第十章 其他產品分析

第十章其他產品分析

§1有色金屬及合金分析§2高聚物性能分析§3化學建材性能測試§4快速分析及在線分析技術本章主要內容:一、概述

純金屬及其合金經(jīng)冶煉加工制成的材料稱為金屬材料。金屬材料通常分為黑色金屬和有色金屬兩類。鐵、錳、鉻及其合金稱為黑色金屬，通常就稱為鋼鐵。除鋼、鐵以外的金屬統(tǒng)稱為有色金屬，包括純金屬及其各種合金。

§1有色金屬及合金分析二鋁及鋁合金分析概述1.1類型：鋁合金通常分為鑄造用鋁合金和壓力用鋁合金，后者又叫熟合金或變形鋁合金。鑄造鋁合金分為簡單的鋁硅合金、特殊鋁合金如鋁硅鎂、鋁硅銅、鋁銅鑄造合金、鋁鎂鑄造合金、鋁鋅鑄造合金等。變形鋁合金根據(jù)其性能和用途的不同通常分為鋁、硬鋁、防銹鋁、線鋁、鍛鋁、超硬鋁、特殊鋁和耐熱鋁等。1.2分解樣品方法：鋁及其合金試樣的分解常用NaOH，不溶性的殘渣再用HNO3溶解。不直接用HNO3或濃H2SO4溶解，以免鈍化。有時也用HCl溶解，不溶性殘渣再用HNO3分解.1.3成分：鋁是主體元素，純鋁中一般含97%以上；鑄造鋁合金含80%左右，而變形鋁合金通常在90%左右。一般純鋁中含有硅、鐵、銅等元素，各種鋁合金中常見有硅、鎂、鋅、銅、錳等元素，個別的鋁合金還含有鎳、鉻。分析方法以光度法為主。測定原理鋁中鋁的測定純鋁中鋁的測定方法可采用EDTA滴定法。該法在微酸性溶液中加入過量的一定量的EDTA標準滴定溶液，使鐵、鋅、銅等元素與之形成配合物然后在乙酸存在下，煮沸使鋁全部形成配合物，以XO為指示劑，用硝酸鉛標準滴定溶液回滴過量的EDTA。加入氟化物使Al—EDTA解蔽，釋放出與鋁等量的EDTA，再用硝酸鉛標準滴定溶液滴定，由此計算鋁的質量分數(shù)。錫、鈦與EDTA形成的配合物，同樣被氟化物所取代，而釋放出等量的EDTA，結果偏高。但通常純鋁中的錫、鈦含量很低，可不考慮其干擾。若含量較高時，可采用堿分離進行測定。2.鋅的測定在部分鋁合金(如超硬鋁合金及鑄造鋁合金)中。鋅是主要合金元素，而在其它鋁合金中鋅是雜質成分，其含量一般不大于0.5%。

EDTA滴定法

在化學分析中一般采用化合物掩蔽滴定法。方法用強堿溶解試樣，使鐵、銅、錳等成氫氧化物沉淀而分離。而鋁、鋅進入溶液。在pH=l0的氨性溶液中，用氟化物掩蔽大量鋁及殘余鐵、錳等干擾元素，以Cu—EDTA及PAN為指示劑，用EDTA標準滴定溶液滴定鋅。3.硅的測定鋁合金中硅的測定通常采用重量法。試樣用NaOH分解，再用硝酸—硫酸分解殘渣，使SiO2nH2O析出并脫水，按常規(guī)方法以SiO2形式稱量計算出硅的質量分數(shù)。灼燒后的不純SiO2，用氫氟酸—硫酸處理，扣除所含的雜質。也可采用硅鉬藍光度法測定鋁合金中硅含量，其原理見鋼鐵分析部分.4.銅的測定微量銅的測定常用光度法，常見有雙環(huán)己酮草酰二腙光度法和二乙基二硫代氨基甲酸鈉-氯仿蘋取光度法。

5.鎂的測定鎂與鋁生成固溶體，鋁鎂合金強度大。合金中含Mg量一般不超過14.9%。鋁合金中鎂的測定大多采用EDTA滴定法，也可采用鉻變酸2R光度分析法及興多偶氮氯膦I光度法。

EDTA滴定法是用NaOH分解試樣，再用鹽酸-硝酸混合酸分解合金中Cu、Fe、Mg等金屬成分，在pH5～6范圍內，用銅試劑分離Cu2+、Fe3十等干擾離子，取濾液調節(jié)pH=l0，以鉻黑T為指示劑，直接用EDTA標準滴定溶液滴定。

注意:加入銅試劑后要立即用雙層濾紙過濾，時間稍長銅試劑分解而混濁，影響終點。6.鐵的測定鐵屬鋁合金中有害元素，主要來自熔煉器具坩堝或爐料。它使合金塑性大大降低，抗蝕性能也隨之降低。鋁合金中鐵的測定采用硫氰酸鹽光度法。試樣先用NaOH分解，然后用硝酸分解殘余金屬。在酸性溶液中，F(xiàn)e3+與SCN-生成紅色的配合物[Fe(SCN)n]3-n，借此進行光度測定。顯色后5min內完成測定。試驗溶液中銅含量高時應預先分離，所以銅合金中鐵的測定采用別的方法。7.鎳的測定常用丁二酮月虧光度法。在堿性溶液中，以(NH4)S2O8作氧化劑，Ni2+與丁二酮月虧生成酒紅色配合物，在530nm波長處測定吸光度。Cu2+的干擾用EDTA掩蔽消除。8.錳的測定在氧化性酸性溶液中，高碘酸鉀可使錳氧化為紫紅色的高錳酸，在530nm處，測定吸光度。銅鎳鈷鉻等干擾測定，可將部分顯色溶液用亞硝酸鈉還原或EDTA掩蔽作參比溶液予以消除影響。9.鉻的測定采用二苯羊炭酰二肼光度法，見水質分析部分。10．鈷的測定多用光度法測定，諸多顯色劑中以5-Cl-PADAB為好。在pH4～7介質中Co2+與顯色劑形成含兩個五元環(huán)的紅色穩(wěn)定配合物，顯色迅速，在c(H+)=2～4mol/L的HCl、HBr、H2SO4介質中都不會分解。最大吸收在58Onm波長處。Fe3+有干擾，可用酒石酸掩蔽，Cu2+、Ni2+、Zn2+等因消耗顯色劑而使Co2+發(fā)色不完全，應增加試劑加入量。11.鋯的測定采用偶氮胂III光度法，該法是在較強的酸性溶液中與偶氮胂III形成藍色的配合物。此反應可在1～11mol/L鹽酸溶液或在6～8mol/L硝酸溶液中進行，兩種溶液中具有相同的靈敏度，但在硝酸溶液中再現(xiàn)性較好。在較濃的酸性溶液中只有釷干擾測定，鈾及稀土含量較高時也干擾，但共存量不超過50倍時不影響鋯的測定?！?高聚物性能分析一、高聚物許多結構單元通過共價鍵連接成大分子，許多大分子通過分子間力聚集成分子量很大的高聚物。只含有少數(shù)結構單元的聚合物通常稱為低聚物。高聚物是由單體按照連鎖聚合反應機理或逐步聚合反應機理合成。由一種單體進行聚合反應所形成的聚合物為均聚物。例如：聚乙烯、天然橡膠等。由兩種或兩種以上單體共同參加聚合反應所形成的含有兩種或多種單體單元的聚合物稱為共聚物。例如：乙丙橡膠、丁苯橡膠等。以合成的、半合成的高分子化合物為基礎的高分子合成材料，包括塑料、合成纖維、橡膠、涂料、粘合劑、離子交換樹脂等。還有近年來發(fā)展特殊用途的高分子化合物以及具有某些功能的特種高分子化合物。例如：耐高溫聚合物、醫(yī)藥高分子材料、絮凝劑等。二、高聚物性能測試的意義高聚物材料對國民經(jīng)濟的作用日益重要。它不僅在各種領域中獲得應用，而且生產量上已接近傳統(tǒng)的金屬材料，成為人類日常生活和發(fā)展工業(yè)必不可少的材料，所以先進國家常以高聚物的產量作為工業(yè)發(fā)達標志之一。高聚物性能測試就是為了認識材料，掌握、評價材料的性能，這對控制產品質量、使用范圍和了解加工性能，評價和應用新型高分子材料、研究其性能和結構的關系都有重要的意義。三、高聚物性能測試方法各種聚合物材料的性能要求、測試方法都不盡相同.這里介紹應用較廣的物性常數(shù)測定方法及常規(guī)的力學性能、耐熱性能等的通用測試方法。這些方法操作簡便，技術條件有嚴格的統(tǒng)一規(guī)定,測試較快.通過性能測試和研究，既能確定高分子材料質量的好壞，又能找出材料性能變差原因或改性的途徑。因此高聚物性能分析是發(fā)展生產和科研工作的重要組成部分。為了測試數(shù)據(jù)相互可比，要求測試方法的技術條件和操作法統(tǒng)一化、標準化、設備儀器定型化。根據(jù)這些方法的完善程度，可分為內部標準、企業(yè)、部標準和國家標準方法。其結果可作為不同材料的質量比較，生產上的品質控制和質量驗收的依據(jù)有的還可以作為應用中使用性能指標和工程設計數(shù)據(jù)?！?化學建材性能測試高分子材料除了塑料、橡膠、纖維三大合成材料外，膠粘劑、涂料等也是其中主要一類。它們在國民經(jīng)濟中的應用越來越廣闊，在國防工業(yè)中也越來越引人注目。用高聚物加工或用高聚物對傳統(tǒng)材料進行改性所制成的建筑材料稱為化學建材，主要包括膠粘劑、防水涂料、保溫吸收材料、密封材料、聚合物混凝土外加劑等。它們已成為當今建筑技術發(fā)展的主要趨勢之一。這種建筑材料在許多方面又可以代替鋼材、木材等傳統(tǒng)建材開拓建材的源泉，而且，具有傳統(tǒng)材料所不具備的優(yōu)良性能，可以大大地改善人類的居住條件。發(fā)展的前景十分廣闊。為了更好認識化學建材，掌握評價材料的性能，控制產品的質量，必須進行性能測試?！?快速分析及在線分析技術一、分析化學發(fā)展提高分析速度，實現(xiàn)分析技術的機械化、自動化和實現(xiàn)在線分析，是分析工作者長期追求的目標。50年代，人們發(fā)展了“連續(xù)流動分析”（ContinuosFlowAnalysis，簡稱CFA），就是把試劑和試樣按一定的比例通過管道和泵輸送到某一反應區(qū)域，同時打入空氣，混合并完成化學反應，最后進入檢測器，并顯示結果。1974年，丹麥化學家魯齊卡（J.Ruzicka）和漢森（Hansen）提出了流動注射分析（FlowInjectionAnalysis，簡稱FIA），直接把試液注入在管道流動著的試劑中，保證了混合過程與反應時間的高度重現(xiàn)性，并在非平衡狀態(tài)條件下進行檢測。我國的分析化學工作者在五十年代也創(chuàng)立了高速分析這一新的分析技術，經(jīng)過40多年的實踐，這一技術已成為許多鋼鐵廠轉爐、電爐、平爐煉鋼和鑄造行業(yè)的化鐵爐以及其他熔化爐的爐前分析和爐后分析必不可少的手段，對提高鋼鐵產量，確保質量，減少分析成本，提高分析效率，降低勞動強度等發(fā)揮了重要的作用，并且它的應用范圍在不斷擴大，逐步擴展到機械、化工、土壤、醫(yī)學等領域。二、在線分析技術及應用1在線分析的產生及發(fā)展按照分析測試程序的不同，工業(yè)分析可以分為以下幾種方式。1.1離線分析（off-line）現(xiàn)場人工采樣，把樣品帶回實驗室處理后進行測定。1.2近線分析（at-line）人工采樣，直接在現(xiàn)場進行分析。1.3在線分析（on-line）采用自動取樣系統(tǒng)，將試樣自動輸入分析儀器中進行連續(xù)或間歇分析。離線分析和近線分析是傳統(tǒng)的工業(yè)分析方式。這樣得到的分析結果滯后于實際生產過程，并不能反映當前的真實情況，因此當出現(xiàn)異常情況時不能及時進行調整，有可能影響生產的正常進行甚至出現(xiàn)事故。為了及時了解實際生產的真實情況，需要及時、實時得到分析結果，這樣就需要用到在線分析技術。2在線分析系統(tǒng)2.1在線分析儀器的分類可按測量原理分為八類：（1）電化學式；（2）熱學式；（3）磁學式；（4）光學式；（5）射線式；（6