1、June 4, 2022第二章第二章 试样的采取和制备试样的采取和制备Chapter 2 Collection and preparation of test samples 2.1 概概 述述 工业分析的任务是从大批物料工业分析的任务是从大批物料(工业生产中的工业生产中的原料、辅助原料、辅助材料、中间产品、产品、副产品及生产过程中的废物材料、中间产品、产品、副产品及生产过程中的废物等）中等）中确定某种或某些组分的平均质量分数。用于指导和促进工业确定某种或某些组分的平均质量分数。用于指导和促进工业生产，被誉为工业生产的生产，被誉为工业生产的“眼睛眼睛”，起到，起到“把关把关”的作用。的作用。
2、工业分析测定步骤：工业分析测定步骤：1 采样采样 2 制样制样 3 分解样品分解样品 4 消除干扰消除干扰5 方法的选择方法的选择 6 结果的计算和数据的评价结果的计算和数据的评价本章我们的重点：本章我们的重点： 样品的采取与处理样品的采取与处理试样的制备与分解试样的制备与分解June 4, 2022一、样品采集的意义一、样品采集的意义 在工业分析工作中，常需要从大批物料中或大面在工业分析工作中，常需要从大批物料中或大面积的矿山上采取实验室样品。积的矿山上采取实验室样品。实验室样品就必须有较高的实验室样品就必须有较高的代表性代表性.实验室样品实验室样品( laboratory sample )
3、 送实验室供检验或测试而制备的样品。就是按科送实验室供检验或测试而制备的样品。就是按科学的方法所选取的少量能代表整批物料或某一矿山地学的方法所选取的少量能代表整批物料或某一矿山地段的平均组成的样品段的平均组成的样品,也叫也叫原始平均试样原始平均试样。试样试样(test sample) 由实验室样品制得的样品由实验室样品制得的样品.试料试料(test portion) 用以分析测定所称取的一定量的试样用以分析测定所称取的一定量的试样 若试样与实验室样品两者相同，则称取实验室样品若试样与实验室样品两者相同，则称取实验室样品，供分析所用的试料，供分析所用的试料. June 4, 2022二、样品采集
4、的原理二、样品采集的原理 在采样点上采集一定量的物料在采样点上采集一定量的物料称为称为子样子样；在一个采集对象中分布的；在一个采集对象中分布的取样品点的个数称为子样的数目；合取样品点的个数称为子样的数目；合并所有的子样称为并所有的子样称为实验室样品实验室样品即即原始原始平均试样平均试样；应采取一个实验室样品的；应采取一个实验室样品的物料总量，称为物料总量，称为分析化验单位分析化验单位。June 4, 2022采样注意的问题采样注意的问题 采取有代表性的实采取有代表性的实验室样品时，应根据物验室样品时，应根据物料的堆放情况及颗粒大料的堆放情况及颗粒大小，从不同部位和深度小，从不同部位和深度选取多
5、个采样点，采取选取多个采样点，采取一定量的样品，混合均一定量的样品，混合均匀。采取的份数越多越匀。采取的份数越多越有代表性。但是采样量有代表性。但是采样量过大，会给后面的制样过大，会给后面的制样带来麻烦。带来麻烦。June 4, 2022采集量经验计算公式采集量经验计算公式对于不均匀的物料，可采用下列试样的采集量经对于不均匀的物料，可采用下列试样的采集量经验计算公式：验计算公式：mQ kda 式中式中 d 实验室样品中最大颗粒的直径，实验室样品中最大颗粒的直径，mm mQ 采取实验室样品的最低可靠质量，采取实验室样品的最低可靠质量，kg k、a 经验常数，由实验室求得经验常数，由实验室求得 一
6、般一般k值在值在0.02 1之间，样品越不均匀，之间，样品越不均匀，k值越大，物料均匀值越大，物料均匀0.1 0.3， 物料不太均匀物料不太均匀0.4 0.6， 物料极不均匀物料极不均匀0.7 1.0；a=1.8 2.5，地质部门一般规定为，地质部门一般规定为2June 4, 2022aQkdm 结结 论：论： 物料的颗粒越大，则最低采样量品越多；物料的颗粒越大，则最低采样量品越多；样品越不均匀，最低采样量也越多。样品越不均匀，最低采样量也越多。 因此，对块状物料，应在破碎后再采样。因此，对块状物料，应在破碎后再采样。June 4, 2022例如：采集某矿石样品时，若此矿石的最大颗例如：采集某
7、矿石样品时，若此矿石的最大颗粒直径为粒直径为20 mm，k 值为值为0.06 kg / mm2mQ0.06 kg / mm2(20 mm )2 24 kg如果将上述矿石最大颗粒破碎至如果将上述矿石最大颗粒破碎至4 mmmQ0.06 kg / mm2(4 mm )2 0.96 kg 1kg结论：结论：样品的颗粒越大，称样量越大样品的颗粒越大，称样量越大aQkdm根据：June 4, 20222.2 采样方法采样方法 采样对象不同，采样方法也不相同：采样对象不同，采样方法也不相同： 一、气态物料样品的采集一、气态物料样品的采集 二、液态物料样品的采集二、液态物料样品的采集 三、固态物料样品的采集三
8、、固态物料样品的采集June 4, 2022一、气态物料样品的采集一、气态物料样品的采集 由于气体物料易于扩散，而容易混合均匀。由于气体物料易于扩散，而容易混合均匀。工业气体物料存在状态如：动态、静态、正压、工业气体物料存在状态如：动态、静态、正压、常压、负压、高温、常温、深冷等，且许多气常压、负压、高温、常温、深冷等，且许多气体有刺激性和腐蚀性，所以，采样时一定要按体有刺激性和腐蚀性，所以，采样时一定要按照采样的技术要求，并且注意安全。照采样的技术要求，并且注意安全。 June 4, 2022采样设备采样设备 一般运行的生产设备上安装有采样阀。气一般运行的生产设备上安装有采样阀。气体采样装置
9、一般有采样管、过滤器、冷却器及体采样装置一般有采样管、过滤器、冷却器及气体容器组成。气体容器组成。 采样管用玻璃、瓷或金属制成。气体温度采样管用玻璃、瓷或金属制成。气体温度高时，应以流水冷却器将气样降至常温。冷却高时，应以流水冷却器将气样降至常温。冷却器有玻璃制的和金属制的。玻璃冷却器适用于器有玻璃制的和金属制的。玻璃冷却器适用于气温不太高的气体物料，金属冷却器适用于气气温不太高的气体物料，金属冷却器适用于气 温很高的气体物料。温很高的气体物料。 June 4, 2022 气体物料的气体物料的3 3种采样方法种采样方法 Hg10060 mm瓶内压降至抽空容器采样法，负压太高抽气泵减压法负压不太
10、高负压状态气体采样装置连接直接把分析仪器和采样或者橡皮气囊为采样容器，正压状态气体采样压）流水抽气法采样（低负采样管采样瓶封闭液采样法常压状态气体采样June 4, 2022采样方法的详细介绍采样方法的详细介绍 eg.常压状态气体采样常压状态气体采样 气体状态：等于大气压或低正压或低气体状态：等于大气压或低正压或低 负压负压 采样方法：封闭液采样法采样方法：封闭液采样法 使用容器：采样瓶或采样管使用容器：采样瓶或采样管June 4, 202212345橡皮管旋塞弹簧夹封闭液瓶气样瓶采样瓶装置图June 4, 2022采样瓶采样的步骤采样瓶采样的步骤空气排尽。瓶封闭液进入提高瓶打开弹簧夹首先瓶中
11、注满封闭液1125完成采样工作夹紧弹簧至需要量关旋塞气体进入瓶降低瓶与采样管连接和橡皮管然后经旋塞541234June 4, 20221234旋塞旋塞封闭液瓶气样管装置气样管June 4, 2022 抽气泵减压法采样抽气泵减压法采样（适用于低气压或负压不太高的负压状态气体适用于低气压或负压不太高的负压状态气体） 12345气 样 管旋 塞旋 塞流 水 真 空 泵橡 皮 管橡 皮 管流 水 抽 气 法 采 样 装 置 图6June 4, 2022与自来水龙头连接经橡皮管将真空泵与采样管连接和橡皮管首先将气样管5461完成采样工作、关闭自来水龙头及旋塞经过一定时间气体抽入气样管将使流水真空泵产生负
12、压、旋塞然后开启自来水龙头和32 32June 4, 20222020空气采样器June 4, 2022二、液态物料样品的采集二、液态物料样品的采集 （一）输送管道中的物料（一）输送管道中的物料 （二）储罐器中的物料（二）储罐器中的物料 1大型储罐中的物料大型储罐中的物料 2小型储罐中的物料小型储罐中的物料 3槽车中的物料槽车中的物料June 4, 2022 1. 上浮球上浮球 2. 支撑杆支撑杆 3. 高液位取样管高液位取样管 4. 中间取样管中间取样管 5. 低液位取样管低液位取样管 6. 罐壁罐壁 7. 取样泵取样泵 8. 支座支座 HFCY油罐自动采样器原理图油罐自动采样器原理图Jun
13、e 4, 2022ZSC-II智能恒温智能恒温水样采样器水样采样器June 4, 2022三、固态物料样品的采集三、固态物料样品的采集（一）不同包装中固态工业产品的采集（一）不同包装中固态工业产品的采集 如对于袋装化肥，通常规定如对于袋装化肥，通常规定50件以内抽取件以内抽取5件；件；51100件，每增件，每增10件，加取件，加取1件；件；101500件，每增件，每增50件，加取件，加取2件；件；5011000件以内，每件以内，每增增100件，加取件，加取2件；件；10015000件以内，每增件以内，每增100件，加取件，加取1件。将子样均匀地分布该批物料中件。将子样均匀地分布该批物料中，然后
14、用采样工具进行采集。，然后用采样工具进行采集。 June 4, 2022取样钻取样钻 自袋、罐、桶自袋、罐、桶中采集粉末装中采集粉末装物料样品时，物料样品时，通常采用取样通常采用取样钻。取样钻为钻。取样钻为钻身钻身750mm，外径外径18mm，槽口宽槽口宽12mm，下端下端30 角锥角锥的不锈钢管或的不锈钢管或铜管铜管 取样时，将取取样时，将取样钻由袋（罐、样钻由袋（罐、桶）口的一角桶）口的一角沿对角线插入沿对角线插入袋（罐、桶）袋（罐、桶）内的内的1/33/4处，处，旋转旋转180 后抽后抽出，刮出钻槽出，刮出钻槽中物料作为一中物料作为一个子样。个子样。 June 4, 2022（二）商品煤
15、样品的采集（二）商品煤样品的采集1. 物料流中采样物料流中采样 在物料流中采样，通常采用舌形铲，一次横断面采在物料流中采样，通常采用舌形铲，一次横断面采取一个子样。采样应按照左、中、右进行布点，然后采取一个子样。采样应按照左、中、右进行布点，然后采集。在横截皮带运输机采样时，采样器必须紧贴皮带，集。在横截皮带运输机采样时，采样器必须紧贴皮带，而不能悬空铲取物料。而不能悬空铲取物料。2. 运输工具中的物料运输工具中的物料 当车皮容量为当车皮容量为30t以下时，沿斜线方向，采用以下时，沿斜线方向，采用三点采样；当车皮容量为三点采样；当车皮容量为40t或或50t时，采用四点采时，采用四点采样；当车样
16、；当车 皮容量为皮容量为50t以上时，采用五点采样。以上时，采用五点采样。June 4, 2022商品煤采样点图商品煤采样点图. 30t以下 40t-50t 50t以上 June 4, 20223. 物料堆中采样物料堆中采样 进厂的成批物料，如果在运输过程中没有取样，进进厂的成批物料，如果在运输过程中没有取样，进厂后可在分批存放的料堆上取样。厂后可在分批存放的料堆上取样。 其方法是：在料堆的周围，从地面起每隔其方法是：在料堆的周围，从地面起每隔0.5m左右，左右，用铁铲划一横线，然后每隔用铁铲划一横线，然后每隔12m划一竖线，间隔选划一竖线，间隔选取横竖线的交叉点作为取样点，如图所示。在取样点
17、取横竖线的交叉点作为取样点，如图所示。在取样点取样时，用铁铲将表面刮去取样时，用铁铲将表面刮去0.1m，深入，深入0.3m挖取一个挖取一个子样的物料量，每个子样的最小质量不小于子样的物料量，每个子样的最小质量不小于5kg。最后。最后合并所采集的子样。合并所采集的子样。 June 4, 202212mh=0.3mm=5kg0.5m 料堆上采样点的分布料堆上采样点的分布 June 4, 2022 （三）矿石物料样品的采集（三）矿石物料样品的采集 矿山取样一般采用矿山取样一般采用刻槽刻槽取样、取样、钻孔钻孔取取样、样、炮眼炮眼取样、取样、拣块拣块取样或取样或沿矿山开采面沿矿山开采面分格分格取样等方法
18、。取样等方法。June 4, 2022 （四）建材行业生产过程中的半成品和成品取样（四）建材行业生产过程中的半成品和成品取样1 1出磨生料、水泥的取样出磨生料、水泥的取样2 2水泥熟料的取样水泥熟料的取样3 3出厂水泥取样出厂水泥取样4 4陶瓷半成品和成品的取样陶瓷半成品和成品的取样5 5玻璃成品的取样玻璃成品的取样June 4, 2022（五）钢样样品的采集（五）钢样样品的采集1.1.熔炼阶段分析试样的采集熔炼阶段分析试样的采集2.2.钢材分析试样的取样钢材分析试样的取样3.3.采集试样的注意事项采集试样的注意事项June 4, 20222.3 试样的制备试样的制备 从实验室样品到分析试样的
19、这一处理过程称从实验室样品到分析试样的这一处理过程称为试样的制备。试样的制备一般需要经过破碎、为试样的制备。试样的制备一般需要经过破碎、过筛、混合、缩分等步骤。过筛、混合、缩分等步骤。 June 4, 2022一、破碎一、破碎 破碎可分为破碎可分为粗碎粗碎、中碎中碎、细碎细碎和和粉碎粉碎4 4个阶个阶段。根据实验室样品的颗粒大小、破碎的难易段。根据实验室样品的颗粒大小、破碎的难易程度，可采用人工或机械的方法逐步破碎，直程度，可采用人工或机械的方法逐步破碎，直至达到规定的粒度。至达到规定的粒度。破碎工具破碎工具: : 锷式破碎机、辊式破碎机、圆盘破碎机、锷式破碎机、辊式破碎机、圆盘破碎机、球磨机
20、、钢臼、铁锤、研钵等。球磨机、钢臼、铁锤、研钵等。June 4, 2022二、过筛二、过筛 物料在破碎过程中，每次磨碎后均需过筛，物料在破碎过程中，每次磨碎后均需过筛，未通过筛孔的粗粒再磨碎，直至样品全部通过未通过筛孔的粗粒再磨碎，直至样品全部通过指定的筛子为止指定的筛子为止( (易分解的试样过易分解的试样过170170目筛，难目筛，难分解的试样过分解的试样过200200目筛目筛) )。 June 4, 2022三、混匀三、混匀混匀法通常有混匀法通常有铁铲法铁铲法或或环锥法环锥法、掀角法掀角法。 铁铲法或环锥法常用于手工混合大量实验室样品。铁铲法或环锥法常用于手工混合大量实验室样品。如铁铲法是
21、在光滑而干净的混凝土或木制平台上，用如铁铲法是在光滑而干净的混凝土或木制平台上，用铁铲将物料往一中心堆积成一圆锥，然后从锥底一铲铁铲将物料往一中心堆积成一圆锥，然后从锥底一铲一铲将物料铲起，重新堆成另一个圆锥，来回翻倒数一铲将物料铲起，重新堆成另一个圆锥，来回翻倒数次。操作时物料必须从锥堆顶部自然洒落，使样品充次。操作时物料必须从锥堆顶部自然洒落，使样品充分混合均匀。也可采用机械混匀器进行混匀。分混合均匀。也可采用机械混匀器进行混匀。June 4, 2022四、缩分四、缩分 缩分是在不改变物料的平均组成的情况下，缩分是在不改变物料的平均组成的情况下，逐步缩小试样量的过程。逐步缩小试样量的过程。
22、 常用的有常用的有锥形四分法锥形四分法、正方形挖取法正方形挖取法和和分样器分样器缩分法缩分法。June 4, 20221. 锥形四分法锥形四分法 将混合均匀将混合均匀的样品堆成圆锥的样品堆成圆锥形，用铲子将锥形，用铲子将锥顶压平成截锥体，顶压平成截锥体，通过截面圆心将通过截面圆心将锥体分成四等份，锥体分成四等份，弃去任一相对两弃去任一相对两等份。等份。 四分法示意图四分法示意图 June 4, 20222正方形挖取法正方形挖取法 将混匀的将混匀的样品铺成正方形的样品铺成正方形的均匀薄层，用直尺均匀薄层，用直尺或特制的木格架划或特制的木格架划分成若干个小正方分成若干个小正方形。用小铲子将每形。用
23、小铲子将每一定间隔内的小正一定间隔内的小正方形中的样品全部方形中的样品全部取出，放在一起混取出，放在一起混合均匀。其余部分合均匀。其余部分弃去或留作副样保弃去或留作副样保管。管。 正方形挖取法正方形挖取法June 4, 20223分样器缩分法分样器缩分法 分样器为中间分样器为中间有一个四条支柱的长方有一个四条支柱的长方形槽，槽低并排焊着一形槽，槽低并排焊着一些左右交替用隔板分开些左右交替用隔板分开的小槽（一般不少于的小槽（一般不少于1010个且须为偶数），在下个且须为偶数），在下面的两侧有承接样槽。面的两侧有承接样槽。将样品倒入后，即从两将样品倒入后，即从两侧流入两边的样槽内，侧流入两边的样槽
24、内，把样品均匀地分成两份，把样品均匀地分成两份，其中的一份弃去，另一其中的一份弃去，另一份再进一步磨碎、过筛份再进一步磨碎、过筛和缩分。和缩分。 分样器示意图分样器示意图 June 4, 2022结结 果果 对分析试样粒度的要求与试样分解的难对分析试样粒度的要求与试样分解的难易程度等因素有关。经最后缩分得到的试样易程度等因素有关。经最后缩分得到的试样一般为一般为2030g（可根据需要或少或多些），（可根据需要或少或多些），还需要在玛瑙研钵中充分研细，使样品最终还需要在玛瑙研钵中充分研细，使样品最终全部通过全部通过170目目(0.088mm)或或200目目(0.074mm)筛。筛。 June 4
25、, 20222.4 2.4 试样的分解试样的分解 将固体试样处理成溶液，或将组成复将固体试样处理成溶液，或将组成复杂的试样处理成简单、便于分离和测定的形杂的试样处理成简单、便于分离和测定的形式，为各组分的分析操作创造最佳条件。式，为各组分的分析操作创造最佳条件。 分解试样的目的分解试样的目的June 4, 2022一、一、 酸碱溶解法酸碱溶解法（一）酸溶法（一）酸溶法 1 1盐酸（盐酸（HClHCl） 2 2氢氟酸（氢氟酸（HFHF） 3 3 硝酸（硝酸（HNOHNO3 3）4 4磷酸（磷酸（H H3 3POPO4 4） 5 5硫酸（硫酸（H H2 2SOSO4 4） 6 6高氯酸（高氯酸（H
26、ClOHClO4 4）（一）碱溶法（一）碱溶法 300300400g/L400g/L的氢氧化钠溶液能剧烈分解铝及的氢氧化钠溶液能剧烈分解铝及其合金。其合金。 常用的分解方法有酸碱溶解法、熔融法和半熔法常用的分解方法有酸碱溶解法、熔融法和半熔法。June 4, 2022二、熔融法二、熔融法 熔融分解的目的是利用酸性或碱性熔剂与熔融分解的目的是利用酸性或碱性熔剂与试样在高温下进行复分解反应，使试样中的组分转试样在高温下进行复分解反应，使试样中的组分转化成易溶于水或酸的化合物。化成易溶于水或酸的化合物。 熔融硅酸盐矿物和其它矿物的熔剂很多，一般多为熔融硅酸盐矿物和其它矿物的熔剂很多，一般多为碱金属化
27、合物。常用的有无水碳酸钠、碳酸钾、氢氧化碱金属化合物。常用的有无水碳酸钠、碳酸钾、氢氧化钾、氢氧化钠、焦硫酸钾、硼砂、偏硼酸锂等。钾、氢氧化钠、焦硫酸钾、硼砂、偏硼酸锂等。 June 4, 2022三、半熔法三、半熔法 是指熔融物呈烧结状态的一种熔样方法，又是指熔融物呈烧结状态的一种熔样方法，又称烧结法。此法在低于熔点的温度下，让试样与固称烧结法。此法在低于熔点的温度下，让试样与固体试剂发生反应。体试剂发生反应。 常用的半混合熔剂有常用的半混合熔剂有:MgO- -Na2CO3（2+3）, , MgO- -Na2CO3（2+1），），ZnO- -Na2CO3（1+2）。）。 硅酸盐分析中采用的半
28、熔法一般是在铂坩埚硅酸盐分析中采用的半熔法一般是在铂坩埚中，加入试料质量的中，加入试料质量的0.61倍的无水碳酸钠，于倍的无水碳酸钠，于950温度下灼烧温度下灼烧510min。石灰石、白垩土、。石灰石、白垩土、水泥生料的系统分析，常用此方法分解试样。水泥生料的系统分析，常用此方法分解试样。 June 4, 2022四、其它的分解四、其它的分解法法 （一）电解氧化溶解法（一）电解氧化溶解法 （二）加压溶解法（二）加压溶解法 （三）超声波振荡溶解法（三）超声波振荡溶解法 （四）微波溶解法（四）微波溶解法June 4, 2022习习 题题1试样的制备过程一般包括几个步骤？试样的制备过程一般包括几个步骤？2正确地采取实验室样品及正确地制备和分解试正确地采取实验室样品及正确地制备和分解试 样对样对分析工作有何意义？分析工作有何意义？3叙述各类样品的采集方法。叙述各类样品的采集方法。4. 分解试样常用的方法大致可分为哪两类分解试样常用的方法大致可分为哪两类?什么情况下什么情况下采用熔融法采用熔融法?5酸溶法常用的溶剂有哪些酸溶法常用的溶剂有哪些?6. 简述下列各溶简述下列各溶(熔熔)剂对试样分解的作用：剂对试样分解的作用： HCl、HF、HClO4、H3PO3、NaOH、KOH、 Na2CO3、K2S2O7 7查阅相关文献，阐述新的分解样品的方法。查阅相关文献，阐述新的分解样品的方法。
