分析天平的使用

1. 分析天平的使用 无机化学（普通化学）实验

2. 分析天平的使用 • 一.目的： • 1．了解天平的构造原理，学会使用方法。 • 2．学会称量方法——直接称量法、固定称量法及差减法。 • 二.原理： • 分析天平是根据杠杆原理设计而成的。 • 图1 天平原理图 • 设杠杆ABC（见图），B为支点，A为重点，C为力点。在A及C上分别载重Q及P，Q为被称物的重量，P为砝码的总重量。当达到平衡时，即ABC杠杆呈水平状态，则根据杠杆原理Q×AB = P×BC，若B为ABC的中点，则AB = BC，所以Q = P，这就是等臂天平的原理，象国产TG528B型、TG629型阻尼天平、TG328B型半自动电光天平、TG328A型全自动电光天平均属此类等臂天平。

3. 图 半自动电光分析天平 1．横梁 2．平衡螺丝 3．吊耳 4．指针 5．支点刀 6．框罩 7．圈码 8．指数盘 9．支柱 10．托叶 11．阻尼器 12．投影屏 13．天平盘 14．盘托 15．螺旋脚 16．垫脚 17．升降旋钮 18．调屏拉杆

4. TG328B型半自动电光天平的结构见图2，它比阻尼天平增加了两个装置，一TG328B型半自动电光天平的结构见图2，它比阻尼天平增加了两个装置，一 • 个是光学读数装置（见图）， • 另一个是机械加砝码装置。光 • 电装置中的投影屏中可直接读 • 出10mg以下的重量；机械加砝 • 码装置中，砝码有指数盘操纵， • 自动加取；大小砝码全部有指数 • 盘操纵称为全自动电光天平 • 如TG32 8A型），1克以下的砝码 • 由指数盘操纵称为半自动电光天平 • （如TG328型）。电光天平的最大 • 称量为20～200克，称至0.1mg者称 圈码指数盘和投影屏上的读数 • 万分之一天平，称至0.01mg者称十万分之一天平，称0.001mg者称百万分之一天平。 • 天平的灵敏度是指在天平的一个称盘上增加1.0mg时，所引起指针偏斜的程度。指针偏斜程度愈大，则该天平的灵敏度愈高。 • TG328B型半自动电光天平的结构见图2，它比阻尼天平增加了两个装置，一 • 个是光学读数装置（见图）， • 另一个是机械加砝码装置。光 • 电装置中的投影屏中可直接读 • 出10mg以下的重量；机械加砝 • 码装置中，砝码有指数盘操纵， • 自动加取；大小砝码全部有指数 • 盘操纵称为全自动电光天平 • 如TG32 8A型），1克以下的砝码 • 由指数盘操纵称为半自动电光天平 • （如TG328型）。电光天平的最大 • 称量为20～200克，称至0.1mg者称 圈码指数盘和投影屏上的读数 • 万分之一天平，称至0.01mg者称十万分之一天平，称0.001mg者称百万分之一天平。 • 天平的灵敏度是指在天平的一个称盘上增加1.0mg时，所引起指针偏斜的程度。指针偏斜程度愈大，则该天平的灵敏度愈高。

5. 设等臂天平（如图4）的臂长为l，d为重心G或G′到支点O的距离，W为梁重，p为称盘重，m为增加的小重量。当天平两边都是空盘时，指针位于OD处，而当右边称盘上增加重量m时，指针偏斜至OD′处，横梁由OA偏斜至OA′，其偏斜角为α ，则根据原理，支点右边的力矩等于支点左边的力矩之和，即 • （p＋m）×OA = p×OB＋W×CG′ • m×OB = W×CG′ • OB = A′O×cosα = l×cosα • CG′ = OG′sinα = d×sinα • ∴ m×lcosα = W×dsinα • 由于α一般很小，所以可认为tanα≈α ， • 因此当m = 1mg此式即是灵敏度的简易公式。 • 有公式可知，天平的灵敏度与下列因素有关： • (1)天平的臂越长，灵敏度愈高， • (2)天平的梁重越重，灵敏度愈低， • (3)支点与重心间的距离越短，灵敏度愈高。 天平灵敏度原理图

6. 但是天平的灵敏度并非仅与这三个因素有关，还与天平梁载重时的变形、支点和载重点的玛瑙刀的接触点（即玛瑙刀的刀口尖锐性及平整性）有关。所以，天平梁制成三角状，中间挖空，三角状顶上设一垂直的灵敏度调节螺丝，水平方向设置两个零点调整螺丝，支点玛瑙刀口略低于载重点玛瑙刀口的“翘梁”式，且天平梁的材质采用铝合金或钛合金等轻金属合金制成。但是天平的灵敏度并非仅与这三个因素有关，还与天平梁载重时的变形、支点和载重点的玛瑙刀的接触点（即玛瑙刀的刀口尖锐性及平整性）有关。所以，天平梁制成三角状，中间挖空，三角状顶上设一垂直的灵敏度调节螺丝，水平方向设置两个零点调整螺丝，支点玛瑙刀口略低于载重点玛瑙刀口的“翘梁”式，且天平梁的材质采用铝合金或钛合金等轻金属合金制成。 • 三角状、“翘梁”是为了减少变形影响，挖空及轻金属材质是为了减轻梁重的措施，灵敏度调节螺丝是利用螺母本身质量的高低位置来调节d的长度，水平零点调节螺丝是利用螺母质量调节螺母离支点的距离来调整力矩的大小改变零点位置。 • 天平的灵敏度一般以标牌的格数来衡量，即 • 灵敏度 = 格/mg • 但在实际上经常用“感量”来表示： • 感量 = = mg /格 • 电光天平的感量一般调成1mg /格、0.1mg /格、0.01mg /格，将标牌制成透明膜，装在指针上，然后，通过光学放大10倍使天平的表观“感量”成0.1mg /格、0.01mg /格、0.001mg /格。因此，又称为万分之一天平、十万分之一天平、百万分之一天平。由于实际感量较低，所以它能很快达到平衡，既达到快速称重，又能提高读数的精密度，且在10mg（对十万分之一天平是1mg，对百万分之一天平是0.1mg）以内的称重无须加砝码直接由屏幕上读数，是人们所爱用的一种天平。

7. 电光天平的称量方法 • 电光天平的称量方法有三种： • 1．直接称量法： • 将所称的物质如坩埚、小烧杯、小表面皿……等直接置于电光天平的左边（或右边）称量盘上，加砝码或转动指数盘到投影屏平衡，则所加砝码即是所称物质的重量。 • 2．指定重量称量法： • 当称取不吸水、在空气中性质稳定的试样，如金属试样、矿石试样……等，可采用此法。 • 此法的手续是： • 先称容器重量（如小烧杯、小表面皿、铝铲、硫酸纸等），然后将砝码或指数盘加到指定的重量，用牛角匙轻轻振动使试样慢慢散入容器，使平衡点与称容器时一致。 • 3．减量法： • 当样品易吸水、易氧化或易与二氧化碳反应时，则将样品置于称量瓶中，称出试样加称量瓶的总重量W1克，然后将样品倾出一部分，再称剩余试样加称量瓶的重量为W2克，则第一份试样重量为（W1－W2）克，依此类推，称出第二份试样、第三份试样…… • 若是易吸水、易氧化或易与二氧化碳作用的液体样品，如浓硫酸……等，可将试样装入小滴瓶中代替称量并象上述一样步骤进行。

8. 电光天平的使用守则 • 电光天平是一种精密而贵重的仪器，为了保持仪器的精密度使称量能获得准确的结果，使用时应遵守下列规则： • 1．电光天平应放在室温均匀的牢固台面上，避免震动、潮湿、阳光照射及腐蚀性气体。 • 2．称量前必须检查天平是否处在水平状态，然后再称。 • 3．在天平称量盘上放置或取下被称物、砝码及轻转指数盘时，必须先把天平梁托住，轻放轻取缓慢转动。下降或升起天平梁时，应小心缓慢。否则均容易使玛瑙刀口损坏。 • 4．称未知重量样品时，加减砝码或转动指数盘后，用半开状态观察是否接近平衡点，可以从投影屏上移动方向和速度衡量；若向－1方向移动，表示砝码重了，需减砝码；若向＋1方向移动，表示砝码轻了，需加砝码；若移动速度愈快，表示离平衡点愈远，加减砝码量要大；若移动速度愈慢，愈接近平衡点，加减砝码量愈小。切勿在全开状态观察，易使刀口损坏，且会发生吊耳脱落现象。 • 5．被称量物体的温度应与室温一致，否则会使称量结果不准确。这是因为称量盘附近空气受热膨胀而发生对流及天平梁臂长的热胀引起误差而造成的。 • 6．腐蚀性物质、易挥发、易吸水、易与二氧化碳作用或易氧化的物质称重时，必须放在密闭容器内进行称重。 • 7．同一分析工作中称量应使用同一台天平与砝码，可减少称量误差。 • 8．称量时，要关紧天平门，防止空气流动所造成的误差。 • 9．天平箱要保持清洁干燥，并放有变色硅胶，若变成粉红色应干燥处理后再放入。 • 10．称量完毕后，应关上起落架，取出被称量物体和砝码，指数盘复零，并用毛笔打扫干净后，关上天平门，罩上布罩，关上电源后，再离开天平室。

9. 实验步骤 • 1.选定天平后，戴好手套，选取标签上所对应的称量瓶，准备称量。 • 2.零点的调整： • 缓慢地顺时针转动起落架旋钮至完全打开，待平衡时，观察投影屏上零点是否对准刻度指示线，若有相差，可用调屏拉杆调至刻度线为止。若用调屏杆无法调整，则请教师用零点调节螺丝调整。 • 零点调整后，连续开关三次，记录零点变动数据。 • 3.用减量法称取 放在小称量瓶中的镁条。记录重量，并算出试样重量。 • 4.称完后，按使用规则自行检查后，经教师复查后，填写使用记录，方可离开实验室。