятельной работы студентов 
6 курса медико-профилактического факультета по дисциплине «Санитарногигиенические лабораторные исследования». 
В пособии изложены теоретические и методические материалы по санитарно-гигиеническим исследованиям. Рассмотрены методы отбора и подготовки 
проб объектов окружающей среды для санитарно-гигиенических лабораторных 
исследований. Приводятся ситуационные задачи, примеры расчета различных 
показателей, тестовые задания, помогающие студентам овладеть практическими 
навыками, необходимыми при гигиенической оценке факторов окружающей 
среды и условий труда в санитарно-гигиенических лабораториях отдела лабораторного дела (испытательных центрах). 
В пособии рассмотрены теоретические и практические аспекты обеспечения 
санитарного надзора в системе «человек-среда обитания в условиях населенных 
мест». 
Пособие составлено, в соответствии с рабочей программой дисциплины «Санитарно-гигиенические лабораторные исследования», разработаны с учетом 
требований ФГОС ВО (3++) по специальности 32.05.01 Медико-профилактическое 
дело (уровень специальности), утвержденного приказом Министерства образования и науки РФ № 552 от 15.06.2017 г. Научная специальность — 14.02.01 Гигиена. 
Для студентов медико-профилактического факультета. 

УДК 612.081(075) 
ББК51.1(2Рос),283.4я73 

Учебному пособию присвоен гриф ученого совета федерального государственного бюджетного 
образовательного учреждения «Южно-Уральский государственный медицинский университет» 
Министерства здравоохранения Российской Федерации (протокол № 7 от 26.01.2022) 

ISBN  978-5-4499-3116-0 
© Зорина И. Г., Соколов В. Д., Торяник О. В. текст, 2022
© Издательство «Директ-Медиа», оформление, 2022

Предисловие 

Учебное пособие «Основы лабораторного дела» предназначено для ока
зания учебно-методической помощи студентам в изучении основных разделов 
дисциплины «Основы лабораторного дела». В пособии представлены организационные аспекты деятельности испытательных лабораторий Роспотребнадзора, теоретический и методический материал по отбору и подготовке проб 
объектов окружающей среды и современные методики их лабораторного 
исследования. 

В 
пособии 
приведены 
основные 
законодательные, 
нормативно
регламентирующие документы, основные методы лабораторно-гигиенических 
исследований объектов окружающей среды. 

Для лучшего освоения материала учебное пособие снабжено материалом 

по каждой изучаемой теме, списками основной и дополнительной литературы. 

Авторы надеются, что учебное пособие будет хорошим подспорьем не 

только для студентов при изучении дисциплины «Основы лабораторного 
дела», но и окажет существенную помощь специалистам гигиенического профиля. 

Раздел 1. Методы физико-химических  
исследований 

Общая характеристика физико-химических  

методов анализа 

По мнению Митрохина О. В. [1], все методы анализа основаны на исполь
зовании зависимости физико-химического свойства вещества, называемого 
аналитическим сигналом или просто сигналом, от природы вещества и его 
содержания в анализируемой пробе. 

В классических методах химического анализа качестве такого свойства 

используются или масса осадка (гравиметрический метод), или объем реактива, израсходованный на реакцию (титриметрический анализ). Однако химические методы анализа не в состоянии были удовлетворить многообразные 
запросы практики, особенно возросшие как результат научно-технического 
прогресса и развития новых отраслей науки и техники. Развитие этих и других 
отраслей поставило перед аналитической химией задачу снизить предел обнаружения до 105–1010 %. Определение столь малых содержаний гравиметрическим или титриметрическим методом практически невозможно, и только 
применение физико-химических методов анализа, обладающих гораздо более 
низким пределом обнаружения, позволяет решать аналитические задачи 
такого рода. 

Другой важной особенностью физико-химических методов анализа явля
ется их экспрессность, высокий темп получения результатов. Многие приборы, 
используемые в физико-химических методах анализа, позволяют автоматизировать сам процесс анализа или некоторые его стадии. Анализ с помощью 
некоторых физико-химических методов может быть выполнен без деструкции, 
то есть без разрушения анализируемого образца, что имеет большое значение 
для некоторых отраслей промышленности, а также для криминалистики, 
медицины и т. д. Недеструктивный анализ может быть выполнен рентгенофлуоресцентным, радиоактивационным и некоторыми другими методами. 

Часто практический интерес представляет не общее содержание какого
либо элемента в пробе, а его распределение по поверхности образца — так 
называемый локальный анализ — определение элемента в данной «точке» 
образца. Этот анализ имеет значение в металловедении и других областях, где 
состав отдельных включений определяет качество материала, а также в минералогии, петрографии, криминалистике, археологии и т. д. Выполняется локальный анализ рентгеноспектральным методом. Электроны собирают в 
очень тонкий пучок диаметром 1 мкм и меньше (электронный зонд) и направляют его в интересующую точку образца. По характеристикам возникающего 
рентгеновского излучения судят о содержании элементов в «точке». Для 
целей локального анализа используется также техника лазерной микроспектроскопии. 

Использование компьютеров в аналитической химии очень ценно не 

только для расчета результатов анализа и статистической обработки, но и для 
решения других аналитических задач. С помощью компьютеров можно более 
надежно выделять аналитический сигнал, проводить более четкое разрешение 
перекрывающихся сигналов и т. д. Компьютеры, встроенные в спектрофотомер 

4 

и в другие аналитические приборы, значительно расширяют возможности 
этих приборов. Погрешность анализа физико-химическими методами составляет в среднем 2–5 %, что превышает погрешность классических методов 
анализа. Однако такое сравнение погрешностей не вполне корректно, так как 
относится к разным концентрационным областям. При небольшом содержании определяемого компонента (порядка 10–3 % и менее) классические химические методы анализа вообще непригодны, при больших концентрациях 
физико-химические методы успешно соперничают с химическими, а такие 
методы анализа, как кулонометрия, даже превышают их по точности. 

Следует отметить также, что погрешность анализа физико-химическими 

методами имеет тенденцию снижаться за счет конструирования прецизионных аналитических приборов и разработки более совершенных аналитических 
методик. Однако химические методы анализа своего значения не потеряли. 
Они незаменимы там, где при высоком содержании требуется высокая точность и нет серьезных ограничений по времени (например, анализ готовой 
продукции, арбитражный анализ, изготовление эталонов). Существенным 
недостатком большинства физико-химических методов является то, что для их 
практического применения требуются эталоны, стандартные растворы и 
градуировочные графики. 

Основные приемы, используемые в физико-химических 

методах анализа 

Почти во всех физико-химических методах анализа применяются два ос
новных методических приема: метод прямых измерений и метод титрования (метод косвенных измерений). 

Прямые методы. В этих методах используется зависимость аналитиче
ского сигнала от природы анализируемого вещества и его концентрации. 
Свойством, зависящим от природы вещества, является, например, длина волны 
спектральной линии, потенциал полуволны, а количественной характеристикой служит интенсивность сигнала. Таким образом, аналитический сигнал — 
это величина, функционально связанная с содержанием определяемого компонента. Зависимость аналитического сигнала или его преобразованной величины от содержания определяемого компонента называют градуированной 
характеристикой. Она может быть представлена в виде графика, формулы или 
таблицы. Значение первой производной градуировочной функции при данном 
содержании называют коэффициентом чувствительности или просто чувствительностью и обозначают буквой S. 

Область значений определяемых содержаний, предусмотренная данной 

методикой, составляет диапазон определяемых содержаний. Наименьшее 
значение определяемого содержания называют нижней границей определяемых 
концентраций или нижним пределом СН. Наибольшее значение верхней границей 
или верхним пределом СВ. Наименьшее содержание, при котором по данной 
методике можно обнаружить присутствие определяемого компонента с заданной доверительной вероятностью Р (обычно Р = 0,95), называют пределом 
обнаружения и обозначают Сmin, p (например, Сmin, p = 0,95). 

Предел обнаружения находят по величине минимально обнаруживаемо
го аналитического сигнала. Связь интенсивности аналитического сигнала I 

5 

с концентрацией вещества имеет различный характер. Часто эта зависимость 
выражается простым линейным соотношением I = AC; где А — константа; С — 
концентрация. 

В аналитической практике наибольшее распространение получили сле
дующие методы прямого количественного определения с помощью физикохимических измерений: 

1) метод градуировочного графика; 
2) метод молярного свойства; 
3) метод добавок. 
Все они основаны на использовании стандартных образцов или стан
дартных растворов. 

Основные физико-химические методы анализа 

В группе физико-химических методов анализа иногда выделяют физиче
ские методы. Однако достаточно строгого и однозначного критерия для этого 
нет, поэтому выделение физических методов принципиального значения не 
имеет. Общее число физико-химических методов анализа довольно велико — 
оно составляет несколько десятков. Наибольшее практическое значение среди 
них имеют следующие группы: 

1) спектральные и другие оптические методы; 
2) электрохимические методы; 
3) хроматографические методы анализа. 
Среди указанных трех групп наиболее обширной по числу методов и 

важной по практическому значению является группа спектральных и других 
оптических методов анализа. Она включает методы эмиссионной атомной 
спектроскопии, атомно-абсорбционной спектроскопии, инфракрасной спектроскопии, спектрофотометрии, люминесценции и другие методы, основанные на измерении различных эффектов, возникающих при взаимодействии 
вещества и электромагнитного излучения. 

Тема 1.1. Методы атомной спектрометрии 

Цель занятия: изучить методы атомной спектрометрии, научиться при
менять методы атомной спектрометрии в практической деятельности. 

Теоретические вопросы: 
1. Атомная спектроскопия. 
2. Методы и виды атомной спектрометрии. 
3. Плазменная атомно-абсорбционная спектроскопия. 
4. Атомно-абсорбционная спектрометрия. 
5. Атомно-эмиссионная спектрометрия. 
6. Масс-спектрометрии с индуктивно-связанной плазмой. 
Практические навыки и умения: 
– поводить санитарно-гигиенические исследования с применением ме
тодов атомной спектрометрии; 

– применять методы атомной спектрометрии в практической деятельности. 
Содержание практической части: 
Студенты на занятии изучает методические подходы и оборудование для 

проведения атомной спектрометрии. Под руководством преподавателя получат практические навыки применения атомной спектрометрии. 

6 

Теоретические основы при изучении темы 

Атомная спектроскопия 

Атомная спектроскопия — это метод определения элементного состава 

вещества по его электромагнитному или изотопному спектру. Существуют 
разные аналитические методы, и выбор наиболее подходящего метода является ключом к получению правильных, надежных и объективных результатов, 
считает Митрохин О. В. [1]. 

Для правильного выбора метода требуется понимание основных принци
пов каждого метода, его возможностей и ограничений, а также знание требований, предъявляемых вашей лабораторией: необходимая чувствительность 
определений элементов, рабочий диапазон определяемых концентраций элементов, количество анализируемых образцов и качество получаемых данных. 

Основные области. Во многих областях науки и промышленности требу
ется определение различных элементов в широком круге образцов. 

Ключевыми областями являются: 
• Окружающая среда 
• Химическая промышленность 
• Геохимия и горнодобывающая промышленность 
• Биомониторинг 
• Продукты питания 
• Сельское хозяйство 
• Нефтехимическая промышленность 
• Полупроводниковая промышленность 
• Атомная промышленность 
• Возобновляемые источники энергии 
• Фармацевтическая промышленность 

Методы и виды атомной спектрометрии 

Существует три широко применяемых спектрально-аналитических ме
тода: атомно-абсорбционный, атомно-эмиссионный и масс-спектральный.  
Эти методы и будут находиться в фокусе нашего обсуждения, что позволит 
нам проникнуть глубже в суть наиболее распространенных аналитических 
техник на сегодняшний день: 

• Пламенная атомно-абсорбционная спектрометрия (FAAS, AAC) 
• Атомно-абсорбционная спектрометрия с электротермической атомиза
цией в графитовой кювете (GFAAS, ЭТААC) 

• Оптическая (атомно-) эмиссионная спектрометрия с индуктивно свя
занной плазмой (ICP-OES, ИСП-ОЭС = ИСП-АЭС) 

• Масс-спектрометрия с индуктивно-связанной плазмой (ICPMS, ИСП-МС) 

Пламенная атомно-абсорбционная спектроскопия 

Атомная абсорбция (АА) — это процесс, происходящий, когда атом, нахо
дящийся в невозбужденном (основном) состоянии поглощает энергию в виде 
света с определенной длиной волны и переходит в возбужденное состояние. 
Количество световой энергии, поглощенной при данной длине волны, пропорционально увеличивается с увеличением количества атомов данного элемента 
в световом пути. 

7 

Отношение между количеством поглощенного света и концентрацией 

атомов анализируемого элемента в стандартном растворе известного содержания может быть использовано для определения концентраций этого элемента в растворе с неизвестной концентрацией путем измерения количества 
поглощенной им энергии. 

Основное оборудование для анализа атомной абсорбции включает в себя 

первичный световой источник, атомизатор — источник атомов, монохроматор 
для выделения длины волны, на которой проводится измерение, детектор для 
точного измерения световой энергии, устройство управления сигналом данных и дисплей или система оповещения для отображения результатов. В качестве первичного источника света обычно используется либо лампа полого 
катода (HCL), либо безэлектродная лампа (EDL). Вообще, для разных определяемых элементов используются разные лампы, хотя в некоторых случаях 
возможно сочетание нескольких элементов в одной многоэлементной лампе. 
Раньше, в качестве детектора использовались фотоэлектронные умножители. 

Теперь в самых новейших приборах используются твердотельные полу
проводниковые детекторы. Для определения ртути применяются специальные простые в обращении атомно-абсорбционные спектрометры с проточноинжекционными системами для ртути (Flow Injection Mercury Systems, FIMS). 
В этих приборах реализована высокочувствительная однолучевая оптическая 
схема с ртутной лампой низкого давления и ультрафиолетовым детектором, 
обеспечивающим наилучшие характеристики. 

Какова бы ни была система, используемый в ней атомизатор должен пе
реводить образец в свободные атомы элементов. Для получения свободных 
атомов используется тепловая энергия, наиболее часто в виде воздушноацетиленового пламени или пламени закись азота — ацетилен. Образец вводится в пламя в виде аэрозоля при помощи системы ввода, состоящей из распылителя и распылительной камеры. Сопло горелки расположено таким 
образом, чтобы пучок света от ламы поглощался, проходя через пламя. 

Главным ограничением пламенного ААС метода является то, что система 

горелка-распылитель является весьма неэффективным инструментом пробоотбора. Лишь малая доля образца достигает пламени и атомизированный 
образец при этом быстро проходит через световой путь спектрометра. При 
более эффективной системе пробоотбора образец следовало бы атомизировать полностью и удерживать в этом состоянии в световом пути в течение 
длительного времени, что позволило бы улучшить чувствительность определения. Эти качества обеспечивает электротермическая атомизация, применяемая в графитовой печи. 

Атомно-абсорбционная спектрометрия 

Атомно-абсорбционная спектрометрия (ААС) является одним из наибо
лее распространенных аналитических методов исследования элементного 
состава вещества. Благодаря ряду преимуществ, подтвержденных результатами применения метода в различных областях науки и отраслях хозяйства, 
метод ААС находит все более широкое применение для количественного определения малых концентраций элементов, прежде всего металлов, при санитарно-гигиенических исследованиях воды, воздуха, пищевых продуктов, 
почвы и других объектов среды обитания. 

8 

Метод атомно-абсорбционной спектрометрии (ААС) основан на явлении 

резонансного поглощения излучения свободными невозбужденными атомами. 
В результате резонансного поглощения интенсивность излучения, прошедшего через объем свободных невозбужденных атомов (атомный пар), ослабевает 
тем больше, чем выше концентрация атомов. При соблюдении условий резонансного поглощения и неизменной толщине поглощающего слоя величина 
атомной абсорбции (оптическая площадь поглощающей среды) линейно  
зависит от концентрации атомов определяемого элемента в соответствии с 
законом Бугера — Ламберта — Бера. Это позволяет путем измерения атомной 
абсорбции определять концентрацию элементов в анализируемом веществе, 
используя предварительно полученную зависимость (или график) величины 
атомной абсорбции от концентрации определяемого элемента. 

Для проведения анализа вещества методом ААС анализируемую пробу, 

в которой определяемые элементы обычно находятся в виде соединений, 
необходимо перевести в элементное состояние — атомный пар, состоящий из 
свободных невозбужденных атомов. Этот процесс, называемый атомизацией, 
осуществляется путем нагрева пробы до высокой температуры, порядка 2000–
3000 °С. Высокая температура предпочтительна в связи со снижением влияния 
матрицы, однако верхний ее предел ограничен ионизацией атомов и ее отрицательным влиянием на результаты анализа. Наибольшее распространение в 
настоящее время нашли два метода атомизации: пламенный (в пламени горелки) и электротермический (в графитовой печи). 

Основным достоинством ААС является высокая селективность вслед
ствие малой ширины абсорбционных линий и небольшого их числа, что в 
большинстве случаев исключает возможность наложения резонансных линий 
различных элементов. Важным преимуществом метода являются простота и 
экспрессность проведения анализа, особенно в пламенном варианте. Применение компьютера в сочетании с автоматической подачей образца в атомизатор позволяет полностью автоматизировать процесс анализа жидких проб. 
Метод ААС позволяет определять большое количество элементов таблицы 
Менделеева, причем для большинства из них достигаются низкие пределы 
обнаружения, особенно для непламенного варианта с электротермической 
атомизацией в графитовой печи. 

Комбинация двух вариантов ААС (пламенного и электротермического) 

позволяет проводить анализ в весьма широком диапазоне концентраций при 
высокой чувствительности. Это особенно важно при большом объеме анализов и необходимости определения нескольких элементов в сложных матрицах. 

Недостатками метода ААС являются: 
– необходимость мер предосторожности при работе с горючими газами, 

большой расход газов и, в связи с этим, относительно высокая стоимость проведения серийных анализов; 

– потеря экспрессности при серийных анализах из-за смены ламп, осо
бенно при определении нескольких элементов в одной пробе; 

– необходимость специальной пробоподготовки при анализе пищевых 

продуктов, почвы, любых твердых проб. 

В связи с зависимостью чувствительности метода от длины поглощаю
щего слоя пламени требуются специальные горелки и применение мер стабилизации пламени. Метод ААС не пригоден для определения ряда элементов, 

9 

резонансные линии которых лежат за пределами спектрального диапазона 190–900 нм (галогены, инертные газы, кислород, сера и другие). 

Электротермический вариант ААС по сравнению с методом пламенной 

ААС имеет гораздо меньшее число недостатков: 

– наличие химических помех; 
– необходимость специальной пробоподготовки для твердых проб; 
– невозможность определения галогенов, инертных газов, кислорода, се
ры и некоторых других элементов. 

Преимущества непламенного варианта ААС по сравнению с пламенным: 
– значительно более высокая чувствительность; 
– м — меньшее количество необходимого для анализа вещества; 
– отсутствие необходимости в горючих газах, а также неудобств, связан
ных с их применением. 

Атомно-эмиссионная спектрометрия 

Метод атомно-эмиссионной спектрометрии (АЭС) в современном виде 

является одним из высокопроизводительных, чувствительных и точных методов элементного анализа. Достоинством этого метода является возможность 
многоэлементного анализа. В основе метода АЭС лежит явление ионизации 
свободных атомов определяемого элемента высокотемпературным нагревом. 
Последующий переход атомов обратно из возбужденного состояния в нормальное (рекомбинация ионов) сопровождается излучением света определенных длин волн. Спектр излучения для атомов каждого элемента строго 
индивидуален, а интенсивность излучения характеристической длины волны 
зависит от концентрации элемента. Это позволяет идентифицировать атомы, 
имея библиотеку спектров, а по интенсивности излучения и предварительно 
полученным (с помощью стандартных растворов) калибровочным зависимостям проводить количественное определение содержания элементов в пробе 
веществ. 

B отличие от метода атомно-абсорбционной спектрометрии, основанно
го на изучении спектров поглощения света свободными невозбужденными 
атомами определяемого элемента, в методе атомно-эмиссионной спектрометрии обычно требуется нагрев при более высокой температуре 3500–8000 °С. 
Это связанно с тем, что помимо энергии, необходимой для перевода вещества в 
атомное состояние, в данном методе для перевода атома в возбужденное 
(ионизированное) состояние требуется дополнительная энергия (энергия 
ионизации). Поэтому в качестве источников энергии для возбуждения атомов 
в данном методе используется, кроме высокотемпературного пламени, дуга, 
искра, высокочастотно-индуцированная плазма. 

Существенное развитие метод атомно-эмиссионной спектрометрии по
лучил в результате создания надежных источников плазмы, разработки и 
применения новых регистрирующих устройств, детекторов различного образца, мощного программного компьютерного обеспечения. Так, в результате 
разработки высокостабильных источников плазмы, в которых для получения 
плазмы используется энергия высококачественного переменного тока, передаваемая посредством магнитной индукции атомам инертного газа (аргона), 
возник метод индуктивно-связанной плазмы (ИСП). Благодаря более высокой 

10