一、分析实验室对试剂的质量要求
化学试剂是一类精细的化学产品,根据不同的用途和需要种类繁多、规格不一。不同类型的分析实验室对试剂质量的要求是不同的,如综合的、行业性的、企业性的及专业性的分析实验室,由于各自的任务不同,对试剂的纯度和杂质含量的要求各不相同。如生产化学试剂的分析实验室,它所使用的试剂纯度一定要高于所生产的试剂纯度,常量分析、微量分析及痕量分析所需要的试剂质量差别是很大的。实际分析工作中,应该根据样品的种类及所要达到的质量目标而选用试剂的级别。
1、化学试剂的规格
化学试剂的规格又称试剂的级别,它反映了试剂的质量。一般以纯度和杂质含量二项指标来划分试剂规格。《国家标准•化学试剂》就是我国颁布的“试剂标准”,对试剂的规格标准和检验方法标准做出了法律上的规定,以保证和控制试剂产品的质量。
目前我国生产的通用化学试剂共分四个等级,分别为优级纯、分析纯、化学纯和实验试剂。
此外,有些试剂是按使用范围划分的规格,如色谱纯、光谱纯、分光纯等;有些是按纯度的高低划分的规格,如某些高纯试剂分为99. 99%或99. 999%等;还有些是属于基准试剂、指示剂、生化试剂和某些特殊专用试剂等。
2、常量分析对试剂纯度的要求
常量分析一般指样品中待分析元素的含量较高,没有一个严格的界限,一般含量在千分之 几到百分之几以至百分之十几或更高含量都属于常量分析,如土壤中钾、钠、钙、镁、铝、 硅、铁、钛等属于常量元素,分析这些元素的含量就是常量分析。对试剂的要求一般,使用分析纯就足够了,特别是样品的化学处理时使用大量的各种酸,不要使用优级纯的试剂,否则造成分析成本费用过高,是一种浪费。
3、微量分析对试剂的要求
微量分析一般指样品中待分析元素含量很低,通常含量在μg/g数量级或几十、几百个 μg/g数量级水平,均称为微量。当含量更低时.如在ng/g数量级或以下时应称其为痕量。在农业环境样品中,大量的分析工作是属于微量(或痕量)分析。如土壤中铜、铅、锌、铭、镣、镉、碑、汞的分析,蔬菜、粮食及农、畜、水产品中重金属分析均属于微量分析。
微量分析对试剂的质量要求较高,对试剂的纯度及杂质含量都要求较高,一般必须使用分析纯及其以上的试剂。有些分析纯的试剂在使用之前要检查试剂空白是否符合要求再决定使 用,特别是易污染杂质,如铅、锌的检查。样品化学处理时,大量使用的盐酸、硝酸、氢氟 酸、高氯酸、硫酸等,是试剂引起空白高的主要原因。在同等规格的试剂中,尤其是盐酸应特 别注意。建议在有条件的实验室,样品处理时尽量使用优级纯的酸更为可靠。在标准配制时, 要使用优级纯及其以上的试剂,在原子吸收、原子荧光、发射光谱及质谱的分析中,元素的标准溶液配制要使用99.99%以上或光谱纯的高纯单质(或氧化物)试剂配制,所用的酸要使用高纯试剂,所用水要求电阻率在3MΩ・cm以上。
4、试剂的提纯
在分析工作中遇到所用试剂纯度和杂质含量达不到要求时,要采取对试剂进行提纯,尤其是用量较多的试剂如各种酸的提纯。本节只介绍蒸馏法提纯。
①盐酸的提纯用硬质玻璃或石英蒸馏器,用高纯水(电阻率〉3MΩ・cm)将优级纯盐酸(或分析纯)按盐酸:水=1 : 1的比例将1.5L放入2L蒸馏器中,用可调变压器调节加热,流速 200mL/h,弃去前段150mL左右馏出液,取中段馏出液1L,蒸馏出盐酸的浓度为6mol/L,杂质含量很低,能满足微量分析的要求,如需要更高纯度,可进行二次蒸馏。
如果盐酸中碑杂质含量高,可以在蒸馏器中加入少量的氧化剂.按体积加入2.5%硝酸或2.5%过氧化氢或高镒酸钾0.2g/L,控制流速100mL/h进行蒸馏,弃去前段馏出液150mL左右,取中段馏出液1L备用。碑的含量在1 X10-8以下。
②硝酸的提纯操作与盐酸蒸馏提纯方法相同,以1.5L优级纯的硝酸加到2L的蒸馏器中,控制馏出液速度在200mL/h,收集中间一段馏出液1L备用。若需要更高纯度,则二次蒸馏。
③高氯酸的提纯用减压蒸馏法提纯高氯酸。将300mL分析纯高氯酸(60%〜65%)加入500mL硬质玻璃蒸馏器中,减压蒸馏的压力为2. 67〜3. 33kPa,控制温度为140〜150°C, 馏出液速度为40〜50mL/h,收集中段馏出液200mL,保存在石英试剂瓶中。
④氢氟酸的提纯氢氟酸蒸馏提纯用蒸馏器,以甘油浴加热,收集馏出液用聚乙烯瓶。因为一般分析实验室不具备铝蒸馏器,所以氢氟酸的提纯很少在实验室中进行。
除了以上介绍的蒸馏法提纯最常用的几种酸之外,还可以利用等温扩散法提纯盐酸、硝酸、氢氟酸、氨水等。氨水的提取还可以利用蒸馏吸收法。各种盐类的提纯方法还有许多,如离子交换法、重结晶法、共沉淀重结晶法、活性炭吸附法、醇析法、萃取法等。
⑤有机试剂的提纯用蒸馏法提纯甲醇、乙醇、正丁醇、异戊醇、甲酸、乙酸、乙酰、异丙醍、丙酮、四氯化碳、二氯乙烷、石油醍、苯、甲苯、二硫化碳、三氯甲烷、乙酸乙 酯等。
用减压蒸馏法提纯甲异丁酮和环己酮、乙酸正丁酯、磷酸三丁酯等。
此外,还有萃取法、重结晶法、活性炭吸附法、杂质沉淀法等提纯有机试剂的方法。
二、试剂的空白检验
这里所讲的试剂空白是除去实验用水和各种器皿的因素,而只考虑由于试剂所引起的空白值。在微量分析实验中,在样品的化学处理这一环节用的试剂数量最多,引入杂质的概率最大,应该特别引起注意。农业环境样品中大批量土壤样品的湿法消解中将用大量的盐酸、硝酸、氢氟酸、高氯酸等试剂,尤其以盐酸和硝酸用量最多,所以应对从市场买回来的盐酸和硝 酸进行质量的检查,检查的方法以空白检查最为有效。
试剂的空白检查,以纯水代替样品,其他所加试剂和操作步骤均与样品测定完全相同。观察空白值的大小是否可以接受,其判断的方法很简单,如果实验室在以往已经积累了有关试剂空白值的数据,用新购买的试剂空白值与其比较就可确定是否可以接受。另一种有效的方法是 将新试剂与过去合格的试剂一起做对比分析进行检验。如果实验室已经建立起一套各种分析方法、各种元素的空白质控图,用质控图的方法检验就更为规范化。
实验室对试剂空白的检验是一项重要的工作,必须在测试样品之前进行,避免在样品的测定过程中或测定结束后发现了空白值过高,甚至超过样品测定值时再分析空白过高的原因,再考虑是否试剂的原因,则不仅工作量将增加很多,而且大大浪费了人力和物力。
三、试剂的配制、使用和保存
1、溶液的浓度表示方法
2、常用试剂的配制
①酸溶液的配制 常用无机酸的密度、质量百分浓度(或质量分数3)、摩尔浓度。
1)按摩尔浓度(mol/L)配制。不同摩尔浓度酸溶液的配制方法如下:
基本公式 C1V1=C2V2
式中, C1、V1分别为浓酸的摩尔浓度(mol/L)和量取的体积(mL);C2 , V2分别为配制成的稀酸的摩尔浓度(mol/L)和体积(mL)。
如用浓盐酸(HCl, 12mol/L)配制成浓度为2mol/L,体积为500mL的盐酸溶液。则式中C1 =12, C2=2, V2=500
则
量取83mL浓盐酸,加水释至500mL即可;其余配制方法以此类推。
2)按体积百分浓度配制。在分析实验中经常使用酸的浓度是以体积百分浓度表示,如10%盐酸、5%硝酸等,其配制方法是量取一定体积的浓酸,用水稀释至所要配的体积即可。 例如,配制5%的盐酸100mL,量取5mL浓盐酸,用水稀释至100mL(或加水95mL)。配制1%硝酸200mL,量取2mL浓硝酸,用水稀释至200mL(或加水198mL)。
3)按体积比浓度配制。体积比浓度的表示方法也是经常在工作中使用的一种浓度表示方式。例如,配制王水,量取3份体积的盐酸和1份体积的硝酸,混合后即是王水。
配制盐酸(1 + 1)溶液,量取1份体积的盐酸和1份体积水,混合。以此类推。
②碱溶液的配制
1)按摩尔浓度(mol/L)配制。如配制lmol/L氢氧化钠溶液:称取40g氢氧化钠,分几次加入适量水,因溶解时发热,需要不断搅拌,溶解后,冷却至室温,加水稀释至1L。用塑料制容器贮存。若配制0. lmol/L氢氧化钠溶液:称4g氢氧化钠,其余步骤与上述相同。
由浓氨水配制成稀氨水,如配制lmol/L氨水溶液1L,因为浓氨水的摩尔浓度为15mol/L(用C1V1=C2V2公式计算)量取66mL氨水,用水稀释至1L。
2)按质量体积百分浓度配制。一般是指将固体的氢氧化钠或氢氧化钾配制成质量体积百分浓度表示的溶液。例如,配制5%氢氧化钠溶液称取5g氢氧化钠,用水溶解,冷却至室温后用水冲至100mL。
③盐溶液的配制
1)按摩尔浓度配制。
2)按质量体积百分浓度配制。质量体积百分浓度在盐溶液浓度表示中经常使用,在100mL溶液中含有溶质的克数,在配制过程中方便、实用。例如,配10%的铁氤化钾溶液,称取10g铁氤化钾,溶于适量水中,稀释至100mL。
④常用试剂的使用和保存一般的酸、碱、盐溶液配制所使用的水,其纯度适中,电阻率在1MΩ• cm左右,酸、碱、盐的纯度取分析纯即可,液体试剂的量取用量筒,固体试剂的 称取用十分之一或百分之一天平。配制好的溶液要放在试剂橱中,防止日光照射,AgNO3溶液要放在棕色试剂瓶中贮存,碱溶液放在塑料制品的瓶中,剧毒试剂要放在试剂橱中,加锁。易氧化的试剂,用前新配,短期保存,一般试剂可保存一年,使用前要检查试剂是否变质或有沉淀物析出,配制的试剂要贴好标签、注明名称、浓度、配制日期和配制人。
3、元素和离子的标准溶液的配制
①元素和离子的标准溶液的储备液配制元素和离子的标准溶液是在分析化学的仪器分析中微量元素定量分析时使用的标准溶液。在光度法、原子吸收法、原子荧光光谱法、等离子体原子发射光谱法及等离子体-质谱法进行微量元素分析时.建立校准曲线所使用的各元素的标准系列就是用元素和离子的标准溶液的储备液临时配制的。元素和离子标准溶液的储备液,必须是由纯度有保障的化学试剂而配制的。一般采用基准物质或纯度在分析纯以上的试剂,如光谱纯或99.99%及以上的高纯氧化物或单质配制。配制的浓度一般为1 mg/mL的储备液,置于聚乙烯的瓶中,拧好盖子,放入冰箱中存放,使用期限1〜2年。
②元素和离子标准溶液的工作溶液配制工作溶液是由储备液逐级稀释而配制成的。根据不同测定方法,不同元素校准曲线的线性范围,样品待测元素的含量范围而确定工作溶液系列的各参考点的浓度值。工作溶液在实验室现配,用过后弃去。对于浓度非常低的工作溶液如浓度在ng/mb数量级时,配制好后应立即使用。
配制工作溶液,需由储备液配制中间溶液,如10μg/mL或1μg/mL浓度的溶液,前者可保存1个月,后者只能保留几天。汞的吸附能力很强,所配制的中间液不能保留。
4、标准溶液的使用和保存
① 从储备液瓶中倒出少许标准溶液于洗净、干燥的小烧杯中,然后用校准过的干净、干燥的移液管或微量移液器,从烧杯中吸取标准溶液配制工作溶液,用过后的标准溶液不能倒回储备液瓶中。
② 从冰箱中取出的标准溶液,放至室温后,再进行配制工作溶液。
③ 储备液瓶上标签必须注明名称、浓度、配制时间和配制人。
④ 中间标准溶液除注明上述各项外,还需注明有效期。
⑤ 配制的标准溶液与国家级标准溶液的比对。
元素和离子标准溶液可以从国家标准物质中心购买,用实验室自行配制的标准溶液与国家级标准进行比对实验,用以检验和标定准确浓度,使其具有溯源性和可靠性。