岩石矿物分析实验讲义.docx

实验1 离子交换树脂柱始漏量和总交换量的测定
一、方法原理
用氢型强酸性阳离子交换树脂装柱，将浓度为co的镁盐溶液从该交换柱上部流入，控制一定的流速，使镁盐溶液流经交换柱。在溶液流动过程中，溶液中Mg2+ 逐步与树脂上的H+发生交换反应。首先，上层树脂被交换，下层树脂未被交换，中间层树脂部分被交换，称为 “交界层”。此时，流出液中不含Mg2+。随着镁盐溶液的不断流入，被交换的树脂层越来越厚，交界层逐渐向柱下方移动。待交界层移到交换柱底部时，流出液中开始出现Mg2+。此时称交换过程达到了 “始漏点”，此时树脂交换柱上被交换的离子 （H+）的物质的量称为始漏量。
继续加入镁盐溶液，流出液中Mg2+ 的浓度c逐渐增大。不时用EDTA标准溶液滴定流出液中的Mg2+，以流出液体积为横坐标，以c/c0为纵坐标，绘制的曲线称为交换曲线。
继续加入镁盐溶液，直至树脂完全被交换为止。然后用c(HCl)=1mol·L的盐酸溶液洗脱交换柱中被树脂交换的Mg2+，并收集洗脱液。用EDTA滴定法测定洗脱液中Mg2+的量，即为树脂交换柱的总交换量。
二、主要试剂
1. 强酸型阳离子交换树脂，氢型。40筛目，40℃烘干。
2. 硫酸镁溶液，c(Mg2+)=0.060 mol·L-1。称取14.8g硫酸镁 (MgSO4 · 7H2O) 溶于1000ml水中。
3. EDTA溶液，c(EDTA)=0.060 mol·L-1。取22.3g EDTA二纳盐溶于l000ml水中。
4. 氯化铵-氨水缓冲溶液，pH=10。将33.8g氯化铵溶于l00ml水中，加入280ml氨水， 用
水稀释至500ml。
5. 对硝基苯偶氮间苯二酚 (即镁试剂，简称PNBA) 溶液，ρ(PNBA) = 0.01g·L-1。取 0.001g镁溶于100ml 2 mol·L-1的NaOH溶液中。
6. 铬黑T (简称EBT) 溶液。ρ(EBT)= 5 g·L-1。取0.5g铬黑T溶于100mI水中。
7. 硝酸银溶液，c(AgNO3)=0.1Imol • L-1。
三、分析步骤
1. 柱的自由体积的测定
取内径为10mm、长200mm交换柱，下端填入玻璃毛或棉花。称取干燥的阳离子交换树脂5.0g置于50ml烧杯中，加入20ml水浸泡，将树脂和水一起加入交换柱中，使树脂层均匀自由沉降。装好的树脂层必须是均匀的，而且不能有气泡存在。在整个操作过程中柱内液面始终要高于树脂床的顶部。
使交换柱内的液面下降，尽量接近树脂床顶部 (但不能低于树脂床顶部)，加入0.5ml
1mol·L-1的盐酸于树脂床顶部，然后用水淋洗，淋洗时流速控制在4–5ml × min-1。用量筒 (内盛6滴0.1 mol·L-1 AgNO3溶液) 收集流出液，当量筒中有氯化银白色沉淀产生时，立即记下此刻流出液的体积V0。此体积即为柱的自由体积。
2. 始漏量的测定
交换柱的自由体积测完之后，将交换柱用蒸馏水洗至中性。用100ml量筒承接流出液，将0.060 mol·L-1的镁盐以3–5 ml×min-1流速通过交换柱，用镁试剂检验流出液中有无镁离子流出。如发现镁离子流出，立即记录此刻流出液的体积V1。
然后，每收集25ml流出液，则用EDTA滴定法测定镁的浓度c，直到流出液中镁离子的浓度与加入的镁盐浓度c0相等为止。以流出液体积为横坐标，c/c0为纵坐标，绘制交换曲线。
3. 交换柱总交换量的测定
将以上被镁离子交换过的交换树脂床用水淋洗至无游离的镁离子。然后用1mol·L-1 HCl淋洗树脂，使树脂上被交换的镁离子返回到溶液中。收集淋洗液于250ml容量瓶中，待到淋洗液中不再有镁离子时停止淋洗。用水稀释淋洗液至容量瓶刻度。吸取25.00ml溶液，测定其中镁离子的浓度。
4. EDTA滴定法测定步骤
将各份待测液置于250ml锥形瓶中，加10ml氯化铵-氨水缓冲溶液，加2–3滴铬黑T指示剂，用EDTA滴定液滴定至溶液变为蓝色为终点。
四、分析结果的计算
始漏点体积 = V1-V0
镁离子浓度：
总交换量： (m mol)
式中，V1为开始检出镁离子时流出液体积，ml；V0 为柱自由体积，ml ；c为EDTA的浓度，mol·L-1；V2为滴定流出液时消耗的EDTA溶液的体积，ml；V为流出液的体积，ml；V3为分取的淋洗液体积，ml；V4为测定总交换量时，滴定淋洗液时所消耗的EDTA溶液的体积，ml；V5为淋洗液的总体积，ml。
实验2 离子交换色谱法分离铁和镍
一、方法原理
在c(HCl) = 9 mol·L-1的介质中，铁 (Ⅲ) 能形成FeCl63-，而镍 (Ⅱ)以阳离子Ni2+ 形式存在。用阴离子交换树脂柱可将铁与镍分离。
用c(HCl) = 3 mol·L-1的盐酸溶液淋洗时，可使FeCl63- 转变成Fe3+，因而被淋洗下来。
二、主要试制
1.717型阴离子交换树脂。将市售717型阴离子交换树脂晾干、研磨，筛选出100–150目的树脂，用3 mol·L-1盐酸浸泡一昼夜，倾去盐酸，用去离子水洗至中性，浸于水中备用。
2.盐酸溶液，c(HCl)分别为9、3mol·L-1。
3.锌标准溶液，ρ(Zn) = 1mg×mL-1。用(1+1)盐酸洗涤锌片表面，用水洗净，再用丙酮冲洗，于110℃干燥。称取按上述方法处理的高纯锌片0.5000g溶于5ml(1+1)盐酸中。冷却后，转移至500ml容量瓶中，用水稀释至刻度。
4. EDTA标准溶液，c(EDTA)=0. 02 mol·L-1。取EDTA二钠盐7.4g溶于300–400ml温水中，冷却，稀释至1000ml时，摇匀。
标定方法：吸取锌标准溶液25.00ml，置于250ml锥形瓶中。加入10ml pH=10的氯化铵-氨水缓冲溶液，加水20ml，加铬黑T指示剂少许，用EDTA滴定。
5. 二甲酚橙 (XO) 溶液，ρ(XO) =5g·L-1。
6. 铬黑T指示剂，0.010g铬黑T和1g氯化钠，研磨均匀保存于干燥器中备用。
7. 磺基水杨酸 (SSA) 溶液，ρ(SSA)= 50 g·L-1。
8. 六次甲基四胺 (简称HMA) ，ρ(HMA)=200 g·L-1。
9. 氯乙酸 (CH2ClCOOH) 溶液，c(CH2ClCOOH)=2 mol·L-1。
10. 铁、镍离子混合试液，用氯化铁 (Ⅲ) 和氯化镍配制，介质中盐酸的浓度为c(HCl) = 9 mol·L-1。ρ(Ni2+)、ρ(Fe3+) 均为1mg· ml-1。
11.丁二酮肟 (DMG) 乙醇溶液，ρ(DMG)=10g·L-1。
12. 亚铁氰化钾 [K4Fe(CN)6] 溶液，c [K4Fe(CN)6] = 0.3mol·L-1。取110g亚铁氰化钾溶于1000ml水中。
三、分析步骤
用处理过的717型阴离子交换树脂装柱，树脂床约高11cm，调节柱下的螺旋止水夹，使流速控制为0.5 ml× min-1，待液面下降临近树脂床顶部时，分次加入9 mol·L-1盐酸，加入量共 20 ml。待 9 mol·L-1盐酸流过树脂柱后，吸取2.5ml铁、镍混合试液加在树脂床顶部，用250 ml锥形瓶收集流出液。
取20 ml 9 mol·L-1盐酸，分次缓缓加入交换柱中，每次5 ml。待淋洗近结束时，取l滴流出液于点滴板上，加1滴氨水和1滴丁二酮肟溶液，检验镍离子是否洗脱完全。流出液待测镍用。
另取250ml锥形瓶收集流出液，取20ml 3 mol·L-1盐酸，分次缓缓加入交换柱中，每次5ml。待淋洗近结束时，取1滴流出液于点滴板上，加入1滴亚铁氰化钾溶液，检验铁离子是否洗脱完全。
四、实验结果
能够了解铁和镍分离的现象即可。
实验3 动物胶凝聚重量法测定二氧化硅
一、方法原理
试样用氢氧化钠熔融，盐酸浸取，蒸至湿盐状。加入盐酸，用动物胶凝聚硅酸，过滤，洗涤，灼烧至恒重，称量。
二、主要试剂
1. 动物胶溶液，ρ(glue) = 10 g × L-1。取1g动物胶溶解于100mI 70oC的水中，用时现配。
2. 盐酸溶夜，φ(HCl) = 2%。
三、分析步骤
称取0.5000g试样，置于干燥的镍坩埚中，加数滴无水乙醇润湿，加5g氢氧化钠，将坩埚置于马弗炉中，盖上坩埚盖，从低温开始升温，于550°C熔融20min。取出冷却，将坩埚放入250ml烧杯中，加入热水30–40ml，浸出熔块。洗出坩埚和坩埚盖，加入20ml盐酸，将烧杯放在低温电热板上，蒸发至湿盐状。取下冷却，小心用玻棒压碎盐块，加入10ml盐酸，搅拌均匀，静置过夜。第二天，加热微沸1min。加入7ml 10g × L-1的动物胶，充分搅拌1min，于低温电热板上保温10min。取下用水冲洗表皿及杯壁，加热水25ml左右，搅拌使可溶性盐类溶解，用中速定量滤纸过滤。滤液收集于250ml容量瓶中 (供Fe、Al、Ti、Ca、Mg等项目测定用)，将沉淀全部转到滤纸上，用热的φ(HCl) = 2%盐酸洗涤沉淀与烧杯各数次。用橡皮擦头或一小片定量滤纸擦净烧杯，用热水洗法沉淀和滤纸至无氯离子 (可用10g × L-1硝酸银溶液检查)。将滤纸连同沉淀一起转入已恒重的瓷坩埚中，低温灰化后，于1000°C灼烧1h。取出稍冷后，放入干燥器中，冷却20min，称重。再在同样温度下灼烧30min直至恒重。
四、分析结果计算
计算硅酸盐样品中二氧化硅的百分含量。公式如下：

式中，G1为坩埚与沉淀重，g；G2为坩埚重，g；G为试样重，g。

实验4 邻二氮菲分光光度法测定三氧化二铁
一、方法原理
用盐酸羟胺还原铁(Ⅲ)为铁(Ⅱ)，在pH2–9范围内，Fe2+ 与邻二氮菲生成红色配合物，以此进行光度法测定。
二、主要试剂
1. 盐酸羟胺溶液，ρ(NH2OH · HCl) = 50g · L-1。
2. 酒石酸溶液，ρ(tart) = 50g · L-1。
3. 邻二氮菲溶液，ρ(phen) = 5g · L-1。取0.5g邻二氮菲溶于100ml (1+1) 乙醇中。
4. 三氧化二铁标准溶液。称取0. 6994g高纯铁丝，溶解于10mI盐酸中，移入1000ml容量瓶中，用水稀释至刻度，摇匀。此溶液ρ(Fe2O3) = 1mg · mL-1。
5. 三氧化二铁工作溶液：取1.00mL, 1mg · mL-1三氧化二铁标准溶液于100mL容量瓶中，稀释至刻度。此溶液ρ(Fe2O3) = 10μg · mL-1。
5. 乙酸钠溶液，ρ(NaAc) = 250 g · L-1。
三、分析步骤
分别准确移取二氧化硅滤液2ml于25mL比色管中，加1.5ml 50 g · L-1盐酸羟胺溶液，摇匀。放置片刻，加0.5ml 50 g · L-1酒石酸溶液、1.5ml 5 g · L-1邻二氮菲溶液和5ml 250 g · L-1的乙酸钠溶液，用水稀释至刻度，摇匀，以试剂空白为参比，在分光光度计上510nm波长处测量吸光度。
四、工作曲线的绘制
准确移取0.00、1.00、2.00、3.00、4.00、5. 00ml ρ(Fe2O3) = 10µg · mL-1的三氧化二铁标准溶液分别置于25mL比色管中，以下按分析步骤进行操作。上机测试后，以浓度为横坐标，吸光度为纵坐标，绘制工作曲线。
五、分析结果的计算
根据测定的样品中三氧化二铁的吸光度，计算其相应的浓度，并计算出硅酸盐样品中三氧化二铁的百分含量。

实验5 火焰原子吸收分光光度法测定氧化钙和氧化镁
一、方法原理
分离二氧化硅后的滤液，制成2%的盐酸溶液，加锶盐作释放剂消除干扰，于原子吸收分光光度计上，以塞曼效应校正法或连续光谱灯背景校正法校正背景。在空气–乙炔火焰中原子化，用直接测定法测量钙在422.7nm的吸光度和镁在285.2nn的吸光度。
二、主要试剂
1. 盐酸，(1+1)。
2. 氯化锶溶液，ρ(SrCl2) = 50mg · ml-1。152g氯化锶（SrCl2 · 6H2O）溶解在水中，再加水至1000ml，摇匀。
3. 氧化钙标准溶液。称取0.8924g预先在120℃干燥2h的高纯碳酸钙（CaCO3），置于400ml烧杯中。加10ml水，盖上表皿，从烧杯嘴慢慢加入30ml（1+1）盐酸。溶解完全后，加热煮沸除尽二氧化碳，取下冷却，移入1000ml容量瓶中，用水稀释至刻度，摇匀。此溶液ρ(CaO) = 0.5mg · ml-1。
移取10.00ml上述氧化钙标准溶液，置于100m1容量瓶中，用水稀释至刻度，摇匀。此溶液ρ（CaO）= 50μg·ml-1。
4. 氧化镁标准溶液。称取0.5000g预先经1000℃灼烧2h的高纯氧化镁 (MgO)，置于200ml烧杯中。加10–20ml水，小心加入30ml（1+1）盐酸。溶解完全后，冷却，移入1000ml容量瓶中, 用水稀释至刻度，摇匀。此溶液ρ(MgO) = 0.5mg · ml-1。
移取10.00ml上述氧化镁标准溶液，置于250m1容量瓶中，用水稀释至刻度，摇匀。此溶液ρ（MgO）= 20μg · ml-1。
三、分析步骤
准确吸取分离二氧化硅后的滤液2.5m1，置于25ml比色管中，补加（1+1）盐酸至溶液φ(HCl)＝2％。加2.5ml氯化锶溶液，用水稀释至刻度、摇匀。
1. 氧化钙的测定
在原子吸收分光光度计上，调节波长为422.7nm，光谱带宽0.7–1.3nm，点燃空气-乙炔火掐，用水调零，测量钙的吸光度。
2. 氧化镁的测定
在原子吸收分光光度计上，调节波长为285.2nm，光谱带宽0.7–1.3nm，点燃空气-乙炔火掐，用水调零，测量镁的吸光度。
三、工作曲线的绘制
1. 氧化钙工作曲线的绘制
准确移取0.00、1.00、2.00、4.00、5.00mL, ρ(CaO) = 50μg · ml-1的氧化钙标准溶液，于一系列于25ml比色管中。加1ml（1+1）盐酸，以下按分析步骤进行操作。
2. 氧化镁工作曲线的绘制
准确移取0.00、0.50、0.75、1.00、1.25、1.50、1.75ml ρ(MgO) = 10μg · ml-1的氧化镁标准溶液，于25ml比色管中，加入1ml(1+1)盐酸，以下按分析步骤进行操作。
五、分析结果的计算
根据测定的氧化镁和氧化钙的吸光度，计算其相应的浓度，并计算出样品中CaO 与MgO的百分含量。。
实验6 磷钼蓝分光光度法测定五氧化二磷

一、方法原理
在1.4–1.8mol × l-1盐酸介质中，有酒石酸钾钠存在下，以乙醇为稳定剂，加入钼酸铵使磷酸根离子生成磷钼杂多酸，再用抗坏血酸将磷钼杂多酸还原为磷钼蓝。在分光光度计700nm波长处测量吸光度。
二、主要试剂
1. 硫酸，(1+1)。
2. 盐酸，(1+1)。
3. 钼酸铵溶液，ρ[(NH4)2MoO4] = 50g ·l-1。取5g钼酸铵溶于水中，过滤，用水稀释至100ml。
4. 酒石酸钾钠溶液, ρ=400 g · l-1。40g酒石酸钾钠溶解于水中，过滤，加水至100ml。
5. 抗坏血酸溶液，ρ(VC) = 50 g · l-1。
6. 五氧化二磷标准溶液。称取0.1917g预先经105°C干燥2h的高纯磷酸二氢钾 (KH2PO4)，置于250ml烧杯中，加水溶解后，移入1000ml容量瓶中，用水稀释至刻度，摇匀。此溶ρ(P2O5) = 100μg · ml-1。
移取20.00ml上述五氧化二磷溶液，置于200ml容量瓶中，用水稀释至刻度，摇匀。此溶液ρ(P2O5) = 10 μg · ml-1。
三、分析步骤
准确吸取分离二氧化硅后的滤液3.00ml清液，置于25ml比色管中．加4ml (1+1) 盐酸、0.5ml 40％的酒石酸钾钠溶液、2.5ml 50g · l-1的钼酸铵液、2.5ml乙醇，每加一种试剂都需摇匀，放沸水浴上加热5min。取下，立即加入2.5m1 50g · l-1的抗坏血酸溶液，摇匀。放置5–10min后，放入冷水中冷却，用水稀释至到度、摇匀。在分光光度计上700nm波长处，以试剂空白为参比，测量吸光度。
四、工作曲线的绘制
分取ρ(P2O5)＝10μg · ml-1的五氧化二磷的标准溶液0、0.10、0.20、0.40、0.80、1.00，分别置于25ml比色管中，以下按分析步骤进行操作。以浓度为横坐标，吸光度为纵坐标，绘制工作曲线。
五、分析结果的计算
根据测定的样品中P2O5的吸光度，计算其相应的浓度，并计算出样品中P2O5的百分含量。。

实验7 溶剂萃取—火焰原子吸收光谱法测定水样中痕量镉
1．实验目的
学习溶剂萃取分离法的基本操作方法。
2．方法提要
在PH=4的介质中，痕量Cd离子与二乙基二硫代氨基甲酸钠(DDTC)生成螯合物，用甲基异丁酮(MIBK)萃取，并将有机相直接引入火焰原子吸收光谱仪进行测定。
3．仪器及工作参数：
TAS-990F型原子吸收分光光度计（北京普析通用）。灯电流2.0mA，光谱通带0.4nm，观察高度10mm，空气流量6.5L/min，乙炔流量1.0L/min。
4．主要试剂与溶液
Cd2+标准工作溶液2.5 μg/mL。
DDTC溶液(20g/L)：准确称取2.0g DDTC，溶于少量水中，移入100mL容量瓶中，用水定容。
MIBK（甲基异丁酮）；DDTC（二乙基二硫代氨基甲酸钠）；HCl；NH3×H2O。
以上试剂均为分析纯，水为蒸馏水。
5．实验方法
5.1 标准曲线的绘制：
吸取0.0、1.0、2.0、3.0、4.0、5.0 mL Cd2+标准工作溶液于25mL比色管中，用水稀释至20mL左右，调节PH=4, 加DDTC溶液2 mL，用水稀至刻度，摇匀。加MIBK 3mL, 振摇萃取，静置分层。在选定的最佳仪器参数下，吸取上层有机相测定。
5.2样品分析：
取2.0mL水样于25mL的比色管中，以下同标准系列的操作。
6 分析结果的计算
根据测定的样品中Cd2+的吸光度，计算其相应的浓度，并计算出样品中Cd2+的百分含量。