Чистота вещества. 
Химия

Возможности обнаружения примесей также лежат в основе наших представлений о чистоте вещества. Начнем с того, что абсолютно чистых веществ не может быть в принципе. Этот вывод, в частности, следует из термодинамики (из уравнения (10.4) в параграфе 10.5). Если концентрация какого-либо реагента (примеси, от которой мы хотим избавиться) стремится к нулю, то AG любой реакции, приводящей к ее удалению, стремится к бесконечности, и полная очистка вещества становится термодинамически невозможной.

В России для химических реактивов установлены следующие квалификации:

• • «чистый» (ч.) — реактивы, предназначенные для самого широкого производственного и лабораторного применения;
• • «чистый для анализа» (ч. д. а.) — название говорит само за себя;
• • «химически чистый» (х. ч.) — для исследовательских работ и приготовления аналитических стандартов;
• • «особо чистый» (ос. ч.) — для особых целей (материалы для квантовой электроники, полупроводники и т. п.). Последняя квалификация иногда дополнительно делится на несколько марок в зависимости от назначения.

Требования к чистоте продажных реактивов определяются соответствующими стандартами. Они различны для разных веществ. Например, серная кислота должна представлять собой бесцветную маслянистую жидкость с плотностью от 1,8300 до 1,8350 кг/л и содержанием H₂S0₄ 93,56—95,60%. Кроме того, она не должна содержать примесей, восстанавливающих КМп0₄. Наибольшие допустимые количества (масс.%) некоторых примесей следующие:

Очевидно, чем чище реактив, тем он дороже. Например, хлорид натрия 99,999%-ной чистоты стоит в 15 раз дороже, чем реактив, содержащий 99% основного продукта. Снижение содержания примесей ниже 10 ³%, как правило, недостижимо обычными методами химической очистки и требует методов, специально разрабатываемых для определенных групп веществ или даже отдельных веществ.

Отбор и подготовка проб

Вернемся к аналитическому процессу в целом. При всем разнообразии задач и методов процесс получения аналитической информации включает вполне определенные стадии: отбор пробы, ее подготовку и первичные испытания, выбор схемы качественного и количественного анализа, собственно измерения и обработку результатов.

Источником информации при аналитическом процессе служит проба. Как правило, невозможно или нецелесообразно подвергнуть анализу весь исследуемый материал, поэтому отбор представительной пробы необходим для того, чтобы информация, получаемая при анализе пробы, достаточно точно отражала химический состав объекта в целом. Качественный и особенно количественный анализ обычно ведут в параллельных пробах, причем в ответственных случаях для разных проб используются разные методы анализа. Например, пробы лунного грунта, доставленного на Землю американской экспедицией на корабле «Аполлон-11» 20 июля 1969 г., были проанализированы в целом ряде лабораторий США, СССР, Англии, Германии, Франции и Японии с применением большого набора разных спектральных методов. Эти анализы привели к согласующимся результатам и позволили сделать вывод о том, что лунный грунт, по сравнению с земным, обеднен элементами, летучими в вакууме (К, Na, Се, Bi, Вг), и обогащен труднолетучими элементами (Са, Al, Ti).

В случае гомогенных объектов исследования — газообразных и жидких — отбор проб, как правило, не представляет затруднений и требует лишь предварительного хорошего перемешивания. Пробы жидкостей отбирают пинеткой или специальными пробоотборными цилиндрами, которые заполняют в соответствующих местах, например на определенной глубине в озере или в море. Пробы газов отбирают в стеклянные емкости с входным и выходным отверстиями, через которые предварительно продувают исследуемый газ. По заполнении емкости оба отверстия закрывают (см. рис. 5.3) или даже запаивают.

Методика отбора и подготовки проб твердых объектов существенным образом зависит от их природы и от задач анализа. В этом случае необходима гомогенизация посредством растворения или механического измельчения и перемешивания, выполняемых таким образом, чтобы исключить химические изменения или селективное распыление отдельных компонентов. Очевидно, что погрешность выбранного способа анализа уменьшается с увеличением степени дисперсности и размера пробы.

Если, например, нужно определить содержание ценных металлов в нескольких центнерах или даже тоннах породы, то может применяться ручной отбор проб с помощью обычных совковых лопат либо используются полностью автоматизированные пробоотборные установки. При подготовке проб их необходимо равномерно измельчить, а затем сократить количество материала. Большие количества хрупких материалов измельчают в специальных дробилках и мельницах, а небольшие — в дисковых истирателях или ступках. Количество измельченного материала сокращают вручную или на автоматических пробоотделителях. При ручном способе материал насыпают в виде конуса на подходящую чистую поверхность, затем надавливают плоским предметом на вершину конуса и получают плоскую лепешку, которую делят на четыре прямоугольных сектора прямыми линиями, проходящими через ее центр. Затем объединяют материал противоположных секторов, и всю процедуру повторяют до тех пор, пока не получат требуемое количество материала. Автоматические пробоотделители работают по такому же принципу.

Если пробы исследуются в твердом состоянии, то их подготовка может состоять в получении монокристаллов (для рептгеноструктурпого анализа) либо в протравливании и полировке поверхности (для микроскопических методов анализа) и т. д.

Общая погрешность каждого метода анализа почти в равной степени зависит от ошибок при отборе пробы и от ошибок измерения, поэтому нет смысла увеличивать точность измерения, если не разработаны достаточно точные методы отбора проб.

Лишь немногие методы анализа позволяют получать аналитической сигнал непосредственно от отобранной пробы. Как правило, возникает необходимость перевода пробы в форму, допускающую измерение. Например, титриметрические и электрохимические методы анализа применимы исключительно к растворам, в таких случаях подготовка пробы включает ее растворение либо, если проба прямо нерастворима, перевод в раствор после сплавления или воздействия газов. В частности, наиболее распространенные в земной коре силикатные породы обычно сплавляют с содой или со смесью карбонатов калия и натрия, имеющей более низкую температуру плавления.