在實際分析工作中,除干法分析外,通常要先將試樣分解,把待測組分定量轉入溶液后再進行測定。在分解試樣的過程中,應遵循以下幾個原則:①試樣的分解必須完全;②在分解試樣的過程中,待測組分不能有損失;③不能引入待測組分和干擾物質。根據(jù)試樣的性質和測定方法的不同,常用的分解方法有溶解法、熔融法和干式灰化法等。
1、溶解法
采用適當?shù)娜軇?,將試樣溶解后制成溶液的方法,稱為溶解法。常用的溶劑有水、酸和堿等。
(1)水溶法對于可溶性的無機鹽,可直接用蒸餾水溶解制成溶液。
?。?)酸溶法多種無機酸及混合酸,常用做溶解試樣的溶劑。利用這些酸的酸性、氧化性及配位性,使被測組分轉入溶液。常用的酸有以下幾種。
①鹽酸(HCl)大多數(shù)氯化物均溶于水,電位序在氫之前的金屬及大多數(shù)金屬氧化物和碳酸鹽都可溶于鹽酸中,另外,Cl—還具有一定的還原性,并且還可與很多金屬離子生成配離子而利于試樣的溶解。常用來溶解赤鐵礦(Fe2O3)、輝銻礦(Sb2S3)、碳酸鹽、軟錳礦(MnO2)等樣品。
?、谙跛幔℉NO3)具有較強的氧化性,幾乎所有的硝酸鹽都溶于水,除鉑、金和某些稀有金屬外,濃硝酸幾乎能溶解所有的金屬及其合金。鐵、鋁、鉻等會被硝酸鈍化,溶解時加入非氧化酸,如鹽酸除去氧化膜即可很好的溶解。幾乎所有的硫化物也都可被硝酸溶解,但應先加入鹽酸,使硫以H2S的形式揮發(fā)出去,以免單質硫將試樣裹包,影響分解。
?、哿蛩幔℉2SO4)除鈣、鍶、鋇、鉛外,其它金屬的硫酸鹽都溶于水。熱的濃硫酸具有很強的氧化性和脫水性,常用于分解鐵、鈷、鎳等金屬和鋁、鈹、銻、錳、釷、鈾、鈦等金屬合金以及分解土壤等樣品中的有機物等。硫酸的沸點較高(338℃),當硝酸、鹽酸、氫氟酸等低沸點酸的陰離子對測定有干擾時,常加硫酸并蒸發(fā)至冒白煙(SO3)來驅除。
?、芰姿幔℉3PO4)磷酸根具有很強的配位能力,因此,幾乎90%的礦石都能溶于磷酸。包括許多其它酸不溶的鉻鐵礦、鈦鐵礦、鈮鐵礦、金紅石等,對于含有高碳、高鉻、高鎢的合金也能很好的溶解。單獨使用磷酸溶解時,一般應控制在500~600℃、5min以內。若溫度過高、時間過長,會析出焦磷酸鹽難溶物、生成聚硅磷酸粘結于器皿底部,同時也腐蝕了玻璃。
?、荩℉ClO4)熱的、濃高氯酸具有很強的氧化性,能迅速溶解鋼鐵和各種鋁合金。能將Cr、V、S等元素氧化成最高價態(tài)。高氯酸的沸點為203℃,蒸發(fā)至冒煙時,可驅除低沸點的酸,殘渣易溶于水。高氯酸也常作為重量法中測定SiO2的脫水劑。使用HClO4時,應避免與有機物接觸,以免發(fā)生爆炸。
?、逇浞幔℉F)氫氟酸的酸性很弱,但 F—的配位能力很強,能與 Fe(Ⅲ)、Al(Ⅲ)、Ti(Ⅳ)、Zr(Ⅳ)、W(Ⅴ)、Nb(Ⅴ)、Ta(Ⅴ)、U(Ⅵ)等離子形成配離子而溶于水,并可與硅形成SiF4而逸出。
?。?)混合酸溶法
?、偻跛瓾NO3與HCl按1∶3(體積比)混合。由于硝酸的氧化性和鹽酸的配位性,使其具有更好的溶解能力。能溶解Pb、Pt、Au、Mo、W等金屬和Bi、Ni、Cu、Ga、In、U、V等合金,也常用于溶解Fe、Co、Ni、Bi、Cu、Pb、Sb、Hg、As、Mo等的硫化物和Se、Sb等礦石。
②逆王水HNO3與HCl按3∶1(體積比)混合??煞纸釧g、Hg、Mo、等金屬及Fe、Mn、Ge的硫化物。濃HCl、濃HNO3、濃H2SO4的混合物,稱為硫王水,可分別溶解含硅量較大的礦石和鋁合金。
?、?HF+ H2SO4+ HClO4可分解Cr、Mo、W、Zr、Nb、Tl等金屬及其合金,也可分解硅酸鹽、鈦鐵礦、粉煤灰及土壤等樣品。
④ HF+HNO3常用于分解硅化物、氧化物、硼化物和氮化物等。
?、?H2SO4+H2O2+H2OH2SO4∶H2O2∶H2O按2∶1∶3(體積比)混合??捎糜谟土稀⒓Z食、植物等樣品的消解。若加入少量的CuSO4、K2SO4和硒粉作催化劑,可使消解更為快速完全。
?、?HNO3+ H2SO4+ HClO4(少量)常用于分解鉻礦石及一些生物樣品,如動、植物組織、尿液、糞便和毛發(fā)等。
⑦ HCl+SnCl2主要用于分解褐鐵礦、赤鐵礦及磁鐵礦等。
(4)堿溶法堿溶法的主要溶劑為NaOH、KOH或加入少量的Na2O2、K2O2.常用來溶解兩性金屬,如鋁、鋅及其合金以及它們的氫氧化物或氧化物,也可用于溶解酸性氧化物如MoO3、WO3等。
2、熔融法
熔融法是將試樣與酸性或堿性熔劑混合,利用高溫下試樣與熔劑發(fā)生的多相反應,使試樣組分轉化為易溶與水或酸的化合物。該法是一種高效的分解方法。但要注意,熔融時,需加入大量的熔劑(一般為試樣的6~12倍)而會引入干擾。另外,熔融時,由于坩堝材料的腐蝕,也會引入其它組分。根據(jù)所用熔劑的性質和操作條件,可將熔融法分為酸熔、堿熔和半熔法。
?。?)酸熔法酸熔法適用于堿性試樣得分解,常用的熔劑有K2S2O7、KHSO4、KHF2、B2O3等。KHSO4加熱脫水后生成K2S2O7,二者的作用是一樣的。在300℃以上時,K2S2O7中部分SO3可與堿性或中性氧化物(如TiO2、Al2O3、Cr2O3、Fe3O4、ZrO2等)作用,生成可溶性硫酸鹽。常用于分解鋁、鐵、鈦、鉻、鋯、鈮等金屬氧化物及硅酸鹽、煤灰、爐渣和中性或堿性耐火材料等。KHF2在鉑坩堝中低溫熔融可分解硅酸鹽、釷和稀土化合物等。B2O3在鉑坩堝中于580℃熔融,可分解硅酸鹽及其它許多金屬氧化物。
(2)堿熔法堿熔法用于酸性試樣的分解。常用的熔劑有Na2CO3、K2CO3、NaOH、KOH、Na2O2和它們的混合物等。
?、?Na2CO3(mp:850℃)和K2CO3(mp:890℃)Na2CO3與K2CO3按1∶1形成的混合物,其熔點為700℃左右,用于分解硅酸鹽、硫酸鹽等。分解硫、砷、鉻的礦樣時,用Na2CO3加入少量的KNO3或KClO3,在900℃時熔融,可利用空氣中的氧將其氧化為、、.用Na2CO3或K2CO3作熔劑宜在鉑坩堝中進行。
② Na2CO3+S用來分解含砷、銻、錫的礦石,可使其轉化為可溶性的硫代酸鹽。由于含硫的混合熔劑會腐蝕鉑,故常在瓷坩堝中進行。
?、?NaOH(mp:321℃)和KOH(mp:404℃)二者都是低熔點的強堿性熔劑,常用于分解鋁土礦、硅酸鹽等試樣。可在鐵、銀或鎳坩堝中進行分解。用Na2CO3作熔劑時,加入少量NaOH,可提高其分解能力并降低熔點。
?、?Na2O2Na2O2是一種具有強氧化性、強腐蝕性的堿性熔劑,能分解許多難溶物,如鉻鐵礦、硅鐵礦、黑鎢礦、輝鉬礦、綠柱石、獨居石等。能將其大部分元素氧化成高價態(tài)。有時將Na2O2與Na2CO3混合使用,以減緩其氧化的劇烈程度。用Na2O2作熔劑時,不宜與有機物混合,以免發(fā)生爆炸。Na2O2對坩堝腐蝕嚴重,一般用鐵、鎳或剛玉坩堝。
?、?NaOH + Na2O2或KOH+ Na2O2常用于分解一些難溶性的酸性物質。
?。?)半熔法半熔法又稱燒結法。該法是在低于熔點的溫度下,將試樣與熔劑混合加熱至熔結。由于溫度比較低,不易損壞坩堝而引入雜質,但加熱所需時間較長。例如800℃時,用Na2CO3+ZnO分解礦石或煤;用MgO+ Na2CO3分解礦石、煤或土壤等。
一般情況下,優(yōu)先選用簡便、快速、不易引入干擾的溶解法分解樣品。熔融法分解樣品時,操作費時費事,且易引入坩堝雜質,所以熔融時,應根據(jù)試樣的性質及操作條件,選擇合適的坩堝,盡量避免引入干擾。
3、干式灰化法
常用于分解有機試樣或生物試樣。在一定溫度下,于馬弗爐內加熱,使試樣分解、灰化,然后用適當?shù)娜軇⑹S嗟臍堅芙?。根?jù)待測物質揮發(fā)性的差異,選擇合適的灰化溫度,以免造成分析誤差。也可用氧氣瓶燃燒法。該法是將試樣包裹在定量濾紙內,用鉑片夾牢,放入充滿氧氣并盛有少量吸收液的錐形瓶中進行燃燒,試樣中的硫、磷、鹵素及金屬元素,將分別形成硫酸根、磷酸根、鹵素離子及金屬氧化物或鹽類等溶解在吸收液中。對于有機物中碳、氫元素的測定,通常用燃燒法,將其定量的轉變?yōu)镃O2和H2O.
除以上幾種常用分解方法外,還有在密封容器中進行加熱,使試樣和溶劑在高溫、高壓下快速反應而分解的壓力溶樣法;還有目前已被人們普遍接受、特點較為明顯的微波溶樣法,即利用微波能,將試樣、溶劑置于密封的、耐壓、耐高溫的聚四氟乙烯容器中進行微波加熱溶樣。該法可大大簡化操作步驟、節(jié)省時間和能源,且不易引入干擾,同時也減少了對環(huán)境的污染,原本需數(shù)小時處理分解的樣品,只需幾分鐘即可順利完成。
?、谀嫱跛瓾NO3與HCl按3∶1(體積比)混合??煞纸釧g、Hg、Mo、等金屬及Fe、Mn、Ge的硫化物。濃HCl、濃HNO3、濃H2SO4的混合物,稱為硫王水,可分別溶解含硅量較大的礦石和鋁合金。
?、?HF+ H2SO4+ HClO4可分解Cr、Mo、W、Zr、Nb、Tl等金屬及其合金,也可分解硅酸鹽、鈦鐵礦、粉煤灰及土壤等樣品。
④ HF+HNO3常用于分解硅化物、氧化物、硼化物和氮化物等。
?、?H2SO4+H2O2+H2OH2SO4∶H2O2∶H2O按2∶1∶3(體積比)混合??捎糜谟土?、糧食、植物等樣品的消解。若加入少量的CuSO4、K2SO4和硒粉作催化劑,可使消解更為快速完全。
⑥ HNO3+ H2SO4+ HClO4(少量)常用于分解鉻礦石及一些生物樣品,如動、植物組織、尿液、糞便和毛發(fā)等。
?、?HCl+SnCl2主要用于分解褐鐵礦、赤鐵礦及磁鐵礦等。
(4)堿溶法堿溶法的主要溶劑為NaOH、KOH或加入少量的Na2O2、K2O2.常用來溶解兩性金屬,如鋁、鋅及其合金以及它們的氫氧化物或氧化物,也可用于溶解酸性氧化物如MoO3、WO3等。