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分析化學(xué)——試樣分解方法

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在實(shí)際分析工作中,除干法分析外,通常要先將試樣分解,把待測(cè)組分定量轉(zhuǎn)入溶液后再進(jìn)行測(cè)定。在分解試樣的過程中,應(yīng)遵循以下幾個(gè)原則:①試樣的分解必須完全;②在分解試樣的過程中,待測(cè)組分不能有損失;③不能引入待測(cè)組分和干擾物質(zhì)。根據(jù)試樣的性質(zhì)和測(cè)定方法的不同,常用的分解方法有溶解法、熔融法和干式灰化法等。

1、溶解法

采用適當(dāng)?shù)娜軇?,將試樣溶解后制成溶液的方法,稱為溶解法。常用的溶劑有水、酸和堿等。

(1)水溶法對(duì)于可溶性的無(wú)機(jī)鹽,可直接用蒸餾水溶解制成溶液。

(2)酸溶法多種無(wú)機(jī)酸及混合酸,常用做溶解試樣的溶劑。利用這些酸的酸性、氧化性及配位性,使被測(cè)組分轉(zhuǎn)入溶液。常用的酸有以下幾種。

①鹽酸(HCl)大多數(shù)氯化物均溶于水,電位序在氫之前的金屬及大多數(shù)金屬氧化物和碳酸鹽都可溶于鹽酸中,另外,Cl—還具有一定的還原性,并且還可與很多金屬離子生成配離子而利于試樣的溶解。常用來(lái)溶解赤鐵礦(Fe2O3)、輝銻礦(Sb2S3)、碳酸鹽、軟錳礦(MnO2)等樣品。

②硝酸(HNO3)具有較強(qiáng)的氧化性,幾乎所有的硝酸鹽都溶于水,除鉑、金和某些稀有金屬外,濃硝酸幾乎能溶解所有的金屬及其合金。鐵、鋁、鉻等會(huì)被硝酸鈍化,溶解時(shí)加入非氧化酸,如鹽酸除去氧化膜即可很好的溶解。幾乎所有的硫化物也都可被硝酸溶解,但應(yīng)先加入鹽酸,使硫以H2S的形式揮發(fā)出去,以免單質(zhì)硫?qū)⒃嚇庸?,影響分解?

③硫酸(H2SO4)除鈣、鍶、鋇、鉛外,其它金屬的硫酸鹽都溶于水。熱的濃硫酸具有很強(qiáng)的氧化性和脫水性,常用于分解鐵、鈷、鎳等金屬和鋁、鈹、銻、錳、釷、鈾、鈦等金屬合金以及分解土壤等樣品中的有機(jī)物等。硫酸的沸點(diǎn)較高(338℃),當(dāng)硝酸、鹽酸、氫氟酸等低沸點(diǎn)酸的陰離子對(duì)測(cè)定有干擾時(shí),常加硫酸并蒸發(fā)至冒白煙(SO3)來(lái)驅(qū)除。

④磷酸(H3PO4)磷酸根具有很強(qiáng)的配位能力,因此,幾乎90%的礦石都能溶于磷酸。包括許多其它酸不溶的鉻鐵礦、鈦鐵礦、鈮鐵礦、金紅石等,對(duì)于含有高碳、高鉻、高鎢的合金也能很好的溶解。單獨(dú)使用磷酸溶解時(shí),一般應(yīng)控制在500~600℃、5min以內(nèi)。若溫度過高、時(shí)間過長(zhǎng),會(huì)析出焦磷酸鹽難溶物、生成聚硅磷酸粘結(jié)于器皿底部,同時(shí)也腐蝕了玻璃。

⑤(HClO4)熱的、濃高氯酸具有很強(qiáng)的氧化性,能迅速溶解鋼鐵和各種鋁合金。能將Cr、V、S等元素氧化成最高價(jià)態(tài)。高氯酸的沸點(diǎn)為203℃,蒸發(fā)至冒煙時(shí),可驅(qū)除低沸點(diǎn)的酸,殘?jiān)兹苡谒?。高氯酸也常作為重量法中測(cè)定SiO2的脫水劑。使用HClO4時(shí),應(yīng)避免與有機(jī)物接觸,以免發(fā)生爆炸。

⑥氫氟酸(HF)氫氟酸的酸性很弱,但 F—的配位能力很強(qiáng),能與 Fe(Ⅲ)、Al(Ⅲ)、Ti(Ⅳ)、Zr(Ⅳ)、W(Ⅴ)、Nb(Ⅴ)、Ta(Ⅴ)、U(Ⅵ)等離子形成配離子而溶于水,并可與硅形成SiF4而逸出。

(3)混合酸溶法

①王水HNO3與HCl按1∶3(體積比)混合。由于硝酸的氧化性和鹽酸的配位性,使其具有更好的溶解能力。能溶解Pb、Pt、Au、Mo、W等金屬和Bi、Ni、Cu、Ga、In、U、V等合金,也常用于溶解Fe、Co、Ni、Bi、Cu、Pb、Sb、Hg、As、Mo等的硫化物和Se、Sb等礦石。

②逆王水HNO3與HCl按3∶1(體積比)混合??煞纸釧g、Hg、Mo、等金屬及Fe、Mn、Ge的硫化物。濃HCl、濃HNO3、濃H2SO4的混合物,稱為硫王水,可分別溶解含硅量較大的礦石和鋁合金。

③ HF+ H2SO4+ HClO4可分解Cr、Mo、W、Zr、Nb、Tl等金屬及其合金,也可分解硅酸鹽、鈦鐵礦、粉煤灰及土壤等樣品。

④ HF+HNO3常用于分解硅化物、氧化物、硼化物和氮化物等。

⑤ H2SO4+H2O2+H2OH2SO4∶H2O2∶H2O按2∶1∶3(體積比)混合??捎糜谟土稀⒓Z食、植物等樣品的消解。若加入少量的CuSO4、K2SO4和硒粉作催化劑,可使消解更為快速完全。

⑥ HNO3+ H2SO4+ HClO4(少量)常用于分解鉻礦石及一些生物樣品,如動(dòng)、植物組織、尿液、糞便和毛發(fā)等。

⑦ HCl+SnCl2主要用于分解褐鐵礦、赤鐵礦及磁鐵礦等。

(4)堿溶法堿溶法的主要溶劑為NaOH、KOH或加入少量的Na2O2、K2O2.常用來(lái)溶解兩性金屬,如鋁、鋅及其合金以及它們的氫氧化物或氧化物,也可用于溶解酸性氧化物如MoO3、WO3等。

2、熔融法

熔融法是將試樣與酸性或堿性熔劑混合,利用高溫下試樣與熔劑發(fā)生的多相反應(yīng),使試樣組分轉(zhuǎn)化為易溶與水或酸的化合物。該法是一種高效的分解方法。但要注意,熔融時(shí),需加入大量的熔劑(一般為試樣的6~12倍)而會(huì)引入干擾。另外,熔融時(shí),由于坩堝材料的腐蝕,也會(huì)引入其它組分。根據(jù)所用熔劑的性質(zhì)和操作條件,可將熔融法分為酸熔、堿熔和半熔法。

(1)酸熔法酸熔法適用于堿性試樣得分解,常用的熔劑有K2S2O7、KHSO4、KHF2、B2O3等。KHSO4加熱脫水后生成K2S2O7,二者的作用是一樣的。在300℃以上時(shí),K2S2O7中部分SO3可與堿性或中性氧化物(如TiO2、Al2O3、Cr2O3、Fe3O4、ZrO2等)作用,生成可溶性硫酸鹽。常用于分解鋁、鐵、鈦、鉻、鋯、鈮等金屬氧化物及硅酸鹽、煤灰、爐渣和中性或堿性耐火材料等。KHF2在鉑坩堝中低溫熔融可分解硅酸鹽、釷和稀土化合物等。B2O3在鉑坩堝中于580℃熔融,可分解硅酸鹽及其它許多金屬氧化物。

(2)堿熔法堿熔法用于酸性試樣的分解。常用的熔劑有Na2CO3、K2CO3、NaOH、KOH、Na2O2和它們的混合物等。

① Na2CO3(mp:850℃)和K2CO3(mp:890℃)Na2CO3與K2CO3按1∶1形成的混合物,其熔點(diǎn)為700℃左右,用于分解硅酸鹽、硫酸鹽等。分解硫、砷、鉻的礦樣時(shí),用Na2CO3加入少量的KNO3或KClO3,在900℃時(shí)熔融,可利用空氣中的氧將其氧化為、、。用Na2CO3或K2CO3作熔劑宜在鉑坩堝中進(jìn)行。

② Na2CO3+S用來(lái)分解含砷、銻、錫的礦石,可使其轉(zhuǎn)化為可溶性的硫代酸鹽。由于含硫的混合熔劑會(huì)腐蝕鉑,故常在瓷坩堝中進(jìn)行。

③ NaOH(mp:321℃)和KOH(mp:404℃)二者都是低熔點(diǎn)的強(qiáng)堿性熔劑,常用于分解鋁土礦、硅酸鹽等試樣。可在鐵、銀或鎳坩堝中進(jìn)行分解。用Na2CO3作熔劑時(shí),加入少量NaOH,可提高其分解能力并降低熔點(diǎn)。

④ Na2O2Na2O2是一種具有強(qiáng)氧化性、強(qiáng)腐蝕性的堿性熔劑,能分解許多難溶物,如鉻鐵礦、硅鐵礦、黑鎢礦、輝鉬礦、綠柱石、獨(dú)居石等。能將其大部分元素氧化成高價(jià)態(tài)。有時(shí)將Na2O2與Na2CO3混合使用,以減緩其氧化的劇烈程度。用Na2O2作熔劑時(shí),不宜與有機(jī)物混合,以免發(fā)生爆炸。Na2O2對(duì)坩堝腐蝕嚴(yán)重,一般用鐵、鎳或剛玉坩堝。

⑤ NaOH + Na2O2或KOH+ Na2O2常用于分解一些難溶性的酸性物質(zhì)。

(3)半熔法半熔法又稱燒結(jié)法。該法是在低于熔點(diǎn)的溫度下,將試樣與熔劑混合加熱至熔結(jié)。由于溫度比較低,不易損壞坩堝而引入雜質(zhì),但加熱所需時(shí)間較長(zhǎng)。例如800℃時(shí),用Na2CO3+ZnO分解礦石或煤;用MgO+ Na2CO3分解礦石、煤或土壤等。

一般情況下,優(yōu)先選用簡(jiǎn)便、快速、不易引入干擾的溶解法分解樣品。熔融法分解樣品時(shí),操作費(fèi)時(shí)費(fèi)事,且易引入坩堝雜質(zhì),所以熔融時(shí),應(yīng)根據(jù)試樣的性質(zhì)及操作條件,選擇合適的坩堝,盡量避免引入干擾醫(yī),學(xué)教育網(wǎng)。

3、干式灰化法

常用于分解有機(jī)試樣或生物試樣。在一定溫度下,于馬弗爐內(nèi)加熱,使試樣分解、灰化,然后用適當(dāng)?shù)娜軇⑹S嗟臍堅(jiān)芙?。根?jù)待測(cè)物質(zhì)揮發(fā)性的差異,選擇合適的灰化溫度,以免造成分析誤差。也可用氧氣瓶燃燒法。該法是將試樣包裹在定量濾紙內(nèi),用鉑片夾牢,放入充滿氧氣并盛有少量吸收液的錐形瓶中進(jìn)行燃燒,試樣中的硫、磷、鹵素及金屬元素,將分別形成硫酸根、磷酸根、鹵素離子及金屬氧化物或鹽類等溶解在吸收液中。對(duì)于有機(jī)物中碳、氫元素的測(cè)定,通常用燃燒法,將其定量的轉(zhuǎn)變?yōu)镃O2和H2O.

除以上幾種常用分解方法外,還有在密封容器中進(jìn)行加熱,使試樣和溶劑在高溫、高壓下快速反應(yīng)而分解的壓力溶樣法;還有目前已被人們普遍接受、特點(diǎn)較為明顯的微波溶樣法,即利用微波能,將試樣、溶劑置于密封的、耐壓、耐高溫的聚四氟乙烯容器中進(jìn)行微波加熱溶樣。該法可大大簡(jiǎn)化操作步驟、節(jié)省時(shí)間和能源,且不易引入干擾,同時(shí)也減少了對(duì)環(huán)境的污染,原本需數(shù)小時(shí)處理分解的樣品,只需幾分鐘即可順利完成。

②逆王水HNO3與HCl按3∶1(體積比)混合??煞纸釧g、Hg、Mo、等金屬及Fe、Mn、Ge的硫化物。濃HCl、濃HNO3、濃H2SO4的混合物,稱為硫王水,可分別溶解含硅量較大的礦石和鋁合金。

③ HF+ H2SO4+ HClO4可分解Cr、Mo、W、Zr、Nb、Tl等金屬及其合金,也可分解硅酸鹽、鈦鐵礦、粉煤灰及土壤等樣品。

④ HF+HNO3常用于分解硅化物、氧化物、硼化物和氮化物等。

⑤ H2SO4+H2O2+H2OH2SO4∶H2O2∶H2O按2∶1∶3(體積比)混合??捎糜谟土?、糧食、植物等樣品的消解。若加入少量的CuSO4、K2SO4和硒粉作催化劑,可使消解更為快速完全。

⑥ HNO3+ H2SO4+ HClO4(少量)常用于分解鉻礦石及一些生物樣品,如動(dòng)、植物組織、尿液、糞便和毛發(fā)等。

⑦ HCl+SnCl2主要用于分解褐鐵礦、赤鐵礦及磁鐵礦等。

(4)堿溶法堿溶法的主要溶劑為NaOH、KOH或加入少量的Na2O2、K2O2.常用來(lái)溶解兩性金屬,如鋁、鋅及其合金以及它們的氫氧化物或氧化物,也可用于溶解酸性氧化物如MoO3、WO3等。

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直播時(shí)間:3月10日 19:30-21:00

主講老師:劉 楝老師

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