无机材料化学分析

1、下一页下一页 无机材料化学无机材料化学分析分析( (以岩矿材料分析为例以岩矿材料分析为例) )岩矿分析的分类岩矿分析的分类岩矿分析中的污染与岩矿分析中的污染与损失损失分析试样的制备分析试样的制备试样的分解试样的分解硅酸盐岩矿分析硅酸盐岩矿分析 北京中国地质大学化学教研室2一、岩矿分析的分类一、岩矿分析的分类1. 简项分析简项分析了解矿石中一种或几种主要的有益或有了解矿石中一种或几种主要的有益或有害组分的含量。害组分的含量。是圈定矿体、划分矿石类型和品级，进是圈定矿体、划分矿石类型和品级，进行储量计算的依据。行储量计算的依据。 例如，碳酸盐岩石通常测定例如，碳酸盐岩石通常测定CaO、MgO和酸不

2、溶物和酸不溶物3种组分的含量。种组分的含量。北京中国地质大学化学教研室32. 全分析全分析 对样品的组分进行全面分析。对样品的组分进行全面分析。通常先做半定量或定性分析，然后再确定通常先做半定量或定性分析，然后再确定全分析的项目。全分析的项目。北京中国地质大学化学教研室43. 物相分析物相分析（不是本课程内容）（不是本课程内容）先以镜下鉴定、先以镜下鉴定、X-Ray衍射、差热分析以衍射、差热分析以及红外光谱等分析方法为手段，确定岩石及红外光谱等分析方法为手段，确定岩石中矿物组成、晶粒大小以及结构特征；中矿物组成、晶粒大小以及结构特征；应用化学选择性溶解方法，确定各种矿物应用化学选择性溶解方法，

3、确定各种矿物所占的质量分数（或百分率）。所占的质量分数（或百分率）。北京中国地质大学化学教研室5二、岩矿分析中的污染与损失二、岩矿分析中的污染与损失1. 污染污染 (1) 环境污染环境污染 (a)来自大气的污染来自大气的污染大气中经常变化的各类固态和液态微粒及气大气中经常变化的各类固态和液态微粒及气溶胶等外来成分：硫化物，溶胶等外来成分：硫化物，NOx，碳化物、，碳化物、卤化物，金属蒸气，有机金属化合物等。卤化物，金属蒸气，有机金属化合物等。痕量元素分析中要防止大气的污染，必须对痕量元素分析中要防止大气的污染，必须对空气进行净化。空气进行净化。 北京中国地质大学化学教研室6分析实验室的设计、建

4、设和使用：分析实验室的设计、建设和使用： 控制和消除污染源；控制和消除污染源； 一旦发生污染，能够立即从工作区内消一旦发生污染，能够立即从工作区内消除。除。北京中国地质大学化学教研室7(b)来自容器材料的污染来自容器材料的污染 硬质玻璃硬质玻璃 硼硅玻璃硼硅玻璃 以以Pyrex（派热克斯）为代表，（派热克斯）为代表，SiO2 81.0%，B2O3 13.0%，R2O3（三氧化二物）（三氧化二物）2.2% 。北京中国地质大学化学教研室8 铝硅玻璃铝硅玻璃 以耶那（以耶那（Jena）为代表，）为代表， SiO2 74.5%，B2O3 4.6%，R2O3( 主要是主要是Al2O3 )8.5% 。 高

5、纯融熔石英高纯融熔石英 维克尔（维克尔（Vycor）玻璃，）玻璃， SiO2 96.3%，B2O3 2.9%，R2O3 0.4% 。 耐碱玻璃耐碱玻璃 SiO2 71%，B2O3 0.2%，R2O316%，(Na2OK2O) 12%。北京中国地质大学化学教研室9 若没有特别说明，若没有特别说明， “玻璃玻璃”指的是硼硅玻璃指的是硼硅玻璃。 硼硅玻璃化学稳定性好，热稳定性高，价格低廉。硼硅玻璃化学稳定性好，热稳定性高，价格低廉。 硼硅玻璃不适用于痕量分析。硼硅玻璃不适用于痕量分析。 原因：原因： 玻璃中的化学组分易被浸出，为严重的污染源；玻璃中的化学组分易被浸出，为严重的污染源； 玻璃表面吸附造

6、成的损失不可低估。玻璃表面吸附造成的损失不可低估。 北京中国地质大学化学教研室10 石英玻璃石英玻璃 由天然或人工合成的石英砂在高温下融制而成。由天然或人工合成的石英砂在高温下融制而成。 应用应用： 痕量分析痕量分析 允许长时间于允许长时间于10001100下加热；下加热； 天然，单一杂质天然，单一杂质0.001； 人工合成，杂质人工合成，杂质10-5。刚玉刚玉(氧化铝氧化铝) 耐碱熔耐碱熔北京中国地质大学化学教研室11 铂铂 俗称白金，耐化学腐蚀，不与任何单一无俗称白金，耐化学腐蚀，不与任何单一无机酸（包括机酸（包括HF）作用。）作用。 可用可用Na2CO3、硼砂、氟化物、焦硫酸钾、硼砂、氟

7、化物、焦硫酸钾、（Na2O2NaOH）融熔样品。）融熔样品。忌王水忌王水北京中国地质大学化学教研室12 聚四氟乙烯（特氟隆，聚四氟乙烯（特氟隆，PTFE） 塑料王，在当今所有容器材料中，抗化学腐蚀能力最强。塑料王，在当今所有容器材料中，抗化学腐蚀能力最强。它既不与任何无机酸或碱作用，也不与任何单一的有机溶它既不与任何无机酸或碱作用，也不与任何单一的有机溶剂起化学反应。剂起化学反应。 可用于痕量分析（它一般仅含可用于痕量分析（它一般仅含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温度下使用。加热温度不得超过温度下使用。加热温度不得超过330（

8、软（软化温度），否则，会因分解产生剧毒气体。因此，不能直化温度），否则，会因分解产生剧毒气体。因此，不能直接放在电炉上加热。接放在电炉上加热。 缺点缺点：导热性差，使试样的分解周期加长。导热性差，使试样的分解周期加长。北京中国地质大学化学教研室13(2) 试剂和水的污染试剂和水的污染 水水蒸馏水蒸馏水 金属蒸馏器中一次蒸馏，可除去水中水溶性有机金属蒸馏器中一次蒸馏，可除去水中水溶性有机质和能电离的无机杂质以及胶质固体，电阻率质和能电离的无机杂质以及胶质固体，电阻率(Mcm) 0.10.5； 石英蒸馏器二次蒸馏，石英蒸馏器二次蒸馏， 2.0 Mcm去离子水去离子水 纯净水，电阻率理论值纯净水，电

9、阻率理论值 18.3 Mcm北京中国地质大学化学教研室14 试剂试剂 一般化学分析使用的试剂须是分析纯以上。一般化学分析使用的试剂须是分析纯以上。 化学试剂的一般分级：化学试剂的一般分级： 优级纯，优级纯，G.R. (guarantee reagent)，绿色标签，绿色标签 分析纯，分析纯，A.R.(analytical reagent)，红色标签，红色标签 化学纯，化学纯，C.P.(chemically pure)，蓝色标签，蓝色标签 其他分类：光谱纯试剂、高纯试剂、基准试剂等。其他分类：光谱纯试剂、高纯试剂、基准试剂等。北京中国地质大学化学教研室15(3) 来自试样的污染来自试样的污染 采

10、样工具材料的选择采样工具材料的选择 例如，不锈钢刀具，会引入例如，不锈钢刀具，会引入Cr，Ti。 试样粉碎时材料的选择试样粉碎时材料的选择 试样储存时容器材料的选择试样储存时容器材料的选择 塑料制品和石英是最佳储存容器材料。塑料制品和石英是最佳储存容器材料。(4)由分析人员造成的污染由分析人员造成的污染 手、头发、衣服等。手、头发、衣服等。北京中国地质大学化学教研室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的活化层，可发生吸附、离子的活化层，可发生吸附、离子交换、还原、沉淀及渗透等物理化学过程。交换、还原、沉淀及渗透等物理化学过程。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；加入适当试剂（氧化剂）；低温存储。：酸化；加入适当试剂（氧化剂）；低温存储。2. 分析中的损失分析中的损失北京中国地质大学化学教研室17(2) 挥发作用挥发作用 大于大于100时，金属很可能形成挥发性物质时，金属很可能形成挥发性物质而造成不同程度的损失。而造成不同程度的损失。(3)其它损失其它损失 水解作用，氧化还原作用，微孔渗漏水解作用，氧化还原作用，微孔渗漏北京中国地质大学化学教研室18 取样经验公式：取样经验公式： QKd

12、a Q取样的最低质量，取样的最低质量，kg K经验常数，经验常数，0.020.5 d试样中最大颗粒的直径，试样中最大颗粒的直径，mm a经验常数，经验常数，1.52.7三、分析样品的制备三、分析样品的制备北京中国地质大学化学教研室191. 试样加工方法试样加工方法北京中国地质大学化学教研室20(1) 碎样器械碎样器械 实验室内用乳钵：钢制乳钵，玛瑙乳钵实验室内用乳钵：钢制乳钵，玛瑙乳钵(2) 分析试样的量分析试样的量常量元素化学分析，常量元素化学分析，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. 粉碎粉碎北京中国地质大学化学教研室21(3)粉碎引

13、起的试样成分变化粉碎引起的试样成分变化 特别在细碎时，因发热、吸水、吸收特别在细碎时，因发热、吸水、吸收CO2以及空以及空气中的氧化作用引起某些试样成分变化。气中的氧化作用引起某些试样成分变化。 如如 H2O， H2O， Fe() 。 岩石及矿石试样研磨岩石及矿石试样研磨2h，FeO有有2030被氧化，被氧化，因此，因此，FeO分析结果只能是参考值。分析结果只能是参考值。北京中国地质大学化学教研室22 预备性干燥：预备性干燥： 自然风干，或小于自然风干，或小于90干燥。干燥。 研磨后的试样干燥：研磨后的试样干燥： 105110 密封保存密封保存，或放在干燥器内，防止吸水和，或放在干燥器内，防止

14、吸水和CO2。3. 干燥干燥北京中国地质大学化学教研室23 标准参考物质标准参考物质(standard reference materials), 简称简称“标准样品标准样品”、“标准物质标准物质” 。 使用标准参考物质是保证和评价分析测试质量使用标准参考物质是保证和评价分析测试质量的重要手段。的重要手段。 广泛应用于仲裁分析、外检和产品认证分析。广泛应用于仲裁分析、外检和产品认证分析。4. 标准参考物质标准参考物质北京中国地质大学化学教研室24 四个重要步骤四个重要步骤：制备；均匀性检查；定值；稳定性考查。：制备；均匀性检查；定值；稳定性考查。 标准物质的研制是一项费时、费力、耗资大的项目，

15、需要标准物质的研制是一项费时、费力、耗资大的项目，需要组织很多研究机构广泛合作。组织很多研究机构广泛合作。 标准参考物质中某元素的含量的定值至少使用标准参考物质中某元素的含量的定值至少使用2种原理不种原理不同的分析方法进行测试。同的分析方法进行测试。 定值是应用数理统计方法进行的。定值是应用数理统计方法进行的。 我国研制的第一批水系沉积物标准参考物质（我国研制的第一批水系沉积物标准参考物质（GSD-1 GSD-8),48个实验室报出的参与定值的数据就有个实验室报出的参与定值的数据就有11680个。个。标准参考物质的研制方法标准参考物质的研制方法：北京中国地质大学化学教研室25(1) 完全分解。

16、完全分解。(2) 防止欲测组分的损失。防止欲测组分的损失。(3) 在分析试样时，不能引入欲测成分的物质。在分析试样时，不能引入欲测成分的物质。(4) 分解方法迅速有效，不应侵蚀容器。分解方法迅速有效，不应侵蚀容器。(5) 即使是惰性的盐也要尽量少加。即使是惰性的盐也要尽量少加。四、试样的分解四、试样的分解1. 分解试样的一般要求分解试样的一般要求北京中国地质大学化学教研室26(1) 铂坩埚铂坩埚酸溶样品时，切勿加王水。酸溶样品时，切勿加王水。高温融熔样品时，在红热状态须使用包有高温融熔样品时，在红热状态须使用包有铂头的坩埚钳夹取。铂头的坩埚钳夹取。使用时要小心拿取，以放变形。使用时要小心拿取，

17、以放变形。(2) 聚四氟乙烯聚四氟乙烯在在250以下使用。以下使用。2. 分解试样常用的容器分解试样常用的容器北京中国地质大学化学教研室27 硅酸盐岩石矿物不溶于硅酸盐岩石矿物不溶于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体系中，当体系中，当HF含量为含量为38.3时，恒沸点为时，恒沸点为112。 绝大多数硅酸盐可被绝大多数硅酸盐可被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、绿柱石、锆石、电气石、石榴石等晶石、斧石、绿柱石、锆石、电气石、石榴石等少数几种矿物。少数几种矿物。北京中国地质大学化学教研室28 116时，时，10%HF + 54%H2O + 36%H2SiF6 形成形成恒沸的三元体系。恒沸的三元体系。 用用HF分解矿样时，如果控制加热条件，适当蒸发，分解矿样时，如果控制加热条件，适当蒸发，SiO2不致损失，或损失极微。不致损失，或损失极微。北京中国地质大学化学教研室29 皮肤接触皮肤接触HF，会引起剧烈疼痛。，会引起剧烈疼痛。 急救措施：急救措施： 用大量硼酸用大量硼酸(5%)冲洗；用冰镇酒精浸泡；冲洗；用冰镇酒精浸泡；用饱和硫酸镁溶液浸泡；用钙盐

19、拌和甘用饱和硫酸镁溶液浸泡；用钙盐拌和甘油包扎。油包扎。 注意安全：注意安全：北京中国地质大学化学教研室30(1) 封闭溶解法封闭溶解法使用内衬聚四氟乙烯、不锈钢外套的压力溶使用内衬聚四氟乙烯、不锈钢外套的压力溶弹。弹。 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术溶解分解法的其它技术北京中国地质大学化学教研室31(1) 无水无水Na2CO3熔点熔点851Pt坩埚坩埚 ，510倍样品用量，熔样温度倍样品用量，熔样温度9501000。5. 融熔分解法融熔分解法SiO2 + Na2CO3 = Na2SiO3 + CO2Al2O3 + Na2CO3 = 2

20、NaAliO2 + CO2北京中国地质大学化学教研室32(2) 无水无水K2CO3熔点熔点891Pt坩埚坩埚 Nb、Ta的钾盐能溶于水，而钠盐微溶于水。的钾盐能溶于水，而钠盐微溶于水。北京中国地质大学化学教研室33(3) 焦硫酸钾（焦硫酸钾（K2S2O7)Pt、石英、瓷、石英、瓷坩埚坩埚SO3是该熔剂的主要有效因素，主要用来分是该熔剂的主要有效因素，主要用来分解碱熔后的残渣或灼烧后的氧化物，有强烈解碱熔后的残渣或灼烧后的氧化物，有强烈的分解作用。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灼烧（）北京中国地质大学化学

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) 偏硼酸锂偏硼酸锂 （LiBO2 ） ICP光谱分析中常用的熔剂，制得的溶液光谱分析中常用的熔剂，制得的溶液可以测定可以测定Na、K。北京中国地质大学化学教研室35(6) 过氧化钠过氧化钠 （Na2O2 ） 对坩埚有强烈的腐蚀作用。对坩埚有强烈的腐蚀作用。 700，高铝坩埚，高铝坩埚200200222222222Na O2Na O O2Na O2Na O O北京中国地质大学化学教研室36(7) Na2O2 NaOH2:1混合，混合，52010,对对Pt的腐蚀较小，的腐蚀较小，融熔物易提取。融熔物易提取。目前岩矿化学分析中应用最广泛的熔样目前岩矿化学分析中应用最广泛的熔样方法。方法。北京中国地质大学化学教研室37五、硅酸盐岩矿分析五、硅酸盐岩矿分析1. 硅酸盐岩石的成分硅酸盐岩石的成分 SiO2 酸性岩酸性岩 65中性岩中性岩5265基性岩基性岩4552超基性岩超基性岩45北京中国地质大学化学教研室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