气体分析

气体分析气体分析的意义

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。

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。

• 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。

• 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。

• 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。

• 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。

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。

⑥硫酸-高锰酸钾溶液：用于吸收NO₂。

⑦碘溶液：用于吸收SO₂，还能吸收H₂S等还原性气体。

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。

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

• 天然气：主要是 CH₄〉95% (煤或石油组成物的分解产物)。

• 炼油气：CH₄及其它低分子量的C、H化合物。

• 焦炉煤气：H₂、CH₄ (煤>800℃炼焦油气态产物)。

• 水煤气：CO、H₂ (水蒸气和炽热的煤作用，得到半水煤气)。

• 硫铁矿焙烧炉气：6~9% SO₂用于制造硫酸。

• 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。

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。

气体分析爆炸法

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。

气体分析缓慢燃烧法

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。

气体分析氧化铜燃烧法

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。

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。

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 。

二氧化硫气体在大气中最常见，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。

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。 2100433B