材料成分测定.doc

实验目的：1 了解金属材料常规元素的测定原理。2 了解不同检测方法的不同使用场合。3 了解红外光谱仪和紫外光谱仪的原理及使用方法。实验仪器：1 TG332A微量分析天平2 721分光光度计3 UV1700紫外分光光度计。4 VEREEX70傅立叶变换红外光谱仪实验步骤：（略）实验结果与分析： （根据已知的标准样品，测定并计算出未知样品）实验总结：（谈谈对红外光谱仪和紫外光谱仪的认识）实验指导书第一部分：化验分析的一般知识及基本操作物质的一般分析步骤，通常包括采样，称样，试样分解、分析方法的选择，分析测定和结果计算、数据处理等几个环节。一 采样I 基本要求：所采集的试样的组成必须能代表全部物料的平均组成。 II 常用方法1 金属试样薄钢片：任意剪取一部分即可。（金属经高温熔炼，组成比较均匀）钢锭和铸铁：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。原因：表面和内部的成分不一样。（钢锭和铸铁由于比较厚，表面和内部的凝固时间不同，铁和杂质的凝固温度也不一样，因此表面和内部所含的杂质也有所不同。）钢筋：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3/4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。 原因同上。炉前取样：（略）2 矿石一般采用“四分法”。将初步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。注意事项：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，不可随便丢弃。一般送化验室的试样为200500克。试样最后的细度应便于溶解，一般要求能通过100目甚至200目的细筛。二 称样I 天平的使用方法1 使用前的检查1 检查天平是否处于水平状态，天平盘上是否清洁，如有灰尘应用毛刷刷干净。2 检查横梁、吊耳、称盘安放是否正确，砝码是否齐全，环砝码安放位置是否合适。2 天平零点的测定和调整3 称量方法II 天平使用规则1 同一实验应使用同一台天平和砝码。2 称量前后应检查天平是否完好，并保持天平清洁，如在天平内撒落药品应立即清理干净，以免腐蚀天平。3 天平载重不得超过最大负荷，被称物应放在干燥清洁的器皿中称量，挥发性、腐蚀性物体必须放在密封加盖的容器中称量。4 不要把热的或过冷的物体放到天平上称量。应在物体和天平室温度一致后进行称量。5 被称物体和砝码应放在秤盘中央，开门、取放物体、砝码时必须休止天平，转动天平停动手扭要缓慢均匀。6 称量完毕应及时取出所称样品，把砝码放回盒中，指数盘转到0位，管好天平各门，拔掉电源插头，罩上防尘罩。7 扳动天平时应卸下秤盘、吊耳、横梁等部件，天平零件不得拆散挪做它用。8 扳动或拆装天平后应对天平进行全面检查。三 试样分解、分析方法的选择I 试样的分解(1) 试样应分解完全 要得到准确地分析结果，试样必须分解完全，处理后的溶液不应残留院试样的细屑或粉末。(2) 试样分解过程中待测成分不应有挥发损失 如在测定钢铁中的磷时，不能单独用HCL或H2SO4分解试样，而应当用HCL（或H2SO4）+HNO3的混合酸，将磷氧化成H3PO4进行测定，避免部分磷生成挥发性的磷化氢（PO3）而损失。(3) 分解过程中不应引入被测组分和干扰物质 如测定钢铁中的磷时，不能用磷酸来溶解试样，测定硅酸盐中的钠时，不能用NaCO3熔解来分解试样。II 分解试样的方法 常用的分解方法大致可分为溶解和熔融两种：溶解就是将试样溶解于水、酸、检、或其他溶剂中；熔融就是将试样与固体溶剂混合，在高温下加热，是欲测组分转变为可溶于水或酸的化合物。III 分析方法的选择(1) 国家标准分析方法(2) 系统分析方法(3) 炉前快速分析方法第二部分五大元素测定原理碳的测定钢铁在11001300通氧燃烧，这时不管碳硫在金属内以何种状态存在，都能被氧化成二氧化碳及二氧化硫，其反应式如下： 4Fe3C+13O2=4CO2+6Fe2O3 Mn3C+3O2=CO2+Mn3O4 Cr4C+4O2=CO2+Cr2O3 C+O2=CO2将生成的二氧化碳与过剩氧的混合气体通过冷却管收集在有刻度的量气管内，在该量气管内测出混合气体（O2+CO2）的体积（V O2+CO2），然后将混合气体利用水准瓶压到装有40的氢氧化钾溶液的吸收瓶内，将二氧化碳吸收，其反应如下：CO2+2KOH=K2CO3+H2O再利用水准瓶从吸收瓶内把残余的气体（O2）压回到量气管内，测出未被吸收的气体的体积（V O2）。最初测出的混合气体的体积与二氧化碳被吸收后剩下氧气的体积之差就等于二氧化碳的体积（V CO2=V O2+CO2- V O2）。根据所得二氧化碳的体积，即可求出碳的百分含量。 硫的测定 试样于高温下，通氧燃烧使之生成二氧化硫，被淀粉溶液吸收后生成亚硫酸，以碘酸钾标准溶液滴定，使亚硫酸氧化为硫酸。根据碘酸钾标准溶液的消耗量来计算硫的含量。其主要反应如下： 式样在高温下（12501350）,同样燃烧生成二氧化硫气体： 4FeS+7O2=2Fe2O3+4SO2 3MnS+5O2=Fe3O4+3SO2将二氧化硫用水吸收，生成亚硫酸： SO2+H2O= H2SO3在以碘酸钾标准溶液滴定亚硫酸： KIO3+5KI+6HCl=3I2+6KCl+3H2O H2SO3+I2+H2O=H2SO4+2HI用淀粉作指示剂，过量的点与淀粉作用，溶液有无色变蓝色，即为终点。然而燃烧容量法测定硫受炉温、助熔剂及仪器设备条件等各方面的因素影响。硫的转化率往往只是在某特定条件下的一定回收率。所以不能直接用理论值来计算，只能用组份相当的标准钢样来标定标准溶液，从而求得结果。硅的测定在微酸溶液中，硅酸与钼酸铵生成硅钼酸络离子。H4SiO4+12H2MoO4=H8Si (Mo2O7)610HO2用亚铁或氯化亚锡还原成钼兰： MO2S5H8Si (Mo2O7)6+4FeSO4+H6+=H8Si MO2O75酸度对形成硅钼络离子很重要，酸度过大或过小，均使结果偏低，酸度过大，钼酸铵与硅酸不起反应，酸度过小，会生成大量钼酸铁沉淀，使硅钼酸生成不完全，酸度的适用范围随溶液温度的增加而增加，但随硅含量的增高而缩小，在沸水浴上加热，其使用的酸度范围为（0.08N0.6N(硝酸)而在室温下，（20左右）则为0.08N0.4N(硝酸)。增加温度能加速硅钼络离子的生成，在沸水浴上加热，只需30秒钟，在30左右，约2分钟，而在20以下，则需10分钟才能生成完全。当硅钼络离子完全形成后，应马上进行下一步操作，特别是在沸水浴上加热的溶液，必须立即冷却，否则结果偏低。磷、砷也能与钼酸铵生成络合物，同时被还原成钼兰，故应消除其影响，否则使结果偏高。加草酸、酒石酸、柠檬酸能破坏磷、砷和钼酸铵生成的络合物，其中以草酸的破坏为最快。通常草酸加入后可在1分钟内加亚铁还原。测定高磷时可在2分钟内加入之。否则硅钼络合物也有可能被草酸分解。测定范围：硅含量0.11.0锰的测定锰的化学分析方法有重量法、容量法、光度法。锰的重量法，在钢铁分析中无实用价值。 容量法和光度法是钢铁分析中常用的分析方法。钢中锰的测定采用容量法，不仅有良好的准确度，而且有较大的测量范围，且操作方法一般比较快速简单。测定锰的容量法较重要的有：过硫酸铵法（即亚砷酸钠一亚硝酸钠法）：二价锰借氧化剂氧化成七价后，用亚铁标准溶液来滴定。此法应用于钢铁分析已有70多年历史。经分析者不断改进，方法已很完善。目前仍是测定钢铁中低含量锰最可靠、最适用的方法。它的缺点是不能用理论计算结果，必须以标钢来确定。不适用于高锰（2以上）的分析。磷酸三价锰容量法：方法简单快速，唯有钒存在时，则测得锰钒含量。 还有铋酸钠法和溴甲基橙容量法等。光度法：应用最广的是将锰氧化成高锰酸，然后进行比色(其紫红色色泽深度与锰的含量成正比)。作为氧化剂的有过碘酸钾、过硫酸铵、铋酸钠、氧化铅等。使用最多的是前两种。特点是：过碘酸钾稳定，过硫酸铵经济实用。使用这些氧化剂均须在热溶液中进行反应。试样的分解3MnS14HNO33Mn（NO3）23H2SO48NO4H2O3Mn3C28HNO39Mn（NO3）23CO210NO14H2OMn SH2SO4MnSO4H2S锰的氧化及硝酸银的接触作用：2AgNO3（NH4）2S2O8二Ag2S2O82NH4NO3Ag2S2O82H2OAg2O22H2 SO45Ag2O22Mn（NO3）26HNO3 2HMnO4+l0AgNO32H2O用亚砷酸钠一亚硝酸钠溶液滴定高锰酸：5Na3AsO32HMO44HNO32Mn（NO3）25Na3AsO43H2O5NaNO22HMnO44HNO3二2Mn（NO3）25NaNO33H2O 磷的测定磷的化学分析方法有：重量法、容量法和光度法。在测定磷的所有方法中，都是首先将磷氧化为正磷酸，使其与钼酸铵反应组成磷钼杂多酸络合物，然后再用不同的方法测出磷的含量来。其中重量法和容量法由于操作繁琐，在日常应用中颇感不便，很少应用。目前在钢铁分析中普遍应用光度分析法。磷的光度法有磷钒钼黄及磷钼兰法两种，其中磷钒钼黄法灵敏度较低，而磷钼兰法灵敏度较高，因此在分析磷含量较高的试样时常采用磷钒钼黄法，而含量较低时则用磷钼兰法。第三部分硅锰磷系统分析方法 一 磷的测定 试剂硫硝混合酸：硫酸50 ml ，硝酸8 ml 加入水中稀释至1000 ml 。过硫酸铵溶液：（30%），配制不超过23天。过氧化氢溶液：（30%），或亚硝酸钠溶液（10%）钒酸铵溶液：（0.25%），钒酸铵2.5g 加入500 ml 水，加热溶解，冷却，加入浓硝酸 30 ml ，稀释至 1000 ml 。钼酸铵溶液，（5%）。硫酸溶液：（1+6）。亚硫酸钠溶液：（10%）氟化钠氯化亚锡溶液：称取氟化钠24 g 溶解于1000 ml 水中，加入氯化亚锡2 g ，必要时可过滤，当天配置。经常使用时，可将氟化钠溶液大量配制，长时间保存，在使用时取部分溶液加入氯化亚锡。 操作步骤： 称取试样0.5000g （样品不宜易粗大，否则试样溶解完毕前过硫酸铵已完全分解将招致磷的损失）于250ml 锥形瓶中，加入预热之硫硝混合酸85 ml ，过硫酸铵溶液4 ml，低温加热至完全溶解。再加过硫酸铵溶液4 ml ，煮沸23分钟，如有二氧化锰析出（溶液呈褐色），则滴加过氧化氢或亚硝酸钠溶液使高价锰恰好还原，继续煮沸0.51分钟，冷却，过滤于100ml 量瓶中，以水稀释至刻度。1 钒钼黄法：空白溶液：于150ml 锥形瓶中预置水9 ml ，然后加入试样溶液20 ml 。显色溶液：于150ml 锥形瓶中预置钒酸铵3ml ，加入试样溶液20 ml ，然后随摇动随加入钼酸铵溶液6ml ，放置数分钟（30左右，放置2分钟，温度低时，要延长放置时间，如10要放置1520分钟）用适当比色皿，波长470 nm ，以空白液为参比液测定吸光度。2 钼蓝法：吸取试样溶液10.00 ml 之于150ml 锥形瓶中，加硫酸（1+6）6 ml，亚硝酸钠溶液1ml ，煮沸3040秒钟驱除氧化氮，取下，立即加入钼酸铵溶液5ml ，摇匀，迅速倾入氟化钠氯化亚锡溶液20ml ，放置12分钟，流水冷却，于50ml（100ml ）量瓶中以水稀释至刻度。适当比色皿，波长680nm ，水为参比液比色。、附注：（1） 测定磷所用锥形瓶必须专用，不能接触磷酸，因磷酸在高温时（100150，通常为硫磷酸冒烟处理）易侵蚀玻璃而形成SiO2。P2O5或SiO（PO3）2，用水及清洁剂都洗不净，致使在测定磷时引入干扰。（2） 磷含量大于0.1%时则可取试样溶液5ml。（3） 残余过硫酸铵影响磷的显色，加亚硫酸钠使其分解。（4） 加入钼酸铵溶液后，必须立即加入氟化钠氯化亚锡溶液，否则容易引起硅的干扰和重现性差，造成误差。在加入钼酸铵溶液时注意不要沾瓶壁，否则易使结果偏高。二 硅的测定 试剂钼酸铵溶液： （5%）。草酸溶液：（5%）。硫酸亚铁铵溶液：（6%），每100ml中加入硫酸（1+1）6滴。 操作步骤：吸取试样溶液2.00ml置于150ml锥形瓶中，加水7ml，1.0ml硫硝混合酸，加入钼酸铵溶液（5%）5ml，于沸水浴中摇动加热30秒，流水冷却，加入草酸溶液（5%）10ml，水25ml，硫酸亚铁铵溶液5ml，30秒钟后，用适当比色皿，660nm波长，以水为参比，测定吸光度。 附注草酸的加入，即可降低Fe3+/Fe2+的氧化还原电位，同时又可破坏磷、砷与钼酸铵的络离子，从而消除它们的干扰。但草酸也能逐渐破坏硅钼络离子，因此加入草酸使钼铁沉淀溶解后，须立即加入硫酸亚铁铵溶液。三 锰的测定 试剂混合酸：硝酸银1g溶解于500ml水中，加硫酸25ml，磷酸30ml，硝酸30ml，用水稀释至1000ml过硫酸铵溶液：（15%），配制勿超过23日。 操作步骤：吸取试样溶液5.00ml置于150ml锥形瓶中，加混合酸20ml，并加热至近沸，加入过硫酸铵溶液5ml，加热煮沸30秒钟，放置1分钟，冷却。与量瓶中稀释至50ml，用适当比色皿，530波长，水为参比液比色。：附注：（1） 试剂有时含锰，在此情况下，测定吸光度时应做试剂空白。可取混合酸20ml，加水约10ml，过硫酸铵溶液5ml，煮沸显色，测定吸光度后自结果中减去。（2） 试样含铬，应在显色液中滴加EDTA退色做空白。红外光谱简介红外光谱法是一种根据分子内部原子间的相对振动和分子转动