工业分析课件-分析方案设计

《工分综合实训-分析方案的设计》CONTENT01分析方案设计的过程02分析方案设计的程序和要求03分析方案设计测定方法的选择04复杂物质分析示例01分析方案设计的过程1.了解试样的来源和大致组成2.分析项目先后次序的选择3.分析方法的选择4.分析试剂的选择5.分析手段的选择6.拟出分析初步方案7.分析8.修改分析方案02分析方案设计的程序和要求1.接受信息接受、分析、筛选信息，明确分析方案设计的课题、条件和要求。2.分析方案设计原理从设计的要求及解决问题的顺序分析，大致有以下两个层次：一是分析方案的选定；二是分析方案操作的设计。3.分析方案设计内容（一）分析方案设计的程序1.科学性科学性是化学实验方案设计的首要原则。所谓科学性是指实验原理、实验操作程序和方法必须正确。2.安全性设计实验时应尽量避免使用有毒的药品和进行具有一定危险性的实验操作。如果必须使用，应在所设计的化学实验方案中详细写明注意事项，以防造成环境污染和人身伤害。3.可行性设计实验应切实可行，所选用的化学药品、仪器、设备和方法等在实验室现有的实验条件下能够得到满足。4.简约性设计实验应尽可能简单易行，应采用简单的实验装置、用较少的实验步骤和实验药品，并能在较短的时间内完成实验。（二）分析方案设计的基本要求03分析方案设计测定方法的选择1.测定的具体要求首先要明确测定的目的和要求，其中主要是需要测定的组分、准确度及完成测定的速度等。例如，对标样分析和成品分析，准确度是主要的；对高纯度物质中痕量组分的测定，灵敏度是主要的；而对生产过程中的控制分析，速度便成为主要考虑的问题。所选择的分析方法应是在能满足所要求准确度的前提下测定手续愈简便、完成测定的时间愈短愈好。2.待测组分的性质了解待测组分的性质，常有助于测定方法的选择。例如，酸碱性物质首先选用酸碱滴定法测定；大多数金属离子可用EDTA配位滴定法测定；有氧化或还原性质的物质可选用氧化还原滴定法测定；对于碱金属，特别是Na+具有焰色反应，可用火焰光度法测定。3.待测组分的含量范围常量组分的测定一般用滴定分析法，因为这类分析方法相对误差可达千分之几，能达到测定准确度的要求。微量组分的测定应选用灵敏度较高的仪器分析方法，其相对误差一般在百分之几，虽然相对误差比较大，但已能满足微量分析的要求。一般是从以下几个方面进行选择：4.共存组分的影响在选择分析方法时，必须考虑共存组分对测定的影响，应尽量采用选择性比较好的分析方法。如果没有适宜的方法，则应采取适当的分离方法，在除去干扰组分之后再进行测定。5.实验室的条件选择分析方法应尽可能地使用新的分析技术及方法，但还要根据实验室的具体设备条件，特效试剂的有无，标准试样的具体情况，仪器灵敏度的高低，以及操作人员的技术素质等，综合加以考虑。6.设计测定方法时，主要应考虑下面几个问题。(1)实验原理主要反应方程式、平衡常数与平衡关系式；准确(分别)滴定的判别，滴定剂的选择；计量点的计算；指示剂的选择及分析结果的计算公式。(2)实验所需仪器的种类、型号，数量；所需试剂的用量、浓度、配制方法。(3)实验步骤包括标定、测定及其他实验步骤。(4)数据记录最好列成表格形式。(5)数据的统计处理包括误差分析、结果计算等。(6)讨论包括注意事项、结果分析等。7.在分析方案设计中，选择方法和试剂时应特别注意如下原则。(1)安全原则,仔细查阅有关仪器、试剂的使用手册，尽可能减少使用对人有害的仪器、试剂。必须使用的，必须采取应对措施，严格按照操作规程进行操作。选择适当的分析方法，要求顺利地完成分析任务，必须保证人的安全、实验的安全，试样安全、试剂安全、仪器安全、用电安全、资料安全、管理安全、运行安全、环境安全等。(2)环保原则,分析方案和分析方法还应是绿色环保的。尽可能减少“三废”的排放，并应对“三废”进行环保处理设计。主张分析方案和分析方法设计实验的微型化(化学试剂用量少，环境污染的可能性减少)。(3)节省原则,在考虑上述两个因素的同时，本着需要与节省开支、厉行节约的原则对方法进行优化。实验设计确定前，应到实验室查对有关仪器、试剂的种类和数量，以便利用现有资源和条件，减少经费的支出。04复杂物质分析示例（一）硅酸盐试样的分解

根据硅酸盐中二氧化硅与碱性氧化物比值的大小，分别采用酸溶法、碱熔法或烧结法来分解试样。碱性氧化物的含量愈高，碱性愈强，则此硅酸盐愈易为酸分解，甚至可以溶于水。如水玻璃硅酸钠可溶于水，硅酸钙不溶于水而溶于酸，分解这一类型的硅酸盐试样通常选用HCl，HNO3，HClO4，H3PO4，及HF等，在系统分析中常以HCl分解试样。若硅酸盐试样中二氧化硅含量较高，则试样不能用酸直接分解，需采用熔融法或烧结法。在熔融法中，若用碱熔两次盐酸蒸干法脱水测定二氧化硅，则选用碳酸钠和碳酸钾作熔剂：若用动物胶凝聚法测定二氧化硅，选用氢氧化钠或氢氧化钾作熔剂。在硅含量不太高的试样如水泥、石灰石等测定中，采用碳酸钠烧结法分解试样，氯化铵脱水法测定二氧化硅的含量时，滤液作其他成分的测定。

硅酸盐的分析为例,硅酸盐分析通常主要测定项目有：SiO2，Fe2O3，Al2O3，TiO2，CaO和MgO。这些分析项目可在同一分析试样溶液中进行，称之为硅酸盐系统分析。（二）二氧化硅的测定

测定二氧化硅的方法有：滴定分析法、沉淀称量法和汽化法三种。滴定分析法是依据硅酸在有过量的氟离子和钾离子的强酸性溶液中，生成氟硅酸钾沉淀，该沉淀在热水中水解并相应生成氢氟酸，再用氢氧化钠标准溶液滴定，借以求得试样中二氧化硅的含量。该法分析速度快，但准确度稍差。汽化法是用氢氟酸加硫酸处理试样，二氧化硅以氟化硅的形式逸出，试样的减量即为二氧化硅的含量，该法需在铂皿中进行，费时较长，适用于二氧化硅含量较高的试样，如石英砂的分析。硅酸盐系统分析中二氧化硅的测定，通常采用碱熔融后硅酸脱水称量法测定，滤液供其它组分的测定。为了使硅酸沉淀完全并脱水，可采用两次盐酸蒸干法、动物胶凝聚法和氯化铵凝聚称量法，这三种方法分述如下。1.两次盐酸蒸干法

该法是将经熔融分解后的试样转化为试液，加入盐酸后在沸水浴上蒸发至近干，使无定形的硅酸脱水，硅酸经一次脱水处理后，仍有部分以水溶胶形式存在，为此进行第二次盐酸脱水、蒸干，然后加热水溶解可溶性盐类，过滤、洗涤，将两次沉淀合并，并且灼烧至恒重，计算二氧化硅的含量。该法必须严格控制蒸干脱水的温度和时间，温度太低或时间太短，则硅酸脱水不完全；温度过高，时间过长，一方面硅酸易被许多杂质沾污，另一方面会形成可溶于酸的硅酸镁等，这此因素都会影响二氧化硅的测定结果。2.动物胶凝聚法

动物胶是一种富有氨基酸的蛋白质，在水溶液中具有很强的亲水作用，并且是一种可逆性胶体。它在碱性或中性溶液中为典型的保护胶体，而在酸性溶液中（pH＜4.7），则由于吸附氢离子而带有正电荷，因而它能凝聚许多带有负电荷的胶体。因此，在一定的酸度和温度下，加入适量的动物胶，即可中和硅酸溶胶所带的负电荷，因而使硅酸凝聚下沉。动物胶凝聚法是将分解试样所得试液加入盐酸后，在水浴上蒸发至湿盐状态，冷却至50～70℃，加入盐酸和动物胶，充分搅拌，并在60～70℃保温10min，使硅酸凝聚，溶解可溶性盐类后，过滤、洗涤，将沉淀灼烧至恒重，计算二氧化硅的含量。用动物胶凝聚硅酸溶胶的完全程度，与分析时溶液的酸度、温度及动物胶的加入量等因素有关。溶液中盐酸的浓度一般应保持在8mol/L以上，凝聚时的温度应控制在60～70℃范围内，加入动物胶的量，应恰好能完全中和硅酸溶胶质点所带的电荷。3.氯化铵凝聚法

该法是在试样经分解后制得的试液中加入浓盐酸，加热蒸发至近干，加入足量的氯化铵，由于氯化铵的水解，夺取了硅酸颗粒中的水分，加速了脱水过程，同时在酸性溶液中硅酸的质点带负电荷，在加热蒸发的条件下，被大量带正电荷的铵离子所中和，从而加速了硅酸凝聚。蒸发完毕后，溶解可溶性盐类，再经过滤、洗涤，将沉淀灼烧至恒重。用氯化铵凝聚法测定二氧化硅的条件是比较宽的。对于酸溶性的试样，称样0.5g制成的试液，加0.5～4g氯化铵，2mL浓盐酸，沸水浴上加热蒸发10～30min，均能得到准确的分析结果。称量法测定硅酸盐中二氧化硅的含量时，所得二氧化硅的沉淀总夹带有铁、铝、钛等杂质，并在滤液中存有漏失的二氧化硅，一般分析可不必校正，但若需要精确的分析结果，则应将灼烧称量后的二氧化硅沉淀物再用氢氟酸和硫酸处理，再将残渣灼烧称量，于称量的二氧化硅中扣除残渣量。残渣再经酸溶、水浸取后与滤液合并，供系统分析用。滤液中漏失的硅酸可用硅钼蓝吸光光度法测定，再将此结果与称量法结果相加。（三）Fe2O3，Al2O3，和TiO2的测定

试液中的Fe2O3，Al2O3，和TiO2的含量在常量范围内时，可用配位滴定法测定。在微量范围内时，可用吸光光度法测定。1、Fe2O3的测定通常采用配位滴定法和吸光光度法（1）配位滴定法以称量法测定SiO2后所得的滤液，吸取部分溶液，调整溶液的酸度pH在2～2.5，以磺基水杨酸钠作指示剂，于50～60℃时用EDTA标准溶液直接滴定Fe3+。（2）吸光光度法将试样液中Fe3+用盐酸羟胺或抗坏血酸还原为Fe2+，在pH为2～9的范围与邻二氮菲生成稳定的橙红色配合物。常加入NaOAc调节溶液酸度约为pH≈5时，用显色剂显色，于510nm波长处用适当厚度的比色皿测定吸光度。从预先绘制好的工作曲线上查得铁含量。2.Al2O3和TiO2的测定

（1）配位滴定法将滴定Fe3+后的试液用氨水调节酸度pH为4左右，加入过量的EDTA标准溶液，加热煮沸，使Al3+，Ti4+与EDTA定量反应完全，然后加入HOAc-NaOAc缓冲溶液，调节溶液的pH为5～6，以二甲酚橙为指示剂，用锌盐标准溶液返滴定，除去过量的EDTA。再在返滴定后的溶液中加入NH4F，煮沸，此时Al-EDTA和Ti-EDTA转化为Al3+和Ti3+，相应地释放出等物质的量的EDTA。然后再以锌盐标准溶液滴定释放出来的EDTA，从而可得Al2O3+TiO2所消耗EDTA标准溶液的体积。另取一份滴定Fe3+后的试液，同样按上述步骤进行，将返滴定的溶液的酸度调为Ph≈4.2，以苦杏仁酸代替NH4F进行置换滴定，此时只有Ti-EDTA被置换，释放出与Ti等物质量的EDTA，再用锌标准溶液滴定，可直接测得TiO2的含量。由滴定Al2O3+TiO2总消耗的锌盐标准溶液体积减去TiO2消耗的体积，就可以算出Al2O3的含量。2.Al2O3和TiO2的测定

（2）吸光光度法测定Al2O3在pH=5的溶液中，Al3+与铬天青S-溴化十四烷基吡啶（简写为CAS-TPB）生成紫红色的三元配合物，借此进行吸光光度法测定。方法：试液先用氨水和盐酸调Ph≈2后，加入CAS-TPB混合液，再加pH=5.3的HAc-NaAc缓冲溶液，显色，于610nm波长处测定吸光度。从预先绘制好的工作曲线上查得含量。Fe3+的干扰可用抗坏血酸还原消除，Ti4+的干扰可加苦杏仁酸掩蔽，F-存在对Al2O3的测定有干扰，故必须事先除去。（3）吸光光度法测定TiO2在0.5～1mol/L的盐酸介质中，Ti4+与二安替比林甲烷形成1：3的黄色配合物，在波长420nm处，用分光光度计测定吸光度。Fe3+的干扰可用抗坏血酸还原消除。（四）CaO和MgO的测定

试液中共存组分Fe3+、Al3+、Ti4+、Mn2+的存在对Ca2+，Mg2+的测定均有干扰，此组分含量较少时，可加入掩蔽剂如三乙醇胺、酒石酸钾钠消除干扰；当含量较高时，一般采用沉淀分离法除去干扰组分，分离Fe3+、Al3+、Ti4+的滤液即可用来滴定CaO和MgO的含量，Ca2+，Mg2+通常采用配位滴定法测定。在pH=10时，用铬黑T或酸性铬蓝K-萘酚绿B作指示剂，用EDTA标准溶液滴定CaO+MgO钙镁总量，干扰离子用三乙醇胺掩蔽。另取一份试液，加入酒石酸钾钠、三乙醇胺掩蔽干扰离子，用强碱调节pH＞12，Mg2+生成Mg(OH)2沉淀，用钙指示剂或中性百里酚蓝作指示剂，以ED