1、 Absorption photometry; Atomic Absorption Spectrometry摘 要 I.Abstract I.第 1 章 前言 1 1.1水泥的简介 1.1.1.1水泥的定义 1.1.1.2水泥熟料的定义及化学成分要求 1.第 2 章 实验部分 2.2.1化学分析法 2.2.1.1实验原理 2 2.1.2仪器与试剂 4.2.1.3实验步骤 4 2.2 仪器分析法 6.2.2.1实验原理 6 2.2.2仪器与试剂 7.2.2.3实验步骤 8 第 3 章 结果与讨论 1.0.3.1化学分析法数据 1.0.3.1.1二氧化硅含量测定 1.0.3.1.2其他元素含量测定
2、 1.2.3.2仪器分析 1.3.3.2.1吸光光度法结果 1.3.3.2.2原子吸收光谱法结果 1.5.3.2.3结果讨论 1.7.3.2.4实验心得体会 1.8.参考文献 1.8.第1章前言1.1水泥的简介1.1.1水泥的定义加入适量水拌和后，成为塑性浆体，既能在空气中和水中硬化，又能将沙、石等适当材料胶结在一起的粉状水硬性胶凝材料，通称为水泥。 1凡以硅酸钙为主的硅酸盐水泥熟料，5%以下的石灰石或粒化高炉矿渣，适量石膏磨细制成 的水硬性胶凝材料，统称为硅酸盐水泥。国际上统称为波特兰水泥。1.1.2水泥熟料的定义及化学成分要求以石灰石和粘土、铁质原料为主要原料，按适当比例配制成生料，烧至部
3、 分或全部熔融，并经冷却而获得的半成品。在水泥工业中，常用的硅酸盐水泥熟 料主要化学成分为氧化钙（62% 67%）、二氧化硅（20%24%）、氧化铝（4% 7%）和氧化铁（2. 5%6. O%），主要矿物组成为硅酸三钙、硅酸二钙、铝酸三 钙和铁铝酸四钙.硅酸盐水泥熟料添加适量石膏共同磨细后即成硅酸盐水泥。 硅酸盐水泥熟料是以适当成分的生料烧到部分熔融， 所得以硅酸钙为主要成分的烧结块。因此，在硅酸盐水泥熟料中各主要成分不是以单独的氧化物存在， 而是以两种或两种以上的氧化物经高温化学反应而生成的多种矿物的集合体。 使用不同的原料烧制而成的水泥熟料所含化学成分相差较大，从而影响水泥的强度、凝结 时
4、间、安定性、耐磨性、抗腐蚀性等质量指标。所以精确测定水泥各种成分的含 鼍具有重要意义。其成分含量标准范围如下：表1.1标准值不确定度单位SiO220.560.09质量分数（10-2）Al 2O35.020.07Fe2O33.160.06CaO62.340.13MgO |T40007| 质量分数（10-2打第2章实验部分2.1化学分析法2.1.1实验原理1、水泥的主要组成是硅酸盐，一般含硅、铁、铝、钙和镁等。不同性质、不同 用途的水泥组成也不尽相同。要对水泥的成分进行分析，不同性质的水泥，分解 方法也不一样。一般水泥孰料、普通硅酸盐水泥、碱性炉渣水泥可用酸分解，其 他种类水泥则需要用碱熔融分解。
5、水泥熟料中碱性氧化物占60%以上，因此宜采用酸分解。但为比较和熟悉两种分 解水泥的方法，本实验依旧采用了两种分解方法来分解硅酸盐水泥试样。（1）酸熔法该试样用盐酸分解后，即可析出无定形硅酸沉淀，水泥熟料中碱性氧化物占60%以上，因此宜采用酸分解。水泥熟料主要为硅酸三钙（ 3CaOSiO2）、硅酸二钙（2CaO-SiO2）、铝酸三钙（3CaOAl203）和铁铝酸四钙（4CaOAl203Fe203） 等化合物的混合物。这些化合物与盐酸作用时，生成硅酸和可溶性的氯化物，反 应式如下：2CaOSiO2+4HCI 2CaCb+H2 SQ3+H2O3CaOSiO2+6HCI 3 CaCl2+H2 SQ3+
6、H2O3CaOAl2O3+12HCI 3 CaCl2+2AICI 3+6H2O4CaO-AI 2O3 Fe2O3+20HCI CaCb+AICI 3+2FeCb+H2O由于硅酸是一种很弱的的无机酸，在水溶液中绝大部分以溶胶状态存在。 再用加 热蒸干和加氯化铵等方法处理，由于盐酸的蒸发，大部分水被带走，绝大部分硅 酸水溶胶脱水成水凝胶析出，因此可以利用沉淀分离的方法把硅酸与水泥中的 铁、铝、钙、镁等组分分开。将沉淀过滤、洗涤、烘干后，置于 9501000C高温灼烧生成固定成分SiO2，然后称重根据其质量计算水泥中 SiO2的含量。而水泥中的铁、钙、镁等组分以Fe3+、Al3+、Ca2+、Mg2+
7、等离子形式存在于滤液中，它们都能与 EDTA 形成稳定的络离子。（ 2） 碱熔法以氢氧化钠作熔剂，在镍坩埚（应用银坩埚）中熔融试样，经酸化制成溶液 后，把不溶性二氧化硅变为可溶性硅酸， 分解移取一定体积的试样溶液， 进行硅、 铁、铝、钙、镁等元素的测定。此时采用氟硅酸钾容量法测定二氧化硅，在有过 量的氟离子和钾离子存在的强酸性溶液中， 硅酸根离子能与氟离子作用， 生成氟 硅酸根离子，并进而与钾离子作用，生成氟硅酸钾沉淀。2- + - 2-SiO32-+6H+6F-=SiF62-+3H2O2- +SiF6 +2K =K2SiF6 J经过滤洗涤及中和沉淀物中与滤纸上的残余酸后， 加沸水使氟硅酸钾沉
8、淀水 解，生成氢氟酸。K2SiF6+3H2O=2KF+H 2SQ3+4HF因而可以用氢氧化钠标准滴定溶液进行滴定，采用酚酞指示剂，终点为粉红色。HF+NaOH=NaF+H 2O2、本实验采用沉淀法中的滤液进行其他元素的测定，其原理如下：（1）铁的测定：在 pH=13 的溶液中，磺基水杨酸或其钠盐能与铁（ Fe3+） 生成紫红色络合物，其颜色反应如下：Fe3+ + HI n-= Feln+ （紫红色）+H +当EDTA标准溶液后，终点前的反应为：Fe3+H2Y2- =FeY- （黄色） + 2H+因紫色络合物（Feln+）不如黄色络合物（FeY）稳定，所以终点时，Feln+络 合物中的Fe3+被
9、EDTA夺取，紫红色消失。终点时的变色反应为：Feln+（紫红色）+ H2Y2- =FeY（黄色）+HIn（无色）+H +终点时溶液由紫红色变成亮黄色，当被测溶液中 Fe3+的浓度低时为无色。（2）铝的测定：本实验采用的是 EDTA 直接滴定铝法，在 pH 值 3 的煮沸 的溶液中，用PAN和以等物质量配制的EDTA-Cu为指示剂，以EDTA直接进行 滴定，铝离子和 EDTACu 反应置换出铜离子，铜离子与 PAN 配位生成红色的 CuPAN,然后直接滴定。到达终点时，微过量的 DETA会夺取Cu PAN中的 铜离子从而使PAN游离出来溶液呈亮黄色。在此条件下，Mn2+基本不与EDTA 配位，
10、TiO2+水解为TiO（OH）2沉淀，所得为纯铝含量，所以从减小滴定误差的角 度来看， 直接滴定法应比反滴定法优越。 在滴定过程中， 当第一次滴定到指示剂 呈稳定的黄色时，约有90%以上的Al3+被滴定，为继续滴定剩余的 Al 3+，需再 将溶液煮沸， 溶液由黄变红， 当第二次以 EDTA 滴定至呈稳定的黄色以后， 被配 位的 Al 3+总量可以达 99%左右。（3）钙、镁的测定配位滴定差法，由于Fe3+、Al3+对钙、镁测定有干扰，可以加入酒石酸钾纳 和三乙醇胺掩蔽铁、铝、钛。在 pH=10 的 NH3NH4Cl 缓冲溶液中以 K-B 为指 示剂测定Ca2+、Mg2+总量；在pH=12的Na
11、OH溶液中以GBHA指示剂测定钙的 含量，由两次滴定的体积之差可以计算 Mg2+的含量。2.1.2仪器与试剂1 、仪器：酸式滴定管、烧杯、容量瓶、移液管、锥形瓶、马弗炉、分析天平、 电炉、瓷坩锅、镍坩埚、坩埚钳、漏斗、量筒、表面皿、定量滤纸等、塑料杯、 塑料滴管2、试剂：ZnO（G. R或A. R）、HCl溶液（1: 1）、氨水（1: 1）、浓硝酸、六 亚甲基四胺溶液（200g L-1 ）、EDTA-Cu按EDTA标准溶液与硫酸铜标准溶液 等浓度混合、氢氧化钠溶液（0.15mol/L ）、酒石酸钾钠（100g/L）、三乙醇胺（1:2）、磺基水杨酸钠溶液（0.02mol/L）、氟化钾溶液（150
12、g/L）、氯化钾-乙醇溶液（ 50g/L）、EDTA 标准溶液（ 0.02mol/L）指示剂:酚酞指示剂、 PAN 指示剂、 GBHA 指示剂、 K-B 指示剂、溴酚蓝指示 剂、二甲酚橙指示剂缓冲溶液：NH3-NH4CI缓冲溶液（pH=10）、氯乙酸-醋酸铵缓冲溶液（pH=2）2.1.3实验步骤1 、配制 EDTA 标准溶液2、以 ZnO 为基准物质标定 EDTA 溶液（ 1）锌标准溶液的配制准确称取基准物ZnO0.50.6g于100mL烧杯中，用少量水润湿，然后逐滴加入 HCl 溶液（ 1：1），边加边搅拌使其完全溶解。将溶液定量转移濡 250mL容量瓶中，稀释至刻度并摇匀。（2）标定移取2
13、5.00mL锌标准溶液于250mL锥形瓶中，加约30mL水，23滴二甲酚橙指示剂，先加入氨水（ 1：1）至溶液又黄色刚好变为橙色（不能多加） ，然-1后滴加200g L-六亚甲基四胺溶液，直至呈稳定的紫红色后再多加 3mL,用EDTA 溶液滴定至溶液由紫红色变为黄色，即为终点。3、氟硅酸钾容量法（ 1）分析试样溶液的制备称取约0.5g试样，精确至0.0001g,置于镍坩埚中，加入67g氢氧化钠， 在650700C的高温下熔融30min。取出冷却，将坩埚放入已盛有 100mL近于沸 腾的蒸馏水的烧杯中， 盖上表面皿， 于电炉上适当加热。 待熔块完全浸出后取出 坩埚，在搅拌下，一次加入 2530m
14、L 盐酸，再加入 1mL 硝酸用热盐酸（ 1：5） 洗净坩埚和盖，将溶液加热至沸。冷却，然后移入 250mL 容量瓶中，用水稀至 标线，摇匀。此溶液供测定Fe3+、Al3+、Ca2+、Mg2+等离子用。（2） SiO2测定操作步骤吸取（1）中溶液50.00mL放入250300mL塑料杯中，加入1015mL硝酸，搅拌，冷却至30C以下。加入固体氯化钾，仔细搅拌至饱和并有少量氯化钾固 体颗粒悬浮于溶液中，再加入 2g氯化钾及10mL氟化钾溶液，仔细搅拌（如氯 化钾析出量不够，应再补充加入），放置1520mi n，用中速滤纸过滤，用氯化钾 溶液洗涤塑料杯及沉淀 3 次。将滤纸连同沉淀取下， 置于原塑
15、料杯中， 沿杯壁加 入10mL30C以下的氯化钾-乙醇溶液及1mL酚酞指示剂溶液，用氢氧化钠标准 滴定溶液中和未洗尽的酸， 仔细搅拌滤纸并随之擦洗杯壁直至溶液呈红色。 向杯 中加入 200mL 沸腾蒸馏水（煮沸并用氢氧化钠溶液中和至酚酞呈微红） ，用氢氧 化钠标准滴定溶液滴定至微红色。（ 3）铁从试样溶液中吸取25.00mL溶液放入300mL烧杯中，加水稀释至约100mL， 用（ 1：1）氨水和（ 1：1）盐酸调节溶液 pH 值在 1.82.0 之间。将溶液加热至 70C，加入10滴磺基水杨酸钠指示剂溶液，用EDTA标准滴定溶液缓慢地滴定至亮黄色（终点时溶液温度不低于 60C）。保留此溶液供测
16、定三氧化二铝用。（ 4）铝将测完铁的溶液用水稀释至约 200mL,加12滴溴酚蓝指示剂溶液，滴加（ 1：2）氨水至溶液出现蓝紫色，再滴加（ 1 ：2）盐酸至黄色，加入 15mLpH值为3的缓冲溶液。加热至微沸并保持1min，加入EDTA-铜溶液及23滴PAN 指示剂溶液，用 EDTA 标准滴定溶液滴定到红色消失。继续煮沸、滴定，直至溶 液经煮沸后红色不再出现，呈稳定的亮黄色为止。4、重量法准确称取试样 0.5g 左右，置于干燥的 100mL 小烧杯中，加入 2.53g 固体 NH4CI，用玻璃棒混匀。盖上表面皿沿杯口滴加 3mL浓盐酸溶液和23滴浓硝 酸，仔细搅匀，使试样充分分解。将烧杯置于沸
17、水浴上，加热 1015min取下，加热水约40mL，搅动，使可溶性盐类溶解，用快速定量滤纸过滤，用热水洗涤 烧杯和沉淀，直至滤液中无CI-为止（用AgN03检验），滤液及洗涤液保存在250mL 容量瓶中，并定容摇匀供测Fe3+、Al3+、Ca2+、Mg2+等离子用。 将沉淀连同滤纸放入已恒重的瓷坩埚中， 现在电炉上低温烘干， 在升高温度使滤 纸充分灰化。然后在9501000C的高温炉中灼烧30min，取出，稍冷，再移到干 燥器中冷却至室温，称量。如此反复灼烧、称量，直至恒重。平行测定 3次。2.2 仪器分析法2.2.1实验原理1、紫外可见分光光度法（测 Fe、 Al）铁的吸光光度法所用的显色剂
18、较多，其中邻二氮菲分光光度法的灵敏度高， 稳定性好，干扰容易消除。在 pH=29的溶液中，Fe2+与邻二氮菲（Phen）生成 稳定的橘红色络合物 Fe（Phen）23+ ， Fe3+ 与邻二氮菲作用形成淡蓝色配合物稳定 性教差，因此在实际应用中加入还原剂使 Fe 3+还原为 Fe2+ 与显色剂邻二菲作用， 在加入显色剂之前，用的还原剂是盐酸羟胺。因铬天青S,简称CAS测定铝的灵敏度高，重现性好，所以被采用，在微酸性 溶液中，人13+与CAS生成红色络合物，其组成随着显色剂的浓度和溶液酸度不同而不同。铁用抗坏血酸或盐酸羟胺掩蔽2、原子吸收光谱 （测 Fe、Ca、 Mg）水样中金属离子被原子化后，
19、 此基态原子吸收来自同种金属元素空心灯发出 的共振线（如铜，324nm；铅，283.3nm等）吸收共振线的量与样品中该元素含 量成正比。在其他条件不变的情况下根据测量被吸收后的谱线强度， 与标准系列 比较进行定量。2.2.2仪器与试剂铁标准溶液：100ugmL-1准确称取0.8634gAR级NH4Fe（SO4）2 12缶0置于 200mL烧杯中，加入20mL 6 mol L-1HCI溶液和少量水，溶解后转移至1L容量 瓶中，加蒸馏水稀释至刻度充分摇匀。铝标准贮备溶液：准确称取Al（NO 3）3?9H2O 3.4735 g于100mL烧杯中，加入20mL 水，然后慢慢加入盐酸（1+2）使其溶解，
20、待溶完后，再加盐酸（1+2）5mL，转 移至100ml容量瓶，加水至刻度，摇匀，备用。邻二氮菲1.5g L-1盐酸羟胺100 gL-1（用时配制）NaAc 1mol LNaOH 1mol L-1HCl 6 mol L-1抗坏血酸溶液（10g/L）现时现配。铬天青S溶液：0.5g/L 25%乙醇溶液 称0.1g铬天青S,加水20mL，乙醇20mL，热水浴中溶解后加入乙醇至 200mL。六次甲基四胺缓冲溶液（ 300g/L）9H2O 3.4735 g于100mL烧杯中，加入20mL 水，然后慢慢加入盐酸（1+2）使其溶解，待溶完后，再加盐酸（1+2） 5mL，转 移至100ml容量瓶，加水至刻度，
21、摇匀，备用。硝酸（优级纯）（1+1）盐酸（优级纯）（ 1+2）2.2.3实验步骤1、吸光光度（1）铁含量的测定：a、 标准曲线的制作用移液管吸取10mL 100ugmL-1铁标准溶液于100 mL容量瓶中，加入2 mL -1 -16 mol L- HCI溶液，用水稀释至刻度摇匀。此溶液铁浓度为 10 ug mL-。在6个50 mL容量瓶中，用吸量管分别加入 0 mL, 2 mL, 4 mL, 6 mL, 8 mL , 10 mL 10 ug mL-1铁标准溶液，均加入1 mL盐酸羟胺，摇匀。再加入2 mL Phen, 5 mL NaAc溶液，摇匀。用水稀释至刻度摇匀，放置 10min。用1cm
22、比色皿，以 试剂空白为参比溶液，在510nm处测量各溶液吸光度。b、 试样铁含量的测定准确吸取适量试液于 50mL 容量瓶中， 按标准曲线的制作步骤， 加入各种试 剂，测量吸光度。从标准曲线上查出和计算试液中铁的含量（2）铝含量的测定a、 铝标准曲线的制作在铝标准贮备溶液中用移液管吸取1.0ml溶液至250ml容量瓶中，定容摇匀， 再取10mL于50mL容量瓶中，定容摇匀。于6个50mL容量瓶中，用吸量管分 别加入 0 mL, 1mL , 2mL, 3mL, 4mL, 5mL 2.00ug mL-1 铝标准溶液，加 12 滴甲基橙指示剂，在不断摇动下小心滴加氢氧化钾溶液至溶液刚变黄色，加 6滴
23、盐酸，摇匀，加 5mL 醋酸-醋酸钠缓冲溶液，加 1mL 抗坏血酸溶液，摇匀。 放置数分钟后，沿容量瓶颈壁绕圈加入 2mL 铬天青 S 溶液，用水稀释至刻线， 摇匀。放置20min。用1cm比色皿，以试剂空白为参比溶液，在 550nm处测量 各溶液吸光度，绘制标准曲线。b、 试样铝含量的测定用吸量管吸取1mL试样溶液于250mL容量瓶中定容摇匀，再从中取 15mL 于 50mL 容量瓶中，按标准曲线的制作步骤，加入各种试剂，测量吸光度。从标 准曲线上查出和计算试液中铝的含量。2、原子吸收 （1）铁标准贮备溶液准确称取0.7149 g氧化铁（优级纯F62O3）,加入10mL硝酸溶液（1+1）,小
24、 火加热并滴加浓盐酸助溶， 至完全溶解后加纯水定容至 100ml 容量瓶中， 再在其 中用吸管吸取1.0ml溶液至250ml容量瓶中，定容。此时溶液含铁为10.0ug/mL, 用同样的方法分别配置 2.0ug/mL、4.0ug/mL、6.0ug/mL、8.0ug/mL 的铁标准样 品,从小到大编号分别为： 1, 2, 3, 4, 5号。（ 2）钙标准贮备溶液称取碳酸钙（优级纯）0.6243 g于100mL烧杯中，加入20mL水，然后慢慢 加入盐酸（1+2）使其溶解，待溶完后，再加盐酸（1+2）5mL，煮沸赶去二氧化 碳，转移至 100ml 容量瓶，加水至刻度，摇匀，同铁标样配置一样分别配置 2
25、.0ug/mL、4.0ug/mL、6.0ug/mL、8.0ug/mL、10.0ug/mL 的钙标准样品，从小到 大编号分别为： 1， 2， 3， 4， 5号。（ 3）镁标准贮备溶液称取氧化镁 0.0830 g 溶于水，同铁标样配置一样分别配置 0.4ug/mL、 0.8ug/mL、1.2ug/mL、1.6ug/mL、2.0ug/mL的镁标准样品，从小到大编号分别为： 1 ， 2， 3， 4， 5 号。称取约2.0g水泥试样于250ml烧杯中，加入12gNH4CI，用一端平头的玻璃 棒压碎块状物，仔细搅拌20min，加入12ml浓HCI溶液，使试样全部湿润，再 滴加浓HNO3812滴，搅匀，盖上
26、表面皿，置于水浴上加热 1015min，直至无 黑色或灰色的小颗粒。取下烧杯，稍微冷却后加热水 160ml，搅拌使盐溶解，按 重量法过滤去二氧化硅，最后将滤液和洗涤液一起转移到 1L容量瓶中，用水稀 释至刻度， 摇匀，此为试样溶液。（ 4）仪器操作步骤a、 开启一起电源及固定空心阴极灯电流，预热仪器 1020mi n,使光源稳定。b、 调节燃烧器位置，开启空气。按仪器说明书规定调节至各该元素最高灵敏度 的适当流量。c、 开启乙炔气源阀，调节指定的流量值，并点燃火焰。d、 将纯水喷入火焰中校正每分钟进样量为 35mL并将仪器调零。e、 将各金属标准溶液喷入火焰，调节仪器的燃烧器位置、火焰高度等各
27、种条件， 直至获得最佳状态。f、完成以上调节，即可进行样品测定。测量完毕后应先关闭乙炔气阀熄火2、样品测定a将标准溶液和空白溶液一次间隔喷入火焰，测定吸光度，绘制曲线。b分别配置将样品喷入火焰，测定吸光度，在标准曲线上查出各待测金属元素的 浓度。第3章结果与讨论3.1化学分析法数据3.1.1二氧化硅含量测定1、化学分析法测二氧化硅含量（1） EDTA溶液的标定表3.1EDTAD （0.02mol/l） 标准溶液浓度的标定ZnO 质量 m/g :0.5440滴疋编号123ZnCl 2溶液体积/ml:25.00EDTA滴定体积/ml:28.9628.90EDTA的浓度 mol/l :0.023080.02313EDTA勺平均浓度 mol/l :0.02311di-0.000030.00002dr0.09%
