重量分析基本操作

重量分析是通过称量被测组分的质量来确定被测组分百分含量的分析方法。一般是先将被测组分从试样中分离出来，并转化为一定的称量形式后进行称量，再由称得的物质的质量计算被测成分的含量。重量分析的基本操作包括样品的溶解、沉淀、过滤、洗涤、干燥和灼烧等步骤。

1.2.1　溶解

将样品称于烧杯中，沿杯壁加溶剂，盖上表面，轻轻摇动，必要时可加热促其溶解，但温度不可太高，以防溶液溅失。

如果样品需要用酸溶解且有气体放出，则应先在样品中加少量水调成糊状，盖上表面，从烧杯嘴处注入溶剂，待作用完以后，用洗瓶冲洗表面凸面并使之流入烧杯内。

1.2.2　沉淀

重量分析对沉淀的要求是尽可能地完全和纯净。为了达到这个要求，应该按照沉淀的类型选择不同的沉淀条件，如沉淀时溶液的体积、温度，加入沉淀剂的浓度、数量及加入速度、搅拌速度和放置时间等。因此，必须按照规定的操作要求进行。

一般进行沉淀操作时，左手拿滴管滴加沉淀剂，右手持玻璃棒不断搅动溶液，搅动时玻璃棒不要碰烧杯壁或烧杯底，以免划损烧杯。若溶液需要加热，则一般在水浴或电热板上进行。样品沉淀后应检查沉淀是否完全，检查的方法是：待样品沉淀下沉后，在上层澄清液中，沿杯壁加1滴沉淀剂，观察滴落处是否出现浑浊。若无浑浊出现，则表明已沉淀完全；如出现浑浊，则需再补加沉淀剂，直至再次检查时上层澄清液中不再出现浑浊为止，然后盖上表面。

1.2.3　过滤和洗涤

1.　用滤纸过滤和洗涤

（1） 滤纸的选择。

滤纸分定性滤纸和定量滤纸两种，重量分析中常用定量滤纸（或称无灰滤纸）进行过滤。定量滤纸灼烧后灰分极少，其质量可忽略不计，如果灰分较重，则应扣除空白。定量滤纸一般为圆形，按直径分为11 cm、9 cm、7 cm等几种；按滤纸孔隙的大小分为快速、中速和慢速3种。根据沉淀的性质选择合适的滤纸，如BaSO4、CaC2O4·2H2O等细晶形沉淀，应选用慢速滤纸过滤；Fe2O3·nH2O为胶状沉淀，应选用快速滤纸过滤；MgNH4PO4等粗晶形沉淀，应选用中速滤纸过滤。根据沉淀量的多少，选择不同大小的滤纸。表1-1是常用国产定量滤纸的灰分质量，表1-2是国产定量滤纸的类型。

表1-1　常用国产定量滤纸的灰分质量

表1-2　国产定量滤纸的类型

（2） 漏斗的选择。

用于重量分析的漏斗应该是长颈漏斗，颈长为15～20 cm，漏斗锥体角应为60°，颈的直径要小些，一般为φ 3～5 mm，以便保留颈内的水柱，其出口处磨成45°，如图1-1所示。漏斗在使用前应洗净。

（3） 滤纸的折叠。

折叠滤纸的手要洗净擦干，滤纸的折叠如图1-2所示。

图1-1　漏斗

图1-2　滤纸的折叠

先把滤纸对折并按紧一半，然后再对折但不要按紧，把折成圆锥形的滤纸放入漏斗中。滤纸的大小应低于漏斗边缘0.5～1 cm，若高出漏斗边缘，则可剪去一圈。观察折好的滤纸是否能与漏斗内壁紧密贴合，若未紧密贴合，则可以适当改变滤纸的折叠角度，直至与漏斗贴紧后把第二次的折边折紧。取出圆锥形滤纸，将半边为三层滤纸的外层折角撕下一块，这样可以使内层滤纸紧密贴在漏斗内壁上，撕下来的那一小块滤纸保留作擦拭烧杯内残留的沉淀用。

（4） 做水柱。

滤纸放入漏斗后，用手按紧使之密合，然后用洗瓶加水润湿全部滤纸。用手指轻压滤纸，赶去滤纸与漏斗壁间的气泡，然后加水至滤纸边缘，此时漏斗颈内应全部充满水，形成水柱。若滤纸上的水全部流尽后，漏斗颈内的水柱应仍能保持住，那么此时液体的重力可起抽滤作用，故可加快过滤速度。

若水柱做不成，则可用手指堵住漏斗下口，稍掀起滤纸的一边，用洗瓶向滤纸和漏斗间的空隙内加水，直到漏斗颈及锥体的一部分被水充满，然后边按紧滤纸边慢慢松开下面堵住出口的手指，此时水柱应该形成。如仍不能形成水柱，或水柱不能保持，而漏斗颈又确已洗净，则是因为漏斗颈太大。实践证明，漏斗颈太大的漏斗是做不出水柱的，此时应更换漏斗。

做好水柱的漏斗应放在漏斗架上，下面用一个洁净的烧杯承接滤液，滤液可用作其他组分的测定。滤液有时是不需要的，但考虑到过滤过程中可能有沉淀渗滤，或滤纸意外破裂，需要重滤，所以要用洗净的烧杯来承接滤液。为了防止滤液外溅，一般将漏斗颈出口斜口长的一侧贴紧烧杯内壁。漏斗位置的高低，以过滤过程中漏斗颈的出口不接触滤液为度。

（5） 倾泻法过滤和初步洗涤。

首先要强调，过滤和洗涤一定要一次完成，因此必须事先计划好时间，不能间断，特别是过滤胶状沉淀。

过滤一般分3个阶段进行：第一阶段采用倾泻法把尽可能多的清液先过滤过去，并将烧杯中的沉淀做初步洗涤；第二阶段把沉淀转移到漏斗上；第三阶段清洗烧杯和洗涤漏斗上的沉淀。

过滤时，为了避免沉淀堵塞滤纸的空隙，影响过滤速度，一般多采用倾泻法过滤，即倾斜静置烧杯，待沉淀下降后，先将上层清液倾入漏斗中，而不是一开始过滤就将沉淀和溶液搅混后过滤。

倾泻法过滤的操作如图1-3所示，将烧杯移到漏斗上方，轻轻提起玻璃棒；将玻璃棒下端轻碰一下烧杯壁使悬挂的液滴流回烧杯中；将烧杯嘴与玻璃棒贴紧，玻璃棒直立，下端接近三层滤纸的一边，慢慢倾斜烧杯，使上层清液沿玻璃棒流入漏斗中，漏斗中的液面不要超过滤纸高度的2/3，或使液面离滤纸上边缘约5 mm，以免少量沉淀因毛细管作用越过滤纸上缘而造成损失。

图1-3　倾泻法过滤

暂停倾注时，应沿玻璃棒将烧杯嘴往上提，逐渐使烧杯直立，等玻璃棒和烧杯由相互垂直变为几乎平行时，将玻璃棒离开烧杯嘴并移入烧杯中。这样才能避免留在玻璃棒端及烧杯嘴上的液体流到烧杯外壁上去。玻璃棒放回原烧杯时，勿将清液搅混，也不要靠在烧杯嘴处，因为烧杯嘴处沾有少量沉淀。如此重复上述操作，直至上层清液倾完为止。当烧杯内的液体较少而不便倾出时，可将玻璃棒稍向左倾斜，使烧杯倾斜角度更大些。

在上层清液倾注完以后，在烧杯中做初步洗涤。选用什么洗涤液洗沉淀，应根据沉淀的类型而定。

①　晶形沉淀：可用冷的稀沉淀剂进行洗涤，因为同离子效应可以减少沉淀的溶解损失。但是如果沉淀剂为不挥发的物质，就不能用作洗涤液，此时可改用蒸馏水或其他合适的溶液洗涤沉淀。

② 无定形沉淀：用热的电解质溶液作洗涤剂，以防止产生胶溶现象，大多采用易挥发的铵盐溶液作洗涤剂。

③ 对于溶解度较大的沉淀，采用沉淀剂加有机溶剂洗涤沉淀，可降低其溶解度。

洗涤时，沿烧杯内壁四周注入少量洗涤液，每次约20 mL，充分搅拌，静置，待沉淀沉降后，按倾泻法过滤洗涤。如此洗涤沉淀4～5次，每次应尽可能地把洗涤液倾倒尽，再加第二份洗涤液。随时检查滤液是否透明、是否含沉淀颗粒，如果出现混浊或沉淀颗粒则应重新过滤，或重做实验。

（6） 沉淀的转移。

沉淀用倾泻法洗涤后，在盛有沉淀的烧杯中加入少量洗涤液，搅拌混合，全部倾入漏斗中。如此重复2～3次，然后将玻璃棒横放在烧杯口上，玻璃棒下端比烧杯口长出2～3 cm，左手食指按住玻璃棒，大拇指在前，其余手指在后，拿起烧杯，放在漏斗上方，倾斜烧杯使玻璃棒仍指向三层滤纸的一边，用洗瓶冲洗烧杯壁上附着的最后少量沉淀，使之全部转移到漏斗中，如图1-4所示。最后用保存的小块滤纸擦拭玻璃棒，再将滤纸放入烧杯中，用玻璃棒压住滤纸进行擦拭。擦拭后的滤纸块，用玻璃棒拨入漏斗中，用洗涤液再次冲洗烧杯并将残存的沉淀全部转入漏斗。有时也可用淀帚，如图1-5所示，擦洗烧杯上的沉淀，然后洗净淀帚。淀帚一般可自制：剪一段乳胶管，一端套在玻璃棒上，另一端用橡胶胶水粘合，用夹子夹扁晾干即成。

图1-4　最后少量沉淀的冲洗

图1-5　淀帚

（7） 洗涤。

沉淀全部转移到滤纸上后，在滤纸上进行最后的洗涤。这时要用洗瓶由滤纸边缘稍下一些地方螺旋形向下移动冲洗沉淀，如图1-6所示。这样可使沉淀集中到滤纸锥体的底部。不可将洗涤液直接冲到滤纸中央沉淀上，以免沉淀外溅。

图1-6　洗涤沉淀

采用“少量多次”的方法洗涤沉淀，即每次加少量洗涤液，洗后先尽量沥干，再加第二次洗涤液，这样可提高洗涤效率。洗涤次数一般都有规定，例如洗涤8～10次，或规定洗涤至流出液无Cl-为止等。如果要求洗涤至无Cl-为止，则需洗涤几次以后，用小试管或小表面接取少量滤液，用硝酸酸化的AgNO3溶液检查滤液中是否还有Cl-（有无白色浑浊），若无，则可认为已洗涤完毕，否则需进一步洗涤。

2.　用微孔玻璃坩埚（漏斗）过滤

有些沉淀不能与滤纸一起灼烧，因为很容易被还原，如AgCl沉淀；有些沉淀无须灼烧，只需烘干即可称量，如丁二肟镍沉淀、磷铝酸喹琳沉淀等，但也不能用滤纸过滤，因为滤纸烘干后，质量改变很多，在这种情况下，应该用微孔玻璃坩埚（或微孔玻璃漏斗）过滤，如图1-7所示。

图1-7　微孔玻璃坩埚和微孔玻璃漏斗
（a）微孔玻璃坩埚；（b）微孔玻璃漏斗

这类滤器的滤板是用玻璃粉末在高温条件下熔结而成的。

这类玻璃滤器的分级和牌号见表1-3。

表1-3　玻璃滤器的分级和牌号^[1]

玻璃滤器的牌号以每级孔径的上限值加前置字母“P”表示，表1-3中的牌号引自我国于1990年开始实施的新标准。过去玻璃滤器一般分为6种型号，现将过去使用的玻璃滤器的旧牌号及孔径范围列于表1-4中。

表1-4　玻璃滤器的旧牌号及孔径范围

分析实验中常用P40（G3）和P16（G4）号玻璃滤器。例如，过滤金属汞用P40号玻璃滤器；过滤KMnO4溶液用P16号漏斗式滤器；重量法测Ni用P16号坩埚式滤器。

P4～P1.6号玻璃滤器常用于过滤微生物，所以这种滤器又称为细菌漏斗。

这种滤器在使用前，需先用强酸（HCl或HNO3）处理，然后再用水洗净。洗涤时通常采用抽滤法。如图1-8所示，在抽滤瓶瓶口配一块稍厚的橡皮垫，垫上挖一个圆孔，将微孔玻璃坩埚（或漏斗）插入圆孔中（市场上有这种橡皮垫出售），抽滤瓶的支管与水流泵（俗称水抽子）相连接。先将强酸倒入微孔玻璃坩埚（或漏斗）中，然后开水流泵抽滤，当结束抽滤时，应先拔掉抽滤瓶支管上的胶管，再关闭水流泵，否则水流泵中的水会倒吸入抽滤瓶中。这种滤器耐酸不耐碱，因此，不可用强碱处理，也不适于过滤强碱溶液。

图1-8　抽滤装置

将已洗净、烘干且恒重的微孔玻璃坩埚（或漏斗）置于干燥器中备用。过滤时，所用装置和上述洗涤时的装置相同，在开动水流泵抽滤的情况下，用倾泻法进行过滤，其操作与上述用滤纸过滤相同，不同之处是在抽滤下进行。

1.2.4　干燥和灼烧

由于沉淀的干燥和灼烧是在一个预先灼烧至质量恒定的坩埚中进行的，因此，在沉淀干燥和灼烧前，必须预先准备好坩埚。

1.　坩埚的准备

先将瓷坩埚洗净，并用小火烤干或烘干，编号（可用含Fe3+或Co2+的蓝墨水在坩埚外壁上编号），然后在所需温度下加热灼烧。灼烧可在高温电炉中进行。由于温度骤升或骤降常使坩埚破裂，故最好将坩埚放入冷的炉膛中逐渐升高温度，或者将坩埚在已升至较高温度的炉膛口预热一下，再放进炉膛中。一般在800 ℃～950 ℃下灼烧半小时（新坩埚需灼烧1 h）。从高温电炉中取出坩埚时，应先使高温电炉降温，然后将坩埚移入干燥器中，将干燥器连同坩埚一起移至天平室，冷却至室温（约需30 min），取出称量。随后进行第二次灼烧（15～20 min）、冷却和称量。如果前后两次称量结果之差不大于0.2 mg，则可认为坩埚已达质量恒定，否则还需再灼烧，直至质量恒定为止。灼烧空坩埚的温度必须与以后灼烧沉淀的温度一致。

坩埚的灼烧也可以在煤气灯上进行。事先将坩埚洗净晾干，将其直立在泥三角上，盖上坩埚盖，但不要盖严，需留一小缝。用煤气灯逐渐升温，最后在氧化焰中高温灼烧，灼烧的时间和在高温电炉中相同，直至质量恒定。

2.　沉淀的干燥和灼烧

坩埚准备好后即可开始沉淀的干燥和灼烧。利用玻璃棒把滤纸和沉淀从漏斗中取出，如图1-9所示，折卷成小包，并把沉淀包卷在里面。此时应特别注意，勿使沉淀有任何损失。如果漏斗上沾有一些微沉淀，则可用滤纸碎片擦下，与沉淀包卷在一起。

图1-9　沉淀后滤纸的折卷
（a）过滤后滤纸的折卷；（b）胶体沉淀滤纸的折卷

将滤纸包装进已质量恒定的坩埚内，使滤纸层较多的一边向上，这样更容易使滤纸灰化。如图1-10所示，将坩埚侧置于泥三角上，盖上坩埚盖，然后如图1-11所示，将滤纸烘干并炭化，在此过程中必须防止滤纸着火，否则会使沉淀飞散而损失。若滤纸已着火，则应立刻移开煤气灯，并将坩埚盖盖上，让火焰自熄。

图1-10　坩埚侧置于泥三角上

图1-11　烘干并炭化
（a）烘干；（b）炭化

当滤纸炭化后，可逐渐提高温度，并随时用坩埚钳转动坩埚，把坩埚内壁上的黑炭完全烧去，将黑炭烧成CO2而除去的过程叫灰化。待滤纸灰化后，将坩埚垂直地放在泥三角上，盖上坩埚盖（留一小孔隙），于指定温度下灼烧沉淀，或者将坩埚放在高温电炉中灼烧。一般第一次灼烧的时间为30～45 min，第二次灼烧的时间为15～20 min。每次灼烧完毕从炉内取出后，都需要在空气中稍冷，再移入干燥器中。沉淀冷却到室温后再进行称量，然后再灼烧、冷却、称量，直至质量恒定。

微孔玻璃坩埚（或漏斗）只需烘干即可称量，一般将微孔玻璃坩埚（或漏斗）连同沉淀放在表面皿上，然后放入烘箱中，根据沉淀性质确定烘干温度。一般第一次烘干时间要长些，约2 h，第二次烘干时间可短些，为45 min到1 h，根据沉淀的性质具体处理。沉淀烘干后，取出坩埚（或漏斗），置干燥器中冷却至室温后称量。反复烘干、称量，直至质量恒定为止。

3.　干燥器的使用方法

干燥器是具有磨口盖子的密闭厚壁玻璃器皿，常用以保存坩埚、称量瓶和试样等。它的磨口边缘一般会涂一薄层凡士林，使之能与盖子密合，如图1-12所示。

图1-12　干燥器

干燥器底部盛放干燥剂，最常用的干燥剂是变色硅胶和无水氯化钙，其上搁置洁净的带孔瓷板，坩埚等即可放在瓷板孔内。

干燥剂吸收水分的能力都是有一定限度的。例如，硅胶，20 ℃时，被其干燥过的1 L空气中残留水分为6×10-3 mg；无水氯化钙，25 ℃时，被其干燥过的1 L空气中残留水分小于0.36 mg。因此，干燥器中的空气并不是绝对干燥的，只是湿度较低而已。

使用干燥器时应注意下列事项：

（1） 干燥剂不可放得太多，以免沾污坩埚底部。

（2） 搬移干燥器时，要用双手拿着，用大拇指紧紧按住盖子，如图1-13所示。

图1-13　搬干燥器的动作示意图

（3） 打开干燥器时，不能往上掀盖，应用左手按住干燥器，右手小心地把盖子稍微推开，等冷空气徐徐进入后，才能完全推开，盖子必须仰放在桌子上。

（4） 不可将太热的物体放入干燥器中。

（5） 有时较热的物体放入干燥器中后，空气受热膨胀会把盖子顶起来，为了防止盖子被打翻，应当用手按住，不时把盖子稍微推开（不到1 s），以放出热空气。

（6） 灼烧或烘干后的坩埚和沉淀，在干燥器内不宜放置过久，否则会因吸收一些水分而使质量略有增加。

（7） 变色硅胶干燥时为蓝色（含无水Co2+色），受潮后会变为粉红色（水合Co2+色）。可以在固定温度下（120 ℃）烘受潮的硅胶，待其变蓝后反复使用，直至破碎不能用为止。