试样的采集、制备和分解

1刘芳试样的采取、制备和分解2学习指南

1.了解采样的目的、意义及相关的工业物料知识；2.了解并掌握固体试样、液体试样和气体试样的采样工具及采样方法；3.掌握试样的制备方法；4.掌握试样的几种分解方法。3一、试样采取的目的和意义二、基本术语三、试样的采取原则四、采样方案的制定概述4

一、试样采取的目的和意义5

（2）采样意义

61.采样：从待测的原始物料中取得分析试样的过程。

2.采样时间：指每次采样的持续时间，也称采样时段。

3.采样频率：指两次采样之间的间隔。

4.子样：在规定的采样点按规定的操作方法采取的规定量的物料，也称小样或分样。

5.总样:将所有采取的子样合并一起得到的试样。

6.分析化验单位：一个总样所代表的工业物料的总量称为分析化验单位或取样单位。分析化验单位可大可小，主要取决于分析的目的。二、基本术语7

7.实验室样品：供实验室检验或测试而制备的样品。

8.备考样品:与实验室样品同时同样制备的样品。在有争议时，作为有关方面仲裁分析所用样品。

9.部位样品:从物料的特定部位或在物料流的特定部位和特定时间取得的一定数量或大小的样品，如上部样品、中部样品或下部样品等。部位样品是代表瞬时或局部环境的一种样品。

10.表面样品:在物料表面取得的样品，以获得此物料表面的相关资料。

11.物料流：是指随运送工具运转中的物料。

12.试样的制备：按规定程序减小试样粒度和数量的过程，简称制样。8

1.均匀物料如果物料各部分的特性平均值在测定该特性的测量误差范围内，此物料就是均匀物料。采样时原则上可以在物料的任意部位进行采样。

2.不均匀物料如果物料各部分的特性平均值不在测定该特性的测量误差范围内，此物料就是不均匀物料。一般采取随机采样。对所得样品分别进行测定，再汇总所有样品的检测结果，即得到总体物料的特性平均值和变异性的估计量。三、试样的采取原则9

3.随机不均匀物料指总体物料中任一部分的特性平均值与相邻部分的特性平均值无关的物料。采样时可以随机采样，也可非随机采样。

4.定向非随机不均匀物料指总体物料的特性值沿一定方向改变的物料。分层采样并尽可能在不同特性值的各层中采出能代表该层物料的样品。105.周期非随机不均匀物料指在连续的物料流中物料的特性值呈现出周期性变化，其变化周期有一定的频率和幅度的物料。最好在物料流动线上采样，采样的频率应高于物料特性值的变化频率，切忌两者同步。

6.混合非随机不均匀物料指由两种以上特性值变异性类型或两种以上特性平均值组成的混合物料，如由几批生产合并的物料。首先尽可能使各组成部分分开，然后按照上述各种物料类型的采样方法进行采样。111.确定采取的样品数从每一个分析化验单位中采样时，应根据物料中杂质含量的高低、物料的颗粒度及物料的总量决定所采取子样的最少数目和每个子最小重量。如果样品为散装物料，则当批量＜2.5t时，采样为7个单元；当批量为2.5～80t时，采样为个单元（计算到整数）；当批量＞80t时，采样为40个单元。对于一般产品，可用多单元物料来处理，分两步进行采样：①选取一定数量的采样单元。若总体物料的单元数＜500，按表中规定确定；若总体物料的单元数＞500，按公式确定。②对每个单元按物料特性值的变异性类型进行采样。四、采样方案的制定12

2.确定采取的样品量

13

4.采样记录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、采样人等。必要时可填写详细的采样报告。

3.确定采样方法根据物料的种类、状态包装形式、数量和在生产中的使用情况，应使用不同的采样工具，按照不同的采样方法进行采样。14

5.注意事项

(1)采样前，应调查物料的货主、来源、种类、批次、生产日期、总量、包装堆积形式、运输情况、贮存条件、贮存时间、可能存在的成分逸散和污染情况，以及其他一切能揭示物料发生变化的材料。

(2)采样器械可分为电动的、机械的和手工的三种类型。

(3)盛样容器要依分析项目和被检物料的性质而定。

(4)采样后要及时记录样品名称、规格型号、批号、等级、产地、采样基数、采样部位、采样人、采样地点、日期、天气、生产厂家名称及详细通讯地址等内容。15

5.注意事项（5）采集的样品应由专人妥善保管，并尽快送达指定地点，且要注意防潮、防损、防丢失和防污染。（6）样品的交接一定要有文字记录，手续要清楚。（7）采样地点要有出入安全的通道、照明和通风条件；贮罐或槽车顶部采样时要防止掉下来，还要防止堆垛容器的倒塌；如果所采物料本身有危险，采样前必须了解各种危险物质的基本规定和处理办法，采样时，需有防止阀门失灵、物料溢出的应急措施和心理准备。

(8)采样时必须有陪伴者，且需对陪伴者进行事先培训。16试样的采取一、固体物料试样的采取二、液体物料试样的采取三、气体物料试样的采取171.采样工具采集固体试样的工具有试样瓶、试样桶、勺、采样铲、采样探子、采样钻、气动和真空探针及自动采样器等。（1）采样铲适用于从物料流中和静止物料中采样。铲的长和宽均应不小于被采样品最大粒度的2.5～3倍，对最大粒度大于150mm的物料可用长X宽约为300mmX250mm的铲。

一、固体物料试样的采取固体物料的采取181.采样工具（2）采样探子适用于从包装桶或包装袋内采集粉末，小颗粒、小晶体等固体物料。固体物料的采取191.采样工具（3）采样钻采样钻适用于较坚硬的固体采样。关闭式采样钻是由一个金属圆桶和一个装在内部的旋转钻头组成，采样时，牢牢地握住外管，旋转中心棒，使管子稳固地进人物料，必要时可稍加压力，以保持均等的穿透速度。到达指定部位后，停止转动，提起钻头，反转中心棒，将所取样品移进样品容器中。

关闭式采样钻固体物料的采取20

1.采样工具（4）气动和真空探针气动和真空采样探针适用于采集粉末和细小颗粒等松散物料。气动探针是由一根软管将一个装有电动空气提升泵的旋风集尘器和一个由两个同心管组成的探子连接而成。开启空气提升泵，使空气沿着两管之间的环形通路流至探头，并在探头产生气动而带起样品，同时使探针不断插入物料。真空探针是由一个真空吸尘器通过装在采样管上的采样探针把物料抽入采样器中，探针由内管和一节套筒构成，一端固定在采样管上，另一端开口。固体物料的采取211.采样工具（5）接斗用以在物料的落流处截取子样。斗的开口尺寸至少应为被采样品的最大粒度的2.5～3倍。接斗的容量应能容纳输送机最大运量时物料流全部断面的全部物料量。

固体物料的采取23固体物料的采取24固体物料的采取26

斜线三点法斜线五点法18方块法

棋盘法蛇形法对角线法固体物料的采取27固体物料的采取281.采样工具（1）采样勺采样勺用金属或塑料（要求不能与被采物料发生化学反应）制成，有表面样品采样勺、混合样品采样勺和采样杯三种。前一种用于采集表面样品，后两种用于均匀物料的随机采样。二、液体物料试样的采取291.采样工具（2）采样管采样管用玻璃、塑料或金属制成，两端开口，用于采集桶、罐、槽车等容器内的液体物料。①玻璃或塑料采样管：管长为1200mm，内径15～25mm，上端为圆锥形尖口或套有一与管径相配的橡皮管，以便用手按住；小端直径有1.5mm、3mm、5mm等几种，采样时视物料黏度而定，黏度大则选用大直径的采样管。②金属采样管：分铝（或不锈钢）制采样管和铜（或不锈钢）制双套筒采样管。前者适于采集贮罐或槽车中的低粘度液体样品，后者适用于采集桶装粘度较大的液体和粘稠液、多相液。双套筒采样管配有电动搅拌器和清洁器。液体物料的采取301.采样工具（3）采样瓶①玻璃（或铜制）采样瓶：一般为500mL玻璃瓶，适用于贮罐、槽车采样，玻璃采样瓶套上加重铅锤，以便沉入液体物料的较深部位。②可卸式采样瓶加重型采样瓶、底阀型采样器等，液化气的采样常用采样钢瓶和金属杜瓦瓶。液体物料的采取31

2.采样方法液体物料的采取321.采样设备和器具采集气体试样的设备和器具主要包括：采样器、导管、样品容器、预处理装置、调节压力和流量的装置、吸气器和抽气泵等。（1）采样器采样器是一类用专用材料制成的采样设备，常见的有硅硼玻璃采样器、金属采样器和耐火采样器等。硅硼玻璃采样器在温度超过450℃时，不能使用。耐火采样器通常用透明石英、瓷、富铝红柱石或重结晶的氧化铝制成，其中石英采样器可在900℃以下长期使用，其他耐火采样器可在1100℃～1990℃的温度范围内使用。（2）导管采集气体试样所用的导管有不锈钢管、碳钢管、铜管、铝管、特制金属软管、玻璃管、聚四氟乙烯管、聚乙烯管和橡胶管等。高纯气体的采集和输送要用不锈钢管或铜管，而不能用塑料管和橡胶管。

三、气体物料试样的采取气体物料的采取331.采样设备和器具（3）样品容器①玻璃容器：常见的玻璃容器有两头带活塞的采样管、带三通的玻璃注射器和真空采样瓶。②金属钢瓶：金属钢瓶按材质可分为碳钢瓶、不锈钢瓶和铝合金瓶三类；按结构可分为两头带针形阀的和一头带针形阀的两类。常用的小钢瓶容积一般为0.1～5L，分耐中压和高压两类。钢瓶必须定期做强度试验和气密性试验，以保证安全。气体物料的采取341.采样设备和器具（3）样品容器气体物料的采取361.采样设备和器具

(4)预处理装置气体样品的预处理包括过滤、脱水和改变温度等，目的是使气体样品符合某些分析仪器和分析方法的要求。分离气体中的固体颗粒、水分或其他有害物质的装置是过滤器和冷阱。过滤器由金属、陶瓷或天然纤维与合成纤维的多孔板制成；冷阱是一些几何形状各异的容器，其温度控制在零上几度，当难凝气体慢慢通过时，水分即被脱去。气体物料的采取37

2.采样方法（1）常压气体的采样气体压力近于或等于大气压的气体称为常压气体。①用采样瓶取样气体物料的采取采样量大采样量小38

2.采样方法

气体物料的采取39试样的制备一、

破碎二、

筛分（过筛）三、

混匀四、

缩分破碎筛分混匀缩分40

破碎是在制样过程中，用机械或人工方法减小试样粒度的过程。

1.机械方法

2.人工方法一、破碎破碎筛分混匀缩分41

粉碎后的物料要经过筛分，使其粒度满足分析要求。常用的筛子为标准筛，其材质一般为铜网或不锈钢网。筛分方式有人工操作和机械振动两种。在筛分过程中，要注意可先将小颗粒物料筛出，而对于粒径大于筛号的物料不能弃去，应将其破碎至全部通过筛孔。

二、筛分标准分样筛破碎筛分混匀缩分451.人工法人工法普遍采用堆锥法。将物料用铁铲堆成一圆锥体，再从圆锥对角贴底交互将物料铲起，堆成另一圆锥，注意每一铲物料都要由锥顶自然洒落。如此反复三次即可。如果试样量很少，也可将试样置于一张四方塑料布或橡胶布上，抓住四角，两对角线掀角，使试样翻动，反复数次，即可将试样混匀。

2.机械法将物料倒入机械混匀器中，启动机器，搅拌一段时间即可。三、混匀破碎筛分混匀缩分46

缩分是在不改变平均组成的情况下，逐步减少试样量的过程。

1.机械法用分样器进行缩分。用一特制铲子（其宽度与分样器的进料口相吻合）将物料缓缓倾入分样器中，物料会顺着分样器的两侧流出，被平均分为两份。一份继续进行破碎、混匀、缩分，直至所需试样量。另一份则保存备查或弃去。四、缩分分样器破碎筛分混匀缩分472.人工法（1）四分法四分法是最常用的人工缩分法，尤其是样品制备程序的最后一次缩分，基本都采用此法。将物料按堆锥法堆成圆锥体，用平板将其压成厚度均匀的圆台体，再通过圆心平分成四个扇形，取两对角继续进行破碎、混匀、缩分，直至剩余100～500g。另一份则保存备查或弃去。四分法破碎筛分混匀缩分482.人工法（2）棋盘法棋盘法是将物料堆成一定厚度的均匀圆饼，用有若干个长宽各为25～30mm的铁皮格将物料圆饼分割成若干个小方块，再用平底小方铲每间隔一个小方块铲出一个小方块物料，将所有铲出的物料混匀后，继续进行破碎、混匀、缩分，直至剩余量达到要求。另一份则保存备查或弃去。棋盘法正方形缩分法破碎筛分混匀缩分51试样的分解一、

溶解法二、

熔融法三、

半熔法四、

消化法52

溶解，通常理解为固态、液态可气态物质在低温下溶于适当的液体，包括发生或不发生化学反应。采用酸或碱溶液溶解试样是常用的办法。

1.水溶法水是一种性质良好的溶剂，在采用溶解法分解试样时，应首先考虑以水溶法。碱金属盐、大多数的碱土金属盐、铵盐、无机酸盐（钡、铅的硫酸盐、钙的磷酸盐除外）、无机卤化物（银、铅、汞的卤化物除外）等试样都可以用水溶法分解。一、溶解法53

2.酸溶法利用酸的酸性、氧化还原性或配位性等性质将试样中的被测组分转移到溶液中的方法，称酸溶法。常用的酸有盐酸、硝酸、硫酸、磷酸、氢氟酸和高氯酸等。（1）盐酸（HCl）

HCl具有酸性、还原性及氯离子的强配位性。主要用于溶解弱酸盐，某些氧化物，某些硫化物和比氢活泼的金属等。易溶于盐酸的元素或化合物为：Fe，Ni，Cr，Co，Zn，普通钢铁，高铬铁，多数金属氧化物，硫化物，氢氧化物，碳酸盐，磷酸盐，硼酸盐，过氧化物，某些硅酸盐、水泥等。不溶于盐酸的物质有：灼烧过的Al、Be、Cr、Fe、Ti、Zn；Al2O3，Ta2O5，SnO2，Sb2O5，Nb2O5及Th的氧化物；磷酸锆、独居石、钇矿；锶、钡、铅的硫酸盐；碱土金属的氟化物等。在密封增压的条件下升高温度（250～300℃），HCl可以溶解灼烧过的Al2O3，BeO，SnO2以及某些硅酸盐等。HCl中加入H2O2或Br2后溶剂更具有氧化性，可用于溶解铜合金和硫化物矿石等，并可同时破坏试样中的有机物。54

2.酸溶法（2）硝酸（HNO3）

HNO3具有很强的酸性和氧化性，但配位能力很弱。除金、铂族元素及易被钝化的金属外，绝大部分金属能被HNO3溶解。绝大多数的硫化物可以被HNO3溶解。很多金属浸入HNO3时形成不溶的氧化物保护层，因而不被溶解，这些金属包括Al、Cr、Be、Ga、In、Nb、Ta、Th、Ti、Zr和Hf。

W与HNO3反应后形成水合氧化沉淀。

55

2.酸溶法（3）硫酸（H2SO4）稀H2SO4不具备氧化性，而热的浓H2SO4具有很强的氧化性和脱水性。稀H2SO4常用来溶解氧化物、氢氧化物、碳酸盐、硫化物及砷化物矿石，但不能溶解含钙试样。热的浓H2SO4可以分解金属及合金，如锑、氧化砷、锡、铅的合金等；另外几乎所有的有机物都能被其氧化。

H2SO4的沸点（338℃）很高，可以蒸发至冒白烟，使低沸点酸（如HCl、HNO3、HF等）挥发除去，以消除低沸点酸对阴离子测定的干扰。56

2.酸溶法（4）磷酸（H3PO4）

H3PO4在高温时生成焦磷酸和聚磷酸，具有很强的配位能力，可以分解合金钢和难容矿石（如铬铁矿、铌铁矿、钛铁矿等）。在钢铁分析中，常用H3PO4来溶解某些合金钢试样。单独使用H3PO4分解试样的主要缺点是不易控制温度，如果温度过高，时间过长，H3PO4会脱水并形成难溶的焦磷酸盐沉淀，使实验失败。因此，

H3PO4常与H2SO4等同时使用，既可提高反应的温度条件，又可以防止焦磷酸盐沉淀析出。57

2.酸溶法（5）氢氟酸（HF）

HF的酸性很弱，但配位能力很强。对于一般分解方法难于分解的硅酸盐，可以用HF作溶剂，在加压和温热的情况下很快分解。

HF可以与HNO3、HClO4、H2SO4、H3PO4或混合使用，分解硅酸盐、磷矿石、银矿石、石英、铌矿石、富铝矿石和含铌、锗、钨的合金钢等试样。

HF具有毒性和强腐蚀性，分析人员分解试样时必须在有防护工具和通风良好的环境下进行操作。试样分解要在铂器皿或聚四氟乙烯材质的容器中进行。58

2.酸溶法（6）高氯酸（HClO4）稀HClO4没有氧化性，仅具有强酸性质；浓HClO4在常温时无氧化性，但在加热时却具有很强的氧化性和脱水能力。热的浓HClO4几乎能与所有金属反应，生成的高氯酸盐大多数都溶于水。分解钢或其他合金试样时，能将金属氧化为最高的氧化态（如把铬氧化为Cr2O72-，硫氧化为SO42-），且分解快速。

HClO4的沸点（203℃）较高，可以蒸发至冒白烟，使低沸点酸挥发除去，且残渣加水后易溶解。热的浓HClO4遇有机物会爆炸，因此当待分解试样中含有机物时，应先用浓HNO3蒸发破坏有机物，再用HClO4分解。60

3.碱溶法（1）NaOH溶解法某些酸性或两性氧化物可以用稀NaOH溶液溶解，如20～30%的NaOH溶液能分解铝和铝合金；而某些钨酸盐、磷酸锆和金属氮化物等，可以用浓的氢氧化物分解。61

3.碱溶法（2）碳酸盐分解法浓的碳酸盐溶液可以用来分解硫酸盐，如CuSO4、PbSO4等。

(3)氨分解法利用氨的配位作用，可以分解Cu、Zn、Cd等化合物。62

利用酸性或碱性熔剂与试样在高温下进行分解，使待测成分转变为可溶于水或酸的化合物，称为熔融法。分解能力强、效果好，操作麻烦，且易引入杂质或使组分丢失。熔融法一般用来分解那些难溶解的试样。

1.酸熔法常用的酸性熔剂是焦硫酸钾（K2S2O7）。

K2S2O7在450℃以上开始分解，产生的SO3对试样有很强的分解作用，可与金属氧化物生成可溶性盐。因此，Al2O3、Fe2O3、Cr2O3、TiO2、ZnO2等矿石及中性、碱性耐火材料都可以用K2S2O7熔融分解。K2S2O7不能用于硅酸盐系统的分析，因为其分解不完全，往往残留少量黑残渣；但可以用于硅酸盐的单项测定，如测定Fe、Mn、Ti等。KHSO4在加热时发生分解，得到K2S2O7，因此可以代替K2S2O7作为酸性熔剂使用。

2KHSO4=K2S2O7+H2O↑熔融器皿可用瓷坩埚，也可用铂皿，但稍有腐蚀。二、熔融法632.碱熔法常用的碱性熔剂有碳酸钠、碳酸钾、氢氧化钠、过氧化钠、硼砂和偏硼酸锂等。（1）碳酸钠或碳酸钾（Na2CO3或K2CO3）

Na2CO3常用于分解矿石试样，如硅酸盐，氧化物，磷酸盐和硫酸盐等。经熔融后，试样中的金属元素转化为溶于酸的碳酸盐或氧化物，而非金属元素转化为可溶性的钠盐。

Na2CO3的熔点为851℃，常用温度为1000℃或更高。

Na2CO3+S是一种硫化熔剂，用于分解含砷、锡、锑的矿石，使它们转化成可溶性的硫代酸盐。如分解锡石的反应：2SnO2+2Na2CO3+9S=2Na2SnS3+3SO2↑+2CO2↑Na2CO3和K2CO3摩尔比为1：1的混合物称作碳酸钾钠，熔点只有700℃左右，可以在普通煤气灯下熔融。熔融器皿宜用铂坩埚。但用含硫混合熔剂时会腐蚀铂皿，应避免采用铂皿，可用铁或镍坩埚。64

2.碱熔法（2）氢氧化钠（NaOH）

NaOH是低熔点熔剂，NaOH的熔点为318℃，常用温度为500℃左右，常用于分解硅酸盐、碳化硅等试样。因NaOH易吸水，熔融前要将其在银或镍坩埚中加热脱水后再加试样，以免引起喷溅。熔融器皿常用铁、银（700℃）和镍（600℃）坩埚。65

2.碱熔法（3）过氧化钠（Na2O2）

Na2O2是强氧化性、强腐蚀性的碱性熔剂，常用于分解难溶解的金属、合金及矿石，如铬铁、钛铁矿、锆石、绿柱石，Fe，Ni，Cr，Mo，W的合金和Cr，Sn，Zr的矿石等。熔融器皿为500℃以下用铂坩埚，600℃以下用锆和镍坩埚，也常用铁、银和刚玉坩埚。66

2.碱熔法（4）硼砂（Na2B4O7）

Na2B4O7在熔融时不起氧化作用，也是一种有效熔剂。使用时通常先脱水，再与Na2CO3以1：1研磨混匀使用。主要用于难分解的矿物，如刚玉、冰晶石、锆石等。熔融器皿一般为铂坩埚。67

2.碱熔法（5）偏硼酸锂（LiBO2）

LiBO2熔融法是后发展起来的方法，其熔样速度快，可以分解多种矿物、玻璃及陶瓷材料。市售偏硼酸锂（LiBO2·8H2O）含结晶水，使用前应先低温加热脱水。熔融器皿可以用铂坩埚，但熔融物冷却后粘附在坩埚壁上，较难脱埚和被酸浸取，最好用石墨作坩埚。68

半熔法是将试样同熔剂在尚未熔融的高温条件下进行烧结，这时试样已能同熔剂发生反应，经过一定时间后，试样可以分解完全。在半溶法中，加热时间较长，温度较低，坩埚材料的损耗相当小。（1）Na2CO3-ZnO烧结法此方法是以Na2CO3-ZnO作熔剂，于800～850℃分解试样，常用于煤或矿石中全硫量的测定。在烧结时，因为ZnO的熔点高，使整个混合物不能熔融，在碱性条件下，硫被空气氧化成硫酸根，用水浸出后，就可以进行测定。反应在瓷坩埚或刚玉坩埚中进行。三、半熔法（烧结法）69

（2）CaCO3-NH4Cl烧结法此方法分解能力强，也称斯密特法，常用于测定硅酸盐中钾、钠的含量。如分解长石（KAlSi3O8）时，熔剂与试样在750～800℃烧结。反应通常在瓷坩埚中进行。2KAlSi3O8+6CaCO3+2NH4Cl=6CaSiO3+Al2O3+2KCl+6CO2↑+2NH3↑+H2O↑70

消化法是