在实验室中常用的玻璃仪器有非常重要的一类,就是容量仪器,包括量筒、量杯、容量瓶、滴定管、移液管(又称为单标线吸量管)和分度吸量管。准确、熟练地使用这些仪器,可以减小溶液体积的误差,是获得准确分析结果的先决条件。
1.滴定管
滴定管是滴定分析中用来准确测量标准溶液体积的一种量器。其按容积的不同分为常量滴定管、半微量滴定管和微量滴定管,按构造的不同分为普通滴定管和自动滴定管,按用途的不同分为酸式滴定管和碱式滴定管,如图1-3-1所示。
常量滴定管的容积一般为50mL和25mL,分度值为0.1mL,两小格间还可估出一个数值(可读至0.01mL),一般读数误差为±0.02mL。半微量滴定管的容积一般为10mL,分刻度值为0.05mL。微量滴定管的结构相对比较复杂,容积一般有1~5mL不同规格,分度值为0.005mL或0.01mL。
酸式滴定管的下端为玻璃活塞;碱式滴定管的下端是用橡胶管连接的玻璃尖嘴,橡胶管中有一个玻璃珠,其直径应稍大于橡胶管内径。酸式滴定管适宜装酸性、中性和氧化性溶液,不适宜装碱性溶液,因为玻璃活塞容易被碱液腐蚀。碱式滴定管适宜装碱性及无氧化性溶液,而与胶管起作用的溶液(如KMnO4、I2、AgNO3等)不能用碱式滴定管盛装。有些需要避光的溶液(如AgNO3、KMnO4),要采用棕色滴定管盛装。一般在滴定分析中除了碱性溶液,其他溶液作为滴定液时均用酸式滴定管取用。
图1-3-1 滴定管
a)酸式滴定管 b)碱式酸定管
(1)滴定管的洗涤、涂油、检漏、装液
1)洗涤。无明显油污的滴定管直接用自来水冲洗,或用肥皂水、洗衣粉水、热的洗涤剂水泡洗,但不能用去污粉刷洗;若有油污,则用铬酸洗液洗涤。
用洗液洗涤时,先关闭酸式滴定管的活塞,再向滴定管中倒入10~15mL洗液,两手平端滴定管,并不断转动,直到洗液布满全管为止,然后打开活塞,将洗液放回原瓶中。若油污严重,则可倒入温洗液浸泡一段时间。洗涤碱式滴定管时,要注意不能使铬酸洗液直接接触橡胶管。为此,可将碱式滴定管倒立于装有铬酸洗液的烧杯中,将橡胶管接在抽水泵上,打开抽水泵,轻捏玻璃珠,待洗液徐徐上升到接近橡胶管处即停止,让洗液浸泡一段时间后,将洗液放回原瓶中。
在用洗液洗涤后,先用自来水将管中附着的洗液冲净,再用蒸馏水涮洗几次。洗净的滴定管的内壁应完全被水均匀润湿而不挂水珠,否则,应再用洗液浸洗,直到洗净为止。连续使用的滴定管,若保存得当,是可以保持洁净不挂水珠的,不必每次都用洗液洗。
2)滴定管活塞涂油和检漏。
①对于酸式滴定管,其活塞与塞套应密合不漏水,并且转动要灵活,所以要在活塞上涂一层凡士林。涂抹方法:用干净的纸把活塞和塞套内壁擦干,用手指蘸少量凡士林在活塞的两头涂上薄薄的一圈(但在紧靠活塞孔的两旁不要涂凡士林,以免堵住活塞孔),涂完后把活塞放回套内,向同一方向旋转活塞几次,使凡士林分布均匀,呈透明状态,然后用橡胶圈套住,将活塞固定在塞套内,防止其滑出;或者在活塞的粗端和塞套的细端涂抹凡士林,然后把活塞悬空插入塞套内,其余同上。若出口管尖被油脂堵塞,则可将它插入热水中加热片刻,然后打开旋塞,使管内的水突然流下,将软化的油脂冲出。管内的水应从管口倒出,出口管内的水应从旋塞下端放出。注意,从管口将水倒出时,不要打开旋塞,以防油脂污染。
②对于碱式滴定管,当挤捏碱式滴定管玻璃珠周围的橡胶管时,便会形成一条狭缝,溶液即可流出,因此应选择大小合适的玻璃珠与橡胶管。若玻璃珠太小,则溶液易漏出,并且玻璃珠易于滑动;若玻璃珠太大,则放出溶液时手指会很吃力,极不方便。
在使用滴定管之前必须对其进行严格检查,确保不漏。对于酸式滴定管,关闭活塞,装入蒸馏水至一定刻线,直立滴定管2min,观察刻度线处的液面是否下降、滴定管下端有无水滴、活塞缝隙中有无水渗出,然后活塞转动180°后再试。对于碱式滴定管,只需装满蒸馏水直立2min,如果有漏水现象,则应更换大小合适、比较圆滑的玻璃珠。
3)装溶液赶气泡。
①装溶液首先将试剂瓶中的溶液摇匀,使凝结在瓶内壁上的液珠混入溶液,然后小心地将溶液直接倒入滴定管中,不得用其他容器(如烧杯、漏斗等)转移溶液。其次,应用此溶液淋洗滴定管3次,每次约10mL,从下口放出少量(约为总量的1/3),以洗涤尖嘴部分,然后关闭活塞,横持滴定管并慢慢转动,使溶液与管内壁各处接触,最后将溶液从管口倒出,弃去(不要打开活塞),尖端的溶液应打开旋塞后从下口放出。如此洗涤3次后,装入标准溶液至“0”刻度线以上,用左手大拇指和食指与中指持滴定管上端无刻度处,迅速放出部分溶液,以排出管内气泡,然后将液面调至“0”刻度线处。
②赶气泡。如图1-3-2所示,右手拿滴定管上部无刻度处,倾斜滴定管,左手迅速打开活塞使溶液冲出,从而使溶液充满全部出口管。若出口管中仍留有气泡或未充满部分,则可重复操作几次。若仍不能使溶液充满,则可能是出口管部分没洗干净,必须重洗。对于碱式滴定管,应注意对玻璃珠下方的洗涤。用标准溶液洗完后,将其装满溶液,垂直地夹在滴定管架上,将左手大拇指和食指放在稍高于玻璃珠所在的部位,并使橡胶管向上弯曲,使出口管斜向上,往一旁轻轻挤捏橡胶管,使溶液从管口喷出,再一边捏橡胶管,一边将其放直,这样可排除出口管内的气泡,并使溶液充满出口管。注意,应在橡胶管放直后,再松开大拇指和食指,否则出口管内仍会有气泡。排尽气泡后,加入操作溶液使之在“0”刻度线以上,再调节液面在“0”刻度线处,备用。若液面不在“0”刻度线处,则应记下初读数。
(2)滴定 将滴定管垂直地夹于滴定管架上的滴定管夹上。
1)酸式滴定管的操作:左手的大拇指在管前,食指和中指在管后,手指略微弯曲,轻轻向内扣住活塞,手心空握,以免活塞松动或可能顶出活塞使溶液从活塞缝隙中渗出。也不要过分往里压,以免造成活塞转动困难,不能自如操作。
图1-3-2 滴定管赶气泡操作
2)碱式滴定管的操作:用左手无名指及小指夹住出口管,左手大拇指在前,食指在后,捏住橡胶管中玻璃珠所在部位稍上的地方,向右方挤橡胶管,使其与玻璃珠之间形成一条缝隙,从而放出溶液。注意,不能捏玻璃珠下方的橡胶管,以免松开手时空气进入而形成气泡,也不要用力挤压玻璃珠或使玻璃珠上下移动,这样做是白费力气,并不能放出溶液。
滴定通常在锥形瓶中进行。锥形瓶下垫一白瓷板作背景,用右手大拇指、食指和中指捏住瓶颈,使瓶底距瓷板2~3cm,调节滴定管高度,使滴定管尖嘴部分插入锥形瓶口下1~2cm处。一般在滴定开始时,无可见的变化,滴定速度可稍快,以每秒3~4滴为宜,切不可成液柱流下。滴定到一定时候,滴落点周围出现暂时性的颜色变化。在离滴定终点较远时,颜色变化立即消逝。临近滴定终点时,变色甚至可以暂时地扩散到全部溶液,不过在摇动一两次后变色完全消失,应该1滴或半滴加入,并用洗瓶吹入少量水,冲洗锥形瓶内壁,使附着的溶液全部流下,然后摇动锥形瓶,观察终点。一般30s内不再变色即到达滴定终点。
(3)读数 滴定开始前和滴定终了都要读取数值。读数时可将滴定管夹在滴定管夹上,也可以从管夹上取下,用右手大拇指和食指捏住滴定管上部无刻度处,使管自然下垂(两种方法都应使滴定管保持垂直),注入溶液或放出溶液后,必须等待1~2min后才能读数(使附着在内壁上的溶液流下)。对于无色溶液或浅色溶液,应读弯月面下缘实线的最低点。读数时视线应与弯月面下缘实线的最低点相切,初读数与终读数应用同一标准。对于颜色较深的溶液,可以读取两侧最高点。有一种蓝色衬背的滴定管,无色或浅色溶液有两个弯月面相交于滴定管蓝色的某一点,读数时视线应与此点在同一水平面上。对颜色深的溶液读数方法与普通滴定管相同。
(4)滴定管操作的注意事项
1)应用大拇指和食指拿住滴定管的上端(无刻度处),或者夹在滴定管架上,使管身保持垂直后读数。
2)滴定时最好每次都从0.00mL开始,或者从接近零的任一刻度开始,这样可以固定在某一段体积范围内滴定,减少测量误差。
3)读数前,应将管尖悬挂着的溶液除去,滴定至终点时应立即关闭旋塞,并注意不要使滴定管中的溶液有稍微流出。
4)滴定结束后,滴定管内剩余的溶液应弃去(不得倒回原瓶),然后用自来水、蒸馏水冲洗滴定管。装入蒸馏水至刻度以上,用大试管套在管口上,下次使用时不必用洗液清洗,也可以倒置夹在滴定管夹上。另外,酸式滴定管长期不用时,活塞部分应垫上纸,否则时间一久,塞子不易打开。碱式滴定管长期不用时应将橡胶管拔下。
图1-3-3 移液管及放液操作
a)单标线吸量管 b)分度吸量管 c)放液操作
2.移液管和吸量管
移液管又称为单标线吸量管,是用来准确移取一定体积溶液的量器。移液管是一种量出式仪器,只用来测量所放出溶液的体积。它是一根中间有一膨大部分的细长玻璃管。其下端为尖嘴状,上端管颈处刻有一条标线,是所移取的准确体积的标志。常用的移液管有1mL、5mL、10mL、25mL和50mL等规格。通常又把具有刻度的直形玻璃管称为吸量管,如图1-3-3所示。移液管和吸量管所移取的体积通常可准确到0.01mL。移液管标线部分管径较小,准确度较高;吸量管读数的刻度部分管径较大,准确度稍差。因此,当量取整数体积的溶液时,常用相应大小的移液管而不用吸量管。
(1)使用方法 应根据所移溶液的体积和要求选择合适规格的移液管。在滴定分析中,准确移取溶液一般使用移液管;需控制试液加入量时,一般使用吸量管。
1)检查移液管的管口和尖嘴有无破损现象,若有破损,则不能使用。
2)移液管的洗涤。移液管一般先用自来水冲洗,再用铬酸洗液洗涤,并让洗液布满全管,停放1~2min,从上口将洗液放回原瓶。移液管也可用洗液浸泡:将洗液注入较高的量筒或标本缸中,直接将移液管插入浸泡几分钟。切勿浸泡时间太长,以免洗液吸水而降低效力。
用洗液洗涤后,沥尽洗液,用自来水充分冲洗,再用蒸馏水洗3次。洗好的吸量管内壁与外壁的下部应完全不挂水珠。将洗好的吸量管放在干净的吸量管架上。
3)吸取溶液。摇匀待吸溶液,然后将待吸溶液向一只洗净并干燥的小烧杯中倒一小部分,用滤纸将清洗过的移液管口外的水分吸干,并插入小烧杯中吸取溶液。当吸至移液管容量的1/3时,立即用右手食指按住管口,取出,横持,并转动管子使溶液接触到刻度以上的部位,使溶液流遍全管内壁,然后将溶液从下端尖口处排入废液杯内。如此操作,润洗三四次后即可吸取溶液。
将用待吸液润洗过的移液管插入待吸液面下1~2cm处,用吸耳球按上述操作方法吸取溶液。当管内液面上升至标线以上1~2cm处时,迅速用右手食指堵住管口(此时若溶液下落至标准线以下,则应重新吸取),将移液管提出待吸液面,并使管尖端接触待吸液容器内壁片刻后提起,用滤纸擦干移液管或吸量管下端黏附的少量溶液。注意,移动移液管或吸量管时,应将移液管或吸量管保持垂直,不能倾斜。
4)调节液面。用左手另取一只干净的小烧杯,使移液管管尖紧靠小烧杯内壁,小烧杯保持倾斜,移液管保持垂直,刻度线和视线保持水平,稍稍松开食指(可微微转动移液管或吸量管),使管内溶液慢慢地从下口流出,在液面将至刻度线时,按紧右手食指,停顿片刻,再按上述方法将溶液的弯月面底线放至与标线上缘相切为止,立即用食指压紧管口。使尖口处紧靠烧杯内壁,向烧杯口移动少许,去掉尖口处的液滴,将移液管或吸量管小心地移至承接溶液的容器中。(www.xing528.com)
5)放出溶液。将移液管或吸量管直立,接收器倾斜,使管下端紧靠接收器内壁,放开食指,让溶液沿接收器内壁流下。在管内溶液流完后,保持放液状态,停留15s,将移液管或吸量管尖端在接收器靠点处靠壁前后小距离滑动几下(或使移液管尖端靠接收器内壁旋转一周),然后移走移液管。
6)洗净移液管,放置在移液管架上。
(2)注意事项
1)移液管(吸量管)不应在烘箱中烘干。玻璃量器上所标出的刻度和容量数值是标准温度(20℃)时的标称容量,不能移取太热或太冷的溶液。
2)在同一试验中应尽可能使用同一支移液管。
3)移液时,移液管不能插入太浅,以免液面下降后造成吸空;也不要插入太深,以免移液管外壁附有过多的溶液。
4)移液管在使用完毕后,应立即用自来水及蒸馏水冲洗干净,置于移液管架上。
5)移液管和容量瓶常配合使用,因此在使用前常对两者的相对体积进行校准。
6)在使用吸量管时,为了减少测量误差,每次都应以最上面的刻度(“0”刻度)为起始点,往下放出所需体积的溶液,而不是需要多少体积就吸取多少体积。
7)移液管的容量公差按A级和B级区分。为了保证定量分析的精度,通常在配制标准溶液、基准试液和定量稀释或进行高精度和仲裁分析时,应选用A级移液管。一般定量分析也可选用A级移液管。对精度要求不高的加液,选取B级量器即可。移液时,对于残留在管尖内壁处的少量溶液,不可用外力强使其流出,因为在校准移液管或吸量管时,已考虑了尖端内壁处保留溶液的体积。有一种吹出式吸量管,管上标有“吹”或“blow out”,使用时必须使管内的溶液全部流出,末端的溶液也需吹出,不允许保留。
8)移液操作应一次完成,不得用小容量移液管多次移液,以免增加误差。移液次数越多,误差越大。
3.容量瓶
容量瓶是常用的测量容纳液体体积的一种量入式量器(量器上标有“In”字)。它是一种带有磨口玻璃塞的细长颈梨形的平底玻璃瓶,颈上有刻度。当瓶内液体的液面在所指定温度下(一般是20℃)达到标线处时,其体积即为所标明的容积。容量瓶常和移液管配合使用。容量瓶有多种规格,小的有5mL、25mL、50mL、100mL,大的有250mL、500mL、1000mL、2000mL等。它主要用于直接法配制标准溶液和准确稀释溶液以及制备样品溶液。容量瓶上标有温度、容量、刻度线。
容量瓶瓶塞需用结实的细绳系在瓶颈上,以防止损坏或丢失。
(1)容量瓶的使用 容量瓶在使用前,首先要检查是否完好,瓶口处是否漏水。检查方法为:往瓶内加入约2/3容积的水,塞好瓶塞,用一只手的食指摁住瓶塞,用另一只手托住瓶底,把瓶倒立过来,观察瓶塞周围是否有水漏出,如图1-3-4所示。如果不漏水,则将瓶正立并将瓶塞旋转180°后塞紧,仍把瓶倒立过来,再检查是否漏水。经检查不漏水的容量瓶才能使用。
图1-3-4 检查容量瓶是否漏水
用容量瓶配制标准溶液时,先将准确称取的固体物质置于小烧杯中,再加水或其他溶液将固体溶解,然后将溶液定量转入容量瓶中。定量转移溶液时,右手拿玻璃棒,左手拿烧杯,使烧杯嘴紧靠玻璃棒,而玻璃棒则悬空伸入容量瓶口中,玻璃棒的下端靠在瓶颈内壁上,使溶液沿着玻璃棒和内壁流入容量瓶中,如图1-3-5所示。在烧杯中的溶液流完后,将玻璃棒沿烧杯轻轻上提,同时使烧杯直立,再将玻璃棒放回烧杯中。用洗瓶以少量蒸馏水吹洗玻璃棒和烧杯内壁三四次,将洗出液定量转入容量瓶中,然后加水至容量瓶容积的2/3。拿起容量瓶,按同一方向摇动,使溶液初步混匀(此时切勿倒转容量瓶),继续加水至距标线0.5~1.0cm处,等待1~2min,使附在瓶颈内壁上的溶液流下,然后用滴管滴加蒸馏水至弯月面下缘与标线恰好相切。盖上干的瓶塞,用左手食指按住塞子,其余手指拿住瓶颈标线以上部分,右手用指尖托住瓶底,将瓶倒转过来并摇动,再倒转过来,使气泡上升到顶,如图1-3-6所示。如此反复10次以上,才能混合均匀。
若用容量瓶稀释溶液,则用移液管移取一定体积的溶液置于容量瓶中,加水至标度刻线处。
图1-3-5 向容量瓶中转移溶液
图1-3-6 将容量瓶中的溶液混合均匀
(2)注意事项
1)不能在容量瓶里进行溶质的溶解,应将溶质在烧杯中溶解后转移到容量瓶里。
2)容量瓶不能进行加热。如果溶质在溶解过程中放热,则要待溶液冷却后再进行转移。这是因为一般的容量瓶是在20℃的温度下标定的,若将温度较高或较低的溶液注入容量瓶中,则容量瓶会热胀冷缩,所量体积就会不准确,导致所配制的溶液浓度不准确。
3)用于洗涤烧杯的溶剂总量不能超过容量瓶的标线。
4)容量瓶只能用于配制溶液,不能储存溶液,因为溶液可能会对瓶体造成腐蚀,从而使容量瓶的精度受到影响。
5)容量瓶用毕应及时洗涤干净,塞上瓶塞,并在塞子与瓶口之间夹一条纸条,防止瓶塞与瓶口粘连。
6)需避光的溶液应用棕色容量瓶配制。
7)容量瓶及移液管等有刻度的精确玻璃量器,均不宜放在烘箱中烘烤。
8)容量瓶只能配制一定容量的溶液,一般保留4位有效数字(如250.0mL),不能因溶液超过或者没有达到刻度线而估算改变小数点后面的数字。因此,书写溶液体积的时候必须是×××.0mL的形式。
(3)容量瓶的校正
1)绝对校正法。准确称量洗净、干燥、带塞的容量瓶(空瓶质量),然后注入蒸馏水至标线,记录水温,用滤纸条吸干瓶颈内壁上的水滴,盖上瓶塞后称量,两次称量之差即为容量瓶容纳水的质量。根据上述方法算出该容量瓶20℃时的真实容积,求出校正值。
2)相对校正法。在很多情况下,容量瓶与移液管是配合使用的,因此,重要的不是要知道所用容量瓶的绝对容积,而是容量瓶与移液管的容积是否正确。例如,250mL容量瓶的容积是否为25mL移液管所放出液体体积的10倍。一般只需要做容量瓶与移液管的相对校正即可。其校正方法为:预先将容量瓶洗净控干,用洁净的移液管吸取蒸馏水注入该瓶中,假如容量瓶容积为250mL,移液管容积为25mL,则共吸10次,观察容量瓶中水的弯月面是否与标线相切,若不相切,则表示有误差,一般应将容量瓶控干后再重复校正一次,如果仍不相切,则在容量瓶颈上做一新标记,以后配合该支移液管使用时,以新标记为准。
4.使用玻璃量器时应注意的几个问题
要正确使用玻璃量器,除必须正确掌握上述基本操作外,还需注意下面两个问题:
(1)温度对玻璃量器的影响 量器的容量随着温度的变化而改变。不同玻璃制造的量器,其热膨胀系数不同,容量的改变也不相同。量器在量入或量出其标称容量时的温度常为标准温度(20℃)。量器不能加热、烘烤及量取热溶液。
液体的温度对准确度也有影响。使用量器时,必须保证所有液体在测量容积时都在同一室温下。
(2)玻璃量器的等级 玻璃量器上所标出的刻度和容量数值是标准温度(20℃)时的标称容量。按照标称容量准确度的高低,量器分为A级(较高级)和B级(较低级)两种。凡分级的量器,上面都有相应的等级标志。若无任何标志,则属于B级。
不同等级的量器,其容量公差不同,价格上也有较大差异,应根据需要选购。
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