气体分析是利用各种气体的物理、化学性质不同来测定混合气体组成的分析方法。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。气体分析的特点是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。常用的气体分析方法有:
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)和物理化学分析法(电导法、色谱法、
红外光谱法等)。
工业气体的分类
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
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,也可作为气体燃料。
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。
气体分析的意义和特点
气体分析的意义
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。
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。
气体分析的方法分类
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:
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。
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。
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。
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。
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:
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。
⑦碘溶液:用于吸收SO2,还能吸收H2S等还原性气体。
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。
燃烧方法共分三类:爆炸法、缓燃法、 氧化铜燃烧法。
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。
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。
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。
其它分析方法
气体分析的其它分析方法还包括
气相色谱法、电导法、库仑法、热导法、红外光谱法和激光雷达技术等。
实例-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。
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。
实例-二氧化硫气体的测定
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。
氮氧化物及某些重金属干扰,加入氨基
苯磺酸钠可消除氮氧化物,CDTA可消除重金属的干扰。