六、试剂的选择
试剂的选择以试样的基本性质为依据,在一般的情况下:a.对于无机盐类、电解质及其他可溶于水的物质,尽可能用水溶解;b.对于金属和合金,使用无机酸或无机酸的混酸溶解;c.对于矿物主要采用酸溶解和熔剂熔融两种方法,一般使用的试剂依矿物的酸根而定。
若试样的种类不明,可将试样顺次以稀盐酸、浓盐酸和王水加热溶解。如用这些酸都不能溶解的试样,则于铂皿内加氢氟酸和硫酸的混酸加热,直到产生白色的烟零为止。冷却后用水稀释,以供试验。如以上酸类均不能溶解试样,则需另取试样在铂坩埚中以无水碳酸钠熔融,熔融物以水或酸抽提出而供试验。若至此仍未能溶解,则需要用焦硫酸钾或过氧化钠来熔融。
试样的分解一般按以下步骤进行。
1.用常用的各种混酸溶解
常用的混酸有:a.王水(3份相对密度为1.19的HCl和1份相对密度为1.42的HNO3);b.逆王水(3份相对密度为1.42的HNO3和1份相对密度为1.19的HCl);c.三酸混合酸(100mL相对密度为1.42的HNO3,300mL相对密度为1.19的HCl,150mL相对密度为1.84的H2SO4和450mL水);d.硝酸、硫酸和磷酸的混合酸;e.硝酸和氢氟酸的混合酸;f.硫酸和氢氟酸的混合酸;g.盐酸、硝酸和高氯酸的混合酸等。
2.用碱金属碳酸盐熔融
用来分解试样的碱金属碳酸盐中,以碳酸钠使用较为广泛,用碳酸钾来熔化的机会较少。这是因为钾盐被沉淀吸附的倾向要比钠盐为大,从沉淀中将它洗出也要困难得多。为了降低分解时的熔点,经常用等分子的Na2CO3与K2CO3的混合物(Na2CO3熔点为852℃,K2CO3熔点为891℃,而其混合物的熔点约为700℃)。
用碱金属碳酸盐分解试样时,在熔化过程中,熔剂与试样相互作用,生成各种碱金属的硅酸盐、铝酸盐或磷酸盐,均易溶解于盐酸。在操作时先用水溶,然后再用盐酸抽提出。
3.用碱金属氢氧化物熔融
氢氧化钠和氢氧化钾是强烈的碱性熔剂。用作熔剂时,首先将分析所需量的NaOH或KOH放在银、镍或铁的坩埚内熔化,并加热至得到稳定的熔融物。冷却后,将分析样品放在凝固的熔融物上面,铺平,盖上坩埚盖,逐渐升高温度并时时旋转坩埚,使坩埚内物质熔融并混合均匀。这时要注意不要让坩埚中存在未分解样品的小块,或在坩埚底上或边上沾有硬皮。
应该指出,必须先将熔剂脱水,否则会起泡和喷溅,以致造成样品损失。放入样品前先加热熔剂10~15min,即可将熔剂中的绝大部分的水分预先除去,可使熔化样品的过程稳定。
4.用过氧化钠熔融
过氧化钠是一种强碱性熔剂,且具有强氧化性。当需要氧化某一元素时,可使用这种熔剂。如硫化物、砷化物等在熔化过程中,相应地被氧化成硫酸盐、砷酸盐。当用水浸取熔融物时,它能使某些元素发生分离,这是使用过氧化钠的重要优点。
用过氧化钠熔融的操作过程:用细玻璃棒将试样与一定量未分解的干燥(黄色)过氧化钠在坩埚中混合,再在混合物的上面铺上一层过氧化钠,置于电热板上加热以排除水分,然后移入泥三角上用喷灯或马弗炉加热使温度逐渐升高。绝不可因熔融太慢而突然大幅度升高温度,这样容易引起喷溅而导致损失。灼烧时应将坩埚倾斜转动,使内容物环绕边沿熔融。当坩埚呈暗红色(600~700℃)且坩埚中央部分物料完全熔化时,继续加热3~5min,即可停止加热,用盖上坩埚盖,静置冷却。
5.用焦硫酸钾或硫酸氢钾熔融
焦硫酸钾或硫酸氢钾主要用于分解铌酸盐、钽酸盐,以及在分析过程中所得到的灼热混合沉淀。熔融时可分离出硫酸酐(SO3),待测金属元素形成可溶性硫酸盐。
将试样与需要量的熔剂在坩埚中混合均匀,盖上坩埚盖,然后移入小火焰中微微加热,使有微弱的三氧化硫烟雾析出。隔10~15min以后稍微升高温度(但不高于使坩埚底部暗红炽热时的温度),并时时旋转坩埚使坩埚内物质混合均匀。当熔融快结束时,随着三氧化硫的析出,熔剂的活性降低以致分解减慢,熔点也升高。熔剂全部转变成为硫酸钾时,分解就会完全停止。在这种情况下,如果分解尚未达到完全,应当把坩埚冷却,再加上一些熔剂或滴入几滴浓硫酸,再小心加热至试样全部熔化。为确定分解是否结束,可将坩埚稍微冷却一下,如熔融物有一段时间完全透明,并且在熔融物里没有未分解的颗粒则可结束熔融。旋转坩埚,以使液体熔融物沿坩埚壁分布成一薄层,然后使之冷却和凝固。往往在冷却过程中由于熔融物的膨胀,致使坩埚裂缝。为了避免这种现象,可在熔化结束前往稍经冷却的熔融物里投入1~2小块焦硫酸钾或硫酸氢钾,待熔化和搅拌后,再使坩埚冷却。
6.用硼砂或硼酸酐熔融
硼砂或硼酸酐常用于某些难分解矿物的分析中。
取分析所需量的熔剂置于坩埚内,加热使其熔融,冷却后在凝固的熔剂上放入试样,用盖上坩埚盖加热,逐渐升高温度。用短粗的铂丝时时搅拌黏性熔融物。这根铂丝在整个熔化时间内都应留在坩埚里。由于分析试样成分的不一,所得的熔融物的纯度亦不相同。熔化所需时间平均为30~40min。分解是否结束是根据熔融物的稳定状态和纯度(透明度)来判断的。熔融终了后,旋转坩埚,以使黏性熔融物分布在坩埚壁上,稍使凝固,然后盖上坩埚盖冷却,以免因熔融物裂开而造成损失。
为了除去由熔剂带入的硼,将熔融物由坩埚移入蒸发皿中,注入50mL左右饱和氯化氢的甲醇溶液,在水浴上加热使其溶解,并将蒸发皿里的溶液蒸干,此时硼以硼酸三甲酯状态被除去,残存在坩埚壁上的熔融物微粒,用同样的方法处理之。为了保证硼完全除去,这项操作最好重复一次或两次,每次仅加入少量试剂。此后,将干燥的残渣用酸处理、干燥,以析出硅酸等。
饱和氯化氢的甲醇溶液的制备方法:将干燥的氯化氢气流快速通入冷的甲醇里(250mL)1~2h。
获得强氯化氢气流的简便方法:把100g NaCl放入容量为500mL的圆底烧瓶中,用带有两孔的橡胶塞塞住:在一孔中插入一根细玻璃管,通过橡胶管与甲醇瓶相连接;在另一孔中插入一长颈滴液漏斗,漏斗的下端插入含95%硫酸的小试管(试管放在瓶底)中,并稍许浸入硫酸。甲醇瓶后应连接尾气吸收装置。尾气吸收装置由装有NaOH溶液的烧杯和与甲醇瓶相连的倒置玻璃漏斗组成,漏斗稍浸入液面以下。通过漏斗不断注入95%硫酸(每次5~10mL),直到加入硫酸的量达到100mL为止,加热(温度不得超过80℃),即可获得较强的氯化氢气流。
当甲醇饱和了氯化氢以后,停止加热,终止反应。用来制取氯化氢的仪器应集中保管起来,以备后用。由于甲醇在开始时能非常强烈地吸收氯化氢,所以应该注意防止液体倒吸。应对甲醇瓶冷浴,以加大对HCl气体的溶解量。
烧瓶的加热,必须很好地调节,使之能产生强的气流,同时这样也能减少回吸的危险,以及缩短使甲醇饱和氯化氢所需的时间。应用浓硫酸时,生成的氯化氢可以不必再干燥。
7.用铵盐熔融
铵盐对矿样,特别是有色金属矿样的分解能得到满意的结果。由于该熔剂的熔点低,在室内或野外都很适用。
将一份氯化铵和一份硝酸铵置于瓷皿中混匀,缓慢加热,使其全部熔融,冷却后研细,即为熔剂。分解试样时,将5~8倍质量的熔剂置于干燥烧瓶中,将矿样置入其中,剧烈摇动以使混匀。于砂浴上加热至200~250℃,直至完全熔解。根据不同需要以一定溶剂(磷酸、磷硫混酸、苛性钠溶液、二硫化碳等)抽提出以供分析。