Методы пробоотбора и пробоподготовки

московский ГОСУДАРСТВЕННЫЙ 
ИНСТИТУТ СТАЛИ и СПЛАВОВ 

Технологический университет 

МИСиС 
(
^ 

Кафедра сертификации и аналитического контроля 

Ю.А. Карпов, А.П. Савостин, И.В. Глинская 

МЕТОДЫ ПРОБООТБОРА И 
ПРОБОПОДГОТОВКИ 

Курс лекций 

для студентов специальности 0720.00 

Рекомендовано редакционно-издательским 
советом института в качестве учебного пособия 

МОСКВА 2001 

УДК 543.05 
К26 

К26 
Карпов Ю.А., Савостин А.П., Глинская И.В. Методы пробоотбора и пробоподготовки: Курс лекций. – М.: МИСиС, 
2001. – 230 с. 

В курсе лекций, подготовленном в соответствии с учебной программой, изложены 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. Проведены сопоставления мето-
дов, на основании которых и для данных условий выбирается оптимальный. 

© Московский государственный 
институт стали и сплавов 
(Технологический университет) 
(МИСиС), 2001 

СОДЕРЖАНИЕ 

Введение 
5 

1. ПРОБООТБОР 
7 

1.1. Виды проб 
11 

1.2. Отбор проб сыпучих материалов 
16 

1.3. Отбор проб металлов, шлаков и технологических растворов 
30 

1.4. Отбор проб металлсодержащего вторичного сырья 
38 

1.5. Отбор проб ювелирных сплавов и изделий 
41 

1.6. Отбор проб твердого топлива 
41 

1.7. Отбор проб газов 
42 

1.8. Отбор проб жидкостей 
48 

1.9. Отбор проб полужидких материалов 
51 

1.10. Отбор проб реактивов и особо чистых веществ.. 
52 

1.11. Отбор проб при определении «следов» 
55 

1.12. Отбор проб объектов окружающей среды 
56 

2. ПРОБОПОДГОТОВКА 
77 

2.1. Методы вскрытия проб 
77 

2.1.1. Разложение анализируемой пробы 
80 

2.1.2. Разложение «мокрым» способом 
81 

2.1.3. Разложение «сухим» способом 
90 

2.1.4. Специальные методы разложения 
110 

2.1.5. Особые методы 
115 

2.1.6. Разрушение органических веществ 
119 

2.2. Методы разделения и концентрирования элементов... 121 

2.2.1. Индивидуальное и групповое концентрирование 
126 

2.2.2. Абсолютное и относительное концентрирование 
127 

2.2.3. Удаление матрицы и выделение микрокомпонентов 
128 

2.2.4. Количественные характеристики концентрирования 
129 

2.2.5. Метод осаждения 
132 

2.2.6. Метод соосаждения 
136 

2.2.7. Метод экстракции 
140 

2.2.8. Сорбционные методы 
148 

2.2.9. Электрохимические методы 
171 

2.2.10. Селективное растворение 
187 

2.2.11. Дистилляция, сублимация и родственные методы 
189 

2.2.12. Пирометаллургические методы 
202 

3 

2.2.13. Кристаллизационные методы 
206 

2.2.14. Флотация 
208 

2.2.15. Фильтрация 
210 

2.2.16. Диффузия и термодиффузия 
211 

2.2.17. Разделение и очистка в гравитационном поле ....212 
2.3. Достоинства и недостатки методов разделения 

и концентрирования 
213 

3. Погрешности опробования и химического анализа 
224 

ЛИТЕРАТУРА 
229 

4 

ВВЕДЕНИЕ 

Только потому, что мы 
нечто 
схватываем, 
а 
нечто 
отбрасываем, мы не можем 
постичь то, что есть на самом 
деле. 

Великий Будда. 

Аналитический 
контроль 
в 
производстве 
веществ 
и 
материалов осуществляется, как правило, с целью их сертификации 
по химическому составу. Одной из главных особенностей такой 
сертификации является то, что мы исследуем пробу в несколько 
граммов, а делаем вывод о химическом составе партии продукции от 
килограммов до сотен тонн. Переход от партии к пробе является 
наиболее сложным и малоизученным процессом в триаде «отбор 
пробы–подготовка 
пробы–химический 
анализ». 
Недостаточное 
внимание к важнейшей процедуре пробоотбора связано с тем, что 
она оказалась на стыке технологии и анализа. Технология 
современного 
производства 
осуществляется 
профессиональным 
персоналом по четко охарактеризованной процедуре. Химический 
анализ пробы проводится в лабораториях, аккредитованных на 
компетентность, хорошо оснащенных, по стандартизованным или 
аттестованным методикам. В то же время переход от технологии к 
анализу (пробоотбор) чаще всего осуществляется службой отделов 
технического контроля без необходимого оснащения и нормативной 
документации. Такое положение нередко приводит к ошибкам при 
сертификации, 
арбитражным 
процедурам, 
значительным 
экономическим потерям. 

Поэтому в рамках сертификации веществ и материалов по 
химическому 
составу 
особое 
внимание 
необходимо 
уделить 
начальному 
этапу 
этой 
работы 
– 
опробованию, 
которому 
посвящается 
данное учебное пособие. Как уже 
говорилось, 
опробование – это переходное звено от технологии к анализу со 
своим специфичным оборудованием и инструментарием. Методики 

5 

пробоотбора 
и 
пробоподготовки 
могут 
оформляться 
как 
технологические 
инструкции, 
а 
при 
наличии 
необходимого 
статистического материала–в виде методики выполнения измерений 
по ГОСТ – 8.563. В любом случае сертификаты химического состава 
партии продукции 
должны составляться 
на основании 
трех 
документов – акта пробоотбора, заключения о пробоподготовке и 
протокола испытаний по аттестованной методике анализа. 

Исходные вещества и материалы, подлежащие сертификации, 
могут находиться в разном виде и состоянии – это прежде всего 
сыпучие 
(дисперсные) 
вещества, 
штучные 
изделия, 
крупногабаритные слитки, а также жидкости и газы. Для всех этих 
случаев существует свой теоретический подход и используется 
различное оборудование. В данном пособии сделана попытка 
обобщить и классифицировать 
имеющуюся информацию. По 
существу пособие представляет собой 
введение в важный, но 
сравнительно мало исследованный раздел науки и технологии, 
неразрывно связанный с понятием качества веществ и материалов. 

Исследования и нормативные документы по конкретным 
видам сырья и материалов могут дополнить этот курс при решении 
конкретных практических задач. 

6 

1. ПРОБООТБОР 

Задача 
количественного 
химического 
анализа–найти 
(определить) содержание отдельных элементов в анализируемом 
материале. Главное требование к анализу заключается в том, чтобы 
получаемые результаты отражали истинное содержание элементов в 
анализируемом материале. Достигнуть этого можно только в том 
случае, если все операции анализа выполнены правильно. 

Аналитическое исследование включает ряд последовательных 
равноценных 
операций, 
результатом 
которых 
является 
получение 
достоверных данных относительно качественного и количественного 
состава материала. Любое аналитическое определение состоит из четырех 
этапов: 
• 
Отбор пробы для анализа. 

• 
Подготовка пробы к анализу, которая состоит из двух стадий: 
предварительной и окончательной. 

Целью первой является получение пробы определенной 
массы и гранулометрического состава. К основным операциям этой 
стадии относятся измельчение и сокращение отобранного материала. 
Целью окончательной подготовки является приведение пробы в 
такое состояние, которое необходимо для её анализа при помощи 
аналитического прибора. К операциям этой стадии относятся 
вскрытие пробы и разделение и концентрирование её компонентов. 
Весь 
комплекс 
операций 
двух 
первых 
этапов 
называется 
опробованием. 

• 
Собственно 
химический 
анализ 
(измерение 
аналитического сигнала как функции содержания в пробе 
интересующих компонентов). 

• 
Статистическая обработка результатов анализа. 

Все эти этапы аналитического процесса являются равнозначными 
звеньями цепи, каждое из которых несет в себе объективные и 
субъективные источники неопределенности (см. рис. 1.1). 

7 

Рис 1.1. Схема аналитического цикла 

При выполнении анализа стремятся к получению результата с 
минимальной 
погрешностью. Общая погрешность 
результатов 
аналитического контроля складывается из суммы погрешностей, 
возникающих при выполнении каждого из его этапов. 

Следовательно, 
достоверность 
результатов 
химического 
анализа, 
помимо 
правильного 
выбора 
метода 
анализа, 
в 
значительной мере зависит от правильного отбора и подготовки проб 
для анализа, поскольку погрешности, допущенные при выполнении 
этих операций, приводят к получению искаженных результатов даже 
при самом тщательном выполнении операции определения. 

Любая аналитическая работа начинается с отбора проб. 
Необходимость этой операции связана с тем, что материалы 
добываются 
или 
производятся 
обычно 
большими 
партиями, 
достигающими 
десятков 
или 
сотен 
тонн 
(продукция 
горнодобывающих 
предприятий, 
обогатительных 
фабрик, 
металлургических и химических комбинатов), в то время как для 
последующих анализов в лабораторию направляют не более 1…2 кг; 
анализируется же лишь небольшое количество материала, как 
правило, навеска его не превышает несколько граммов. Так, при 
анализе 
объектов 
черной 
металлургии 
с 
использованием 
спектральных методов в генерировании аналитического сигнала 
участвует 
количество 
вещества 
массой 
всего 
в 
десятки 
миллиграммов, что по отношению к массе плавки 100 т составляет 
лишь 10–7…10–6 часть. Поэтому возникает необходимость взять от 
огромной массы исследуемого объекта лишь небольшое его 
количество для проведения операции определения, так называемой 
средней пробы. Понятие «проба» – это представительная часть 
исследуемого объекта. Основное требование к пробе – это ее 

8 

представительность, т.е. химический состав пробы и всей партии1 

исследуемого объекта должны быть идентичными. Другими словами, 
чтобы проба была представительной, она должна адекватно отражать 
общий состав анализируемого объекта, учитывая все особенности 
распределения его компонентов. Информация, полученная от пробы, 
должна быть математически точным отражением информации, 
заложенной в объекте исследования. Строго говоря, это требование 
выполнимо лишь тогда, когда анализу подвергают весь исследуемый 
материал, или когда объект однороден по химическому составу. Для 
однородного материала достаточно взять в любом месте любое 
количество его и провести анализ, чтобы получить правильные 
данные о составе всей исследуемой массы материала. Этому 
условию практически удовлетворяют лишь хорошо перемешанные 
газы или жидкости. Во всех остальных случаях, т.е. почти всегда, в 
силу того, что исследуемые объекты весьма разнообразны и сильно 
различаются по своей однородности (горные породы, рудные и 
полезные 
нерудные 
ископаемые, 
продукты 
и 
отходы 
металлургических 
и 
химических 
производств, 
вторсырьё, 
технологические растворы и пульпы, воздух, природные и сточные 
воды, почвы, корнеплоды, зерно, сено, объекты медицинских и 
биологических исследований, лекарственные препараты и др.), как 
правило, имеют дело лишь с большей или меньшей степенью 
приближения к этому основному условию. 

Подобие пробы и исследуемого объекта определяет качество 
пробы, которое зависит от состава и гомогенности объекта, размера 
объекта и пробы, метода отбора проб, их числа, разложения или 
загрязнения образца, способа подготовки проб (гомогенизация, 
уменьшение размера проб). Хранение и маркировка, влияющие на 
идентичность состава пробы, являются не измеряемыми аспектами 
качества. Проба должна сохранить те свойства объекта, которые 
последний имел в момент отбора или же изменять эти свойства 
идентично объекту. Главный параметр качества пробы – ее 
представительность, вторичные параметры – размер, стабильность и 
стоимость. 

1) Партия – любое количество продукции (в том числе и товарного сырья) одного 
завода–изготовителя (поставщика), одинаковой обработки, одинакового 
наименования и сорта, единовременно отправляемая в один адрес и сопровождаемая 
единым документом о качестве продукта. 

9 

Значение пробоотбора трудно переоценить. При неправильно 
проведенной операции пробоотбора результат анализа, как бы точно 
и аккуратно он ни был затем проведен, может быть отнесен только к 
анализируемому 
количеству 
пробы, 
но 
не 
ко 
всей 
массе 
исследуемого материала. В результате анализа такой пробы 
создается неверное представление о химическом составе материала. 
Следствием несоответствия результатов анализа действительному 
составу 
материала 
является 
нарушение 
правильного 
течения 
технологических процессов, невозможность их контроля по данным 
анализа 
и 
в 
конечном 
итоге 
получение 
значительного 
производственного брака и материального ущерба для предприятия, 
поскольку оно оплачивает полученное сырье или устанавливает сорт 
готового продукта по содержанию 
в нем нужного компонента 
(вещества). Поэтому в рамках аналитического процесса отбор пробы 
приобретает особое значение и в известной мере является его 
больным местом. 

Понятие «пробоотбор» относят к операциям, состоящим в 
отборе 
достаточного 
количества 
представительной 
части 
исследуемого материала (объекта), состав и свойства которой 
идентичны составу и свойствам материала, представляющего целое. 

Процесс взятия представительной пробы осложнен тем, что 
для отбора такой пробы нет универсального правила, одинаково 
пригодного для самых различных материалов. Методы отбора проб 
весьма разнообразны и зависят от агрегатного состояния материала, 
характера 
материала 
(сыпучий 
или 
кусковой), 
степени 
его 
однородности и от того, поступает материал без упаковки или в таре 
(ящики, мешки, бочки, цистерны и др.). Существенно различаются 
операции отбора проб расплавленного и застывшего металла, 
материала, находящегося в движении (перемещаемого на ленте 
транспортера, перевозимого в вагонах или баржах, текущего по 
трубе или желобу) и неподвижного (лежащего в штабеле, отвалах, 
вагонах или налитого в отстойник). Эти операции зависят также от 
задач анализа – определения среднего содержания одного или 
нескольких 
компонентов 
в 
массе 
объекта, 
установления 
распределения компонентов в пространстве ( в частности, по глубине 
слоя) или во времени (например, в ходе технологического процесса в 
реакторе). 
Включаемые 
в 
методики 
операции 
зависят 
от 
необходимой достоверности установления химического состава 
объекта анализа, от вида других испытаний (на металлургический 

10 

выход, на гранулометрический состав, на засоренность мусором или 
магнитными материалами и т.д.), от технологических, биологических 
или других требований. 

При взятии пробы необходим учет всех этих факторов, 
поэтому для каждого конкретного материала существуют свои 
правила и приемы пробоотбора. Среди них имеются способы, 
широко применяемые в производстве, и способы, ограниченно 
используемые в промышленности. 

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 проводить в точном соответствии с нормативными 
документами (НД). 

Первостепенное 
значение 
отбор 
пробы 
имеет 
для 
производства, так как на основании анализа небольшого количества 
материала (редко больше 2 г) приходится оценивать всю партию 
материала, иногда в несколько десятков и сотен тонн. Поэтому 
взятие представительной пробы представляет собой ряд довольно 
трудоемких операций, цель которых – сокращение массы материала 
до количества, необходимого для определения. 

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. рис. 1.2). 

11 

Рис. 1.2. Схема отбора 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 
опробуемого материала в одном месте или на определенном уровне. 
Это наиболее трудоемкая и сложная часть процесса пробоотбора. 

Поскольку масса отобранной генеральной пробы почти 
всегда бывает значительной (несколько сот кг или 2…3 % от 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, товарная) проба. 

Сокращением 
последней 
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 
12