分析试样的采集与制备

第2章分析试样的采集与制备

基本内容

试样分析过程一般包括下列步骤：试样的采集和制备、定性检验、试样的分解、干

扰物质的分离和定量测定。分析测定的结果能否为生产、科研提供可靠的分析数据，直

接取决于试样有无代表性，处理过程是否完善，要从大量的被测物质中采取能代表整批

物质的小样，以取得正确的结果，应掌握适当的技术，遵守一定的规则，采用合理的采

样、制备试样和分离检测的方法。1．试样的采集

在实际分析中常需要测定大量物料中某些组分的平均含量，但在实际分析时只能称

取几克、十分之几克甚至更少的样品进行测定。必须使被测样品具有代表性，能代表整

批物料的真实情况。因此在进行分析前必须了解试样的来源，明确分析的目的，作好试

样的采集工作。所谓试样的采集工作是指从大批物料中采集原始试样，再进一步制备成

供分析用的试样。按试样的存在形态可分为气态、固态和液态三种。对不同形态的不同

物料应采用不同的采集方法。

1.1固体试样

固体试样种类繁多、形态各异，试样的性质和均匀程度差别较大。经常遇到的有矿

石、合金、盐类和土壤等。为确保有代表性，所取的原始试样不仅量远远大于最低重量，

而且颗粒不均匀，不适合作分析用，必须进一步制备成量少、颗粒高度均匀的分析试样。

由于固体试样的成分分布不均，因此在取样时根据堆放情况，从不同的部位和深度选取

多个取样点进行采样。采取的份数越多越有代表性。但是取用量过大，处理非常麻烦。一般取样量是根据采样公式：Qm≥2kd计算。式中：Qm—试样最低重量（公斤）；k—

经验常数（0.02-1之间）；d—试样中最大颗粒的直径(毫米)。

例如：欲采铁矿试样，若矿石最大粒度为直径20毫米，k值为0.08，应取矿石的

最少量为多少？

解：根据题意已知：直径=20毫米，K=0.08代入公式Qm≥2kd得：Qm=0.08×202=24（kg）显然，这样取得的试样组成很不均匀，数量又太多例如：欲采铁矿试样，若矿石最

大粒度为直径20毫米，k值为0.08，应取矿石的最少量为多少？

解：根据题意已知：直径=20毫米，K=0.08代入公式Qm≥2kd得：Qm=0.08×202=24（kg）

显然，这样取得的试样组成很不均匀，数量又太多。

1.2液体试样

液体物质有水、饮料、体液和工业溶剂等，它们一般比较均匀，因此采集单元数可

以较少。对于体积较小的物料，可在搅拌下直接用瓶子或取样管取样；装在大容器里的

物料，在贮槽的不同位置和深度取样后混合均匀即可作为分析试样；对于分装在小容器

里的液体物料，应从每个容器里取样，然后混匀作为分析试样；对于水样，应根据具体

情况，采取不同的方法采样；采取水管中或有泵水井中的水样时，取样前需将水龙头或

泵打开，先放水10-15分钟，然后再用干净瓶子收集水样；

采取池、江、河、湖中的水样时，首先根据分析目的及水系具体情况选择好采样地

点。用采样器在不同深度各取一份水样，混合均匀后作为分析试样。

1.3气样试样

常见气体试样有：汽车尾气、工业废气、大气、压缩气体以及气溶物等。亦需按具

体情况，采用相应的方法。

最简单的气体试样采集方法为用泵将气体充入取样容器中，一定时间后将其封好即

可。但由于气体储存困难，大多数气体试样采用装有固体吸附剂或过滤器的装置收集。

固体吸附剂用于挥发性气体和半挥发性气体采样；

过滤法用于收集气溶胶中的非挥发性组分。

大气样品的采取，通常选择距地面50-180厘米的高度采样、使与人的呼吸空气相同。

大气污染物的测定是使空气通过适当吸收剂，由吸收剂吸收浓缩之后再进行分析。

对储存在大容器内的气体，因不同部位的密度和均匀性不同，应在上、中、下等不

同处采样混匀。

气体试样的化学成分通常较稳定，不需采取特别措施保存。

1.4生物样品

采样时应根据研究和分析需要选取适当部位和生长发育阶段进行，即采样除应注意

群体代表性外，还应有适时性和部位典型性。

(1)采样的一般原则有以下几点：

①代表性：选择一定数量的能代表大多数情况的植物株作为样品，采集时，不要选

择田埂、地边及离田埂地边2m范围以内的样品。②典型性：采样部位要能反应所要了解的情况，不能将植株各部位任意混合。

③适时性：根据研究需要，在植物不同生长发育阶段，定期采样，以便了解污染物

的影响情况。

(2)采样量：将样品处理后能满足分析之用。一般要求样品干重1kg，如用新鲜样品，

以含水80%～90%计，则需5kg。

(3)采样方法：常以梅花形布点或在小区平行前进以交叉间隔方式布点，采5～10个

试样混合成一个代表样品，按要求采集植株的根、茎、叶、果等不同部位，采集根部时，

尽量保持根部的完整。用清水洗四次，不准浸泡，洗后用纱布擦干，水生植物应全株采

集。2．试样的制备

分析实验室中所需试样量一般为几克以下，而原始的固体试样的量一般很大，为数

千克至数十千克，且其组成复杂，化学成分的分布常常不均匀。因此需要对其进行加工

处理，以使其数量大为减少，但又能代表原始试样。固体原始试样处理成分析试样，需

要进过以下两个过程：

2.1破碎和过筛

①破碎：可用机械破碎，也可用人工破碎。机械一般用鄂式破碎机或辊式破碎机进

行粗碎，进一步用圆盘式细碎机或球磨机进行细碎。人工方法是在钢板上用手锤或钢辊

进行粗碎。再用压磨锤或钢乳钵进行细碎。

②过筛：为使试样破碎到必要的粒度，须用不同规格的筛子进行过筛。凡未通过筛

子的煤试样必须重新进行破碎，直到全部试样通过所用的筛子为止，不许弃去难破碎的

部份。

2.2混合与缩分

①混合：混合试样普遍利用堆锥法。堆锥时，由于试样中大小不同颗粒间的离析作

用，粒度较大的总是分布在圆锥底部周围，粒度较细或粉状物则集中于圆锥的中部和顶

端。为使试样中大小颗粒在堆中分布比较均匀，混合时必须围着堆一铲一铲地将试样从

堆底铲起，再从锥顶洒落下来，使每铲都能沿堆顶部均匀地向四周滑落。每一铲要移动

一铲的距离。当全部试样集成一堆后，用铁铲将此堆试样按上述方法移至另一处并集成

堆。堆掺工作重复三次，即可进行缩分。

②缩分：一般情况下常采用四分法。先把经过粉碎之后的试样混匀，堆成圆锥形，

然后略压平，通过中心分为四等份，把任意相对的两份弃取，其余两份收集在一起混匀。

这样为缩分一次。可连续进行缩分直至达到所需的试样量为止。然后再进行粉碎、缩分，

最后制备成100—200克左右的分析试样，装入瓶中、贴上标签供分析用。3.试样的分解

根据分解试样时所用的试剂不同，分解方法可分别为溶解法和熔融法。溶解法是将

试样溶解在酸或其它溶剂中。熔融法则将固体熔剂与试样混和在高温下加热盐，使待测

组分转变为可溶于水或酸的化合物。

3.1溶解法

采用适当的溶剂将试样溶解制成溶液，这种方法比较简单、快速。常用的溶剂有水、

酸和碱等。溶于水的试样一般称为可溶性盐类，如硝酸盐、醋酸盐、铵盐、绝大部分的

碱金属化合物和大部分的氯化物、硫酸盐等。对于不溶于水的试样，则采用酸或碱作溶

剂的酸溶法或碱溶法进行溶解，以制备分析试液。

①.水溶法：可溶性的无机盐直接用水制成试液。

②.酸溶法：利用酸的酸性、氧化还原性和形成络合物的作用，使试样溶解。

钢铁、合金、部分氧化物、硫化物、碳酸盐矿物和磷酸盐矿物等常采用此法溶解。

常用的酸溶剂如下：(1)盐酸(2)硝酸(3)硫酸(4)磷酸(5)高氯酸(6)氢氟酸(7)混合酸

③.碱溶法：

碱溶法的溶剂主要为NaOH和KOH,碱溶法常用来溶解两性金属铝、锌及其合金，

以及它们的氧化物、氢氧化物等。

在测定铝合金中的硅时，用碱溶解使Si以SiO32-形式转到溶液中。如果用酸溶解则

Si可能以SiH4的形式挥发损失，影响测定结果。

3.2熔融法

熔融法（fusion）是指将试样与酸性或碱性固体溶剂混合，在高温下让其进行复分解

反应，使预测组分转变为可溶于水或酸的化合物，如钠盐、钾盐、硫酸盐或氯化物等。

不溶于水、酸或碱的无机试样一般可采用这种方法分解。

①.酸熔法

碱性试样宜采用酸性熔剂。常用的酸性熔剂有K2S2O7（熔点419℃）和KHSO4（熔

点219℃），后者经灼烧后亦生成K2S2O7，所以两者的作用是一样的。这类熔剂在300℃

以上可与碱或中性氧化物作用，生成可溶性的硫酸盐。如分解金红石的反应是：

TiO2+2K2S2O7＝Ti(SO4)2+2K2SO4该法常用于分解A12O3、Cr2O3、Fe3O4、ZrO2、钛铁矿、铬矿、中性耐火材料(

如铝四分法缩分砂、高铝砖)及磁性耐火材料(如镁砂、镁砖)等。

②.碱熔法

酸性试样宜采用碱熔法，如酸性矿渣、酸性炉渣和酸不溶试样均可采用碱熔法，使

它们转化为易溶于酸的氧化物或碳酸盐。

常用的碱性熔剂有Na2CO3(熔点853℃)、K2CO3(熔点89l℃)、NaOH(熔点318℃)、

Na2O2(熔点460℃)和它们的混合熔剂等。这些溶剂除具碱性外，在高温下均可起氧化作

用(本身的氧化性或空气氧化)，可以把一些元素氧化成高价，从而增强了试样的分解作

用。有时为了增强氧化作用还加入KNO3或KClO3，使氧化作用更为完全。

3.3半熔法（烧结法）

此法是将试样与熔剂混合，小心加热至熔块(半熔物收缩成整块)，而不是全熔，故

称为半熔融法又称烧结法。

常用的半熔混合熔剂为：2份MgO+3Na2CO3；1份MgO+Na2CO3;1份ZnO+

Na2CO3。此法广泛地用来分解铁矿及煤中的硫，其中MgO、ZnO的作用在于其熔点高，

可以预防Na2CO3在灼烧时熔合，保持松散状态，使矿石氧化得以更快更完全反应，产

生的气体容易逸出。此法不易损坏钳锅，可以在瓷钳锅中进行熔融，不需要贵重器皿。

3.4有机物质的分解

当试样中含有有机物或欲测有机物中的无机元素时，有机物的存在往往有严重的干

扰，必须把有机物分解，分解的方法有湿法和干法两类。

①．湿法分解

通常用硫酸和硝酸混合酸处理试样。在加热的条件下，试样中有机物被氧化成二氧

化碳和水而除去，金属元素则转变为硝酸盐或硫酸盐，非金属元素转变为相应的阴离子。

②．干法分解

典型的干法分解方法有两种：

一种是氧瓶燃烧法，在充满氧气的密闭瓶中，用电火花点燃有机试样，瓶内可盛放

适当的吸收剂以吸收燃烧产物，然后用适当方法测定。该法广泛应用于有机物中卤素、

硫、磷、硼等元素的测定。

另一种是定温灰化法，将试样置于敞口皿或坩埚中，加入一些添加剂（氧化钙、氧

化镁、碳酸钠等）在空气中以一定温度范围内（500—550℃），加热分解，灰化，所得的

残渣用适当溶剂溶解后进行测定。该法常用于测定有机物和生物试样中无机元素的测定。

分解试样必须考虑到试样中待测组分的性质，一般一个试样经分解后可测定其中多

种组分，但是有时同一试样中几种待测组分必须采用不同的分解方法，在实际工作中，

各种分解方法经常是配合使用的，具体应视实际情况，考虑各种因素选择适当的方法。