化学试样的采取和制备
铜臭 / 2022-07-01
一、采样的重要性
在实际工作中，要化验的物料常常是大量的，其组成有的比较均匀，也有的很不均匀。化验时所称取的分析试样只是几克，几百毫克或更少，而分析结果必须能代表全部物料的平均组成，因此，仔细而正确地采取具有代表性的“平均试样”，就具有极其重要的意义。
一般地说，采样误差常大于分析误差，因此，掌握采样和制样的一些基本知识是很重要的。如果采样和制样方法不正确，即使分析工作做得非常仔细和正确，也是毫无意义的，有时甚至给生产和科研带来很坏的后果。
二、采样的方法
通常遇到的分析对象是各种各样的，例如有金属、矿石、土地、化工产品、石油、工业用水，天然气等等。归结起来，试样有固体、液体和气体三种形态。按其各组分在试样中的分布情况看，不外乎有分布得比较均匀和分布得不均匀的两种。显然，对于不同的分析对象，分析前试样的采取及制备也是不相同的，因此其采样及制备样品的具体步骤应根据分析试样的性质、均匀程度、数量等等来决定。这些步骤和细节在有关产品的国家标准和部颁标准上都有详细规定，例如石油产品取样 法(SYB2001-59)， 化学试剂取样及验收规则(GB619-65)等等。各种工业分析专著上也都有试样的采取和制备的章节，这里只讨论试样的采取和制备的一些基本原则。
1.组成比较均匀的试样的采取和制备
一般地说，金属试样、水样、以及某些较为均匀的化工产品等，组成比较均匀、任意采取一部分或稍加混合后取一部分，即成为具有代表性的分析试样。
(1)金属试样 金属经高温熔炼，组成比较均匀。例如钢片，只要任意剪取一部分即可。但对钢锭和铸铁来说，由于表面和内部的凝固时间不同，铁和杂质的凝固温度也不一一样，因此表面和内部所含的杂质也有所不同，使组成不很均匀。为了克服这种不均匀性，在钻取试样时，先用砂轮将表面层磨去，然后采用多钻几个点及钻到一定的深度的方法。将所取得的钻屑放于冲击钵中捣碎混匀，作为分析试样。
(2)水样 由于各种水的性质不同，水样的采集方法也不同。洁净的与稍受污染的天然水，水质变化不大，因此在规定的地点和深度，按季节采取一、二次，即具有代表性;生活污水与人们的作息时间、季节性的食物种类都有关系，一天中不同时间的水质不完全一一样，每个月的水质情况也不相同;工业废水的变化更大，同一种工业废水，由于生产工艺过程不同，废水水质差别很大。同时工业废水的水质还会因原材料不均一、工艺的间歇性，随时跟着变化。所以在采集上述各种水样时，必须根据分析目的采取不同的采集方式。如平均混合水样，平均比例混合水样，用自动取样器采集一昼夜的连续比例混合水样等。但对于受污染十分严重的水体，其采样要求，应根据污染来源，分析目的而定，不能按天然水采样。
供一般确定物理性质与化学成分分析用的水样有2升即可。水样瓶可以是容量为2升的、无色磨口塞的硬质玻璃细口瓶或聚乙烯塑料瓶。当水样中含多量油类或其它有机物时，以玻璃瓶为宜;当测定微量金属离子时，采用塑料瓶较好，塑料瓶的吸附性较小。测定SiO2必须用塑料瓶取样。测定特殊项目的水样，可另用取样瓶取样，必要时需加药品保存。
采样瓶要洗得很干净，采样前应用水样冲洗样瓶至少三次，然后采样。采样时，水要缓缓流入样瓶，不要完全装满,水面与瓶塞间要留有空隙(但不超过1厘米)，以防水温改变时瓶塞被挤掉。
采集水管或有泵水井中的水样时，只须将水龙头或泵打开，放水数分钟，使积留在水管中的杂质冲洗掉，然后取样即可。
采集池、江、河水的水样时，将一个干净的空瓶盖上塞子，塞子上系上一根绳子，瓶底系、铁铊或石头(如图3-1所示)，沉入水面下一定深处(通常为20~50厘米)，然后拉绳拔塞，让水样灌入瓶中取出即可。一般要在不同深度取几个水样混合后作为分析试样，如水面较宽，应该在不同的断面分别采取几个水样。
采集工业废水祥品时要根据废水的性质、排放情况及分析项目的要求，采用下列四种采集方式。
①间隔式平均采样:对于连续排出水质稳定的生产设备，可以间隔一定时间采取等体积的水样，混匀后装入瓶内。
②平均取样或平均比例取样:对几个性质相同的生产设备排出的废水，分别采集同体积的水样，混匀后装瓶;对性质不同的生产设备排出的废水，则应先测定流量，然后根据不同的流量按比例采集水样，混匀后装瓶。最简单的办法是在总废水池中采集混合均匀的废水。
③瞬间采样:对通过废水池停留相当时间后断续排出的工业废水，可以一次采取。
④单独采样: 某些工业废水，如油类和悬浮性固体分布很不均匀，很难采到具有代表性的平均水样，而且在放置过程中水中些杂质容易浮 于水面或沉淀 ，,若从全分析水样中取出一部分用来分析某项目，则会影响到结果的正确性。在这种情况下，则可单独采样，进行全量分析。
水样采集后应及时化验，保存时间愈短，分析结果则愈可靠。有些化学成分和物理性状要在现场测定，因为在送往实验室的过程中就会产生变化。水样保存的期限取决于水样性质、测定项目的要求和保存条件。对于现场无条件测定的项目，可采用“固定”的方法，使原来易变化的状态转变成稳定的状态。例如:
氰化物 加入NaOH, 使pH值调至11.0以上， 并保存在冰箱中，尽快分析;
重金属 加HCI或HNO3酸化，使pH值在3.5 左右，以减少沉淀或吸附;
氮化合物 每升水加0.8毫升浓H2SO4，以保持氦的平衡，在分析前用NaOH溶液中和;
硫化物 在250~500毫升采样瓶中加入1毫升25%醋酸锌溶液，使成硫化物沉淀;
酚类 每升水中加 0.5克氢氧化钠及1克硫酸铜;
溶解氧 按测定方法加入硫酸锰和碱性碘化钾;
pH值、余氯必须当场测定。
(3)化工产品组成比较均匀的 化工产品可以任意取一部分为分析试样。批量较大时，定出抽样百分比，各取出一部分混匀作为分析试样。但也有一些化工产品如浓硫酸，由于具有吸湿性，在贮槽中，表面与内部的含量有所不同，所以应分别从各深度取出一部分混匀后作为分析试样。采集硫酸试样时要用耐酸的采样器皿。
2.组成很不均匀的试样的采取和制备
对一些颗粒大小不均匀，成分混杂不齐，组成极不均匀的试样，如矿石、煤炭、土壤等，选取具有代表性的均匀试样是一项较为复杂的操作。为了使采取的试样具有代表性，必须按一定的程序，自物料的各个不同部位，取出一定数量大小不同的颗粒。取出的份数越多，试样的组成与被分析物料的平均组成越接近。根据经验，平均试样选取量与试样的均匀度、粒度、易破碎度有关，可用下式(称为采样公式)表示之。
Q= Kdₐ
式中Q为采取平均试样的最小重量(公斤); d为试 样中 最大颗粒的直径(毫米); K和a为经验常数，由物料的均匀程度和易破碎程度等决定，可由实验求得，K值在0.02~0.15之间，a值通常为1.8~2.5。地质部门将a值规定为2，则上 式为Q= Kd²
例如在采取赤铁矿的平均试样时(赤铁矿的K值为0.06)，若此矿石最大颗粒的直径为20毫米，则根据上式计算得:
Q=0.06×20²=24公斤
也就是最小重量要采取24公斤。这样取得的试样，组成很不均匀，数量又太多，不适宜于直接分析。根据采样公式，试样的最大颗粒越小，最小重量可越小。如将上述试样最大颗粒破碎至1毫米，则
Q=0.06X 1²=0.06公斤
此时试样的最小重量可减至0.06公斤。因此，采样后进一步破碎，混合，可减缩试样量而制备适宜于分析用的试样。制备试样一般可分为破碎，过筛，混匀，缩分四个步骤。
(1)破碎 用机械或人工方法把样品逐步破碎，大致可分为粗碎、中碎和细碎等阶段。
粗碎:用顎式破碎机把大颗粒试样压碎至通过4~6网目筛。
中碎:用盘式粉碎机把粗碎后的试样磨碎至通过20网目筛。
细碎:用盘式粉碎机，进一.步磨碎，必要时再用研钵研磨，直至通过所要求的筛孔为止。
在矿石中，难破碎的粗粒与易破碎的细粒的成分常常不同，在任何一次过筛时，应将未通过筛孔的粗粒进一-步破碎，直至全部过筛为止，不可将粗粒随便丢掉。
筛子一般用细的铜合金丝制成，有一定孔径，用筛号(网目)表示，通常称为标准筛。
| 筛号（网目） |
3 |
6 |
10 |
20 |
40 |
60 |
80 |
100 |
120 |
140 |
200 |
| 筛孔直径（毫米） |
6.72 |
3.36 |
2.00 |
0.83 |
0.42 |
0.25 |
0.177 |
0.149 |
0.125 |
0.105 |
0.074 |
(2)缩分 在样品每次破碎后，用机械(分样器)或人工取出一部分有代表性的试样，继续加以破碎。这样，样品量就逐渐缩小，便于处理。这个过程称为“缩分”。
常用的手工缩分方法是“四分法”。如图3-2所示:先将已破碎的样品充分混匀，堆成圆锥形，将它压成圆饼状，通过中心按十字形切为四等份，弃去任意对角的两份。由于样品中不同粒度、不同比重的颗粒大体上分布均匀，留下样品的量是原样的一半，仍能代表原样的成分。
缩分的次数不是随意的，在每次缩分时，试样的粒度与保留的试样量之间，都应符合采样公式。否则应进-一步破碎后， 再缩分。根据Q= Kd2公式，计算不同K值和不同粒度时所需 ; 试样的最小重量如表3-1所示。
例 有试样20公斤，粗碎后最大粒度为6毫米左右，已定K值为0.2,问应缩分几次?如缩分后，再破碎至全部通过10号筛，问应再缩分几次?
解 由表3-1可知，当d=6毫米时，Q≈9公斤，故20公斤试样应缩分一次，留下20×1/2=10公斤。此量大于要求的Q值(9公斤)。
破碎过10号筛后，d=2毫米，Q=0.8公斤，将10公斤试样连续缩分三次，留下10×（1/2）³=1.25公斤。此量大于要 求的Q值(0.8公斤)， 故仍有代表性。
一般送化验室的试样是为200~500克。试样最后的细度应便于溶样，对于某些较难溶解的试样往往需要研磨至能通过100目甚至200目的细筛。
将制备好的试样贮存于具有磨口玻璃塞的广口瓶中，瓶外贴好标签，注明试样名称、来源、采样日期等。
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