5. Проблема метрологического обеспечения
экологоаналитического контроля.
Сюда обычно относят контроль качества результатов (quality control) и гарантию качества аналитической информации (quality assurance). Уже упоминалось про актуальность разработок новых методик и их аттестацию. Еще один важный вопрос – разработка и внедрение средств метрологического обеспечения – стандартных образцов состава, стандартных образцов свойств, аттестованных смесей (прежде всего газовых), стандартных растворов. Реально экоаналитическая химия располагает стандартными образцами воды, почв, а также многих неорганических и органических веществ, например, пестицидов. Последние используются для градуировки приборов и контроля точности результатов.
МЕТОДЫ ЭКОАНАЛИТИЧЕСКОГО КОНТРОЛЯ И ИХ
ОСОБЕННОСТИ
1. Аналитический цикл и его этапы. Универсальная система химического анализа
Рассмотрим конкретную экоаналитическую задачу. Предприятие собирается инвестировать средства в строительство уникального сооружения, например, «Донбасс-арены», и нуждается в заключении о качестве почв того участка, где будет развернута стройка. Задача аналитиков – исследовать качество почвы в месте предполагаемого строительства. Совместно с заказчиком аналитик должен решить, какие компоненты следует определять в почве, какие общепризнанные надежные методики анализа следует для этого применить, в какой форме представить результаты анализа. Точная постановка аналитической задачи – необходимое условие того, что результаты анализа будут применены с пользой для дела. Процесс анализа начинается с превращения задачи в форме, поставленной потребителем, в собственно аналитическую задачу. Далее следует отобрать пробу из объекта исследования, т.е. отобрать пробу почвы. Затем следуют стадии пробоподготовки и затем измерения. Завершает процесс анализа обработка результатов, их сведение воедино, представление в отчете и передача потребителю. Круг замыкается и формируется так называемый аналитический цикл (рис. 1).
Рис. 1. Общая схема процесса анализа (Отто М. Современные методы аналитической химии. – М.: Техносфера, 2006. – С. 22)
Аналитический цикл – это общая схема полного аналитического процесса По определению Ю.А. Золотова метод – это определение принципов, положенных в основу анализа безотносительно к конкретному объекту и определяемому веществу. Методика – это полное описание всего хода анализа. В методике в форме подробных прописей оговариваются все детали анализа, включая отбор пробы и представление результатов.
Представим на конкретном примере реализацию аналитического цикла. Перед аналитиком поставлена задача определения диэтиламина. Обычный алгоритм анализа меняется в зависимости от объекта анализа и матричных компонентов. Так, если в анализируемом образце присутствует только одно органическое вещество – диэтиламин, то наличие углерода является достаточным признаком специфичности. В этом случае задача решается хроматографическим методом с пламенно-ионизационным детектором. Если в объекте присутствуют другие органические вещества, но не амины, то специфической является –NH2 группа. В этом случае используют фотометрический детектор с β-динитростильбеном. Если в пробе есть первичные амины, то необходим метод детектирования именно вторичной аминогруппы =NH. Если есть другие вторичные амины, то надо дополнительно вводить признаки на наличие двух С2Н5-групп. Видно, что при определении одного вещества в различных композициях нужно применять разные методы, а при необходимости автоматизировать этот анализ – создавать разнообразные измерительные устройства в одном приборе.
Как правило, создавая прибор для определения диэтиламина, выбирают наиболее простые признаки специфичности этого вещества. При этом выигрывают в простоте решения конкретной аналитической задачи, но проигрывают в решении проблемы автоматизации в целом.
Один из главных принципов аналитической химии – селективность определения. Но в случае экоаналитического контроля это не всегда правильно. В объектах окружающей среды необходимо идентифицировать множество неизвестных компонентов, о присутствии которых там даже не подозревали. В данном случае нужна универсальная система химического анализа или многопараметрический анализ. Это, по сути, означает, что одновременно надо проводить качественный и количественный анализ. Для решения такой задачи необходимо изменить всю систему детектирования и использовать все признаки химических соединений. Такими признаками являются:
1) атомный состав. Методы определения элементного состава очень хорошо развиты. Пламенно-ионизационный детектор может показать, к какому классу соединений (органические или неорганические) относятся вещества в пробе.
2) размер молекул. Это не селективный аналитический признак, но его используют в методах разделения смесей. Размер определяют с помощью
молекулярных сит, полупроницаемых мембран. Возможно и прямое детектирование на основе селективной сорбции молекул определенного размера специфическими сорбентами с фиксированным размером микропор.
3) дипольный момент, характеризующий пространственное расположение эффективных зарядов в молекуле. Этот параметр может быть измерен с высокой точностью.
4) электронодонорные и электроноакцепторные свойства.
5) протонодонорные и протоноакцепторные свойства. Твердые электролиты, например, на основе фосфата титана меняют свои электрофизические свойства при контакте с протонодонорными или протоноакцепторными веществами. Возможны и фотоколориметрические детекторы с применением реагентов, образующих с определяемым компонентом окрашенный комплекс.
6) индекс хроматографического удерживания. Использовать этот индекс стало возможным после успехов в синтезе химически модифицированных сорбентов с заданными свойствами, позволяющими разделять вещества.
7) масса молекул. Знание массы позволяет однозначно определить брутто-формулу молекулы. В дальнейшем путем математического моделирования, возможно, записать все изомеры.
В универсальной системе необходимо разделение функций измерения и функции обработки сигнала. Задача обработки сигналов детекторов решается с использованием ЭВМ, в которой предварительно сформирован банк химико-аналитических данных.