無機材料化學(xué)分析

1、下一頁下一頁 無機材料化學(xué)無機材料化學(xué)分析分析( (以巖礦材料分析為例以巖礦材料分析為例) )巖礦分析的分類巖礦分析的分類巖礦分析中的污染與巖礦分析中的污染與損失損失分析試樣的制備分析試樣的制備試樣的分解試樣的分解硅酸鹽巖礦分析硅酸鹽巖礦分析 北京中國地質(zhì)大學(xué)化學(xué)教研室2一、巖礦分析的分類一、巖礦分析的分類1. 簡項分析簡項分析了解礦石中一種或幾種主要的有益或有了解礦石中一種或幾種主要的有益或有害組分的含量。害組分的含量。是圈定礦體、劃分礦石類型和品級，進(jìn)是圈定礦體、劃分礦石類型和品級，進(jìn)行儲量計算的依據(jù)。行儲量計算的依據(jù)。 例如，碳酸鹽巖石通常測定例如，碳酸鹽巖石通常測定CaO、MgO和酸不

2、溶物和酸不溶物3種組分的含量。種組分的含量。北京中國地質(zhì)大學(xué)化學(xué)教研室32. 全分析全分析 對樣品的組分進(jìn)行全面分析。對樣品的組分進(jìn)行全面分析。通常先做半定量或定性分析，然后再確定通常先做半定量或定性分析，然后再確定全分析的項目。全分析的項目。北京中國地質(zhì)大學(xué)化學(xué)教研室43. 物相分析物相分析（不是本課程內(nèi)容）（不是本課程內(nèi)容）先以鏡下鑒定、先以鏡下鑒定、X-Ray衍射、差熱分析以衍射、差熱分析以及紅外光譜等分析方法為手段，確定巖石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(jié)構(gòu)特征；中礦物組成、晶粒大小以及結(jié)構(gòu)特征；應(yīng)用化學(xué)選擇性溶解方法，確定各種礦物應(yīng)用化學(xué)選擇性溶解方法，

3、確定各種礦物所占的質(zhì)量分?jǐn)?shù)（或百分率）。所占的質(zhì)量分?jǐn)?shù)（或百分率）。北京中國地質(zhì)大學(xué)化學(xué)教研室5二、巖礦分析中的污染與損失二、巖礦分析中的污染與損失1. 污染污染 (1) 環(huán)境污染環(huán)境污染 (a)來自大氣的污染來自大氣的污染大氣中經(jīng)常變化的各類固態(tài)和液態(tài)微粒及氣大氣中經(jīng)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，溶膠等外來成分：硫化物，NOx，碳化物、，碳化物、鹵化物，金屬蒸氣，有機金屬化合物等。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，必須對痕量元素分析中要防止大氣的污染，必須對空氣進(jìn)行凈化?？諝膺M(jìn)行凈化。 北京中國地質(zhì)大學(xué)化學(xué)教研室6分析實驗室的設(shè)計、建

4、設(shè)和使用：分析實驗室的設(shè)計、建設(shè)和使用： 控制和消除污染源；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(nèi)消一旦發(fā)生污染，能夠立即從工作區(qū)內(nèi)消除。除。北京中國地質(zhì)大學(xué)化學(xué)教研室7(b)來自容器材料的污染來自容器材料的污染 硬質(zhì)玻璃硬質(zhì)玻璃 硼硅玻璃硼硅玻璃 以以Pyrex（派熱克斯）為代表，（派熱克斯）為代表，SiO2 81.0%，B2O3 13.0%，R2O3（三氧化二物）（三氧化二物）2.2% 。北京中國地質(zhì)大學(xué)化學(xué)教研室8 鋁硅玻璃鋁硅玻璃 以耶那（以耶那（Jena）為代表，）為代表， SiO2 74.5%，B2O3 4.6%，R2O3( 主要是主要是Al2O3 )8.5% 。 高

5、純?nèi)谌凼⒏呒內(nèi)谌凼?維克爾（維克爾（Vycor）玻璃，）玻璃， SiO2 96.3%，B2O3 2.9%，R2O3 0.4% 。 耐堿玻璃耐堿玻璃 SiO2 71%，B2O3 0.2%，R2O316%，(Na2OK2O) 12%。北京中國地質(zhì)大學(xué)化學(xué)教研室9 若沒有特別說明，若沒有特別說明， “玻璃玻璃”指的是硼硅玻璃指的是硼硅玻璃。 硼硅玻璃化學(xué)穩(wěn)定性好，熱穩(wěn)定性高，價格低廉。硼硅玻璃化學(xué)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。硼硅玻璃不適用于痕量分析。 原因：原因： 玻璃中的化學(xué)組分易被浸出，為嚴(yán)重的污染源；玻璃中的化學(xué)組分易被浸出，為嚴(yán)重的污染源； 玻璃表面吸附造

6、成的損失不可低估。玻璃表面吸附造成的損失不可低估。 北京中國地質(zhì)大學(xué)化學(xué)教研室10 石英玻璃石英玻璃 由天然或人工合成的石英砂在高溫下融制而成。由天然或人工合成的石英砂在高溫下融制而成。 應(yīng)用應(yīng)用： 痕量分析痕量分析 允許長時間于允許長時間于10001100下加熱；下加熱； 天然，單一雜質(zhì)天然，單一雜質(zhì)0.001； 人工合成，雜質(zhì)人工合成，雜質(zhì)10-5。剛玉剛玉(氧化鋁氧化鋁) 耐堿熔耐堿熔北京中國地質(zhì)大學(xué)化學(xué)教研室11 鉑鉑 俗稱白金，耐化學(xué)腐蝕，不與任何單一無俗稱白金，耐化學(xué)腐蝕，不與任何單一無機酸（包括機酸（包括HF）作用。）作用。 可用可用Na2CO3、硼砂、氟化物、焦硫酸鉀、硼砂、氟

7、化物、焦硫酸鉀、（Na2O2NaOH）融熔樣品。）融熔樣品。忌王水忌王水北京中國地質(zhì)大學(xué)化學(xué)教研室12 聚四氟乙烯（特氟隆，聚四氟乙烯（特氟隆，PTFE） 塑料王，在當(dāng)今所有容器材料中，抗化學(xué)腐蝕能力最強。塑料王，在當(dāng)今所有容器材料中，抗化學(xué)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(xué)反應(yīng)。劑起化學(xué)反應(yīng)。 可用于痕量分析（它一般僅含可用于痕量分析（它一般僅含10-5的的Al、Ca、Cu、Fe、Mg、Si和和10-3的的Na）。）。 可在低于可在低于250溫度下使用。加熱溫度不得超過溫度下使用。加熱溫度不得超過330（

8、軟（軟化溫度），否則，會因分解產(chǎn)生劇毒氣體。因此，不能直化溫度），否則，會因分解產(chǎn)生劇毒氣體。因此，不能直接放在電爐上加熱。接放在電爐上加熱。 缺點缺點：導(dǎo)熱性差，使試樣的分解周期加長。導(dǎo)熱性差，使試樣的分解周期加長。北京中國地質(zhì)大學(xué)化學(xué)教研室13(2) 試劑和水的污染試劑和水的污染 水水蒸餾水蒸餾水 金屬蒸餾器中一次蒸餾，可除去水中水溶性有機金屬蒸餾器中一次蒸餾，可除去水中水溶性有機質(zhì)和能電離的無機雜質(zhì)以及膠質(zhì)固體，電阻率質(zhì)和能電離的無機雜質(zhì)以及膠質(zhì)固體，電阻率(Mcm) 0.10.5； 石英蒸餾器二次蒸餾，石英蒸餾器二次蒸餾， 2.0 Mcm去離子水去離子水 純凈水，電阻率理論值純凈水，電

9、阻率理論值 18.3 Mcm北京中國地質(zhì)大學(xué)化學(xué)教研室14 試劑試劑 一般化學(xué)分析使用的試劑須是分析純以上。一般化學(xué)分析使用的試劑須是分析純以上。 化學(xué)試劑的一般分級：化學(xué)試劑的一般分級： 優(yōu)級純，優(yōu)級純，G.R. (guarantee reagent)，綠色標(biāo)簽，綠色標(biāo)簽 分析純，分析純，A.R.(analytical reagent)，紅色標(biāo)簽，紅色標(biāo)簽 化學(xué)純，化學(xué)純，C.P.(chemically pure)，藍(lán)色標(biāo)簽，藍(lán)色標(biāo)簽 其他分類：光譜純試劑、高純試劑、基準(zhǔn)試劑等。其他分類：光譜純試劑、高純試劑、基準(zhǔn)試劑等。北京中國地質(zhì)大學(xué)化學(xué)教研室15(3) 來自試樣的污染來自試樣的污染 采

10、樣工具材料的選擇采樣工具材料的選擇 例如，不銹鋼刀具，會引入例如，不銹鋼刀具，會引入Cr，Ti。 試樣粉碎時材料的選擇試樣粉碎時材料的選擇 試樣儲存時容器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。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由分析人員造成的污染 手、頭發(fā)、衣服等。手、頭發(fā)、衣服等。北京中國地質(zhì)大學(xué)化學(xué)教研室16 (1)吸附作用吸附作用玻璃或石英表面有玻璃或石英表面有0.1m的活化層，可發(fā)生吸附、離子的活化層，可發(fā)生吸附、離子交換、還原、沉淀及滲透等物理化學(xué)過程。交換、還原、沉淀及滲透等物理化學(xué)過程。容器材料：容器材料： 玻璃石英聚乙烯

11、聚丙烯聚四氟乙烯玻璃石英聚乙烯聚丙烯聚四氟乙烯 但但Ce3+、Be2+、La3+例外，在玻璃表面上的吸附低于聚乙例外，在玻璃表面上的吸附低于聚乙烯。烯。措施措施：酸化；加入適當(dāng)試劑（氧化劑）；低溫存儲。：酸化；加入適當(dāng)試劑（氧化劑）；低溫存儲。2. 分析中的損失分析中的損失北京中國地質(zhì)大學(xué)化學(xué)教研室17(2) 揮發(fā)作用揮發(fā)作用 大于大于100時，金屬很可能形成揮發(fā)性物質(zhì)時，金屬很可能形成揮發(fā)性物質(zhì)而造成不同程度的損失。而造成不同程度的損失。(3)其它損失其它損失 水解作用，氧化還原作用，微孔滲漏水解作用，氧化還原作用，微孔滲漏北京中國地質(zhì)大學(xué)化學(xué)教研室18 取樣經(jīng)驗公式：取樣經(jīng)驗公式： QKd

12、a Q取樣的最低質(zhì)量，取樣的最低質(zhì)量，kg K經(jīng)驗常數(shù)，經(jīng)驗常數(shù)，0.020.5 d試樣中最大顆粒的直徑，試樣中最大顆粒的直徑，mm a經(jīng)驗常數(shù)，經(jīng)驗常數(shù)，1.52.7三、分析樣品的制備三、分析樣品的制備北京中國地質(zhì)大學(xué)化學(xué)教研室191. 試樣加工方法試樣加工方法北京中國地質(zhì)大學(xué)化學(xué)教研室20(1) 碎樣器械碎樣器械 實驗室內(nèi)用乳缽：鋼制乳缽，瑪瑙乳缽實驗室內(nèi)用乳缽：鋼制乳缽，瑪瑙乳缽(2) 分析試樣的量分析試樣的量常量元素化學(xué)分析，常量元素化學(xué)分析，5g，一般制，一般制10g即可。即可。微量元素分析：微量元素分析： 至少至少2030g 2. 粉碎粉碎北京中國地質(zhì)大學(xué)化學(xué)教研室21(3)粉碎引

13、起的試樣成分變化粉碎引起的試樣成分變化 特別在細(xì)碎時，因發(fā)熱、吸水、吸收特別在細(xì)碎時，因發(fā)熱、吸水、吸收CO2以及空以及空氣中的氧化作用引起某些試樣成分變化。氣中的氧化作用引起某些試樣成分變化。 如如 H2O， H2O， Fe() 。 巖石及礦石試樣研磨巖石及礦石試樣研磨2h，F(xiàn)eO有有2030被氧化，被氧化，因此，因此，F(xiàn)eO分析結(jié)果只能是參考值。分析結(jié)果只能是參考值。北京中國地質(zhì)大學(xué)化學(xué)教研室22 預(yù)備性干燥：預(yù)備性干燥： 自然風(fēng)干，或小于自然風(fēng)干，或小于90干燥。干燥。 研磨后的試樣干燥：研磨后的試樣干燥： 105110 密封保存密封保存，或放在干燥器內(nèi)，防止吸水和，或放在干燥器內(nèi)，防止

14、吸水和CO2。3. 干燥干燥北京中國地質(zhì)大學(xué)化學(xué)教研室23 標(biāo)準(zhǔn)參考物質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)參考物質(zhì)(standard reference materials), 簡稱簡稱“標(biāo)準(zhǔn)樣品標(biāo)準(zhǔn)樣品”、“標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)” 。 使用標(biāo)準(zhǔn)參考物質(zhì)是保證和評價分析測試質(zhì)量使用標(biāo)準(zhǔn)參考物質(zhì)是保證和評價分析測試質(zhì)量的重要手段。的重要手段。 廣泛應(yīng)用于仲裁分析、外檢和產(chǎn)品認(rèn)證分析。廣泛應(yīng)用于仲裁分析、外檢和產(chǎn)品認(rèn)證分析。4. 標(biāo)準(zhǔn)參考物質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)參考物質(zhì)北京中國地質(zhì)大學(xué)化學(xué)教研室24 四個重要步驟四個重要步驟：制備；均勻性檢查；定值；穩(wěn)定性考查。：制備；均勻性檢查；定值；穩(wěn)定性考查。 標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)的研制是一項費時、費力、耗資大的項目，

15、需要標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)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(gòu)廣泛合作。組織很多研究機構(gòu)廣泛合作。 標(biāo)準(zhǔn)參考物質(zhì)中某元素的含量的定值至少使用標(biāo)準(zhǔn)參考物質(zhì)中某元素的含量的定值至少使用2種原理不種原理不同的分析方法進(jìn)行測試。同的分析方法進(jìn)行測試。 定值是應(yīng)用數(shù)理統(tǒng)計方法進(jìn)行的。定值是應(yīng)用數(shù)理統(tǒng)計方法進(jìn)行的。 我國研制的第一批水系沉積物標(biāo)準(zhǔn)參考物質(zhì)（我國研制的第一批水系沉積物標(biāo)準(zhǔn)參考物質(zhì)（GSD-1 GSD-8),48個實驗室報出的參與定值的數(shù)據(jù)就有個實驗室報出的參與定值的數(shù)據(jù)就有11680個。個。標(biāo)準(zhǔn)參考物質(zhì)的研制方法標(biāo)準(zhǔn)參考物質(zhì)的研制方法：北京中國地質(zhì)大學(xué)化學(xué)教研室25(1) 完全分解。

16、完全分解。(2) 防止欲測組分的損失。防止欲測組分的損失。(3) 在分析試樣時，不能引入欲測成分的物質(zhì)。在分析試樣時，不能引入欲測成分的物質(zhì)。(4) 分解方法迅速有效，不應(yīng)侵蝕容器。分解方法迅速有效，不應(yīng)侵蝕容器。(5) 即使是惰性的鹽也要盡量少加。即使是惰性的鹽也要盡量少加。四、試樣的分解四、試樣的分解1. 分解試樣的一般要求分解試樣的一般要求北京中國地質(zhì)大學(xué)化學(xué)教研室26(1) 鉑坩堝鉑坩堝酸溶樣品時，切勿加王水。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。鉑頭的坩堝鉗夾取。使用時要小心拿取，以放變形。使用時要小心拿取，

17、以放變形。(2) 聚四氟乙烯聚四氟乙烯在在250以下使用。以下使用。2. 分解試樣常用的容器分解試樣常用的容器北京中國地質(zhì)大學(xué)化學(xué)教研室27 硅酸鹽巖石礦物不溶于硅酸鹽巖石礦物不溶于HCl、HNO3、H2SO4、王水王水等，主要用等，主要用HF溶解溶解。3. 溶解分解法溶解分解法 （酸分解法）（酸分解法）422 24 42 2S Si iO OH HF F = = S Si iF FH H O O( () ) 蒸干 HF-H2O體系中，當(dāng)體系中，當(dāng)HF含量為含量為38.3時，恒沸點為時，恒沸點為112。 絕大多數(shù)硅酸鹽可被絕大多數(shù)硅酸鹽可被HF分解，不能分解的只有尖分解，不能分解的只有尖晶石、

18、斧石、綠柱石、鋯石、電氣石、石榴石等晶石、斧石、綠柱石、鋯石、電氣石、石榴石等少數(shù)幾種礦物。少數(shù)幾種礦物。北京中國地質(zhì)大學(xué)化學(xué)教研室28 116時，時，10%HF + 54%H2O + 36%H2SiF6 形成形成恒沸的三元體系。恒沸的三元體系。 用用HF分解礦樣時，如果控制加熱條件，適當(dāng)蒸發(fā)，分解礦樣時，如果控制加熱條件，適當(dāng)蒸發(fā)，SiO2不致?lián)p失，或損失極微。不致?lián)p失，或損失極微。北京中國地質(zhì)大學(xué)化學(xué)教研室29 皮膚接觸皮膚接觸HF，會引起劇烈疼痛。，會引起劇烈疼痛。 急救措施：急救措施： 用大量硼酸用大量硼酸(5%)沖洗；用冰鎮(zhèn)酒精浸泡；沖洗；用冰鎮(zhèn)酒精浸泡；用飽和硫酸鎂溶液浸泡；用鈣鹽

19、拌和甘用飽和硫酸鎂溶液浸泡；用鈣鹽拌和甘油包扎。油包扎。 注意安全：注意安全：北京中國地質(zhì)大學(xué)化學(xué)教研室30(1) 封閉溶解法封閉溶解法使用內(nèi)襯聚四氟乙烯、不銹鋼外套的壓力溶使用內(nèi)襯聚四氟乙烯、不銹鋼外套的壓力溶彈。彈。 用用HF 110， 用用HCl 230(2) 微波溶解微波溶解4. 溶解分解法的其它技術(shù)溶解分解法的其它技術(shù)北京中國地質(zhì)大學(xué)化學(xué)教研室31(1) 無水無水Na2CO3熔點熔點851Pt坩堝坩堝 ，510倍樣品用量，熔樣溫度倍樣品用量，熔樣溫度9501000。5. 融熔分解法融熔分解法SiO2 + Na2CO3 = Na2SiO3 + CO2Al2O3 + Na2CO3 = 2

20、NaAliO2 + CO2北京中國地質(zhì)大學(xué)化學(xué)教研室32(2) 無水無水K2CO3熔點熔點891Pt坩堝坩堝 Nb、Ta的鉀鹽能溶于水，而鈉鹽微溶于水。的鉀鹽能溶于水，而鈉鹽微溶于水。北京中國地質(zhì)大學(xué)化學(xué)教研室33(3) 焦硫酸鉀（焦硫酸鉀（K2S2O7)Pt、石英、瓷、石英、瓷坩堝坩堝SO3是該熔劑的主要有效因素，主要用來分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，有強烈解堿熔后的殘渣或灼燒后的氧化物，有強烈的分解作用。的分解作用。4 42 20 02 22 27 72 24 43 3K K S S O OK K S SO O S SO O灼燒（）北京中國地質(zhì)大學(xué)化學(xué)

21、教研室34(4) 硼砂硼砂 （Na2B4O7 10H2O） 分解耐火材料分解耐火材料(5) 偏硼酸鋰偏硼酸鋰 （LiBO2 ） ICP光譜分析中常用的熔劑，制得的溶液光譜分析中常用的熔劑，制得的溶液可以測定可以測定Na、K。北京中國地質(zhì)大學(xué)化學(xué)教研室35(6) 過氧化鈉過氧化鈉 （Na2O2 ） 對坩堝有強烈的腐蝕作用。對坩堝有強烈的腐蝕作用。 700，高鋁坩堝，高鋁坩堝200200222222222Na O2Na O O2Na O2Na O O北京中國地質(zhì)大學(xué)化學(xué)教研室36(7) Na2O2 NaOH2:1混合，混合，52010,對對Pt的腐蝕較小，的腐蝕較小，融熔物易提取。融熔物易提取。目前巖礦化學(xué)分析中應(yīng)用最廣泛的熔樣目前巖礦化學(xué)分析中應(yīng)用最廣泛的熔樣方法。方法。北京中國地質(zhì)大學(xué)化學(xué)教研室37五、硅酸鹽巖礦分析五、硅酸鹽巖礦分析1. 硅酸鹽巖石的成分硅酸鹽巖石的成分 SiO2 酸性巖酸性巖 65中性巖中性巖5265基性巖基性巖4552超基性巖超基性巖45北京中國地質(zhì)大學(xué)化學(xué)教研室38 主成分：主成分： 氧化物含量氧化物含量 1% 次成分：次成分： 氧化物含量氧化物含量 0.011% 微量元素：微量元素： 元素含量