元素分析儀測(cè)定煤中碳?xì)涞康膽?yīng)用研究

楊國(guó)龍 李杰

摘 要：研究力可CHN628元素分析儀測(cè)定煤中碳?xì)涞?，用?biāo)準(zhǔn)煤樣對(duì)力可CHN628元素分析儀測(cè)定的準(zhǔn)確度及精密度進(jìn)行評(píng)價(jià)，并從試樣稱量、氣密性檢查、空白實(shí)驗(yàn)等方面探討了試驗(yàn)操作應(yīng)注意的事項(xiàng)。結(jié)果表明，力可CHN628元素分析儀的精密度和準(zhǔn)確度較好，能夠滿足快速、準(zhǔn)確、大批量檢測(cè)的需要。

關(guān)鍵詞：元素分析儀;碳;氫;氮;準(zhǔn)確度;精密度

碳和氫是煤的主要有機(jī)組成元素，碳含量隨著煤變質(zhì)程度的加深而增高，同時(shí)也是國(guó)家監(jiān)控工業(yè)生產(chǎn)中碳排放的重要指標(biāo);氫含量是計(jì)算收到基低位發(fā)熱量的主要參數(shù)，直接影響著煤炭貿(mào)易定價(jià)與結(jié)算;而氮元素經(jīng)過(guò)鍋爐燃燒后轉(zhuǎn)化成氮氧化物排放到大氣中。因此，準(zhǔn)確測(cè)定煤中碳?xì)涞睾繉?duì)煤質(zhì)研究、貿(mào)易核算、控制環(huán)境污染有著十分重要的意義。隨著技術(shù)進(jìn)步與發(fā)展，元素分析儀如今已經(jīng)廣泛應(yīng)用于各個(gè)行業(yè)實(shí)驗(yàn)室中。本文選取力可CHN628元素分析儀，通過(guò)標(biāo)準(zhǔn)煤樣檢測(cè)，對(duì)其精密度與準(zhǔn)確度進(jìn)行評(píng)價(jià)，并就注意事項(xiàng)簡(jiǎn)要說(shuō)明。

1 儀器與測(cè)定原理

1.1 儀器選擇

美國(guó)力可CHN628元素分析儀，儀器主要由進(jìn)樣系統(tǒng)，燃燒系統(tǒng)，檢測(cè)系統(tǒng)，處理系統(tǒng)，控制系統(tǒng)組成[1]。

1.2 測(cè)定原理--紅外--熱導(dǎo)聯(lián)合法

煤樣在氧氣流中充分燃燒，煤中碳、氫、氮分別轉(zhuǎn)化為CO2、H2O、NOx及少量N2的混合物。上述產(chǎn)物與煤中其他元素形成的產(chǎn)物混合在一起，經(jīng)燃燒爐中的爐試劑凈化后，去除其中的SOx、鹵素單質(zhì)、鹵化氫等雜質(zhì)，只留下CO2、H2O、少量的N2、NOx，及氧氣的混合物。經(jīng)充分混勻后，混氣罐將氣體分別送入H2O紅外池、CO2紅外池以及還原爐。煤中的氫以H2O的形式被H2O紅外池測(cè)定，碳以CO2的形式被CO2紅外池測(cè)定。進(jìn)入還原爐的氣體在載氣氦氣的攜帶下在還原爐中去除氧氣，并將其中的NOx還原為N2，再經(jīng)過(guò)凈化后進(jìn)入熱導(dǎo)池以N2的形式在熱導(dǎo)池中測(cè)定[2]。

2 試驗(yàn)過(guò)程

2.1 樣品選擇

本次試驗(yàn)選擇不同含量的有證煤標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)3種。所選標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)各組分含量范圍符合化驗(yàn)室生產(chǎn)需要。

2.2 儀器檢查與實(shí)驗(yàn)

開機(jī)后，將燃燒管溫度設(shè)置950℃，出口溫度設(shè)置850℃，還原管溫度設(shè)置為750℃;氧氣壓力調(diào)至35PSI，氦氣壓力調(diào)至35PSI，動(dòng)力氣壓力調(diào)至40PSI;待儀器自動(dòng)升溫到設(shè)定溫度后開啟漏氣檢查，檢漏通過(guò)后進(jìn)行樣品檢測(cè)。做空白試驗(yàn)直至各元素空白值標(biāo)準(zhǔn)差小于0.001，各元素含量趨于穩(wěn)定后進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)煤樣測(cè)試。稱取不少于70mg一般分析煤樣，將樣品用錫箔紙包成水滴狀按照序號(hào)放入樣品盤內(nèi)開始試驗(yàn)。

3 實(shí)驗(yàn)結(jié)果討論

3.1 實(shí)驗(yàn)結(jié)果

對(duì)3種有證煤標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)分別進(jìn)行7次重復(fù)測(cè)定，測(cè)定結(jié)果如下：

3.2 方法精密度

以相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差來(lái)反映上組數(shù)據(jù)間的離散程度。通過(guò)上表可以看出，三種標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)碳元素測(cè)定重復(fù)性均在2%以下，氫元素測(cè)定重復(fù)性均在3%以下，氮元素測(cè)定重復(fù)性均在5%以下[3]，說(shuō)明儀器測(cè)量的穩(wěn)定性很好。

3.3 方法準(zhǔn)確度

采用t檢驗(yàn)法對(duì)測(cè)定值與標(biāo)準(zhǔn)值進(jìn)行顯著性差異檢驗(yàn)。

在95%的置信區(qū)間內(nèi)，從t值表中查得n=7，=0.05時(shí)=2.447。由上表可知，所有t值均小于2.447，所以標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)的測(cè)定結(jié)果與標(biāo)準(zhǔn)值沒有顯著性差異。為了進(jìn)一步說(shuō)明，計(jì)算測(cè)定值與標(biāo)準(zhǔn)值之差（-）的95%置信區(qū)間：

以上統(tǒng)計(jì)檢驗(yàn)表明，測(cè)量值與標(biāo)準(zhǔn)值的誤差的95%置信區(qū)間范圍很小，均在給定標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)不確定度范圍內(nèi)，可以滿足分析實(shí)驗(yàn)要求。利用力可CHN628元素分析儀測(cè)定煤中碳?xì)涞氐慕Y(jié)果是準(zhǔn)確可靠的。

4 注意事項(xiàng)

4.1 試樣稱量

為獲得較高的實(shí)驗(yàn)精密度，稱量質(zhì)量在70mg以上。稱量樣品時(shí)應(yīng)用鑷子夾取錫箔紙，最好佩戴稱量手套，防止汗液附著在錫箔紙表面影響氫元素的測(cè)量結(jié)果，將煤樣包成水滴狀的過(guò)程中，要用力將錫箔紙中的空氣擠出，防止空氣進(jìn)入影響測(cè)量結(jié)果[4]。

4.2 空白試驗(yàn)

影響空白值的因素主要是管路中殘留的含有待測(cè)元素的氣體、水分。如果儀器在測(cè)定過(guò)程中更換了試劑材料，應(yīng)重新進(jìn)行空白實(shí)驗(yàn)，空白實(shí)驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)差在0.001以下時(shí)方能進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)煤樣實(shí)驗(yàn)。

4.3 凈化、吸收系統(tǒng)

力可CHN628元素分析儀中使用有較多的試劑，為防止測(cè)定過(guò)程中的誤差，大多數(shù)試劑需要定期更換并在使用前進(jìn)行前期處理。還原管中的N催化劑和還原銅建議在測(cè)定300個(gè)樣品后進(jìn)行更換，每次開機(jī)使用前觀察凈化系統(tǒng)中個(gè)高氯酸鎂與堿石棉，及時(shí)更換防止產(chǎn)生碳、氫測(cè)定誤差。

5 結(jié)論

通過(guò)對(duì)力可CHN628元素分析儀測(cè)定原理的介紹，用有證煤標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，該元素分析儀的精密度、準(zhǔn)確度較好，能夠滿足實(shí)驗(yàn)室大批量檢測(cè)需要。同時(shí)，該儀器測(cè)定煤中碳?xì)涞氐挠绊懸蛩剌^多，在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中，應(yīng)規(guī)范操作，確保測(cè)定結(jié)果準(zhǔn)確。

參考文獻(xiàn)：

[1] GB/T 30733-2014.煤中碳?xì)涞臏y(cè)定儀器法[S].中華人民共和國(guó)國(guó)家質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)檢疫總局，中國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)化管理委員會(huì)，2014.

[2]俎愛忠，劉媛.煤中碳?xì)涞獪y(cè)定方法的比對(duì)[J].計(jì)量與測(cè)試技術(shù).2017（44）：70-72.

[3] JJF1321-2011.元素分析儀校準(zhǔn)規(guī)范[S].中華人民共和國(guó)國(guó)家質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)檢疫總局，2011.

[4]龔?fù)窭?采用元素分析儀測(cè)定煤中碳?xì)涞康膽?yīng)用研究[J].煤質(zhì)技術(shù)，2018（1）：38-41.