khimie.ru

Анализ метрологического обеспечения. Объекты различного типа анализируют разными методами. требования к методикам анализа отличаются. Высокая чувствительность столь важная в анализе высокочистых веществ и объектов окружаюшей среды, не имеет такого значения в анализе черных металлов, нефтепродуктов и стройматериалов. Различно аппаратное оснащение аналитических лабораторий разного профиля. Различен даже сам характер информации, которую стремится получить аналитик, исследуя состав тех или иных объектов. При проведении криминалистической экспертизы наибольшее значение имеет информация о качественном составе пробы, при анализе природных и сточных вод — о содержании нормируемых микрокомпонентов, при исследовании полупроводникового изделия весьма важен характер распределения макрокомпонентов по глубине образца. Возникает вопрос: что же общего у методик анализа разных объектов? Существует ли вообще нечто общее для любых видов, методов и объектов анализа? В конце XIX в. в качестве таких элементов назвали бы определенные стадии анализа, а именно пробоотбор, лабораторную пробоподготовку (в частности, перевод пробы в раствор) и добавление реагентов, избирательно взаимодействующих с некоторыми компонентами пробы. Эти операции тогда были равно характерны и для качественного, и для количественного анализа любых объектов, поскольку во всех случаях применяли только химические методы. Но развитие нашей науки привело к созданию «физических» методов, нередко не нуждающихся в пробоотборе и пробоподготовке (рентгенофлуо-ресцентное определение серы в нефтепродуктах, ИК-спектромет-рическая идентификация продуктов органического синтеза, непрерывный потенциометрический контроль содержания растворенного кислорода и т.п.). Не требуются в этих случаях и селективные реагенты, так как соответствующие методики не связаны с химическими реакциями.

Однако есть нечто, что объединяет множество разнотипных методик анализа. «Инвариантным» для любых методик и любых объектов является измерение аналитического сигнала. При выполнении анализов обязательно измеряют и другие физические величины, характеризующие условия измерения аналитического сигнала (длину волны, температуру и т.п.), а также массу или объем исходной пробы. Измерительные процедуры — неотъемлемая составная часть любого современного аналитического метода. Они арактерны не только для количественного, но и для качественного анализа. Надежная хроматографическая идентификация органических соединений требует точного измерения характеристик удерживания, а идентификация по масс-спектрам — точного измерения сигналов, соответствующих осколочным ионам с разным отношением m/z.

Поскольку любой анализ включает проведение измерений, аналитики обязаны учитывать общие правила измерений, вьработанные в рамках науки об измерениях — метрологии. Можно охарактеризовать эту науку более полно: метрология — наука о измерениях, методах и средствах обеспечения их единства и способах достижения требуемой точности измерений. В соответствии с обязательными нормативными документами результаты измерения любых величин должны быть выражены в общепринятых и узаконенных единицах, входящих в Международную систему единиц физических величин (СИ). Такие единицы должны быть обеспечены соответствующими эталонами и рабочими мерами. Погрешности всех измерений должны быть установлены заранее, и они не должны выходить за некоторые допустимые границы. ГОСТы и другие нормативные документы, разработанные метрологами и регламентирующие проведение измерений, обязательны для выполнения в любой контрольно-аналитической лаборатории. Процесс количественного химического анализа метрологи рассматривают как косвенное измерение количества вещества, поскольку конечный результат анализа почти всегда получают расчетным путем. Точность косвенных измерений зависит от того, насколько точно были определены (измерены) исходные величины, а также от используемого способа расчета конечного результата. Известны специальные правила суммирования элементарных погрешностей применимые для любых косвенных измерений. Конечно, эти правила применимы и для прогнозирования погрешностей химического анализа. Однако в метрологическом отношении анализ сильно отличается от других измерительных процессов. Проведение химического анализа не сводится к измерению некоторых исходных физических величин и подстановке результатов в некоторую расчетную формулу. Анализ очень часто включает операции пробоотбора, пробоподготовки, идентификации компонентов пробы инекоторые другие, специфические для химического анализа. Все они вносят существенный вклад в погрешность конечного результата, причем иногда этот вклад намного больше, чем вклад изме рительных операций.

Процесс «измерения химического состава» (так некоторые метрологи называют химический анализ) серьезно отличается от других измерений еще в одном отношении. Эталон единицы количества вещества (моля) до настоящего времени отсутствует. Нет эталонных установок, воспроизводящих единицу количества вещества, ни системы передачи размера этой единицы в практику. Принятая в метрологии многоступенчатая процедура сравнения любой измеряемой величины с соответствующим эталоном (так называемая схема прослеживаемости, или поверочная схема) не может быть использована при «измерении» химического состава. Это серьезно затрудняет обеспечение единства измерений и проверку точности химического анализа, особенно в случае определил макрокомпонентов. Конечно, наличие стандартных образцов химического состава во многом компенсирует отсутствие эталонов единицы количества вещества. Но сами стандартные образцы вовсе не являются эталонами, ведь их состав устанавливают путем усреднения результатов анализов, проведенных независимей лабораториями, участвующими в аттестации стандартных образцов. Поэтому применение стандартных образцов не исключает появления значимых систематических погрешностей. Например, связанных с вариациями изотопного состава элементов, входящих в состав анализируемых материалов.

Специфика химического анализа как измерительного процесса привела к необходимости особого метрологического обеспечения качества химического анализа. Речь идет о создании комплекса материальных средств и организационных мероприятий, обеспечивающих требуемый уровень надежности результатов анализа, их правильность или хотя бы межлабораторную сопоставимость. Оказалось необходимо разработать:

•  систему стандартных образцов химического состава;
• систему поверки приборов, обеспечивающую единство измерений;
• систему аккредитации аналитических лабораторий и средства оперативного контроля качества работы лабораторий (контрольные карты и т.п.);
• обязательную для всех лабораторий химического анализа нормативно-техническую документацию, учитывающую их специфические задачи и возможности (ограничиться общеметрологическими рекомендациями оказалось невозможным!);
• единые правила метрологической аттестации методик анализа, а также правила статистической обработки и представления результатов анализа;
• систему сбора стандартных справочных данных о физических константах и свойствах веществ и материалов, включая формирование необходимых компьютерных баз данных.

Приведенный список неполон, для обеспечения точности анализа. Необходимы и другие элементы материального и организационного обеспечения аналитической службы. Некоторые элементы специфичны для определенных методов или объектов анализа, другие являются универсальными. Так, стандартные образцы состава вначале применяли лишь для обеспечения точности атомно-эмиссионного анализа металлов и горных пород, а теперь широко используют в лабораториях самого разного профиля. Главная трудность метрологического обеспечения химического анализа — это необходимость охватить чрезвычайное многообразие объектов определения, а также объектов и методов анализа. Более разработанная аналитиком методика определения данного компонента в данном материале данным методом всегда должна учитывать ожидаемое содержание данного компонента, наличие и ориентировочное содержание мешающих веществ, требования точности результатов анализа и ряд других обстоятельств. Многочисленность и разнообразие методик химических измерений серьезно затрудняют как выработку общих метрологических рекомендаций, так и формирование оптимального набора стандартных образцов и других средств измерений.