氯氣中氫氣和氧氣含量分析方法的改進(jìn)

鮑麗娟

（寧夏英力特化工股份有限公司，寧夏 石嘴山753202）

氯堿行業(yè)對(duì)氯氣純度、水分和含氧的分析采用傳統(tǒng)的吸收法，對(duì)氯氣中氫氣含量的分析采用爆炸法或燃燒法。其分析步驟繁瑣、周期長(zhǎng)、誤差大，不能很好地指導(dǎo)工業(yè)生產(chǎn)。因此，研究對(duì)氯氣中氫氣和氧氣含量高效、安全、快捷的分析測(cè)定方法，具有重要意義。

1 氯氣中各項(xiàng)指標(biāo)的分析方法現(xiàn)狀

1.1 氯氣純度測(cè)定方法

氯氣純度測(cè)定方法依據(jù)《GB 5138-2006工業(yè)用液氯》標(biāo)準(zhǔn)，其原理是利用氯氣能被還原性試劑（如硫代硫酸鈉、碘化鉀）和堿性試劑選擇吸收的性質(zhì)，將氣體混合物依次通過(guò)各吸收劑，根據(jù)吸收前后體積的變化，由減少的體積可以計(jì)算出混合物的組成，其化學(xué)反應(yīng)方程式如下。

1.2 氯氣中含氧的測(cè)定方法

在堿性溶液中，焦性沒(méi)食子酸鉀吸收氧氣，吸收后氣體體積減少，由減少的體積可以讀出氯中含氧量，反應(yīng)式如下。

測(cè)定步驟：用氣體取樣管取氯氣100 mL，灌入雙球吸收器用硫代硫酸鈉吸收后，將剩余氣體灌入裝有焦性沒(méi)食子酸鉀的雙球吸收器待氣體全部被吸收后，讀取氣體量管的讀數(shù)，兩次吸收體積之差即為氯氣含氧量。

1.3 使用爆炸法分析氯氣中含氫

先用100 mL氣體量管使用吸收法測(cè)定濕氯氣純度，再測(cè)剩余氣體中氫氣含量。氫氣和氧氣在適當(dāng)比例（爆炸極限內(nèi)）下，借助于電火花的作用發(fā)生爆炸反應(yīng)生成水，同時(shí)氣體體積按比例減少，減少的體積等于參加反應(yīng)氣體體積之和，其中2/3是氫氣，由此計(jì)算樣品中的氫氣含量。

2 采用氣相色譜法分析氯氣中氧氣、氫氣的含量

2.1 氣相色譜分析的基本原理

氣相色譜的分析原理是利用不同物質(zhì)在兩相間不同的分配系數(shù)，當(dāng)兩相作相對(duì)運(yùn)動(dòng)時(shí)，試樣的各組分就在兩相中經(jīng)反復(fù)多次地分配，使得原來(lái)分配系數(shù)只有微小差別的各組分產(chǎn)生很大的分離效果，從而達(dá)到分離各組分的目的，再進(jìn)入檢測(cè)器對(duì)各組分進(jìn)行鑒定[1]。

氣相色譜是一種新的分離、分析技術(shù)，一般以惰性氣體作流動(dòng)相，以表面積大且具有一定活性的吸附劑作為固定相。利用試樣中各組分在色譜柱中的流動(dòng)相和固定相間的分配系數(shù)不同來(lái)實(shí)現(xiàn)混合物的分離。當(dāng)氣體試樣被載氣帶入色譜柱中時(shí)，由于各組分的沸點(diǎn)、極性或吸附性能不同，每種組分都會(huì)在流動(dòng)相和固定相之間形成分配/吸附平衡，由于載氣的流動(dòng)性，使各組分在運(yùn)動(dòng)中反復(fù)多次（10～100）進(jìn)行分配／吸附，使得各組分在色譜柱中的運(yùn)行速度有差異，經(jīng)過(guò)一定的柱長(zhǎng)后，在流動(dòng)相中分配濃度大的組分先流出色譜柱，在固定相中分配濃度大的后流出。組分流出色譜柱后隨即進(jìn)入檢測(cè)器，檢測(cè)器將各組分轉(zhuǎn)換成與該組分濃度大小成正比例的電信號(hào)，并在記錄器上描繪出各組分的色譜峰。

2.2 氣相色譜儀的基本構(gòu)造組成

氣相色譜儀由以下5大系統(tǒng)組成，即氣路系統(tǒng)、進(jìn)樣系統(tǒng)、分離系統(tǒng)、溫控系統(tǒng)和檢測(cè)記錄系統(tǒng)。組分能否分開(kāi)，關(guān)鍵在于色譜柱，分離后組分能否鑒定出來(lái)則在于檢測(cè)器，所以分離系統(tǒng)和檢測(cè)系統(tǒng)是儀器的核心。

2.3 氣相色譜的特點(diǎn)

色譜柱的分離效率高，在正常情況下，一根正常的1 m色譜柱就可以分離成幾千個(gè)理論搭板。長(zhǎng)色譜柱的理論搭板分離效率更高；分析速度快，隨著色譜分析技術(shù)的不斷改進(jìn)和完善，色譜分析的速度逐漸加快。通常分析一個(gè)試樣在10 min之內(nèi)就能完成，有的甚至幾秒鐘就能完成；具有較高的靈敏度和出色的檢測(cè)能力；操作非常簡(jiǎn)單，只需明確操作規(guī)范，嚴(yán)格按照操作流程使用即可；使用范圍廣，能夠運(yùn)用到石化、醫(yī)藥研究、環(huán)境監(jiān)測(cè)、食品檢測(cè)、水質(zhì)監(jiān)測(cè)和自然科學(xué)等研究領(lǐng)域[2]。

2.4 氯氣中各組分使用色譜的分析方法

氣相色譜儀在線檢測(cè)濕氯氣中的氫氣時(shí)，濕氯氣與其他雜質(zhì)氣體一起進(jìn)入氣相色譜儀，氯氣在經(jīng)過(guò)色譜柱時(shí)被反吹掉，其他組分通過(guò)閥被切換在不同的柱子上進(jìn)行分離，以熱導(dǎo)檢測(cè)器（帶EPC）檢測(cè)各組分的含量，然后用各組分含量乘雜質(zhì)氣體總體積的分?jǐn)?shù)，即得到各組分在濕氯氣中的含量。

在使用此方法時(shí)，由于氯氣具有較強(qiáng)的氧化性和腐蝕性，不適合長(zhǎng)時(shí)間進(jìn)入色譜TCD檢測(cè)器，否則會(huì)造成TCD熱絲的加速消耗，降低TCD的使用壽命。目前，普遍采用十通閥反吹的辦法消除氯氣進(jìn)入TCD檢測(cè)器。另外需注意氯氣遇水有強(qiáng)腐蝕性，所以實(shí)驗(yàn)中用到的管線為哈氏合金管線，氣體的樣品閥需要做鈍化處理。另外，實(shí)驗(yàn)中最好在管線的端口處添加一個(gè)孔徑2μm的過(guò)濾裝置，防止氣體顆粒進(jìn)入到分析系統(tǒng)。

氯氣是一種有毒氣體，它主要通過(guò)呼吸道侵入，故在取樣及檢驗(yàn)操作時(shí)一定要做好安全防護(hù)。并且氯氣分析后的尾氣一般采用氫氧化鈉溶液吸收或者通過(guò)強(qiáng)風(fēng)排出尾氣處理，避免對(duì)實(shí)驗(yàn)人員造成傷害[3]。

3 氣相色譜分析方法的改進(jìn)

3.1 測(cè)定方法的改進(jìn)

英力特化工選用SP-3420A型氣相色譜儀對(duì)氯氣中各雜質(zhì)氣體進(jìn)行分析，該型號(hào)氣相色譜儀主要特點(diǎn)是：采用微機(jī)控制，全鍵盤(pán)操作；具有自診斷功能，可連續(xù)監(jiān)測(cè)儀器的自身狀態(tài)，一旦檢測(cè)到故障立即顯示信息，并提示故障區(qū)域和排除方法；可進(jìn)行檢測(cè)器量程和衰減時(shí)間編程；具有閥的自動(dòng)切換和兩個(gè)檢測(cè)信號(hào)自動(dòng)切換功能，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)分析。

為了避免氯氣大量進(jìn)入儀器而腐蝕色譜柱及檢測(cè)器等部位。因此結(jié)合化學(xué)吸收法，先利用吸收液（碘化鉀或硫代硫酸鈉）選擇性吸收氯氣，并測(cè)定氯氣純度，再將吸收氯氣后的尾氣注入色譜儀進(jìn)行分析其他雜質(zhì)氣體。

3.2 色譜柱材料接口的改進(jìn)

由于氯氣對(duì)色譜柱及接口強(qiáng)烈腐蝕，把原來(lái)采用的不銹鋼色譜柱改為玻璃柱，并對(duì)玻璃柱接口進(jìn)行改進(jìn)，選用聚四氟乙烯材質(zhì)制作一套連接裝置。

4 結(jié)語(yǔ)

采用改進(jìn)的分析方法后，用氣相色譜法分析氯氣中雜質(zhì)氣體含量的方法操作簡(jiǎn)單，分析用時(shí)比以前縮短至少一半，速度快、準(zhǔn)確度高，分析數(shù)據(jù)更具代表性。氯氣是強(qiáng)腐蝕性氣體，具有較強(qiáng)的氧化能力，因?yàn)樯V屬于精密儀器，價(jià)格較高，一旦腐蝕損壞，損失較大，采用改進(jìn)的色譜分析方法后，可避免氯氣對(duì)檢測(cè)器的腐蝕，延長(zhǎng)設(shè)備使用壽命。