石墨

样品的熔融与提取

发布时间:2023/11/6 13:42:12   
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一、碳酸钠熔融法

方法原理

土壤是多种矿物的混合物,如石英、长石、云母等都是难溶性硅酸盐。以无水碳酸钠熔融样品时,土壤中的Fe、Al、Mn、Ti、K、Na、Ca、Mg、P等矿质元素均成为可溶性盐类,Si则成为可溶态的硅酸钠,再用盐酸提取,使各种矿质元素成为氯化物盐类,从而被提取到溶液中,作为系统分析的待测液用。例如正长石熔融时∶

碳酸钠与钙长石的作用:

熔融需在~℃温度下于铂坩埚中进行,熔块的颜色一般是灰色或浅绿色;呈绿色是由于Mn6+的存在。在碱性熔剂中熔融,通常均成为绿色的锰酸盐。反应如下∶

主要仪器:高温电炉、铂坩埚、铂头坩埚钳、玛瑙研钵。

试剂

(1)无水碳酸钠(Na2CO3),分析纯),用时烘干磨细过1mm尼龙筛。

(2)HCl(1∶1)溶液。浓盐酸〔p(HCl)=1.19g·cm~3,质量37%,分析纯〕与水等体积混合。

操作步骤

称取通过0.mm筛的烘干土壤(或矿物胶体)样品0.5~1g(精确至0.g),放在铺有磨细碳酸钠的铂坩埚中,另用粗天平称取无水碳酸钠4~8g(*2)(为样品质量的8倍,含Fe、Al多者应多加),置于黑色油光纸上。将碳酸钠的7/8分为数次加入铂坩埚中,每次加入后用短小圆头玻璃棒小心搅拌(*3),使样品与熔剂混合均匀,然后将坩埚在台面上轻弹几下,使坩埚内混合物压实。再用留下的1/8的碳酸钠擦洗玻棒,并平铺在坩埚混合物表面。若油光纸上有散失的粉末,一起倒入坩埚内,盖上坩埚盖。

将坩埚放入高温电炉中,先在~℃加热约10min,然后升温到~℃熔融30min,取出趁热观察,如果内容物成凹形,表面均匀一致,中间无气泡和不溶物,表示熔融完全。若有白色原状碳酸钠粉末或其它颗粒存在,或熔融物凹凸不平或出现小孔时都说明未熔融完全,可继续熔融15~20min,直至完全熔融。

熔融好后趁热用坩埚钳夹住坩埚,转动,使熔物凝固在坩埚周围壁上,尽量减少熔物留在坩埚底部。但熔物不要超过坩埚壁高的1/2,这样有利于坩埚内熔物的取出。然后将熔块倒入mL烧杯(或带把瓷蒸发皿中)(生4),用少量热水和HCL(1∶1)溶液洗净坩埚(*5),用带橡皮头玻璃棒擦洗坩埚壁,所有洗液应倒入原烧杯中,同时注意盖上表面皿,以防大量CO2气体发生时使溶液溅出杯外。

向加盖烧杯中慢慢地加入HCl(1∶1)溶液(**20mL(如用碳酸钠4g,熔融时加HCl(1∶1)溶液20mL,碳酸钠用量增大时,盐酸用量也要相应增加),使熔块溶解,此时有大量CO2气冒出,不可随便挪移表面皿,将烧杯置于通风橱内4~8h,使熔块完全溶解。此烧杯中的内容物即可用于矿质元素测定(待测液A)。

如果遇到难于取出的熔块时,将坩埚放在烧杯中,加足量水把熔块淹没,加热使熔块松散分离。盖上表面皿,从烧杯嘴处缓缓分次加HCL(1∶1)溶液,等泡沫消失后再继续加HCl(1∶1)溶液,以防产生大量CO2气泡爆破溅出或溢出烧杯。必要时加乙醇1mL,用带橡皮头玻璃棒擦洗坩埚使熔块分离,加热使熔块溶解。取出坩埚,并用水冲洗,即得待测液A。

如烧杯中还有未溶熔块,可将烧杯放在水浴上加热,盖上表面皿,直到熔块完全溶解为止。这时溶液应呈酸性,否则应再加HCl(1∶1)溶液直到酸性。此时,烧杯中液体因有SiO2胶体絮状颗粒而呈混浊。

注释

注1.分析土壤胶体样品,一般只测定硅、铁、铝时,称样可少于0.5g。注2.对粘性较重或强盐基性的土壤样品,碳酸钠的用量可略为增高。有机质和还原物质含量很高的土样,必须先在电炉上经~℃开盖灼烧进行氧化,否则对铂坩埚有影响。

注3.用玻璃棒搅拌时,不能用力过猛,以免坩埚内粉末飞扬造成损失。搅拌时必须注意坩埚四周和中间要混匀,否则熔融不好,熔块不易取出。搅拌的玻璃棒必须圆滑,以免损伤铂坩埚。

注4.若熔块底部有黑色斑点时,则说明因搅拌不均匀而熔融不完全,应重新称样熔化。

注5.如果含MnO2较高,熔块常会呈现绿色,在用水和稀HCl洗坩埚前应先加几滴95%乙醇,以还原高价锰,防止盐酸被氧化成氯气损害铂坩埚。

注6.如加浓盐酸溶解熔块,往往在熔块表面形成一层SO2薄膜,它阻止熔块继续溶解,故通常加HCl(1∶1)或(1∶2)。

二、偏硼酸锂熔融法

方法原理

偏硼酸锂熔融法适于土壤、粘粒、矿物、岩石中全量Si、Fe、Al等元素的测定。土壤样品与偏硼酸锂在石墨坩埚中高温熔融,其作用与碳酸钠相似。熔块用盐酸溶解,制备成待测液。溶液中的硅、铁、铝等可分别用质量法测定硅,配合滴定法测定铝和比色法测定铁,也可以用原子吸收光谱法或等离子发射光谱法测定。

主要仪器:石墨坩埚50mL,高温电炉、铂塌、铂头塌钳、玛璃研钵。

试剂

(1)偏硼酸锂(LiBO2·8H2O,分析纯)。使用前放在高温电炉中℃灼烧2~3h,除去结晶水,在玛瑙研钵中磨细过0.mm筛贮存备用。

(2)石墨粉(分析纯)。

(3)浓HCl(p≈1.19g·cm3,分析纯)。

操作步骤

称取过0.mm筛烘干土样0.5g(注1)(精确到0.g),放在9cm定量滤纸上,另称取偏硼酸锂3.5g倾倒在上述土样中,用细头玻璃棒小心拌匀,然后将玻璃棒在滤纸上擦干净,将混合物包好。在石墨坩埚内放石墨粉,使其衬垫成凹形(性2),将上述包好的混合物放在准备好的坩埚中。

石墨坩埚先放在普通电炉上炭化,待黑烟冒尽,再将坩埚移入高温电炉中,开始在~℃维持10min,再升到℃熔融15~20min;打开炉门稍冷,取出坩埚冷却。用两根细玻璃棒将熔块取出,放在mL硬质烧杯中(如熔块表面粘有石墨粉,用清洁毛笔刷净),熔块颜色一般呈半透明灰色或淡绿色。

在有熔块的烧杯中加热水20mL和浓HCl5mL,用玻璃棒搅拌数分钟,直至熔块全部溶解为止(*),即得全量硅、铁、铝等分析待测液(待测液A)(生4)

注释

注1.如果用原子吸收光谱法或等离子发射光谱法测定Si、Fe、Al等,称样量可减小至mg,偏硼酸锂量也相应减少。

注2.熔融不彻底将导致结果偏低,熔融完全要求土样与LiBO2,接触,避免与石墨坩埚接触,可事先在坩埚底部加入少量硼酸盐或用石墨粉垫成凹形。

注3.石墨坩埚在熔融期间将损失10%重量,在溶解熔融样品后能发现典型的石墨碎片,这些石墨颗粒容易沉积在底部,对分析没有影响,坩埚也可以反复使用直到变得很薄(脆而易碎)。如果样品中硅含量很高,超过硅在酸中溶解度,会形成沉积物,通过增加酸量,即可消除其沉淀。

注4.待测液不能用于硼的分析,如果用于其它微量元素测定,也可能导致熔融剂中微量元素污染,分析者必须检查偏硼酸锂是否存在微量元素污染问题。



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