氣體分析

氣體分析氣體分析的意義

在工業(yè)生產(chǎn)中為了正常安全生產(chǎn)，對各種工業(yè)氣體都要經(jīng)過分析，了解其組成。對化工原料氣，分析后才能正確配料；中間產(chǎn)品氣體分析可判斷生產(chǎn)是否正常；進(jìn)行燃料燃燒后生成的煙道氣分析可了解燃燒是否正常；分析廠房空氣，可了解通風(fēng)、設(shè)備漏氣等情況，檢查有無有害氣體，確定是否危及生命及廠房安全 。

氣體分析氣體分析的特點

氣體本身具有質(zhì)量較小、流動性大、V隨T或P的變化而變化的特點，從而決定一般測定氣體的V而不是質(zhì)量m，并同時測定環(huán)境的T和P。

化學(xué)吸收法是利用氣體的化學(xué)特性，使混合氣和特定試劑接觸，則混合氣體中的被測組分與試劑發(fā)生化學(xué)反應(yīng)被定量吸收，其它組成則不發(fā)生反應(yīng)(或不干擾)，利用氣體吸收劑吸收前后的性質(zhì)變化可進(jìn)行定量測定。

1、化學(xué)吸收法分類

根據(jù)測定方法不同，氣體化學(xué)吸收法又可分為吸收體積法、吸收滴定法、吸收重量法和吸收光度法。

• 吸收體積法

如果吸收前后的溫度及壓力不一致，則吸收前后的體積之差即為被測組分的體積。根據(jù)吸收前后體積之差=被測組分體積，可計算出體積分?jǐn)?shù)。

• 吸收滴定法

吸附劑吸附被測組分(混合氣體)，再用標(biāo)準(zhǔn)滴定法。存在的兩種反應(yīng)是：吸收反應(yīng)和滴定反應(yīng)。

• 吸收重量法

綜合應(yīng)用吸收法和重量分析法，測定氣體物質(zhì)或可以轉(zhuǎn)化為氣體物質(zhì)的元素含量的方法。例如：有機(jī)化合物中有C和H，在O2氣流中燃燒，CO2用堿石棉吸收，H2O用過氯酸鎂吸收，然后根據(jù)吸附劑增加的重量計算C、H的含量。

• 吸收光度法

綜合應(yīng)用吸收法和光度法，測定氣體物質(zhì)或可以轉(zhuǎn)化為氣體物質(zhì)的元素含量的方法。使混合氣體通過吸收劑，待測氣體被吸收后與吸收劑作用生成有色物質(zhì)，或吸收后再進(jìn)行顯色反應(yīng)，其顏色深淺與待測氣體的含量成正比，在光度計上測定溶液的吸光度，可計算出待測氣體的含量。

2、氣體吸收劑

用來吸收氣體的試劑稱作氣體吸收劑。吸收劑種類包括液態(tài)和固態(tài)，如KOH溶液是CO₂的良好吸附劑，固態(tài)海綿狀鈀是H₂的良好吸附劑。

常見的氣體吸收劑：

①KOH溶液：酸性氣體吸收劑，常用于吸收CO₂和NO₂，同時能吸收H₂S、SO₂等。

②焦性沒食子酸(1,2,3-三羥基苯)-堿(KOH)溶液：常用于吸收O₂。

③亞銅鹽溶液：常用于吸收CO，也能吸收O₂、C₂H₂、C₂H₄和酸性氣體。

④飽和溴水：用于吸收不飽和烴。

⑤硫酸汞或硫酸銀的硫酸溶液：用于吸收不飽和烴。

⑥硫酸-高錳酸鉀溶液：用于吸收NO₂。

⑦碘溶液：用于吸收SO₂，還能吸收H₂S等還原性氣體。

1、化學(xué)分析法：

吸收法、燃燒法等。

2、物理分析法：

密度、熱導(dǎo)率、折射率、熱值等。

3、物理化學(xué)分析法：

電導(dǎo)法、色譜法、紅外光譜法等。

工業(yè)生產(chǎn)中常使用氣體作為原料或燃料；化工生產(chǎn)的化學(xué)反應(yīng)常常有副產(chǎn)物而產(chǎn)生廢氣，燃料燃燒后也生產(chǎn)廢氣(如煙道氣)；生產(chǎn)廠房空氣中?；煊幸欢可a(chǎn)氣體。所以工業(yè)氣體可分為五大類：化工原料氣、氣體燃料、氣體產(chǎn)品、廢氣和廠房空氣 。

1、化工原料氣

• 天然氣：主要是 CH₄〉95% (煤或石油組成物的分解產(chǎn)物)。

• 煉油氣：CH₄及其它低分子量的C、H化合物。

• 焦?fàn)t煤氣：H₂、CH₄ (煤>800℃煉焦油氣態(tài)產(chǎn)物)。

• 水煤氣：CO、H₂ (水蒸氣和熾熱的煤作用，得到半水煤氣)。

• 硫鐵礦焙燒爐氣：6~9% SO₂用于制造硫酸。

• 石灰焙燒窯氣：CO₂ 32-40%用于制堿和制糖工業(yè)。

2、氣體燃料

上述天然氣、煉油氣、焦?fàn)t煤氣、水煤氣及半水煤氣等，除了作為化工生產(chǎn)原料氣體之外，也可作為氣體燃料。

3、氣體產(chǎn)品

H₂、N₂、O₂、C₂H₂等。

4、廢氣

燃燒爐的煙道氣的組成為：N₂、O₂、CO₂、CO、水蒸氣及少量其它氣體。 如：硫酸、硝酸廠排入大氣的廢氣中含有少量的SO₂和NO₂；制堿廠排出廢氣中含有少量CO₂；總之，有機(jī)化工的廢氣是各種各樣的。

5、廠房空氣

生產(chǎn)設(shè)備漏氣→生產(chǎn)廠房內(nèi)空氣含生產(chǎn)用氣→危害健康→甚至燃燒爆炸。

利用可燃燒性氣體的性質(zhì)進(jìn)行測定的方法，特別適用于無適當(dāng)吸收劑的化學(xué)性質(zhì)比較穩(wěn)定的氣體。如CH₄無適當(dāng)?shù)奈談?，而H₂、CO可用燃燒法也可以用吸收法。

燃燒方法共分三類：爆炸法、緩燃法、 氧化銅燃燒法。

氣體分析爆炸法

可燃?xì)怏w與空或氧氣混合，其比例能使可燃?xì)怏w完全燃燒且在爆炸極限內(nèi)的方法。

特點：所需時間最少(即快速)。爆炸極限在工業(yè)生成防火防爆工作中極重要的意義 。

爆炸上限：使可燃性氣體能引起爆炸的最高含量(指可燃性氣體與空氣或氧氣的濃度百分比)；爆炸下限：使可燃性氣體能引起爆炸的最低含量。

爆炸極限：爆炸上限和爆炸下限之間的范圍。

氣體分析緩慢燃燒法

可燃?xì)怏w與空氣或氧氣混合，且濃度控制在爆炸極限以下，使之經(jīng)過熾熱的鉑質(zhì)螺絲而引起緩慢燃燒。

特點：需時太長。適合于可燃性組分濃度較低的混合氣體或空氣中可燃物的測定。

氣體分析氧化銅燃燒法

利用氧化銅在高溫下的氧化活性，使可燃性氣體緩慢燃燒。

特點：不要加入燃燒所需氧，所用的氧氣由氧化銅還原得出。

大氣中氮的氣體物有亞硝酸、硝酸、N₂O、NO、NO₂、NO₃、N₂O₄、N₂O₅等，測定前需轉(zhuǎn)化為NO₂。

測定NO2的一般方法是基于NO₂-與芳香族胺反應(yīng)生成偶氮染料，用比色法定量：

空氣中的NO₂與吸收液中的對氨基苯磺酸進(jìn)行重氮化反應(yīng)，再與N-(1-萘基)乙二胺鹽酸鹽作用，生成粉紅色的氮染料，在波長540~545nm處測定吸光度。

樣品用便攜式空氣采樣器或恒溫自動連續(xù)采樣器采集，采樣后應(yīng)盡快測定，否則應(yīng)置于低溫暗處存放。

氣體分析的其它分析方法還包括氣相色譜法、電導(dǎo)法、庫侖法、熱導(dǎo)法、紅外光譜法和激光雷達(dá)技術(shù)等 。

二氧化硫氣體在大氣中最常見，危害最大。

測定SO₂最常用的方法是鹽酸副玫瑰苯胺比色法，吸收液是四氯化汞鈉，由于汞有毒，近年來用甲醛代替汞鹽作吸收液：

SO₂被甲醛緩沖液(甲醛-CDTA-KHP)吸收后生成穩(wěn)定的羥甲基磺酸加成物，堿化后加成物分解，釋放出SO₂與副玫瑰苯胺、甲醛反應(yīng)，生成紫紅色化合物，λmax=577nm。

氮氧化物及某些重金屬干擾，加入氨基苯磺酸鈉可消除氮氧化物，CDTA可消除重金屬的干擾。 2100433B