第二章试样的采集制备与分解

第二章 试样的采集、制备与分解§2.1 试样的采集工业分析的基本步骤为：采样、制样、分解样品、消除干扰、方法的选择及测定、结果的计算和数据的评价。

一、样品采集的意义从被检的总体物料中取得有代表性的样品的过程称为采样。

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。

采样的要求是采集到的样品能够代表原始物料的平均组成。

因为分析结果的总标准偏差S0与取样的标准偏差Ss 和分析操作的标准偏差Sa 有关。

二、有关采样的基本术语 1、采样单元(sampling unit)具有界限的一定数量物料（界限可以是有形的也可以是无形的）。

2、份样(increment ，子样)用采样器从一个采样单元中一次取得的一定量的物料。

3、原始样品（primary sample ，送检样)合并所采集的所有份样所得的样品。

4、实验室样品(laboratory sample)为送往实验室供分析检验用的样品。

5、参考样品（reference sample ，备检样品）与实验室样品同时制备的样品，是实验室样品的备份。

6、试样（test sample ）由实验室样品制备，用于分析检验的样品。

三、采样的原则对于均匀的物料，可以在物料的任意部位进行采样；非均匀的物料应随机采样，对所得的样品分别进行测定。

采样过程中不应带进任何杂质，尽量避免引起物料的变化（如吸水、氧化等)。

四、采样的具体要求2a2s 20S S S +=1、采样单元数的确定对于化工产品，如总体物料的单元数小于500，则根据下表选取如总体物料的单元数大于500，则用下式计算采样单元数：3N 3n ⨯=式中N 为总体单元数 2、采集样品的量采集的样品的量应满足下列要求：至少应满足三次重复测定的要求；如需留存备考样品，应满足备考样品的要求；如需对样品进行制样处理时，应满足加工处理的要求。

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：akdm ≥式中m Q —采取实验室样品的最低可靠质量，kg ；d —实验室样品中最大颗粒的直径，mm ； k 、a —经验常数，由实验室求得。

一般k 值在0.02～ 1之间，样品越不均匀，k 值越大，物料均匀0.1 ～ 0.3， 物料不太均匀0.4 ～ 0.6， 物料极不均匀0.7 ～1.0；a=1.8 ～2.5，地质部门一般规定为2 。

物料的颗粒越大，则最低采样量越多；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。

例如：采集某矿石样品时，若此矿石的最大颗粒直径为20 mm，k 值为0.06 kg / mm2，则采样量m Q≥0.06 kg / mm2×(20 mm )2＝24 kg；如果将上述矿石最大颗粒破碎至4 mm，m Q≥0.06 kg / mm2×(4 mm )2＝0.96 kg ≈1kg。

3、采样记录和采样报告采样时应记录被采物料的状况和采样操作。

如物料的名称、来源、编号、数量、包装情况、存放环境、采样部位、所采样品数和样品量、采样日期、采样者等。

五、采样的方式1、随机取样随机取样又称概率取样。

基本原理是物料总体中每份被取样的概率相等。

将取样对象的全体划分成不同编号的部分，用随机数表进行取样。

2、分层取样当物料总体有明显不同组成时，将物料分成几个层次，按层数大小成比例取样。

3、系统取样系统取样是按已知的变化规律取样。

如按时间间隔或物料量的间隔取样。

4、二步取样二步取样是将物料分成几个部分，首先用随机取样的方式从物料批中取出若干个一次取样单元，然后再分别从各取样单元中取出几个份样。

六、采样方法1、固体样品的采集（1）采样工具采集固体样品所用的工具为采样探子、采样钻以及气动探针和真空探针。

采样探子长750mm，外径18mm，槽口宽12mm，下端30︒角锥的不锈钢管或铜管，形状如下图。

图2-1 采样钻取样时，将采样探子由袋（罐、桶）口的一角沿对角线插入袋（罐、桶）内的1/3～3/4处，旋转180︒后抽出，刮出钻槽中物料作为一个子样。

采样探子适用于粉末、小颗粒、小晶体等固体化工产品采样。

采样钻则适用于采集较坚硬的固体样品；气动探针和真空探针适用于粉末和细小颗粒等松散物料的采样。

（2）采样方法从物料堆中采样采样时，根据物料堆的形状和份样数目，将份样分布在堆的顶部、腰和底部。

底部采样时，采样点应距地面0.5m ，顶部采样时，应先除去0.2m 的表面层，再沿垂直方向用铲一类的工具进行挖取。

从物料流中采样时，大都是使用自动化的采样器，定时、定量连续采样。

当采用相同的时间间隔采样时，若物料流的流量均匀，则采用的时间间隔T 可用下式计算：式中：T —采样的时间间隔 minQ —物料批量 t n —份样数目 个 G —物料流量 t/h从运输工具中采样时，应根据运输工具的不同，选择不同的布点方法。

车皮容量低于30t 时，采用斜线三点法；容量在30～50t 时，采用四点法；容量超过50t 时，采用五点法。

（3）固体物料采样实例 如煤量为1000t,份样数目见下表nGQ 60T如煤量超过1000t,份样数目按下式计算：式中：n 1 — 实际应采份样数目，个；n — 上表中的份样数目，个 m — 煤量，t如煤量少于1000t,份样数目可根据上表的数目按比例递减，但不份样的最小质量可按下表规定的量采集。

在不同形状的物料中采样的方法也有所不同。

在煤堆中采样，应在料堆的周围，从地面起每隔0.5m 左右，用铁铲划一横线，然后每隔1～2m 划一竖线，间隔选取横竖线的交叉点作为取样点，如图所示。

在取样点取样时，用铁铲将表面刮去0.1m ，深入0.3m 挖取一个子样的物料量，每个子样的最小质量不小于5kg 。

最后合并所采集的子样。

料堆上采样点的分布见图2-2。

从煤流中采样，先计算出采样时间间隔，在煤流下落点，根据煤的流量和传送带宽度，以一次或分多次用接斗横截煤流的全断面采取一个份样。

从火车或汽车中采样，不管车皮容量大小，每车至少采取3个份样，按3点法布点。

1000mnn 1图2-2 煤堆中采样点的分布从船舶中采样，应直接在船上采样，以舱煤为一个采样单元，将船舱分成2～3层，每3 ～4m 为一层，将份样均匀分布在各层表面上。

2、液体样品的采集液体样品组成比较均匀，溶液采得均匀样品。

液体物料包括输送管道中的物料和储罐器中的物料。

所用的采样工具为由不与物料发生反应的金属或塑料制成的采样勺和采样杯。

此外，还有采样管和采样瓶。

采样管是由玻璃、金属或塑料制成的管子，能插入到桶、罐、槽车中所需要的液面上。

采样瓶一般为500mL 的具塞玻璃瓶。

套上加重铅锤。

3、气体样品的采集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、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，采样时一定要按照采样的技术要求，并且注意安全。

（详见气体分析一章)1～2mh =0.3m m =5kg§2.2 试样的制备原始的试样一般不能直接用于分析，必须经过制备过程。

液态和气态样品，易于混合均匀，且采样量较少，混匀后可直接进行分析。

固态样品一般要经过破碎、过筛、混匀和缩分四个程序。

一、破碎通过机械或人工的方法将大块的物料分散成一定细度的物料。

破碎可分为粗碎、中碎、细碎和粉碎4个阶段。

破碎工具是破碎机、辊式破碎机、球磨机、铁锤、研钵等二、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，直至样品全部通过指定的筛子为止(易分解的试样过170目筛，难分解的试样过200目筛)。

三、混匀混匀法通常有人工混匀和机械混匀两种。

人工法是将实验室样品置于光滑而干净的混凝土或木制平台上，用堆锥法进行混匀。

用铁铲将物料堆积成一圆锥，然后从锥底一铲一铲将物料铲起，在距圆锥一定距离的地方重新堆成另一个圆锥，每一铲的物料必须从锥顶自然洒落。

来回反复操作3次，即可认为样品混合均匀。

机械混匀法是将物料倒入机械搅拌器中，启动机器，经一段时间的运作，即可将物料混匀。

四、缩分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。

常用的缩分方法有分样器缩分法、四分法和棋盘缩分法。

1、分样器缩分法分样器下面的两侧有承接样槽（见图2-3）。

将样品倒入后，即从两侧流入两边的样槽内，把样品均匀地分成两份，其中的一份弃去，另一份再进一步磨碎、过筛和缩分。

2、锥形四分法将混合均匀的样品堆成圆锥形，用铲子将锥顶压平成截锥体，通过截面圆心将锥体分成四等份，弃去任一相对两等份。

重复操作，直至取用的物料量符合要求。

（见图2-4）图2-3 分样器图2-4 锥形四分法3．棋盘缩分法将混匀的样品铺成正方形的均匀薄层，用直尺或特制的木格架划分成若干个小正方形。

将每一定间隔内的小正方形中的样品全部取出，放在一起混合均匀。

其余部分弃去或留作副样保管。

（见图2-5）图2-5 棋盘缩分法§2.3 试样的分解一、分解试样的目的分解试样的目的是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式。

二、分解试样的要求要求试样分解完全；防止待测组分损失；不能引入与被测组分相同的物质；选择的分解试样的方法与组分的测定方法相适应。

三、分解试样的方法常用的分解方法有湿法分解法、干法分解法和其它的分解法。

1、湿法分解法湿法分解法是将试样与溶剂作用，使待测组分转变为可供分析测定的离子或分子的溶液。

湿法分解所用的溶剂主要有：水、有机溶剂、酸、碱等，应用最广泛的是HCl 、HNO 3、H 2SO 4、H 3PO 4、HF 、HClO 4等酸。

U 0为晶格能；H 为气体状态离子的溶剂化能；L 为无限稀释的溶解热。

当L 为正值时，是放热反应，晶体较易溶解，反之为吸热反应，较难溶解。

矿物中的四种晶体，只有离子晶体比较容易溶解。

下表是几种常用酸的适用范围。

)()(L U H )((溶剂化溶剂化-0X M H g X g)M MX --+−−←↓↓+−→+-+-+U H H L -+=-+实际工作中，常常将两种或两种以上的酸按比例混合使用。

如下2、干法分解法干法分解法是将不能完全被溶剂所分解的试样与熔剂混匀，在高温下发生复分解反应，使其转变为易被水或酸溶解的物质，然后用水或酸浸取。

干法分解分为熔融和烧结两种。

（1）熔融法熔融法也称全熔法。

最早在高于溶剂熔点的温度下熔融分解，熔剂与样品之间反应在液相或固-液之间进行，完全反应生成均一的熔融体。

熔融法使用的熔剂按酸碱性可分为酸性熔剂和碱性熔剂。

常用的酸性熔剂有氟化氢钾、焦硫酸钾（钠）、硫酸氢钾（钠）、强酸的铵盐等；碱性熔剂主要有碱金属碳酸盐、苛性碱、碱金属过氧化物等。

碱金属碳酸盐分解法：碳酸钠是分解硅酸盐、硫酸盐、磷酸盐、碳酸盐、氧化物、氟化物的矿物的溶剂。