Отбор средней пробы

Объекты качественного и количественного анализа могут представлять собой как гомогенные (однофазные) газообразные, жидкие или твердые вещества, так и гетерогенные смеси, например, несколько твердых фаз, твердых и жидких (суспензии, мази, пасты и т.д.), жидких (эмульсии). Для проведения анализа отбирают определенное количество анализируемого материала – пробу.

Проба – часть анализируемого материала, представительно отражающая его химический состав. В отдельных случаях в качестве пробы используют весь анализируемый материал. В зависимости от задачи проба должна представительно отражать средний состав всего анализируемого материала иди определенной его части (фазы, слоя и т.д.).

Для гомогенных объектов анализа, состоящих из одной фазы, при отборе пробы можно ограничиться взятием некоторого количества материала, необходимого для проведения анализа, из любой части анализируемого объекта.

При анализе неоднородных гетерогенных смесей необходимо отбирать среднюю пробу, из которой затем берут аналитическую пробу меньшей массы (объема). Из аналитической пробы для проведения анализа отбирают аналитическую навеску – определенную часть пробы, используемую при выполнении единичного определения. В отдельных случаях в качестве аналитической навески используют всю пробу.

Средняя проба – это небольшая представительная часть вещества, состав и свойства которой идентичны составу и свойствам всей массы анализируемого вещества.

Способ отбора средней пробы зависит от природы анализируемого вещества, его агрегатного состояния, однородности. Не существует такой методики отбора пробы, которая была бы универсальной и пригодной для всех анализируемых материалов.

Во многих случаях способы отбора пробы для анализа регламентируются соответствующей нормативной документацией (НД). Так, для проведения анализа субстанций лекарственных веществ, лекарственного сырья, различных лекарственных форм (капли глазные, гранулы, инъекционные лекарственные формы, капсулы, мази, настои и отвары, настойки, порошки, сиропы, суспензии, таблетки, экстракты, эмульсии и др.) разработаны специальные приемы и методики подготовки образца к анализу и отбора проб, регламентируемые требованиями общих и частных Фармакопейных статей и другой НД.

Например, для определения содержания лекарственных веществ в таблетках в общем случае отбирают не менее 20 таблеток, совместно растирают их и полученный порошок подвергают анализу.

При анализе же сухого растительного лекарственного сырья (листья, травы, цветки, плоды, семена, кора, корни, корневища и др.) первоначально отбирают три пробы (точечные пробы), примерно одинаковые по массе: сверху, снизу и из середины массы сырья. Эти три точечные пробы осторожно перемешивают и получают объединенную пробу, из которой затем отбирают среднюю пробу с использованием обычно метода квартования (см. ниже). Масса средней пробы для сухого растительного лекарственного сырья может колебаться, в зависимости от его природы, от нескольких десятков до нескольких сотен или даже тысяч граммов (кг). Из средней пробы отбирают меньшую по массе аналитическую пробу (обычно методом квартования), части которой и подвергают анализу. Так, для определения содержания аскорбиновой кислоты (витамина С) в сухих плодах шиповника аналитическую пробу (отобранные сухие плоды шиповника) грубо измельчают, отбирают 20 г полученной массы, растирают в фарфоровой ступке вместе с 5 г стеклянного порошка и подвергают дальнейшему анализу.

При подготовке к анализу образцов одной из разновидностей лекарственного сырья – высушенных цветков василька синего – аналитическую пробу измельчают до размеров частиц, проходящих через сито с отверстиями диаметром 1 мм. Из полученного порошка отбирают около 0,3 г вещества и подвергают дальнейшему анализу.

Помимо специфических приемов и методик отбора средней пробы используют и некоторые общие подходы к отбору проб, для чего часто применяют различные пробоотборники, дозаторы и т.д.

Отбор пробы жидкости. Перед отбором пробы жидкость тщательно перемешивают, после чего отбирают часть ее, необходимую для проведения анализа.

Отбор пробы твердого вещества. Перед отбором пробы твердого вещества проводят предварительное визуальное исследование анализируемого материала для определения его цвета, степени однородности, вероятного числа составляющих компонентов, формы и величины частиц и т.д. При этом используют лупу, микроскоп и др. приборы.

Отбор пробы однородного твердого вещества. Твердое вещество однородно, если оно состоит из частиц, одинаковых по размеру и химическому составу. В этом случае отбирают часть анализируемого вещества, измельчают его (в ступке или на шаровой мельнице), растирая в однородный порошок, и подвергают анализу.

Отбор пробы неоднородного твердого вещества. Твердое вещество неоднородно, если оно состоит из частиц, различных по размерам и химическому составу (типичный пример – почва). В этом случае отбор пробы включает три последовательные операции: измельчение анализируемого материала, просеивание измельченных частиц через сита с определенными размерами отверстий и деление полученного порошка на части, из которых отбирается масса вещества, необходимая для проведения анализа.

Измельчение исходного материала проводят в ступках или в шаровых мельницах.

Просеивание измельченных частиц проводят с использованием сит (например, шелковых или капроновых), различающихся размерами отверстий (круглых, квадратных, многоугольных), через которые просеиваются измельченные частицы. В фармацевтическом анализе по степени измельченности частиц порошки подразделяют на: крупные, среднекрупные, среднемелкие, мелкие, мельчайшие, наимельчайшие. Если степень измельченности частиц (порошков) не указана, то подразумевается, что размеры частиц не превышают в поперечнике 0,150 мм.

Частицы крупных порошков должны полностью просеиваться через сита с размером отверстий 2 мм; не более 40% частиц должны просеиваться через сита с размером отверстий 0,310 мм. Частицы порошков с остальными степенями измельченности должны полностью просеиваться через сита с размерами отверстий, указанных в справочниках для соответствующих порошков.

Если после просеивания через сито на нем остаются частицы, то их снова измельчают и затем просеивают через то же сито. Операцию повторяют до тех пор, пока все частицы будут просеяны через сито.

Деление на части порошков, полученных после просеивания, проводят методом квартования (традиционный способ) или с использованием механического делителя. Цель данной стадии подготовки образца к анализу состоит в том, чтобы получить однородный по составу порошок пробы. Деление квартованием проводят следующим образом. Отбирают полученный после просеивания порошок, высыпают его «горкой» на плоскую горизонтальную поверхность и выравнивают слой порошка в форме круга или квадрата. Затем этот слой разделяют на четыре равные части (на четыре сектора или – диагоналями квадрата – на четыре треугольника), отбирают две противолежащие части, смешивают их и при необходимости повторяют квартование. Деление продолжают до получения требуемой массы вещества, которую и подвергают анализу. Полагают, что метод квартования позволяет получить среднюю пробу, наиболее вероятную по однородности частиц анализируемого материала по сравнению с другими способами отбора пробы.

Масса пробы или аналитической навески определяется природой анализируемого материала и выбранным методом анализа.

Растворение пробы

Для проведения анализа твердую пробу обычно растворяют в подходящем растворителе: в воде, в водных растворах кислот, в органических растворителях, в растворах, содержащих комплексообразующие компоненты, и т.д.

Вначале проверяют растворимость пробы в дистиллированной воде при комнатной температуре, затем – при нагревании. При этом выясняют, растворяется ли проба в воде полностью или частично. Если проба не растворяется в воде, то испытывают ее растворимость в водных растворах разбавленных и концентрированных кислот: в уксусной СН₃СООН, хлороводородной (соляной) НСl, азотной НNО₃, серной H₂SО₄ и т.д. Если вещество не растворяется ни в разбавленных, ни в концентрированных кислотах, то испытывают его растворимость в царской водке – смеси концентрированных азотной и хлороводородной кислот (1ч. НNО₃ и 3,6 ч. НСl, по объему).

При необходимости проверяют растворимость пробы в подходящих органических растворителях или в растворах, содержащих различные реагенты.

Если твердая проба не растворяется ни в одном из использованных растворителей, то в ряде случаев ее переводят в растворимое состояние обработкой при нагревании (обычно – повторной) насыщенными растворами соды Na₂CО₃, поташа К₂СО₃ или же сплавлением части пробы с этими солями, гидросульфатами щелочных металлов (NaHSО₄), пиросульфатом калия К₂S₂О₇ с щелочами и другими веществами. При такой обработке, например, некоторые катионы переходят в растворимые в водных кислотах карбонаты, основные соли, гидроксиды, оксиды.

После перевода пробы в раствор последний подвергают анализу.

Проведение анализа

Для обеспечения низкого предела обнаружения при анализе обычно используют ряд приемов. Рассмотрим некоторыеиз них на примере отдельных реакций.

1. Микрокристаллоскопический анализ. Для обнаружения ионов магния обычно применяют реакцию осаждения его в виде MgNH₄P0₄ 6H₂0 с пределом обнаружения – около10 мкг магния. При проведении этой же реакции микрокристаллоскопическим методом предел обнаружения понижается до 0,6 мкг.

2. Капельный анализ. Диметилглиоксим образует с ионами никеля в нейтральных, уксуснокислых и аммиачных растворах ярко-красный осадок. При выполнении реакции на капельной пластинке предел обнаружения никеля составляет – 0,16 мкг; в пробирке же можно обнаружить только 1,4 мкг никеля в 1 мл. Предел обнаружения можно снизить до 0,015 мкг, если каплю анализируемого раствора нанести на фильтровальную бумагу, пропитанную диметилглиоксимом.

3. Флотация. Осадок диметилглиоксимата никеля флотируется на границе раздела фаз вода — изоамиловый спирт или вода — диэтиловый эфир. При этом предел обнаружения никеля понижается до 0,002 мкг.

4. Экстракция. Диэтилдитиокарбаминаты образуют с ионами меди (II) внутрикомплексное соединение красного цвета, хорошо растворимое в хлороформе и тетрахлориде углерода, предел обнаружения меди — 0,01 мкг.

5. Метод «умножающихся реакций». «Умножающиеся реакции» — ряд последовательных реакций, в результате которых получается новое вещество в количестве, во много раз превышающем первоначальное количество обнаруживаемого вещества. Коэффициент умножения может достигать десятков и сотен.

6. Каталитические реакции. Окисление тиосульфат-ионов ио­нами железа (III) ускоряется в присутствии ионов меди.

Время обесцвечивания тиоцианата железа тиосульфатом натрия в отсутствие меди около 2 мин. В присутствии ионов меди раствор обесцвечивается мгновенно. Предел обнаружения меди — 0,02 мкг.

7. Люминесцентные реакции. В нейтральных и уксуснокислых растворах ионы алюминия образуют с морином комплексное соединение, способное к интенсивной зеленой флуоресценции при дневном и ультрафиолетовом освещении. Предел обнаружения алюминия — 0,2 мкг. Предел обнаружения можно снизить до 0,005 мкг, если нанести каплю анализируемого раствора на фильтровальную бумагу, пропитанную раствором морина. По­сле обработки пятна раствором НС1 наблюдают светло-зеленую флуоресценцию.

8. Реакции на носителях. В присутствии ионов германия на поверхности анионо­обменника, обработанного раствором гема-токсилина, появляется фиолетовое или черное окрашивание. Поверхность сорбента в отсутствие германия окрашена в желтый цвет. Предел обнаружения германия — 0,003 мкг.

Контрольные вопросы и задания

1. Дайте определение понятиям «качественный» и «количественный» анализ, «инструментальные методы анализ» и другим терминам.

2. Перечислите основные аналитические признаки и виды аналитических реакций, а также подробнее охарактеризуйте какой-нибудь тип аналитической реакции (с примером).

3. Какие типы аналитических реакций (реагентов) бывают (приведите примеры)?

4. Какими показателями можно охарактеризовать чувствительность аналитической реакции (метода)?

5. Каковы особенности отбора проб веществ различного физического состояния и какие пробы бывают?

6. Как правильно растворять пробу и каковы приемы для повышения чувствительности анализа?

Литература:

1. Фадеева В.И., Шеховцева Т.Н., Иванов В.М. и др. Основы аналитической химии. Практическое руководство. Учеб. пособие для вузов. /Под ред. Ю.А. Золотова. М.: Высш. шк., 2001. – 463 с.

2. Харитонов Ю.Я. Аналитическая химия (аналитика). В 2 книгах. Кн. 1. Общие теоретические основы. Качественный анализ. Учебн. для вузов. – М.: Высш. шк., 2001. – 615 с.