2.4 质量分析的基本操作

质量分析法是利用沉淀反应，使被测物质转变成一定的称量形式后再测定物质含量的方法。

质量分析的基本操作包括溶解、沉淀、过滤、洗涤、烘干和灼烧等步骤。任何过程的操作正确与否，都会影响最后的分析结果，故每一步操作都要认真、正确。

一、试样的溶解

根据被测试样的性质，选用不同的溶解试剂，以确保待测组分全部溶解，且应避免待测组分发生氧化还原反应而造成损失。此外，加入的试剂不能影响测定结果。所用的玻璃仪器内壁（与溶液接触面）不能有划痕，玻璃棒两头应烧圆，以防黏附沉淀物。溶解试样的具体操作如下：

（1）试样溶解时不产生气体的溶解方法：称取样品放入烧杯中，盖上表面皿；溶解时，取下表面皿，凸面向上放置，试剂沿下端紧靠烧杯内壁的玻璃棒慢慢加入，加完后将表面皿盖在烧杯上。

（2）试样溶解时产生气体的溶解方法：称取样品放入烧杯中；先用少量水将样品润湿，表面皿凹面向上盖在烧杯上，用滴管滴加，或沿玻璃棒将试剂自烧杯嘴与表面皿之间的孔隙缓慢加入，以防猛烈产生气体；加完试剂后，用水吹洗表面皿的凸面，流下来的水应沿烧杯内壁流入烧杯中，用洗瓶吹洗烧杯内壁。若试样溶解需加热或蒸发，则应在水浴锅内进行，且烧杯必须盖上表面皿，以防溶液爆沸或迸溅。当加热、蒸发停止时，需用洗瓶吹洗表面皿或烧杯内壁。

注意，在溶解过程中用于搅拌的玻璃棒不能再在接下来的操作中使用。

二、试样的沉淀

在质量分析时，对被测组分的洗涤应是完全和纯净的。要达到此目的，对晶形沉淀的沉淀条件应做到“五字原则”，即稀、热、慢、搅、陈。

稀：沉淀溶液的配制稀释度要适当。

热：沉淀时应将溶液加热。

慢：沉淀剂的加入速度要缓慢。

搅：沉淀时要用玻璃棒不断搅拌。

陈：沉淀完全后，要静止一段时间，陈化。

为达到上述要求，在进行沉淀操作时，应一只手拿滴管，缓慢滴加沉淀剂，另一只手持玻璃棒不断搅动溶液，搅拌时玻璃棒不要碰烧杯内壁和烧杯底，速度不宜快，以免溶液溅出。加热则应在水浴或电热板上进行，不得使溶液沸腾，否则会引起迸溅或使泡沫飞散，造成被测物的损失。

沉淀完后，应检查沉淀是否完全，其方法是：将沉淀溶液静止一段时间，让沉淀下沉，待上层溶液澄清后，滴加一滴沉淀剂，观察交接面是否混浊，如混浊，则表明沉淀未完全，还需加入沉淀剂；反之，如清亮则表明沉淀完全。

沉淀完全后，盖上表面皿，放置一段时间或在水浴上保温静置1h左右，让沉淀的小晶体生成大晶体，不完整的晶体转为完整的晶体。

三、沉淀的过滤和洗涤

过滤和洗涤的目的在于将沉淀从母液中分离出来，使其与过量的沉淀剂及其他杂质组分分开，并通过洗涤将沉淀转化成一纯净的单组分。

对于需要灼烧的沉淀物，常在玻璃漏斗中用滤纸进行过滤和洗涤；对于只需烘干即可称重的沉淀，则在坩埚中进行过滤、洗涤。

过滤和洗涤必须一次完成，不能间断。在操作过程中，不得造成沉淀的损失。

（一）滤纸

滤纸分为定性滤纸和定量滤纸两大类，质量分析中使用的是定量滤纸，定量滤纸经灼烧后，灰分小于0.0001g者称“无灰滤纸”，其质量可忽略不计（在制造这种滤纸时已用盐酸和氢氟酸除去其中的杂质）。若灰分质量大于0.0002g，则需从沉淀物中扣除滤纸的灰分质量，一般市售定量滤纸都已注明每张滤纸的灰分质量，可供参考。定量滤纸一般为圆形，按直径大小分为11cm、9cm、7cm、4cm等规格；按过滤速度可分为快速、中速、慢速3种。应根据沉淀物的性质来选择定量滤纸。滤纸大小的选择原则是：当沉淀物完全转到滤纸上时，沉淀物的高度一般不超过滤纸圆锥高度的1/3处。例如，晶型沉淀（如BaSO4、CaC2O4等）可选用直径为9～11cm、慢速的定量滤纸；而对于胶状沉淀（如Fe2O3·xH2O等），则应选用直径为11～12.5cm、快速的定量滤纸。

（二）滤纸的折叠与安放

1．滤纸的折叠

如图2-25所示，一般将滤纸对折、再对折（暂不要折固定），使之变成1/4圆，放入清洁干燥的漏斗中，如滤纸边缘与漏斗不十分密合，则可稍微改变折叠角度，直至与漏斗密合，再轻按使滤纸第2次的折边折固定，取出成圆锥体的滤纸，把3层厚的外层撕下一角，以便使滤纸紧贴漏斗壁。撕下的纸角保留备用。若用布氏漏斗，则要选择与漏斗直径相适合的滤纸，但不需要折叠。

2．滤纸的安放

把折好的滤纸放入漏斗，3层的一边对应漏斗出口短的一边。用食指按紧，用洗瓶吹入水流将滤纸湿润，轻轻按压滤纸边缘使锥体上部与漏斗密合，但下部留有缝隙，加水至滤纸边缘，此时空隙应全部被水充满，形成水柱，放在漏斗架上，备用。

（三）沉淀的过滤、转移和洗涤

1．用滤纸过滤

过滤分3步进行：第1步采用倾泻法，尽可能地过滤上层清液；第2步转移沉淀到漏斗上；第3步清洗烧杯和漏斗上的沉淀。这3步操作一定要一次完成，不能间断，尤其是过滤胶状沉淀时更应如此。

第1步采用倾泻法是为了避免沉淀过早堵塞滤纸上的空隙，从而影响过滤速度。沉淀剂加完后，静置一段时间，待沉淀下降后，将上层清液沿玻璃棒倾入漏斗中。玻璃棒要直立，下端对着滤纸的3层边，尽可能靠近滤纸但不接触。倾入的溶液量一般只充满滤纸的2/3，离滤纸上边缘至少5mm，否则少量沉淀会因毛细滴管作用而越过滤纸上缘，造成损失。

在暂停倾泻溶液时，烧杯应沿玻璃棒向上提起，逐渐使烧杯直立，以免使烧杯嘴上的液滴流失。

带沉淀倾泻法过滤如图2-26所示，烧杯下放一块木头，使烧杯倾斜，以利于沉淀和清液分开，待烧杯中的沉淀澄清后，继续倾注，重复上述操作，直至上层清液倾完为止。开始过滤后，要检查滤液是否透明，如浑浊，则应另换一个洁净烧杯，将滤液重新过滤。

用倾泻法将清液完全过滤后，应对沉淀做初步洗涤。选用什么洗涤液，应根据沉淀的类型和实验内容而定。洗涤时，沿烧杯壁旋转加入约10mL洗涤液（或蒸馏水）吹洗烧杯四周内壁，使黏附的沉淀集中在烧杯底部；待沉淀下沉后，按前述方法，倾出过滤清液，如此重复3～4次。再加入少量洗涤液于烧杯中，搅动沉淀使之均匀，并立即将沉淀和洗涤液一起，通过玻璃棒转移至漏斗上；再加入少量洗涤液于杯中，搅拌均匀，转移至漏斗上，重复几次，使大部分沉淀都转移到滤纸上。之后将玻璃棒横架在烧杯口上，下端应在烧杯嘴处，且超出杯嘴2～3cm；用左手食指压住玻璃棒上端，大拇指在前，其余手指在后，将烧杯倾斜放在漏斗上方，烧杯嘴向着漏斗，玻璃棒下端指向滤纸的3层边处，用洗瓶或滴管吹洗烧杯内壁，使沉淀连同溶液流入漏斗中。冲洗转移沉淀的操作如图2-27所示。如有少许沉淀牢牢黏附在烧杯壁上而吹洗不下来，则可用前面折叠滤纸时撕下的纸角，以水湿润后，先擦玻璃棒上的沉淀，再用玻璃棒按住纸块沿烧杯壁自上而下旋转着把沉淀擦“活”，然后用玻璃棒将它拨出，放到该漏斗中心的滤纸上，与主要沉淀合并。之后用洗瓶吹洗烧杯，把擦“活”的沉淀微粒涮洗到漏斗中。沉淀转移之后，将玻璃棒放回烧杯，玻璃棒的放置如图2-28所示。在明亮处仔细检查烧杯内壁、玻璃棒、表面皿是否干净、不黏附沉淀。若仍有一点痕迹，则继续擦拭，转移，直到完全干净为止。有时也可用沉淀帚在烧杯内壁自上而下、从左向右擦洗烧杯上的沉淀，然后洗净沉淀帚。沉淀帚一般可自制（剪一段乳胶管，一端套在玻璃棒上，另一端用橡胶胶水黏合，用夹子夹扁晾干即成）。

待沉淀全部转移至滤纸上后，要进行洗涤。洗涤的目的是除去吸附在沉淀表面的杂质及残留液。将洗瓶在水槽上洗吹出洗涤剂，使洗涤剂充满洗瓶的导出管，再将洗瓶拿在漏斗上方，吹出洗瓶的水流从滤纸的多重边缘开始，螺旋形地往下移动，最后到多重部分停止（此过程称为“从缝到缝”）。这样，可使沉淀洗得干净且可将沉淀集中到滤纸的底部。为了提高洗涤效率，应掌握洗涤方法的要领：洗涤沉淀时要少量多次，即每次螺旋形往下洗涤时，所用洗涤剂的量要少，以便尽快沥干，沥干后，再行洗涤。如此反复多次，直至沉淀洗净为止（这通常称为“少量多次”原则）。

过滤和洗涤沉淀的操作，必须不间断地一次完成。若时间间隔过久，沉淀会干涸，粘成一团，就几乎无法洗涤干净了。无论是盛着沉淀的烧杯还是盛着滤液的烧杯，都应该用表面皿盖好。每次过滤完液体后，应立即将漏斗盖好，以防落入尘埃。

2．用微孔玻璃漏斗过滤

如图2-29所示，不需称量的沉淀或烘干后即可称量或热稳定性差的沉淀，均应在微孔玻璃漏斗内进行过滤。这种滤器的滤板是用玻璃粉末在高温下熔结而成的，故又称为玻璃钢砂芯漏斗。此类滤器均不能过滤强碱性溶液，以免强碱腐蚀玻璃微孔。按微孔的孔径大小，微孔玻璃漏斗由大到小可分为6级，即G1～G6（或称1号～6号）。

微孔玻璃漏斗的洗涤：新的微孔玻璃漏斗使用前应以热浓盐酸或铬酸洗液边抽滤边清洗，再用蒸馏水洗净。使用后的微孔玻璃漏斗，需针对不同沉淀物采用适当的洗涤剂洗涤。首先用洗涤剂、水反复抽洗或浸泡微孔玻璃漏斗；再用蒸馏水冲洗干净，并在110℃条件下烘干；最后将其保存在无尘的柜或有盖的容器中，备用。

过滤：微孔玻璃漏斗必须在抽滤的条件下，采用倾泻法过滤，其过滤、洗涤、转移沉淀等操作均与滤纸过滤法相同。

四、沉淀的烘干和灼烧

过滤所得沉淀经加热处理，即获得组成恒定的、与化学式表示组成完全一致的沉淀。

（一）沉淀的烘干

沉淀的烘干一般在250℃以下进行。凡是用微孔玻璃漏斗过滤的沉淀，均可用烘干的方法处理。其方法为：将微孔玻璃漏斗连同沉淀放在表面皿上，置于烘箱中，选择合适温度。第1次烘干时间可稍长（如2h），第2次烘干时间可缩短为40min。待沉淀烘干后，将其置于干燥器中冷至却室温，称重。如此反复操作几次，直至恒重为止。注意每次操作条件都要保持一致。

（二）沉淀的包裹、干燥、炭化与灼烧

1．沉淀的包裹

如图2-30所示，对于胶状沉淀，因体积大，可用扁头玻璃棒将滤纸的3层部分挑起，向中间折叠，将沉淀全部盖住，再用玻璃棒轻轻转动滤纸包，以便擦净漏斗内壁可能粘有的沉淀。

然后，将滤纸包转移至已恒重的坩埚中。如果是包裹晶形沉淀，则可按照图2-31所示方法卷成小包将沉淀包好后，用滤纸原来不接触沉淀的那部分，将漏斗内壁轻轻拭擦，擦下可能粘在漏斗上部的沉淀微粒。把滤纸包的3层部分向上放入已恒重的坩埚中，这样可使滤纸较易灰化。

2．沉淀的干燥和灼烧

将放有沉淀包的坩埚倾斜置于泥三角上，使多层滤纸部分朝上，以便烘烤，如图2-32所示。

1）沉淀的干燥和滤纸的炭化

沉淀过程的干燥不能太快，尤其是对于含有大量水分的胶状沉淀，很难一下烘干，若加热太猛，沉淀内部水分迅速汽化，则水汽会挟带沉淀溅出坩埚，造成实验失败。当滤纸包烘干后，滤纸层会变黑炭化，此时应控制火焰大小，使滤纸只冒烟而不着火，因为着火后，火焰卷起的气流会将沉淀微粒吹走。如果滤纸着火，则应立即停止加热，用坩埚钳夹将坩埚盖住，让火焰自行熄灭，切勿用嘴吹熄。

2）滤纸的灰化和沉淀的灼烧

滤纸全部炭化后，把煤气灯置于坩埚底部，逐渐加大火焰，并使氧化焰完全包住坩埚，烧至红热，把炭完全烧成灰。这种将炭燃烧成二氧化碳除去的过程叫灰化。

灼烧是指高于250℃以上温度进行的处理。它适用于用滤纸过滤的沉淀，灼烧是在预先已烧至恒重的瓷坩埚中进行的。

沉淀和滤纸灰化后，将坩埚移入高温炉中（根据沉淀性质调节适当温度），盖上坩埚盖，但要留有空隙。在与灼热空坩埚相同的温度下，灼烧40～45min，与空坩埚灼烧操作相同，取出，冷至室温，称重。然后进行第2次、第3次灼烧，直至坩埚和沉淀恒重为止。一般第2次灼烧以后，灼烧时间便可缩短至20min。所谓恒重，是指相邻两次灼烧后的称量差值不大于0.4mg。

每次灼烧完毕将其从高温炉内取出后，都应在空气中稍作冷，再移入干燥器（见图2-33）中，冷却至室温后称重。在干燥器内冷却的原则是：冷至室温，一般需30min左右。但要注意，每次灼烧、称重和放置的时间，都要保持一致。在使用干燥器时，首先将干燥器擦干净，烘干多孔瓷板后，将干燥剂通过一纸筒装入干燥器的底部，应避免干燥剂玷污内壁的上部，然后盖上瓷板。

干燥剂一般用变色硅胶。此外还可用无水氯化钙等。由于各种干燥剂吸收水分的能力都是有一定限度的，因此干燥器中的空气并非绝对干燥，只是湿度相对降低而已。所以，如果将灼烧和干燥后的坩埚和沉淀在干燥器中放置过久，可能会因吸收少量的水分而使质量增加，这点须加注意。

干燥器盛装干燥剂后，应先在干燥器的磨口上涂上一层薄而均匀的凡士林，再盖上干燥器盖。

如图2-34所示，在开启干燥器时，左手按住干燥器的下部，右手按住盖子上的圆顶，向左前方推开干燥器的盖子，盖子取下后应拿在右手中，用左手放入（或取出）坩埚（或称量瓶），及时盖上干燥器盖。盖子取下后，也可放在桌上安全的地方（注意，要磨口向上，圆顶朝下）。加盖时也应当拿住盖子上的圆顶，推着盖好。热的容器放入干燥器后，应连续推开干燥器1～2次。搬动或挪动干燥器时，应该用两手的拇指同时按住干燥器的盖子，防止滑落打破。