Методы пробоотбора и пробоподготовки

МЕТОДЫ В ХИМИИ
Ю. А. КАРПОВ,  А. П. САВОСТИН
МЕТОДЫ ПРОБООТБОРА
И ПРОБОПОДГОТОВКИ
5е издание, электронное
МОСКВА
Лаборатория знаний
2024

УДК 54.051/.056
ББК 24.4
К21
С е р и я
о с н о в а н а
в
2003 г.
Карпов Ю. А.
К21
Методы пробоотбора и пробоподготовки / Ю. А. Карпов,
А. П. Савостин.— 5-е изд., электрон. — М. : Лаборатория знаний, 2024. — 246 с. — (Методы в химии). — Систем. требования:
Adobe Reader XI ; экран 10". — Загл. с титул. экрана. — Текст :
электронный.
ISBN 978-5-93208-751-0
В учебном издании, написанном на основе вводного курса лекций для
студентов Московского института стали и сплавов, изложены в соответствии
с учебной программой различные способы и схемы пробоотбора природных
и технических материалов, используемых в металлургическом производстве.
Подробно рассмотрены вопросы разложения материалов, а также методы
разделения компонентов и концентрирования микропримесей для их последующего количественного определения. Проведено сопоставление методов,
а также разобраны подходы для выбора оптимального при данных условиях
метода с целью повышения точности и чувствительности определения.
Сделаны обобщения обширной информации по проблемам пробоотбора
и пробоподготовки.
Для студентов технологических вузов, а также для многочисленных
специалистов, занимающихся вопросами опробования и анализа.
УДК 54.051/.056
ББК 24.4
Деривативное издание на основе печатного аналога: Методы пробоотбора и пробоподготовки / Ю. А. Карпов, А. П. Савостин. — М. : БИНОМ.
Лаборатория знаний, 2003. — 243 с. : ил. — (Методы в химии).
ISBN 5-94774-081-8
В соответствии со ст. 1299 и 1301 ГК РФ при устранении ограничений,
установленных
техническими
средствами
защиты
авторских
прав,
правообладатель вправе требовать от нарушителя возмещения убытков
или выплаты компенсации
ISBN 978-5-93208-751-0
© Лаборатория знаний, 2015

ПРЕДИСЛОВИЕ
Только потому, что мы нечто схватываем,
а нечто отбрасываем, мы не можем
постичь то, что есть на самом деле.
Великий Будда
Аналитический контроль производства веществ и материалов
осуществляется, как правило, с целью сертификации продукции
по химическому составу. Одна из главных особенностей такой
сертификации состоит в том, что исследованию подвергается
проба в несколько граммов, на основании же полученных результатов делается вывод о химическом составе всей партии продукта
массой от килограммов до сотен тонн. Переход от партии к пробе,
т. е. опробование, представляет собой достаточно сложный этап
производственного анализа и включает три операции: пробоотбор
→подготовка проб →химический анализ, среди которых первая
наименее изучена, хотя и является важнейшей. Недостаточное
внимание к пробоотбору объясняется, по-видимому, тем, что он
оказался на стыке промышленной технологии и лабораторного
анализа. Процессы современного производства осуществляются
профессиональным персоналом в соответствии с технологическим регламентом, который четко охарактеризован. Химический
анализ отобранных проб проводится в лабораториях, имеющих
аккредитацию; такие лаборатории должны быть хорошо оснащены необходимым оборудованием, и анализ там проводится
по стандартизованным или аттестованным методикам. В то же
время сам пробоотбор как переход от технологического процесса
к лабораторному анализу чаще всего осуществляется отделом
технического контроля, не имеющего необходимого оснащения
и нормативной документации. Такая практика нередко приводит

Предисловие
к ошибкам при сертификации и, как следствие, значительным
экономическим потерям, а также арбитражным процедурам.
Поэтому, рассматривая задачу сертификации веществ и материалов по химическому составу, особое внимание необходимо уделить начальному этапу этой работы — опробованию. Этой
проблеме и посвящается данное учебное пособие. Как уже говорилось, опробование — это переходное звено от технологии к
анализу; при опробовании используется специальное оборудование и инструментарий. Методики пробоотбора и пробоподготовки могут быть оформлены как технологические инструкции,
а при накоплении необходимых статистических данных — как
ГОСТ-8.563. В любом случае сертификаты партии продукции по
химическому составу должны составляться на основании трех
документов (протоколов и актов), описывающих пробоотбор, пробоподготовку и испытания по аттестованной методике анализа.
Исходные вещества и материалы, подлежащие сертификации,
могут находиться в разных агрегатных состояниях, а также представлять собой разные объекты, например сыпучие (дисперсные)
материалы, штучные изделия, крупногабаритные слитки, жидкости и газы. Для каждого случая разработан свой теоретический
подход и рекомендовано необходимое оборудование.
В данном пособии сделана попытка обобщить имеющуюся
информацию по пробоотбору. Мы предлагаем читателю введение
в эту важную, но сравнительно мало исследованную область аналитической науки и химической технологии, которая неразрывно
связана с понятием качества веществ и материалов. Для решения
практических задач по конкретным видам сырья и материалов
следует обращаться к оригинальной научной литературе и нормативным документам.
Ю. А. Карпов

Глава 1
ПРОБООТБОР
Введение
Задача количественного химического анализа состоит в определении содержания тех или иных элементов в анализируемом
материале; при этом главное требование заключается в том,
чтобы результаты отражали истинное содержание этих элементов.
Достигнуть этого можно только в том случае, если все операции
анализа выполнены правильно.
При аналитическом исследовании выполняется ряд последовательных равнозначных операций, в результате чего получают достоверные данные по качественному и количественному составу
материала. Любое аналитическое определение включает четыре
этапа: 1) пробоотбор; 2) пробоподготовка. 3) собственно химический анализ (измерение аналитического сигнала как функции содержания в пробе интересующих компонентов); 4) статистическая
обработка результатов анализа. При этом этап пробоподготовки
делится на две стадии. Целью первой предварительной стадии
является получение пробы определенной массы и гранулометрического состава; основные операции на этой стадии — измельчение пробы и ее сокращение. Целью второй, окончательной стадии
пробоподготовки является переведение пробы в такое состояние, которое требуется для анализа при помощи аналитического
прибора; операции на этой стадии — вскрытие пробы, разделение
и концентрирование компонентов. Весь комплекс операций на
этапах пробоотбора и пробоподготовки называется опробованием.
Все эти этапы аналитического исследования равнозначны и
каждый из этапов несет в себе объективные и субъективные
источники неопределенности.

Глава 1. Пробоотбор
Этапы аналитического исследования
При выполнении анализа стремятся к получению результата
с минимальной погрешностью. Общая погрешность результатов
аналитического исследования равна сумме погрешностей на каждом из его этапов.
Следовательно, при правильном выборе метода анализа достоверность результатов химического анализа в значительной мере
зависит от правильного отбора пробы и ее подготовки для анализа, поскольку погрешности, допущенные на этих этапах, приводят
к искажению конечных результатов химического анализа даже
при самом тщательном выполнении этого этапа исследования.
На практике работа при любом аналитическом исследовании
обязательно начинается с отбора проб. Необходимость пробоотбора объясняется тем, что при добыче ископаемых или в
производственных процессах обычно участвуют большие партии
материалов, нередко в десятки или сотни тонн (например, если
это продукция горнодобывающих предприятий, обогатительных
фабрик, металлургических и химических комбинатов), в то время как в лабораторию для последующих анализов направляют
сравнительно небольшие количества этих материалов массой не
более 1–2 кг; анализу же подвергается еще гораздо меньшее
количество материала, как правило, не более нескольких граммов.
Так, при анализе объектов черной металлургии с использованием
спектральных методов в генерировании аналитического сигнала
участвует количество вещества массой всего в десятки миллиграммов, что при массе плавки 100 т составляет от партии
продуктов лишь десятимиллионную–миллионную часть. Поэтому

Введение
7
возникает необходимость во взятии из огромной массы исследуемого объекта небольшого его количества для проведения этапа
химического определения состава, т. е. необходимо провести отбор так называемой средней пробы.
Понятие проба подразумевает представительную часть исследуемого объекта. И действительно, основное требование к
пробе — это ее представительность, т. е. химический состав пробы
и всей партии1 исследуемого объекта должны быть идентичными. Другими словами, представительная проба должна адекватно
отражать общий состав анализируемого объекта с учетом особенностей распределения всех компонентов, т. е. информация,
полученная от пробы, должна в математическом смысле точно
отражать информацию, заложенную в объекте исследования. При
строгом математическом подходе последнее требование выполнимо, лишь когда анализу подвергают весь исследуемый материал или когда объект однороден по химическому составу. Для
случая однородного материала достаточно взять в любом месте
партии любое количество этого материала и провести анализ,
чтобы получить правильные данные о составе всей исследуемой
партии. На практике этому условию удовлетворяют лишь хорошо
перемешанные газы или жидкости (однородные смеси). Во всех
остальных случаях, т. е. почти всегда, в силу того, что исследуются весьма разнообразные объекты, которые, кроме того, сильно
различаются по своей однородности (горные породы, рудные и
полезные нерудные ископаемые, продукты и отходы металлургических и химических производств, вторсырье, технологические
растворы и пульпы, воздух, природные и сточные воды, почвы,
корнеплоды, зерно, сено, объекты медицинских и биологических
исследований, лекарственные препараты и др.), пробы, как правило, лишь в большей или меньшей степени приближаются к
представительным.
Соответствие составов пробы и исследуемого объекта определяет качество пробы, которое зависит от состава и гомогенности
1 Партия — любое количество продукции (в том числе и товарного сырья) одного
завода-изготовителя (поставщика), характеризующейся одинаковой обработкой и имеющей
одинаковые наименование и сорт. Партия единовременно отправляется в один адрес и
сопровождается единым документом о качестве продукта.

Глава 1. Пробоотбор
объекта, размеров объекта и пробы, выбранного метода пробоотбора, числа отобранных проб, разложения или загрязнения
проб, метода пробоподготовки (гомогенизация пробы, уменьшение ее размера). Условия хранения и правильная маркировка проб
влияют на идентичность определяемых составов и являются не
количественными (неизмеряемыми) характеристиками качества
пробы. Проба должна сохранить те свойства объекта, которые
последний имел в момент отбора, или же изменять эти свойства
идентично объекту. Главная характеристика качества пробы является ее представительность. К вторичным характеристикам (параметрам) относятся размер пробы, ее стабильность и стоимость.
Значение пробоотбора трудно переоценить. При неправильно
проведенной операции пробоотбора результат анализа, как бы
точно и аккуратно он ни был затем произведен, может быть
отнесен только к анализируемому количеству пробы, но не ко
всей массе исследуемого материала, и в результате анализа такой
пробы создается неверное представление о химическом составе исследуемого материала. Несоответствие результатов анализа
действительному составу материала может повлечь неверные
технологические решения, как следствие, нарушение правильного
течения технологических процессов, невозможность их контроля
по данным анализа и в конечном итоге привести к значительному
производственному браку и материальному ущербу для предприятия, поскольку оказываются зря потраченными средства на сырье;
сорт готового продукта устанавливается по содержанию в нем
нужного компонента (вещества). Поэтому при выполнении аналитического исследования этап пробоотбора имеет особо важное
значение и в известной мере является его «больным» местом.
Итак, пробоотбор — это такая операция, при которой происходит отбор достаточного количества представительной части
исследуемого материала (объекта), состав и свойства которой
идентичны составу и свойствам материала как целого.
Процесс взятия представительной пробы затруднен из-за того,
что для отбора такой пробы нет универсального правила, одинаково пригодного для различных материалов. Методы отбора
проб весьма разнообразны и зависят от агрегатного состояния
материала, характера материала (сыпучий или кусковой), степени

Введение
9
его однородности и от того, поступает материал без упаковки
или в таре (ящики, мешки, бочки, цистерны и др.). Существенно различаются операции пробоотбора для расплавленного и
застывшего металла, а также для материалов, находящихся в
движении (перемещаемых на ленте транспортера, перевозимых
в вагонах или баржах, поступающих по трубам или желобам) и
неподвижных (в штабелях, отвалах, находящегося в вагонах или
собранных в отстойник). Методика пробоотбора диктуется также
задачей анализа, которая может состоять в определении среднего
содержания одного или нескольких компонентов в объеме объекта, установлении распределения компонентов в пространстве
(в частности, по глубине слоя) или во времени (например, в
ходе технологического процесса в реакторе). Регламент методики
пробоотбора (т. е. конкретные операции и их число) зависит от
требований по достоверности установления химического состава
объекта анализа, а также от вида других испытаний (на металлургический выход, на гранулометрический состав, на засоренность
мусором или магнитными материалами и т. д.) и от технологических, биологических или других требований.
При взятии пробы необходим учет всех этих факторов. Поэтому для каждого конкретного материала разработаны правила
и приемы пробоотбора, причем часть из них находит широкое применение на производстве, другие же используются там
лишь ограниченно. Эти правила, включающие способ отбора,
вид пробоотборника, глубину его погружения, число точек отбора, размер проб и другие детали, устанавливают ГОСТ, ТУ
и специальные инструкции для данного материала. Отбор проб
необходимо производить в точном соответствии с нормативными
документами (НД).
Первостепенное значение пробоотбор имеет на производстве,
так как именно в этом случае на основании анализа небольшого количества материала (редко оно бывает больше, чем 2 г)
приходится оценивать всю партию, иногда в несколько десятков
и сотен тонн. Поэтому процесс взятия представительной пробы
состоит из ряда довольно трудоемких операций, цель которых —
сокращение пробы до количества, необходимого для определения.

Глава 1. Пробоотбор
1.1.
Виды проб
Отбор проб при анализе материала, представленного в больших
количествах (руда, концентрат, уголь, шлак и др.), начинают с
составления генеральной (первичной, начальной, общей, суммарной, объединенной, исходной) пробы. Генеральную пробу, характеризующую данную партию материала, получают объединением
необходимого числа точечных (разовых, частных, единичных)
проб (см. схему).
Виды проб
Точечная проба — это часть партии (сырья или готового продукта), которую отбирают за один прием (за одну операцию)
из разных точек партии и из различных по глубине слоев в
определенный момент времени. Она характеризует качество опро