無機材料化學分析.ppt

1、下一頁,無機材料化學分析,(以巖礦材料分析為例),巖礦分析的分類 巖礦分析中的污染與損失 分析試樣的制備 試樣的分解 硅酸鹽巖礦分析,2,一、巖礦分析的分類,簡項分析 了解礦石中一種或幾種主要的有益或有害組分的含量。 是圈定礦體、劃分礦石類型和品級，進行儲量計算的依據。 例如，碳酸鹽巖石通常測定CaO、MgO和酸不溶物3種組分的含量。,3,全分析 對樣品的組分進行全面分析。 通常先做半定量或定性分析，然后再確定全分析的項目。,4,物相分析（不是本課程內容） 先以鏡下鑒定、X-Ray衍射、差熱分析以及紅外光譜等分析方法為手段，確定巖石中礦物組成、晶粒大小以及結構特征； 應用化學選擇性溶解方法，確

2、定各種礦物所占的質量分數（或百分率）。,5,二、巖礦分析中的污染與損失,1. 污染 (1) 環(huán)境污染 (a)來自大氣的污染 大氣中經常變化的各類固態(tài)和液態(tài)微粒及氣溶膠等外來成分：硫化物，NOx，碳化物、鹵化物，金屬蒸氣，有機金屬化合物等。 痕量元素分析中要防止大氣的污染，必須對空氣進行凈化。,6,分析實驗室的設計、建設和使用： 控制和消除污染源； 一旦發(fā)生污染，能夠立即從工作區(qū)內消除。,7,(b)來自容器材料的污染 硬質玻璃 硼硅玻璃 以Pyrex（派熱克斯）為代表，SiO2 81.0%，B2O3 13.0%，R2O3（三氧化二物）2.2% 。,8,鋁硅玻璃 以耶那（Jena）為代表， SiO

3、2 74.5%，B2O3 4.6%，R2O3( 主要是Al2O3 )8.5% 。 高純融熔石英 維克爾（Vycor）玻璃， SiO2 96.3%，B2O3 2.9%，R2O3 0.4% 。 耐堿玻璃 SiO2 71%，B2O3 0.2%，R2O316%，(Na2OK2O) 12%。,9,若沒有特別說明， “玻璃”指的是硼硅玻璃。 硼硅玻璃化學穩(wěn)定性好，熱穩(wěn)定性高，價格低廉。 硼硅玻璃不適用于痕量分析。 原因： 玻璃中的化學組分易被浸出，為嚴重的污染源； 玻璃表面吸附造成的損失不可低估。,10, 石英玻璃 由天然或人工合成的石英砂在高溫下融制而成。 應用： 痕量分析 允許長時間于10001100

4、下加熱； 天然，單一雜質0.001； 人工合成，雜質10-5。 剛玉(氧化鋁) 耐堿熔,11, 鉑 俗稱白金，耐化學腐蝕，不與任何單一無機酸（包括HF）作用。 可用Na2CO3、硼砂、氟化物、焦硫酸鉀、（Na2O2NaOH）融熔樣品。 忌王水,12, 聚四氟乙烯（特氟隆，PTFE） 塑料王，在當今所有容器材料中，抗化學腐蝕能力最強。它既不與任何無機酸或堿作用，也不與任何單一的有機溶劑起化學反應。 可用于痕量分析（它一般僅含10-5的Al、Ca、Cu、Fe、Mg、Si和10-3的Na）。 可在低于250溫度下使用。加熱溫度不得超過330（軟化溫度），否則，會因分解產生劇毒氣體。因此，不能直接放在

5、電爐上加熱。 缺點：導熱性差，使試樣的分解周期加長。,13,(2) 試劑和水的污染 水 蒸餾水 金屬蒸餾器中一次蒸餾，可除去水中水溶性有機質和能電離的無機雜質以及膠質固體，電阻率(Mcm) 0.10.5； 石英蒸餾器二次蒸餾， 2.0 Mcm 去離子水 純凈水，電阻率理論值 18.3 Mcm,14, 試劑 一般化學分析使用的試劑須是分析純以上。 化學試劑的一般分級： 優(yōu)級純，G.R. (guarantee reagent)，綠色標簽 分析純，A.R.(analytical reagent)，紅色標簽 化學純，C.P.(chemically pure)，藍色標簽 其他分類：光譜純試劑、高純試劑、

6、基準試劑等。,15,(3) 來自試樣的污染 采樣工具材料的選擇 例如，不銹鋼刀具，會引入Cr，Ti。 試樣粉碎時材料的選擇 試樣儲存時容器材料的選擇 塑料制品和石英是最佳儲存容器材料。 (4)由分析人員造成的污染 手、頭發(fā)、衣服等。,16,(1)吸附作用 玻璃或石英表面有0.1m的活化層，可發(fā)生吸附、離子交換、還原、沉淀及滲透等物理化學過程。 容器材料： 玻璃石英聚乙烯聚丙烯聚四氟乙烯 但Ce3+、Be2+、La3+例外，在玻璃表面上的吸附低于聚乙烯。 措施：酸化；加入適當試劑（氧化劑）；低溫存儲。,2. 分析中的損失,17,(2) 揮發(fā)作用 大于100時，金屬很可能形成揮發(fā)性物質而造成不同程

7、度的損失。 (3)其它損失 水解作用，氧化還原作用，微孔滲漏,18,取樣經驗公式： QKda Q取樣的最低質量，kg K經驗常數，0.020.5 d試樣中最大顆粒的直徑，mm a經驗常數，1.52.7,三、分析樣品的制備,19,1. 試樣加工方法,20,(1) 碎樣器械 實驗室內用乳缽：鋼制乳缽，瑪瑙乳缽 (2) 分析試樣的量 常量元素化學分析，5g，一般制10g即可。 微量元素分析： 至少2030g,2. 粉碎,21,(3)粉碎引起的試樣成分變化 特別在細碎時，因發(fā)熱、吸水、吸收CO2以及空氣中的氧化作用引起某些試樣成分變化。 如 H2O， H2O， Fe() 。 巖石及礦石試樣研磨2h，F

8、eO有2030被氧化，因此，FeO分析結果只能是參考值。,22,預備性干燥： 自然風干，或小于90干燥。 研磨后的試樣干燥： 105110 密封保存，或放在干燥器內，防止吸水和CO2。,3. 干燥,23,標準參考物質(standard reference materials), 簡稱“標準樣品”、“標準物質” 。 使用標準參考物質是保證和評價分析測試質量的重要手段。 廣泛應用于仲裁分析、外檢和產品認證分析。,4. 標準參考物質,24,四個重要步驟：制備；均勻性檢查；定值；穩(wěn)定性考查。 標準物質的研制是一項費時、費力、耗資大的項目，需要組織很多研究機構廣泛合作。 標準參考物質中某元素的含量的定值

9、至少使用2種原理不同的分析方法進行測試。 定值是應用數理統(tǒng)計方法進行的。 我國研制的第一批水系沉積物標準參考物質（GSD-1 GSD-8),48個實驗室報出的參與定值的數據就有11680個。,標準參考物質的研制方法：,25,完全分解。 防止欲測組分的損失。 在分析試樣時，不能引入欲測成分的物質。 分解方法迅速有效，不應侵蝕容器。 即使是惰性的鹽也要盡量少加。,四、試樣的分解,1. 分解試樣的一般要求,26,鉑坩堝 酸溶樣品時，切勿加王水。 高溫融熔樣品時，在紅熱狀態(tài)須使用包有鉑頭的坩堝鉗夾取。 使用時要小心拿取，以放變形。 (2) 聚四氟乙烯 在250以下使用。,2. 分解試樣常用的容器,27

10、,硅酸鹽巖石礦物不溶于HCl、HNO3、H2SO4、王水等，主要用HF溶解。,3. 溶解分解法 （酸分解法）,HF-H2O體系中，當HF含量為38.3時，恒沸點為112。 絕大多數硅酸鹽可被HF分解，不能分解的只有尖晶石、斧石、綠柱石、鋯石、電氣石、石榴石等少數幾種礦物。,28,116時，10%HF + 54%H2O + 36%H2SiF6 形成恒沸的三元體系。 用HF分解礦樣時，如果控制加熱條件，適當蒸發(fā)，SiO2不致?lián)p失，或損失極微。,29,皮膚接觸HF，會引起劇烈疼痛。 急救措施： 用大量硼酸(5%)沖洗；用冰鎮(zhèn)酒精浸泡；用飽和硫酸鎂溶液浸泡；用鈣鹽拌和甘油包扎。,注意安全：,30,封閉

11、溶解法 使用內襯聚四氟乙烯、不銹鋼外套的壓力溶彈。 用HF 110， 用HCl 230 (2) 微波溶解,4. 溶解分解法的其它技術,31,無水Na2CO3 熔點851 Pt坩堝 ，510倍樣品用量，熔樣溫度9501000。,5. 融熔分解法,32,(2) 無水K2CO3 熔點891 Pt坩堝 Nb、Ta的鉀鹽能溶于水，而鈉鹽微溶于水。,33,(3) 焦硫酸鉀（K2S2O7) Pt、石英、瓷坩堝 SO3是該熔劑的主要有效因素，主要用來分解堿熔后的殘渣或灼燒后的氧化物，有強烈的分解作用。,34,(4) 硼砂 （Na2B4O7 10H2O） 分解耐火材料 (5) 偏硼酸鋰 （LiBO2 ） ICP

12、光譜分析中常用的熔劑，制得的溶液可以測定Na、K。,35,(6) 過氧化鈉 （Na2O2 ） 對坩堝有強烈的腐蝕作用。 700，高鋁坩堝,36,Na2O2 NaOH 2:1混合，52010,對Pt的腐蝕較小，融熔物易提取。 目前巖礦化學分析中應用最廣泛的熔樣方法。,37,五、硅酸鹽巖礦分析,1. 硅酸鹽巖石的成分,38,主成分： 氧化物含量 1% 次成分： 氧化物含量 0.011% 微量元素： 元素含量 0.01%,39,硅酸鹽巖石和礦物中的基本成分和含量范圍（）,40,化學分析包括主成分和次成分（13項）： SiO2 ， Al2O3 ,Fe2O3 , FeO , MgO, CaO, Na2O , K2O ，TiO2 ， P2O5 , MnO ，H2O + , H2O ,2. 化學分析方法,41,主稱樣系統(tǒng)分析：,42,單獨分析：,43,主成分排列順序： SiO2 ， Al2