Важнейшие области применения физических и физико-химических методов анализа в экологическом мониторинге

Физические и физико-химические методы анализа широко применяются для контроля производства и управления производственными процессами, а также при выполнении экоаналитических (мониторинговых) и научно-исследовательских работ. Их значение резко возрастает в связи с автоматизацией промышленности. На основе использования физических и физико-химических методов также автоматизируют аналитические определения.

Управление процессами, протекающими при больших скоростях, высоких температурах и давлениях, высоких уровнях радиации, иногда вне досягаемости экспериментатора и даже вне Земли (в Космосе), немыслимо без их автоматизации.

Иногда необходимо автоматизировать контроль химического состава участвующих в данных процессах веществ. В этих случаях используют также физические и физико-химические методы анализа, которые дают возможность проводить быстрое и автоматическое определение без предварительного разделения элементов и, если необходимо, дистанционный контроль состава веществ.

Важной новой областью применения физических и физико-химических методов является анализ веществ высокой чистоты (в фармакологии, на пищевых производствах и т.д.).

Еще совсем недавно содержание в технических продуктах 10^-4 – 10 ^–3 % примесей оценивалось как «следы», которыми можно пренебрегать. Такое содержание посторонних элементов обычно не мешало использованию всевозможных веществ в промышленности и во многих исследовательских работах. Современной технике необходимы особо чистые вещества, содержащие в ряде случаев не более 10 ^–5 –10 ^–6 % примесей и ниже.

Производство и применение веществ высокой степени чистоты связано с анализом исчезающе малых примесей. Таким образом, перед химическим анализом возникла задача определения ультрамикроколичеств одних элементов в присутствии больших количеств других элементов, составляющих основную массу вещества. Например, в германии, идущем на изготовление полупроводниковых электронных приборов, должно содержаться не более 10 ^-7 % примесей других элементов. При этом в навеске 1 г находится только 10 ^-9 г или 0,001 мкг примесей. Главную массу этих примесей составляют 3 – 4 элемента. Следовательно, при определении одного из этих элементов мы имеем дело лишь с чрезвычайно малыми долями микрограмма. Некоторые материалы, потребляемые атомной или космической промышленностью, также должны быть предельно чистыми. Очевидно, что для анализа таких высокочистых материалов необходимы сверхчистые реактивы.

Контроль производства веществ высокой чистоты и экологический контроль (фоновый мониторинг) должны основываться на методах, позволяющих определять 10 ^–8 – 10 ^–9 % примесей. Столь малые количества элементов (веществ) можно определять только при помощи физико-химических и физических методов анализа, которые, как мы видели, отличаются большой чувствительностью, а также высокой скоростью выполнения анализа. Однако, к недостаткам многих физико-химических методов относится сравнительно невысокая их точность определения.

Не следует, однако, думать, что химические методы анализа утратили значение. Они по-прежнему остаются основными методами в системе химического анализа благодаря тому, что позволяют с большой точностью проводить определения содержания веществ; именно на таких определениях и основываются калибровочные процедуры, необходимые для физических и физико-химических методов анализа.

В тех случаях, когда у вышеназванных методов не хватает специфичности (селективности) и чувствительности, применяют специальные процедуры разделения и концентрирования.

Рассмотрим их некоторые примеры, поясняющие применения таких методов в аналитической химии.