金屬分析中的化學分析（原理、實踐及應用）（一）化學分析基本知識1.化學試劑（1）

上一篇 / 下一篇 2010-07-06 15:22:57

　　金屬分析中的化學分析(原理、實踐、應用)

　　前言

　　金屬工業是個很龐大、很復雜的工業領域，所以為其服務的分析測試也是非常的的多樣化，它的分析測試的對象非常廣泛和復雜，它主要包括了從巖石、礦石、礦物、煤炭、金屬冶煉工業的原材料、中間產品、最終產品、副產品、工藝過程控制以及三廢等。分析方法也是根據分析對象、要求不同有各種各樣非常豐富。筆者擬通過對金屬工業中使用的化學分析方法的原理、實踐及應用經驗予以較詳細的討論。如果能給分析工作者的分析工作中提供些參考建議，就是本文的目的。

　　一.金屬分析中應用的有關基本知識

　　概述

　　1.金屬和非金屬：

　　金屬—是具有光澤、延展性、易導電、傳熱等物理性質的物質，除汞外其它在常溫下都是固體。這些物質所以有相同的這些物理性質是因為它們的內部結構都是由陽離子和自由電子形成了金屬鍵，金屬鍵將離子和原子聯接在一起形成金屬晶體(可看成一個巨型分子)。金屬雖然具有相同的物理特征，但由于構成各種金屬晶體的質點(原子、離子)本身的差異，使得各種金屬所具有的這些物理性質間也有很大差異，例把汞的導電性和導熱性設為“1”，那么銀的導電性約為汞的“59”倍，導熱性約為汞的“48.8”倍還原其它性質也相差很遠，例密度、熔點、沸點、硬度等。金屬的最典型的化學特征是它容易失去電子而變成正離子，因此金屬都是還原劑。因為金屬丟失電子難易程度不同，而有相當大的差別。因此各種金屬還原性的大小表現的各不相同。顯然愈容易丟失電子的金屬還原性愈強，化學性質就愈活潑。在漢字中以“金為偏旁”例金、銀、銅、鐵、錫、鋁、鈦、鈾、鋅、鉛、鉀、鑭、鍆…

　　非金屬—相對于金屬來說不具有金屬特征的物質，一般沒有金屬光澤，具有不易導電性、導熱性的物質。在漢字中有“氣”“三點水”“石”偏旁例：氧、氮、氯、溴、碘、砷、硫、磷、硅…

　　2.金屬的分類：

　　第一種：金屬分為.輕、重金屬—根據金屬的相對密度不同通常將金屬分為輕金屬和重金屬兩類。所謂輕金屬就是密度小于5的金屬，例鉀、鈉、鎂、鈦、鋁…重金屬是指密度大于5的金屬，例金、銀、銅、鐵、鉛…

　　第二種：金屬分為黑色金屬、有色金屬、貴金屬、稀有金屬

　　黑色、有色金屬—工業上常把金屬分為兩大類，一是黑色金屬，它主要包括鋼鐵工業常用的金屬或有密切聯系的金屬，它包括鐵、錳、鉻、釩、鈦(以前釩鈦不屬黑色金屬但因為它們絕大多數于鐵礦一起產出，多用于低合金鋼近年來已列入黑色金屬)等金屬以及鋼和以鋼鐵為主的合金鋼和鐵合金統稱黑色金屬。所謂有色金屬就是除黑色金屬以外的金屬統稱有色金屬，例金、銀、銅、鋅、汞、錫、銻…

　　貴金屬—地殼中儲藏量較小，價格較高地金屬，一般具有很穩定的化學性質的特性，具很好的延展性，耐熔性。包括金、銀、鉑、鈀、銠、銥、鋨…

　　稀有金屬、稀有元素—稀有金屬是指地殼中含量少或分布稀散的金屬例：鋰、鈹、銣、鈮、鉭、鎵、銦、鉈…同樣習慣上把地殼中含量少或分布稀散的元素稱稀有元素。符號記為RE(rare elements)，其實稀有是相對的例釩鈦在地殼中含量并不少只因過去對它們不了解或應用很少也列入稀有元素，近年來已列入黑色金屬。目前所謂稀有元素(約占元素總數的2/3),主要是指到20世紀40年代還不熟悉的元素。例：鋰、鈹、銣、鈮、鉭、鎵、銦、鉈…還包括一些非金屬例：硒、碲、氪、氙、氡…

　　3..親石元素和親硫元素：

　　在地殼中除少數元素如稀有氣體、O2、N2、S、C、Au、Pt組元素以單質存在，其余大多數元素均以化合態存在，化合態中最主要的是氧化物(含氧酸鹽)和硫化物兩類。存在于氧化物的元素稱親石元素常見的如：Li、K、Na、Cr、Mn、La、Ba…主要以態存于硫化物的元素稱親硫元素常見的如：Mo、Fe、Co、Ni、Cu、Ag、Zn、Pb、Cd、Hg、Ga、In、Tl、Sb、Bi…

　　4.分析方法的分類;

　　金屬分析中所涉及的分析方法按原理、作用的差別，有不同的分類方法：

　　1)第一種(按方法原理)分類:

　　①化學分析:以物質化學反應為基礎的分析方法,它是分析化學的基礎所以又稱經典分析法,主要包括重量法和滴定法.

　　②儀器分析:以物質的物理及物理化學性質為基礎的分析方法稱為物理或物理化學分析,這類方法都使用特殊的儀器所以又稱儀器分析法.它主要包括:ⅰ.光學分析法—根據物質的光學性質建立的分析方法,包括:a.分子光譜法例:可見和紫外吸收分光光度法、紅外光譜法、分子熒光及磷光分析法b.原子光譜法例:原子吸收光譜法、原子發射光譜法、原子熒光光譜法c.其它例:激光拉曼光譜法、光聲光譜法、化學發光分析法等.ⅱ電化學分析法—根據物質的電化學性質建立的分析方法.例:電位分析法、電重量法和庫倫法、伏安法和極譜法、電導分析法.ⅲ熱分析法—根據測量體系的溫度與某些性質(如質量、反應熱或體積)間的動力學關系所建立的分析方法,例熱重量法、差熱分析法、測溫滴定法ⅳ.色譜法—是一種分離富集的方法例:氣相色譜、液相色譜(柱色譜、紙色譜)、離子色譜.ⅴ.其它:近年來新發展起來的質譜法、核磁共振、中子活化、X射線、電子顯微鏡、毛細管電泳.等

　　2)第二種(按任務)分類:

　　①定性分析：鑒定物質由哪些元素、原子團或化合物所組成.

　　②定量分析是：測定物質中有關成分的含量.

　　③結構分析是研究物質的分子結構或晶體結構

　　④表面分析

　　⑤形態分析

　　⑥物相(賦存狀態)飛行

　　3)第三種(按分析對象)分類：

　　①無機分析：對象是無機物,組成無機物的元素很多,通常要求鑒定物質的組成和測定各成分的含量.

　　②有機分析：組成有機物的元素不多,但結構非常復雜繁多,有機分析重點是官能團和結構分析.

　　4)第四種(按試劑用量和操作規程、待測成分含量的高低)分類:①根據試樣的用量及操作規程不同可分為常量分析、半微量分析、微量分析、超微量分析. 痕量分析、超痕量分析

　　②根據待測成分含量的高低不同,可粗略分為常量成分(質量分數>1%)、微量成分(質量分數0.01%～1%)、痕量成分(質量分數<0.01%)的測定,痕量成分的分析,不一定是微量分析,有時為了測定微量成分取樣幾克甚至千克以上.

　　各種分析方法的試樣用量表8

　　方法試樣質量試液體積

　　常量分析 >0.1g >10ml

　　半微量分析 0.01～0.1g 1～10ml

　　微量分析 0.1～10mg 0.01～1ml

　　超微量分析 < 0.1mg <0.01ml

　　5)第五種(按分析要求)分類:

　　①.例行分析—一般實驗室日常生產中的分析.

　　②仲裁分析—不同實驗室對同一試樣分析結果有爭論,協商不能統一,由雙方同意請的權威實驗室進行的分析工作.

　　6)第六種(按分析時間和所起的作用不同)分類：

　　①快速分析：主要用于控制生產工藝過程中的關鍵部位或在野外找礦的化探分析等，要求迅速得到測定數據，對準確度要求視具體情況不同適當降低。快速分析方必須主要用于(例行分析中的生產車間控制分析或地球化學找礦中大面積普查)基體成分相對穩定的樣品分析。②標準分析：是經國家標準局或有關業務主管部委審核、批準并作為‘法律’頒布執行的、有一定經驗的分析工作者使用它能得出;標準要求的準確測定結果的方法。它的測定結果是地質勘探中進行儲量計算、工業生產中進行工藝計算、財務核算及評定產品質量的依據。所以準確度要求高、允許完成測定工作的時間適當地長一些。標準分析法主要用來測定原料、半成品、成品的化學成分，亦用于校核或仲裁分析。標準分析方法都注明有允許誤差(或公差)。允許誤差是某測定方法所允許的平行分析結果之間的絕對偏差。在生產實踐中必須以允許誤差(或公差)作為分析結果是否合格的依據。兩次平行分析結果的偏差不得超過方法規定的允許誤差，否則重新測定。

　　標準分析法：可按性質可分為強制性標準和推薦性標準;按標準審批權限和作用范圍分類，可分為國家標準、行業標準、地方標準和企業標準四級。標準方法不是永恒不變的，是隨著科學技術發展改變，舊方法不斷的被新方法取代，新標準頒布舊方法即應作廢，

　　5.金屬分析方法的評價和選擇：

　　在金屬分析中使用的方法很多，怎樣優選和評價方法往往和生產實際的需要及測定數據的應用目不同有關。雖然對分析方法的要求往往不同，可是一般情況下主要從以下幾個方面來考慮：主要為：準確度、靈敏度、選擇性和分析速度，在保證這四條的前提下兼顧分析成本和環保。

　　在金屬分析中進行某一成分或項目測定時，往往有很多程度方法供選擇，怎樣選擇方法一般主要考慮以下幾個因素:

　　1) 分析的目的及要求：對不同的分析目的，對分析結果的要求不同，例：礦石品位測定、工業產品質量檢定、仲裁分析、校核分析等適宜用準確度高的標準分析法，對于地質普查找礦、地球化學探礦中的分析、工業生產工藝過程控制分析適宜用較快速度準確度較低的分析方法。對于一些工業的樣品和科學研究中的特殊要求，有時還要求對待測組分的形態，，活性等進行擺正和測定，為了礦石的選礦和綜合利用了解礦石的礦物的物質組成，有時還要求進行物相(或物質組成)分析。

　　2) 分析樣品的性質及待測組分的含量：分析樣品的性質及其組成、結構、存在狀態等的差別，針對樣品的預處理方法也不同。待測組分的含量范圍高低不同，所使用的分析方法也會有差別或不同，某種分析方法都適用于一定的待測對象和測定范圍。例：為10-2～100含量級別的試樣可用稱量法、滴定法、X-熒光衍射法等。含量為≤10-2級別的試樣一般用分光光度法及其它更靈敏的儀器分析方法。

　　3) 共存物質的影響：任何分析方法的選擇性都是有限的，也就是說抗干擾能力不是無限的，試樣中共存組分的種類、性質及含量不同，應選擇相適宜的分析方法克服干擾，防止因選擇方法不當受到干擾而造成的測定失誤，從而較迅速的得到準確結果。

　　4) 實驗室的條件：在滿足生產、科研的靈敏度、準確度和測定速度的前提下，一定也要考慮實驗室的實際條件例：設備儀器、試劑、技術條件等。

　　㈠化學分析的基本知識

　　1.化學試劑和標準試劑

　　1.1 .我國化學試劑及其分類

　　1.1.1化學試劑：它廣義指：為實現某一化學反應而使用的化學藥品。狹義指：化學分析中為測定物質的組成而使用的純粹化學藥品。它們是現代科學研究和產品檢驗的重要用品。

　　1.1.2化學試劑的分類：對化學試劑進行科學的分類方法有幾種：

　　一.按試劑用途和化學組成分類：德國E.Merck1公司、瑞士的Fluka公司、日本關東化學公司等許多國家和我國(基本按照)的試劑分類;

　　1)基準試劑：純度高、雜質少、穩定性好、化學組成恒定的化合物。它包括容量工作基準試劑pH工作基準試劑。兩類都有第一基準和工作基準之分。第一基準試劑必須由國家計量部門檢定，試劑生產則利用第一基準作為工作基準試劑的測定標準。

　　2)無機分析試劑：用于化學分析的一般無機化學品。包括：金屬單質;金屬氧化物;以及酸、堿、鹽等試劑。純度高、含量較高(按規定一般含量在99。9%以上)，含雜質較少。

　　3)有機分析試劑：用于化學分析的一般有機化學品。主要有：烴類、醛、酮、醚等試劑以及衍生物。它們的含量和純度較高，雜質較少。

　　4)特效試劑：無機分析中測定、分離或富集元素時所專用的一些有機試劑。主要有：沉淀劑、萃取劑、顯色劑、鰲合劑和指示劑等。不包括一般的有機試劑、有機酸、有機堿等。它們靈敏度高、選擇性強。

　　5)高純物質(高純試劑)：其純度一般在4N(即4個“9”或含量99.99%)以上雜質控制在10-6甚至10-9級的范圍內。主要有：分析用高純試劑、電子工業、光學等用的高純化學品。

　　6)指示劑：由于某些物質存在的影響而改變自身顏色的試劑。用于滴定分析中指示滴定終點，也可用于檢驗氣體或溶液中的某些物質的存在。主要有：酸堿指示劑、氧化還原指示劑、吸附指示劑等。

　　7)生化試劑：用于生命科學研究的生物材料或有機化合物(包括臨床診斷、醫學研究用的試劑)。它分為生物堿、氨基酸、抗生素、糖類、酶類、生物染色劑等。8)儀器分析試劑：指用于按物理、化學或物理化學原理設計的特殊儀器進行試樣分析時所用的試劑。主要有：原子吸收光譜樣品、色譜用試劑，電子顯微鏡用試劑、光譜純試劑、極譜用試劑等。

　　二.按試劑用途和學科分類：

　　1)通用試劑2)高純試劑3)分析試劑4)儀器分析專用試劑5)有機合成研究用試劑6)臨床診斷試劑7)生化試劑8)新型基礎材料和精細化學品。這種分類方法較全面、合理。但因在實際工作中較繁雜，目前還沒有采用。

　　三.按試劑包裝和標志分類：國標GB/T15346—94《化學試劑包裝及標志》，化學試劑按門類分為三類：

　　1)通用試劑(優級純用深綠色顏色標注，分析純用金光紅色標注化學純用中藍色標注)

　　2)基準試劑(用淺綠色標注)。

　　3)生物染色劑(用玫紅色標注);

　　通用試劑

　　級別中文名英文符號標簽顏色主要用途

　　基準試劑淺綠

　　一級優級純 G·R 深綠高精密分析試驗

　　二級分析純 A·R 金光紅普通分析試驗、科研

　　三級化學純 C·P 中藍一般化學實驗、教學