第五章_气体分析

⑦碘溶液：用于吸收SO2，还能吸收H2S等还 原性气体。
2.3 混合气体的吸收顺序 2.3.1 常见气体及其吸收剂 ①CO2 常用苛性碱作吸收剂，一般用KOH而不用NaOH， 原因是浓度大的NaOH溶液易起泡，且吸收了CO2后 生成的Na2CO3不易溶于NaOH溶液中，以致堵塞吸收 管道。常用330g/L KOH作吸收剂，1mL溶液能吸收 40mL CO2气体。 ②O2 常用焦性没食子酸的碱性溶液作吸收剂。反应分 两步：C6H3(OH)3+3KOH＝C6H3(OK)3+3H2O 2C6H3(OK)3+O2＝2(KO)3C6H2－C6H2 (KO)3+2H2O
3.2 可燃性气体燃烧后的计算
往可燃气体通入O2或空气，充分燃烧后测定气 体体积缩减数V缩、消耗氧气的体积VO2或燃烧后生 成的CO2的体积VCO2，根据P160表8－2，可计算出 各种可燃性气体在混合气体中的体积分数。 3.2.1 体) 一元可燃性气体含量的测定(含一种可燃性气
可用吸收法除去干扰组分(如O2、CO2等)，再 加入一定量的O2或空气，燃烧后根据体积的变化或 生成CO2的体积，可计算可燃性气体含量。 P106例5-1、例5-2
一定的比例关系，是计算的依据，也是燃烧法的主 要理论依据。
3.1 燃烧方法 共分三类：爆炸法、缓燃法、 氧化铜燃烧法。 3.1.1 爆炸法 可燃气体与空或氧气混合，其比例能使可燃气 体完全燃烧且在爆炸极限内的方法。 特点：所需时间最少(即快速)。爆炸极限在工业 生成防火防爆工作中极重要的意义 。 爆炸上限：使可燃性气体能引起爆炸的最高含 量(指可燃性气体与空气或氧气的浓度百分比)；爆 炸下限：使可燃性气体能引起爆炸的最低含量。 爆炸极限：爆炸上限和爆炸下限之间的范围。 P103表5-1列出了各种可燃气体功蒸气在空气中 的爆炸极限。
(3)气体产品
H2、N2、O2、C2H2等。 (4)废气
燃烧炉的烟道气的组成为：N2、O2、CO2、 CO、水蒸气及少量其它气体。 如：硫酸、硝酸厂 排入大气的废气中含有少量的SO2和NO2；制碱厂 排出废气中含有少量CO2；总之，有机化工的废气 是各种各样的。
(5)厂房空气 生产设备漏气→生产厂房内空气含生产用气→ 危害健康→甚至燃烧爆炸。
①KOH溶液：酸性气体吸收剂，常用于吸收CO2 和NO2，同时能吸收H2S、SO2等。
②焦性没食子酸(1,2,3-三羟基苯)-碱(KOH)溶 液：常用于吸收O2。
③亚铜盐溶液：常用于吸收CO，也能吸收O2、 C2H2、C2H4和酸性气体。 ④饱和溴水：用于吸收不饱和烃。 ⑤硫酸汞或硫酸银的硫酸溶液：用于吸收不饱 和烃。 ⑥硫酸-高锰酸钾溶液：用于吸收NO2。
5.4 其他市售气体分析仪
P116-117
6 工业废气的测定 6.1 采样方法与采样原理 6.1.1 直接采样法 直接用采样瓶、采样管、注射器等采集气体。 6.1.2 浓缩采样法 通过液体吸收剂或固体吸附剂吸收和浓缩气体。 6.2 采样仪器 6.2.1 收集器 液体吸收管、填充柱吸收管、滤料采样夹 6.2.2 流量计 孔口流量计、转子流量计。 6.2.3 抽气动力 真空泵、薄膜泵
气体分析的特点：
气体本身具有质量较小、流动性大、V随T或P的 变化而变化的特点，从而决定一般测定气体的V而不 是质量m，并同时测定环境的T和P。
1.3 气体分析的方法
化学分析法：
吸收法、燃烧法等 物理分析法： 密度、热导率、折射率、热值等 物理化学分析法：
电导法、色谱法、红外光谱法等
2 气体化学吸收法 化学吸收法是利用气体的化学特性，使混合气和 特定试剂接触，则混合气体中的被测组分与试剂发生 化学反应被定量吸收，其它组成则不发生反应(或不 干扰)，利用气体吸收剂吸收前后的性质变化可进行 定量测定。 2.1 化学吸收法分类 根据测定方法不同，气体化学吸收法又可分为吸 收体积法、吸收滴定法、吸收重量法和吸收光度法。 2.1.1 吸收体积法 如果吸收前后的温度及压力不一致，则吸收前后 的体积之差即为被测组分的体积。根据吸收前后体积 之差＝被测组分体积，可计算出体积分数。
3 气体燃烧分析法
利用可燃烧性气体的性质进行测定的方法，特 别适用于无适当吸收剂的化学性质比较稳定的气体。 如CH4无适当的吸收剂，而H2、CO可用燃烧法也可 以用吸收法。 燃烧法原理：
根据可燃性气体燃烧后，其体积缩减V缩，消耗 氧的体积VO2或生成CO2的体积VCO2与可燃性气体的 体积V可燃的比例关系，由测定得V缩、VO2或VCO2计 算V可燃 从而求得其含量。V可燃与V缩、VO2或VCO2有
4 气体分析的其它分析方法
气相色谱法 电导法 库仑法 热导法 红外光谱法 激光雷达技术 P109~110 NK-500B型红外分析仪 测量气体：CO、CO2、 NO、N2...
5 常见气体分析仪 P155~158 5.1 仪器的基本部件 ①测量气体体积用的量气管：
双球式 上球25mL， 下球35mL， 下部40mL 70mL 单球式 上球30mL， 下部细长为 量气筒 单管式 100mL 双臂式 左臂4个20mL玻球 右臂20mL细管
例如钢铁样中C的测定：
O 2 O 2 KOH 固体 CO 2 K 2 CO 3
通 O 2 ,125 0 C
测体积差 VCO 2 w ( C)
2.1.2 吸收滴定法 吸附剂吸附被测组分(混合气体)，再用标准滴 定法。存在的两种反应是：吸收反应和滴定反应。 例如：
1.2 气体分析的意义和特点
在工业生产中为了正常安全生产，对各种工业气 体都要经过分析，了解其组成。
对化工原料气，分析后才能正确配料；中间产品 气体分析可判断生产是否正常；进行燃料燃烧后生成 的烟道气分析可了解燃烧是否正常；分析厂房空气， 可了解通风、设备漏气等情况，检查有无有害气体， 确定是否危及生命及厂房安全。
样品用便携式空气采样器或恒温自动连续采样 器采集，采样后应尽快测定，否则应置于低温暗处 存放。
6.4 二氧化硫气体的测定
在大气中最常见，危害最大。 测定SO2最常用的方法是盐酸副玫瑰苯胺比色法， 吸收液是四氯化汞钠，由于汞有毒，近年来用甲醛代 替汞盐作吸收液： SO2被甲醛缓冲液(甲醛-CDTA-KHP)吸收后生成 稳定的羟甲基磺酸加成物，碱化后加成物分解，释放 出SO2与副玫瑰苯胺、甲醛反应，生成紫红色化合物， λmax＝577nm。
③CO 用亚铜盐的氨溶液作吸收剂。 Cu2Cl2+2CO＝ Cu2Cl2•2CO Cu2Cl2•2CO+4NH3+2H2O＝ H4NCO－Cu－Cu－CONH4+2NH4Cl ④不饱和烃 溴水能与不饱和烃生成溴代烃，是不饱和烃良好 的吸收剂。 CH2=CH2+Br2＝CH2Br－CH2Br ⑤SO2 碘是SO2的常用吸收剂，但碘是氧化性物质，试 样中的还原性气体会干扰测定，须预先除去。
例如测定混合气体中的微量乙炔：当混合气体通 过亚铜盐的氨溶液时，乙炔被吸收，与亚铜盐反应生 成紫红色的乙炔亚铜胶体溶液，溶液颜色的深浅与乙 炔含量成正比，因此可进行光度分析，从而计算出乙 炔的含量。
2.2 气体吸收剂
用来吸收气体的试剂称作气体吸收剂。吸收剂种 类包括液态和固态，如KOH溶液是CO2的良好吸附剂， 固态海绵状钯是H2的良好吸附剂。 常见的气体吸收剂：
c.焦炉煤气：H2 、CH4 (煤>800℃炼焦油气态产 物 )。
d.水煤气：CO、H2 (水蒸气和炽热的煤作用， 得到半水煤气)。 e.硫铁矿焙烧炉气：6~9% SO2 用于制造硫酸。 f.石灰焙烧窑气：CO2 32-40% 用于制碱和制糖 工业。 (2)气体燃料
上述天然气、炼油气、焦炉煤气、水煤气及半 水煤气等，除了作为化工生产原料气体之外，也可 作为装有吸附剂的吸附瓶来进行吸 收，吸附剂的顺序必须合适，否则会干扰测定。 例：煤气分析 P100-101 混合气与吸附剂作用情况表 CO2 CnHm O2 CO CH4 H2 N2 编号 KOH (33%) √ (1) √ √ (2) 饱和溴水 焦性没食子 √ √ (3) 酸的碱溶液 氯化亚铜 √ √ √ √ (4) 氨溶液 燃烧法 √ √ √ √ √ √ (5)
第五章
气体分析
1 概述 2 气体化学吸收法 3 气体燃烧分析法 4 其它分析方法简介 5 常见气体分析仪 6 工业废气的测定
1 概述 1.1 工业气体的种类 工业生产中常使用气体作为原料或燃料；化工生 产的化学反应常常有副产物而产生废气，燃料燃烧后 也生产废气(如烟道气)；生产厂房空气中常混有一定 量生产气体。 所以工业气体可分为五大类：化工原料气、气体 燃料、气体产品、废气和厂房空气。 (1)化工原料气 a.天然气：主要是 CH4›95% (煤或石油组成物的 分解产物)。 b.炼油气：CH4及其它低分子量的C、H化合物。
NaOH 经过H 2O 2溶液 检验 H 2SO 4 钢铁样品 SO 2
2.1.3
吸收重量法
综合应用吸收法和重量分析法，测定气体物质或 可以转化为气体物质的元素含量的方法。例如：有机 化合物中有C和H，在O2气流中燃烧，CO2用碱石棉 吸收，H2O用过氯酸镁吸收，然后根据吸附剂增加的 重量计算C、H的含量。 2.1.4 吸收光度法 综合应用吸收法和光度法，测定气体物质或可以 转化为气体物质的元素含量的方法。使混合气体通过 吸收剂，待测气体被吸收后与吸收剂作用生成有色物 质，或吸收后再进行显色反应，其颜色深浅与待测气 体的含量成正比，在光度计上测定溶液的吸光度，可 计算出待测气体的含量。
优点是CuO使用后，可在400℃通入空气使之氧 化即可再用；无需通入O2，可减少一次体积测量误 差，并且测量后的计算也可简化。 氧化铜燃烧法的反应方程式：
H 2 + CuO H 2 O + Cu
350- 400o C
o > 280 C
CO + CuO CO 2 + Cu
CH 4 + CuO CO 2 + 2H 2 O + Cu
②供气体进行吸收作用的吸收瓶：
气泡式 吸收瓶 接触式
③供气体进行燃烧反应的部件：
爆燃管（爆燃球） 燃烧管 缓燃管 氧化铜燃管
④连接量气管、吸收瓶及燃烧管的梳形管
⑤控制气体流动的普通、三通、四通旋塞 5.2 气体分析仪 P111-112 奥氏气体分析仪、苏式气体分析仪 5.3 气体分析仪应用实例－－煤气全分析P112-116
6.3 氧化氮气体的测定 大气中氮的气体物有亚硝酸、硝酸、N2O、NO、 NO2、NO3、N2O4、N2O5等，测定前需转化为NO2。
测定NO2的一般方法是基于NO2-与芳香族胺反 应生成偶氮染料，用比色法定量：
空气中的NO2与吸收液中的对氨基苯磺酸进行 重氮化反应，再与N-(1-萘基)乙二胺盐酸盐作用， 生成粉红色的氮染料，在波长540~545nm处测定吸 光度。
3.2.2 体)
二元可燃性气体含量的测定(含两种可燃性气
先吸收除去干扰组分，经空气或充分的O2燃烧 后，测V缩、VO2或VCO2，列出相关的方程式，组成 二元一次组求解。 P106~108例5-3、例5-4 、例5-5
3.2.3 体)
三元可燃性气体含量的测定(含三种可燃性气
同样先吸收除去干扰组分，经空气或充分的O2 燃烧后，测V缩、VO2或VCO2，列出相关的三元一次 方程组求解。 P108例5-6
2.3.2
(1)KOH溶液只吸附CO2；
(2)饱和溴水只吸附不饱和烃，其他的不干扰， 但是要用碱溶液除去吸附时混入的溴重气，此时 CO2也被吸附故排在KOH之后；
(3)焦性没食子酸的碱溶液能吸附碱性气体CO2， 所以排在KOH之后；
(4)氯化亚铜氨溶液不但吸附CO而且吸附CO2 、 O2、CnHm等，故应为第4位。
3.1.2
缓慢燃烧法
可燃气体与空气或氧气混合，且浓度控制在爆 炸极限以下，使之经过炽热的铂质螺丝而引起缓慢 燃烧。 特点：需时太长。适合于可燃性组分浓度较低 的混合气体或空气中可燃物的测定。
缓慢燃烧装置见P104图5－2。
3.1.3 氧化铜燃烧法 利用氧化铜在高温下的氧化活性，使可燃性气 体缓慢燃烧。 特点：不要加入燃烧所需氧，所用的氧气由氧 化铜还原得出。