工業(yè)分析課件-分析方案設(shè)計(jì)

《工分綜合實(shí)訓(xùn)-分析方案的設(shè)計(jì)》CONTENT01分析方案設(shè)計(jì)的過(guò)程02分析方案設(shè)計(jì)的程序和要求03分析方案設(shè)計(jì)測(cè)定方法的選擇04復(fù)雜物質(zhì)分析示例01分析方案設(shè)計(jì)的過(guò)程1.了解試樣的來(lái)源和大致組成2.分析項(xiàng)目先后次序的選擇3.分析方法的選擇4.分析試劑的選擇5.分析手段的選擇6.擬出分析初步方案7.分析8.修改分析方案02分析方案設(shè)計(jì)的程序和要求1.接受信息接受、分析、篩選信息，明確分析方案設(shè)計(jì)的課題、條件和要求。2.分析方案設(shè)計(jì)原理從設(shè)計(jì)的要求及解決問(wèn)題的順序分析，大致有以下兩個(gè)層次：一是分析方案的選定；二是分析方案操作的設(shè)計(jì)。3.分析方案設(shè)計(jì)內(nèi)容（一）分析方案設(shè)計(jì)的程序1.科學(xué)性科學(xué)性是化學(xué)實(shí)驗(yàn)方案設(shè)計(jì)的首要原則。所謂科學(xué)性是指實(shí)驗(yàn)原理、實(shí)驗(yàn)操作程序和方法必須正確。2.安全性設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)時(shí)應(yīng)盡量避免使用有毒的藥品和進(jìn)行具有一定危險(xiǎn)性的實(shí)驗(yàn)操作。如果必須使用，應(yīng)在所設(shè)計(jì)的化學(xué)實(shí)驗(yàn)方案中詳細(xì)寫(xiě)明注意事項(xiàng)，以防造成環(huán)境污染和人身傷害。3.可行性設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)應(yīng)切實(shí)可行，所選用的化學(xué)藥品、儀器、設(shè)備和方法等在實(shí)驗(yàn)室現(xiàn)有的實(shí)驗(yàn)條件下能夠得到滿足。4.簡(jiǎn)約性設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)應(yīng)盡可能簡(jiǎn)單易行，應(yīng)采用簡(jiǎn)單的實(shí)驗(yàn)裝置、用較少的實(shí)驗(yàn)步驟和實(shí)驗(yàn)藥品，并能在較短的時(shí)間內(nèi)完成實(shí)驗(yàn)。（二）分析方案設(shè)計(jì)的基本要求03分析方案設(shè)計(jì)測(cè)定方法的選擇1.測(cè)定的具體要求首先要明確測(cè)定的目的和要求，其中主要是需要測(cè)定的組分、準(zhǔn)確度及完成測(cè)定的速度等。例如，對(duì)標(biāo)樣分析和成品分析，準(zhǔn)確度是主要的；對(duì)高純度物質(zhì)中痕量組分的測(cè)定，靈敏度是主要的；而對(duì)生產(chǎn)過(guò)程中的控制分析，速度便成為主要考慮的問(wèn)題。所選擇的分析方法應(yīng)是在能滿足所要求準(zhǔn)確度的前提下測(cè)定手續(xù)愈簡(jiǎn)便、完成測(cè)定的時(shí)間愈短愈好。2.待測(cè)組分的性質(zhì)了解待測(cè)組分的性質(zhì)，常有助于測(cè)定方法的選擇。例如，酸堿性物質(zhì)首先選用酸堿滴定法測(cè)定；大多數(shù)金屬離子可用EDTA配位滴定法測(cè)定；有氧化或還原性質(zhì)的物質(zhì)可選用氧化還原滴定法測(cè)定；對(duì)于堿金屬，特別是Na+具有焰色反應(yīng)，可用火焰光度法測(cè)定。3.待測(cè)組分的含量范圍常量組分的測(cè)定一般用滴定分析法，因?yàn)檫@類(lèi)分析方法相對(duì)誤差可達(dá)千分之幾，能達(dá)到測(cè)定準(zhǔn)確度的要求。微量組分的測(cè)定應(yīng)選用靈敏度較高的儀器分析方法，其相對(duì)誤差一般在百分之幾，雖然相對(duì)誤差比較大，但已能滿足微量分析的要求。一般是從以下幾個(gè)方面進(jìn)行選擇：4.共存組分的影響在選擇分析方法時(shí)，必須考慮共存組分對(duì)測(cè)定的影響，應(yīng)盡量采用選擇性比較好的分析方法。如果沒(méi)有適宜的方法，則應(yīng)采取適當(dāng)?shù)姆蛛x方法，在除去干擾組分之后再進(jìn)行測(cè)定。5.實(shí)驗(yàn)室的條件選擇分析方法應(yīng)盡可能地使用新的分析技術(shù)及方法，但還要根據(jù)實(shí)驗(yàn)室的具體設(shè)備條件，特效試劑的有無(wú)，標(biāo)準(zhǔn)試樣的具體情況，儀器靈敏度的高低，以及操作人員的技術(shù)素質(zhì)等，綜合加以考慮。6.設(shè)計(jì)測(cè)定方法時(shí)，主要應(yīng)考慮下面幾個(gè)問(wèn)題。(1)實(shí)驗(yàn)原理主要反應(yīng)方程式、平衡常數(shù)與平衡關(guān)系式；準(zhǔn)確(分別)滴定的判別，滴定劑的選擇；計(jì)量點(diǎn)的計(jì)算；指示劑的選擇及分析結(jié)果的計(jì)算公式。(2)實(shí)驗(yàn)所需儀器的種類(lèi)、型號(hào)，數(shù)量；所需試劑的用量、濃度、配制方法。(3)實(shí)驗(yàn)步驟包括標(biāo)定、測(cè)定及其他實(shí)驗(yàn)步驟。(4)數(shù)據(jù)記錄最好列成表格形式。(5)數(shù)據(jù)的統(tǒng)計(jì)處理包括誤差分析、結(jié)果計(jì)算等。(6)討論包括注意事項(xiàng)、結(jié)果分析等。7.在分析方案設(shè)計(jì)中，選擇方法和試劑時(shí)應(yīng)特別注意如下原則。(1)安全原則,仔細(xì)查閱有關(guān)儀器、試劑的使用手冊(cè)，盡可能減少使用對(duì)人有害的儀器、試劑。必須使用的，必須采取應(yīng)對(duì)措施，嚴(yán)格按照操作規(guī)程進(jìn)行操作。選擇適當(dāng)?shù)姆治龇椒?，要求順利地完成分析任?wù)，必須保證人的安全、實(shí)驗(yàn)的安全，試樣安全、試劑安全、儀器安全、用電安全、資料安全、管理安全、運(yùn)行安全、環(huán)境安全等。(2)環(huán)保原則,分析方案和分析方法還應(yīng)是綠色環(huán)保的。盡可能減少“三廢”的排放，并應(yīng)對(duì)“三廢”進(jìn)行環(huán)保處理設(shè)計(jì)。主張分析方案和分析方法設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)的微型化(化學(xué)試劑用量少，環(huán)境污染的可能性減少)。(3)節(jié)省原則,在考慮上述兩個(gè)因素的同時(shí)，本著需要與節(jié)省開(kāi)支、厲行節(jié)約的原則對(duì)方法進(jìn)行優(yōu)化。實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)確定前，應(yīng)到實(shí)驗(yàn)室查對(duì)有關(guān)儀器、試劑的種類(lèi)和數(shù)量，以便利用現(xiàn)有資源和條件，減少經(jīng)費(fèi)的支出。04復(fù)雜物質(zhì)分析示例（一）硅酸鹽試樣的分解

根據(jù)硅酸鹽中二氧化硅與堿性氧化物比值的大小，分別采用酸溶法、堿熔法或燒結(jié)法來(lái)分解試樣。堿性氧化物的含量愈高，堿性愈強(qiáng)，則此硅酸鹽愈易為酸分解，甚至可以溶于水。如水玻璃硅酸鈉可溶于水，硅酸鈣不溶于水而溶于酸，分解這一類(lèi)型的硅酸鹽試樣通常選用HCl，HNO3，HClO4，H3PO4，及HF等，在系統(tǒng)分析中常以HCl分解試樣。若硅酸鹽試樣中二氧化硅含量較高，則試樣不能用酸直接分解，需采用熔融法或燒結(jié)法。在熔融法中，若用堿熔兩次鹽酸蒸干法脫水測(cè)定二氧化硅，則選用碳酸鈉和碳酸鉀作熔劑：若用動(dòng)物膠凝聚法測(cè)定二氧化硅，選用氫氧化鈉或氫氧化鉀作熔劑。在硅含量不太高的試樣如水泥、石灰石等測(cè)定中，采用碳酸鈉燒結(jié)法分解試樣，氯化銨脫水法測(cè)定二氧化硅的含量時(shí)，濾液作其他成分的測(cè)定。

硅酸鹽的分析為例,硅酸鹽分析通常主要測(cè)定項(xiàng)目有：SiO2，F(xiàn)e2O3，Al2O3，TiO2，CaO和MgO。這些分析項(xiàng)目可在同一分析試樣溶液中進(jìn)行，稱(chēng)之為硅酸鹽系統(tǒng)分析。（二）二氧化硅的測(cè)定

測(cè)定二氧化硅的方法有：滴定分析法、沉淀稱(chēng)量法和汽化法三種。滴定分析法是依據(jù)硅酸在有過(guò)量的氟離子和鉀離子的強(qiáng)酸性溶液中，生成氟硅酸鉀沉淀，該沉淀在熱水中水解并相應(yīng)生成氫氟酸，再用氫氧化鈉標(biāo)準(zhǔn)溶液滴定，借以求得試樣中二氧化硅的含量。該法分析速度快，但準(zhǔn)確度稍差。汽化法是用氫氟酸加硫酸處理試樣，二氧化硅以氟化硅的形式逸出，試樣的減量即為二氧化硅的含量，該法需在鉑皿中進(jìn)行，費(fèi)時(shí)較長(zhǎng)，適用于二氧化硅含量較高的試樣，如石英砂的分析。硅酸鹽系統(tǒng)分析中二氧化硅的測(cè)定，通常采用堿熔融后硅酸脫水稱(chēng)量法測(cè)定，濾液供其它組分的測(cè)定。為了使硅酸沉淀完全并脫水，可采用兩次鹽酸蒸干法、動(dòng)物膠凝聚法和氯化銨凝聚稱(chēng)量法，這三種方法分述如下。1.兩次鹽酸蒸干法

該法是將經(jīng)熔融分解后的試樣轉(zhuǎn)化為試液，加入鹽酸后在沸水浴上蒸發(fā)至近干，使無(wú)定形的硅酸脫水，硅酸經(jīng)一次脫水處理后，仍有部分以水溶膠形式存在，為此進(jìn)行第二次鹽酸脫水、蒸干，然后加熱水溶解可溶性鹽類(lèi)，過(guò)濾、洗滌，將兩次沉淀合并，并且灼燒至恒重，計(jì)算二氧化硅的含量。該法必須嚴(yán)格控制蒸干脫水的溫度和時(shí)間，溫度太低或時(shí)間太短，則硅酸脫水不完全；溫度過(guò)高，時(shí)間過(guò)長(zhǎng)，一方面硅酸易被許多雜質(zhì)沾污，另一方面會(huì)形成可溶于酸的硅酸鎂等，這此因素都會(huì)影響二氧化硅的測(cè)定結(jié)果。2.動(dòng)物膠凝聚法

動(dòng)物膠是一種富有氨基酸的蛋白質(zhì)，在水溶液中具有很強(qiáng)的親水作用，并且是一種可逆性膠體。它在堿性或中性溶液中為典型的保護(hù)膠體，而在酸性溶液中（pH＜4.7），則由于吸附氫離子而帶有正電荷，因而它能凝聚許多帶有負(fù)電荷的膠體。因此，在一定的酸度和溫度下，加入適量的動(dòng)物膠，即可中和硅酸溶膠所帶的負(fù)電荷，因而使硅酸凝聚下沉。動(dòng)物膠凝聚法是將分解試樣所得試液加入鹽酸后，在水浴上蒸發(fā)至濕鹽狀態(tài)，冷卻至50～70℃，加入鹽酸和動(dòng)物膠，充分?jǐn)嚢?，并?0～70℃保溫10min，使硅酸凝聚，溶解可溶性鹽類(lèi)后，過(guò)濾、洗滌，將沉淀灼燒至恒重，計(jì)算二氧化硅的含量。用動(dòng)物膠凝聚硅酸溶膠的完全程度，與分析時(shí)溶液的酸度、溫度及動(dòng)物膠的加入量等因素有關(guān)。溶液中鹽酸的濃度一般應(yīng)保持在8mol/L以上，凝聚時(shí)的溫度應(yīng)控制在60～70℃范圍內(nèi)，加入動(dòng)物膠的量，應(yīng)恰好能完全中和硅酸溶膠質(zhì)點(diǎn)所帶的電荷。3.氯化銨凝聚法

該法是在試樣經(jīng)分解后制得的試液中加入濃鹽酸，加熱蒸發(fā)至近干，加入足量的氯化銨，由于氯化銨的水解，奪取了硅酸顆粒中的水分，加速了脫水過(guò)程，同時(shí)在酸性溶液中硅酸的質(zhì)點(diǎn)帶負(fù)電荷，在加熱蒸發(fā)的條件下，被大量帶正電荷的銨離子所中和，從而加速了硅酸凝聚。蒸發(fā)完畢后，溶解可溶性鹽類(lèi)，再經(jīng)過(guò)濾、洗滌，將沉淀灼燒至恒重。用氯化銨凝聚法測(cè)定二氧化硅的條件是比較寬的。對(duì)于酸溶性的試樣，稱(chēng)樣0.5g制成的試液，加0.5～4g氯化銨，2mL濃鹽酸，沸水浴上加熱蒸發(fā)10～30min，均能得到準(zhǔn)確的分析結(jié)果。稱(chēng)量法測(cè)定硅酸鹽中二氧化硅的含量時(shí)，所得二氧化硅的沉淀總夾帶有鐵、鋁、鈦等雜質(zhì)，并在濾液中存有漏失的二氧化硅，一般分析可不必校正，但若需要精確的分析結(jié)果，則應(yīng)將灼燒稱(chēng)量后的二氧化硅沉淀物再用氫氟酸和硫酸處理，再將殘?jiān)茻Q(chēng)量，于稱(chēng)量的二氧化硅中扣除殘?jiān)?。殘?jiān)俳?jīng)酸溶、水浸取后與濾液合并，供系統(tǒng)分析用。濾液中漏失的硅酸可用硅鉬藍(lán)吸光光度法測(cè)定，再將此結(jié)果與稱(chēng)量法結(jié)果相加。（三）Fe2O3，Al2O3，和TiO2的測(cè)定

試液中的Fe2O3，Al2O3，和TiO2的含量在常量范圍內(nèi)時(shí)，可用配位滴定法測(cè)定。在微量范圍內(nèi)時(shí)，可用吸光光度法測(cè)定。1、Fe2O3的測(cè)定通常采用配位滴定法和吸光光度法（1）配位滴定法以稱(chēng)量法測(cè)定SiO2后所得的濾液，吸取部分溶液，調(diào)整溶液的酸度pH在2～2.5，以磺基水楊酸鈉作指示劑，于50～60℃時(shí)用EDTA標(biāo)準(zhǔn)溶液直接滴定Fe3+。（2）吸光光度法將試樣液中Fe3+用鹽酸羥胺或抗壞血酸還原為Fe2+，在pH為2～9的范圍與鄰二氮菲生成穩(wěn)定的橙紅色配合物。常加入NaOAc調(diào)節(jié)溶液酸度約為pH≈5時(shí)，用顯色劑顯色，于510nm波長(zhǎng)處用適當(dāng)厚度的比色皿測(cè)定吸光度。從預(yù)先繪制好的工作曲線上查得鐵含量。2.Al2O3和TiO2的測(cè)定

（1）配位滴定法將滴定Fe3+后的試液用氨水調(diào)節(jié)酸度pH為4左右，加入過(guò)量的EDTA標(biāo)準(zhǔn)溶液，加熱煮沸，使Al3+，Ti4+與EDTA定量反應(yīng)完全，然后加入HOAc-NaOAc緩沖溶液，調(diào)節(jié)溶液的pH為5～6，以二甲酚橙為指示劑，用鋅鹽標(biāo)準(zhǔn)溶液返滴定，除去過(guò)量的EDTA。再在返滴定后的溶液中加入NH4F，煮沸，此時(shí)Al-EDTA和Ti-EDTA轉(zhuǎn)化為Al3+和Ti3+，相應(yīng)地釋放出等物質(zhì)的量的EDTA。然后再以鋅鹽標(biāo)準(zhǔn)溶液滴定釋放出來(lái)的EDTA，從而可得Al2O3+TiO2所消耗EDTA標(biāo)準(zhǔn)溶液的體積。另取一份滴定Fe3+后的試液，同樣按上述步驟進(jìn)行，將返滴定的溶液的酸度調(diào)為Ph≈4.2，以苦杏仁酸代替NH4F進(jìn)行置換滴定，此時(shí)只有Ti-EDTA被置換，釋放出與Ti等物質(zhì)量的EDTA，再用鋅標(biāo)準(zhǔn)溶液滴定，可直接測(cè)得TiO2的含量。由滴定Al2O3+TiO2總消耗的鋅鹽標(biāo)準(zhǔn)溶液體積減去TiO2消耗的體積，就可以算出Al2O3的含量。2.Al2O3和TiO2的測(cè)定

（2）吸光光度法測(cè)定Al2O3在pH=5的溶液中，Al3+與鉻天青S-溴化十四烷基吡啶（簡(jiǎn)寫(xiě)為CAS-TPB）生成紫紅色的三元配合物，借此進(jìn)行吸光光度法測(cè)定。方法：試液先用氨水和鹽酸調(diào)Ph≈2后，加入CAS-TPB混合液，再加pH=5.3的HAc-NaAc緩沖溶液，顯色，于610nm波長(zhǎng)處測(cè)定吸光度。從預(yù)先繪制好的工作曲線上查得含量。Fe3+的干擾可用抗壞血酸還原消除，Ti4+的干擾可加苦杏仁酸掩蔽，F(xiàn)-存在對(duì)Al2O3的測(cè)定有干擾，故必須事先除去。（3）吸光光度法測(cè)定TiO2在0.5～1mol/L的鹽酸介質(zhì)中，Ti4+與二安替比林甲烷形成1：3的黃色配合物，在波長(zhǎng)420nm處，用分光光度計(jì)測(cè)定吸光度。Fe3+的干擾可用抗壞血酸還原消除。（四）CaO和MgO的測(cè)定

試液中共存組分Fe3+、Al3+、Ti4+、Mn2+的存在對(duì)Ca2+，Mg2+的測(cè)定均有干擾，此組分含量較少時(shí)，可加入掩蔽劑如三乙醇胺、酒石酸鉀鈉消除干擾；當(dāng)含量較高時(shí)，一般采用沉淀分離法除去干擾組分，分離Fe3+、Al3+、Ti4+的濾液即可用來(lái)滴定CaO和MgO的含量，Ca2+，Mg2+通常采用配位滴定法測(cè)定。在pH=10時(shí)，用鉻黑T或酸性鉻藍(lán)K-萘酚綠B作指示劑，用EDTA標(biāo)準(zhǔn)溶液滴定CaO+MgO鈣鎂總量，干擾離子用三乙醇胺掩蔽。另取一份試液，加入酒石酸鉀鈉、三乙醇胺掩蔽干擾離子，用強(qiáng)堿調(diào)節(jié)pH＞12，Mg2+生成Mg(OH)2沉淀，用鈣指示劑或中性百里酚藍(lán)作指示劑，以ED