化學(xué)試樣的采取和制備
銅臭 / 2022-07-01
一、采樣的重要性
在實際工作中，要化驗的物料常常是大量的，其組成有的比較均勻，也有的很不均勻。化驗時所稱取的分析試樣只是幾克，幾百毫克或更少，而分析結(jié)果必須能代表全部物料的平均組成，因此，仔細而正確地采取具有代表性的“平均試樣”，就具有極其重要的意義。
一般地說，采樣誤差常大于分析誤差，因此，掌握采樣和制樣的一些基本知識是很重要的。如果采樣和制樣方法不正確，即使分析工作做得非常仔細和正確，也是毫無意義的，有時甚至給生產(chǎn)和科研帶來很壞的后果。
二、采樣的方法
通常遇到的分析對象是各種各樣的，例如有金屬、礦石、土地、化工產(chǎn)品、石油、工業(yè)用水，天然氣等等。歸結(jié)起來，試樣有固體、液體和氣體三種形態(tài)。按其各組分在試樣中的分布情況看，不外乎有分布得比較均勻和分布得不均勻的兩種。顯然，對于不同的分析對象，分析前試樣的采取及制備也是不相同的，因此其采樣及制備樣品的具體步驟應(yīng)根據(jù)分析試樣的性質(zhì)、均勻程度、數(shù)量等等來決定。這些步驟和細節(jié)在有關(guān)產(chǎn)品的國家標準和部頒標準上都有詳細規(guī)定，例如石油產(chǎn)品取樣 法(SYB2001-59)， 化學(xué)試劑取樣及驗收規(guī)則(GB619-65)等等。各種工業(yè)分析專著上也都有試樣的采取和制備的章節(jié)，這里只討論試樣的采取和制備的一些基本原則。
1.組成比較均勻的試樣的采取和制備
一般地說，金屬試樣、水樣、以及某些較為均勻的化工產(chǎn)品等，組成比較均勻、任意采取一部分或稍加混合后取一部分，即成為具有代表性的分析試樣。
(1)金屬試樣 金屬經(jīng)高溫熔煉，組成比較均勻。例如鋼片，只要任意剪取一部分即可。但對鋼錠和鑄鐵來說，由于表面和內(nèi)部的凝固時間不同，鐵和雜質(zhì)的凝固溫度也不一一樣，因此表面和內(nèi)部所含的雜質(zhì)也有所不同，使組成不很均勻。為了克服這種不均勻性，在鉆取試樣時，先用砂輪將表面層磨去，然后采用多鉆幾個點及鉆到一定的深度的方法。將所取得的鉆屑放于沖擊缽中搗碎混勻，作為分析試樣。
(2)水樣 由于各種水的性質(zhì)不同，水樣的采集方法也不同。潔凈的與稍受污染的天然水，水質(zhì)變化不大，因此在規(guī)定的地點和深度，按季節(jié)采取一、二次，即具有代表性;生活污水與人們的作息時間、季節(jié)性的食物種類都有關(guān)系，一天中不同時間的水質(zhì)不完全一一樣，每個月的水質(zhì)情況也不相同;工業(yè)廢水的變化更大，同一種工業(yè)廢水，由于生產(chǎn)工藝過程不同，廢水水質(zhì)差別很大。同時工業(yè)廢水的水質(zhì)還會因原材料不均一、工藝的間歇性，隨時跟著變化。所以在采集上述各種水樣時，必須根據(jù)分析目的采取不同的采集方式。如平均混合水樣，平均比例混合水樣，用自動取樣器采集一晝夜的連續(xù)比例混合水樣等。但對于受污染十分嚴重的水體，其采樣要求，應(yīng)根據(jù)污染來源，分析目的而定，不能按天然水采樣。
供一般確定物理性質(zhì)與化學(xué)成分分析用的水樣有2升即可。水樣瓶可以是容量為2升的、無色磨口塞的硬質(zhì)玻璃細口瓶或聚乙烯塑料瓶。當(dāng)水樣中含多量油類或其它有機物時，以玻璃瓶為宜;當(dāng)測定微量金屬離子時，采用塑料瓶較好，塑料瓶的吸附性較小。測定SiO2必須用塑料瓶取樣。測定特殊項目的水樣，可另用取樣瓶取樣，必要時需加藥品保存。
采樣瓶要洗得很干凈，采樣前應(yīng)用水樣沖洗樣瓶至少三次，然后采樣。采樣時，水要緩緩流入樣瓶，不要完全裝滿,水面與瓶塞間要留有空隙(但不超過1厘米)，以防水溫改變時瓶塞被擠掉。
采集水管或有泵水井中的水樣時，只須將水龍頭或泵打開，放水?dāng)?shù)分鐘，使積留在水管中的雜質(zhì)沖洗掉，然后取樣即可。
采集池、江、河水的水樣時，將一個干凈的空瓶蓋上塞子，塞子上系上一根繩子，瓶底系、鐵鉈或石頭(如圖3-1所示)，沉入水面下一定深處(通常為20~50厘米)，然后拉繩拔塞，讓水樣灌入瓶中取出即可。一般要在不同深度取幾個水樣混合后作為分析試樣，如水面較寬，應(yīng)該在不同的斷面分別采取幾個水樣。
采集工業(yè)廢水祥品時要根據(jù)廢水的性質(zhì)、排放情況及分析項目的要求，采用下列四種采集方式。
①間隔式平均采樣:對于連續(xù)排出水質(zhì)穩(wěn)定的生產(chǎn)設(shè)備，可以間隔一定時間采取等體積的水樣，混勻后裝入瓶內(nèi)。
②平均取樣或平均比例取樣:對幾個性質(zhì)相同的生產(chǎn)設(shè)備排出的廢水，分別采集同體積的水樣，混勻后裝瓶;對性質(zhì)不同的生產(chǎn)設(shè)備排出的廢水，則應(yīng)先測定流量，然后根據(jù)不同的流量按比例采集水樣，混勻后裝瓶。最簡單的辦法是在總廢水池中采集混合均勻的廢水。
③瞬間采樣:對通過廢水池停留相當(dāng)時間后斷續(xù)排出的工業(yè)廢水，可以一次采取。
④單獨采樣: 某些工業(yè)廢水，如油類和懸浮性固體分布很不均勻，很難采到具有代表性的平均水樣，而且在放置過程中水中些雜質(zhì)容易浮 于水面或沉淀 ，,若從全分析水樣中取出一部分用來分析某項目，則會影響到結(jié)果的正確性。在這種情況下，則可單獨采樣，進行全量分析。
水樣采集后應(yīng)及時化驗，保存時間愈短，分析結(jié)果則愈可靠。有些化學(xué)成分和物理性狀要在現(xiàn)場測定，因為在送往實驗室的過程中就會產(chǎn)生變化。水樣保存的期限取決于水樣性質(zhì)、測定項目的要求和保存條件。對于現(xiàn)場無條件測定的項目，可采用“固定”的方法，使原來易變化的狀態(tài)轉(zhuǎn)變成穩(wěn)定的狀態(tài)。例如:
氰化物 加入NaOH, 使pH值調(diào)至11.0以上， 并保存在冰箱中，盡快分析;
重金屬 加HCI或HNO3酸化，使pH值在3.5 左右，以減少沉淀或吸附;
氮化合物 每升水加0.8毫升濃H2SO4，以保持氦的平衡，在分析前用NaOH溶液中和;
硫化物 在250~500毫升采樣瓶中加入1毫升25%醋酸鋅溶液，使成硫化物沉淀;
酚類 每升水中加 0.5克氫氧化鈉及1克硫酸銅;
溶解氧 按測定方法加入硫酸錳和堿性碘化鉀;
pH值、余氯必須當(dāng)場測定。
(3)化工產(chǎn)品組成比較均勻的 化工產(chǎn)品可以任意取一部分為分析試樣。批量較大時，定出抽樣百分比，各取出一部分混勻作為分析試樣。但也有一些化工產(chǎn)品如濃硫酸，由于具有吸濕性，在貯槽中，表面與內(nèi)部的含量有所不同，所以應(yīng)分別從各深度取出一部分混勻后作為分析試樣。采集硫酸試樣時要用耐酸的采樣器皿。
2.組成很不均勻的試樣的采取和制備
對一些顆粒大小不均勻，成分混雜不齊，組成極不均勻的試樣，如礦石、煤炭、土壤等，選取具有代表性的均勻試樣是一項較為復(fù)雜的操作。為了使采取的試樣具有代表性，必須按一定的程序，自物料的各個不同部位，取出一定數(shù)量大小不同的顆粒。取出的份數(shù)越多，試樣的組成與被分析物料的平均組成越接近。根據(jù)經(jīng)驗，平均試樣選取量與試樣的均勻度、粒度、易破碎度有關(guān)，可用下式(稱為采樣公式)表示之。
Q= Kd?
式中Q為采取平均試樣的最小重量(公斤); d為試 樣中 最大顆粒的直徑(毫米); K和a為經(jīng)驗常數(shù)，由物料的均勻程度和易破碎程度等決定，可由實驗求得，K值在0.02~0.15之間，a值通常為1.8~2.5。地質(zhì)部門將a值規(guī)定為2，則上 式為Q= Kd²
例如在采取赤鐵礦的平均試樣時(赤鐵礦的K值為0.06)，若此礦石最大顆粒的直徑為20毫米，則根據(jù)上式計算得:
Q=0.06×20²=24公斤
也就是最小重量要采取24公斤。這樣取得的試樣，組成很不均勻，數(shù)量又太多，不適宜于直接分析。根據(jù)采樣公式，試樣的最大顆粒越小，最小重量可越小。如將上述試樣最大顆粒破碎至1毫米，則
Q=0.06X 1²=0.06公斤
此時試樣的最小重量可減至0.06公斤。因此，采樣后進一步破碎，混合，可減縮試樣量而制備適宜于分析用的試樣。制備試樣一般可分為破碎，過篩，混勻，縮分四個步驟。
(1)破碎 用機械或人工方法把樣品逐步破碎，大致可分為粗碎、中碎和細碎等階段。
粗碎:用顎式破碎機把大顆粒試樣壓碎至通過4~6網(wǎng)目篩。
中碎:用盤式粉碎機把粗碎后的試樣磨碎至通過20網(wǎng)目篩。
細碎:用盤式粉碎機，進一.步磨碎，必要時再用研缽研磨，直至通過所要求的篩孔為止。
在礦石中，難破碎的粗粒與易破碎的細粒的成分常常不同，在任何一次過篩時，應(yīng)將未通過篩孔的粗粒進一-步破碎，直至全部過篩為止，不可將粗粒隨便丟掉。
篩子一般用細的銅合金絲制成，有一定孔徑，用篩號(網(wǎng)目)表示，通常稱為標準篩。
| 篩號（網(wǎng)目） |
3 |
6 |
10 |
20 |
40 |
60 |
80 |
100 |
120 |
140 |
200 |
| 篩孔直徑（毫米） |
6.72 |
3.36 |
2.00 |
0.83 |
0.42 |
0.25 |
0.177 |
0.149 |
0.125 |
0.105 |
0.074 |
(2)縮分 在樣品每次破碎后，用機械(分樣器)或人工取出一部分有代表性的試樣，繼續(xù)加以破碎。這樣，樣品量就逐漸縮小，便于處理。這個過程稱為“縮分”。
常用的手工縮分方法是“四分法”。如圖3-2所示:先將已破碎的樣品充分混勻，堆成圓錐形，將它壓成圓餅狀，通過中心按十字形切為四等份，棄去任意對角的兩份。由于樣品中不同粒度、不同比重的顆粒大體上分布均勻，留下樣品的量是原樣的一半，仍能代表原樣的成分。
縮分的次數(shù)不是隨意的，在每次縮分時，試樣的粒度與保留的試樣量之間，都應(yīng)符合采樣公式。否則應(yīng)進-一步破碎后， 再縮分。根據(jù)Q= Kd2公式，計算不同K值和不同粒度時所需 ; 試樣的最小重量如表3-1所示。
例 有試樣20公斤，粗碎后最大粒度為6毫米左右，已定K值為0.2,問應(yīng)縮分幾次?如縮分后，再破碎至全部通過10號篩，問應(yīng)再縮分幾次?
解 由表3-1可知，當(dāng)d=6毫米時，Q≈9公斤，故20公斤試樣應(yīng)縮分一次，留下20×1/2=10公斤。此量大于要求的Q值(9公斤)。
破碎過10號篩后，d=2毫米，Q=0.8公斤，將10公斤試樣連續(xù)縮分三次，留下10×（1/2）³=1.25公斤。此量大于要 求的Q值(0.8公斤)， 故仍有代表性。
一般送化驗室的試樣是為200~500克。試樣最后的細度應(yīng)便于溶樣，對于某些較難溶解的試樣往往需要研磨至能通過100目甚至200目的細篩。
將制備好的試樣貯存于具有磨口玻璃塞的廣口瓶中，瓶外貼好標簽，注明試樣名稱、來源、采樣日期等。
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