第一節　天平及其使用

天平是化學檢驗常用的稱量儀器。天平的種類很多，根據稱量的準確度可分為兩大類，即托盤天平和分析天平。

一、托盤天平

托盤天平又稱臺秤。其操作簡便快速、稱樣量大，但稱量精度不高，一般能稱準到0.1g或0.01g，可用于精確度要求不高的稱量。

1.托盤天平的構造

托盤天平的構造如圖2-1所示。它由天平橫梁、支承橫梁的天平座、放置稱量物和砝碼的秤盤、平衡螺桿、平衡螺母、指針、刻度盤、游碼標尺及游碼等部件組成。刻度標尺上的每大格為1g，一大格又分為若干小格，每一小格為0.1g或0.2g。托盤天平根據最大載荷可分為100g、200g、500g、1000g、2000g等五種規格。

2.托盤天平的使用

①調節天平零點。使用前，應先將游碼撥至刻度尺左端“0”處，觀察指針的擺動情況。

若指針在刻度盤左與右兩邊擺動的格數幾乎相等，或者停止擺動時指針指在刻度盤的中線上，則表示天平處于平衡狀態（此時指針的休止點叫零點），此時天平可以使用。否則，先用調零螺母調準零點后方可使用。

②稱量。左盤放被稱物品，右盤放砝碼。加砝碼時，先加大砝碼，若偏大，再換小砝碼，最后用游碼調節，直至指針在刻度盤左右兩端擺動的格數幾乎相等為止（此時指針的休止點叫停點或平衡點）。把砝碼和游碼的數值加在一起，就是左盤中物品的質量（讀準至0.1g）。

③稱量結束工作。稱量完畢，把砝碼放回砝碼盒中，將游碼退到刻度“0”處，將秤盤清掃干凈。

3.注意事項

①不可把藥品直接放在秤盤上（而應放在稱量紙上）稱量，而潮濕或具有腐蝕性的藥品應在潔凈干燥的小燒杯中或表面皿上稱量。

②天平的砝碼必須用鑷子取放。

二、分析天平

分析天平的種類很多，根據其結構，可分為等臂天平和不等臂天平。根據秤盤的多少，又可分為等臂單盤天平、等臂雙盤天平和不等臂單盤天平。等臂雙盤天平是最常見的一種；不等臂天平幾乎都是單盤天平。可根據實驗的要求合理選用。這里主要介紹常用的電光天平和電子天平。

1.電光天平

最常用的電光天平是半自動電光天平和全自動電光天平，兩者都是等臂雙盤天平。一般能稱準至0.1mg，適用于精確度要求較高的稱量。一般化學檢驗中所用電光天平的最大載荷為200g，最小分度值為0.1mg或0.05mg。

（1）稱量原理

各種等臂天平都是根據杠桿原理設計制成的。設有一杠桿（見圖2-2），支點為B，A、C兩點所受的力分別為Q和P，Q為被稱量物體的質量，P是砝碼的質量。當杠桿平衡時，支點兩邊的力矩相等，即。對于等臂天平，支點兩邊的臂長相等，即，則Q=P，即在等臂天平處于平衡狀態時，被稱物體的質量等于砝碼的質量。這就是等臂天平的稱量原理。

（2）結構

半自動電光天平和全自動電光天平的結構分別見圖2-3和圖2-4。

①橫梁。它是天平的重要部件，一般由質輕、堅固、膨脹系數小的鋁合金制成，起平衡和承載物體的作用。橫梁上裝有三個瑪瑙刀子，其中一個裝在正中間的稱為中刀或支點刀，刀刃向下。兩邊為邊刀，刀刃向上。三個刀刃同處在一個水平面上，刀刃鋒利，無崩缺。要特別注意保護天平的刀刃，使其不受外力沖擊并減小磨損。

橫梁下部為指針，指針下端裝有微分標牌，經光學系統放大后成像于投影屏上。橫梁上有重心砣，重心砣上下移動可改變橫梁重心位置，用于調整天平的靈敏度（出廠時已調整好，不要自己調整）。橫梁左右兩邊對稱孔內裝有平衡螺絲，用以調節天平空載時的平衡位置（即零點）。

②懸掛系統。該系統由吊耳、阻尼器和秤盤組成。吊耳下部掛有阻尼器內筒，又叫活動阻尼筒，它與固定在立柱上的阻尼器外筒之間有一均勻的間隙，當天平擺動時，筒內外空氣運動的摩擦阻力使橫梁在擺動1～2個周期后迅速停下來（故稱為空氣阻尼器）。秤盤吊掛于吊鉤上，由銅合金鍍鉻制成。吊耳、阻尼筒、秤盤都有區分左右的標記，常用的是左“1”、右“2”或左“·”、右“··”。

③立柱部分。立柱是空心柱體，垂直固定在底板上，天平制動器的升降拉桿穿過立柱空心孔帶動大小托翼上下運動。立柱上端中央固定中刀墊。

④制動系統。制動系統的作用是保護天平的刀刃使其保持鋒利和避免因沖擊力產生崩缺。當開關旋鈕關閉時，天平軸銷上的偏心輪處于最高點，升降拉桿帶動托翼向上運動，托起天平橫梁和吊耳，這時天平處于“休止”狀態，天平的三個刀和刀墊間有一個均勻縫隙（刀縫），一般要求邊刀縫為0.15～0.2mm，中刀縫0.25～0.3mm。同時兩個托盤也升起，將秤盤微微托住。此時可以加減砝碼和稱量物。當慢慢打開開關旋鈕時，托翼下降，邊刀和中刀先后接觸刀墊，托盤同時下降，天平進入自由擺動狀態，

在阻尼器作用下十幾秒內即可停下來。在天平兩邊未達到平衡時，且不可全開天平，以防天平傾斜太大，使吊耳脫落刀刃損壞。

⑤光學讀數系統。開啟天平接通電源后，燈泡亮，光源通過光學系統將微分標尺上的分度線放大并反射到光屏上，讀出標尺投影。標尺刻度線中間為零，左負右正。光屏中央有一條垂直刻度線，標尺投影與該線重合，即為天平的平衡點。通過移動投影屏調節桿可以進行小范圍的零點調節。微分標尺刻度線有10個大格（雙向刻度的天平有-10～+10共20個大格），1大格相當于1mg，每一大格又分為10小格，因此光屏上可讀出0.1mg值。讀數方法如圖2-5所示。

⑥砝碼與機械加碼裝置。部分機械加碼天平1g以上的砝碼用鑷子夾取，1g以下的砝碼做成環狀，掛在加碼桿上，轉動加碼指數盤，使加碼桿按指數盤的讀數，把環碼加到吊耳上的環碼承受片上。環碼（又叫圈碼）共有10mg、10mg、20mg、50mg、100mg、100mg、200mg、500mg八個，可組合成10～990mg的任意數值。

所有砝碼都由機械加碼裝置進行加減的天平就是全機械加碼天平，它的機械加碼裝置在天平左側，自上而下分為三組，其結構與部分機械加碼天平相似。

⑦外框部分。外框用以保護天平，使之不受灰塵、熱源、水蒸氣、氣流等外界條件的影響。外框是木制框架，鑲有玻璃，天平前門供安裝和清潔、修理天平用，稱量時不用。天平的兩個旁門供稱量時使用，左門用于取放稱量物，右門用于取放砝碼。底板下有三個水平調整腳，前兩個可調，后一個不可調。天平的水準器一般采用水平泡，安裝在底板上或立柱后面。

（3）使用方法

電光天平是精密儀器。進入天平室后，對照天平號坐在自己使用的天平前，按下述方法進行操作。

①準備工作。取下天平罩，折疊整齊放在規定的地方。操作者戴上細紗手套，面對天平端坐。記錄本放在天平前面，存放和接受稱量物的器皿放在物盤左側的臺面上，砝碼盒放在右側的臺面上。

②檢查。檢查天平各個部件是否都處于正常位置。指數盤是否對準零位，砝碼是否齊全。察看天平秤盤和底板是否清潔，若不清潔可用軟毛刷輕輕掃凈。檢查天平是否處于水平位置。從正上方向下目視水平儀，若氣泡不在水平儀的中心，可旋轉底板下面的前兩個螺絲腳，使氣泡處在水平儀中央位置。

③調整天平零點。關閉天平門，接通電源，旋轉升降樞旋鈕，觀察投影光屏，若微分標尺上的“0”刻度不與光屏上的標線重合，可撥動投影屏調節桿使其重合。使用撥桿不能調至零點時，可細心調整天平橫梁上的平衡螺絲，直至微分標尺上的“0”刻度對準光屏上的標線為止。

④粗稱。對于初學者或要求控制稱量范圍時，應將裝有被稱物品的稱量瓶，先用托盤天平進行粗稱。粗稱一般能準確到0.2g。參照粗稱的質量可以縮短用分析天平的稱量時間。

⑤稱量。將被稱物品（如20g）放在左盤中央，用鑷子先取20g砝碼放在右盤中央，關上左右天平門。用左手慢慢半開天平開關旋鈕，以指針偏轉方向或光標移動方向判斷兩盤輕重。要記住“指針總是偏向輕盤或光標總是向重盤方向移動”。如指針向左傾斜，表示砝碼太重，輕輕關閉天平，改換10g砝碼試之；如指針向右偏斜，表示物品比10g重，此時物品的質量一定在10～20g之間，再在右盤加5g砝碼（注意大砝碼放在秤盤中央）試之。在加克組砝碼時可不關閉右門，克組砝碼試好后，關好側門。轉動機械加碼裝置的指數盤試毫克組砝碼，先試幾百毫克組，再試幾十毫克組，轉動指數盤時動作要輕，不要停放在兩個數字之間。在天平兩盤質量相差較大時，不可全開天平，以免吊耳脫落，損壞刀刃。調整砝碼差數在10mg以內時（注意在加環碼時，天平應處在休止狀態），全開開關旋鈕，等投影屏上標尺的像慢慢停止移動后即可讀數。一般調整指數盤使投影屏上讀數在0～+10mg，而不是指在0～10mg。所稱物體的質量為：克組砝碼的質量（先從砝碼盒空位求得，放回砝碼時再核對一遍）加上指數盤指示的百位、十位毫克數及投影屏上指出的毫克數（讀準至0.1mg即可）。

⑥讀數與記錄。待指針停止擺動后，在投影光屏上讀取微分標尺讀數（0～10mg范圍）。根據克組砝碼讀數（先讀盒中空位，再與盤中砝碼核對）、加碼指數盤讀數和微分標尺讀數，得出被稱物品質量，立即用鋼筆或圓珠筆記在記錄本上。例如，一次稱量中克組砝碼用了2g、2g、5g、10g四個；環碼指數盤讀數為630mg，光屏讀數為+4.8mg，則被稱物品的質量應記為19.6348g。

⑦關閉天平。關閉天平開關旋鈕，取出天平盤上的物體和砝碼，砝碼放在規定的空位中，將指數盤歸零。這時應檢查一下天平零點變動情況，如果超過2小格，則應重稱。最后，切斷電源，將砝碼盒放回天平箱頂部，罩好天平罩，將天平臺收拾干凈，填寫天平使用記錄本。

（4）天平使用注意事項

①同一實驗應使用同一臺天平和砝碼。

②稱量前后應檢查天平是否完好，并保持天平清潔，如在天平內灑落藥品應立即清理干凈，以免腐蝕天平。

③天平載重不得超過最大負荷，被稱物應放在干燥清潔的器皿中稱量，揮發性、腐蝕性物體必須放在密封加蓋的容器中稱量。

④不要把熱的或過冷的物體放到天平上稱量，應在物體和天平室溫度一致后進行稱量。

⑤被稱物體和砝碼應放在秤盤中央，開門、取放物體、砝碼時必須休止天平，轉動天平停動手鈕要緩慢均勻。

⑥稱量完畢應及時取出所稱樣品，把砝碼放回盒中。指數盤轉到零位，關好天平各門，檢查天平零點，拔下電源插頭，罩上防塵罩，進行登記。

⑦搬動天平時應卸下秤盤、吊耳、橫梁等部件，天平零件不得拆散作它用。

⑧搬動或拆裝天平后應檢查天平性能。

2.電子天平

（1）電子天平的稱量原理

電子天平是最新一代的天平，它是依據電磁力平衡原理制成的。現以MD系列電子天平為例說明其稱量原理。

由電磁學可知，當把通電導線放在磁場中時，導線將產生電磁力，力的方向可以用左手定則來判定。當磁場強度不變時，力的大小與流過線圈的電流強度成正比。如果使重物的重力方向向下，電磁力的方向向上，與之相平衡，則通過導線的電流與被稱物體的質量成正比。圖2-6為MD系列電子天平結構示意圖。

秤盤通過連桿支架與線圈相連，線圈置于磁場中。秤盤及被稱物體的重力通過連桿支架作用于線圈上，方向向下。線圈內有電流通過，產生一個向上作用的電磁力，與秤盤重力方向相反，大小相等。位移傳感器處于預定的中心位置，當秤盤上的物體質量發生變化時，位移傳感器檢出位移信號，經調節器和放大器改變線圈的電流直至線圈回到中心位置為止。通過數字顯示出物體的質量。

（2）電子天平的特點

①電子天平支承點采用彈性簧片，沒有機械天平的寶石或瑪瑙刀子，采用數字顯示方式代替指針刻度式顯示。使用壽命長，性能穩定，靈敏度高，操作方便。

②電子天平利用電磁力平衡原理，稱量時全量程不用砝碼。放上被稱物后，在幾秒鐘內即達到平衡，顯示讀數，稱量速度快，精度高。

③電子天平一般具有內部校正功能。天平內部裝有標準砝碼，使用校準功能時，標準砝碼被啟用，天平的微處理器將標準砝碼的質量值作為校準標準，數秒鐘內即能完成天平的自動校驗，校驗天平無需任何額外器具。

④電子天平是高智能化的衡量器具，其內裝有穩定性監測器，達到穩定時才輸出數據，重現性、準確性達到百分之百；可在全量程范圍內實現去皮重、累加、超載顯示、故障報警等。

⑤電子天平具有質量電信號輸出，抗干擾能力強，可在振動環境下保持良好的穩定性，這是機械天平無法做到的。它可以連接打印機、計算機，實現稱量、記錄和計算的自動化。

（3）電子天平的使用方法

電子天平對天平室和天平臺的要求與機械天平相同，同時應遠離帶有磁性或能產生磁場的物體和設備。

圖2-7是電子天平外形及各部件圖（ES-J系列）。清潔天平各部件后，調節水平，依次將防塵隔板、防風環、盤托、秤盤放上。連接電源線。

操作步驟如下：

①接通電源，預熱30min。

②檢查天平是否水平，由水平儀判斷。

③按下開/關鍵，顯示屏很快出現“0.0000g”。

④將物品放到秤盤上，關上防風門。待顯示屏上的數字穩定并出現質量單位“g”后，即可讀數，記錄稱量結果。操縱相應的按鍵可以實現“去皮”“增重”“減重”等稱量功能。

⑤稱量完畢，取下被稱物。如要繼續使用，可按下“開/關”鍵（但不拔下電源插頭），讓天平處于待命狀態，這時顯示屏上數字消失，左下角出現一個“0”，再稱樣時只需按下“開/關”鍵就可以使用。如果長時間不用，應拔下電源插頭，蓋上防塵罩。

（4）使用注意事項

①電子天平在安裝之后、稱量之前必須進行校準。因為用電子天平稱出的物質的質量是由被稱物質的質量產生的重力通過傳感器轉換成電信號獲得的。稱量結果實質上是被稱物質重力的大小，故與重力加速度g有關，這種影響使稱量值隨緯度的增高而增加，隨海拔的升高而減小。因此，電子天平在安裝后或移動位置后必須進行校準。

②電子天平開機后需要預熱較長一段時間（至少0.5h以上），才能進行正式稱量。

③電子天平自重較小，容易發生位移，所以使用時動作要輕緩，要經常檢查水平是否改變。

④長時間不使用的電子天平應每隔一段時間通電一次，以保持電子元器件干燥，特別是濕度大時更應經常通電。

三、稱量試樣方法

1.直接稱量法

按照前述稱量的一般程序檢查調整好天平后，先稱出清潔干燥的表面皿的質量，再用牛角勺取試樣放在表面皿上，稱出表面皿和試樣的總質量。兩次稱量質量之差為被稱物的質量。直接稱量法適用于在空氣中沒有吸濕性、不與空氣反應的試樣或潔凈干燥的器皿、棒狀或塊狀的金屬等固體樣品的稱量。

2.固定質量稱量法

此法用于稱取指定質量的物質。適合于稱取本身不易吸水并在空氣中性質穩定的物質，如金屬、礦石和某些結晶狀態試劑等。該稱量方法是先稱出器皿質量，然后加入固定質量的砝碼，再用牛角勺將試樣慢慢加入盛試樣的器皿（或稱量紙）中。開始加樣時，天平應處于半開狀態。當所加試樣與指定的質量相差不到10mg時，全開天平，小心地將盛有試樣的牛角勺伸向秤盤的容器上方2～3cm處，勺的另一端頂在掌心上，用拇指、中指及掌心拿穩角勺，并用食指輕彈勺柄，將試樣慢慢抖入容器中（見圖2-8），直至天平達到平衡。

3.差減稱量法

此法適用于易吸水、易氧化、易與CO₂反應的物質或連續多份試樣的稱取。該稱量方法是首先將適量的試樣裝入潔凈干燥的稱量瓶中，用潔凈的小紙條套在稱量瓶上（見圖2-9），將稱量瓶放在天平秤盤中心，設稱得其質量為m₁（g）。取出稱量瓶，用左手將其置于承接試樣的容器（燒杯或錐形瓶）上方，右手用小紙片夾住瓶蓋柄，打開瓶蓋。將稱量瓶慢慢向下傾斜，用瓶蓋輕輕敲擊瓶口，讓試樣慢慢落入容器內（如圖2-10所示），不要把試樣撒落在容器外。估計傾出的試樣接近所需要量時，一邊繼續敲擊瓶口，一邊慢慢將瓶身豎直。蓋好瓶蓋，放回天平盤上再稱量其質量，設此時稱得的質量為m₂（g），則稱出試樣的質量為（m₁-m₂）g。注意稱量時應檢查所傾出的試樣質量是否在稱量范圍內；若不在，應重復上面的操作，直到傾出的試樣質量達到要求為止。