第一章-工業(yè)分析緒論

1、2020/10/7,1,工業(yè)分析 Technical analysis,2020/10/7,2,第一章 緒論 1.1 工業(yè)分析的任務(wù)和作用 1.2 工業(yè)分析的研究對象和特點(diǎn) 1.3 工業(yè)分析的項(xiàng)目 1.4 工業(yè)分析的方法 1.5 干擾的消除方法 1.6 工業(yè)分析方法的評價(jià)和選擇 1.7 工業(yè)分析中的標(biāo)準(zhǔn)物及允許誤差,2020/10/7,3,1.1 工業(yè)分析的任務(wù)和作用,一、工業(yè)分析的任務(wù) 研究工業(yè)生產(chǎn)的原料、輔助材料、中間產(chǎn)品、最終成品、副產(chǎn)品及各種廢物組成和含量的分析檢驗(yàn)方法，它不僅是分析化學(xué)在工業(yè)生產(chǎn)上的具體應(yīng)用，而且是一門融化學(xué)、物理學(xué)及數(shù)理統(tǒng)計(jì)等知識為一體的綜合性應(yīng)用學(xué)科。,通過本門課

2、程的學(xué)習(xí)，可以掌握如何把分析化學(xué)中學(xué)過的理論和方法應(yīng)用于工業(yè)分析中。,2020/10/7,4,二、工業(yè)分析的作用,通過工業(yè)分析能評定原料和產(chǎn)品的質(zhì)量，檢查工藝過程是否正常 。從而能夠及時(shí)地、正確地指導(dǎo)生產(chǎn)，并能夠經(jīng)濟(jì)合理的使用原料、燃料，及時(shí)發(fā)現(xiàn)、消除生產(chǎn)的缺陷，減少廢品，提高產(chǎn)品質(zhì)量。,因此，工業(yè)分析起著指導(dǎo)和促進(jìn)生產(chǎn)的作用，是國民經(jīng)濟(jì)的許多生產(chǎn)部門（如化學(xué)、化工，冶金、煤炭、石油、環(huán)保、建材等等）中不可缺少的生產(chǎn)檢驗(yàn)手段，分析化學(xué)被譽(yù)為“工業(yè)生產(chǎn)的眼睛”，由此可見工業(yè)分析在工業(yè)生產(chǎn)中所起的重要作用。,2020/10/7,5,1.2 工業(yè)分析的研究對象和特點(diǎn),在最新的國民經(jīng)濟(jì)行業(yè)分類標(biāo)準(zhǔn)（G

3、B/T4754-2002）中，共分為20個(gè)行業(yè)門類，95個(gè)行業(yè)大類，396個(gè)行業(yè)種類，913個(gè)行業(yè)小類。在20個(gè)行業(yè)門類中，與工業(yè)分析有關(guān)的大都屬于制造業(yè)。在制造業(yè)中，又分為30個(gè)小類，從大的范圍來說，這30個(gè)制造業(yè)小類都應(yīng)屬于工業(yè)分析的研究對象，可見工業(yè)分析的研究對象非常廣泛。,一、工業(yè)分析的對象,2020/10/7,6,我國制造業(yè)分類表,2020/10/7,7,本課程只介紹30個(gè)小類中的一部分，主要包括：煤質(zhì)、硅酸鹽、化學(xué)品制造業(yè)、巖石、稀土元素、金屬冶煉及制品業(yè)、水質(zhì)等行業(yè)中的工業(yè)分析。,2020/10/7,8,二、工業(yè)分析的特點(diǎn),1、分析對象的物料量大,工業(yè)生產(chǎn)中原料、產(chǎn)品等的量是很大

4、的，往往以千、萬噸計(jì)，而其組成又很不均勻，但在進(jìn)行分析時(shí)卻只能測定其中很小的一部分，因此，正確采取能夠代表全部物料的平均組成的少量樣品，是工業(yè)分析中的重要環(huán)節(jié)，是獲得準(zhǔn)確分析結(jié)果的先決條件。,2、分析對象的組成復(fù)雜,工業(yè)物料的組成是很復(fù)雜的，在測定某組分時(shí)，常常受到共存組分的干擾，因此，在選擇分析方法時(shí)，必須考慮到共存組分的影響以及消除的方法。,2020/10/7,9,3、分析試樣的處理過程繁瑣,分析中的反應(yīng)一般在溶液中進(jìn)行，但有些物料部易溶解，需要采用熔融或燒結(jié)的方法來制備分析試液。,4、分析的任務(wù)廣,工業(yè)分析的研究對象十分廣泛，不同的工業(yè)產(chǎn)品具有不同的分析項(xiàng)目和分析方法，即使是同一產(chǎn)品也有

5、多個(gè)分析項(xiàng)目。,5、分析速度要快，準(zhǔn)確度高,工業(yè)分析的一個(gè)重要作用，是用來指導(dǎo)和控制主產(chǎn)的正常進(jìn)行，因此，必須快速、準(zhǔn)確地得到分析結(jié)果，在符合生產(chǎn)所要求的準(zhǔn)確度的前提下，提高分析速度也是很重要的，有時(shí)不一定要達(dá)到分析方法所能達(dá)到的最高準(zhǔn)確度。,2020/10/7,10,1.3 工業(yè)分析的項(xiàng)目,工業(yè)分析項(xiàng)目是由工業(yè)產(chǎn)品質(zhì)量特性所決定的。各種工業(yè)產(chǎn)品的質(zhì)量特性可以概括為：適用性、可靠性、安全性、壽命和經(jīng)濟(jì)性等。 工業(yè)產(chǎn)品的不同特性，區(qū)別了各種產(chǎn)品的不同用途，同時(shí)也決定了具有不同的工業(yè)分析項(xiàng)目。,工業(yè)分析主要注重于化學(xué)成分分析和部分物理性能的測試，概括起來可以分為以下幾個(gè)方面。,2020/10/7,

6、11,1、物理性能測試,工業(yè)產(chǎn)品的物理性能與物質(zhì)的本質(zhì)、結(jié)構(gòu)和純度有著密切的關(guān)系，使檢驗(yàn)產(chǎn)品質(zhì)量的重要參數(shù)。常見的物理性能主要包括：密度、粒徑、黏度、光澤度、白度、硬度、比旋光度、折光率、沸點(diǎn)、沸程、熔點(diǎn)、結(jié)晶點(diǎn)、閃點(diǎn)和燃點(diǎn)等。,2、水分的測定,產(chǎn)品質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)對許多工業(yè)產(chǎn)品中水分的含量有明確要求。 常見測定水分的方法有重量法、蒸餾法、卡爾費(fèi)休法、近紅外線分光光度法、氣相色譜法等。,2020/10/7,12,3、灰分和燒失量的測定,產(chǎn)品經(jīng)過高溫灼燒后的殘留物質(zhì)稱為灰分，表示被測物中無機(jī)物成分的大致含量。在灼燒過程中失去的質(zhì)量稱為燒失量，表示有機(jī)物的大致含量。,4、pH值和酸堿度的測定,pH值是產(chǎn)品

7、中H+的濃度，酸度是指能與強(qiáng)堿作用的物質(zhì)的量，堿度是指能與強(qiáng)酸作用的物質(zhì)的量。在工業(yè)分析中，工業(yè)用水、工業(yè)廢水、工業(yè)廢棄物及某些工業(yè)產(chǎn)品需要測定pH值和酸堿度。通常用電位法測定pH值，用酸堿滴定法測定酸堿度。,2020/10/7,13,5、元素和化合物的測定,元素和化合物的測定是工業(yè)中最多見和最重要的分析項(xiàng)目。元素分為金屬和非金屬；化合物分為金屬化合物和非金屬化合物，無機(jī)物和有機(jī)物。,2020/10/7,14,1.4 工業(yè)分析的方法,一、快速分析法和標(biāo)準(zhǔn)分析法,1、快速分析法（Fast analytical method ）,快速分析法的特點(diǎn)是分析速度快，但誤差比較大，常用于車間控制分析，俗稱

8、中控分析。主要是控制生產(chǎn)工藝過程中的關(guān)鍵部位。要求能迅速得到分析結(jié)果，而對準(zhǔn)確度則允許在符合生產(chǎn)要求的限度內(nèi)適當(dāng)降低。,2、標(biāo)準(zhǔn)分析法,（Standard analytical method ）,2020/10/7,15,標(biāo)準(zhǔn)分析法的特點(diǎn)是準(zhǔn)確，是進(jìn)行工藝計(jì)算、財(cái)務(wù)核算、評定產(chǎn)品質(zhì)量的依據(jù)，常用來測定原料、半成品、成品的化學(xué)組成，也用于驗(yàn)證和仲裁分析。完成分析所需時(shí)間長一些。,標(biāo)準(zhǔn)分析法中分為國際標(biāo)準(zhǔn)、國家標(biāo)準(zhǔn)、行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)、企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)。,國際標(biāo)準(zhǔn)是指由國際性組織所制定的各種標(biāo)準(zhǔn)。其中最著名的是由國際標(biāo)準(zhǔn)化組織（下設(shè)162個(gè)技術(shù)委員會(huì)（TC）制定的ISO標(biāo)準(zhǔn)和由國際電工委員會(huì)制定的IEC標(biāo)準(zhǔn)。 每年

9、都頒布一些新的標(biāo)準(zhǔn)方法，每5年對已有的方法進(jìn)行修改。但I(xiàn)SO標(biāo)準(zhǔn)不帶強(qiáng)制性。,3、標(biāo)準(zhǔn)分析法的制定,2020/10/7,16,中國國家標(biāo)準(zhǔn)是由國務(wù)院標(biāo)準(zhǔn)化行政主管部門國家標(biāo)準(zhǔn)局發(fā)布，代號“GB”表示強(qiáng)制性國家標(biāo)準(zhǔn)，代號“GB/T”表示推薦性國家標(biāo)準(zhǔn)。,此外，還有地方或企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，但只在一定范圍內(nèi)有效。,一些主管部門為了貫徹國家標(biāo)準(zhǔn)，根據(jù)具體測試要求，參照國家標(biāo)準(zhǔn)，使其具體化，制定出本行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，并注明與國家標(biāo)準(zhǔn)等效。,國家技術(shù)監(jiān)督局和各行辦根據(jù)生產(chǎn)的發(fā)展和對產(chǎn)品質(zhì)量要求的不斷提高，每隔一段時(shí)間（一般4年1次）發(fā)布新標(biāo)準(zhǔn)。,2020/10/7,17,新標(biāo)準(zhǔn)公布后，舊標(biāo)準(zhǔn)即相應(yīng)作廢。,二、離線分析和在

10、線分析法,1、離線分析(off-line analysis),通過現(xiàn)場采樣，把樣品帶回實(shí)驗(yàn)室處理后進(jìn)行測定的方法稱為離線分析。,離線分析是傳統(tǒng)的工業(yè)分析方式，得到的分析結(jié)果相對滯后于實(shí)際生產(chǎn)過程。為了及時(shí)了解實(shí)際生產(chǎn)的真實(shí)情況，需要及時(shí)得到分析結(jié)果，這就需要采用在線分析技術(shù)。,2020/10/7,18,2、在線分析(on-line analysis),采用自動(dòng)取樣系統(tǒng)，將試樣自動(dòng)輸入分析儀器中進(jìn)行分析的方法稱為在線分析。,在線分析是伴隨著生產(chǎn)過程的自動(dòng)化而出現(xiàn)的，從20世紀(jì)30年代開始把分析儀器直接用于鋼鐵工業(yè)、化學(xué)工業(yè)和火力發(fā)電等工業(yè)生產(chǎn)流程上。20世紀(jì)60年代后，隨著電子技術(shù)的發(fā)展和計(jì)算機(jī)

11、的廣泛應(yīng)用，在線分析的研究和應(yīng)用更加普遍。,在線分析的特點(diǎn)是分析速度快、自動(dòng)化程度高、結(jié)果準(zhǔn)確、操作簡單、可實(shí)現(xiàn)連續(xù)監(jiān)測等。,2020/10/7,19,1.5 干擾的消除方法,試樣分解后制成的試驗(yàn)溶液中，往往有多種組分(離子)共存，測定時(shí)常常會(huì)彼此干擾，不僅影響分析結(jié)果的準(zhǔn)確性，有時(shí)甚至使測定無法進(jìn)行。必須預(yù)先除去干擾組分。,通常采用的方法有掩蔽法（含解蔽）和分離法,一、掩蔽法,1、掩蔽法分類,2020/10/7,20,2、掩蔽劑類型,無機(jī)掩蔽劑和有機(jī)掩蔽劑,二、分離法,2020/10/7,21,1.6 工業(yè)分析方法的評價(jià)和選擇,一、分析方法的評價(jià),1、準(zhǔn)確度,2、靈敏度,方法可以測定某組分的

12、最小量。,3、選擇性,選擇性即專屬性、特效性，它是衡量一種分析方法在實(shí)踐過程中受其他因素影響程度的大小。,4、速度,5、成本,6、環(huán)境保護(hù),2020/10/7,22,每一種組分的測定往往有幾種分析方法，選擇何種測定方法，直接影響分析結(jié)果的可靠性。,例如，鐵的測定方法常用的有:,二、分析方法的選擇,2020/10/7,23,在選擇分析方法時(shí)應(yīng)根據(jù)以下幾個(gè)方面綜合考慮：,具體的選擇原則如下：,2020/10/7,24,3、從分析速度方面考慮，在滿足分析結(jié)果準(zhǔn)確度要求的基礎(chǔ)上，優(yōu)先選擇分析速度快的方法。,2、從分析方法的準(zhǔn)確度和靈敏度考慮，應(yīng)首先選擇能滿足分析目的要求的方法。,4、從分析成本方面考慮

13、，在滿足分析結(jié)果要求的基礎(chǔ)上，盡量選擇分析成本較低的方法。,5、從環(huán)境保護(hù)方面考慮，盡量選擇少用或不用有毒有害試劑的方法。,1、有國家強(qiáng)制性標(biāo)準(zhǔn)的必須選用國家標(biāo)準(zhǔn)方法；沒有國家標(biāo)準(zhǔn)方法的可選用行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)、地方標(biāo)準(zhǔn)或企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)。,2020/10/7,25,1.7 工業(yè)分析中的標(biāo)準(zhǔn)物及允許誤差,一、標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì),標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)是具有一種或多種充分證實(shí)了的特性，用來校正測量器具、評定測量方法或給材料定值的物質(zhì)或材料。,1、標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)的種類,化學(xué)成分和純度標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)：如鋼鐵、合金、礦石、爐渣和基準(zhǔn)試劑等標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)；,（1）按技術(shù)特性分為三類：,2020/10/7,26,工程類標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)，如橡膠、工程塑料的機(jī)械性能、電性能的

14、標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)。,物理化學(xué)特性標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)，如燃燒熱、pH值、高聚物分子量等標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)；,（2）按照特性值的準(zhǔn)確度水平分,一級標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)、二級標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)(工作標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì))，其中一級水平最高，二級次之。,我國標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)編號為GBW,2020/10/7,27,一級標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)：,GBW 06101 基準(zhǔn)試劑碳酸鈉；,GBW 07210-07212 3種磷礦石成分分析標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)；,GBW 013101-13237 7種pH標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)。,2、標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)的制備,標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)作為統(tǒng)一量值的計(jì)量單位，必須具備定值準(zhǔn)確、穩(wěn)定性好、均勻性好三個(gè)基本條件。除此之外，還要考慮能小批量生產(chǎn)、具備制備上再現(xiàn)性好等。標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)通常有下列幾條途徑獲取,202

15、0/10/7,28,（1）純物質(zhì)制備 化學(xué)氣體標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)，就是采用高純氣中加入一種或幾種特定成分氣體的方法配制的,（2）直接由高純度的物質(zhì)作為標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì),（3）由生產(chǎn)物料中選取 如無機(jī)固體物、礦物、化肥、水泥、鋼鐵等，可以從生產(chǎn)物料中選取有代表性的樣品，按照試樣的制備方法制得標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)。,水泥、玻璃、陶瓷、鋼鐵、合金、礦石和爐渣等標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)習(xí)慣上叫作標(biāo)準(zhǔn)試樣，簡稱標(biāo)樣。標(biāo)樣的研制過程比較復(fù)雜。,2020/10/7,29,3、標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)在工業(yè)分析中的作用,（1）作為參照物質(zhì)，檢驗(yàn)測定結(jié)果的可靠性。標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)與試樣進(jìn)行平行分析，比較測定值與標(biāo)準(zhǔn)值之間的差異，是檢驗(yàn)結(jié)果可靠性的最好方法之一。,(2）標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)用于

16、定標(biāo)儀器或標(biāo)定標(biāo)準(zhǔn)滴定溶液(基準(zhǔn)試劑還可直接法配制標(biāo)準(zhǔn)滴定溶液，即基準(zhǔn)溶液)。儀器在使用前或使用中，須用標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)定標(biāo)或制作校正曲線，才能給出正確的分析結(jié)果。,（3）作為已知試樣用以發(fā)展新的測量技術(shù)和新的儀器。當(dāng)采用不同方法或不同儀器進(jìn)行測量時(shí)，標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)幫助我們判斷測量結(jié)果的可靠程度。,2020/10/7,30,（4）在仲裁分析和進(jìn)行實(shí)驗(yàn)室質(zhì)量考核中經(jīng)常采用標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)作為評價(jià)標(biāo)準(zhǔn)。,（5）采用標(biāo)準(zhǔn)試樣消除基體效應(yīng)。解決基體效應(yīng)最好的辦法是采用標(biāo)準(zhǔn)試樣作為分析測試的標(biāo)準(zhǔn)。對基體效應(yīng)明顯的待測試樣，在組成和性質(zhì)上與標(biāo)準(zhǔn)試樣越接近，測定結(jié)果越準(zhǔn)確。這是基準(zhǔn)試劑所不及的。,2020/10/7,31,二、允

17、許誤差,允許差又稱公差，是指某一分析方法所允許的平行測定值間的絕對偏差。,或者說，是指按此方法進(jìn)行多次測定所得的一系列數(shù)據(jù)中最大值與最小值的允許界限即極差。它是主管部門為了控制分析精度而規(guī)定的依據(jù)。,標(biāo)準(zhǔn)分析法都注有允許誤差（或允許差），允許誤差是根據(jù)特定的分析方法統(tǒng)計(jì)出來的，它僅反映本方法的精確度，而不適用于另一種方法。,1、允許誤差的定義,2020/10/7,32,一般工業(yè)分析只做兩次平行測定，若兩次平行測定的絕對偏差超出允許差，稱為超差，則必須重新測定。,2、允許誤差的分類,（1）室內(nèi)允許差,在同一實(shí)驗(yàn)室內(nèi)，用同一種分析方法，對同一試樣，獨(dú)立地進(jìn)行兩次分析，所得兩次分析結(jié)果之間在95%置信度下可允許的最大差值。如果兩個(gè)分析結(jié)果之差的絕對值不超過相應(yīng)的允許誤差，則認(rèn)為室內(nèi)的分析精度達(dá)到了要求，可取兩個(gè)分析結(jié)果的平均值報(bào)出；否則，即為超差，認(rèn)為其中至少有一個(gè)分析結(jié)果不準(zhǔn)確。,2020/10/7,33,如用氯化銨重量法測定水泥熟料中的二氧化硅含量,國家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定SiO2允許差范圍為0.15%,若實(shí)際測得