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摘要:分析化学检测方式具有很高的实用性,其应用范围十分广泛,在地质普查、化工业、医药等行业都被广泛使用,其在人类文明历史发展中也起到了关键性作用。目前,在对人们常用的陶瓷材料产品进行检测的过程中,分析化学检测方式也被普遍应用,不但能够分析出陶瓷材料的理性化性能,也能够对陶瓷材料的结构进行细致分析。本文着眼于分析化学在陶瓷材料检测中的应用问题展开探讨,作者结合个人在这方面的一些实践工作经验提出几点思考,希望借阅者能够积极提出改进意见。
关键词:分析化学;陶瓷;检测;应用
引言
随着科技的不断进步和社会的不断发展,人们对于材料的需求也越来越严格,就陶瓷材料而言,已经远远超过了原始的陶瓷材料本身的含义。毫不夸张的说,从工业生产到日常生活中人类已经离不开陶瓷材料,因此对陶瓷材料进行必要的检测技术也及时发展起来,就目前而言,国内大多数的陶瓷材料性能的研究仅停留在对其物理性质的检测。通过分析化学相关技术研究,能够对产品的强度、抗热抗震性极、内部形状、吸水率等指标进行检测。因此,在陶瓷行业分析化学具有非常广泛的应用前景,陶瓷材料,因其原料和合成产品共同组成,包括成分分析,晶体分析及粒度分析等。
一、分析化学分类
1.按检测原理分类
分析化学按检测原理可分为化学分析和仪器分析。
1.1化学分析
化学分析法是主要利用化学原理进行分析的方法,化学分析是绝对定量的,根据样品的量、反应产物的量或所消耗试剂的量及反应的化学计量关系,通过计算得待测组分的量。化学分析是建立在对分析物质成分确定的基础上,若分析物质成分不确定,则无法进行下一步的定量分析。
1.2仪器分析
仪器分析是化学学科的一个重要分支,是目前的发展方向。它是以物质的物理和物理化学性质为基础建立起来的一种分析方法。利用较特殊的仪器,对物质进行定性分析、定量分析、形态分析。仪器分析方法所包括的分析方法很多,目前有数十种之多。每一种分析方法所依据的原理不同,所测量的物理量不同,操作过程及应用情况也不同。仪器分析虽然能够准确高效地分析出材料的成分、含量等,但它成本高、仪器使用费也高。而化学分析则更加传统和低廉,但它也具有灵活性好、精度高等特点。仪器分析做定性分析,化学分析做定量分析,是目前许多检测中心和科研所采用的方法。
2.按样品性质分类
分析化学按检测样品性质分类可粗分为无机分析和有机分析两大类。
2.1无机分析
无机分析顾名思义就是对无机材料样品的分析,无机材料又可分为无机非金属材料和金属材料。无机非金属材料包括岩石、矿物、陶瓷等。金属材料包括铝及其合金、铜、钢铁等其它金属。
2.2有机分析
有机分析是指对有机材料样品进行的定量分析。有机材料包括石油、染料、塑料、食品、合成药物、中草药等。
二、陶瓷原料化学成分检测方法
1.湿法检测
所谓湿法检测是把样品作熔融和消解,等到样品完全转化成液体状态之后,然后采用洛河滴定法、和比色法以及原子吸收光普法来测定原料中氧化物的成分。以目前的情况分析,我们比较常见也较为常用的是陶瓷原材料化学成分分析法,亦有国家标准规定的GB/T4737《陶瓷原材料及制品化学分析方法》一般来讲,陶瓷材料又分为普通原料和化工原料(已经加工过的混合化工原料或者只是单纯的化工原料),在其GB/T4734相关标准中规定了包括SiO2、Al2O3、Fe2O3、TiO2、CaO、Mg2O、K2O、Na2O、以及灼碱等九项成分检测均属于常规性检测。所以我们把在这些成分含量的总数超99.5个百分点的和未添加过其他的化学原料的陶瓷原料我们统称为是普通原料。
2.干法检测
条件好的话即采用X射线荧光法,它属于干法检测,也是目前截止较为先进的化学成分分析方法中的一种。在检测的时候,将粉末样品压片之后进行冷却形成玻璃样片,接着用计算机完成剩余的检测工作。虽然检测效率比较高,但其检测成本相较而言也很高。
当然,除了这些方法以外又仍然在陶瓷原材料化学成分的分析方面还存在更多标准来供我们选择。如果条件比较好,那么我们采用更多的是X射线荧光法,这种方法属于干法检测,同时也是现如今较为先进的化学成分检测方法之一。如此检测时,我们把粉末样品进行碾压亦或是冷却最终制作成型玻璃样片,虽然检测效率比较高,但其检测的成本依然很高。此外,对于化学成分陶瓷检测的成分分析还有许多种,也包括多套标准可供选择。各种原材料极其成分或者是其相同成分不同范围含量的原材料具体采用的测定方法也是不尽相同的。因此检验检测时往往都需要一系列的调整设计,或者是采用比较合适的方法促使检测结果更加准确。但假如搭配不同的样品时,那么往往同一种样品需要好几种方法检测,但是有时候,即使样品之间有一定的差异性,其也可以使用同样的方法来进行检测,比较关键的一步就在于每种方法很有可能引起差异性的各种具体的原因,在检测过程中需要对这些问题特别注意。
三、分析化学在陶瓷材料检测中的应用
初探分析化学检测方式分为很多种,并且门类复杂。但是不管哪种方式,都能够较为精确地分析出陶瓷材料的理性化性能,以下就是在对陶瓷材料进行检测的过程中,常用到的几种分析化学方法。
1.XRD晶相分析方法
XRD晶相分析(X-raydiffraction)是对陶瓷材料进行检测的过程中最常见的一种分析技术,是通过对X射线衍射图谱进行分析进而得到材料各晶体结构参数的一种方法。其分析原理主要是通过X射线晶体和非晶体在陶瓷材料中产生各种衍射或散射,并得到其图谱,进而通过这种方式对陶瓷材料的结构做出定量分析,也可以对陶瓷材料中不完整的结构类型做出分析。例如,在X射线穿过了单相或者多相的单晶和多晶的时间内,就会生成一个衍射图谱,因此,就可以对其生成的这个衍射图谱进行分析化学,在结合PDF图形进行查阅。通过这种方式就可以得到陶瓷材料的组成成分,特别是在检测一些未知成分的陶瓷材料时,使用XRD晶相分析技术不但操作简单,而且检测结果也很准确。
2.化学滴定分析方法
关于化学滴定分析方法,其是一种比较传统的分析化学技术,这种检测方法的优势在于成本低且精准度高。该种检测方法主要有三种类型,分别为酸碱滴定法、络合滴定法以及氧化还原滴定法。例如,对于氧化锆的检验。首先,称取1.0000克的氧化锆,将其放到容量为158毫升的烧杯中;接着再向烧杯中加入3克的硫酸铵以及5毫升的硫酸,并且用表面皿将烧杯盖上。然后将烧杯至于调压炉上,对其中的物质进行溶解,当物质完全溶解并且已经逐渐透明可以停止加热;当烧杯中的物质已经冷却,就可以向烧杯内加水,使其得到稀释,随后将烧杯中的物质导入容量为250毫升的容量瓶中,接下来只需等待物质冷却至常温状态。待到物质恢复到常温,就可以添加适量的水进行稀释,并且将其摇均,并且将其记作溶液甲。这时取25毫升的甲溶液,将其放到250毫升的容量瓶中,再加入EDTA标准溶液和1毫升的浓硫酸,然后再进行加热和煮沸,之后将EDTA标准溶液滴到容量瓶中,一直滴到溶液呈现出橙黄色,然后接着进行加热和煮沸。接下来加入100毫升的水以及两滴二甲指示剂,再次加热煮沸,重复上述步骤加入EDTA标准溶液,一直滴到溶液呈现出橙黄色,之后再加热煮沸,滴定EDTA标准溶液一直到不再发生变化,这时要记录EDTA标准溶液的滴定体积。该种方式为EDTA络合滴定法,通过这种方式,不但能够准确的检测出陶瓷材料中氧化锆的具体含量,也能够计算出氧化锆粉的具体含量,是比较常见的一种陶瓷材料检测方式。3.激光粒度分析
在对材料进行检测的过程中,除上述两种分析化学方式外,常见的还有筛分法、显微镜法以及激光粒度分析方法,其中激光粒度分析方式在对陶瓷材料进行检测过程中,有很大的帮助。很多的检测机构和各种科学研究中心都开始使用激光粒度分析方式对材料进行检测,由此可见激光粒度分析方式的重要性。在传统的检测方式中,最常用到的就是筛分法,但是这种方式不但繁琐复杂,而且需要大量的检测时间,并且重复性也不是很好,已经不能够满足现代技术的要求。因此激光粒度分析在材料检测行业的大量应用也是必然趋势。通过激光粒度分析方式对陶瓷材料进行检测不但能够更快的得到检测结果,也能够测定出陶瓷材料成分的配置是否合理,以及将陶瓷材料的原材料准确的分析出来。
结语
化学分析种类很多,对于不同材质、形态、含量的物质需选用不同的分析方法。陶瓷材料一般多用XRD、化学滴定法及激光粒度法等判定材料中物相、成分含量及颗粒分布等.此三种方法既有内部结构的分析.又有外观形貌的分析,可较好地表征陶瓷材料的性能。化学分析对试验或生产都可起到十分重要的指导作用,随着分析化学测试技术的不断发展。对陶瓷原材料的检测将变得越来越先进,对陶瓷原材料性能的表征也会越来越全面
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