第七章 重量分析法
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第七章重量分析法简介
第一节重量分析法的特点及分类
重量分析法是根据称量确定被测组分含量的分析方法。
重量分析中的测定数据是直接由分析称量而获得分析结果，称量误差小，所以重量分析比较准确，相对误差一般小于0.1，是经典的分析方法之一。
应用重量分析法测定时，必须先用适当的方法将被测组分从样品中分离出来，然后才能进行称量。
因此，重量分析包括分离和称量两大步骤。
根据分离方法的不同，重量分析一般可分为挥发法、萃取法和沉淀法。
第二节挥发法
挥发法是利用物质的挥发性，通过加热或其它方法使试样的待测组分或其它组分挥发而达到分离，然后通过称量确定待测组分的含量。
挥发法通常通过加热或灼烧来实现，其方法的主要操作步骤是：称取一定量的样品，在一定条件下，加热干燥或灼烧直至恒重。
恒重是指物品连续两次干燥与灼烧后重量之差不超过某一规定值，《中国药典》规定为0.3mg。
干燥是指通过加热使样品中挥发性物质挥发。
这里主要指的是水分，还有少量其他挥发性物质。
常压是，温度控制在100-105％℃；灼烧的温度较高，一般控制在600℃。
根据称量的对象不同，挥发法可分为直接法和间接法。
一、直接法
待测组分与其它组分分离后，如果称量的是待测组分或其衍生物，通常称为直接法。
例如在进行对碳酸盐的测定时，加入盐酸与碳酸盐反应放出CO2气体。
再用石棉与烧碱的混合物吸收，后者所增加的重量就是CO2的重量，据此即可求得碳酸盐的含量。
另外，在药品分析中，按中国药典中规定的药品灰分和炽灼残渣的测定，也属于直接法。
只是此时测定的不是挥发性物质，而是测定样品经高温氧化挥发后剩下的不挥发性无机物。
在药品分析中，灰分是控制中草药药材质量的检验项目之一。
灰分中所含的都是无机物，通常为金属的氧化物、氯化物、碳酸盐、硫酸盐等等。
根据灰分的量可以说明样品中含无机杂质的多少，作为药物的一项质量标准。
按下式计算灰分含量：
％
对于有些药品，药典规定在灼烧前用硫酸处理，使灰分转化成硫酸盐的形式再进行测定，这一检验项目被称为炽灼残渣，属于直接法。
二、间接法
待测组分与其它组分分离后，通过称量其它组分，测定样品减失的重量来求得待测组分的含量，则称为间接法。
在药品检验中的“干燥失重测定法”就是利用挥发法测定样品中的水分和一些易挥发的物质，属于间接法。
具体的操作方法是：精密称取适量样品，在一定条件下加热干燥至恒重(所谓恒重是指样品连续两次干燥或灼烧后称得的重量之差小于0.3mg)，用减失重量和取样量相比来计算干燥失重。
例如，葡萄糖的干燥失重测定：取样品，1~2g，置于已恒重的扁称量瓶中，精密称定。
在105℃干燥至恒重。
减失的重量即为葡萄糖的干燥失重量。
若取葡萄糖（C6H12O6·H2O）样品为1.0800g，失去水分和挥发性物质后的重
量为0.9828g，则该葡萄糖样品的干燥失重为：
在实际应用中，间接法常用于测定样品中的水分。
而样品中水分挥发的难易又与环境的干燥程度和水在样品中存在的状态有关。
一般存在于物质中的水分主要有吸湿水和结晶水两种形式：吸湿水是物质从空气中吸收的水，其含量与空气的相对湿度和物质的粉碎程度有关。
环境的湿度越大，吸湿量越大；物质的颗粒越细小（表面积大），则吸湿量也越大。
吸湿水一般在不太高的温度下即能除掉。
结晶水是水合物内部的水，它有固定的量，可在化学式中表示出来。
例如，BaCl2·2H2O；CuSO4·5H2O等。
根据物质性质不同，在去除物质中水分时，常采用以下几种干燥方法：
1.常压加热干燥
适用于性质稳定，受热不易挥发、氧化或分解的物质。
通常将样品置于电热干燥箱中，加热到105～110℃,保持2小时左右，此时吸湿水已被除去。
但对某些吸湿性强或不易除去的结晶水来说，也可适当提高温度或延长干燥时间。
例如，BaCl2·2H2O中的结晶水可在125℃的温度下恒温加热至水分完全失去，同时无水BaCl2等又不挥发。
又如氯化钠的干燥失重测定，可在130℃干燥至恒重。
另外还有一些含有结晶水的试样，如Na2SO4·10H2O、NaH2PO4·2H2O、C6H12O6·H2O等，虽然受热后不易变质，但因熔点较低，若直接加热至105℃干燥，往往会发生表面融化结成一层薄膜，致使水分不易挥发而难以至恒重。
因此，必须将这些样品先在较低温度或用干燥剂去除大部分水分后，再置于规定的温度下干燥至恒重。
例如：葡萄糖先在60~80℃干燥1～2小时；磷酸二氢钠则先在60℃以下干燥约1小时后，再调到105℃干燥至恒重。
2.减压加热干燥
适用于高温易变质或熔点低的物质。
为了加速水分挥发，可将样品置于恒温减压干燥箱中，进行减压加热干燥，由于真空泵能抽走干燥箱内大部分空气，降低了样品周围空气的水分压，所以使相对湿度较低，有利于样品中水分的挥发。
再加之适当提高温度，干燥效率会进一步提高。
我国药典规定，一般减压是指压力应在2.67KPa（相当于20mmHg柱）以下，此时的干燥温度约在60~80℃（除另有规定外）。
例如，注射用甲氨喋呤的干燥失重测定：取本品适量，以P2O5等为干燥剂，在100℃减压干燥至恒重，减失重量不得超过5.0%。
3.干燥剂干燥
适用于受热易分解、挥发及能升华的物质。
干燥剂干燥，可以在常压下进行，也可以在减压下进行。
将样品放置于盛有干燥剂的密闭容器中干燥。
干燥剂是一些与水分子有强结合力的脱水化合物，它更易吸收空气中水分，使相对湿度降低，从而促进样品的水分挥发。
利用干燥剂干燥时，应注意干燥剂的选择。
常用的干燥剂有无水氯化钙、硅胶、浓硫酸及五氧化二磷等。
它们的吸水效力见表7-1。
表7-1常见干燥剂和相对干燥效率表
干燥剂每升空气中残留水分的数
P2O5
浓H2SO4硅胶2×10-5 3×10-3 3×10-3
无水氯化钙 1.5
但从使用方便考虑，以硅胶为最佳。
市售商品硅胶为蓝色透明的指示硅胶，若蓝色变为红色，即表示该硅胶已失效，应在105℃左右加热干燥到硅胶重显蓝色，冷却后可再重复使用。
第三节萃取法
萃取法（又称提取重量法）是利用被测组分在两种互不相溶的溶剂中的溶解度不同，将被测组分从一种溶剂萃取到另一种溶剂中来，然后将萃取液中溶剂蒸去，干燥至恒重，称量萃取出的干燥物的重量。
根据萃取物的重量，计算被测组分的百分含量的方法。
分析化学中应用的溶剂萃取主要是液－液萃取，这是一种简单、快速，应用范围又相当广泛的分离方法。
本节主要讨论液－液萃取分离的基本原理。
实验室多采用脂肪提取器(索氏提取器)来提取、脂肪提取器(如图所示) 就是利用溶剂回流及虹吸原理，使固体物质连续不断地被纯溶剂萃取，既节约溶利萃取效率又高。
萃取前先将固体物质研碎，以增加固液接触的面积。
然后，将固体物质放在滤纸套1内，置于提取器2中，提取器的下端与盛有溶剂的圆底烧瓶相连，上面接回流冷凝管。
加热圆底烧瓶，使溶剂沸腾，蒸气通过提取器的支管3上升，被冷凝后滴入提取器中，溶剂和固体接触进行萃取，当溶剂面超过虹吸管4的最高处时，含有萃取物的溶剂虹吸回烧瓶，因而萃取出一部分物质，如此重复，使固体物质不断为纯的溶剂所萃取、将萃取出的物质富集在烧瓶中。
液—固萃取是利用溶剂对固体混合物中所需成分的溶解度大,对杂质的溶解度小来达到提取分离的目的。
第四节沉淀法
沉淀法是重量分析法中的主要方法，这种方法是利用试剂与待测组分生成溶解度很小的沉淀，经过滤、洗涤、烘干或灼烧成为组成一定的物质，然后称其质量，再计算待测组分的含量。
例如，测定试样中SO42-含量时，在试液中加入过量BaCl2溶液，使SO42-完全生成难溶的BaSO4沉淀，经过滤、洗涤、烘干、灼烧后，称量BaSO4的质量，再计算试样中的SO42-的含量。
