第十章 其他產(chǎn)品分析

第十章其他產(chǎn)品分析

§1有色金屬及合金分析§2高聚物性能分析§3化學建材性能測試§4快速分析及在線分析技術(shù)本章主要內(nèi)容:一、概述

純金屬及其合金經(jīng)冶煉加工制成的材料稱為金屬材料。金屬材料通常分為黑色金屬和有色金屬兩類。鐵、錳、鉻及其合金稱為黑色金屬，通常就稱為鋼鐵。除鋼、鐵以外的金屬統(tǒng)稱為有色金屬，包括純金屬及其各種合金。

§1有色金屬及合金分析二鋁及鋁合金分析概述1.1類型：鋁合金通常分為鑄造用鋁合金和壓力用鋁合金，后者又叫熟合金或變形鋁合金。鑄造鋁合金分為簡單的鋁硅合金、特殊鋁合金如鋁硅鎂、鋁硅銅、鋁銅鑄造合金、鋁鎂鑄造合金、鋁鋅鑄造合金等。變形鋁合金根據(jù)其性能和用途的不同通常分為鋁、硬鋁、防銹鋁、線鋁、鍛鋁、超硬鋁、特殊鋁和耐熱鋁等。1.2分解樣品方法：鋁及其合金試樣的分解常用NaOH，不溶性的殘渣再用HNO3溶解。不直接用HNO3或濃H2SO4溶解，以免鈍化。有時也用HCl溶解，不溶性殘渣再用HNO3分解.1.3成分：鋁是主體元素，純鋁中一般含97%以上；鑄造鋁合金含80%左右，而變形鋁合金通常在90%左右。一般純鋁中含有硅、鐵、銅等元素，各種鋁合金中常見有硅、鎂、鋅、銅、錳等元素，個別的鋁合金還含有鎳、鉻。分析方法以光度法為主。測定原理鋁中鋁的測定純鋁中鋁的測定方法可采用EDTA滴定法。該法在微酸性溶液中加入過量的一定量的EDTA標準滴定溶液，使鐵、鋅、銅等元素與之形成配合物然后在乙酸存在下，煮沸使鋁全部形成配合物，以XO為指示劑，用硝酸鉛標準滴定溶液回滴過量的EDTA。加入氟化物使Al—EDTA解蔽，釋放出與鋁等量的EDTA，再用硝酸鉛標準滴定溶液滴定，由此計算鋁的質(zhì)量分數(shù)。錫、鈦與EDTA形成的配合物，同樣被氟化物所取代，而釋放出等量的EDTA，結(jié)果偏高。但通常純鋁中的錫、鈦含量很低，可不考慮其干擾。若含量較高時，可采用堿分離進行測定。2.鋅的測定在部分鋁合金(如超硬鋁合金及鑄造鋁合金)中。鋅是主要合金元素，而在其它鋁合金中鋅是雜質(zhì)成分，其含量一般不大于0.5%。

EDTA滴定法

在化學分析中一般采用化合物掩蔽滴定法。方法用強堿溶解試樣，使鐵、銅、錳等成氫氧化物沉淀而分離。而鋁、鋅進入溶液。在pH=l0的氨性溶液中，用氟化物掩蔽大量鋁及殘余鐵、錳等干擾元素，以Cu—EDTA及PAN為指示劑，用EDTA標準滴定溶液滴定鋅。3.硅的測定鋁合金中硅的測定通常采用重量法。試樣用NaOH分解，再用硝酸—硫酸分解殘渣，使SiO2nH2O析出并脫水，按常規(guī)方法以SiO2形式稱量計算出硅的質(zhì)量分數(shù)。灼燒后的不純SiO2，用氫氟酸—硫酸處理，扣除所含的雜質(zhì)。也可采用硅鉬藍光度法測定鋁合金中硅含量，其原理見鋼鐵分析部分.4.銅的測定微量銅的測定常用光度法，常見有雙環(huán)己酮草酰二腙光度法和二乙基二硫代氨基甲酸鈉-氯仿蘋取光度法。

5.鎂的測定鎂與鋁生成固溶體，鋁鎂合金強度大。合金中含Mg量一般不超過14.9%。鋁合金中鎂的測定大多采用EDTA滴定法，也可采用鉻變酸2R光度分析法及興多偶氮氯膦I光度法。

EDTA滴定法是用NaOH分解試樣，再用鹽酸-硝酸混合酸分解合金中Cu、Fe、Mg等金屬成分，在pH5～6范圍內(nèi)，用銅試劑分離Cu2+、Fe3十等干擾離子，取濾液調(diào)節(jié)pH=l0，以鉻黑T為指示劑，直接用EDTA標準滴定溶液滴定。

注意:加入銅試劑后要立即用雙層濾紙過濾，時間稍長銅試劑分解而混濁，影響終點。6.鐵的測定鐵屬鋁合金中有害元素，主要來自熔煉器具坩堝或爐料。它使合金塑性大大降低，抗蝕性能也隨之降低。鋁合金中鐵的測定采用硫氰酸鹽光度法。試樣先用NaOH分解，然后用硝酸分解殘余金屬。在酸性溶液中，F(xiàn)e3+與SCN-生成紅色的配合物[Fe(SCN)n]3-n，借此進行光度測定。顯色后5min內(nèi)完成測定。試驗溶液中銅含量高時應(yīng)預(yù)先分離，所以銅合金中鐵的測定采用別的方法。7.鎳的測定常用丁二酮月虧光度法。在堿性溶液中，以(NH4)S2O8作氧化劑，Ni2+與丁二酮月虧生成酒紅色配合物，在530nm波長處測定吸光度。Cu2+的干擾用EDTA掩蔽消除。8.錳的測定在氧化性酸性溶液中，高碘酸鉀可使錳氧化為紫紅色的高錳酸，在530nm處，測定吸光度。銅鎳鈷鉻等干擾測定，可將部分顯色溶液用亞硝酸鈉還原或EDTA掩蔽作參比溶液予以消除影響。9.鉻的測定采用二苯羊炭酰二肼光度法，見水質(zhì)分析部分。10．鈷的測定多用光度法測定，諸多顯色劑中以5-Cl-PADAB為好。在pH4～7介質(zhì)中Co2+與顯色劑形成含兩個五元環(huán)的紅色穩(wěn)定配合物，顯色迅速，在c(H+)=2～4mol/L的HCl、HBr、H2SO4介質(zhì)中都不會分解。最大吸收在58Onm波長處。Fe3+有干擾，可用酒石酸掩蔽，Cu2+、Ni2+、Zn2+等因消耗顯色劑而使Co2+發(fā)色不完全，應(yīng)增加試劑加入量。11.鋯的測定采用偶氮胂III光度法，該法是在較強的酸性溶液中與偶氮胂III形成藍色的配合物。此反應(yīng)可在1～11mol/L鹽酸溶液或在6～8mol/L硝酸溶液中進行，兩種溶液中具有相同的靈敏度，但在硝酸溶液中再現(xiàn)性較好。在較濃的酸性溶液中只有釷干擾測定，鈾及稀土含量較高時也干擾，但共存量不超過50倍時不影響鋯的測定。§2高聚物性能分析一、高聚物許多結(jié)構(gòu)單元通過共價鍵連接成大分子，許多大分子通過分子間力聚集成分子量很大的高聚物。只含有少數(shù)結(jié)構(gòu)單元的聚合物通常稱為低聚物。高聚物是由單體按照連鎖聚合反應(yīng)機理或逐步聚合反應(yīng)機理合成。由一種單體進行聚合反應(yīng)所形成的聚合物為均聚物。例如：聚乙烯、天然橡膠等。由兩種或兩種以上單體共同參加聚合反應(yīng)所形成的含有兩種或多種單體單元的聚合物稱為共聚物。例如：乙丙橡膠、丁苯橡膠等。以合成的、半合成的高分子化合物為基礎(chǔ)的高分子合成材料，包括塑料、合成纖維、橡膠、涂料、粘合劑、離子交換樹脂等。還有近年來發(fā)展特殊用途的高分子化合物以及具有某些功能的特種高分子化合物。例如：耐高溫聚合物、醫(yī)藥高分子材料、絮凝劑等。二、高聚物性能測試的意義高聚物材料對國民經(jīng)濟的作用日益重要。它不僅在各種領(lǐng)域中獲得應(yīng)用，而且生產(chǎn)量上已接近傳統(tǒng)的金屬材料，成為人類日常生活和發(fā)展工業(yè)必不可少的材料，所以先進國家常以高聚物的產(chǎn)量作為工業(yè)發(fā)達標志之一。高聚物性能測試就是為了認識材料，掌握、評價材料的性能，這對控制產(chǎn)品質(zhì)量、使用范圍和了解加工性能，評價和應(yīng)用新型高分子材料、研究其性能和結(jié)構(gòu)的關(guān)系都有重要的意義。三、高聚物性能測試方法各種聚合物材料的性能要求、測試方法都不盡相同.這里介紹應(yīng)用較廣的物性常數(shù)測定方法及常規(guī)的力學性能、耐熱性能等的通用測試方法。這些方法操作簡便，技術(shù)條件有嚴格的統(tǒng)一規(guī)定,測試較快.通過性能測試和研究，既能確定高分子材料質(zhì)量的好壞，又能找出材料性能變差原因或改性的途徑。因此高聚物性能分析是發(fā)展生產(chǎn)和科研工作的重要組成部分。為了測試數(shù)據(jù)相互可比，要求測試方法的技術(shù)條件和操作法統(tǒng)一化、標準化、設(shè)備儀器定型化。根據(jù)這些方法的完善程度，可分為內(nèi)部標準、企業(yè)、部標準和國家標準方法。其結(jié)果可作為不同材料的質(zhì)量比較，生產(chǎn)上的品質(zhì)控制和質(zhì)量驗收的依據(jù)有的還可以作為應(yīng)用中使用性能指標和工程設(shè)計數(shù)據(jù)。§3化學建材性能測試高分子材料除了塑料、橡膠、纖維三大合成材料外，膠粘劑、涂料等也是其中主要一類。它們在國民經(jīng)濟中的應(yīng)用越來越廣闊，在國防工業(yè)中也越來越引人注目。用高聚物加工或用高聚物對傳統(tǒng)材料進行改性所制成的建筑材料稱為化學建材，主要包括膠粘劑、防水涂料、保溫吸收材料、密封材料、聚合物混凝土外加劑等。它們已成為當今建筑技術(shù)發(fā)展的主要趨勢之一。這種建筑材料在許多方面又可以代替鋼材、木材等傳統(tǒng)建材開拓建材的源泉，而且，具有傳統(tǒng)材料所不具備的優(yōu)良性能，可以大大地改善人類的居住條件。發(fā)展的前景十分廣闊。為了更好認識化學建材，掌握評價材料的性能，控制產(chǎn)品的質(zhì)量，必須進行性能測試。§4快速分析及在線分析技術(shù)一、分析化學發(fā)展提高分析速度，實現(xiàn)分析技術(shù)的機械化、自動化和實現(xiàn)在線分析，是分析工作者長期追求的目標。50年代，人們發(fā)展了“連續(xù)流動分析”（ContinuosFlowAnalysis，簡稱CFA），就是把試劑和試樣按一定的比例通過管道和泵輸送到某一反應(yīng)區(qū)域，同時打入空氣，混合并完成化學反應(yīng)，最后進入檢測器，并顯示結(jié)果。1974年，丹麥化學家魯齊卡（J.Ruzicka）和漢森（Hansen）提出了流動注射分析（FlowInjectionAnalysis，簡稱FIA），直接把試液注入在管道流動著的試劑中，保證了混合過程與反應(yīng)時間的高度重現(xiàn)性，并在非平衡狀態(tài)條件下進行檢測。我國的分析化學工作者在五十年代也創(chuàng)立了高速分析這一新的分析技術(shù)，經(jīng)過40多年的實踐，這一技術(shù)已成為許多鋼鐵廠轉(zhuǎn)爐、電爐、平爐煉鋼和鑄造行業(yè)的化鐵爐以及其他熔化爐的爐前分析和爐后分析必不可少的手段，對提高鋼鐵產(chǎn)量，確保質(zhì)量，減少分析成本，提高分析效率，降低勞動強度等發(fā)揮了重要的作用，并且它的應(yīng)用范圍在不斷擴大，逐步擴展到機械、化工、土壤、醫(yī)學等領(lǐng)域。二、在線分析技術(shù)及應(yīng)用1在線分析的產(chǎn)生及發(fā)展按照分析測試程序的不同，工業(yè)分析可以分為以下幾種方式。1.1離線分析（off-line）現(xiàn)場人工采樣，把樣品帶回實驗室處理后進行測定。1.2近線分析（at-line）人工采樣，直接在現(xiàn)場進行分析。1.3在線分析（on-line）采用自動取樣系統(tǒng)，將試樣自動輸入分析儀器中進行連續(xù)或間歇分析。離線分析和近線分析是傳統(tǒng)的工業(yè)分析方式。這樣得到的分析結(jié)果滯后于實際生產(chǎn)過程，并不能反映當前的真實情況，因此當出現(xiàn)異常情況時不能及時進行調(diào)整，有可能影響生產(chǎn)的正常進行甚至出現(xiàn)事故。為了及時了解實際生產(chǎn)的真實情況，需要及時、實時得到分析結(jié)果，這樣就需要用到在線分析技術(shù)。2在線分析系統(tǒng)2.1在線分析儀器的分類可按測量原理分為八類：（1）電化學式；（2）熱學式；（3）磁學式；（4）光學式；（5）射線式；（6