第二章 定量分析仪器及基本操作
第一节 滴定分析法仪器及操作方法
滴定分析中常用的量器主要有滴定管、移液管和容量瓶等。为了获得准确的分析结果，必须正确地选择和使用量器，准确地测量溶液的体积。下面介绍滴定分析常用的量器及其使用方法。
一、滴定管
滴定管是一种具有精密刻度且内径均匀的细长管状玻璃量器（图2-1），属于量出式量器（Ex），主要用于滴定时准确测量滴定剂的体积。常用的滴定管主要为50mL和25mL两种，其分度值为0.1mL，可估读至0.01mL，体积读数误差一般为0.02mL，还有10mL、5mL、2mL和1mL的半微量及微量滴定管，一般附有自动加液装置。
图2-1 滴定管
滴定管一般分酸式滴定管和碱式两种，其差别在于管的下部。下端尖嘴管通过玻璃旋塞连接以控制滴定速度的称为酸式滴定管（简称“酸管”），用于装酸性溶液或氧化性溶液，但不适用于装碱性溶液，因为碱性溶液会腐蚀玻璃旋塞和旋塞套，使旋塞难以转动；下端尖嘴管通过内装一个玻璃珠的乳胶管连接以控制滴定速度的称为碱式滴定管（简称“碱管”），用于装碱性溶液，不能装入与橡胶反应的氧化性溶液（如KMnO4、AgNO3、I2等溶液），否则会改变溶液的浓度和损坏乳胶管。
1.滴定管的准备
（1）检漏及漏液处理 检查滴定管是否漏水时，可将滴定管内装自来水至“0”刻度左右，擦干外管壁的水珠，将其夹在滴定管夹上，直立约2min，观察液面是否下降，活塞边缘和管尖端有无水渗出。将活塞旋转180°后再观察。若酸式滴定管漏液或活塞转动不灵活，必须将滴定管平放于实验台上，取下活塞，用吸水纸将活塞和活塞窝擦干，然后用右手指蘸取少许凡士林或真空活塞脂，在活塞孔的两边沿圆周涂上一薄层（图2-2）。注意不要将凡士林涂到活塞孔近旁，以免堵塞活塞孔。把涂好凡士林的活塞小心地插入活塞窝里，顺时针方向旋转活塞，直到活塞与活塞窝接触处全部透明且转动灵活，否则，应重新处理。把装好活塞的滴定管平放在桌面上，让活塞的小头朝上，然后在小头上套上一小橡皮圈（可以从橡皮管上剪下一小圈）以防活塞脱落。碱式滴定管要检查玻璃珠的大小和乳胶管粗细是否匹配，即是否漏水，能否灵活地控制液滴。碱式滴定管漏液时，将玻璃珠挤压到适合的位置即可，若处理后还漏液，应更换玻璃珠或乳胶管。
图2-2 酸式滴定管的涂油
（2）滴定管洗涤 洗涤滴定管时，一般用自来水冲洗。零刻度以上可用毛刷蘸洗涤剂刷洗，零刻度以下部位如不能冲洗干净，则采用洗液淌洗（碱式滴定管应去除乳胶管，套上废乳胶头后淌洗），然后用自来水冲洗干净。冲洗干净的滴定管最后用蒸馏水洗2～3次。
2.滴定操作
滴定操作过程包括滴定溶液润洗、装溶液、排气泡、调零、去除尖嘴外液滴、滴定控制和读数等。
（1）滴定溶液的装入 为保证装入的溶液浓度不变，装入操作液前，滴定管须用操作液润洗2～3次，每次用5～10mL操作液。装入操作液时，应将溶液直接注入滴定管，直至充满到零刻度以上为止。
（2）尖管气泡的排除 装入操作液后，还应把滴定管尖管中的气泡排除，否则会引起体积测量误差。排除气泡的方法是：对于碱管，将乳胶管向上弯曲翘起，然后用手指挤压玻璃珠所处部位，使溶液从管口喷出，即可将气泡排去（图2-3）。对于酸管，应将其倾斜30°，迅速转动旋塞，使溶液冲出管口，将气泡排除（不能排除时，则打开旋塞后，上下振动酸管，即可将气泡排除）。排除气泡后，调节液面在0～1mL的刻度之间，并除去管尖嘴外液滴（可用干净的玻璃棒触碰除去），然后读取液面对应的刻度值（体积初读数）。
图2-3 碱管排除气泡
（3）滴定管的读数 滴定中消耗溶液的体积等于终读数与初读数之差。为了得到准确的体积读数，一般应遵守下列原则：
① 装入溶液或放出溶液后，必须等待附于内壁的溶液流下（1～2min），才能读数。
② 读数时，滴定管的出口尖嘴外应无液滴悬挂、尖嘴管内无气泡。
③ 读数时，滴定管必须取下，用拇指和食指捏住滴定管的零刻度以上部位，并确保滴定管垂直。
④ 读数必须精确至0.01mL，及时做好记录。
对于无色或浅色溶液，读数时视线应与管内溶液弯月面下缘实线的最低点相切[图2-4（a）]。初学者练习读数时，可在滴定管后衬一黑白两色的读数卡，将卡片紧贴滴定管，黑色部分在弯月面下约1mm处，即可看到弯月面反映层呈黑色[图2-4（b）]。对于深色溶液（如高锰酸钾溶液），读数时视线应与液面两侧最高点相切[图2-4（c）]。对于“蓝带”滴定管，应读取其中间的弯月面三角交叉点所对应的刻度值[图2-4（d）]。
图2-4 滴定管的读数
（4）滴定 滴定反应一般是在锥形瓶中进行的。滴定时，将滴定管夹在滴定台架上，加入适量的指示剂于待滴液中。然后左手操作滴定管，右手自然拿住锥形瓶的颈部，提起锥形瓶，使滴定管下端伸入瓶口内1cm左右，两手配合操作，边滴加溶液，边旋摇锥形瓶（图2-5），使瓶内溶液充分混合、及时反应，直至反应终点。
① 酸管的操作 使用酸管时，旋塞柄向右，左手拇指在管前方、食指和中指在管后方控制旋塞的转动[图2-5（a）]，无名指和小指向手心空握并轻贴出口部分，以免掌心把旋塞顶出而发生溶液渗漏。
② 碱管的操作 使用碱管时，左手拇指和食指捏住玻璃珠所在部位，其他三指辅助夹出口管，向右推挤乳胶管，使玻璃珠移至手心一侧而形成一个小缝隙[图2-5（b）]，这样即可使溶液流出。注意，不要用力捏挤玻璃珠，也不要使玻璃珠上下移动，不要捏挤玻璃珠下方胶管，以免空气进入而形成气泡，而造成读数误差。
图2-5 滴定的方法
进行滴定操作时，还应注意以下几点：
① 最好每次滴定都从0.00mL附近开始，且使溶液消耗的体积相近，这样可减小测量误差。
② 使用酸管滴定时，左手不能离开旋塞，而任溶液自流。摇瓶时，应微动手腕，使溶液向同一方向旋转，速度适当。不能来回振动，以免溶液溅出。同时，不要让瓶口碰到滴定管尖嘴。
③ 滴定时，应注意观察溶液滴落点周围颜色的变化。不要去看滴定管内溶液的位置变化，而不顾终点指示反应的变化。
④ 滴定时应控制好滴定速度。一般情况下，开始时可稍快，滴定速度呈“见滴成线”，即每秒3～4滴，不能太快；接近终点时，应一滴一滴地滴，甚至半滴半滴地加入溶液，即滴入溶液后（出现某颜色），摇动锥形瓶（褪色），再加，再摇动，直至反应到达终点（即指示剂真正“变色”，30s内不褪色）为止。
⑤ 临近终点时，需要半滴半滴地加入溶液。其操作方法是：小心控制滴定管的旋塞或玻璃珠部位，使溶液悬挂在滴定管尖嘴外而形成液滴，然后将液滴靠落在锥形瓶内壁上，再倾斜旋摇锥形瓶或用少量去离子水吹洗，使附于瓶壁上的溶液洗至瓶中。
⑥ 滴定完毕，应倒去滴定管中的余液（回收），将滴定管冲洗干净，放回仪器柜或倒夹在滴定管架上，摆放整齐。
二、容量瓶
容量瓶是一种带有磨口玻璃塞（或塑料塞）的细颈梨形平底玻璃瓶[图2-6（a）]，其颈部有一环状刻度线，一般表示20℃时，瓶内液体充满到这一刻度线时的标称准确体积。容量瓶主要用于准确配制一定体积的标准溶液或试液，常与分析天平、移液管等配合使用。容量瓶的规格有50mL、100mL、250mL等。
图2-6 容量瓶的基本操作
1.容量瓶检漏和洗涤
用容量瓶前，要检查瓶塞是否漏水。查漏的操作方法是：注入适量的自来水，盖好瓶塞，擦干瓶外水滴，食指按住瓶塞，其余手指拿住瓶颈上部，用另一只手的指尖托拿瓶底边缘[图2-6（c）]，将容量瓶倒立2mim。如无水渗出，再将瓶直立，瓶塞转动180°，同法检查。不漏水的容量瓶才能使用。检查瓶塞不漏水后，按常规操作洗净容量瓶。一般是先用自来水冲洗干净后，再用适量的去离子水润洗2～3次。不能洗净时，可用铬酸洗液进行浸洗处理。
2.配制溶液
将准确称取一定量的固体试样置于干净的小烧杯中，加入适量去离子水或其他溶剂使固体溶解，然后将溶液定量转入容量瓶中，转移时要使溶液沿玻璃棒流入瓶中。通常将玻璃棒下端沿烧杯口悬空伸入容量瓶并靠在瓶颈内壁，烧杯嘴紧靠玻璃棒，小心地使溶液沿着玻璃棒和内壁注入容量瓶中，如图2-6（b）所示。溶液流完后，将烧杯嘴沿着玻璃棒稍微向上提起使烧杯直立，再将玻璃棒提起放回烧杯中。然后用洗瓶吹出适量去离子水涮洗玻璃棒和烧杯内壁，再将溶液定量转入容量瓶中。同法吹洗5次左右，以保证溶质定量转移。加入去离子水至2/3左右容积时，拿起容量瓶并轻轻旋摇几周，使瓶内溶液初步混匀，继续用水稀释，当瓶内溶液的液面接近标线（约1cm）时，稍等，再改用细长的胶头滴管小心地滴加去离子水，直至溶液弯月面下缘与标线相切。最后，盖上配套的瓶塞，一手拿住瓶颈，食指按住瓶塞；另一只手的手指托住瓶底边缘[图2-6（c）]，将容量瓶倒转（使空气升至顶部），振摇，再直立，再倒转振摇，重复3次左右，使瓶内溶液充分混合均匀。
使用容量瓶时，应注意几点：
① 容量瓶不能放入烘箱中烘烤或在电炉上直接加热，也不能直接转入热溶液。
② 容量瓶不宜用来长久保存试剂溶液。需长久保存的溶液，应改用试剂瓶来贮存。
③ 容量瓶用后应立即冲洗干净。如长期不用，其磨口处应擦干并加垫小纸片，以防粘紧磨口塞。
三、移液管和吸量管
移液管是中间有一膨大部分的细长玻璃管[图2-7（a）]，管颈上部刻有一环形标线，它表示在标示的温度下，抽吸溶液至其弯月面下缘与标线相切，并经尖嘴自然流出时所放出的溶液的体积。移液管用于准确移取一定体积的溶液，常用的有10mL、25mL、50mL等规格。
吸量管是一种具有分刻度的玻璃管（也常称为移液管），有1mL、2mL、5mL、10mL等规格，其刻度形式不尽相同[图2-7（b）]。吸量管一般用于移取非整数的小体积溶液，但准确度差一些。使用前，应将移液管和吸量管洗涤至其内壁不挂水珠（用洗液洗涤的操作与下述润洗相似）。为了量取准确体积的溶液，必须正确地使用移液管和吸量管。
1.移液管和吸量管的润洗
移取溶液前，移液管和吸量管必须用适量的待移液润洗2～3次，以保证所移溶液的浓度不变。用洗净并烘干的小烧杯倒出一部分欲移取的溶液，右手拇指和中指拿住移液管管颈上端，无名指和小指辅助拿住移液管，把移液管下端的尖口插入溶液中，左手持洗耳球（拇指或食指在上方），挤出空气后，将洗耳球尖口对准移液管上口慢慢放松洗耳球，用移液管吸取溶液5～10mL，立即用右手食指按住管口（尽量勿使溶液回流，以免稀释），将管横过来，用两手的拇指及食指分别拿住移液管的两端，转动移液管并使溶液布满全管内壁，当溶液流至距上口2～3cm时，将管直立，使溶液由尖嘴（流液口）放出，弃去。同样方法润洗2～3次。吸量管的润洗操作与此相似。
2.溶液移取
移取溶液时，将润洗过的移液管插入容量瓶内待移取溶液液面以下1～2cm深度。不要插入太深，以免外壁沾带溶液过多；也不要插入太浅，以防液面下降时吸空（管尖应随外液面下降而下降）。当管中液面上升至刻线以上时，迅速移去洗耳球，并用右手食指按住移液管管口，左手改拿盛待移溶液的容器，然后将移液管提离液面，并将移液管伸入溶液的部分沿容器内壁轻转两圈，以除去管外壁上的溶液。将容器略微倾斜，使其内壁与移液管尖紧贴，再垂直向上缓缓放松食指，让空气沿食指和移液管口相接触的四周间隙均匀地进入移液管，使管内液面慢慢下降，直到管内溶液的弯月面与标线相切（视线平视）时，立即按紧管口。然后，移开待移液容器，左手改拿接受溶液的容器并略微倾斜，使其内壁与管尖紧贴，再松开食指，使溶液自然地顺壁流入容器中[图2-7（c）]。溶液流完后，停留15s左右，再移出移液管。注意，此时移液管尖嘴内还会留有少量溶液，一般不能将其吹入容器中（除非管上标明“吹”字），因为在生产检定移液管时，就没有把这部分体积算进去。吸量管的使用，大体上与移液管相似。移液管和吸量管使用完毕后，应及时冲洗干净，并放回仪器柜或放在移液管架上。
图2-7 移液管及其操作