四、试样的采取、制备和分解

物料的分析检测过程一般包括采样、试样预处理、测定、结果计算等四个步骤。采样的目的是从被检测的总体物料中取得有代表性的样品，通过对样品的检测，得到在允许误差范围内的数据，从而求得被检测物料的某一或某些特性的平均值及其变异性。采样的具体目的可分为技术方面的目的、商业方面的目的、法律方面的目的和安全方面的目的。

工业生产的物料往往是几十吨、几百吨、成千吨或上万吨，而分析化验时所取的分析试样只需几克、几十毫克，甚至更少，要想使分析结果能代表全部物料的平均组成，必须正确地采取具有足够代表性的平均试样，并将其制备成分析试样。

如果采样没有代表性或代表性不充分，即使随后的分析测试工作再准确无误，所得出的分析结果也不能代表整体工业物料的结果，那么整个分析测试工作都将是徒劳的，甚至会得出错误的结论，以致造成严重事故。一定要非常重视样品的采取与制备，不仅要使所采取的样品能充分代表原物料，而且在操作和处理过程中还要防止样品发生变化或引入杂质造成样品的污染。

（一）基本术语

（1）采样　从待测的原始物料中取得分析试样的过程。

（2）采样时间　指每次采样的持续时间，也称采样时段。

（3）采样频率　指两次采样之间的间隔。

（4）子样　在规定的采样点按规定的操作方法采取的规定量的物料，也称小样或分样。

（5）总样　将所有采取的子样合并一起得到的试样。

（6）分析化验单位　一个总样所代表的工业物料的总量称为分析化验单位或取样单位。分析化验单位可大可小，主要取决于分析的目的。如商品煤规定（1000±100）t为一个分析化验单位；生产车间常以一天或一班的产量为一个分析化验单位；供销双方常以一次运输量或报检量为一个分析化验单位。

（7）实验室样品　供实验室检验或测试而制备的样品。

（8）备考样品　与实验室样品同时同样制备的样品。在有争议时，作为有关方面仲裁分析所用样品。

（9）部位样品　从物料的特定部位或在物料流的特定部位和特定时间取得的一定数量或大小的样品，如上部样品、中部样品或下部样品等。部位样品是代表瞬时或局部环境的一种样品。

（10）表面样品　在物料表面取得的样品，以获得此物料表面的相关资料。

（11）物料流　指随运送工具运转中的物料。

（12）试样的制备　按规定程序减小试样粒度和数量的过程，简称制样。

（二）试样的采取原则

采样方法是以数理统计学和概率论为理论基础建立起来的。一般情况下，经常使用随机采样和计数采样的方法。采样及制备样品的具体步骤应根据分析的要求及试样的性质、均匀程度、数量多少等具体情况，严格按照一定的规程进行操作，对于不同类型的试样应按照不同的原则进行采样。按物料的形态，可分为固态、液态和气态三种，各组分在试样中的分布分为比较均匀和分布得不均匀两种。

1.均匀物料

如果物料各部分的特性平均值在测定该特性的测量误差范围内，此物料就是均匀物料。采样时原则上可以在物料的任意部位进行采样。

2.不均匀物料

如果物料各部分的特性平均值不在测定该特性的测量误差范围内，此物料就是不均匀物料。一般采取随机采样。对所得样品分别进行测定，再汇总所有样品的检测结果，即得到总体物料的特性平均值和变异性的估计量。

3.随机不均匀物料

指总体物料中任一部分的特性平均值与相邻部分的特性平均值无关的物料。采样时可以随机采样，也可非随机采样。

4.定向非随机不均匀物料

指总体物料的特性值沿一定方向改变的物料。采样时要用分层采样，并尽可能在不同特性值的各层中采出能代表该层物料的样品。

5.周期非随机不均匀物料

指在连续的物料流中物料的特性值呈现出周期性变化，其变化周期有一定的频率和幅度的物料。采样时最好在物料流动线上采样，采样的频率应高于物料特性值的变化频率，切忌两者同步。

6.混合非随机不均匀物料

指由两种以上特性值变异性类型或两种以上特性平均值组成的混合物料，如由几批生产合并的物料。采样时首先尽可能使各组成部分分开，然后按照上述各种物料类型的采样方法进行采样。

（三）采样方案的制订

1.确定采取的样品数

从每一个分析化验单位中采样时，应根据物料中杂质含量的高低、物料的颗粒度及物料的总量决定所采取子样的最少数目和每个子样的最小重量。

如果样品为散装物料，则当批量<2.5t时，采样为7个单元；当批量为2.5～80t时，采样为个单元（计算到整数）；当批量>80t时，采样为40个单元。

对于一般产品，可用多单元物料来处理，分两步进行采样：

①选取一定数量的采样单元。若总体物料的单元数<500，按表0-1的规定确定。

若总体物料的单元数>500，按公式（0-1）确定。

式中　n——选取的单元数；

N——总体物料的单元数。

②对每个单元按物料特性值的变异性类型进行采样。

2.确定采取的样品量

采样量至少要满足三次重复测定所需量。若需要留存备考样品，则必须考虑含备考样品所需量；若还需对所采样品做制样处理，则必须考虑加工处理所需量。

3.确定采样方法

根据物料的种类、状态、包装形式、数量和在生产中的使用情况，应使用不同的采样工具，按照不同的采样方法进行采样。

4.采样记录

采样时应记录被采物料的状况和采样操作，如物料的名称、来源、编号、数量、包装情况、存放环境、采样部位、所采样品数和样品量、采样日期、采样人名等。必要时可填写详细的采样报告。

5.注意事项

①采样前，应调查物料的货主、来源、种类、批次、生产日期、总量、包装堆积形式、运输情况、贮存条件、贮存时间、可能存在的成分逸散和污染情况，以及其他一切能揭示物料发生变化的材料。

②采样器械可分为电动的、机械的和手工的三种类型。采样时，根据需要选择不与样品发生化学反应的材料制成的采样器。采样器应便于使用和清洗，而且坚固耐用。采样时应保持采样器清洁、干燥。

③盛样容器要依分析项目和被检物料的性质而定。盛样容器应使用不与样品发生化学反应、不被样品溶解、不使样品质量发生变化的材料制成。当检验微量元素时，对容器要进行预处理。例如，检验铅含量时，容器在盛样前应先进行去铅处理；检验铬锌含量时，不能使用镀铬、镀锌的工具和容器；检验黄曲霉毒素时，样品应避免阳光、紫外线的照射。

如果采样或采样某阶段需要较长时间，则样品或中间样品要用气密容器保存。采集挥发性物质的样品，不宜使用塑料和气密性差的容器。对易吸潮的试样，应放在洁净、干燥、密闭、防潮的容器中。

样品容器应清洁、干燥、坚固耐用，密闭性能要好。通常盛样容器有如下几种类型：无色透明或棕色的具有磨口塞的可密封玻璃瓶；可密封的聚乙烯瓶；内衬塑料袋、外用布袋或牛皮纸袋；稠密的纺织布、聚乙烯塑料或金属材料的容器。

④采样后要及时记录，采样单上填写的字迹要清晰，并能长期保留不褪色。采集的样品包装后，应将标有样品编号、采样人单位印章、采样日期的标签贴在样品容器上。再贴上有样品编号、加盖有采样单位和受检单位公章以及采样人印章的封条。

⑤采集的样品应由专人妥善保管，并尽快送达指定地点，且要注意防潮、防损、防丢失和防污染。

⑥样品的交接一定要有文字记录，手续要清楚。若发现被采物的包装容器受损、腐蚀或渗漏等可疑或异常现象，应及时请示报告，不要进行检验。

⑦采样地点要有出入安全的通道、照明和通风条件；贮罐或槽车顶部采样时要防止掉下来，还要防止堆垛容器的倒塌；如果所采物料本身有危险，采样前必须了解各种危险物质的基本规定和处理办法，采样时，需有防止阀门失灵、物料溢出的应急措施和心理准备。

⑧采样时必须有陪伴者，且需对陪伴者进行事先培训。采取的样品如果具有易燃性、易爆性、氧化性、可燃性、毒性、腐蚀性、刺激性等特性，要认真执行相应的采样安全规定，不能有丝毫的疏忽，以免造成严重后果。

（四）固体物料试样的采取

1.采样工具

采集固体试样的工具有试样瓶、试样桶、勺、采样铲、采样探子、采样钻、气动和真空探针及自动采样器等。

（1）采样铲　采样铲适用于从物料流中和静止物料中采样，如图0-1所示。铲的长和宽均应不小于被采样品最大粒度的2.5～3倍，对最大粒度大于150mm的物料可用长乘宽为300mm×250mm的铲。

（2）采样探子　采样探子适用于从包装桶或包装袋内采集粉末、小颗粒、小晶体等固体物料。

采样探子有末端开口的采样探子，如图0-2所示；末端封闭的采样探子，如图0-3所示；可封闭的采样探子，如图0-4所示。

末端开口或封闭的采样探子由一根材质为钢、铜或合金的金属管构成，一端有一个“T”形手柄，另一端呈“U”形。可封闭的采样探子由两根紧密配合的同心金属管构成，外管的一侧有一组槽子，内管的一侧也有相应的一组槽子，内管可以在外管内旋转，当内、外管线上的标记成一线时，槽开启。

采样时，采样探子应按一定角度插入物料，插入时，槽口应向下，把探子转动两三次，小心地把探子抽回，并注意抽回时应保持槽口向上，再将探子内的物料倒入样品容器中。

（3）采样钻　采样钻适用于较坚硬的固体采样。

关闭式采样钻如图0-5所示。由一个金属圆桶和一个装在内部的旋转钻头组成，采样时，牢牢地握住外管，旋转中心棒，使管子稳固地进入物料，必要时可稍加压力，以保持均等的穿透速度。到达指定部位后，停止转动，提起钻头，反转中心棒，将所取样品移进样品容器中。

（4）气动和真空采样探针　气动和真空采样探针适用于采集粉末和细小颗粒等松散物料。

气动采样探针如图0-6所示。由一根软管将一个装有电动空气提升泵的旋风集尘器和一个由两个同心管组成的探子连接而成。开启空气提升泵，使空气沿着两管之间的环形通路流至探头，并在探头产生气动而带起样品，同时使探针不断插入物料。

真空采样探针如图0-7所示。由一个真空吸尘器通过装在采样管上的采样探针把物料抽入采样器中，探针由内管和一节套筒构成，一端固定在采样管上，另一端开口。

（5）接斗　用以在物料的落流处截取子样。斗的开口尺寸至少应为被采样品的最大粒度的2.5～3倍。接斗的容量应能容纳输送机最大运量时物料流全部断面的全部物料量。

2.采样方法

（1）物料流中采样　在物料流中采样，应先确定子样数目，再根据物料流量的大小及有效流过时间，均匀分布采样时间，调整采样器工作条件，一次横截物料流的断面采取一个子样。可用自动采样器、舌形铲等采样工具。注意从皮带运输机采样时，采样器必须紧贴皮带，不能悬空。

（2）运输工具中采样　常用的运输工具是火车车皮或汽车等，发货单位在物料装车后，应立即采样，而用货单位除采用发货单位提供的样品外，还要根据需要布点采样。常用的布点方法为斜线三点法，如图0-8所示；斜线五点法，如图0-9所示。子样要分布在车皮对角线上，首末两点距车角各1m，其余各点均匀分布于首、末两子样点之间。此外，还有18方块法，如图0-10所示；棋盘法，如图0-11所示；蛇形法，如图0-12所示；对角线法，如图0-13所示等。

（3）物料堆中采样　根据物料堆的大小、物料的均匀程度和发货单位提供的基本信息等，核算应采集的子样数目及采集量，然后布点采样。先将表层0.2m厚的部分用铲子除去，再以地面为起点，每间隔0.5m高处划一横线，每隔1～2m向地面划垂线，横线与垂线交点即为采样点。物料堆上采样点的分布如图0-14所示。

（4）工业制品中采样　工业制品常见的有袋装和罐装，袋装有纸袋、布袋、麻袋和纤维织袋；罐装有木质、塑料和铁皮等制成的罐或桶。一般采用的采样工具为采样探子，确定子样数目和每个子样的采集量后，即可进行采样。

（五）液体物料试样的采取

液体物料按所处的状态可分为静态和动态两类。为使试样有代表性，采样时必须混合均匀。瓶、罐等小容器可用手摇；桶、听等中等容器用滚动倒置或用手工搅拌；贮罐、槽车、船舱等大容器用机械搅拌器、喷射循环泵进行混匀。

1.采样工具

（1）采样勺　采样勺用不与被采物料发生化学反应的金属或塑料制成，包括表面样品采样勺，如图0-15所示；混合样品采样勺，如图0-16所示；采样杯，如图0-17所示。前一种用于采集表面样品，后两种用于均匀物料的随机采样。

（2）采样管　采样管用玻璃、塑料或金属制成，两端开口，用于采集桶、罐、槽车等容器内的液体物料。

①玻璃或塑料采样管。管长为1200mm，内径为15～25mm，上端为圆锥形尖口或套有一与管径相配的橡胶管，以便用手按住；小端直径有1.5mm、3mm、5mm等几种，采样时视物料黏度而定，黏度大则选用大直径的采样管，玻璃采样管如图0-18所示。

②金属采样管。分铝或不锈钢制采样管，如图0-19所示；铜或不锈钢制双套筒采样管，如图0-20所示。前者适于采集贮罐或槽车中的低黏度液体样品，后者适用于采集桶装黏度较大的液体和黏稠液、多相液。双套筒采样管配有电动搅拌器和清洁器。

（3）采样瓶

①玻璃（或铜制）采样瓶。一般为500mL玻璃瓶，适用于贮罐、槽车采样，玻璃采样瓶套上加重铅锤，以便沉入液体物料的较深部位，如图0-21、图0-22所示。

②可卸式采样瓶。如图0-23所示。

另外还有加重型采样瓶、底阀型采样器等。液化气的采样常用采样钢瓶和金属杜瓦瓶。

2.采样方法

（1）流动状态液体物料试样的采样方法　输送管道中的液体物料处于流动状态，应根据一定时间里物料的总流量确定采样数和采样量。如果是从管道出口端采样，则周期性地在管道出口放置一个样品容器（容器上放只漏斗以防外溢）进行采样；如管道直径较大，可在管内装一个合适的采样探头进行采样；当管线内流速变化大，难以用人工调整探头流速接近管内线速度时，可采用自动管线采样器采样。

（2）非流动状态液体物料试样的采样方法

①大贮罐中液体物料的采集。采集全液层试样时，先将采样瓶的瓶塞打开，沿垂直方向将采样装置匀速沉入液体物料中，刚达底部时，瓶内刚装满物料即可，此时采集的试样为全液层试样。如果采集一定深度层的物料试样，则将采样装置沉入到预定位置时，通过系在瓶塞上的绳子打开瓶塞，待物料充满采样瓶后，将瓶塞盖好提出液面，此时采集的试样为某深度层的物料试样。用这种方式分别从上、中、下层采样，再将其混合均匀，作为一个试样。

②小贮罐中液体物料的采集。小贮罐、桶或瓶容积较小，可用金属采样管或玻璃采样管采样。

用金属采样管采样时，用系在锥体的绳子将锥体提起时物料即可进入，待物料量足够时将锥体放下，取出金属采样管，将管内样品置于试样瓶中。

用玻璃采样管采样时，将玻璃管插到取样部位后，用手指按住上端管口，抽出，将管内样品置于试样瓶中。

（3）运输容器中液体物料试样的采样方法　火车或汽车槽车、船舱等运输容器的采样，一般都是将采样工具从采样口放入上、中、下分别采取部位样品，再按一定比例混合均匀作为代表性样品或采全液层样品，如无采样口，则从排料口采样。

（六）气体物料试样的采取

气体物料一般可视为均匀物料，有常压、正压、负压之分；有静态、动态之分；有常温、高温之分。气体具有压力、易渗透、易污染、难贮存等特点。

1.采样工具

采集气体试样的设备和器具主要包括采样器、导管、样品容器、预处理装置、调节压力和流量的装置、吸气器和抽气泵等。对设备和器具的要求是对样品气体不吸收、不渗透，在采集温度下无化学活性，不起催化剂作用，力学性能好，容易加工连接。

（1）采样器　采样器是一类用专用材料制成的采样设备，常见的有硅硼玻璃采样器、金属采样器和耐火采样器等。

硅硼玻璃采样器在温度超过450℃时不能使用。耐火采样器通常用透明石英、瓷、富铝红柱石或重结晶的氧化铝制成，其中石英采样器可在900℃以下长期使用，其他耐火采样器可在1100～1990℃的温度范围内使用。

金属采样器的材质有低碳钢和合金两大类，是应用最广的采样器。因低碳温度高于300℃时易受气体腐蚀和渗透氢气，故在较高温度时常用合金采样器。

（2）导管　采集气体试样所用的导管有不锈钢管、碳钢管、铜管、铝管、特制金属软管、玻璃管、聚四氟乙烯管、聚乙烯管和橡胶管等。

高纯气体的采集和输送要用不锈钢管或铜管，而不能用塑料管和橡胶管。

（3）样品容器　样品容器常见的有玻璃容器、金属钢瓶、吸附剂采样管、球胆、塑料袋、复合膜气袋等。

①玻璃容器。常见的玻璃容器有两头带活塞的采样管，如图0-24所示；带三通的玻璃注射器，如图0-25所示；真空采样瓶，如图0-26所示。

②金属钢瓶。金属钢瓶，如图0-27所示。按材质可分为碳钢瓶、不锈钢瓶和铝合金瓶三类；按结构可分为两头带针形阀的和一头带针形阀的两类。常用的小钢瓶容积一般为0.1～5L，分耐中压和高压两类。

钢瓶必须定期做强度试验和气密性试验，以保证安全。

③吸附剂采样管。按吸附剂的不同，分活性炭采样管和硅胶采样管。

④球胆。用橡胶制成的球胆，在采样要求不高时，可以用来采集气体样品。采样前至少要用样品气吹洗球胆3次以上，待干净后方可采样。因球胆易吸附烃类等气体，易渗透氢气等小分子气体，故气样放置后其成分会发生改变，采样后应立即分析。

⑤塑料袋和复合膜气袋。塑料袋是用聚乙烯、聚丙烯、聚四氟乙烯、聚全氟乙丙烯和聚酯等薄膜制成的袋状取样容器。复合膜气袋是由两种不同的薄膜压黏在一起形成的复合膜制成的袋状取样容器，适用于采集贮存质量较高的气体。

（4）预处理装置　气体样品的预处理包括过滤、脱水和改变温度等，目的是使气体样品符合某些分析仪器和分析方法的要求。

分离气体中的固体颗粒、水分或其他有害物质的装置是过滤器和冷阱，常见的冷阱如图0-28所示。过滤器由金属、陶瓷或天然纤维与合成纤维的多孔板制成；冷阱是一些几何形状各异的容器，其温度控制在零上几摄氏度，当难凝气体慢慢通过时，水分即被脱去。

（5）调节压力和流量的装置　因气体本身压力较高，采样时要进行减压；同时还要调节气体的流量，以消除因流速变化引起的误差。

一般可在采样导管和采样器之间安装一个三通，连接一个合适的安全装置或放空装置以达到降压和保证安全的目的。

气体的流量可用爱德华兹瓶或液封稳压管实现调节，如图0-29所示。

（6）吸气器和抽气泵　吸气器常用于常压气体采样，常用的吸气器有橡胶制双链球，如图0-30所示；配有出口阀、采样管的吸气管，吸气管如图0-31所示；用玻璃瓶组成的吸气瓶，如图0-32所示等。

当气体压力不足时，可用流水抽气泵，如图0-33所示。产生中度真空，加大气体流速。如欲产生高度真空，可采用机械式真空泵。

2.采样方法

（1）常压气体的采样　气体压力近于或等于大气压的气体称为常压气体。

①用吸气瓶取样。如图0-32所示，将封闭液瓶2提高，打开弹簧夹5和气样瓶1上的旋塞，让封闭液流入气样瓶并充满，同时使旋塞4与大气相通，此时气样瓶中的空气被全部排出。夹紧止水夹，关闭旋塞，将橡胶管3与气体物料管相接。将封闭液瓶2置于低处，打开止水夹和旋塞，气体物料进入气样瓶1，至所需量时，关闭旋塞，夹紧止水夹，取样结束。

②用吸气管取样。如图0-31所示，当采样管两端旋塞打开时，将水准瓶（封闭液瓶）提高，使封闭液充满至取样管的上旋塞，此时将采样管上端与取样点上的金属管相连，然后放低水准瓶，打开旋塞，气体试样却进入采样管，关闭旋塞2，将采样管与取样点上的金属管分开，提高封闭液瓶，打开旋塞将气体排出（如此反复3～4次），最后吸入气体，关闭旋塞，取样结束。

③用流水抽气泵取样。如图0-33所示，采样管上端与抽气泵相连，下端与取样点上的金属管相连。将气体试样抽入即可。

（2）正压气体的采样　气体压力大大高于大气压的气体称为正压气体。采样时只需放开取样点上的活塞，气体便自动流入气体取样器中。取样时必须用气体试样置换球胆内的空气3～4次。

（3）负压气体的采样

①低负压气体的采样。气体压力小于大气压的气体称为低负压气体。可用抽气泵减压法采样，当采气量不大时，常用流水真空泵和采气管采样。

②超低负压气体的采样。气体压力远远小于大气压的气体称为超低负压气体。用负压采样容器采样。取样前用泵抽出瓶内空气，使压力降至8～13kPa，然后关闭旋塞，称定质量；再将试样瓶上的管头与取样点上的金属管相连，打开旋塞取样，最后关闭旋塞，称定质量，前后两次质量之差即为试样质量。