化學(xué)分析在材料檢測(cè)中的有效應(yīng)用

韓斐，鄒云玲(.天津榮程聯(lián)合鋼鐵集團(tuán)有限公司，天津 30035；.中國(guó)民航大學(xué)，天津 300300)

0 引言

在社會(huì)經(jīng)濟(jì)與科學(xué)技術(shù)快速發(fā)展的大背景下，國(guó)內(nèi)的生產(chǎn)企業(yè)為獲得了很大發(fā)展，開(kāi)辟的市場(chǎng)空間也是極大的?；瘜W(xué)分析是生產(chǎn)企業(yè)運(yùn)營(yíng)階段的重要一項(xiàng)工序，在化學(xué)分析技術(shù)的協(xié)助下，能快速、有效的檢測(cè)到生產(chǎn)實(shí)踐內(nèi)的化學(xué)材料，減少由于化學(xué)材料應(yīng)用不當(dāng)而滋生出的各項(xiàng)生產(chǎn)安全問(wèn)題，確保產(chǎn)品生產(chǎn)工序能安穩(wěn)、順利推進(jìn)，這也是對(duì)工作人員生命健康負(fù)責(zé)的一種方式，協(xié)助企業(yè)健康、穩(wěn)定發(fā)展，增強(qiáng)自身在生產(chǎn)行業(yè)內(nèi)的競(jìng)爭(zhēng)力[1]。

1 化學(xué)分析的概念

化學(xué)分析就是采用化學(xué)方法檢測(cè)檢驗(yàn)物品，即依照物質(zhì)特定的化學(xué)反應(yīng)，參照不同化學(xué)反應(yīng)之間存在的關(guān)聯(lián)性，利用定量與定性方法分析檢測(cè)目標(biāo)成分。滴定、重量、光譜分析、色譜分析等均是常用的化學(xué)分析方法，以上方法憑借自身各自的優(yōu)勢(shì)在化學(xué)分析范疇中發(fā)揮著重要作用。前兩種方法檢測(cè)化學(xué)材料的常規(guī)技法，操作過(guò)程相對(duì)簡(jiǎn)單，技術(shù)含量不高，但實(shí)踐應(yīng)用中多種主客觀因素會(huì)影響其應(yīng)用效果，可能會(huì)形成較大誤差；光譜與色譜分析法較為現(xiàn)代化，尤其是光譜分析方法，其在提升材料檢測(cè)工作質(zhì)效方面表現(xiàn)出較好效能，能使檢測(cè)結(jié)果的精確性得到一定保障，但其投用階段需要配備光譜儀器，需要投入較多的建設(shè)資金，并且對(duì)檢測(cè)環(huán)境條件提出較高要求。企業(yè)欲要進(jìn)行檢測(cè)活動(dòng)前期，一定要充分分析現(xiàn)實(shí)情況，考慮各種因素，選擇適宜的化學(xué)分析方法。

2 在化工材料檢側(cè)中化學(xué)分析方法的應(yīng)用

2.1 判定化學(xué)成分，分析材料的特性

近些年，國(guó)內(nèi)化工材料市場(chǎng)內(nèi)銷(xiāo)售的產(chǎn)品類(lèi)型層出不窮，數(shù)量龐大，若在這樣的情景下依然應(yīng)用常規(guī)方法檢測(cè)材料，則很難滿足檢測(cè)工作現(xiàn)代化發(fā)展的要求。選用適宜的化學(xué)分析法研究與分析化學(xué)材料的成分，借此方式去鑒定化工物料實(shí)用價(jià)值的高低，并對(duì)材料構(gòu)成成分地穩(wěn)定性作出科學(xué)判斷[2]。構(gòu)成化工材料的成分并不唯一，表現(xiàn)出多樣化特征，這間接的提示工作人員實(shí)踐中要選用類(lèi)型、原理不同的化學(xué)分析法開(kāi)展檢測(cè)工作，進(jìn)而全面掌握材料成分的具體構(gòu)成、結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性，協(xié)助有關(guān)部門(mén)順利地完成監(jiān)管工作，確?；げ牧仙a(chǎn)、制造相關(guān)活動(dòng)安全推進(jìn)。

將滴定分析法作為研究對(duì)象，開(kāi)展如下的分析內(nèi)容，從宏觀層面上，可以將該種化學(xué)分析法細(xì)分為酸堿、絡(luò)合、氧化還原及沉淀滴定等類(lèi)型。酸堿滴定法應(yīng)用原理是靠酸堿中和反應(yīng)，在滴定操作階段認(rèn)真觀察酚酞等指示劑的變化狀態(tài)，以此為據(jù)科學(xué)設(shè)置滴定終點(diǎn)，通過(guò)測(cè)量標(biāo)定物的添加量取合理判斷待測(cè)物質(zhì)的含量值[3]。絡(luò)合反應(yīng)是絡(luò)合滴定法遵循的原理，比如，相關(guān)人員可以通過(guò)觀測(cè)EDTA與金屬離子顯色反應(yīng)的發(fā)生情況，測(cè)算出對(duì)應(yīng)金屬離子的含量。

化工材料在制作階段，作業(yè)現(xiàn)場(chǎng)條件出現(xiàn)一定改變?cè)谒y免，比如空氣濕度、氣溫指標(biāo)發(fā)生波動(dòng)等，此時(shí)材料也會(huì)參與到某些化學(xué)反應(yīng)進(jìn)程中。針對(duì)那些十分活潑的材料，一旦其參與了不良化學(xué)反應(yīng)，那么可能會(huì)引起燃燒、爆炸、泄露等諸多惡性事件，使企業(yè)承受著較大的經(jīng)濟(jì)損失。在化學(xué)檢測(cè)分析方法的協(xié)助下，企業(yè)能叫全面地了解到物料的表面活性特征，或者通過(guò)加入少許活性物質(zhì)去達(dá)到以上目的，通過(guò)特征分析明確材料的穩(wěn)定性。

生鐵內(nèi)C、Si、P等非金屬含量相對(duì)較高，試驗(yàn)采樣階段容易出現(xiàn)偏析情況。工作實(shí)踐中察覺(jué)到，鐵水澆鑄至鑄模的一剎那，鐵水溫度大概由1 400 ℃快速降到700 ℃左右，同時(shí)鑄模由室溫上升到幾百度，這樣能使成型以后的鐵塊冷卻速度變得遲緩。為掌握高爐生鐵成分構(gòu)成，利用MXF-2400X射線熒光光譜儀進(jìn)行分析，管電壓、電流分別是40 kV、70 mA[4]。基于標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)和X線強(qiáng)度之間的關(guān)系建立工作曲線，證實(shí)了所用分析方法的可行性。工作曲線見(jiàn)表1。

表1 工作曲線

2.2 解析材料表面活性與元素形態(tài)

縱觀化工材料檢測(cè)工作，不難發(fā)現(xiàn)物料表面活動(dòng)是重要工序，也是工作中的難點(diǎn)，通過(guò)解讀物料表面活性分析結(jié)果，能夠協(xié)助工作人員科學(xué)推測(cè)物料的基本特征，以此為據(jù)指導(dǎo)化工企業(yè)生產(chǎn)活動(dòng)?？梢岳锰结?lè)治霾牧媳砻娴牧Ｗ?、電子排布狀況，對(duì)該種材料在化工生產(chǎn)活動(dòng)中的適用性作出科學(xué)判斷[5]。眾所周知，元素是化工材料的基礎(chǔ)構(gòu)成，當(dāng)不同元素之間的樣態(tài)有差別時(shí)，其對(duì)物料理化性質(zhì)與品質(zhì)形成的影響也有區(qū)別。色譜分析法在檢測(cè)材料的元素樣態(tài)方面表現(xiàn)出的優(yōu)越性是其他分析方法不能相提并論的，色譜之下，不同元素呈現(xiàn)出的樣態(tài)存在較明顯差別，通過(guò)色譜對(duì)比分析過(guò)程，能協(xié)助相關(guān)人員較全面地了解到被檢測(cè)物元素具體形態(tài)，對(duì)其科學(xué)性作出判斷。

現(xiàn)已有大量的研究證實(shí)，元素總量對(duì)元素行為效應(yīng)起著主要的影響作用，元素自身樣態(tài)影響著物料的毒性水平或者生物利用有效率。例如，鉻作為對(duì)機(jī)體新陳代謝活動(dòng)有助益的一種元素，一定量的Cr(III)是不具有毒性的，但Cr(VI)是具有一定毒害作用的；汞及其化合物中，僅有HgS毒性偏低。對(duì)于大部分環(huán)境樣品，待分析污染元素含量值均不高，其單位基本是g/L和mg/L，精確辨識(shí)不同元素形態(tài)上產(chǎn)生的差別，推薦工作人員最好選用靈敏度高，但是檢出限較低的化學(xué)分析法。為了能夠直接、快速鑒定出元素的具體形態(tài)，建議使用預(yù)富集方法，該法應(yīng)用過(guò)程中能較好地規(guī)避元素形態(tài)再分配的問(wèn)題。因?yàn)樵诃h(huán)境內(nèi)大部分元素會(huì)基于多樣化的化學(xué)形式存在，不同形態(tài)之間均處于動(dòng)態(tài)平衡狀態(tài)中，在提取測(cè)試樣本時(shí)理應(yīng)杜絕發(fā)生破壞樣品初有形態(tài)平衡的狀況。

2.3 探究化學(xué)結(jié)構(gòu)

不同的物質(zhì)其內(nèi)部的晶體結(jié)構(gòu)也存在一定差異。在高精密度檢測(cè)儀器的協(xié)助下能較全面地了解到材料的化學(xué)結(jié)構(gòu)，并測(cè)定分析其晶體結(jié)構(gòu)[6]。和普通材料相比較，化工材料自身性質(zhì)更為重要，不論是應(yīng)用，還是存儲(chǔ)均有較高的標(biāo)準(zhǔn)要求，若和相關(guān)規(guī)定之間存在出入，則也會(huì)對(duì)材料的化學(xué)反應(yīng)進(jìn)程形成不良影響。例如，部分材料有可燃性、易爆性，若作業(yè)環(huán)境內(nèi)出現(xiàn)了明火，則很可能引起較嚴(yán)重的火災(zāi)事故。為了能將意外事件發(fā)生率降至最低水平，檢測(cè)技術(shù)人員應(yīng)合理分析現(xiàn)狀，快速選用相配套的射線技術(shù)開(kāi)展有效的檢測(cè)工作。對(duì)于單體晶體結(jié)構(gòu)而言，采用X射線技術(shù)通常能取得較理想的結(jié)果。

氣相色譜法能測(cè)定出多環(huán)芳香烴類(lèi)物質(zhì)，該種化學(xué)分析法的原理是檢測(cè)出多環(huán)芳香烴化學(xué)反應(yīng)中生成的物質(zhì)，探尋到對(duì)人體健康有害及促進(jìn)衰老的原因。芳香烴類(lèi)是環(huán)境內(nèi)一種十分常見(jiàn)的致癌物質(zhì)，在化工產(chǎn)業(yè)發(fā)展階段，對(duì)自然環(huán)境造成不同程度的破壞，多環(huán)芳香烴類(lèi)是污染物的重要構(gòu)成?？梢圆捎脷庀嗌V監(jiān)測(cè)不同多環(huán)芳香烴類(lèi)物質(zhì)的反應(yīng)時(shí)間與反應(yīng)速度，觀察到紅外吸收位置基本沒(méi)有出現(xiàn)顯著改變，但當(dāng)波束抵達(dá)3346 nm時(shí)，伴隨反應(yīng)時(shí)間的延長(zhǎng)O-H伸縮振動(dòng)吸收峰表現(xiàn)出減弱的趨勢(shì)，這表明O-H紅外吸收峰的變動(dòng)時(shí)引起人體衰老的主要原因之一。隱蔽性、不斷累積性是多環(huán)芳香烴類(lèi)的特性，微量甚至很亮的多環(huán)芳香烴類(lèi)均可能會(huì)對(duì)人體健康造成較大損傷，故而急需采用氣相色譜法對(duì)其進(jìn)行檢測(cè)分析，較快速的分解復(fù)雜的組織結(jié)構(gòu)，其還實(shí)現(xiàn)了定性與定量分析?；谠摲N化學(xué)分析技術(shù)獲得的檢測(cè)結(jié)果精確度處于較高水平，符合現(xiàn)行國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)要求。

2.4 識(shí)別內(nèi)在化學(xué)成分

現(xiàn)如今，化工材料在人們的日常生活、工作及生產(chǎn)活動(dòng)均有較廣泛應(yīng)用，為確保材料使用過(guò)程的質(zhì)量安全，一定要積極使用科學(xué)有效的化學(xué)分析法去了解材料內(nèi)部成分，對(duì)其安全性能作出科學(xué)判斷。傳統(tǒng)分析方法在應(yīng)用階段已經(jīng)無(wú)法滿足分析多樣材料的成分和結(jié)構(gòu)的需求，推薦檢測(cè)工作人員綜合應(yīng)用多種分析方法，做好前期準(zhǔn)備工作，基于全面了解材料性質(zhì)的目的選擇適宜的分析措施。綜合使用電化學(xué)法、光譜法、色譜法、測(cè)評(píng)物質(zhì)活性等方法，進(jìn)而更為全面的掌握物質(zhì)材料的結(jié)構(gòu)特征。另外，也可以將該項(xiàng)技術(shù)用于物質(zhì)表面分析領(lǐng)域中，解析高分子、復(fù)合分子材料的結(jié)構(gòu)成分，參照同型原物的化學(xué)形態(tài)與價(jià)態(tài)表現(xiàn)，探測(cè)化學(xué)物質(zhì)在性能與形態(tài)表現(xiàn)方面存在的差異，在后續(xù)幾年中，化學(xué)分析方法的應(yīng)用領(lǐng)域不會(huì)僅局限在化工產(chǎn)業(yè)中，會(huì)逐漸拓展至農(nóng)業(yè)、林業(yè)、牧業(yè)甚至是國(guó)防事業(yè)中。

3 化學(xué)分析技術(shù)的發(fā)展趨向

3.1 建設(shè)化工材料動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)庫(kù)

在“互聯(lián)網(wǎng)+”大背景下，大數(shù)據(jù)技術(shù)與計(jì)算機(jī)在社會(huì)各個(gè)行業(yè)中均有廣泛應(yīng)用，將化學(xué)分析方法和計(jì)算機(jī)技術(shù)有機(jī)融合，對(duì)化工材料動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)庫(kù)建設(shè)與發(fā)展過(guò)程將會(huì)形成極大的促進(jìn)作用，及時(shí)更新那些落后、陳舊的數(shù)據(jù)，規(guī)避由于信息落后而引起錯(cuò)差不斷累積的情況，將人為因素形成的數(shù)據(jù)偏差降至最低，進(jìn)一步提高化學(xué)分析結(jié)果的精確性，使相關(guān)技術(shù)方法的應(yīng)用效率得到更大保障。實(shí)踐中，應(yīng)對(duì)檢測(cè)人員的綜合素質(zhì)提供更多、更高的要求，加大新型檢測(cè)儀器裝置的研發(fā)力度，持續(xù)優(yōu)化數(shù)據(jù)庫(kù)的使用過(guò)程。

3.2 構(gòu)建化工材料控制系統(tǒng)

在未來(lái)幾年中，化學(xué)分析方法不單單是用于檢測(cè)物質(zhì)的成分構(gòu)成，其還能聯(lián)合應(yīng)用檢測(cè)設(shè)備的控制系統(tǒng)，發(fā)揮管理功能。通過(guò)提前設(shè)置材料的功能、參數(shù)及檢測(cè)的誤差區(qū)間，將化工材料的控制系統(tǒng)增設(shè)到生產(chǎn)企業(yè)的自動(dòng)化系統(tǒng)內(nèi)，能明顯降低設(shè)備運(yùn)行階段的偏差，規(guī)避不必要的人為操作失誤，自動(dòng)化分析與處理數(shù)據(jù)結(jié)果，提供連鎖型程序服務(wù)，進(jìn)一步提升企業(yè)生產(chǎn)活動(dòng)的科學(xué)性、安穩(wěn)性與有效性。

3.3 研發(fā)開(kāi)發(fā)新型化工材料

在高端科學(xué)技術(shù)的支撐下，將來(lái)的幾年中化學(xué)分析方法將會(huì)建設(shè)出化工材料的運(yùn)行周期，仿真模擬新型材料的應(yīng)用過(guò)程，科學(xué)、客觀的預(yù)測(cè)其利用效率，調(diào)控其起源、產(chǎn)生、應(yīng)用到質(zhì)變整個(gè)過(guò)程。適時(shí)引進(jìn)人工智能技術(shù)，及時(shí)整改化工材料整個(gè)生命周期形成的偏差，使用新型化工材料的研發(fā)與應(yīng)用過(guò)程有更強(qiáng)大支撐。

4 結(jié)語(yǔ)

總之，在生產(chǎn)制造化工材料過(guò)程中，為了是相關(guān)化工產(chǎn)品材質(zhì)質(zhì)量安全得到更大保障，就需要積極采用化學(xué)分析方法，這也是近些年化學(xué)分析在我國(guó)化工分析領(lǐng)域中所處地位不斷提升的主要原因之一。因化工企業(yè)生產(chǎn)環(huán)境的特殊性，其對(duì)化工材料檢測(cè)分析與生產(chǎn)管理均提出較高要求，相關(guān)人員應(yīng)結(jié)合實(shí)況選擇最適宜的分析方法手段，進(jìn)而使化工材料的組織結(jié)構(gòu)與特性檢測(cè)結(jié)果的準(zhǔn)確度得到更大保障，幫助化工企業(yè)在運(yùn)營(yíng)中創(chuàng)造更大的經(jīng)濟(jì)效益。