第十章 其他产品分析

1、第十章第十章 其他产品分析其他产品分析 1 1 有色金属及合金分析有色金属及合金分析 2 2 高聚物性能分析高聚物性能分析 3 3 化学建材性能测试化学建材性能测试 4 4 快速分析及在线分析技术快速分析及在线分析技术本章主要内容本章主要内容:一、概一、概 述述 纯金属及其合金经冶炼加工制成的材料称为纯金属及其合金经冶炼加工制成的材料称为金属材料。金属材料。金属材料通常分为金属材料通常分为黑色金属黑色金属和和有色金有色金属属两类。铁、锰、铬及其合金称为黑色金属，通两类。铁、锰、铬及其合金称为黑色金属，通常就称为钢铁。除钢、铁以外的金属统称为有色常就称为钢铁。除钢、铁以外的金属统称为有色金属，包

2、括纯金属及其各种合金。金属，包括纯金属及其各种合金。1 1 有色金属及合金分析有色金属及合金分析二二 铝及铝合金分析铝及铝合金分析 概述概述 1.1 类型：铝合金通常分为类型：铝合金通常分为铸造用铝合金铸造用铝合金和和压力用压力用铝合金铝合金，后者又叫熟合金或变形铝合金。铸造铝合，后者又叫熟合金或变形铝合金。铸造铝合金分为简单的铝硅合金、特殊铝合金如铝硅镁、铝金分为简单的铝硅合金、特殊铝合金如铝硅镁、铝硅铜、铝铜铸造合金、铝镁铸造合金、铝锌铸造合硅铜、铝铜铸造合金、铝镁铸造合金、铝锌铸造合金等。金等。变形铝合金根据其性能和用途的不同变形铝合金根据其性能和用途的不同通常分通常分为铝、硬铝、防锈铝

3、、线铝、锻铝、超硬铝、特殊为铝、硬铝、防锈铝、线铝、锻铝、超硬铝、特殊铝和耐热铝等。铝和耐热铝等。1.2 分解样品方法：分解样品方法： 铝及其合金试样的分解常用铝及其合金试样的分解常用NaOH，不溶性的残渣再，不溶性的残渣再用用HNO3溶解。不直接用溶解。不直接用HNO3或浓或浓H2SO4溶解，以免溶解，以免钝化。有时也用钝化。有时也用HCl溶解，不溶性残渣再用溶解，不溶性残渣再用HNO3分分解解.1.3 成分：成分： 铝是主体元素，纯铝中一般含铝是主体元素，纯铝中一般含97%以上；铸造铝合以上；铸造铝合金含金含80%左右，而变形铝合金通常在左右，而变形铝合金通常在90%左右。一般左右。一般纯

4、铝中含有硅、铁、铜等元素，各种铝合金中常见有纯铝中含有硅、铁、铜等元素，各种铝合金中常见有硅、镁、锌、铜、锰等元素，个别的铝合金还含有镍、硅、镁、锌、铜、锰等元素，个别的铝合金还含有镍、铬。分析方法以铬。分析方法以光度法为主光度法为主。测定原理测定原理1. 铝中铝的测定铝中铝的测定 纯铝中铝的测定方法可采用纯铝中铝的测定方法可采用EDTA滴定法滴定法。 该法在微酸性溶液中加入过量的一定量的该法在微酸性溶液中加入过量的一定量的EDTA标标准滴定溶液，使铁、锌、铜等元素与之形成配合物准滴定溶液，使铁、锌、铜等元素与之形成配合物 然后在乙酸存在下，煮沸使铝全部形成配合物，以然后在乙酸存在下，煮沸使铝

5、全部形成配合物，以XO为指示剂，用硝酸铅标准滴定溶液回滴过量的为指示剂，用硝酸铅标准滴定溶液回滴过量的EDTA。 加入氟化物使加入氟化物使AlEDTA解蔽，释放出与铝等解蔽，释放出与铝等量的量的EDTA，再用硝酸铅标准滴定溶液滴定，再用硝酸铅标准滴定溶液滴定，由此计算铝的质量分数。锡、钛与由此计算铝的质量分数。锡、钛与EDTA形成形成的配合物，同样被氟化物所取代，而释放出等的配合物，同样被氟化物所取代，而释放出等量的量的EDTA，结果偏高。但通常纯铝中的锡、，结果偏高。但通常纯铝中的锡、钛含量很低，可不考虑其干扰。若含量较高时，钛含量很低，可不考虑其干扰。若含量较高时，可采用碱分离进行测定。可

6、采用碱分离进行测定。2. 锌的测定锌的测定 在部分铝合金在部分铝合金(如超硬铝合金及铸造铝合金如超硬铝合金及铸造铝合金)中。中。锌是主要合金元素，而在其它铝合金中锌是杂质锌是主要合金元素，而在其它铝合金中锌是杂质成分，其含量一般不大于成分，其含量一般不大于0.5%。 EDTA滴定法滴定法 在化学分析中一般采用化合物掩蔽滴定法。在化学分析中一般采用化合物掩蔽滴定法。方法方法用强碱溶解试样，使铁、铜、锰等成氢氧化物沉用强碱溶解试样，使铁、铜、锰等成氢氧化物沉淀而分离。而铝、锌进入溶液。在淀而分离。而铝、锌进入溶液。在pH=l0的氨性的氨性溶液中，用氟化物掩蔽大量铝及残余铁、锰等干溶液中，用氟化物掩

7、蔽大量铝及残余铁、锰等干扰元素，以扰元素，以CuEDTA及及PAN为指示剂，用为指示剂，用EDTA标准滴定溶液滴定锌。标准滴定溶液滴定锌。 3. 硅的测定硅的测定 铝合金中硅的测定通常采用铝合金中硅的测定通常采用重量法重量法。试样用。试样用NaOH分解，再用硝酸分解，再用硝酸硫酸分解残渣，使硫酸分解残渣，使SiO2 nH2O析析出并脱水，按常规方法以出并脱水，按常规方法以SiO2形式称量计算出硅形式称量计算出硅的质量分数。灼烧后的不纯的质量分数。灼烧后的不纯SiO2，用氢氟酸，用氢氟酸硫硫酸处理，扣除所含的杂质。也可采用硅钼蓝光度酸处理，扣除所含的杂质。也可采用硅钼蓝光度法测定铝合金中硅含量，

8、其原理见钢铁分析部分法测定铝合金中硅含量，其原理见钢铁分析部分. 4.铜的测定铜的测定 微量铜的测定微量铜的测定常用光度法常用光度法，常见有，常见有双环己酮草酰二双环己酮草酰二腙光度法腙光度法和和二乙基二硫代氨基甲酸钠二乙基二硫代氨基甲酸钠-氯仿苹取氯仿苹取光光度法。度法。 5.镁的测定镁的测定 镁与铝生成固溶体，铝镁合金强度大。合金中含镁与铝生成固溶体，铝镁合金强度大。合金中含Mg量一般不超过量一般不超过14.9%。铝合金中镁的测定大多。铝合金中镁的测定大多采用采用EDTA滴定法滴定法，也可采用，也可采用铬变酸铬变酸2R光度分析光度分析法法及及兴多偶氮氯膦兴多偶氮氯膦I光度法光度法。 EDT

9、A滴定法滴定法是用是用NaOH分解试样，再用盐酸分解试样，再用盐酸-硝酸硝酸混合酸分解合金中混合酸分解合金中Cu、Fe、Mg等金属成分，在等金属成分，在pH56范围内，用铜试剂分离范围内，用铜试剂分离Cu2+、Fe3十十等干扰等干扰离子，取滤液调节离子，取滤液调节pH=l0，以铬黑，以铬黑T为指示剂，直为指示剂，直接用接用EDTA标准滴定溶液滴定。标准滴定溶液滴定。 注意注意: 加入铜试剂后要立即用双层滤纸过滤，时间加入铜试剂后要立即用双层滤纸过滤，时间稍长铜试剂分解而混浊，影响终点。稍长铜试剂分解而混浊，影响终点。6. 铁的测定铁的测定 铁属铝合金中有害元素，主要来自熔炼器具坩埚铁属铝合金中

10、有害元素，主要来自熔炼器具坩埚或炉料。它使合金塑性大大降低，抗蚀性能也随或炉料。它使合金塑性大大降低，抗蚀性能也随之降低。之降低。铝合金中铁的测定采用硫氰酸盐光度法铝合金中铁的测定采用硫氰酸盐光度法。试样先用试样先用NaOH分解，然后用硝酸分解残余金属。分解，然后用硝酸分解残余金属。在酸性溶液中，在酸性溶液中，Fe3+与与SCN-生成红色的配合物生成红色的配合物Fe(SCN)n3-n，借此进行光度测定。显色后，借此进行光度测定。显色后5min内内完成测定。试验溶液中铜含量高时应预先分离，完成测定。试验溶液中铜含量高时应预先分离，所以铜合金中铁的测定采用别的方法。所以铜合金中铁的测定采用别的方法

11、。 7. 镍的测定镍的测定 常用丁二酮月亏光度法。常用丁二酮月亏光度法。在碱性溶液中，以在碱性溶液中，以(NH4)S2O8作氧化剂，作氧化剂，Ni2+与丁二酮月亏与丁二酮月亏 生成酒生成酒红色配合物，在红色配合物，在530nm波长处测定吸光度。波长处测定吸光度。Cu2+的干扰用的干扰用EDTA掩蔽消除。掩蔽消除。 8 .锰的测定锰的测定 在氧化性酸性溶液中，高碘酸钾可使锰氧化为紫在氧化性酸性溶液中，高碘酸钾可使锰氧化为紫红色的高锰酸，在红色的高锰酸，在530nm处，测定吸光度。铜镍处，测定吸光度。铜镍钴铬等干扰测定，可将部分显色溶液用亚硝酸钠钴铬等干扰测定，可将部分显色溶液用亚硝酸钠还原或还原

12、或EDTA掩蔽作参比溶液予以消除影响。掩蔽作参比溶液予以消除影响。 9. 铬的测定铬的测定 采用二苯羊炭采用二苯羊炭 酰二肼光度法酰二肼光度法，见水质分析部分。，见水质分析部分。 10钴的测定钴的测定 多用多用光度法测定光度法测定，诸多显色剂中以，诸多显色剂中以5-Cl-PADAB为好。在为好。在pH47介质中介质中Co2+与显色剂形成含两个与显色剂形成含两个五 元 环 的 红 色 稳 定 配 合 物 ， 显 色 迅 速 ， 在五 元 环 的 红 色 稳 定 配 合 物 ， 显 色 迅 速 ， 在c(H+)=24mol/L的的HCl、HBr、H2SO4介质中都介质中都不会分解。最大吸收在不会分

13、解。最大吸收在58Onm波长处。波长处。Fe3+有干有干扰，可用酒石酸掩蔽，扰，可用酒石酸掩蔽，Cu2+、Ni2+、Zn2+等因消等因消耗显色剂而使耗显色剂而使Co2+发色不完全，应增加试剂加入发色不完全，应增加试剂加入量。量。 11.锆的测定锆的测定 采用偶氮胂采用偶氮胂III光度法光度法，该法是在较强的酸性溶，该法是在较强的酸性溶液中与偶氮胂液中与偶氮胂III形成蓝色的配合物。此反应可形成蓝色的配合物。此反应可在在111mol/L盐酸溶液或在盐酸溶液或在68mol/L硝酸溶液硝酸溶液中进行，两种溶液中具有相同的灵敏度，但在硝中进行，两种溶液中具有相同的灵敏度，但在硝酸溶液中再现性较好。在较

14、浓的酸性溶液中只有酸溶液中再现性较好。在较浓的酸性溶液中只有钍干扰测定，铀及稀土含量较高时也干扰，但共钍干扰测定，铀及稀土含量较高时也干扰，但共存量不超过存量不超过50倍时不影响锆的测定。倍时不影响锆的测定。2 2 高聚物性能分析高聚物性能分析 一、高聚物一、高聚物 许多结构单元通过共价键连接成大分子，许多大许多结构单元通过共价键连接成大分子，许多大分子通过分子间力聚集成分子量很大的分子通过分子间力聚集成分子量很大的高聚物高聚物。只含有少数结构单元的聚合物通常称为只含有少数结构单元的聚合物通常称为低聚物低聚物。 高聚物是由单体按照连锁聚合反应机理或逐步聚高聚物是由单体按照连锁聚合反应机理或逐步

15、聚合反应机理合成。合反应机理合成。由一种单体进行聚合反应所形由一种单体进行聚合反应所形成的聚合物为成的聚合物为均聚物均聚物。例如：聚乙烯、天然橡胶例如：聚乙烯、天然橡胶等。等。 由两种或两种以上单体共同参加聚合反应所形由两种或两种以上单体共同参加聚合反应所形成的含有两种或多种单体单元的聚合物称为成的含有两种或多种单体单元的聚合物称为共聚共聚物物。例如：乙丙橡胶、丁苯橡胶等。以合成的、。例如：乙丙橡胶、丁苯橡胶等。以合成的、半合成的高分子化合物为基础的高分子合成材料，半合成的高分子化合物为基础的高分子合成材料，包括塑料、合成纤维、橡胶、涂料、粘合剂、离包括塑料、合成纤维、橡胶、涂料、粘合剂、离子

16、交换树脂等。还有近年来发展特殊用途的高分子交换树脂等。还有近年来发展特殊用途的高分子化合物以及具有某些功能的特种高分子化合物以及具有某些功能的特种高分 子化合子化合物。例如：耐高温聚合物、医药高分子材料、絮物。例如：耐高温聚合物、医药高分子材料、絮凝剂等。凝剂等。二、高聚物性能测试的意义二、高聚物性能测试的意义 高聚物材料对国民经济的作用日益重要。它不仅高聚物材料对国民经济的作用日益重要。它不仅在各种领域中获得应用，而且生产量上已接近传在各种领域中获得应用，而且生产量上已接近传统的金属材料，成为人类日常生活和发展工业必统的金属材料，成为人类日常生活和发展工业必不可少的材料，所以先进国家常以高聚

17、物的产量不可少的材料，所以先进国家常以高聚物的产量作为工业发达标志之一。高聚物性能测试就是为作为工业发达标志之一。高聚物性能测试就是为了认识材料，掌握、评价材料的性能，这对控制了认识材料，掌握、评价材料的性能，这对控制产品质量、使用范围和了解加工性能，评价和应产品质量、使用范围和了解加工性能，评价和应用新型高分子材料、研究其性能和结构的关系都用新型高分子材料、研究其性能和结构的关系都有重要的意义。有重要的意义。三、高聚物性能测试方法三、高聚物性能测试方法 各种聚合物材料的性能要求、测试方法都不尽各种聚合物材料的性能要求、测试方法都不尽相同相同.这里介绍应用较广的物性常数测定方法及这里介绍应用较

18、广的物性常数测定方法及常规的力学性能、耐热性能等的通用测试方法。常规的力学性能、耐热性能等的通用测试方法。这些方法操作简便，技术条件有严格的统一规这些方法操作简便，技术条件有严格的统一规定定,测试较快测试较快.通过性能测试和研究，既能确定高分子材料通过性能测试和研究，既能确定高分子材料质量的好坏，又能找出材料性能变差原因或改质量的好坏，又能找出材料性能变差原因或改性的途径。因此高聚物性能分析是发展生产和性的途径。因此高聚物性能分析是发展生产和科研工作的重要组成部分。科研工作的重要组成部分。 为了测试数据相互可比，要求测试方法的技术条为了测试数据相互可比，要求测试方法的技术条件和操作法统一化、标

19、准化、设备仪器定型化。件和操作法统一化、标准化、设备仪器定型化。根据这些方法的完善程度，可分为根据这些方法的完善程度，可分为内部标准、企内部标准、企业、部标准和国家标准方法业、部标准和国家标准方法。其结果可作为不同材料的质量比较，生产上的其结果可作为不同材料的质量比较，生产上的品质控制和质量验收的依据有的还可以作为应用品质控制和质量验收的依据有的还可以作为应用中使用性能指标和工程设计数据。中使用性能指标和工程设计数据。3 3 化学建材性能测试化学建材性能测试 高分子材料除了塑料、橡胶、纤维三大合成材料高分子材料除了塑料、橡胶、纤维三大合成材料外，胶粘剂、涂料等也是其中主要一类。它们在外，胶粘剂

20、、涂料等也是其中主要一类。它们在国民经济中的应用越来越广阔，在国防工业中也国民经济中的应用越来越广阔，在国防工业中也越来越引人注目。越来越引人注目。 用高聚物加工或用高聚物对传统材料进行改性所用高聚物加工或用高聚物对传统材料进行改性所制成的建筑材料制成的建筑材料称为化学建材称为化学建材，主要包括胶粘剂、，主要包括胶粘剂、防水涂料、保温吸收材料、密封材料、聚合物混防水涂料、保温吸收材料、密封材料、聚合物混凝土外加剂等。凝土外加剂等。 它们已成为当今建筑技术发展的主要趋势之一。这它们已成为当今建筑技术发展的主要趋势之一。这种建筑材料在许多方面又可以代替钢材、木材等传种建筑材料在许多方面又可以代替钢

21、材、木材等传统建材开拓建材的源泉，而且，具有传统材料所不统建材开拓建材的源泉，而且，具有传统材料所不具备的优良性能，可以大大地改善人类的居住条件。具备的优良性能，可以大大地改善人类的居住条件。发展的前景十分广阔。发展的前景十分广阔。 为了更好认识化学建材，掌握评价材料的性能，控为了更好认识化学建材，掌握评价材料的性能，控制产品的质量，必须进行性能测试。制产品的质量，必须进行性能测试。4 4 快速分析及在线分析技术快速分析及在线分析技术一、分析化学发展一、分析化学发展 提高分析速度，实现分析技术的机械化、自动化和提高分析速度，实现分析技术的机械化、自动化和实现在线分析，是分析工作者长期追求的目标

22、。实现在线分析，是分析工作者长期追求的目标。 5 05 0 年 代 ， 人 们 发 展 了年 代 ， 人 们 发 展 了 “ 连 续 流 动 分 析连 续 流 动 分 析 ”（ContinuosContinuos Flow Analysis Flow Analysis，简称，简称CFACFA），），就是把就是把试剂和试样按一定的比例通过管道和泵输送到某一试剂和试样按一定的比例通过管道和泵输送到某一反应区域，同时打入空气，混合并完成化学反应，反应区域，同时打入空气，混合并完成化学反应，最后进入检测器，并显示结果。最后进入检测器，并显示结果。 1974年，丹麦化学家鲁齐卡（年，丹麦化学家鲁齐卡（J

23、.Ruzicka）和汉森）和汉森（Hansen）提出了）提出了流动注射分析（流动注射分析（Flow Injection Analysis，简称，简称FIA），），直接把试液注入在管道流直接把试液注入在管道流动着的试剂中，保证了混合过程与反应时间的高动着的试剂中，保证了混合过程与反应时间的高度重现性，并在非平衡状态条件下进行检测。度重现性，并在非平衡状态条件下进行检测。 我国的分析化学工作者在五十年代也创立了高速我国的分析化学工作者在五十年代也创立了高速分析这一新的分析技术，经过分析这一新的分析技术，经过40多年的实践，这多年的实践，这一技术已成为许多钢铁厂转炉、电炉、平炉炼钢一技术已成为许多钢

24、铁厂转炉、电炉、平炉炼钢和铸造行业的化铁炉以及其他熔化炉的炉前分析和铸造行业的化铁炉以及其他熔化炉的炉前分析和炉后分析必不可少的手段，对提高钢铁产量，和炉后分析必不可少的手段，对提高钢铁产量，确保质量，减少分析成本，提高分析效率，降低确保质量，减少分析成本，提高分析效率，降低劳动强度等发挥了重要的作用，并且它的应用范劳动强度等发挥了重要的作用，并且它的应用范围在不断扩大，逐步扩展到机械、化工、土壤、围在不断扩大，逐步扩展到机械、化工、土壤、医学等领域。医学等领域。二、二、 在线分析技术及应用在线分析技术及应用1 在线分析的产生及发展在线分析的产生及发展 按照分析测试程序的不同，工业分析可以分为以下按照分析测试程序的不同，工业分析可以分为以下几种方式。几种方式。1.1 离线分析（离线分析（off-line） 现场人工采样，把样品带回现场人工采样，把样品带回实验室处理后进行测定。实验室处理后进行测定。1.2 近线分析（近线分析（at-line） 人工采样，直接在现场进行人工采样，直接在现场进行分析。分析。1.3 在线分析（在线分析（on-line） 采用自动取样系统，将试样采用自动取样系统