Пробоотбор объектов окружающей среды в экологических исследованиях

Министерство науки и высшего образования Российской Федерации

Федеральное государственное бюджетное

образовательное учреждение высшего образования

«Казанский национальный исследовательский

технологический университет»

С. Ю. Гармонов, Р. Н. Исмаилова, 

А. А. Фазуллина

ПРОБООТБОР ОБЪЕКТОВ 

ОКРУЖАЮЩЕЙ СРЕДЫ 

В ЭКОЛОГИЧЕСКИХ 
ИССЛЕДОВАНИЯХ

Учебное пособие

Казань

Издательство КНИТУ

2020

УДК 574(075)
ББК 28.081я7

Г20

Печатается по решению редакционно-издательского совета 

Казанского национального исследовательского технологического университета

Рецензенты:

д-р хим. наук, проф. Г. К. Зиятдинова

канд. хим. наук Э. А. Иртуганова

Г20

Гармонов С. Ю. 
Пробоотбор объектов окружающей среды в экологических исследованиях : 
учебное пособие / С. Ю. Гармонов, Р. Н. Исмаилова, А. А. Фа-
зуллина; Минобрнауки России, Казан. нац. исслед. технол. ун-т. – Казань : 
Изд-во КНИТУ, 2020. – 120 с.

ISBN 978-5-7882-2892-1

Рассмотрены методы пробоотбора и практические подходы, необходимые 

для правильного отбора проб объектов окружающей среды, базирующиеся на современной 
базе нормативных документов. Содержит методологию отбора проб 
любых типов вод, почв, донных отложений, промышленных выбросов, атмосферного 
воздуха, а также отходов производства и потребления.

Предназначено для бакалавров направлений подготовки 18.03.02 «Энерго- и 

ресурсосберегающие процессы в химической технологии, нефтехимии и биотехнологии» 
и 20.03.01 «Техносферная безопасность», магистрантов направления 
подготовки 18.04.02 «Энерго- и ресурсосберегающие процессы в химической технологии, 
нефтехимии и биотехнологии» и 20.04.01 «Техносферная безопасность», 
а также для широкого круга специалистов экологического профиля, работников 
испытательных и калибровочных лабораторий, специалистов по качеству и метрологии.


Подготовлено на кафедре инженерной экологии.

ISBN 978-5-7882-2892-1
© С. Ю. Гармонов, Р. Н. Исмаилова, 

А. А. Фазуллина, 2020

© Казанский национальный исследовательский 

технологический университет, 2020

УДК 574(075)
ББК 28.081я7

В В Е Д Е Н И Е

Современные методы анализа объектов окружающей среды и химической 
продукции позволяют очень точно определить их характеристики 
и показатели качества. При этом первым, очень важным и ответственным 
этапом химического анализа является отбор пробы из анали-
зируемого объекта. 

Для получения достоверной и надежной информации об опреде-

ляемом веществе пробоотбор должен осуществляться так, чтобы анали-
зируемые образцы были «репрезентативными», т. е. представитель-
ными. Представительными принято считать такие пробы, в которых со-
держание определяемых компонентов не изменяется при отборе проб, 
их хранении и транспортировке к месту анализа. По сути дела, отноше-
ние матричных компонентов к анализируемым соединениям должно 
оставаться постоянным как в общей массе исходного материала, так и 
во взятой пробе. Хотя в реальных условиях вероятно изменение состава 
анализируемой матрицы, например, из-за переменного состава воды в 
водоеме или изменений состава промышленных выбросов. Биологиче-
ские процессы, протекающие в объектах окружающей среды, также 
обусловливают переменный состав воздуха, вод и почвы в ряде случаев, 
что может отразиться на достоверности их контроля.

В то же время ошибка, допущенная при отборе пробы, делает бес-

смысленным использование самых современных методов анализа. Ведь 
правильность проведения процедуры пробоотбора чрезвычайно важна, 
поскольку только в этом случае возможно получение достоверных и 
воспроизводимых результатов, касающихся характеристик анализиру-
емого объекта и его состава. При пробоотборе важным является то, 
чтобы свойства и состав пробы точно соответствовали характеристикам 
объекта, из которого был произведен ее отбор.

В процессе отбора проб определяемое вещество иногда необхо-

димо отделять от матричных компонентов с целью его концентрирова-
ния. В этом случае преднамеренно не выполняется общее требование о 
постоянстве соотношения компонентов матрицы и анализируемого ве-
щества во время пробоотбора. Такие процедуры обогащения пробы и 
концентрирования определяемых веществ бывают нужны при отборе 
проб воздуха, воды и других объектов.

3

Сложный состав объекта и вероятность изменения содержания его 

компонентов в зависимости от различных факторов определяют важ-
ность выбора адекватного способа пробоотбора, который определяется 
прежде всего агрегатным состоянием анализируемых веществ и сред, 
а также другими их физико-химическими свойствами. Необходимо от-
меть, что выбор способа отбора пробы и его осуществление должны 
проводить опытные, квалифицированные работники, лучше всего те, 
которые несут ответственность за последующий анализ и оценку его 
результатов. В любом случае проба, взятая для анализа, должна отражать 
типичные условия места и времени ее взятия. Отбор пробы, 
а также последующие хранение, транспортировка, пробоподготовка 
и аналитическая работа с ней должны проводиться так, чтобы не произошло 
заметных изменений в содержании определяемых компонентов 
или в свойствах содержащей ее среды.

Условия, которые необходимо соблюдать при пробоотборе, 

настолько разнообразны, что требует изложения в виде отдельного пособия. 
Поэтому в рамках данного издания приводятся важные общие 
принципы и правила отбора проб различных типов вод, почв, донных 
отложений, жидких, твердых, пластичных веществ промышленных 
объектов (в том числе отходов), промышленных выбросов, атмосферного 
воздуха и газов из газопроводов (в том числе сжиженных). 

В настоящее время при преподавании экологических дисциплин, 

предусматривающих изучение пробоотбора и методов анализа объектов 
окружающей среды, а также отдельных их фрагментов для студен-
тов технологических специальностей ощутим существенный пробел 
в обеспечении учебной литературой. 

4

Г л а в а 1 . П Р О Б О О Т Б О Р  

В Э К О Л О Г И Ч Е С К И Х  И С С Л Е Д О В А Н И Я Х

1 . 1 . М е т о д ы  о т б о р а  п р о б о б ъ е к т о в  

о к р у ж а ю щ е й  с р е д ы

Задача экологического анализа состоит в определении содержания 

тех или иных элементов в анализируемых объектах окружающей среды; 
при этом главное требование заключается в том, чтобы результаты отра-
жали истинное содержание этих элементов. Достигнуть этого можно 
только в том случае, если все операции анализа выполнены правильно.

При экологических исследованиях проводят анализ разнообраз-

ных объектов окружающей среды: природных поверхностных и под-
земных вод; атмосферных осадков, в том числе снега (талых вод); пи-
тьевых вод (в том числе бутилированных); сточных вод и очищенных 
сточных вод (в том числе технических вод); почвы; донных отложений 
морей, океанов, водоемов и устьевых областей рек, впадающих в моря,
искусственно созданных водоемов, прудов-накопителей и испарителей;
промышленных выбросов; атмосферного воздуха; отходов; а также это 
могут быть жидкости промышленных объектов из резервуаров, желез-
нодорожных цистерн, автоцистерн, резервуаров судов барж, из бараба-
нов, бочек и бидонов.

При экологических исследованиях выполняется ряд последова-

тельных равнозначных операций, в результате чего получают достовер-
ные данные по качественному и количественному составу объекта. Лю-
бое аналитическое определение включает четыре этапа: 1) пробоотбор; 
2) пробоподготовку; 3) собственно химический анализ (измерение ана-
литического сигнала как функции содержания в пробе интересующих 
компонентов); 4) статистическую обработку результатов анализа. Все 
эти этапы экологических исследований равнозначны, и каждый из них
несет в себе объективные и субъективные источники неопределенности.

При выполнении анализа стремятся к получению результата с ми-

нимальной погрешностью. Общая погрешность результатов аналитиче-
ского исследования равна сумме погрешностей на каждом из его эта-

5

пов. Следовательно, при правильном выборе метода анализа достовер-
ность результатов 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 
экологического анализа даже при самом тщательном выполнении этого 
этапа исследования.

На практике работа при любом аналитическом исследовании обязательно 
начинается с отбора проб. Для объектов окружающей среды 
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 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 сильно 
различаются по своей однородности (например, отходы химических 
производств, вторсырье, технологические растворы и пульпы, воздух, 
природные и сточные воды, почвы 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 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 

6

составов и являются не количественными (неизмеряемыми) характери-
стиками качества пробы. Проба должна сохранить те свойства объекта, 
которые последний имел в момент отбора, или же изменять эти свойства 
идентично объекту. Главной характеристикой качества пробы является 
ее представительность. К вторичным характеристикам (параметрам) от-
носятся размер пробы, ее стабильность и стоимость.

Значение пробоотбора трудно переоценить. При неправильно про-

веденной операции пробоотбора результат анализа, как бы точно и ак-
куратно он ни был затем произведен, может быть отнесен только к ана-
лизируемому количеству пробы, но не ко всей массе исследуемого ма-
териала. И в результате анализа такой пробы создается неверное пред-
ставление о химическом составе исследуемого объекта. Несоответствие 
результатов анализа действительному составу материала может по-
влечь неверные управленческие решения, а следовательно, и загрязне-
ние окружающей среды и опасности для живых систем. 

Пробоотбор – это такая операция, при которой происходит отбор 

достаточного количества представительной части исследуемого мате-
риала (объекта), состав и свойства которой идентичны составу и свой-
ствам материала как целого.

Процесс взятия представительной пробы затруднен из-за того, что 

для отбора такой пробы нет универсального правила, одинаково при-
годного для различных объектов. Методы отбора проб весьма разнооб-
разны и зависят от агрегатного состояния материала, характера матери-
ала (сыпучий или кусковой), степени его однородности и от того, в ка-
ком виде поступает материал – без упаковки или в таре (ящики, мешки, 
бочки, цистерны и др.). Существенно различаются операции пробоот-
бора для объектов, находящихся в движении (перемещаемых на ленте 
транспортера, перевозимых в вагонах или баржах, поступающих по 
трубам или желобам), и неподвижных (отвалах, собранных в отстой-
ник). Методика пробоотбора диктуется также задачей анализа, которая 
может состоять в определении среднего содержания одного или не-
скольких компонентов в объеме объекта, установлении распределения 
компонентов в пространстве (в частности, по глубине слоя) или во вре-
мени (например, в ходе технологического процесса на очистных соору-
жениях). Регламент методики пробоотбора (т. е. конкретные операции 
и их число) зависит от требований по достоверности установления хи-
мического состава объекта анализа, а также от технологических, биоло-
гических или других требований.

7

При взятии пробы необходим учет всех этих факторов. Поэтому 

для каждого конкретного объекта разработаны правила и приемы про-
боотбора, которые систематизированы в данном учебном пособии. Эти 
правила, включающие способ отбора, вид пробоотборника, глубину его 
погружения, число точек отбора, размер проб и другие детали, устанав-
ливают различные нормативные
документы (НД), приведенные 

в списке литературы. 

1 . 2 . В и д ы  п р о б и  м е т о д о л о г и я  и х  п о л у ч е н и я

Первостепенное значение пробоотбор имеет в экологических ор-

ганизациях, так как именно в этом случае на основании анализа неболь-
шого количества материала приходится оценивать объекты окружаю-
щей среды. Поэтому процесс взятия представительной пробы состоит 
из ряда довольно трудоемких операций, цель которых – сокращение 
пробы до количества, необходимого для определения.

Отбор проб при анализе объектов, представленных в больших количествах (
например, руда, почвы, 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.

Рис. 1.1. Схема отбора проб

8

Точечная проба – это часть объекта, которую отбирают за один 

прием (за одну операцию) из разных точек и из различных по глубине 
слоев в определенный момент времени. Это наиболее трудоемкая и 
сложная часть процесса пробоотбора. Поскольку масса отобранной генеральной 
пробы почти всегда бывает значительной (несколько сотен 
килограммов или 2−3 % общего количества материала), ее подвергают 
разделке (операции дробления, перемешивания, сокращения) по определенным 
правилам. При использовании одного или нескольких циклов 
разделки получают промежуточные (или частичные) средние пробы,
которые разделывают так же, как и генеральную пробу, в результате 
чего масса их последовательно уменьшается до тех пор, пока не будет 
получена готовая (средняя, сокращенная) проба.

Путем сокращения готовой пробы получают лабораторную (паспортную, 
сертификатную) пробу, предназначенную для проведения всех 
видов лабораторных испытаний, и контрольную (арбитражную, архивную, 
дубликатную, резервную) пробу, которую хранят на случай проведения 
повторных, арбитражных или других контрольных испытаний.

Лабораторная (или паспортная) проба – это конечная промежуточная 
проба, или, другими словами, сокращенная генеральная проба, поступающая 
в лабораторию для анализа. Состав ее должен быть тождествен 
среднему составу как всех промежуточных и генеральной проб, 
так и всей партии опробуемого материала. По средней лабораторной 
пробе оценивают качество материала, поэтому к отбору ее предъявляют 
жесткие требования. В зависимости от назначения масса лабораторной 
пробы различна. В среднем она колеблется от 0,5 до 2 кг (по другим данным, 
от 25−30 г до 1 кг). Готовую пробу помещают в два чистых и сухих 
герметично закрывающихся сосуда (обычно металлические, стеклянные 
или пластмассовые банки), один из которых направляют в лабораторию 
для анализа, а второй хранят у поставщика в течение 1,5−6 месяцев на 
случай проверки (контрольная или арбитражная проба). В общем случае 
срок хранения пробы зависит от цены материала и наличия сухих склад-
ских помещений. Хранят пробы до тех пор, пока материал не будет пол-
ностью принят потребителем. Пробы хранят по видам материала в спец-
шкафах, устанавливаемых в отапливаемых помещениях, в условиях, ис-
ключающих воздействие света, влаги, кислорода и диоксида углерода, 
которые могут вызвать в пробах изменения.

При хранении растворов может происходить сорбция компонен-

тов пробы стенками сосуда из-за протекающих в растворе процессов 
гидролиза или образования нерастворимых соединений (осаждение 

9

осадков). Для предотвращения порчи проб используют подкисление 
раствора или добавление комплексонатов, если они не мешают после-
дующему ходу анализа. Существуют и другие способы консервации 
проб. Биологические материалы и скоропортящиеся продукты, если их 
анализируют не сразу, хранят в холодильнике. Если в пробе при хране-
нии происходят изменения, то устанавливают срок годности пробы, 
анализируя ее периодически в течение определенного времени 
и наблюдая за изменением состава. Пробы газов не хранят.

Каждый сосуд с пробой маркируют, т. е. снабжают этикеткой 

(бланком), где указывают наименование продукта, его сорт или марку, 
наименование предприятия, номер партии с указанием места взятия 
пробы, дату отбора пробы, фамилию и подпись пробоотборщика (лица, 
отобравшего пробу). Сосуды с пробами пломбируют. Отбором проб, 
как правило, занимаются специально выделенные лица.

При проведении пробоотбора составляют рабочий план, куда за-

носят сведения о массе генеральной пробы, виде (способе) отбора и ко-
личестве точечных (разовых) проб, описание методики пробоподго-
товки, а также максимальный размер частиц в конечной пробе, указы-
вают число проб, упаковку проб для анализа, данные о содержании 
влаги и другие необходимые подробности. Рабочий план пробоотбора 
составляют с учетом метода, которым будет проводиться анализ для по-
лучения необходимой точности. Результат анализа может зависеть от 
выбранного метода анализа и всегда зависит от выбранного плана про-
боотбора. Пробоотбор всегда делается для определенной цели, и эта 
цель определяет методику пробоотбора (назначение пробоотбора за-
ключается в отборе для заданной цели части объекта, являющейся при-
годной для анализа и представительной; процедура пробоотбора есть 
последовательность операций, выполняемых с объектом и гарантирую-
щих, что проба будет обладать заданным качеством).

Для каждой партии составляется протокол (акт) пробоотбора, ко-

торый выполняется по соответствующим НД. Протокол пробоотбора 
представляет собой отчет, в котором содержатся сведения, необходи-
мые для оценки направляемого объекта.

10