第八章 气体成分分析
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分类
缓燃法 氧化铜燃烧法
几个概念
✓ 爆炸上限：使可燃性气体能引起爆炸的最高含量 (含量指可燃性气体与空气或氧气的 浓度关系百分比)。
✓ 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。
例如： 氢气的爆炸极限是：4.1～ 74.2％。即氢气在空气
CO2 CnHm O2
CO CH4 H2 N2
编 号
KOH (33%) √
(1)
饱和溴水
√ √ (2)
焦性没食子
酸的碱溶液 √
√
(3)
氯化亚铜 氨溶液
√
√
√
√
(4)
燃烧法
√ √ √ √ √ √ (5)
√表示发生了相互作用或干扰； 表示不干扰
规律总结：
(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；
混合 气 仪器 (特定试 )剂 吸 收 被测物与试剂
产 生 体积 差 定
例如：混合气：
O2 N2 K OH (特定 试剂 )O2和N2不被吸收 CO2
钢铁样中C的测定：
固体 通 O2 ,12 50C 0C O2O2 K O HO K22CO3
测 体 积 差 VCO2 (C)
(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。
1.2 吸收滴定法
综合使用吸收法和滴定法。吸收剂吸收被 测组分，然后用标准滴定法滴定。存在的两种 反应是：吸收反应和滴定反应
氖氦氪氙气体组分含量
氖氦氪氙气体组分含量1.引言1.1 概述概述部分的内容：氖氦氪氙气体是地球大气中的稀有气体成分，具有广泛的应用价值和重要的科学研究意义。
氖、氦、氪和氙是四种最常见的惰性气体，它们具有高度的稳定性和极低的反应性，因此在自然界中很少与其他元素形成化学反应。
这些气体在地球大气和宇宙空间中的分布是不均匀的，其含量和比例也存在一定的差异。
氖气（Ne）是地球大气中含量第五多的元素，约占大气成分的0.0018。
氖气的主要来源有两个：一是来自太阳风通过地球的磁场进入地球大气层；二是来自地壳中某些矿石的放射性衰变产物释放出的氖气。
氖气广泛应用于照明、激光、电视和其他电子设备等领域。
氦气（He）是地球大气中含量第二多的元素，约占大气成分的0.000524。
氦气主要来源于地球内部的岩石和矿石中，通过地壳的裂隙逸出到大气中。
氦气具有极低的密度和热导率，因此在科学研究和工业生产中具有广泛的应用。
氪气（Kr）是地球大气中含量很少的元素，约占大气成分的0.000114。
氪气的主要来源是地球内部的放射性衰变过程中释放出的氪气，以及某些矿石中的氪气。
氪气在照明、航空航天、核能技术等领域有重要应用。
氙气（Xe）是地球大气中含量极少的元素，约占大气成分的0.000009。
氙气主要来源于放射性元素的衰变，如铀和钍的衰变过程中会释放氙气。
氙气由于具有较高的熔点和沸点、较大的原子质量和较高的稳定性，因此在照明、医学、科学研究等领域有广泛的应用。
总之，氖氦氪氙气体是地球大气中的稀有气体成分，它们的含量和分布直接影响着地球大气的性质和科学研究的发展。
在未来的研究中，我们可以进一步探索氖氦氪氙气体的来源、分布规律和应用前景，以推动相关领域的发展和创新。
1.2文章结构文章结构部分的内容可以如下所示：1.2 文章结构本篇长文按照以下结构展开对氖、氦、氪、氙气体组分含量的讨论：2. 正文2.1 氖气体组分含量2.1.1 氖气体的概述2.1.2 氖气体的含量分布2.2 氦气体组分含量2.2.1 氦气体的概述2.2.2 氦气体的含量分布2.3 氪气体组分含量2.3.1 氪气体的概述2.3.2 氪气体的含量分布2.4 氙气体组分含量2.4.1 氙气体的概述2.4.2 氙气体的含量分布通过这样的结构安排，我们将依次详细介绍每种气体的概述和含量分布情况，以达到对氖、氦、氪、氙气体组分含量的全面探讨。
气体成分分析
一、氧化锆氧量分析仪的基本工作原理 1. 氧化锆固体电解质导电机理 电解质溶液依靠离子导电。某些固体也具有离子导电的性质。 固体电解质------具有某种离子导电性质的固体物质。 固体电解质是离子晶体结构，温度越高，导电性能越强。
氧离子固体电解质------能传导氧离子的固体电解质。
氧化锆是一种固体电解质。纯氧化锆基本上不导电，但参杂了 一些氧化 钙、氧化钇等稀土元素后，具有高温导电性。 如在氧化锆中掺杂一些氧化钙，Ca 置换了Zr原子的位置，由于Ca2+和Zr4+ 离子价不同，在晶体中形成许多氧空穴。 在高温（7500C以上）下，如有外加电 场，就会形成氧离子（O2-）占据空穴 的定向运动而导电。带负电荷的氧离子 占据空穴的运动，也就相当于带正电荷 的空穴做反向运动。此即氧化锆固体电 解质的导电机理。与P型半导体靠空穴 导电的机理类似。
① 排放限值 ② 检测车辆 ③ 测试环境
④ 测试设备
⑤ 测试循环 ⑥ 取样方法 ⑦ 检测操作 ⑧ 数据处理
测试循环
欧洲轻型车标准测试循环
十三点工况法
美国城市标准 测试循环
采样方法
① 直接取样(Direct Sampling)：存在冷凝、吸附问题 ② 定容取样（CVS—Constant Volume Sampling)：稀释采样 ③ 全流法（Full Flow Sampling) ④ 部分流法(Proportional Sampling)
由φ 1=2.0 %时的试 验数据可见，T变化， 但：
（m V） (K)
E const Et 11.2
所以可以进行温 度补偿。
第 3 节
一、概述
色谱法测量气体成分
色谱法是重要的近代分析手段之一。它对被分析的多组分混合物采取先分离， 后检测的方法进行定性、定量的分析。具有取样量少、效能高、分析速度快、定 量结果准确的特点。 原理 待分析的混合物样品在流动气体或液体（流动相）的推动下流经一装有填充 物 （固定相）的管子（色谱柱），受固定相的吸附或溶解作用，样品中的各 组分在固定相和流动相中产生浓 度分配。由于固定相对各组分的 吸附或溶解能力不同，因此各组 分在流动相和固定相中的浓度分 配也不同，导致各组分丛色谱柱 流出的时间不同，从而使各组分 分离。
初中化学《空气的成分》教案
初中化学《空气的成分》教案一、教学目标：1. 让学生了解空气的成分及各成分的体积分数。
2. 培养学生运用实验、观察、分析等方法探究空气成分的能力。
3. 增强学生对环境保护的认识，培养学生的环保意识。
二、教学内容：1. 空气的成分：氮气、氧气、稀有气体、二氧化碳及其他气体。
2. 各成分的体积分数：氮气约占78%，氧气约占21%，稀有气体约占0.94%，二氧化碳约占0.03%，其他气体和杂质约占0.03%。
3. 空气成分的相对稳定性。
三、教学重点：1. 空气的成分及各成分的体积分数。
2. 空气成分的相对稳定性。
四、教学难点：1. 空气中各成分的体积分数的计算和理解。
2. 空气成分的相对稳定性的概念和解释。
五、教学方法：1. 采用实验、观察、分析等方法引导学生探究空气成分。
2. 运用多媒体课件辅助教学，直观展示空气成分的实验现象和数据。
3. 采用小组讨论、问答等形式，激发学生的学习兴趣和参与度。
4. 注重培养学生运用科学知识解决实际问题的能力。
【课堂导入】教师通过展示空气的照片，引导学生思考空气的来源和组成，激发学生的学习兴趣。
【新课讲解】1. 教师介绍空气的成分，引导学生了解氮气、氧气、稀有气体、二氧化碳及其他气体的存在。
2. 教师讲解各成分的体积分数，让学生掌握氮气约占78%，氧气约占21%，稀有气体约占0.94%，二氧化碳约占0.03%，其他气体和杂质约占0.03%的数据。
3. 教师通过实验或多媒体课件展示空气成分的实验现象，让学生观察和分析空气成分的相对稳定性。
【课堂练习】1. 教师布置练习题，让学生计算空气中各成分的体积分数。
2. 教师组织学生进行小组讨论，探讨空气成分的相对稳定性在生活中的应用。
【课堂小结】【课后作业】1. 学生完成练习题，加深对空气成分的理解。
六、课堂活动：1. 学生进行空气成分的实验，如用气球收集空气样本，并用化学试剂检测氮气、氧气等成分。
2. 学生观察实验结果，记录各成分的体积分数。
气体成分分析
能斯特方程
• 氧浓差电势的大小由能斯特方程给出：
RT p 2 E ln nF p1
式中 • • • • E－氧浓差电势（V)； F—法拉第常数； R－理想气体常数； T－热力学温度（K)； n－一个氧分子从正电极带到负电极的电子数，n=4 。
• 实际应用时，取空气做气体2，其含氧 量2和氧分压p2固定不变。气体1即 被分析的气体。如果被分析的气体和 参比气体（空气）的总压均为p，则式 （8－1）可写成：
1、氧化锆管
• 测氧计的发送器，有封头式和无封头式两 种。
• 两个铂电极分别附在内外壁上，用铂 丝作为电极引出线。 • 要求：性能稳定，复制性好，孔隙小， 纯度高等。铂电极具有多孔性。
2、补偿式测量系统 E T (0.0338 0.0496 lg )
1
• 为得到氧浓差电势与被测含氧量的单一 关系，方法之一就是在测量系统中加入 温度补偿回路对温度变化进行补偿。 • 工作时，氧化锆管直接装在温度约为 650～7600C处，插入深度1.5m左 右，以满足其工作温度要求。
氧浓差电势和K型热电偶的热电势随温度的变化 基本相等，二者之差基本与温度无关。
最简单的补偿系统
• 在氧化锆管内装一只K型热电偶，使氧化锆 输出的氧浓差电势和K型热电势反向串联， 然后送至二次仪表。
• 此方法，不能得到完全补偿，但系统 简单，工业应用广泛。 • 如更精确进行补偿，可采用更复杂的 电路结构或恒温装置。
• 当红外辐射穿过待测组分的长度和入射强 k 度一定， 对于特定待测组分是常数，透 过红外辐射强度仅是待测组分物质的量浓 度的单值函数。通过测定透射的红外辐射 强度，可确定待测组分的浓度。
二、红外气体分析仪系统工作原理
• 单组分红外气体分析仪
第八章-气体成分分析
热电势/mV 29.13 29.97 30.81 31.64 32.46
差值/mV 19.75 19.92 20.08 20.26 20.44
随温度变化，氧浓度差电势和热电势变化基本相等，二 者之差基本相等，由此可得到一种较为简单的补偿系统
氧化锆氧量计的测量系统
• 氧化锆产生的氧浓差电势和反串的热电势 之差都可以远传到二次仪表
氧化锆氧量计
• 8.1.1 氧化锆测氧原理
• 氧浓差电势：一块氧化锆两侧分别附上一个多孔铂 电极，并使其处于高温下。如果两侧氧含量不同， 那么两个电极间就会出现电动势，此电动势是由于 固体电解质两侧气体的含量浓度不同而产生的，故 称为氧浓差电势，这样的装置叫做氧浓差电池
－
P1
O 2 O 2
φ1
Q 载气流量，单位为mL / s
气相色谱分析仪
• 浓度型－热导池检测器,几乎对所有组分都具有灵 敏度、且简单可靠，故十分广泛
引出线
R1
R2
纯
R3
R1
载
气
参比室 测量室
R3
R4
色谱柱流 出气体
气相色谱分析仪
• 质量型－氢火焰电离检测器，分析碳氢化合物组分， 具有很高灵敏度，对CO、CO2几乎没有灵敏度
点火丝 空气
喷气口
收集电极 放大器 放空
H2 载气
用于定性和定量分析过程
• 定性分析 • 根据色谱峰图确定被分析的混合物中含有何种
物质，为定性分析
• 利用保留时间定性分析：因为在操作条件一定 时，每一种组分的保留时间是一定的。标定好 各组分的保留时间，将测得的保留时间与之比 较来判断某一组分是否存在以及每一色谱峰值 对应的组分
• 局限性：
gas成分
gas成分一、概述气体（Gas）是一种无色无味的气态物质，在一定条件下可以转变为液体或固体。
在化学和工业领域中，气体是极其重要的一部分，其成分的确定对于科学研究、工业生产、环境保护等方面具有重要意义。
本文将对气体成分的分类、检测方法、应用等方面进行详细介绍。
二、气体成分的分类根据气体成分的来源和性质，气体可分为以下几类：1. 大气气体：大气中自然存在的气体，如氧气、氮气、氩气等。
2. 工业气体：在工业生产过程中产生的气体，如二氧化碳、氨气、氢气等。
3. 有害气体：对人体和环境有害的气体，如一氧化碳、硫化氢、二氧化硫等。
4. 可燃气体：具有可燃性的气体，如甲烷、乙烯、乙炔等。
5. 惰性气体：化学性质不活泼的气体，如氦气、氖气、氩气等。
三、气体成分的检测方法气体成分的检测方法有多种，以下列举几种常用的检测方法：1. 气相色谱法（GC）：利用不同物质在色谱柱上的吸附或溶解能力不同，在流动相和固定相之间形成不同的分配比，从而实现分离和检测。
该方法适用于多种气体成分的同时检测。
2. 质谱法（MS）：利用高能电子束轰击样品分子，使其失去电子成为带正电荷的离子，通过分析离子的质荷比实现组分的定性和定量分析。
该方法具有高灵敏度和高分辨率的特点。
3. 紫外可见光谱法（UV-Vis）：利用不同气体分子对紫外可见光的吸收光谱不同，通过测量特定波长下的透过率实现对气体成分的定性和定量分析。
该方法具有操作简便、快速的特点。
4. 红外光谱法（IR）：利用不同气体分子对红外光的吸收光谱不同，通过测量特定波长下的透过率实现对气体成分的定性和定量分析。
该方法对于某些特定气体具有高灵敏度和高分辨率的特点。
5. 热导法（TC）：利用不同气体分子导热系数不同，通过测量气体的导热系数实现对气体成分的定性和定量分析。
该方法适用于多种气体的检测，但需要严格控制温度和压力条件。
四、气体成分的应用气体成分在多个领域中具有广泛的应用：1. 科学研究：在化学、生物学、地球科学等领域中，需要进行大量的气体分析以研究物质的性质和变化规律。
气体组分分析
1、天然气简介天然气是蕴藏在底层内的可燃性气体，化学组分以甲烷为主。
按来源不同分为4种：1.气田气 2.油田伴生气 3.凝析气田气 4.矿井气。
按贮运方式不同分为3种：1.管道天然气 2.压缩天然气 3.液化天然气2、天然气技术要求分析检验2.1质量要求在操作压力和温度下，压缩天然气肿不应该存在液态烃。
天然气作为化工原料时对其质量也有严格的要求。
2.2.组成分析检验（1）.测定意义天然气组分不仅决定其使用特性，而且还对有关工艺设计、核算和实际使用有重要意义。
（2）.分析检验方法天然气组成是指天然气中所含的各组分及其含量。
通常分析天然气中甲烷、乙烷等烃类组分和氮气、二氧化碳等常见非烃类组分含量。
2.3天然气分析常见分析：测定氮气、二氧化碳、甲烷至戊烷的含量，有时还包括六碳上的烃类（C6+）、氦气、氢气等组分。
延伸分析：测定摩尔质量大于己烷的各类烃类的含量，如分析到十二烷，十六烷甚至更高碳数的组分。
2.3.1方法原理——外标法：在同样操作条件下，分别将气样和等体积含有待测组分的标准气体混合物进样，得到色谱图，然后比较气样与标准气中相应组分的峰值，用标准气的组成数据计算气样相应组分的含量。
优点：具有较高的准确性，数据可比性和可信度强。
缺点：必须使用标准气，易受现场条件的限制；要求仪器的操作条件稳定，进样必须能够重复。
2.3.2天然气分析用色谱柱：吸附柱其作用为：完全分离氧气、氮气、氦气、氢气和甲烷等。
常用固定相：13X和5A分子筛、活性炭、GDX－101、PORAPAK R等。
多采用填充柱。
分离柱其作用为：分离二氧化碳、乙烷到戊烷之间的各组分。
常用的固定相：非极性或弱极性的固定液，如邻苯二甲酸二丁酯、BMEE 、SE-30等。
填充柱或毛细管柱2.4单柱分析过程：如果天然气试样中氧气、氮气含量很小或不需要测定，分析时用氢气或氦气作载气，使用热导检测器，用一根分配色谱柱可以分离其中的烃类和二氧化碳。
如用柱长为7m的25％BMEE…双-2-(2-甲氧基乙氧基)乙基醚‟/chromosorb P 的色谱柱分析，进样0.25mL，待正戊烷出峰后，再反吹出己烷及更重的组分，谱图如下：天然气的典型色谱图1－甲烷和空气；2－乙烷；3－二氧化碳；4－丙烷；5－异丁烷；6－正丁烷；7－异戊烷；8－正戊烷；9－庚烷和更重组分；10－己烷定量方法在同样条件下分别注入分析试样和标准气样，将两张谱图中的同组分的峰高或峰面积进行比较，正戊烷以前的组分含量按下式分别计算：式中：y i 、y s,i ——分别为样品中i 组分和标气中i 组分的摩尔分数，％；H i 、H s,i ——分别为气样中和标气中i 组分的峰高(或峰面 积)，mm （或mm2）。
化学气体成分与摩尔比
注意事项：混合气体的摩尔比受温 度、压力等因素影响，需要根据实 际情况进行调整。
气体混合物的摩尔比计算
定义：摩尔比是指气体混合物中各组分的摩尔数之比 计算公式：摩尔比=n1/n2=m1/m2=M1/M2 应用：摩尔比在化学实验、工业生产和科学研究中都有广泛应用 注意事项：计算摩尔比时，需要注意各组分的摩尔数必须相同，否则无法计算。
尔比
实验方法：通过实验测量 气体成分和摩尔比
实验结果：得出化学气体 成分与摩尔比的关系
实验仪器与试剂
气相色谱仪： 用于分析化学
气体成分
摩尔比计算器： 用于计算摩尔
比
气体采样器： 用于采集化学
气体样本
试剂：包括各 种标准气体、 缓冲溶液等， 用于实验过程 中的反应和检
测
实验步骤与实验操作
准备实验材料：化学气体、摩尔比计算器、 记录实验数据：记录实验过程中的各项
气体成分对摩尔比的影响
气体成分不同， 摩尔比也不同
气体成分的摩 尔比决定了气
体的性质
气体成分的摩 尔比对化学反 应有重要影响
气体成分的摩 尔比对气体的 物理性质也有
影响
摩尔比对气体成分的影响
摩尔比是气体成分的相对含量
摩尔比对化学反应速率有影响
添加标题
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摩尔比对气体性质有重要影响
添加标题
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摩尔比的单位
摩尔比是指物质A和物质B 的摩尔数之比，通常用符
号a/b表示。
摩尔比的单位是摩尔/摩尔， 即mol/mol。
摩尔比可以表示为物质的 量浓度之比，即cA/cB。
摩尔比也可以表示为物质 的量分数之比，即xA/xB。
摩尔比的计算方法
摩尔质量：物质 的质量与摩尔质 量的比值
检验呼出气体成分的实验 实验步骤
检验呼出气体成分的实验实验步骤一、实验目的二、实验原理三、实验仪器与试剂四、实验步骤1. 实验前准备2. 样品采集3. 实验操作五、数据处理与分析六、实验注意事项一、实验目的本实验旨在通过检测呼出气体成分，了解人体代谢过程中产生的气体成分，以及对人体健康的影响。
二、实验原理人类新陈代谢过程中会产生多种气体成分，如二氧化碳、氧气、甲烷等。
呼出气体成分检测是通过采集被试者呼出的气体，利用化学方法或仪器检测其中各种成分的含量和比例。
三、实验仪器与试剂1. 气相色谱仪：用于检测呼出气体中各种成分含量和比例。
2. 呼吸袋：用于采集被试者呼出的气体样品。
3. 氮气：用于清洗仪器。
4. 氦气：用于提供载气。
四、实验步骤1. 实验前准备（1）根据所选样品数量，准备相应数量的呼吸袋。
（2）检查气相色谱仪的状态，确认仪器正常工作。
（3）清洗气相色谱仪，使用氮气将仪器内部清洗干净。
2. 样品采集（1）被试者在空腹状态下，吸入深呼吸数次，然后用力呼出全部空气到呼吸袋中。
（2）封口呼吸袋，并在标签上标明样品编号和采集时间。
3. 实验操作（1）打开气相色谱仪电源，等待预热。
（2）设置分离柱和检测器参数，调整载气流速和进样量。
（3）将呼出气体样品注入进样口，并启动自动进样程序。
（4）记录检测结果，并保存数据。
五、数据处理与分析根据实验结果计算出各种成分的含量和比例，并进行统计分析。
根据不同被试者的结果进行对比分析，探讨影响人体代谢产生不同气体成分的因素。
六、实验注意事项1. 实验前应对设备进行检查和清洗，确保设备正常工作。
2. 采集样品时应注意卫生和安全问题，避免交叉污染和伤害。
3. 实验操作时应严格按照仪器说明书和实验流程进行，避免误操作和数据失准。
4. 实验后应及时清理设备和样品，保存好数据和记录。
课件：第08章 气体成分分析
操作特点及注意事项 体 积 最 小 的 气体 测试 仪器 ，适 合燃烧效率测试用。 要定期充电，定期更换滤芯。 缺点：不能打印。
携 带 方 便 ， 可测 量氮 氧化 物， 要定期充电，定期更换滤芯。
携 带 较 方 便 ，可 测量 燃烧 产物 较 全 ， 要 定 期充 电， 定期 更换 滤芯。
23
5、Model 41C 的工作原理（CO2分析仪）
• 工作原理：基于CO2吸收红外光。
工作步骤：
样品通过采样管进入仪 器，如右图。
样品流过光具座。来自
红外光源的辐射光通
过一个在CO2和N2之 间交替的气体消光片，
再通过一个窄带通干
涉滤波器进入光具座
被进入的样品气体吸
收。由红外检测器检
测辐射光信号。
7、 SO2分析仪（ Model 43C ）
• Model 43C 的工作 原理是基于SO2分子 吸收紫外光，在某 一波长受到激励后 衰减到较低的能级 后在另一个不同的 波长发射紫外光。 其反应公式如下
• SO2 + hv1 SO2* SO2 + hv2
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• 样品通过采样管进入仪器，首先进入碳氢化合物脱除器，通过对样 品中的碳氢化合物加压使之渗透过中心管的管壁将样品中的碳氢化 合物脱除，而SO2 分子在通过碳氢化合物脱除器时不受影响。
• 干空气通过干空气管进入仪器，先通过一个流量传感器， 再通过一个无声放电臭氧器。臭氧器产生化学发光法所需 的必要的臭氧浓度,臭氧与采样气中的NO反应产生电子受激 的NO2分子，封装在热电冷却器中的光电倍增管来检测NO2 的光强。
• 在NO方式和NOx方式中的NO和NOx的浓度计算存储在内存 中，这两种浓度之间的差别用来计算NO2浓度。
气体分析
气体燃烧分析法
缓慢燃烧法
爆炸法
氧化铜燃烧法
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。
的意义和特点
的意义
的特点
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 。
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。
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。
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。
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。
的方法分类
1、化学分析法： 吸收法、燃烧法等。 2、物理分析法： 密度、热导率、折射率、热值等。 3、物理化学分析法： 电导法、色谱法、红外光谱法等。
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。
空气的成分化学知识点解析
空气的成分化学知识点解析1、空气的成分：氮气占78%,氧气占21%,稀有气体占0.94%,二氧化碳占0.03%,其它气体与杂质占0.03%2、主要的空气污染物：no2、co、so2、h2s、no等物质3、其它常见气体的化学式：nh3（氨气）、co（一氧化碳）、co2（二氧化碳）、ch4（**）、so2（二氧化硫）、so3（三氧化硫）、no（一氧化氮）、no2（二氧化氮）、h2s（硫化*）、hcl（*化*）4、常见的*根或离子：so42-(硫*根)、no3-(**根)、co32-(碳*根)、clo3-(**)、mno4-(高锰*根)、mno42-(锰*根)、po43-(**根)、cl-(*离子)、hco3-(碳**根)、hso4-(硫**根)、hpo42-(***根)、h2po4-(**二*根)、oh-(*氧根)、hs-(硫*根)、s2-(硫离子)、nh4+(铵根或铵离子)、k+(钾离子)、ca2+(钙离子)、na+(*离子)、mg2+(镁离子)、al3+(铝离子)、zn2+(锌离子)、fe2+(亚铁离子)、fe3+(铁离子)、cu2+(铜离子)、ag+(银离子)、ba2+(钡离子)各元素或原子团的化合价与上面离子的电荷数相对应：课本p80一价钾**和银，二价钙镁钡和锌；一二铜*二三铁，三价铝来四价硅。
（氧-2，*化物中的*为-1，*-1，溴为-1）（单质中，元素的化合价为0；在化合物里，各元素的化合价的代数和为0）5、化学式和化合价：（1）化学式的意义：①宏观意义：a.表示一种物质；b.表示该物质的元素组成；②微观意义：a.表示该物质的一个分子；b.表示该物质的分子构成；③量的意义：a.表示物质的一个分子中各原子个数比；b.表示组成物质的各元素质量比。
（2）单质化学式的读写①直接用元素符号表示的：a.金属单质。
如：钾k铜cu银ag等；b.固态非金属。
如：碳c硫s*p等c.稀有气体。
如：氦(气)he氖(气)ne氩(气)ar等②多原子构成分子的单质：其分子由几个同种原子构成的就在元素符号右下角写几。
初中化学气体图谱分析教案
初中化学气体图谱分析教案教学内容：气体的特性与气体图谱分析教学目标：1. 了解气体的特性和气体图谱分析的重要性；2. 掌握常见气体的图谱特征和分析方法；3. 能够通过气体图谱分析确定气体的种类和含量。
教学步骤：一、导入通过展示一幅气体图谱，引发学生对气体的兴趣，激发学生的学习欲望。
二、介绍气体的特性1. 气体是无定形、无固定体积、可自由扩散的物质；2. 气体有压强、温度和体积等性质。
三、介绍气体图谱分析的原理1. 气体图谱是利用气相色谱仪分离气体混合物中各种气体成分的方法；2. 气体图谱通过记录不同气体成分的峰值位置和峰面积来分析气体成分和含量。
四、常见气体的图谱特征和分析方法1. 氧气：峰值位置在保持时间为1.9分钟处，含量可以通过峰面积计算；2. 氮气：峰值位置在保持时间为2.5分钟处，含量可以通过峰面积计算；3. 二氧化碳：峰值位置在保持时间为3.7分钟处，含量可以通过峰面积计算。
五、实验操作1. 展示氧气、氮气、二氧化碳的气体图谱，并解释图谱特征；2. 让学生通过观察气体图谱来确定混合气体中各种气体的含量。
六、总结与评价1. 总结气体图谱分析的重要性和方法；2. 对学生的实验操作和分析结果进行评价。
七、作业布置布置作业：让学生自行寻找其他气体的图谱特征和分析方法，并撰写一份小结。
【延伸拓展】1. 可以邀请专业的化学家或化学工程师来进行气体图谱分析的实验演示，让学生亲身体验气体图谱分析的过程；2. 可以引导学生开展气体图谱分析实验，并进行结果分享和讨论，提高学生的实验技能和分析能力。
教学反思：通过本节课的教学，学生能够了解气体的特性和气体图谱分析的原理，掌握常见气体的图谱特征和分析方法，提高学生的实验技能和分析能力。
在实际教学过程中，可以根据学生的实际情况进行调整，引导学生主动参与学习，提高学生的学习兴趣和学习效果。
【结束语】通过本节课的学习，希望学生能够了解气体的特性和气体图谱分析的重要性，掌握气体图谱分析的方法和技巧，为将来的学习和科研打下坚实的基础。
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• 强度仅仅是待测组分物质的量浓度的单值函数
红外气体分析仪
单组分红外气体分析仪系统
1
5 2 3 4 6 7 8 9 10 11
1－凹面反射镜；2－红外光源；3－切光片；4－马达；5－参 考气室；6－样品气室；7－干涉滤光片；8－聚光镜；9－红 外探测器；10－信号放大器；11－显示器
红外气体分析仪
浓差 电势 － 温差 电势 ＋
二次仪表
－ ＋
氧化锆氧量计的测量系统
温度/°C 700 氧浓差电势/mV 44.88 热电势/mV 29.13 差值/mV 19.75
720
740 760
49.89
50.89 51.90
29.97
30.81 31.64
19.92
20.08 20.26
780
52.90
32.46
n--理论塔板数 VR--组分的保留体积 tR--组分的保留时间 y1/2--半峰宽 •进样量越大，色谱峰越高 •保留体积越大，色谱峰越低 •柱效越高，色谱峰越高 •早流出的谱峰高且窄 •后流出的谱峰低且宽
3组分含量 4 信号被分 离后记录
1 2 3 6 5 11
7
8
9
10
12
13 Ra Rb Rc Sa Sb Sc
1－红外光源；2－马达；3－切光片；4－光源；5－光电二极 管；6－放大器；7－样品室；8－红外探测器；9－信号放大器； 10－分离器；11、12、13－显示器
红外气体分析仪
• 红外气体分析仪除了对单原子气体（He、Ne、 Ar等）和双原子气体同核分子（如O2、N2、 H2等）不能分析外，其他具有偶极矩的气体 分子都可以分析 • 精度高，灵敏度高，反应迅速等独特优点
气体成分分析技术
• 电化学方法测气体成分-氧化锆氧量计
• 红外法测多原子分子的气体成分（ CO 、 CO2、SO2）－红外气体分析仪 • 化学荧光法测NOx • 光谱分析技术:傅立叶红外光谱分析仪 （FTIR）、气相色谱仪(GC)、原子发射光 谱仪(ICP)
一、氧化锆氧量计
• 氧化锆氧量计是近30年发展起来的一种烟气 氧含量分析测量仪表 • 结构简单、灵敏度高、测量范围大、响应快 • 氧化锆的特性：固体电解质、离子导电特性、 升温过程晶相变化，会出现降氧离子空穴， 降温过程中反过来进行；当掺进去CaO时， 会产生很大浓度的氧离子空穴，推动氧离子 运动的能力就强，分析氧离子含量变化的分 辨率高
氧化锆氧量计
• 实际应用中，取空气做气体2（参比气体）， 其含氧量φ2和氧分压p2固定不变，气体1即被 分析的气体 • 如果被分析气体和参比气体的总压都是p，则 可都采用相对压力p1/p，能斯特方程变为：
RT p2 / p E ln nF p1 / p
E T (0.0338 0.0496lg1)
气相色谱分析仪
• 色谱柱管对样品应无吸附性，不起化学反应。 常用的有玻璃管、不锈钢管、铜管。形状多 为U型或螺旋形 • 固定相应根据被测组分进行选择 • 气固色谱中，常用固定碳黑、分子筛、硅和 多孔性高分子微球等 • 汽液色谱中，常用液体石蜡、甘油、聚乙二 醇等，并用所谓的“担体”来支持固定液以 扩大固定液表面积 • 担体：硅藻土型、四氟乙烯和玻璃
气相色谱分析过程
• 由于载气是流动的，使样品组分在运动中 进行反复多次的分配或吸附。在载气中分 配浓度大的组分先流出色谱柱，在固定相 中分配浓度大的组分后流出色谱柱。 • 被分离的物质顺序地通过检测装置，给出 每个物质的信息，一般是一个对称或不对 称的色谱峰。通过出峰的时间和峰面积的 大小，对被分离的物质进行定性和定量的 分析。
氧化锆氧量计
• 8.1.1 氧化锆测氧原理
• 氧浓差电势：一块氧化锆两侧分别附上一个多孔铂 电极，并使其处于高温下。如果两侧氧含量不同， 那么两个电极间就会出现电动势，此电动势是由于 固体电解质两侧气体的含量浓度不同而产生的，故 称为氧浓差电势，这样的装置叫做氧浓差电池
－ P1
φ1
＋
O
2
O O
2 2
气相色谱分类
• • • • 按色谱柱分，填充柱GC和开管柱GC 按固定相状态分，气固色谱和气液色谱 按分离机理分，分配色谱和吸附色谱 按进样方式分，常规色谱、顶空色谱和裂 解色谱
• 优点：
– 分离效能高，如使用毛细管柱，每米总柱效可达106 理论塔板数，100米长的毛细管柱，2小时内从某样 品中分析出近300个组分。 – 高选择性，它可以对同位素、空间异构体、光学异构 体进行有效的分离 – 分析速度快，一般分析时间为几分钟到几十分钟，快 速分析时，1秒内可分析7个组分。
(mV)
氧化锆氧量计
• 温度T一定时，氧浓差电势E与被测气体含氧量φ1 成单值非线性函数关系，故二次仪表的刻度也是非 线性的 • 氧量信号作为调节信号时，应是线性化 • 氧浓差电势与温度有关，在测量系统中必须采用恒 温措施或对温度变化进行补偿 • 为保证一定的灵敏度，应使工作温度在600°C以 上，由于ZrO2的烧结温度为1200°C，故工作温度 不能超过1150°C • 使用此式是在气体总压和参比总压相等的条件下得 出，注意使用条件
W n c e VR 2
n V 1 2 VR
2
c-- 气相中组分的浓度 W--进样量 VR--组分的保留体积 V--载气体积 n--理论塔板数
由流出曲线方程可以推导出理论塔板数n的计算公式
VR tR n 5.54 y 5.54 y 1/ 2 1/ 2
• 局限性：
– 如果没有标准的样品供对照，在定性方面将存在很多 困难。
• 弥补办法：
– 色谱-质谱、色谱-红外光谱、色谱-原子吸收光谱
气相色谱分析过程
• 分析过程：待分析样 品在汽化室汽化后被 惰性气体（载气）带 入色谱柱，柱内含有 液体或固体固定相， 由于样品中各组分的 沸点、极性或吸附性 能不同，每种组分都 倾向于在流动相和固 定相之间形成分配或 吸附平衡。
第8章 气体成分分析
Analysis of the Gas Componant
气体成分分析的意义
• 成分分析在工业生产及科学研究中具有广 泛的用途 • 燃烧过程可以通过对烟气中的O2或CO2含量 分析或判断，了解燃烧状况 • 环境监测，就是分析大气或烟气中NOx/SO2 等有害成分的含量是否超标，CO2??? • 火灾研究中，气体成分分析，了解火灾产 生烟气中对人体健康最致命的成分含量及 排序？？？
三、气相色谱分析仪
• 气相色谱分析仪是一种多组分分析仪器，具有灵敏 度高，分析速度快，应用范围广等特点，能够完成 过去由红外分光光谱仪＋质谱仪联合完成的分析任 务，结构比二者的联合简单，价格也较便宜 • 色谱分析方法是一种混合物的分离技术，与检测技 术配合，可以对混合物的各组分进行定性或定量分 析 • 工作原理：使分析样品在“流动相”推动下流过 “色谱柱”（内装填充物，即固定相）由于样品中 各组分在“流动相”和固定相中分配情况不同，它 们从色谱柱中流出的时间不同，从而达到分离不同 组分的目的
气相色谱分析仪
• 载气系统包括载气源和压力流量调节器 • 载气应不被固定相吸附或溶解，通常用氦 气、氢气、氮气等 • 进样系统：进样需要在时间和体积上集中， 即在瞬时内进样完毕，如果样品为液体， 则进样系统还应包括气化器，把液态样品 变成气态，再随载气进入色谱柱 • 工业色谱仪，还要求能自动取样，每隔一 定时间进样一次
氧化锆氧量计的测量系统
• 氧化锆管
3 2 1 4
氧化锆管是测氧计的发送 4 器，有封头式和无封头式 两种，铂电极分别附在内、 外壁上，并用铂丝作为电 极引出线 性能稳定，复制性好，空 隙小，纯度高等 铂电极应牢固附着在氧化 锆管上，且具有多孔性
3
氧化锆氧量计的测量系统
• 补偿式测量系统 • 为得到氧浓度差电势与被测含氧量的单一关 系，方法之一就是在测量系统中加入温度补 偿回路对温度的变化进行补偿
二、红外气体分析仪
• 根据红外理论，许多化合物分子在红外波段都具 有一定的吸收带。 • 吸收带的强弱及所在的波长范围由分子本身的结 构决定 • 实际上每一种化合物的分子并不是对红外光谱范 围内任意一种波长的辐射都具有吸收能力，而是 有选择性吸收某一个或某一组特定波段内的辐射， 这个特定的波段就是分子的特征吸收带，如同 “物质指纹” • 通过对特征吸收带及其吸收光谱的分析，可以识 别分子类型，得到待测组分的含量
20.44
随温度变化，氧浓度差电势和热电势变化基本相等，二 者之差基本相等，由此可得到一种较为简单的补偿系统
氧化锆氧量计的测量系统
• 氧化锆产生的氧浓差电势和反串的热电势 之差都可以远传到二次仪表 • 温度越高，氧浓度增大，浓差电势减小， 补偿结果的准确度稍有下降 • 所以不能完全补偿，但系统简单，在工业 上应用很广 • 如需要更精确测量，可采用更复杂的电路 结构或恒温装置
Q 载气流量，单位为 mL/ s
气相色谱分析仪
• 浓度型－热导池检测器,几乎对所有组分都具有灵 敏度、且简单可靠，故十分广泛
引出线 R1 R3 纯 载 气 R3 R1 色谱柱流 出气体 参比室 测量室 R2 R4
气相色谱分析仪
• 质量型－氢火焰电离检测器，分析碳氢化合物组分， 具有很高灵敏度，对CO、CO2几乎没有灵敏度
色谱流出曲线
• 基线：在实验条件下，未进样时，检测器噪声随时间 的变化，稳定的基线是一条直线。 • 保留时间tR：指从进样开始至色谱顶点所需的时间。 • 峰底宽度W：是由色谱峰两侧拐点作垂线在基线上得 到大截距宽度。
二、工作原理
• 原理：基于组分与固定相之间的吸附或溶解作用， 相邻两组分之间的分离程度，既取决于组分在两相 间的分配系数，又取决于组分在两相间的扩散作用 和传质阻力。扩散作用与色谱过程的热力学因素有 关，传质阻力与色谱过程的动力学因素有关。 • 塔板理论：流出曲线方程式