無機材料化學(xué)分析.ppt

1、下一頁,無機材料化學(xué)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(jù)。 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(nèi)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(jié)構(gòu)特征； 應(yīng)用化學(xué)選擇性溶解方法，確

2、定各種礦物所占的質(zhì)量分?jǐn)?shù)（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(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，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(shè)計、建設(shè)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(nèi)消除。,7,(b)來自容器材料的污染 硬質(zhì)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?nèi)谌凼?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(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。 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(yīng)用： 痕量分析 允許長時間于10001100

4、下加熱； 天然，單一雜質(zhì)0.001； 人工合成，雜質(zhì)10-5。 剛玉(氧化鋁) 耐堿熔,11, 鉑 俗稱白金，耐化學(xué)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(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劑起化學(xué)反應(yīng)。 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(chǎn)生劇毒氣體。因此，不能直接放在

5、電爐上加熱。 缺點：導(dǎo)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(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， 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(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： 優(yōu)級純，G.R. (guarantee reagent)，綠色標(biāo)簽 分析純，A.R.(analytical reagent)，紅色標(biāo)簽 化學(xué)純，C.P.(chemically pure)，藍色標(biāo)簽 其他分類：光譜純試劑、高純試劑、

6、基準(zhǔn)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(xué)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(dāng)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(zhì)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(jīng)驗公式： QKda Q取樣的最低質(zhì)量，kg K經(jīng)驗常數(shù)，0.020.5 d試樣中最大顆粒的直徑，mm a經(jīng)驗常數(shù)，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(nèi)用乳缽：鋼制乳缽，瑪瑙乳缽 (2) 分析試樣的量 常量元素化學(xué)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(xiàn)

8、eO有2030被氧化，因此，F(xiàn)eO分析結(jié)果只能是參考值。,22,預(yù)備性干燥： 自然風(fēng)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(nèi)，防止吸水和CO2。,3. 干燥,23,標(biāo)準(zhǔn)參考物質(zhì)(standard reference materials), 簡稱“標(biāo)準(zhǔn)樣品”、“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。,4. 標(biāo)準(zhǔn)參考物質(zhì),24,四個重要步驟：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，需要組織很多研究機構(gòu)廣泛合作。 標(biāo)準(zhǔn)參考物質(zhì)中某元素的含量的定值

9、至少使用2種原理不同的分析方法進行測試。 定值是應(yīng)用數(shù)理統(tǒng)計方法進行的。 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11680個。,標(biāo)準(zhǔn)參考物質(zhì)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(zhì)。 分解方法迅速有效，不應(yīng)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(dāng)HF含量為38.3時，恒沸點為112。 絕大多數(shù)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(shù)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(dāng)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(nèi)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(shù),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(xué)分析中應(yīng)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(xué)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(xué)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