有機(jī)化學(xué)品中碳、氫、氮、硫元素含量?jī)x器分析測(cè)定方法的研究

賀新安 屠卡濱 何明 林日斌 張靜

【摘要】本文探討了元素分析儀同時(shí)測(cè)定有機(jī)化工品中碳、氫、氮、硫元素含量的方法，利用多個(gè)實(shí)驗(yàn)室對(duì)測(cè)試方法進(jìn)行回收率試驗(yàn)，統(tǒng)計(jì)并評(píng)估方法的重復(fù)性和再現(xiàn)性。

【關(guān)鍵詞】有機(jī)化學(xué)品 儀器分析 測(cè)定方法

1 前言

有機(jī)化學(xué)品涉及領(lǐng)域廣泛，它所涉及的工業(yè)產(chǎn)鏈對(duì)人類(lèi)的生活有著極其重要的影響，所排放出來(lái)的工業(yè)產(chǎn)物也將會(huì)影響環(huán)境和人的身體健康。有機(jī)化學(xué)品中碳、氫、氮、硫元素含量測(cè)定技術(shù)的研究，可為工業(yè)生產(chǎn)提供污染控制應(yīng)用的基本參數(shù)，推進(jìn)碳氧化物、硫氧化物、氮氧化物等污染物的減排技術(shù)的開(kāi)發(fā)，并通過(guò)建立對(duì)碳氧化物、硫氧化物、氮氧化物的定量分析方法，評(píng)估生產(chǎn)的工藝和產(chǎn)量，更加有效地控制污染損失，降低社會(huì)成本。

2 測(cè)試方法的基本原理和儀器結(jié)構(gòu)

本測(cè)試方法的基本原理是試樣在純氧的條件下進(jìn)行高溫燃燒，C、H、N、S生成二氧化碳、水、氮氧化物和氮、硫氧化物。將這些混合氣體以氦氣為載氣，通過(guò)熱銅管除去氧，還原氮氧化物成氮?dú)?，三氧化硫還原成二氧化硫，然后通過(guò)加熱的吸附解吸附柱或適當(dāng)?shù)姆蛛x方法，將分離洗提出來(lái)的N2、CO2、H2O和SO2通過(guò)TCD檢測(cè)器檢測(cè)并分別計(jì)算得出它們的含量。

碳、氫、氮、硫分析儀的基本結(jié)構(gòu)是由進(jìn)樣加氧裝置、加熱爐和反應(yīng)管、混合氣體分離部件、檢測(cè)器四大部分組成，如圖1所示。

3 樣品測(cè)試和回收率試驗(yàn)

參加試驗(yàn)的有9個(gè)實(shí)驗(yàn)室，其測(cè)試儀器的型號(hào)主要有3種，技術(shù)參數(shù)見(jiàn)表1。8個(gè)測(cè)試樣品：A t r o p i n e 阿托品，Sulfanilic acid 磺胺酸，4-Methylaminophenol sulfate 4-甲氨基苯酚硫酸鹽，2-Benzyl-2-thiopseudourea hydrochloride 芐基異硫脲，Sulfanilamide 磺胺，Sulfadiazine 磺胺嘧啶，Thiosemicarbazide 氨基硫脲，Spironolactone安體舒通。其中Sulfanilamide 磺胺為參考物質(zhì)（Elementar Art-No：15.00-0062）。各實(shí)驗(yàn)室的回收率見(jiàn)表2。各元素均有良好的回收率。

8個(gè)樣品實(shí)際測(cè)試覆蓋的元素含量范圍，C元素13～70%，H元素4～8%，N元素5～46%，S元素9～35%。只要各元素的數(shù)量（絕對(duì)量）在儀器的測(cè)量范圍內(nèi)，各實(shí)驗(yàn)室的測(cè)試結(jié)果都在一定的再現(xiàn)性?xún)?nèi)，重復(fù)性良好，見(jiàn)表3重復(fù)性再現(xiàn)性統(tǒng)計(jì)結(jié)果。

表3 重復(fù)性和再現(xiàn)性材料和溫度設(shè)置條件有所區(qū)別。為了使有機(jī)化學(xué)品中的S元素充分燃燒和還原，CHNS，CNS，S模式的溫度設(shè)置相對(duì)較高，燃燒柱填充物主要為WO3，或CrO3作為催化劑，同時(shí)可防止形成非揮發(fā)性硫酸鹽，其典型溫度條件：燃燒柱為1150℃，還原柱為850℃。CHN，CN ，N模式燃燒柱填充物主要為CuO，可以促進(jìn)燃燒，在其第二燃燒反應(yīng)區(qū)域填充PbCrO4或CaO吸收SO2和SO3，其典型溫度設(shè)置條件：燃燒柱為950℃，還原柱為550℃。二類(lèi)模式的還原柱的填充材料主要為Cu。我們選用6個(gè)不同樣品在上述二種模式下對(duì)碳?xì)涞齻€(gè)元素含量進(jìn)測(cè)試，統(tǒng)計(jì)表明二類(lèi)模式的碳?xì)涞齻€(gè)元素含量測(cè)試結(jié)果無(wú)顯著差異。5 試劑材料

（1）標(biāo)準(zhǔn)純物質(zhì)，見(jiàn)表3，這些標(biāo)準(zhǔn)純物質(zhì)可以是有證標(biāo)準(zhǔn)純物質(zhì)，也可以用其他純凈物質(zhì)替代。

（2）高純氧：純度高于99.995%的氧氣。

（3）高純氦：純度高于99.995%的氦氣。

（4）其他材料：石英棉、三氧化鎢、剛玉球、銅粉、氧化銅、銀棉、脫脂過(guò)濾棉、帶指示劑的五氧化二磷、氫氧化鈉、乙醇、鉻酸鉛、氧化鈣等，可以是化學(xué)純級(jí)別。

6 燃燒柱還原柱和吸收管的填充

（1）燃燒柱還原柱，根據(jù)樣品所含元素和測(cè)試目的，元素分析儀可提供多種測(cè)試模式，根據(jù)測(cè)試對(duì)象和目的可分為二類(lèi)如CHNS，CNS ，S模式 或 CHN，CN ，N 模式，這二類(lèi)模式燃燒柱、還原柱、溫度條件和填充材料有所不同，具體要按各儀器說(shuō)明的技術(shù)要求執(zhí)行。氧化柱和還原柱典型的溫度設(shè)置條件（表4）：

表4 設(shè)置條件表

（1）空白值的確定： 空白值測(cè)定不需加樣，氮元素值的大小可以檢查儀器的氣密性和氧氣純度，碳元素值的大小可以檢查燃燒的完全性，硫、氫元素值的大小可以檢查儀器系統(tǒng)的平衡性。空白值的限定應(yīng)根據(jù)所使用儀器技術(shù)要求，應(yīng)在規(guī)定的峰面積值之內(nèi)。

（2）用表3中的標(biāo)準(zhǔn)純物質(zhì)，根據(jù)儀器生產(chǎn)商提供的標(biāo)準(zhǔn)化操作程序，用K-factor或線性回歸進(jìn)行儀器校準(zhǔn)。為保證測(cè)試質(zhì)量，至少用一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)純物質(zhì)的試樣做一次驗(yàn)證試驗(yàn)，判別曲線是否正確，各元素的測(cè)試結(jié)果應(yīng)在其理論值的±1%以?xún)?nèi)，否則重新校準(zhǔn)。

（3）在實(shí)際分析過(guò)程中，樣品測(cè)試設(shè)置條件應(yīng)與儀器校準(zhǔn)時(shí)相同（表5）。

8 結(jié)論

（1）用元素分析儀測(cè)試有機(jī)化工品元素含量具有良好的回收率和可靠性。

（2）本方法具有良好的重復(fù)性和再現(xiàn)性。

（3）碳、氫、氮、硫分析儀對(duì)有機(jī)化學(xué)品的測(cè)試分析可有多種模式，根據(jù)樣品對(duì)象和測(cè)試目的可分為CHNS，CNS，S 模式和CHN，CN ，N 二類(lèi)模式進(jìn)行測(cè)試。

（4）CHNS，CNS，S 模式和 CHN，CN ，N 二類(lèi)模式測(cè)試C、H、N元素結(jié)果無(wú)顯著差異。

（5）易揮發(fā)試樣對(duì)測(cè)試結(jié)果影響較大，因此本方法不適合易揮發(fā)樣品測(cè)試。

參考文獻(xiàn)

[1] 劉力等“1106元素分析儀測(cè)硫方法的改進(jìn)”《儀器分析》1991，2

[2] 甄志，等.“Vario EL Ⅲ元素分析儀測(cè)硫方法分析”.電力科學(xué)與工程，2002，（4）

[3] 鄧廣勇“CHNS元素分析儀測(cè)硫方法探討”《儀器分析》1999第1期

[4] ASTM D5291 - 09 Standard Test Methods for Instrumental Determination of Carbon， Hydrogen， and Nitrogen in Petroleum Products and Lubricants