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【摘 要】随着我国经济的发展,科技进步,分析化学也随之得到非常广泛的应用,测试技术也得到很大的发展,备受关注。本文通过对分析化学方面的内容进行分析,并对其应用进行一步的进行了分析,期望能更好的促进分析化学的发展应用。
【关键词】分析化学;测试技术;绿色技术;研究探讨
引言
随着社会的进步,经济的发展,科学技术也日益更新,分析化学的重要性也逐渐凸显,其应用范围也越来越广泛,从医药卫生到质量检测,从科学研究到育等方面等等,各方面分析化学都契合重要的作用,而对于分析化学测试技术的研究也逐步受到社会各界的关注,并被提上了议事日程。
一、地球化学样品多元素分析系统
80年代中期,物化探研究所建立的以X射线荧光光谱为主体的区域化探扫面样品多元素(40个)分析系统在1:20万区域化探全国扫面计划中发挥了重要作用,并将继续作出贡献。该分析系统组成如下:粉末压饼(法)X射线荧光光谱法直接测定25个主、次痕量元素(Al、Ca、Fe、K、Mg、Na、Si、Ba、Co、Cr、Cu、La、Mn、Nb、Ni、P、Pb、Rb、Sr、Th、Ti、V、Y、Zn和Zr);泡塑吸附石墨炉原子吸收光谱法测定Au;石墨炉原子吸收光谱法测定Ag、Cd,火焰发射测定Li;比色法测定U;原子荧光光谱法测定As、Sb、Bi、Hg;发射光谱法测定B、Be和Sn;极谱法测定Mo和W;离子选择性电极法测定氟。该分析系统不仅提供了一套在野外行之有效的、简便快速灵敏的多元素分析方法,还配备了轻便的野外样品加工工具,便携式电子天平及可与微机联机的交直流两用便携式光导比色计,野外适用的分析箱。测定的元素有:(1)开发了一种新的金野外快速定量测定法。样品经室温下冷浸分解,泡沫塑料富集,混合解脱剂解脱金,在同一称样中连续测定痕量和常量金。测定范围:w(Au)为0.0005~50×10-6,跨6个数量级。低含量金用微珠比色法测定;w(Au)为20×10-9以上者用光导比色计(法)测定,既可测定痕量金,又可做金矿石中金的品位测定。(2)在野外于同一份称样中连续测定痕量和常量银。测定范围:w(Ag)为0.010~50×10-6,跨越4个数量级。选用光导比色法测定w(Ag)在0.25×10-6以上的银;选用微珠析出法测定w(Ag)在0.25×10-6以下的银。(3)在同一份称样中连续测定Cu和Zn。检出限w(Cu)为1~5×10-6,w(Zn)为5~10×10-6。(4)氢化物发生法—光导比色法在同一份样品中实现①As、Sb;②As、Pb;③As、Sb、Bi和④Bi的同时或单独测定。此法集元素分离、富集、显色于一体,操作简便、准确、成本低廉,同时亦适用于环境样品中砷等元素的测定。检出限w(As)=0.5~1×10-6;w(Sb)=0.1×10-6;w(Bi)=0.1×10-6;w(Pb)=5~10×10-6。
二、化学测试技术的发展应用
(一)抗化学液体渗透性能测试渗透测试
可以评估材料的抗化学液体和耐化学品降解性能。根据其机理的不同,抗渗透测试可分为静压法(hydrostatic-based)和动压法(runoff-based)两种。(1)动压法动压法是考察在一定距离内依靠水滴的自重与材料进行接触后的材料的渗透情况。液体渗透的初始动能由液体自重与试样接触的初始距离来决定。材料以一定的角度被安置在测试仪器上,允许水滴顺着材料流下,这便是动压法这种测试名字的来源。动压法渗透测试具有以下三个特征:(1静止液体材料表面的撞击;(2试样与液滴以一定角度进行接触;(3样品下方摆放吸水纸以吸收渗透液体。动压法通常用于表面经过拒水整理的纺织品,比较适合无涂层或非层压的材料。与静压法相比,动压法渗透时的初始动能较小。动压法不是经常用于化学防护服的测试,但用于那些受到少量液体侵蚀的场合。ISO6530建议我们采用动压法对服装的整体渗透性能进行评估。有关服装的整体液体渗透法将在后续章节讨论。(2)静压法静压法是将液体强行渗透压入试样中,在这种测试中,液体会和试样相接触,实验过程中部分测试阶段一直处于压力状态下。不同的测试设备或测试单元都可以提供这一类的渗透测试,根据测试方法的不同有所差异。同动压法相类似,静压法多数是被用来做水滴渗透测试的。很多以下所描述的测试设备只适合于水,如果采用其他化学液体做测试的话,仪器会被损坏。
(二)常用土壤有效磷化学测试方法
应用于世界各地的主要土壤有效磷测试方法有包括非化学方法Pi滤纸法在内的60余种。较常用的如:AB-DTPA法、Bray-1法、Bray-2法、Citricacid法、Egner法、ISFEIP法、Mehlich-1法、Mehlich-2法、Mehlich-3法、Morgan法、Olsen法、Truog法。AB-DTPA和Mehlich-3法可同时测定多种元素。Mehlich-3适用于无论是呈酸性还是碱性反应的较广的土壤类型。Mehlich-3方法与Bray-1相似,都是含有氯化铵的酸性溶液,且也不含缓冲剂。提取剂中的醋酸也有助于大多数土壤中的有效磷的释放,是分析P、K、Ca、Mn、Cu、Fe和Zn等多种元素的改良的提取剂。以测定酸性土壤为主的方法有Bray-1和Morgan以及修正Morgan法等、。Bray-1提取液不含缓冲剂,但含有稀盐酸和氯化铵。该提取方法已被公认在由于碳酸钙对酸的中和及CaF2的形成而导致的高石灰土壤中将低估有效磷含量、。所以Bray-1的使用仅限于pH小于6.8且CaCO3小于2%的酸性到中性的土壤、。Morgan以及修正Morgan法的提取剂最适合于阳离子交换量小于<20cmol·kg-1的酸性土。适合于碱性土壤的方法有Olsen法。Olsen法适用于石灰性土壤。Olsen法测得的有效磷值,与无机磷形态Al-P、Fe-P和Ca-P之间呈极显著相关[30]。另外,水与稀盐法因有报道指出此法测得的土壤测试磷与径流中的溶解的活性磷的浓度之间有着极好的相关性,近来又受到更多的重视。水与稀盐土壤测试法,采用去离子水或0.01MCaCl2作为浸提剂,提取土壤中可溶的及容易释放的磷。此种测试通常只能提取极不稳定形态的磷素,并且提取磷的数量明显少于通常采用的酸性或碱性浸提剂所提取的数量。 (三)离子背散射技术(RBS)
具有能量为E。的粒子,与质量为M的靶材的原子核相碰撞后,被散射回来。部分能量被靶材吸收而减少至E,其相互作用的表达式为E=KEo。式中K为动力学反冲因子。K}M。通过测定K因子,可确定被分析物质的质量M,这是定性分析的基础。谱峰的高度或面积的大小,是定量分析的基础。由入射和出射粒子能量减少的程度,可以测定发生碰撞的深度,从而确定膜厚。由膜厚及元素定量分析的数据,可以确定膜层的质量密度。此法测定M}4。的轻元素,可以分辨同位素;重元素的M必须相差10才能区分开来。因此适于分析轻元素衬底中,原子序数为30^-50的重元素。利用沟道效应。使粒子沿某一晶轴或晶面的方向入射(定向谱),减小衬底的本底,可使轻元素的分析灵敏度提高约35倍。用弹性反冲法测定氢的含量,灵敏度约。.la/O;深度".r衅率约200人,误差士1000测S;/N比时.与椭偏法测厚联用,可计算膜层的密度。
(四)暂态测量
1.暂态过程与暂态系统的特征暂态是相对稳态而言的,随着电极极化条件的改变,电极会从一个稳态向另一个稳态转变,在此期间所经历的不稳定的、电化学参量显著变化的过程称之为暂态过程。暂态过程具有如下基本特征:①存在暂态电流——该电流由双电层充电电流和电化学反应电流组成,前者又称之为非法拉第电流或电容电流,后者常常称之为法拉第电流;②界面处存在反应物与产物粒子的浓度梯度——即电极/溶液界面处反应物与产物的粒子浓度,如前所述,不仅是空间位置的函数,同时也是时间的函数。
2.暂态过程中的等效电路分析及其简化由于暂态过程中的各参量是随时间变化的,与稳态过程比较,更为复杂。为便于分析和讨论,将各电极过程以电路元件组成的等效电路的形式来描述电极过程,等效电路施加电流后的电压响应,应与电极过程的电流电压响应一致。典型的两电极测量体系等效电路如图1所示。
图1中,A和B分别代表研究电极和辅助电极(两电极体系),RA和RB分别表示研究电极和辅助电极的欧姆电阻,CAB表示两电极之间的电容,Ru表示两电极之间的溶液电阻,Cd和Cd'分别表示研究电极和辅助电极的界面双电层电容,Zr和Zr'分别表示研究电极和辅助电极的法拉第阻抗。若A、B均为金属电极,则RA和RB很小,可忽略;由于两电极之间的距离远大于界面双电层的厚度,故CAB比双电层电容Cd和Cd'小得多,当溶液电阻Ru不是很大时,由CAB带来的容抗远大于Ru,故CAB支路相当于断路,可忽略;此外,若辅助电极面积远大于研究电极面积,则Cd'远大于Cd,此时,Cd'容抗很小,相当于短路,故等效电路(图1)最终可简化为如图2所示。这相当于在电池中一个电极的电阻很小时的情况,如采用金属锂负极的两电极电池。
结束语
随着经济的迅猛发展,科学技术的日益更新,全球化的不断普及,分析化学技术也得到了快速的发展,也从单一的形态发展到了现代的分析技术,不断提升与完善。并且可以预计随着新技术、新材料的不断出现,分析化学测试技术也将会有第四次巨大的变革,开启另一片新天地,自动化、智能化、微型化将会是分析化学未来发展的主流方向。
参考文献:
[1]李捷,郭中杰.分析化学测试技术的研究与探讨[J].科技风,2012,03:36.
[2]方伟,张居和,冯子辉,黄春艳.油藏地球化学测试技术在大庆油田的应用[J].沉积学报,2004,S1:118-123.
【关键词】分析化学;测试技术;绿色技术;研究探讨
引言
随着社会的进步,经济的发展,科学技术也日益更新,分析化学的重要性也逐渐凸显,其应用范围也越来越广泛,从医药卫生到质量检测,从科学研究到育等方面等等,各方面分析化学都契合重要的作用,而对于分析化学测试技术的研究也逐步受到社会各界的关注,并被提上了议事日程。
一、地球化学样品多元素分析系统
80年代中期,物化探研究所建立的以X射线荧光光谱为主体的区域化探扫面样品多元素(40个)分析系统在1:20万区域化探全国扫面计划中发挥了重要作用,并将继续作出贡献。该分析系统组成如下:粉末压饼(法)X射线荧光光谱法直接测定25个主、次痕量元素(Al、Ca、Fe、K、Mg、Na、Si、Ba、Co、Cr、Cu、La、Mn、Nb、Ni、P、Pb、Rb、Sr、Th、Ti、V、Y、Zn和Zr);泡塑吸附石墨炉原子吸收光谱法测定Au;石墨炉原子吸收光谱法测定Ag、Cd,火焰发射测定Li;比色法测定U;原子荧光光谱法测定As、Sb、Bi、Hg;发射光谱法测定B、Be和Sn;极谱法测定Mo和W;离子选择性电极法测定氟。该分析系统不仅提供了一套在野外行之有效的、简便快速灵敏的多元素分析方法,还配备了轻便的野外样品加工工具,便携式电子天平及可与微机联机的交直流两用便携式光导比色计,野外适用的分析箱。测定的元素有:(1)开发了一种新的金野外快速定量测定法。样品经室温下冷浸分解,泡沫塑料富集,混合解脱剂解脱金,在同一称样中连续测定痕量和常量金。测定范围:w(Au)为0.0005~50×10-6,跨6个数量级。低含量金用微珠比色法测定;w(Au)为20×10-9以上者用光导比色计(法)测定,既可测定痕量金,又可做金矿石中金的品位测定。(2)在野外于同一份称样中连续测定痕量和常量银。测定范围:w(Ag)为0.010~50×10-6,跨越4个数量级。选用光导比色法测定w(Ag)在0.25×10-6以上的银;选用微珠析出法测定w(Ag)在0.25×10-6以下的银。(3)在同一份称样中连续测定Cu和Zn。检出限w(Cu)为1~5×10-6,w(Zn)为5~10×10-6。(4)氢化物发生法—光导比色法在同一份样品中实现①As、Sb;②As、Pb;③As、Sb、Bi和④Bi的同时或单独测定。此法集元素分离、富集、显色于一体,操作简便、准确、成本低廉,同时亦适用于环境样品中砷等元素的测定。检出限w(As)=0.5~1×10-6;w(Sb)=0.1×10-6;w(Bi)=0.1×10-6;w(Pb)=5~10×10-6。
二、化学测试技术的发展应用
(一)抗化学液体渗透性能测试渗透测试
可以评估材料的抗化学液体和耐化学品降解性能。根据其机理的不同,抗渗透测试可分为静压法(hydrostatic-based)和动压法(runoff-based)两种。(1)动压法动压法是考察在一定距离内依靠水滴的自重与材料进行接触后的材料的渗透情况。液体渗透的初始动能由液体自重与试样接触的初始距离来决定。材料以一定的角度被安置在测试仪器上,允许水滴顺着材料流下,这便是动压法这种测试名字的来源。动压法渗透测试具有以下三个特征:(1静止液体材料表面的撞击;(2试样与液滴以一定角度进行接触;(3样品下方摆放吸水纸以吸收渗透液体。动压法通常用于表面经过拒水整理的纺织品,比较适合无涂层或非层压的材料。与静压法相比,动压法渗透时的初始动能较小。动压法不是经常用于化学防护服的测试,但用于那些受到少量液体侵蚀的场合。ISO6530建议我们采用动压法对服装的整体渗透性能进行评估。有关服装的整体液体渗透法将在后续章节讨论。(2)静压法静压法是将液体强行渗透压入试样中,在这种测试中,液体会和试样相接触,实验过程中部分测试阶段一直处于压力状态下。不同的测试设备或测试单元都可以提供这一类的渗透测试,根据测试方法的不同有所差异。同动压法相类似,静压法多数是被用来做水滴渗透测试的。很多以下所描述的测试设备只适合于水,如果采用其他化学液体做测试的话,仪器会被损坏。
(二)常用土壤有效磷化学测试方法
应用于世界各地的主要土壤有效磷测试方法有包括非化学方法Pi滤纸法在内的60余种。较常用的如:AB-DTPA法、Bray-1法、Bray-2法、Citricacid法、Egner法、ISFEIP法、Mehlich-1法、Mehlich-2法、Mehlich-3法、Morgan法、Olsen法、Truog法。AB-DTPA和Mehlich-3法可同时测定多种元素。Mehlich-3适用于无论是呈酸性还是碱性反应的较广的土壤类型。Mehlich-3方法与Bray-1相似,都是含有氯化铵的酸性溶液,且也不含缓冲剂。提取剂中的醋酸也有助于大多数土壤中的有效磷的释放,是分析P、K、Ca、Mn、Cu、Fe和Zn等多种元素的改良的提取剂。以测定酸性土壤为主的方法有Bray-1和Morgan以及修正Morgan法等、。Bray-1提取液不含缓冲剂,但含有稀盐酸和氯化铵。该提取方法已被公认在由于碳酸钙对酸的中和及CaF2的形成而导致的高石灰土壤中将低估有效磷含量、。所以Bray-1的使用仅限于pH小于6.8且CaCO3小于2%的酸性到中性的土壤、。Morgan以及修正Morgan法的提取剂最适合于阳离子交换量小于<20cmol·kg-1的酸性土。适合于碱性土壤的方法有Olsen法。Olsen法适用于石灰性土壤。Olsen法测得的有效磷值,与无机磷形态Al-P、Fe-P和Ca-P之间呈极显著相关[30]。另外,水与稀盐法因有报道指出此法测得的土壤测试磷与径流中的溶解的活性磷的浓度之间有着极好的相关性,近来又受到更多的重视。水与稀盐土壤测试法,采用去离子水或0.01MCaCl2作为浸提剂,提取土壤中可溶的及容易释放的磷。此种测试通常只能提取极不稳定形态的磷素,并且提取磷的数量明显少于通常采用的酸性或碱性浸提剂所提取的数量。 (三)离子背散射技术(RBS)
具有能量为E。的粒子,与质量为M的靶材的原子核相碰撞后,被散射回来。部分能量被靶材吸收而减少至E,其相互作用的表达式为E=KEo。式中K为动力学反冲因子。K}M。通过测定K因子,可确定被分析物质的质量M,这是定性分析的基础。谱峰的高度或面积的大小,是定量分析的基础。由入射和出射粒子能量减少的程度,可以测定发生碰撞的深度,从而确定膜厚。由膜厚及元素定量分析的数据,可以确定膜层的质量密度。此法测定M}4。的轻元素,可以分辨同位素;重元素的M必须相差10才能区分开来。因此适于分析轻元素衬底中,原子序数为30^-50的重元素。利用沟道效应。使粒子沿某一晶轴或晶面的方向入射(定向谱),减小衬底的本底,可使轻元素的分析灵敏度提高约35倍。用弹性反冲法测定氢的含量,灵敏度约。.la/O;深度".r衅率约200人,误差士1000测S;/N比时.与椭偏法测厚联用,可计算膜层的密度。
(四)暂态测量
1.暂态过程与暂态系统的特征暂态是相对稳态而言的,随着电极极化条件的改变,电极会从一个稳态向另一个稳态转变,在此期间所经历的不稳定的、电化学参量显著变化的过程称之为暂态过程。暂态过程具有如下基本特征:①存在暂态电流——该电流由双电层充电电流和电化学反应电流组成,前者又称之为非法拉第电流或电容电流,后者常常称之为法拉第电流;②界面处存在反应物与产物粒子的浓度梯度——即电极/溶液界面处反应物与产物的粒子浓度,如前所述,不仅是空间位置的函数,同时也是时间的函数。
2.暂态过程中的等效电路分析及其简化由于暂态过程中的各参量是随时间变化的,与稳态过程比较,更为复杂。为便于分析和讨论,将各电极过程以电路元件组成的等效电路的形式来描述电极过程,等效电路施加电流后的电压响应,应与电极过程的电流电压响应一致。典型的两电极测量体系等效电路如图1所示。
图1中,A和B分别代表研究电极和辅助电极(两电极体系),RA和RB分别表示研究电极和辅助电极的欧姆电阻,CAB表示两电极之间的电容,Ru表示两电极之间的溶液电阻,Cd和Cd'分别表示研究电极和辅助电极的界面双电层电容,Zr和Zr'分别表示研究电极和辅助电极的法拉第阻抗。若A、B均为金属电极,则RA和RB很小,可忽略;由于两电极之间的距离远大于界面双电层的厚度,故CAB比双电层电容Cd和Cd'小得多,当溶液电阻Ru不是很大时,由CAB带来的容抗远大于Ru,故CAB支路相当于断路,可忽略;此外,若辅助电极面积远大于研究电极面积,则Cd'远大于Cd,此时,Cd'容抗很小,相当于短路,故等效电路(图1)最终可简化为如图2所示。这相当于在电池中一个电极的电阻很小时的情况,如采用金属锂负极的两电极电池。
结束语
随着经济的迅猛发展,科学技术的日益更新,全球化的不断普及,分析化学技术也得到了快速的发展,也从单一的形态发展到了现代的分析技术,不断提升与完善。并且可以预计随着新技术、新材料的不断出现,分析化学测试技术也将会有第四次巨大的变革,开启另一片新天地,自动化、智能化、微型化将会是分析化学未来发展的主流方向。
参考文献:
[1]李捷,郭中杰.分析化学测试技术的研究与探讨[J].科技风,2012,03:36.
[2]方伟,张居和,冯子辉,黄春艳.油藏地球化学测试技术在大庆油田的应用[J].沉积学报,2004,S1:118-123.