第一章 試樣的采集和制備

工業(yè)分析的任務(wù)和作用 請大家回顧一下 工業(yè)分析是分析化學(xué)在工業(yè)生產(chǎn)中的具體應(yīng)用 是研究物料組成的分析方法和相關(guān)理論的集合體 工業(yè)分析具有不同于普通教學(xué)分析實(shí)驗(yàn)的特點(diǎn) 代表性 分解方法 除干擾 分析速度 課程的導(dǎo)入 工業(yè)分析是工業(yè)生產(chǎn)的眼睛 可以指導(dǎo)和促進(jìn)生產(chǎn) 工業(yè)分析的任務(wù)是從大批物料 工業(yè)生產(chǎn)中的原料 輔助材料 中間產(chǎn)品 產(chǎn)品 副產(chǎn)品及生產(chǎn)過程中的廢物等 中確定某種或某些組分的平均質(zhì)量分?jǐn)?shù) 用于指導(dǎo)和促進(jìn)工業(yè)生產(chǎn) 被譽(yù)為工業(yè)生產(chǎn)的 眼睛 起到 把關(guān) 的作用 1采樣2制樣3分解樣品4消除干擾5方法的選擇及測定6結(jié)果計(jì)算和數(shù)據(jù)評價 本章我們的重點(diǎn) 試樣的采集與制備 工業(yè)分析測定步驟 第一章試樣的采集和制備 1 1試樣的采集1 2試樣的制備 1 1試樣的采集 從被檢的總體物料中取得有代表性的樣品的過程稱為采樣 要求 采集到的樣品能夠代表原始物料的平均組成 采樣的基本術(shù)語 基本原則 采樣量和子樣數(shù)目 采樣方法 一 采樣基本術(shù)語 1 采樣單元具有界限的一定數(shù)量物料 2 子樣 小樣 分樣 在規(guī)定的采樣點(diǎn)上采集來的規(guī)定量 質(zhì)量或體積 的物料叫子樣 在一個采集對象中應(yīng)布置采樣點(diǎn)的個數(shù)稱為子樣數(shù)目 一 采樣基本術(shù)語 3 原始平均試樣 送檢樣 合并所有的子樣所得的樣品 4 分析化驗(yàn)單位 基本批量 原始平均試樣單位全部物料總量 5 分析試樣 送往實(shí)驗(yàn)室用于分析測試的樣品 6 參考樣品 與實(shí)驗(yàn)室樣品同時制備的樣品 是實(shí)驗(yàn)室樣品的備份 二 采樣的目的1 技術(shù)方面 確定原材料 半成品及成品的質(zhì)量 控制生產(chǎn)工藝過程 鑒定未知物 確定污染的性質(zhì) 程度和來源 驗(yàn)證物料的特性或特性值 測定物料隨時間 環(huán)境的變化 鑒定物料的來源等 2 商業(yè)方面 確定銷售價格 驗(yàn)證是否符合合同的規(guī)定 保證產(chǎn)品銷售質(zhì)量 滿足用戶的要求等 3 法律方面 為了檢查物料是否符合法令要求 為了檢查生產(chǎn)過程中泄露的有害物質(zhì)是否超過允許極限 為了法庭調(diào)查 確定法律責(zé)任 進(jìn)行仲裁等 4 安全方面 確定物料是否安全及其危險程度 分析發(fā)生事故的原因 按危險性進(jìn)行物料的分類等 三 工業(yè)物料的分類工業(yè)物料按其特性值的變異性類型可以分為兩類 即均勻物料和不均勻物料 1 均勻物料是指如果物料各部分的特性平均值在測定該特性的測量誤差范圍內(nèi) 此物料就該特性而言是均勻物料 2 不均勻物料是指如果物料各部分的特性平均值不在測定該特性的測量誤差范圍內(nèi) 此物料就該特性而言是不均勻物料 四 采樣基本原則 1 均勻的物料 可以在物料的任意部位進(jìn)行采樣 2 非均勻的物料 隨機(jī)采樣 對所得的樣品分別進(jìn)行測定 3 采樣過程中不應(yīng)帶進(jìn)任何雜質(zhì) 盡量避免引起物料的變化 如吸水 氧化等 采樣的基本原則是 使采得的樣品具有充分的代表性 五 采樣量和子樣數(shù)目 1 采樣量對于均勻物料 根據(jù)需要直接采取即可 對于不均勻的物料 可采用試樣的采集量經(jīng)驗(yàn)計(jì)算公式 Q Kda Q 采取實(shí)驗(yàn)室樣品的最低可靠質(zhì)量 kgd 實(shí)驗(yàn)室樣品中最大顆粒的直徑 mmk a 經(jīng)驗(yàn)常數(shù) 由實(shí)驗(yàn)室求得 一般k值在0 02 1之間 樣品越不均勻 k值越大 物料均勻0 1 0 3物料不太均勻0 4 0 6 物料極不均勻0 7 1 0 a 1 8 2 5 地質(zhì)部門一般規(guī)定為2 例如 采集某礦石樣品時 若此礦石的最大顆粒直徑為20mm k值為0 06kg mm2 mQ 0 06kg mm2 20mm 2 24kg 如果將上述礦石最大顆粒破碎至4mm mQ 0 06kg mm2 4mm 2 0 96kg 1kg 結(jié)論 樣品的顆粒越大 稱樣量越大 物料的顆粒越大 則最低采樣量品越多 樣品越不均勻 最低采樣量也越多 因此 對塊狀物料 應(yīng)在破碎后再采樣 確定樣品的量 至少滿足三次重復(fù)測定的樣品量 必須滿足備考樣品所需量 如需預(yù)處理 應(yīng)滿足所需量 五 采樣量和子樣數(shù)目 2 子樣數(shù)目采樣的準(zhǔn)確度 即試樣中組分含量與整批物料中組分平均含量之間的允許誤差 準(zhǔn)確度要求越高 子樣數(shù)目就越多 物料的不均勻程度 六 采樣方式與采樣方法 1 隨機(jī)取樣 概率取樣 基本原理是物料總體中每份被取樣的概率相等 將取樣對象的全體劃分成不同編號的部分 用隨機(jī)數(shù)表進(jìn)行取樣 2 分層取樣 當(dāng)物料總體有明顯不同組成時 將物料分成幾個層次 按層數(shù)大小成比例取樣 3 系統(tǒng)取樣 按已知的變化規(guī)律取樣 如按時間間隔或物料量的間隔取樣 4 二步取樣 將物料分成幾個部分 首先用隨機(jī)取樣的方式從物料批中取出若干個一次取樣單元 然后再分別從各取樣單元中取出幾個份樣 六 采樣方式與采樣方法 試樣的采集方法與物料的存在狀態(tài)有關(guān) 一 固態(tài)物料的采樣 二 液態(tài)物料的采樣 三 氣態(tài)物料的采樣 一 固態(tài)物料的采樣 采樣鏟 手鏟 采樣探子 末端開口采樣探子 氣動采樣探子 采樣鉆 較堅(jiān)硬的固體物料 氣動和真空探針 粉末和細(xì)小顆粒的松散物料 采樣工具 取樣時 將采樣探子由袋 罐 桶 口的一角沿對角線插入袋 罐 桶 內(nèi)的1 3 3 4處 旋轉(zhuǎn)180 后抽出 刮出鉆槽中物料作為一個子樣 自袋 罐 桶中采集粉末裝物料樣品時 通常采用采樣探子 取樣探子長約750mm 外徑18mm 槽口寬12mm 下端30 角錐的不銹鋼管或銅管 采樣探子 關(guān)閉式采樣鉆示意圖 1 電動空氣提升泵2 樣品出口 氣動探針示意圖 1 不同包裝中固態(tài)工業(yè)產(chǎn)品的采集不同質(zhì)地的袋 罐 桶包裝 子樣數(shù)按袋 罐 桶 總數(shù)的比率確定 子樣均勻地分布于該批物料中 用采樣工具采集 一 固態(tài)物料的采樣 取樣時 將采樣探子由袋 罐 桶 口的一角沿對角線插入袋 罐 桶 內(nèi)的1 3 3 4處 旋轉(zhuǎn)180 后抽出 刮出鉆槽中物料作為一個子樣 自袋 罐 桶中采集粉末裝物料樣品時 通常采用采樣探子 取樣探子長約750mm 外徑18mm 槽口寬12mm 下端30 角錐的不銹鋼管或銅管 采樣探子 抽取3000件 應(yīng)抽取的件數(shù)為 例 袋裝化肥采樣子樣量 2 物料堆中的采樣 在料堆的周圍 從地面起每隔0 5m左右 用鐵鏟劃一橫線 然后每隔1 2m劃一豎線 間隔選取橫豎線的交叉點(diǎn)作為取樣點(diǎn) 如圖所示 在取樣點(diǎn)取樣時 用鐵鏟將表面刮去0 1m 深入0 3m挖取一個子樣的物料量 每個子樣的最小質(zhì)量不小于5kg 最后合并所采集的子樣 料堆上采樣點(diǎn)的分布 在物料流中采樣 通常采用舌形鏟 緊帖皮帶全寬度 在左 中 右三處取樣點(diǎn)取樣 大都是使用自動化的采樣器 3 物料流中的采樣 T 60Q nG P14公式1 6 例 一臺爐早班如煤量280t 磨煤機(jī)給煤皮帶流量150t h 求取樣時間 解 查表原煤Ad 20 時 最少子樣數(shù)10個 則T 60Q nG 60 280 10 150 11 2 min GB475 2008商品煤樣人工采取方法 車皮容量低于30t時 采用斜線三點(diǎn)法 容量在30 50t時 采用四點(diǎn)法 容量超過50t時 采用五點(diǎn)法 4 運(yùn)輸工具中采樣 商品煤采樣點(diǎn)圖 斜線三點(diǎn)采樣法示意圖斜線四點(diǎn)采樣法示意圖斜線五點(diǎn)采樣法示意圖18點(diǎn)采樣法示意圖 固體物料采樣實(shí)例 商品煤的采取方法 A 子樣數(shù) 表1 1采樣單元煤量1000t時的最少子樣數(shù) 煤量超過1000t時 子樣數(shù)目 n1 n m 1000 1 2n1 實(shí)際應(yīng)采子樣數(shù) 個n 表1 1中子樣數(shù) 個m 煤量 t 表1 2采樣單元煤量少于1000t時的最少子樣數(shù) B 子樣質(zhì)量 商品煤火車運(yùn)輸 每節(jié)車皮車皮容量為50t 問下列情況如何取樣 200t原煤 50t原煤 150t精煤查表 原煤火車運(yùn)輸煤量少于1000t時 最少子樣數(shù)為18個 精煤6個 例 生料率值配料控制系統(tǒng) 多元素分析儀 X熒光分析儀 根據(jù)分析結(jié)果可進(jìn)行生料率值的控制 控制周期為0 5 1h 人工取樣自動取樣 建材行業(yè)生產(chǎn)過程中的半成品和成品取樣 水泥生料質(zhì)量控制系統(tǒng) 生料質(zhì)量控制系統(tǒng) 化學(xué)成分分析時 必須保證樣品的及時性 代表性和分析數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性 企業(yè)由人工每小時取生料樣品一次 配料系統(tǒng)將根據(jù)樣品的化學(xué)分折結(jié)果 重新調(diào)整配比 以控制下一小時的生料質(zhì)量 取樣過早 會影響樣品的代表性 取樣晚了 會造成系統(tǒng) 樣品丟失 使系統(tǒng)失去了一次調(diào)整配料方案的機(jī)會 仍按上一小時的配料方案配料 如果連續(xù)二次 樣品丟失 系統(tǒng)則自動關(guān)閉 所以取料人員必須根據(jù)系統(tǒng)終端給出的提示 嚴(yán)格遵守取料時間 樣品的代表性 每次取樣后 取樣器內(nèi)剩余樣品必須倒凈 同樣 樣品放入振動磨中研磨后必須將磨內(nèi)擦洗干凈 以免取樣器中剩余樣品或磨內(nèi)殘余樣品粉末混入下一個樣品中 從而使樣品失去代表性 水泥熟料 質(zhì)量控制項(xiàng)目有 化學(xué)全分析 包括KH SM IM 游離氧化鈣 氧化鎂 燒失量 安定性 強(qiáng)度等 化學(xué)成分的測定應(yīng)進(jìn)行連續(xù)取樣 使試樣具有代表性 每天測定至少一次 一個月統(tǒng)計(jì)一次 熟料的燒失量 每窯每班測一次 熟料的物理性能 分窯每天檢驗(yàn)一次 取平均樣 散裝 500t一批 隨機(jī)從三個車罐中用槽型管在適應(yīng)位置插入水泥一定深度 不超過2m 取樣 攪拌均勻后取出不少于12kg作試樣 袋裝 200t一批 隨機(jī)從20袋中取等量水泥 攪拌均勻后取出12kg兩份 密封好 一份送檢 一份封樣保存 水泥 二 液態(tài)物料的采樣 液態(tài)物料具有流動性 組成均勻 采樣比較容易 流動液態(tài)樣品 不同時間 采樣閥或采樣瓶 靜態(tài)液態(tài)樣品 不同位置 大型儲物料的采集 全液層采樣法 分層采樣法 小貯罐中采樣 選擇不同采樣工具進(jìn)行采樣 采樣勺和采樣杯 由不與物料發(fā)生反應(yīng)的金屬或塑料制成 采樣管 由玻璃 金屬或塑料制成的管子 能插入到桶 罐 槽車中所需要的液面上 采樣瓶 一般為500mL的具塞玻璃瓶 套上加重鉛錘 采樣工具 例 工業(yè)過氧化氫采樣 確定批量 工業(yè)過氧化氫每批產(chǎn)品質(zhì)量不超過60t 用槽車裝時 以一槽車為一批 用桶裝時 總包裝桶數(shù) 500時 按表1 4取 大于500桶時 按規(guī)定選取 樣品量 不得少于500mL 采樣方法 桶裝時用取樣器上中下三層按1 3 1比例取樣 槽車取樣器從車頂部進(jìn)口按上中下部位1 3 1比例取樣 取樣器由玻璃或聚乙烯塑料制成 試樣保存 所取試樣混勻后 裝清潔 干燥的硬質(zhì)玻璃瓶或聚乙烯瓶中 表1 4選取采樣單元數(shù)的規(guī)定 三 氣態(tài)物料的采樣 由于氣體物料易于擴(kuò)散 而容易混合均勻 工業(yè)氣體物料存在狀態(tài)如 動態(tài) 靜態(tài) 正壓 常壓 負(fù)壓 高溫 常溫 低溫等 且許多氣體有刺激性和腐蝕性 所以 采樣時一定要按照采樣的技術(shù)要求 并且注意安全 氣體試樣的采取 共有 4部分結(jié)構(gòu) 4種采樣形式 3種采樣方法 4種采樣形式 3種采樣方法 采樣方法 常壓狀態(tài)氣體采樣氣體狀態(tài) 等于大氣壓或低正壓或低負(fù)壓采樣方法 封閉液采樣法使用容器 采樣瓶或采樣管 采樣瓶裝置圖如下所示 首先瓶中注滿封閉液 打開彈簧夾5 提高瓶2 封閉液進(jìn)入1 瓶1空氣排盡 然后經(jīng)旋塞4和橡皮管3 與采樣管連接 降低瓶2 氣體進(jìn)入瓶1 至需要量關(guān)旋塞4 夾緊彈簧5 完成采樣工作 采樣管裝置圖如下 排盡氣樣管1中空氣 封閉液進(jìn)入并充滿管1 提高瓶4 開旋塞2 3 首先瓶4中注滿封閉液 完成采樣工作 關(guān)旋塞2 3 氣體進(jìn)入管至封閉液降至旋塞2以下 降低瓶4 與采樣管連接 再經(jīng)氣樣管1和旋塞3 橡皮管 采樣管 流水抽氣法 抽氣泵減壓法 抽氣泵減壓法采樣 適用于低氣壓或負(fù)壓不太高的負(fù)壓狀態(tài)氣體 將真空泵4經(jīng)橡皮管5與自來水龍頭連接 首先將氣樣管1和橡皮管6與采樣管連接 完成采樣工作 經(jīng)過一定時間 使流水真空泵產(chǎn)生負(fù)壓 關(guān)閉自來水龍頭及旋塞2 3 將氣體抽入氣樣管 然后開啟自來水龍頭和旋塞2 3 氣體狀態(tài) 氣體壓力遠(yuǎn)高于大氣壓力的為正壓氣體 采樣工具 采樣鋼瓶 采樣管 橡皮囊 氣袋或直接采樣 特點(diǎn) 不要改變封閉液的位置 氣體借助自己的正壓進(jìn)入氣體的氣囊 注意事項(xiàng) 壓力過大 應(yīng)注意調(diào)整采樣管旋塞 或者在采樣裝置與氣體容器之間加裝緩沖瓶 正壓狀態(tài)氣體采樣 負(fù)壓狀態(tài)氣體采樣氣體狀態(tài) 遠(yuǎn)低于大氣壓力的氣體稱負(fù)壓氣體 采樣方法 抽氣泵減壓法 負(fù)壓不太高 抽空容器法 負(fù)壓過高 抽空容器是0 5 3 0L容器 由優(yōu)質(zhì)厚壁的玻璃瓶或管瓶組成具有旋塞 負(fù)壓狀態(tài)氣體的采樣步驟 采樣前用機(jī)械真空泵抽去瓶或管中的空氣 瓶或管中壓力降至60 100mmHg以下 關(guān)旋塞 稱重 采樣時經(jīng)橡皮管將真空容器與采樣裝置連接 然后開旋塞 氣體因負(fù)壓被吸入容器 關(guān)旋塞 稱重 兩次稱重差得到氣體重量 1 1 3 4采樣記錄和采樣報(bào)告 采樣時應(yīng)記錄被采物料的狀況和采樣操作 如物料的名稱 來源 編號 數(shù)量 包裝情況 存放環(huán)境 采樣部位 所采樣品數(shù)和樣品量 采樣日期 采樣者等 1 1 3 4采樣記錄和采樣報(bào)告 1 2試樣的制備 液態(tài) 氣態(tài) 量小且易于混合 少涉及制備問題 試樣制備主要指固態(tài)樣品 固態(tài)樣品又分為金屬材料與非金屬材料 破碎 過篩 混勻和縮分四個過程 1 2 1破碎 通過機(jī)械或人工的方法將大塊的物料分散成一定細(xì)度的物料 破碎可分為粗碎 中碎 細(xì)碎和粉碎4個階段 破碎工具 破碎機(jī) 輥式破碎機(jī) 球磨機(jī) 鐵錘 研缽 普通與瑪瑙 等 1 2 2過篩 物料在破碎過程中 每次磨碎后均需過篩 未通過篩孔的粗粒再磨碎 直至樣品全部通過指定的篩子為止 易分解的試樣過170目篩 難分解的試樣過200目篩 旋振篩 1 2 3混合 混勻法通常有人工混勻 堆錐法 環(huán)錐法 掀角法 和機(jī)械混勻兩種 1 2 4縮分 在不改變物料的平均組成的情況下 逐步縮小試樣量的過程 分樣器縮分法錐形四分法棋盤 正方形 縮分法 分樣器下面的兩側(cè)有承接樣槽 將樣品倒入后 即從兩側(cè)流入兩邊的樣槽內(nèi) 把樣品均勻地分成兩份 其中的一份棄去 另一份再進(jìn)一步磨碎 過篩和縮分 將混合均勻的樣品堆成圓錐形 用鏟子將錐頂壓平成截錐體 通過截面圓心將錐體分成四等份 棄去任一相對兩等份 重復(fù)操作 直至取用的物料量符合要求 將混勻的樣品鋪成正方形的均勻薄層 用直尺或特制的木格架劃分成若干個小正方形 將每一定間隔內(nèi)的小正方形中的樣品全部取出 放在一起混合均勻 其余部分棄去或留作副樣保管 縮分經(jīng)驗(yàn)公式 縮分是必要的 但不是無限制的 要有嚴(yán)格的要求 理查 切喬特公式 也稱縮分經(jīng)驗(yàn)公式 Q Kda 教材P23 例1 2 學(xué)習(xí)掌握縮分次數(shù)的求解過程 例1 2有一礦樣質(zhì)量為2kg 已全部通過20目篩 求需要縮分出有代表性的樣品最小質(zhì)量 至多縮分多少次 K 0 2 過20目篩礦物最大粒直徑d 0 84mm 求最小保留質(zhì)量為Q Kd2 0 2 0 84 0 84 0 141kg縮分次數(shù)公式 Q 2nKd2縮分次數(shù)n lgQ采樣 lgQ縮分 lg2 3 8 試樣制備總結(jié) 對分析試樣粒度的要求與試樣分解的難易程度等因素有關(guān) 經(jīng)最后縮分得到的試樣一般為20 30g 可根據(jù)需要或少或多些 還需要在瑪瑙研缽中充分研細(xì) 使樣品最終全部通過170目 0 088mm 或200目 0 074mm 篩 例 黃鐵礦和測定亞鐵分析試樣的制備將中碎后通過1 00mm篩的試樣直接用棒磨細(xì)碎機(jī)細(xì)碎 如采用圓盤細(xì)碎機(jī)時 不能將磨盤調(diào)得太緊 以免磨盤發(fā)熱引起試樣在磨樣過程中氧化變質(zhì) 如磨樣時間長 引起磨盤發(fā)燙時 必須將磨盤冷卻后再繼續(xù)加工 要求制備的分析試樣最后粒度只需通過0 149mm 100目 篩 黃鐵礦副樣應(yīng)裝入玻璃瓶中蠟封保存 測定亞鐵的分析試樣不烘樣 鉻鐵礦分析試樣鉻鐵礦中FeO的測定樣品 應(yīng)粉碎到0 074mm 破碎鉻礦時 應(yīng)避免鐵質(zhì)混入 可用高強(qiáng)度錳鋼磨盤或鑲合金磨盤加工 然后分取少量試樣用三