四、試樣的采取、制備和分解

物料的分析檢測過程一般包括采樣、試樣預處理、測定、結果計算等四個步驟。采樣的目的是從被檢測的總體物料中取得有代表性的樣品，通過對樣品的檢測，得到在允許誤差范圍內的數據，從而求得被檢測物料的某一或某些特性的平均值及其變異性。采樣的具體目的可分為技術方面的目的、商業方面的目的、法律方面的目的和安全方面的目的。

工業生產的物料往往是幾十噸、幾百噸、成千噸或上萬噸，而分析化驗時所取的分析試樣只需幾克、幾十毫克，甚至更少，要想使分析結果能代表全部物料的平均組成，必須正確地采取具有足夠代表性的平均試樣，并將其制備成分析試樣。

如果采樣沒有代表性或代表性不充分，即使隨后的分析測試工作再準確無誤，所得出的分析結果也不能代表整體工業物料的結果，那么整個分析測試工作都將是徒勞的，甚至會得出錯誤的結論，以致造成嚴重事故。一定要非常重視樣品的采取與制備，不僅要使所采取的樣品能充分代表原物料，而且在操作和處理過程中還要防止樣品發生變化或引入雜質造成樣品的污染。

（一）基本術語

（1）采樣　從待測的原始物料中取得分析試樣的過程。

（2）采樣時間　指每次采樣的持續時間，也稱采樣時段。

（3）采樣頻率　指兩次采樣之間的間隔。

（4）子樣　在規定的采樣點按規定的操作方法采取的規定量的物料，也稱小樣或分樣。

（5）總樣　將所有采取的子樣合并一起得到的試樣。

（6）分析化驗單位　一個總樣所代表的工業物料的總量稱為分析化驗單位或取樣單位。分析化驗單位可大可小，主要取決于分析的目的。如商品煤規定（1000±100）t為一個分析化驗單位；生產車間常以一天或一班的產量為一個分析化驗單位；供銷雙方常以一次運輸量或報檢量為一個分析化驗單位。

（7）實驗室樣品　供實驗室檢驗或測試而制備的樣品。

（8）備考樣品　與實驗室樣品同時同樣制備的樣品。在有爭議時，作為有關方面仲裁分析所用樣品。

（9）部位樣品　從物料的特定部位或在物料流的特定部位和特定時間取得的一定數量或大小的樣品，如上部樣品、中部樣品或下部樣品等。部位樣品是代表瞬時或局部環境的一種樣品。

（10）表面樣品　在物料表面取得的樣品，以獲得此物料表面的相關資料。

（11）物料流　指隨運送工具運轉中的物料。

（12）試樣的制備　按規定程序減小試樣粒度和數量的過程，簡稱制樣。

（二）試樣的采取原則

采樣方法是以數理統計學和概率論為理論基礎建立起來的。一般情況下，經常使用隨機采樣和計數采樣的方法。采樣及制備樣品的具體步驟應根據分析的要求及試樣的性質、均勻程度、數量多少等具體情況，嚴格按照一定的規程進行操作，對于不同類型的試樣應按照不同的原則進行采樣。按物料的形態，可分為固態、液態和氣態三種，各組分在試樣中的分布分為比較均勻和分布得不均勻兩種。

1.均勻物料

如果物料各部分的特性平均值在測定該特性的測量誤差范圍內，此物料就是均勻物料。采樣時原則上可以在物料的任意部位進行采樣。

2.不均勻物料

如果物料各部分的特性平均值不在測定該特性的測量誤差范圍內，此物料就是不均勻物料。一般采取隨機采樣。對所得樣品分別進行測定，再匯總所有樣品的檢測結果，即得到總體物料的特性平均值和變異性的估計量。

3.隨機不均勻物料

指總體物料中任一部分的特性平均值與相鄰部分的特性平均值無關的物料。采樣時可以隨機采樣，也可非隨機采樣。

4.定向非隨機不均勻物料

指總體物料的特性值沿一定方向改變的物料。采樣時要用分層采樣，并盡可能在不同特性值的各層中采出能代表該層物料的樣品。

5.周期非隨機不均勻物料

指在連續的物料流中物料的特性值呈現出周期性變化，其變化周期有一定的頻率和幅度的物料。采樣時最好在物料流動線上采樣，采樣的頻率應高于物料特性值的變化頻率，切忌兩者同步。

6.混合非隨機不均勻物料

指由兩種以上特性值變異性類型或兩種以上特性平均值組成的混合物料，如由幾批生產合并的物料。采樣時首先盡可能使各組成部分分開，然后按照上述各種物料類型的采樣方法進行采樣。

（三）采樣方案的制訂

1.確定采取的樣品數

從每一個分析化驗單位中采樣時，應根據物料中雜質含量的高低、物料的顆粒度及物料的總量決定所采取子樣的最少數目和每個子樣的最小重量。

如果樣品為散裝物料，則當批量<2.5t時，采樣為7個單元；當批量為2.5～80t時，采樣為個單元（計算到整數）；當批量>80t時，采樣為40個單元。

對于一般產品，可用多單元物料來處理，分兩步進行采樣：

①選取一定數量的采樣單元。若總體物料的單元數<500，按表0-1的規定確定。

若總體物料的單元數>500，按公式（0-1）確定。

式中　n——選取的單元數；

N——總體物料的單元數。

②對每個單元按物料特性值的變異性類型進行采樣。

2.確定采取的樣品量

采樣量至少要滿足三次重復測定所需量。若需要留存備考樣品，則必須考慮含備考樣品所需量；若還需對所采樣品做制樣處理，則必須考慮加工處理所需量。

3.確定采樣方法

根據物料的種類、狀態、包裝形式、數量和在生產中的使用情況，應使用不同的采樣工具，按照不同的采樣方法進行采樣。

4.采樣記錄

采樣時應記錄被采物料的狀況和采樣操作，如物料的名稱、來源、編號、數量、包裝情況、存放環境、采樣部位、所采樣品數和樣品量、采樣日期、采樣人名等。必要時可填寫詳細的采樣報告。

5.注意事項

①采樣前，應調查物料的貨主、來源、種類、批次、生產日期、總量、包裝堆積形式、運輸情況、貯存條件、貯存時間、可能存在的成分逸散和污染情況，以及其他一切能揭示物料發生變化的材料。

②采樣器械可分為電動的、機械的和手工的三種類型。采樣時，根據需要選擇不與樣品發生化學反應的材料制成的采樣器。采樣器應便于使用和清洗，而且堅固耐用。采樣時應保持采樣器清潔、干燥。

③盛樣容器要依分析項目和被檢物料的性質而定。盛樣容器應使用不與樣品發生化學反應、不被樣品溶解、不使樣品質量發生變化的材料制成。當檢驗微量元素時，對容器要進行預處理。例如，檢驗鉛含量時，容器在盛樣前應先進行去鉛處理；檢驗鉻鋅含量時，不能使用鍍鉻、鍍鋅的工具和容器；檢驗黃曲霉毒素時，樣品應避免陽光、紫外線的照射。

如果采樣或采樣某階段需要較長時間，則樣品或中間樣品要用氣密容器保存。采集揮發性物質的樣品，不宜使用塑料和氣密性差的容器。對易吸潮的試樣，應放在潔凈、干燥、密閉、防潮的容器中。

樣品容器應清潔、干燥、堅固耐用，密閉性能要好。通常盛樣容器有如下幾種類型：無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；內襯塑料袋、外用布袋或牛皮紙袋；稠密的紡織布、聚乙烯塑料或金屬材料的容器。

④采樣后要及時記錄，采樣單上填寫的字跡要清晰，并能長期保留不褪色。采集的樣品包裝后，應將標有樣品編號、采樣人單位印章、采樣日期的標簽貼在樣品容器上。再貼上有樣品編號、加蓋有采樣單位和受檢單位公章以及采樣人印章的封條。

⑤采集的樣品應由專人妥善保管，并盡快送達指定地點，且要注意防潮、防損、防丟失和防污染。

⑥樣品的交接一定要有文字記錄，手續要清楚。若發現被采物的包裝容器受損、腐蝕或滲漏等可疑或異常現象，應及時請示報告，不要進行檢驗。

⑦采樣地點要有出入安全的通道、照明和通風條件；貯罐或槽車頂部采樣時要防止掉下來，還要防止堆垛容器的倒塌；如果所采物料本身有危險，采樣前必須了解各種危險物質的基本規定和處理辦法，采樣時，需有防止閥門失靈、物料溢出的應急措施和心理準備。

⑧采樣時必須有陪伴者，且需對陪伴者進行事先培訓。采取的樣品如果具有易燃性、易爆性、氧化性、可燃性、毒性、腐蝕性、刺激性等特性，要認真執行相應的采樣安全規定，不能有絲毫的疏忽，以免造成嚴重后果。

（四）固體物料試樣的采取

1.采樣工具

采集固體試樣的工具有試樣瓶、試樣桶、勺、采樣鏟、采樣探子、采樣鉆、氣動和真空探針及自動采樣器等。

（1）采樣鏟　采樣鏟適用于從物料流中和靜止物料中采樣，如圖0-1所示。鏟的長和寬均應不小于被采樣品最大粒度的2.5～3倍，對最大粒度大于150mm的物料可用長乘寬為300mm×250mm的鏟。

（2）采樣探子　采樣探子適用于從包裝桶或包裝袋內采集粉末、小顆粒、小晶體等固體物料。

采樣探子有末端開口的采樣探子，如圖0-2所示；末端封閉的采樣探子，如圖0-3所示；可封閉的采樣探子，如圖0-4所示。

末端開口或封閉的采樣探子由一根材質為鋼、銅或合金的金屬管構成，一端有一個“T”形手柄，另一端呈“U”形。可封閉的采樣探子由兩根緊密配合的同心金屬管構成，外管的一側有一組槽子，內管的一側也有相應的一組槽子，內管可以在外管內旋轉，當內、外管線上的標記成一線時，槽開啟。

采樣時，采樣探子應按一定角度插入物料，插入時，槽口應向下，把探子轉動兩三次，小心地把探子抽回，并注意抽回時應保持槽口向上，再將探子內的物料倒入樣品容器中。

（3）采樣鉆　采樣鉆適用于較堅硬的固體采樣。

關閉式采樣鉆如圖0-5所示。由一個金屬圓桶和一個裝在內部的旋轉鉆頭組成，采樣時，牢牢地握住外管，旋轉中心棒，使管子穩固地進入物料，必要時可稍加壓力，以保持均等的穿透速度。到達指定部位后，停止轉動，提起鉆頭，反轉中心棒，將所取樣品移進樣品容器中。

（4）氣動和真空采樣探針　氣動和真空采樣探針適用于采集粉末和細小顆粒等松散物料。

氣動采樣探針如圖0-6所示。由一根軟管將一個裝有電動空氣提升泵的旋風集塵器和一個由兩個同心管組成的探子連接而成。開啟空氣提升泵，使空氣沿著兩管之間的環形通路流至探頭，并在探頭產生氣動而帶起樣品，同時使探針不斷插入物料。

真空采樣探針如圖0-7所示。由一個真空吸塵器通過裝在采樣管上的采樣探針把物料抽入采樣器中，探針由內管和一節套筒構成，一端固定在采樣管上，另一端開口。

（5）接斗　用以在物料的落流處截取子樣。斗的開口尺寸至少應為被采樣品的最大粒度的2.5～3倍。接斗的容量應能容納輸送機最大運量時物料流全部斷面的全部物料量。

2.采樣方法

（1）物料流中采樣　在物料流中采樣，應先確定子樣數目，再根據物料流量的大小及有效流過時間，均勻分布采樣時間，調整采樣器工作條件，一次橫截物料流的斷面采取一個子樣。可用自動采樣器、舌形鏟等采樣工具。注意從皮帶運輸機采樣時，采樣器必須緊貼皮帶，不能懸空。

（2）運輸工具中采樣　常用的運輸工具是火車車皮或汽車等，發貨單位在物料裝車后，應立即采樣，而用貨單位除采用發貨單位提供的樣品外，還要根據需要布點采樣。常用的布點方法為斜線三點法，如圖0-8所示；斜線五點法，如圖0-9所示。子樣要分布在車皮對角線上，首末兩點距車角各1m，其余各點均勻分布于首、末兩子樣點之間。此外，還有18方塊法，如圖0-10所示；棋盤法，如圖0-11所示；蛇形法，如圖0-12所示；對角線法，如圖0-13所示等。

（3）物料堆中采樣　根據物料堆的大小、物料的均勻程度和發貨單位提供的基本信息等，核算應采集的子樣數目及采集量，然后布點采樣。先將表層0.2m厚的部分用鏟子除去，再以地面為起點，每間隔0.5m高處劃一橫線，每隔1～2m向地面劃垂線，橫線與垂線交點即為采樣點。物料堆上采樣點的分布如圖0-14所示。

（4）工業制品中采樣　工業制品常見的有袋裝和罐裝，袋裝有紙袋、布袋、麻袋和纖維織袋；罐裝有木質、塑料和鐵皮等制成的罐或桶。一般采用的采樣工具為采樣探子，確定子樣數目和每個子樣的采集量后，即可進行采樣。

（五）液體物料試樣的采取

液體物料按所處的狀態可分為靜態和動態兩類。為使試樣有代表性，采樣時必須混合均勻。瓶、罐等小容器可用手搖；桶、聽等中等容器用滾動倒置或用手工攪拌；貯罐、槽車、船艙等大容器用機械攪拌器、噴射循環泵進行混勻。

1.采樣工具

（1）采樣勺　采樣勺用不與被采物料發生化學反應的金屬或塑料制成，包括表面樣品采樣勺，如圖0-15所示；混合樣品采樣勺，如圖0-16所示；采樣杯，如圖0-17所示。前一種用于采集表面樣品，后兩種用于均勻物料的隨機采樣。

（2）采樣管　采樣管用玻璃、塑料或金屬制成，兩端開口，用于采集桶、罐、槽車等容器內的液體物料。

①玻璃或塑料采樣管。管長為1200mm，內徑為15～25mm，上端為圓錐形尖口或套有一與管徑相配的橡膠管，以便用手按住；小端直徑有1.5mm、3mm、5mm等幾種，采樣時視物料黏度而定，黏度大則選用大直徑的采樣管，玻璃采樣管如圖0-18所示。

②金屬采樣管。分鋁或不銹鋼制采樣管，如圖0-19所示；銅或不銹鋼制雙套筒采樣管，如圖0-20所示。前者適于采集貯罐或槽車中的低黏度液體樣品，后者適用于采集桶裝黏度較大的液體和黏稠液、多相液。雙套筒采樣管配有電動攪拌器和清潔器。

（3）采樣瓶

①玻璃（或銅制）采樣瓶。一般為500mL玻璃瓶，適用于貯罐、槽車采樣，玻璃采樣瓶套上加重鉛錘，以便沉入液體物料的較深部位，如圖0-21、圖0-22所示。

②可卸式采樣瓶。如圖0-23所示。

另外還有加重型采樣瓶、底閥型采樣器等。液化氣的采樣常用采樣鋼瓶和金屬杜瓦瓶。

2.采樣方法

（1）流動狀態液體物料試樣的采樣方法　輸送管道中的液體物料處于流動狀態，應根據一定時間里物料的總流量確定采樣數和采樣量。如果是從管道出口端采樣，則周期性地在管道出口放置一個樣品容器（容器上放只漏斗以防外溢）進行采樣；如管道直徑較大，可在管內裝一個合適的采樣探頭進行采樣；當管線內流速變化大，難以用人工調整探頭流速接近管內線速度時，可采用自動管線采樣器采樣。

（2）非流動狀態液體物料試樣的采樣方法

①大貯罐中液體物料的采集。采集全液層試樣時，先將采樣瓶的瓶塞打開，沿垂直方向將采樣裝置勻速沉入液體物料中，剛達底部時，瓶內剛裝滿物料即可，此時采集的試樣為全液層試樣。如果采集一定深度層的物料試樣，則將采樣裝置沉入到預定位置時，通過系在瓶塞上的繩子打開瓶塞，待物料充滿采樣瓶后，將瓶塞蓋好提出液面，此時采集的試樣為某深度層的物料試樣。用這種方式分別從上、中、下層采樣，再將其混合均勻，作為一個試樣。

②小貯罐中液體物料的采集。小貯罐、桶或瓶容積較小，可用金屬采樣管或玻璃采樣管采樣。

用金屬采樣管采樣時，用系在錐體的繩子將錐體提起時物料即可進入，待物料量足夠時將錐體放下，取出金屬采樣管，將管內樣品置于試樣瓶中。

用玻璃采樣管采樣時，將玻璃管插到取樣部位后，用手指按住上端管口，抽出，將管內樣品置于試樣瓶中。

（3）運輸容器中液體物料試樣的采樣方法　火車或汽車槽車、船艙等運輸容器的采樣，一般都是將采樣工具從采樣口放入上、中、下分別采取部位樣品，再按一定比例混合均勻作為代表性樣品或采全液層樣品，如無采樣口，則從排料口采樣。

（六）氣體物料試樣的采取

氣體物料一般可視為均勻物料，有常壓、正壓、負壓之分；有靜態、動態之分；有常溫、高溫之分。氣體具有壓力、易滲透、易污染、難貯存等特點。

1.采樣工具

采集氣體試樣的設備和器具主要包括采樣器、導管、樣品容器、預處理裝置、調節壓力和流量的裝置、吸氣器和抽氣泵等。對設備和器具的要求是對樣品氣體不吸收、不滲透，在采集溫度下無化學活性，不起催化劑作用，力學性能好，容易加工連接。

（1）采樣器　采樣器是一類用專用材料制成的采樣設備，常見的有硅硼玻璃采樣器、金屬采樣器和耐火采樣器等。

硅硼玻璃采樣器在溫度超過450℃時不能使用。耐火采樣器通常用透明石英、瓷、富鋁紅柱石或重結晶的氧化鋁制成，其中石英采樣器可在900℃以下長期使用，其他耐火采樣器可在1100～1990℃的溫度范圍內使用。

金屬采樣器的材質有低碳鋼和合金兩大類，是應用最廣的采樣器。因低碳溫度高于300℃時易受氣體腐蝕和滲透氫氣，故在較高溫度時常用合金采樣器。

（2）導管　采集氣體試樣所用的導管有不銹鋼管、碳鋼管、銅管、鋁管、特制金屬軟管、玻璃管、聚四氟乙烯管、聚乙烯管和橡膠管等。

高純氣體的采集和輸送要用不銹鋼管或銅管，而不能用塑料管和橡膠管。

（3）樣品容器　樣品容器常見的有玻璃容器、金屬鋼瓶、吸附劑采樣管、球膽、塑料袋、復合膜氣袋等。

①玻璃容器。常見的玻璃容器有兩頭帶活塞的采樣管，如圖0-24所示；帶三通的玻璃注射器，如圖0-25所示；真空采樣瓶，如圖0-26所示。

②金屬鋼瓶。金屬鋼瓶，如圖0-27所示。按材質可分為碳鋼瓶、不銹鋼瓶和鋁合金瓶三類；按結構可分為兩頭帶針形閥的和一頭帶針形閥的兩類。常用的小鋼瓶容積一般為0.1～5L，分耐中壓和高壓兩類。

鋼瓶必須定期做強度試驗和氣密性試驗，以保證安全。

③吸附劑采樣管。按吸附劑的不同，分活性炭采樣管和硅膠采樣管。

④球膽。用橡膠制成的球膽，在采樣要求不高時，可以用來采集氣體樣品。采樣前至少要用樣品氣吹洗球膽3次以上，待干凈后方可采樣。因球膽易吸附烴類等氣體，易滲透氫氣等小分子氣體，故氣樣放置后其成分會發生改變，采樣后應立即分析。

⑤塑料袋和復合膜氣袋。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狀取樣容器。復合膜氣袋是由兩種不同的薄膜壓黏在一起形成的復合膜制成的袋狀取樣容器，適用于采集貯存質量較高的氣體。

（4）預處理裝置　氣體樣品的預處理包括過濾、脫水和改變溫度等，目的是使氣體樣品符合某些分析儀器和分析方法的要求。

分離氣體中的固體顆粒、水分或其他有害物質的裝置是過濾器和冷阱，常見的冷阱如圖0-28所示。過濾器由金屬、陶瓷或天然纖維與合成纖維的多孔板制成；冷阱是一些幾何形狀各異的容器，其溫度控制在零上幾攝氏度，當難凝氣體慢慢通過時，水分即被脫去。

（5）調節壓力和流量的裝置　因氣體本身壓力較高，采樣時要進行減壓；同時還要調節氣體的流量，以消除因流速變化引起的誤差。

一般可在采樣導管和采樣器之間安裝一個三通，連接一個合適的安全裝置或放空裝置以達到降壓和保證安全的目的。

氣體的流量可用愛德華茲瓶或液封穩壓管實現調節，如圖0-29所示。

（6）吸氣器和抽氣泵　吸氣器常用于常壓氣體采樣，常用的吸氣器有橡膠制雙鏈球，如圖0-30所示；配有出口閥、采樣管的吸氣管，吸氣管如圖0-31所示；用玻璃瓶組成的吸氣瓶，如圖0-32所示等。

當氣體壓力不足時，可用流水抽氣泵，如圖0-33所示。產生中度真空，加大氣體流速。如欲產生高度真空，可采用機械式真空泵。

2.采樣方法

（1）常壓氣體的采樣　氣體壓力近于或等于大氣壓的氣體稱為常壓氣體。

①用吸氣瓶取樣。如圖0-32所示，將封閉液瓶2提高，打開彈簧夾5和氣樣瓶1上的旋塞，讓封閉液流入氣樣瓶并充滿，同時使旋塞4與大氣相通，此時氣樣瓶中的空氣被全部排出。夾緊止水夾，關閉旋塞，將橡膠管3與氣體物料管相接。將封閉液瓶2置于低處，打開止水夾和旋塞，氣體物料進入氣樣瓶1，至所需量時，關閉旋塞，夾緊止水夾，取樣結束。

②用吸氣管取樣。如圖0-31所示，當采樣管兩端旋塞打開時，將水準瓶（封閉液瓶）提高，使封閉液充滿至取樣管的上旋塞，此時將采樣管上端與取樣點上的金屬管相連，然后放低水準瓶，打開旋塞，氣體試樣卻進入采樣管，關閉旋塞2，將采樣管與取樣點上的金屬管分開，提高封閉液瓶，打開旋塞將氣體排出（如此反復3～4次），最后吸入氣體，關閉旋塞，取樣結束。

③用流水抽氣泵取樣。如圖0-33所示，采樣管上端與抽氣泵相連，下端與取樣點上的金屬管相連。將氣體試樣抽入即可。

（2）正壓氣體的采樣　氣體壓力大大高于大氣壓的氣體稱為正壓氣體。采樣時只需放開取樣點上的活塞，氣體便自動流入氣體取樣器中。取樣時必須用氣體試樣置換球膽內的空氣3～4次。

（3）負壓氣體的采樣

①低負壓氣體的采樣。氣體壓力小于大氣壓的氣體稱為低負壓氣體。可用抽氣泵減壓法采樣，當采氣量不大時，常用流水真空泵和采氣管采樣。

②超低負壓氣體的采樣。氣體壓力遠遠小于大氣壓的氣體稱為超低負壓氣體。用負壓采樣容器采樣。取樣前用泵抽出瓶內空氣，使壓力降至8～13kPa，然后關閉旋塞，稱定質量；再將試樣瓶上的管頭與取樣點上的金屬管相連，打開旋塞取樣，最后關閉旋塞，稱定質量，前后兩次質量之差即為試樣質量。