第一章試樣的采集與制備08

第一章試樣的采集與制備1工業(yè)分析的主要任務(wù)是從大批物料中確定某種或某些組分的平均質(zhì)量分?jǐn)?shù)。

工業(yè)分析測定步驟：1、采樣2、制樣3、分解樣品4、消除干擾

5、方法的選擇6、結(jié)果的計算和數(shù)據(jù)的評價我們的重點：

樣品的采取與處理試樣的制備與分解2采樣的基本原則工業(yè)分析的具體對象是大宗物料（千克級、噸級、甚至萬噸級），而實際用于分析測定的物料卻又只能是其中很小的一部分（g甚至mg）。因此，所取試樣必須具有充分的代表性，即試樣的組成和被分析物料整體的平均組成一致。

§1-1采制樣的重要性3采樣的基本術(shù)語：

分析試樣（analysis

sample）：將狀態(tài)處于可以開始用化學(xué)或物理方法進(jìn)行分析的物料稱之為分析試樣。子樣（或份樣）（increment）：在規(guī)定的采樣點采集的規(guī)定量物料。

原始平均試樣（或送檢樣）（primarysample）：將采取的全部份樣混合均勻。

分析化驗單位（或基本批量）（analysistestunit）：應(yīng)采取一個原始平均試樣的物料總量。44采樣的基本術(shù)語：

樣品的采?。?/p>

sampling）：從大宗物料中按照規(guī)范的操作步驟獲得“送檢樣”的過程。

樣品制備（

sample

preparation）：將送檢樣制成滿足實驗室分析要求的分析試樣的過程。55分析結(jié)果總的標(biāo)準(zhǔn)偏差S0是與取樣（含制樣）的標(biāo)準(zhǔn)偏差SS和分析操作（含分析方法本身）的標(biāo)準(zhǔn)偏差Sa有關(guān)，并且符合下述關(guān)系式：公式說明，樣本變異的方差分量與測量變異的方差分量具有同等重要性。

6§1-2取樣理論及其在采制樣中的應(yīng)用取樣誤差取樣量取樣單元取樣方式7取樣誤差與樣品特性（樣品的密度、分散均勻性等）、樣品質(zhì)量、樣品的顆粒直徑及顆粒數(shù)、樣品中待測組分的含量等有密切關(guān)系。8一、取樣誤差

8二、取樣量

樣品最低可靠質(zhì)量：能代表研究對象整體的樣品最小量。理查-切橋特公式：

式中Q——最小樣品質(zhì)量（或稱樣品最低可靠質(zhì)量），以㎏計；K——與試樣密度等有關(guān)的礦石特性系數(shù)，通常K值為0.02~1。顆粒越不均勻，K值越大；

d——最大顆粒直徑，以㎜計；α——隨礦石類型和粒度而變化的一個系數(shù)，并且α<3。9切喬特等人把α規(guī)定為2，省去了由實驗求α的麻煩，于是上式可簡化為：結(jié)論：

物料的顆粒越大，則最低采樣量越多；樣品越不均勻，最低采樣量也越多。因此，對塊狀物料，應(yīng)在破碎后再采樣。

10結(jié)論：樣品的顆粒越大，最低采樣量越大。例如：采集某礦石樣品時，若此礦石的最大顆粒直徑為20mm，K

值為0.06，問應(yīng)采取樣品的最低可靠質(zhì)量是多少？若將礦石破碎后，其最大顆粒直徑為4mm，則應(yīng)采取樣品的最低可靠質(zhì)量又是多少？解：若礦石的最大顆粒直徑為20mm時：

Q=Kd

2=0.06×202

＝24（kg）如果將上述礦石最大顆粒破碎至4mm時：

Q=Kd

2=0.06×42

＝0.96（kg）≈1kg11三、取樣單元

一般說來，取樣單元數(shù)愈多，即取子樣數(shù)多，取樣誤差就愈小。取樣單元的多少，主要取決于物料的均勻性和對取樣準(zhǔn)確度的要求。物料愈不均勻或要求取樣誤差愈小，則取樣單元數(shù)就愈多。12四、取樣方式

隨機(jī)取樣：又稱概率取樣，其基本原理是物料總體中每份被取樣的概率應(yīng)相等。

分層取樣：即當(dāng)物料總體中有明顯的不同組成時，將物料分成幾個層次，按層數(shù)大小成比例地取樣。系統(tǒng)取樣：是按已知的變化規(guī)律取樣。二步取樣：就是將物料分成幾個部分，首先用隨機(jī)取樣方式從物料批中取出若干個一次取樣單元，然后再分別從各單元中取出幾個份樣。13四、取樣方式

實際工作中，將隨機(jī)取樣與規(guī)則取樣結(jié)合應(yīng)用。例如：把8筒粉末樣品每瓶按上、中、下三部分各100層構(gòu)成，每層樣品分裝到400個小瓶中，則可裝成400×（100×3）×8=960000小瓶。若隨機(jī)抽取1%的樣本，則需要分析9600瓶。而考慮到8個筒之間的差異要比一筒內(nèi)差異大；而一筒內(nèi)的差異可通過從一筒的上、中、下部位取樣，且對筒內(nèi)的每一層來說是均勻的，任取一瓶均可代表本層，而在100層中隨機(jī)抽5%，5×3×8=120，即分析120瓶就可以了。

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§1-3試樣采集方法固態(tài)物料的采樣液態(tài)物料的采樣氣態(tài)物料的采樣15其方法是：先確定子樣數(shù)目，然后在料堆的周圍，從地面起每隔0.5m左右，用鐵鏟劃一橫線，然后每隔1～2m劃一豎線，間隔選取橫豎線的交叉點作為取樣點，如圖所示。在取樣點取樣時，用鐵鏟將表面刮去0.1m，深入0.3m挖取一個子樣的物料量，每個子樣的最小質(zhì)量不小于5kg。最后合并所采集的子樣。一、固態(tài)物料的采樣（以商品煤采樣方法為例）1、物料堆中采樣16批量/kt≤11~22~33~44~55~66~77~88~99~10應(yīng)采子樣數(shù)目/個4055758090100105110120130表1-1灰分小于20%的商品煤應(yīng)取子樣數(shù)批量/kt≤11~22~33~44~55~66~77~88~99~10應(yīng)采子樣數(shù)目/個80110140160180200210230240250表1-2灰分大于20%的商品煤應(yīng)取子樣數(shù)171～2mh=0.3mm=5kg0.5m

圖1-1物料堆上采樣點的分布

18對于袋（或桶）裝的工業(yè)產(chǎn)品，每一袋（或桶）為一件。多少件為一個化驗單位，視不同產(chǎn)品而定。如對于袋裝化肥，通常規(guī)定50件以內(nèi)抽取5件；51～100件，每增10件，加取1件；101～500件，每增50件，加取2件；501～1000件以內(nèi)，每增100件，加取2件；1001～5000件以內(nèi)，每增100件，加取1件。將子樣均勻地分布該批物料中，然后用采樣工具進(jìn)行采集。

一、固態(tài)物料的采樣

1、物料堆中采樣例如，某批化肥為2000件，則應(yīng)抽取的件數(shù)為：5+5×1+8×2+5×2+10×1=46件19取樣時，將取樣鉆由袋（罐、桶）口的一角沿對角線插入袋（罐、桶）內(nèi)的1/3～3/4處，旋轉(zhuǎn)180

后抽出，刮出鉆槽中物料作為一個子樣。

圖1-2取樣鉆自袋、罐、桶中采集粉末狀物料樣品時，通常采用取樣鉆。取樣鉆為鉆身750mm，外徑18mm，槽口寬12mm，下端30

角錐的不銹鋼管或銅管20

由運輸皮帶、鏈板運輸機(jī)等物料流中采樣時，大都是采用機(jī)械化的自動采樣器，定時定量連續(xù)采樣。先確定子樣數(shù)目，然后根據(jù)物料流量的大小及有效流過時間，均勻地分布采樣時間，一次橫斷面采取一個子樣。采樣應(yīng)按照左、中、右進(jìn)行布點，然后采集。在橫截皮帶運輸機(jī)采樣時，采樣器必須緊貼皮帶，而不能懸空鏟取物料。2、物料流中采樣21表1-3商品煤物料流子樣數(shù)（以1000t為一個分析化驗單位）

煤種原煤和篩選煤其他洗煤灰分≤20%灰分>20%灰分≤20%灰分>20%子樣數(shù)目30601520若分析化驗單位不足1000t時，子樣數(shù)目可根據(jù)實際發(fā)運量，按比例減少。如果煤量超過1000t，則實際應(yīng)采子樣數(shù)目：式中，m——實際應(yīng)采子樣數(shù)目，單位個；

n——表1-3所示的子樣數(shù)目，單位個；

M——實際應(yīng)發(fā)量或交貨批量，單位t。22由火車中采樣時，子樣數(shù)目要按產(chǎn)品計劃灰分和車皮容量確定。當(dāng)灰分≤20%，不論車皮容量大小，沿斜線方向，采用三點采樣。對于灰分＞20%，車皮容量為30t以下時，采用三點采樣；當(dāng)車皮容量為30t～50t時，采用四點采樣；當(dāng)車皮容量≥50t時，采用五點采樣。3、運輸工具中中采樣23運煤火車中商品煤采樣點圖灰分≤20%

或灰分＞20%車皮容量≤30t灰分＞20%車皮容量30～50t灰分＞20%車皮容量≥50t1m1m242、自小貯存容器中采樣

一般是在容器上部距液面200㎜除采取子樣一個，在中部采子樣3個，在下部采子樣一個。采樣工具可以使用裝在金屬架上的玻璃瓶或特制的采樣器。將貯存容器內(nèi)的液態(tài)物料攪拌均勻后直接取樣。采樣的工具多用直徑約20mm的長玻璃管或虹吸管。二、液態(tài)物料的采樣1、自大貯存容器中采樣圖1-4采樣瓶圖1-3液態(tài)石油產(chǎn)品采樣器5圖1-5玻璃采樣管25對于輸送管道中流動的液態(tài)物料，用裝在輸送管道上的采樣閥采樣。根據(jù)分析的目的，按有關(guān)規(guī)程，每隔一定時間，打開閥門，最初流出的液體棄去，然后采樣。采樣量按規(guī)定或?qū)嶋H需要確定。圖1-6采樣閥二、液態(tài)物料的采樣3、自輸送管道中采樣26由于氣體物料易于擴(kuò)散，而容易混合均勻。工業(yè)氣體物料存在狀態(tài)如：動態(tài)、靜態(tài)、正壓、常壓、負(fù)壓、高溫、常溫、深冷等，且許多氣體有刺激性和腐蝕性，所以，采樣時一定要按照采樣的技術(shù)要求，并且注意安全。

三、氣態(tài)物料的采樣27（一）四種采樣形式28一般運行的生產(chǎn)設(shè)備上安裝有采樣閥。氣體采樣裝置一般由采樣管、過濾器、冷卻器及氣樣容器組成。

（二）采樣設(shè)備291-氣體管道；2-采樣管；3-過濾器；4-冷卻器；5-導(dǎo)氣管；6-冷卻水入口；7-冷卻水出口；8，9-冷卻管圖1-7氣體采樣裝置301、常壓狀態(tài)氣體采樣

氣體狀態(tài)：等于大氣壓或低正壓或低負(fù)壓

采樣方法：封閉液采樣法

使用容器：采樣瓶或采樣管（三）采樣方法31采樣裝置圖如下所示：圖1-8采樣瓶圖1-9氣樣管322、正壓狀態(tài)氣體采樣氣體狀態(tài)：氣體壓力遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于大氣壓力的為正壓氣體；

采樣工具：采樣瓶、采樣管、橡皮氣囊或直接采樣。

特點：不要改變封閉液的位置，氣體借助自己的正壓進(jìn)入氣體的氣囊。注意事項：壓力過大，應(yīng)注意調(diào)整采樣管旋塞，或者在采樣裝置與氣體容器之間加裝緩沖瓶。33

3、負(fù)壓狀態(tài)氣體采樣氣體狀態(tài)：氣體壓力遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于大氣壓力的為負(fù)壓氣體；采樣方法：抽氣泵減壓法（負(fù)壓不太高）；抽空容器法（負(fù)壓過高），抽空容器是0.5～3.0L容器，由優(yōu)質(zhì)厚壁的玻璃瓶或管組成，具有旋塞。采樣前將其抽至內(nèi)壓降至8～13kPa以下。34負(fù)壓狀態(tài)采樣裝置圖：圖1-11負(fù)壓采樣的抽空裝置圖1-10流水抽氣法采樣裝置35總結(jié)如下：36§1-4固體試樣的制備制樣的基本程序試樣加工流程特殊樣品的制樣樣品的沾污、損失及制樣的質(zhì)量要求37一、制樣的基本程序過篩混勻縮分

破碎1、破碎

破碎可分為粗碎、中碎、細(xì)碎和粉碎4個階段。根據(jù)實驗室樣品的顆粒大小、破碎的難易程度，可采用人工或機(jī)械的方法逐步破碎，直至達(dá)到規(guī)定的粒度。

粗鄂式破碎機(jī)

細(xì)鄂式破碎機(jī)38物料在破碎過程中，每次磨碎后均需過篩，未通過篩孔的粗粒再磨碎，直至樣品全部通過指定的篩子為止(易分解的試樣過170目篩，難分解的試樣過200目篩)。粗碎用的大篩有手工篩和機(jī)械篩，篩孔直徑4mm。中碎和細(xì)碎常用成套的孔徑不同的金屬網(wǎng)篩，稱為套篩。目，是篩子孔徑大小的量度。目數(shù)是指每英寸（25.4mm）長度內(nèi)金屬網(wǎng)線數(shù)（即篩孔數(shù)—目數(shù)）。2、過篩39沈陽套篩泰勒標(biāo)準(zhǔn)篩沈陽套篩泰勒標(biāo)準(zhǔn)篩篩號/目數(shù)篩孔直徑/mm篩號/目數(shù)篩孔直徑/mm篩號/目數(shù)篩孔直徑/mm篩號/目數(shù)篩孔直徑/mm200.920200.8351000.1521000.147350.4171200.1211150.124400.442420.3151400.1011500.104480.2951600.0881700.088600.272600.2461800.0802000.074650.2052000.0652500.061800.196800.1752700.053表1-4不同套篩目-孔徑對比40混勻法通常有圓錐法或環(huán)錐法、掀角法。圓錐法或環(huán)錐法常用于手工混合大量實驗室樣品。如圓錐法是將破碎至一定粒度的試樣，用鐵鏟在鋼板（或橡皮墊）上堆成一個圓錐。然后，從錐底一鏟一鏟將試樣鏟起，在距圓錐一定距離的部位堆起另一個圓錐。如此反復(fù)三次以上。操作時物料必須從錐堆頂部自然灑落，使樣品充分混合均勻。也可采用機(jī)械混勻器進(jìn)行混勻。

3、混勻41縮分是在不改變試樣的平均組成的情況下，逐步縮小試樣量的過程。4、縮分（1）縮分公式縮分的依據(jù)是理查-切橋特公式，又稱縮分公式。若制樣某一階段時其粒度為d，質(zhì)量為Q。則：

當(dāng)n＜1時，一般開始階段才會出現(xiàn)，說明送檢樣數(shù)量不足，應(yīng)重新取樣或與送檢單位商議決定；當(dāng)1≤n＜2時，應(yīng)先破碎后縮分；當(dāng)n≥2時，可先混勻、縮分，再取部分進(jìn)行破碎。42（2）縮分次數(shù)若以每次縮減一半而論，則縮分次數(shù)m可依下式確定，

如：n=1=20，則縮分次數(shù)為0，即不能縮分；n=4=22,則可縮分2次，即樣品質(zhì)量縮減至原來的1/4。也就是說，當(dāng)n用2m表示時，m為縮分次數(shù)?？s分次數(shù)計算式：

43例：有一礦樣質(zhì)量為2kg，已全部通過20目篩，求需要縮分出有代表性的樣品最小質(zhì)量，至多縮分多少次（K取0.2）？解：通過20目篩的礦樣最大顆粒直徑d由表1-4中的泰勒標(biāo)準(zhǔn)篩查得0.835mm，應(yīng)保留樣品的最小質(zhì)量為：

0.2×0.8352=0.141kg縮分次數(shù)m為：說明：保留試樣的最小質(zhì)量為0.141kg，只允許縮分3次。44

①四分法：將混合均勻的樣品堆成圓錐形，用鏟子將錐頂壓平成圓臺體。然后將圓臺體物料平均分成四份，棄去任一相對兩等份，使樣品量縮減1/2。

圖1-12四分法示意圖

常用的有四分法和方形法。

（3）縮分方法45將混勻的樣品鋪成正方形的均勻薄層，用直尺或特制的木格架劃分成若干個小正方形。用小鏟子將一定間隔內(nèi)的小正方形樣品全部取出，放在一起混合均勻。其余部分棄去或留作副樣保管。使樣品量縮減1/2。

②

方形法：

圖1-13方形法示意圖

46③

分樣器縮分法

分樣器