任务二 液体样品的采集与制备
任务要求
1.了解液体样品的分类、特点；
2.掌握液体样品采样技术的要求、方法和步骤；
3.能够根据液体样品的特点和测试项目要求制订采样方案；
4.会根据采样方案，正确使用采样工具，正确选择样品采集的器皿；
5.能在采样过程中进行现场采样记录；
6.能根据测试要求对液体样品进行制备。
一、液体物料有哪几类
1.液体物料的分类
液体样品种类繁多，状态各异，按常温时的状态可分为：流动态的液体（如油品、水）；半流体态液体（如涂料、牛奶）。
2.液体物料采集的特点
液体物料具有流动性，组成比较均匀，易采得均匀样品。静态液体物料受沉降因素、自身挥发因素、环境温度因素影响而存在差异性。液体物料按不同部位分为表面样品、中部样品、底部样品（或称上、中、下部样品），如图1-5所示。
图1-5 不同部位液体样品
3.液体样品的采样要求
（1）采集液态物料应根据检验目的，制订采样方案，确定采样单元后，根据具体的情况确定采集的子样数目和子样质量，然后按照有关规定在采样点、采样口或容器中采集需要的试样。
（2）观察液体包装及类型，判断其均匀性。液体产品一般是在容器中贮存和运输，注意包装容器不得受损、腐蚀、渗漏，并核对标志；观察容器内物料的颜色、黏度是否正常；表面或底部是否有分层、沉淀、结块等现象；判断物料的类型和均匀性。
（3）对于挥发性液态物质（如烃类）样品的采集，不宜使用塑料容器和气密性差的容器。对化学性质活泼的易挥发、氧化、腐蚀或易燃易爆的物料，也必须采取规范有效的措施运输和贮存。
（4）防止样品被污染 容器必须清洁、干燥、严密，采样设备必须清洁、干燥且不能用与被采集物料起化学作用的材料制造，采样过程中应防止物料受到环境污染和变质。
二、怎样采集与制备液体样品
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液体化工产品的采样可根据其常温下的物理状态分为两大类：流动态液体、半流体态液体。首先介绍常温下为流动态的液体样品采集。
（一）常温下为流动态的液体样品采集
对于常温下为流动态的液体根据包装分为四种：件装容器中液体、贮罐中液体、槽车或船舱中液体和管道输送中液体。
1.从件装容器采样
件装容器有小瓶装产品、大瓶装产品、小桶装产品、大桶装产品，如图1-6所示。不同件装容器液体产品采样方法如表1-2所示。
图1-6 液体件装容器
表1-2 不同件装容器液体产品采样方法
2.从贮罐中采样
装在贮槽里的液体物料，可在贮槽的不同高度处分别采集，使之混合均匀后即可作分析试样。对于分装在小容器里的液体物料，应从每个容器里采集，混匀后作分析试样用。
①从固定采样口采样 立式圆柱形贮罐采样部位和比例见表1-3。
表1-3 立式圆柱形贮罐采样部位和比例
②从顶部进口采样 把采样瓶或采样罐从顶部进口放入，降到所需位置，分别采上、中、下部位样品，等体积混合成平均样品或称全液位样品，也可用长金属采样管采取各部位样品或全液位样品。立罐顶部进口采样见图1-7。立罐自动采样装置见图1-8。
图1-7 立罐顶部进口采样
图1-8 立罐自动采样装置
3.从槽车或船舱中采样
①从排料口采样 在顶部无法采样而物料又较为均匀时，可用采样瓶在槽车的排料口采样。
②从顶部进口采样 用采样瓶、采样罐或金属采样管从顶部进口放入槽车（图1-9）内，放到所需位置采上、中、下部位样品并按一定比例混合成平均样品。
图1-9 槽车
4.从输送液体管道中采样
①从管道出口端采样 周期性地在管道出口端放置一个样品容器，容器上放支漏斗以防外溢。采样时间间隔和流速成反比，混合体积和流速成正比。
②探头采样 如管道直径较大，可在管内装一个合适的采样探头。探头应尽量减小分层效应和被采液体中较重组分下沉。
5.液体样品的制备
对于液体样品制备，主要对液体物料样品进行混匀。如被采容器内物料已混合均匀，采集混合样品作为代表性样品。如被采容器内物料未混合均匀，可采取各部位样品按一定比例混合成平均样品作为代表性样品。
液体物料样品，根据测试要求，常常需要加水或脱水。加水主要对样品进行稀释；而脱水是对样品进行干燥。液体有机物的干燥操作一般在干燥的锥形瓶中进行。按照条件选定适量的干燥剂（一般每毫升液体约需0.5～1g干燥剂，如表1-4所示）投入液体中，塞紧（用金属钠干燥剂时例外，此时塞中应插入一无水氯化钙管，使氢气放空而水汽不致进入），振荡片刻，静置，使所有的水分全被吸去。然后过滤，进行蒸馏精制。为了达到较好的干燥效果，使用干燥剂前应尽量将有机物中的水层分离干净，必要时先使用吸水容量大的干燥剂，过滤后再用干燥效能强的干燥剂。若出现干燥剂附着器壁或相互黏结时，则说明干燥剂用量不够，应再添加干燥剂。干燥后的液体应该是澄清的，而干燥前的液体多呈浑浊状，由浑浊变为澄清可作为判断干燥的简单标志。
表1-4 各类液体有机物的常用干燥剂
（二）半流（固）体样品的采样
半流固体样品（黏稠状，如稀奶油、动物油脂、果酱、涂料等，如图1-10所示）不易充分混匀，建议在生产厂的交货容器灌装过程中采样。当必须从包装件容器中采样时，应按有关标准中规定的抽样方法进行随机抽样，然后启开包装，进行采样。
图1-10 半固体样品（奶油、果酱）
1.在生产厂的最终包装容器中采样
如果产品外观上均匀，则用采样管、虹吸管、勺或其他适宜的采样器从容器的各个部位采样。
2.在生产厂的产品装桶时采样
在产品分装到最终包装容器的过程中，按一定的时间间隔从放料口采得相同数量的样品混合成平均样品。
3.在交货容器中采样
在产品包装前进行采样，通常产品是以大容器存放，采样前先检查容器的状况，然后根据容器容积大小，观察产品均匀程度，也可通过机械搅拌达到均匀状态，然后用合适的采样器从容器上、中、下三层分别取样、混匀，分取缩减到所需数量的样品。
三、怎样采集水样
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1.水样种类
水是地球上最常见的物质，它与人类生活、生产息息相关，水样的采集主要有下列情况（图1-11）：①从自来水或有抽水设备的井水中取样；②从井水、泉水中采样；③从河水、湖水中采样；④生活污水的采样；⑤工业废水的采样；⑥自然降水的采样。
图1-11 各类水样采集
采集水样必须按照测试的要求进行。由于各种水体，例如工业污水、生活污水等，排放量不尽一致，如河水（河水流动性大，某些地区受季节和潮汐的影响较大）和湖水（出入口水系复杂）等，情况多有差异，故采样的采样点、采样时间和采样频率等也不尽相同，具体可参考HJ 494—2009《水质采样技术指导》。
2.采样点的设定
对于河水，必须在近汇合点的各支流布点，以分别采集主流和各支流的水样。如发现河道两旁有工厂和工业污水排放口等情况，则要在排放口及其上游和下游各采集一些水样，且必须在同一面上设立几个采水点同时采集。
在涨潮区域采样时，要遵循逆流向上的原则。否则有可能出现跟着潮头走，始终采集同一水样的现象。
工业废水的采集方法由生产工艺过程而定，可以在排放前的集中池采样。如为了了解污水排放后在流动过程的稀释和其中某些污染物的迁移情况，也可跟踪设采样点。如废水的水质很不稳定，则应每隔数分钟取样一次；如水质很稳定，则每隔1～2h取样一次。
3.采集方法和器皿
采集水样时，应根据具体情况，采用不同的方法。
当采集水管中或水井水泵中的水样时，取样前需将水龙头或泵打开，先放水10～15min，然后再用干净瓶子收集水样至满瓶即可。
采集池、江、河中的水样时，可将干净的空瓶盖上塞子，塞子上系一根绳，瓶底系一铁铊或石头，沉入离水面一定深处，然后拉绳拔塞，让水流满瓶后取出，见图1-12。如此方法在不同深处取几份水样混合后，作为分析试样。若乘船采水，须先关停船的螺旋桨，使采集点的水处于不受搅动影响的状况，然后再行采集。采取水样时，采样瓶先用水冲洗数次。如用泵抽水或用水管放水，可先放弃一定量的水，待水管中剩余水全部被新鲜水取代后再收集。倘若条件具备，也可采用更理想的采水器，这种采水器在沉降过程中使水在容器中穿过，当达到一定深度时，关闭通道的上下两头，使该深度处的水被采集在容器内。对于特殊要求的水样，例如测定溶解氧所需的水样，需使用特殊的采集装置，如图1-13所示。这种采样器在采取水样时由于压力差的关系，水将从瓶下面的进样口流入，将气逐渐驱至瓶的上部，最后水由下部充满一瓶，如此采集可防止水和空气的搅动改变原水样中的气体成分。
图1-12 江、河水样采集
图1-13 溶解氧采集瓶
生活污水和工业废水采样情况比较复杂，成分随机变化很大。为使水样具有代表性，通常增加采样点和采样频率来解决。特别是工业废水，可以分别在车间、工段、总排等位置设置采样点，如图1-14所示，同时每隔一定时间（1h）采集一个子样。对于生活污水，可在24h内（工业废水则可在8h内）收集的水样混合后作为代表性样品。
图1-14 生活污水和工业废水采样
采集水样时，必须同时填写好采样记录和做好一些必要的现场测试。因为环境条件，包括温度、气压和天气等，会对水质有影响。故而在采样的同时须对这些环境条件加以实地测定和记录，以供处理数据时参考。表1-5为这种现场测试和记录的一种。
表1-5 水样采样和现场测试记录
4.水样的保存和前处理
水样采集后除部分项目可在现场测试外，大部分需带回实验室进行测试。这就需要解决如何保存和处理样品，使其在分析前不发生任何变化的问题。
由于盛水器皿对水中各成分有吸附等作用，因此盛水样的瓶子必须预先洗涤干净，并用水样洗涤数次。目前常用的盛水器皿为硬质玻璃瓶和聚乙烯塑料瓶。聚乙烯瓶壁对大部分痕量无机离子的吸附作用较弱，适宜贮存用来测定无机物的水样；但不宜存放含有机成分或油类的水样。采样后，瓶子要立刻贴好标签并涂上石蜡，尽快送往实验室分析。
水样放置的时间不宜过长，因为水样放置时间过久，水质会发生变化。采样与分析的时间间隔愈短，则分析结果愈可靠。供理化检验用水样最长允许存放时间为：洁净的水样72h；轻度污染的水样48h；严重污染的水样12h。
引起水样发生变化的主要原因有：
（1）物理因素 有挥发和吸附作用等，如水样中CO2挥发可引起pH值、总碱度、酸（碱）度发生变化，水样中某些组分可被容器壁或悬浮颗粒物表面吸附而损失。
（2）化学因素 有化合、络合、聚合、水解、氧化还原反应等，这些反应将会导致水样组成发生变化。
（3）生物因素 由于细菌等微生物的新陈代谢活动使水样中有机物浓度和溶解氧浓度降低。
针对上述水样发生变化的原因，常用的水样保存方法有下列几种：
（1）冷藏法 水样的冷藏温度一般要低于采样时的温度。水样采集后，应立即投入冰箱或冰-水浴中并置于暗处，冷藏温度一般是2～5℃。冷藏不能长期保存水样。
（2）冷冻法 为了延长保存期限，抑制微生物活动，减缓物理挥发和化学反应，可采用冷冻保存的方法，冷冻温度在-20℃。但要特别注意在冷冻过程和解冻过程中，不同状态的变化会引起水质的变化。为防止冷冻过程中水的膨胀，无论使用玻璃容器还是塑料容器都不能将水样充满整个容器。
（3）添加保护剂法 为了防止样品中被测成分在保存和运输过程中发生分解、挥发、氧化等变化，常加入保护剂。例如在测定氨氮、化学需氧量时的水样加入HgCl2，可以抑制生物氧化还原反应；在氰化物或挥发酚水样中加NaOH，将pH值调至12左右，可使其生成稳定的盐类等。为了防止重金属离子的沉淀和被吸附，应在采集的水样中加入少量酸加以保护；对于含微量氰根和微量酚的水样，可加入NaOH溶液，使其pH值达12以上，稳定水中微量的氰和酚。
水样进入实验室后，应立即按预先设计好的顺序，将一些最易变质的项目如溶解氧、亚硝氮、硝氮、耗氧、碱度和某些金属离子等先行分析。
想一想
若你到检测公司上班，你的第一岗位就是采样岗，公司派你到某一地区采集土壤样品，你要准备什么工具？到现场怎样采集？采集到土样怎样处理？这一系列问题你知道吗？