高等儀器分析在工業(yè)分析中的應(yīng)用

高等儀器分析在工業(yè)分析中的應(yīng)用摘要工業(yè)分析是分析化學(xué)在工業(yè)生產(chǎn)中的應(yīng)用，有指導(dǎo)和促進(jìn)生產(chǎn)的作用，是國(guó)民經(jīng)濟(jì)各部門不可缺少的一種專業(yè)技術(shù)，它集生產(chǎn)、管理、鑒定、評(píng)價(jià)于一身。高等儀器分析技術(shù)是一種快速發(fā)展且用途廣泛的技術(shù)，具有快速、靈敏、準(zhǔn)確的特點(diǎn)。本論文闡述了高等儀器分析在工業(yè)分析中的各方面的應(yīng)用。關(guān)鍵詞工業(yè)分析；高等儀器分析；應(yīng)用AbstractIndustry analysis is the analysis of chemical application in industrial production. It is the role of guiding and facilitating the production and also is an expertise of indispensable for national economic departments which combines the production, management, appraisal, evaluation at all. Advanced instrument analysis technology is a rapid development and widely used technology which has the characteristics of rapid, sensitive and accurate. This thesis describes all aspects of the application of advanced instrumental analysis in industrial analysis.Key wordsIndustry analysis; advanced instrument analysis; application分析化學(xué)是提供物質(zhì)中元素或化合物組成的科學(xué)技術(shù)。它是通過(guò)測(cè)量與待測(cè)組分有關(guān)的某種化學(xué)和物理性質(zhì)獲得物質(zhì)的定性和定量結(jié)果。定性分析方法是獲得試樣中原子、分子或功能基的有關(guān)信息。而定量分析方法是獲得試樣中一種或多種組成的相對(duì)含量。通常可以把分析化學(xué)方法分為兩大類，即經(jīng)典分析和儀器分析方法。經(jīng)典分析方法也成為濕化學(xué)方法，出現(xiàn)的較早；而儀器分析方法則是近一個(gè)多世界以來(lái)出現(xiàn)的方法。早期化學(xué)工作者是采用沉淀、萃取或蒸餾分離出待測(cè)物后，再進(jìn)行測(cè)定。就定性分析而言，是將分離后的組分用試劑處理，然后通過(guò)顏色、沸點(diǎn)、熔點(diǎn)，以及在一系列溶劑中的溶解度、氣味、光學(xué)活性或折光指數(shù)等性質(zhì)來(lái)識(shí)別它們。對(duì)定量分析來(lái)說(shuō)，是通過(guò)測(cè)定質(zhì)量或用滴定的方式來(lái)測(cè)定被分析物質(zhì)的量。這些經(jīng)典的分析方法雖然至今仍在應(yīng)用，隨著微電子和計(jì)算機(jī)技術(shù)的廣泛應(yīng)用，以及科學(xué)領(lǐng)域新成就的不斷引入，作為分析化學(xué)重要組成部分的儀器分析，由以化學(xué)分析為主的經(jīng)典分析化學(xué)發(fā)展為以儀器分析為主的現(xiàn)代分析化學(xué)。它不僅能提供物質(zhì)的組成和含量信息，而且成為強(qiáng)有力的科學(xué)研究手段。高等儀器分析與經(jīng)典分析方法相比較，具有重現(xiàn)性好、靈敏度高、分析速度快、試樣用量少、檢出限低等特點(diǎn)。高等儀器分析方法在工業(yè)分析中，一般分為光學(xué)分析法、電化學(xué)分析法、熱分析法、放射化學(xué)分析法和分離方法。光學(xué)分析法是基于檢測(cè)能量與待測(cè)物質(zhì)作用后產(chǎn)生的輻射信號(hào)或所引起的變化的分析方法。根據(jù)物質(zhì)與輻射能作用時(shí)有沒(méi)有能級(jí)躍遷可將光學(xué)分析法分為光譜法和非光譜法。根據(jù)能量作用的對(duì)象不同又分為原子光譜和分子光譜。電化學(xué)分析法是根據(jù)物質(zhì)在溶液中的電學(xué)及電化學(xué)性質(zhì)，如電位、電荷、電流、電阻等電信號(hào)及其變化來(lái)測(cè)定物質(zhì)的組分含量的分析方法。如電導(dǎo)儀用來(lái)測(cè)定水的電導(dǎo)率，pH計(jì)或離子計(jì)測(cè)定水樣的氫離子或其他離子濃度，利用滴定終點(diǎn)時(shí)溶液的電位突躍指示滴定終點(diǎn)的電位滴定法等。熱分析法是測(cè)定某些性質(zhì)，如質(zhì)量、體積、熱導(dǎo)或反應(yīng)熱與溫度之間的動(dòng)態(tài)關(guān)系。它可用于成分分析和熱力學(xué)分析、化學(xué)反應(yīng)機(jī)理方面的研究。放射化學(xué)分析法是利用核衰變過(guò)程中所產(chǎn)生的放射性輻射來(lái)進(jìn)行分析的方法。如將放射性同位素作為示蹤原子用于污染物的遷移轉(zhuǎn)化研究。分離方法是利用儀器方法(如色譜法、電泳法)來(lái)分離和分析那些在結(jié)構(gòu)、性質(zhì)上十分相近的化合物，主要基于色譜法和電泳技術(shù)。水樣中結(jié)構(gòu)、性質(zhì)相近的組分通過(guò)色譜分離后，可根據(jù)需要分別定性和定量測(cè)定各組分的性質(zhì)，如熱導(dǎo)、電導(dǎo)、對(duì)紫外和紅外輻射的吸收、熒光等。將色譜法與各種現(xiàn)代儀器方法聯(lián)用是解決復(fù)雜物質(zhì)的分離和分析問(wèn)題的最有效手段，也是高等儀器分析的一個(gè)重要發(fā)展方向。工業(yè)分析是研究工業(yè)生產(chǎn)中的原料、輔助材料、中間產(chǎn)品或者反映過(guò)程中變化著的物料、最終產(chǎn)品、副產(chǎn)品以及聲場(chǎng)中各種廢物的化學(xué)組成的分析方法及有關(guān)理論的一門學(xué)科。它的作用除了完成包括資源勘探、原材料的選擇、生產(chǎn)過(guò)程控制、產(chǎn)品質(zhì)量檢驗(yàn)以及環(huán)境保護(hù)等一系列分析測(cè)試任務(wù)外，工業(yè)分析還做為一種重要手段參與到科技創(chuàng)新、技術(shù)革新和新工藝探索過(guò)程中，并且承擔(dān)著工藝評(píng)價(jià)、產(chǎn)品質(zhì)量評(píng)價(jià)和環(huán)境評(píng)價(jià)等適應(yīng)現(xiàn)代工業(yè)規(guī)范化、標(biāo)準(zhǔn)化生產(chǎn)與管理的重任。工業(yè)分析在國(guó)民經(jīng)濟(jì)許多生產(chǎn)部門中起著指導(dǎo)、促進(jìn)和參與管理的重要作用。關(guān)于工業(yè)分析儀器和一般分析儀器的區(qū)別問(wèn)題，粗淺的看法是，一個(gè)用在生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)，另一個(gè)用在實(shí)驗(yàn)室，而且用在實(shí)驗(yàn)室的分析儀器也是與工業(yè)實(shí)際生產(chǎn)相關(guān)，并不是用于一般科研的儀器設(shè)備。如果分析儀能夠接近生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng),自動(dòng)或手動(dòng)取樣(定期)及需要少量的人工操作,并且可較快的檢測(cè)出結(jié)果并指導(dǎo)生產(chǎn),也可以算是過(guò)程分析技術(shù)。嚴(yán)格地說(shuō)，工業(yè)分析儀應(yīng)該在線測(cè)量、監(jiān)視及控制，首先應(yīng)自動(dòng)取樣、連續(xù)取樣、樣品自動(dòng)預(yù)處理、自動(dòng)分析后輸出信號(hào)，長(zhǎng)期穩(wěn)定運(yùn)行，而且應(yīng)做到在線校正、在線維護(hù)（過(guò)濾、清洗或反吹）。最好能夠做到嵌入式傳感器與主工藝設(shè)備內(nèi)的介質(zhì)直接接觸，或者把介質(zhì)轉(zhuǎn)移到與工藝裝備相連的分析回路或分析采樣系統(tǒng)中，分析完再將介質(zhì)返回工藝裝備內(nèi)。為此，分析儀器經(jīng)常形成一個(gè)主機(jī)系統(tǒng)以外的配套的系統(tǒng)，或在線分析小屋1。工業(yè)分析包括硅酸鹽分析、礦石分析、金屬材料分析、煤分析、石油產(chǎn)品分析、日用化學(xué)品分析、肥料分析、農(nóng)藥及其殘留分析、氣體分析、水質(zhì)分析、基本有機(jī)產(chǎn)品分析、其他精細(xì)化工品分析、工業(yè)生產(chǎn)中的在線分析技術(shù)等。1. 高等儀器分析在硅酸鹽分析中的應(yīng)用目前硅酸鹽工業(yè)分析中廣泛應(yīng)用的酸堿滴定法、配位滴定法、氧化還原滴定法、重量分析法、分光光度法、原子吸收分光光度法、火焰光度法、電位分析法、X射線熒光光譜分析法等。1.1.差熱分析在水泥工業(yè)中的應(yīng)用差熱分析(DTA)是在程序控制溫度下，測(cè)量物質(zhì)與參比物之間溫度差與溫度關(guān)系的一種技術(shù)。是研究物質(zhì)受熱或冷卻時(shí)所發(fā)生的各種物理和化學(xué)變化，進(jìn)而推斷其結(jié)構(gòu)與物性之間關(guān)系的有力工具。借助DTA技術(shù)可對(duì)水泥生產(chǎn)過(guò)程中的原材料進(jìn)行鑒別；對(duì)煅燒及水化和硬化過(guò)程中的相態(tài)結(jié)構(gòu)變化以及水化、脫水、高溫?zé)Y(jié)等研究。如DTA研究石灰石及粘土質(zhì)原料的礦物組成和易燒性能。DTA技術(shù)可根據(jù)礦渣中玻璃態(tài)在高于800結(jié)晶放熱峰的高度判斷水泥中礦渣混合材的摻量,實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明：礦渣含量高于5%就能夠可靠地做出檢測(cè)。DTA技術(shù)還應(yīng)用于化學(xué)外加劑在水泥中作用的研究。根據(jù)水泥水化產(chǎn)物在450550的Ca(OH)2分解脫水的DTA吸熱峰的峰面積大小來(lái)選擇緩凝劑。Ca(OH)2脫水吸熱峰的強(qiáng)度可表示C3S(3CaOSiO2)的水化程度。如在水化水泥中添加木質(zhì)磺酸鹽,可起 到緩凝作用，DTA檢測(cè)證明，隨木質(zhì)磺酸鹽含量增加，相應(yīng)的Ca(OH)2分解脫水吸熱峰的峰面積減小，表明C3S的水化程度減弱2。DTA技術(shù)已作為一種重要的手段應(yīng)用于水泥水化硬化機(jī)理的研究。丁樹(shù)修研究了高溫地?zé)峋嗟乃陀不?。Mascolo4提出用定量DTA來(lái)估算水泥的水化程度，其依據(jù)是以925處吸熱峰為未水化C3S的標(biāo)志，吸熱峰的大小與C3S含量成正比。硅酸鹽水泥(P.I型)水化3天的特征DTA曲線上主要有4個(gè)吸熱峰(見(jiàn)圖1)。圖1 P.I型硅酸鹽水泥水化的特征DTA曲線第1個(gè)吸熱峰處在120左右，為水化水泥脫去游離水的過(guò)程；170左右的吸熱峰為水化硅酸鈣凝膠(C-S-H)的脫水反應(yīng)；第3個(gè)吸熱峰500左右為水化硫鋁酸鈣(C3A3CSH32，AFt)脫水和Ca(OH)2分解反應(yīng)的特征峰；750左右的吸熱峰則是-C2S發(fā)生晶形轉(zhuǎn)變所致，DTA所顯示的過(guò)程同硅酸鹽水泥的水化過(guò)程是一致的。圖2表示202養(yǎng)護(hù)條件下純鋁酸鈣水泥(Al3O275%)不同齡期的DTA曲線。對(duì)純鋁酸鈣水泥進(jìn)行XRD分析，其主晶相為CA、CA2和-Al2O3。圖2及XRD分析研究表明，P1代表純鋁酸鈣水泥水化6h的曲線,曲線上顯示198的吸熱峰，說(shuō)明純鋁酸鈣水泥的水化首先是CA礦物水化。95130的吸熱峰為AH3凝膠脫水；水化12h至3天(P2P5試樣)的DTA曲線上出現(xiàn)145160左右的吸熱峰，表明水化產(chǎn)物中形成C2AH8，C2AH8的脫水形成了145160的吸熱峰，C2AH8屬于不穩(wěn)定相，會(huì)逐步轉(zhuǎn)變?yōu)镃3AH6和AH3相；198208的吸熱峰為六方晶系的CAH10脫水分解，亞穩(wěn)態(tài)的水化鋁酸鈣(CAH10)隨溫度升高逐漸脫水，在200左右脫水過(guò)程達(dá)到高峰；由于C3AH6中的水是配位水,因而脫水溫度較高，296300左右的吸熱峰則是由CAH6以及-AH3的脫水分解形成；330左右最大的吸熱峰是介穩(wěn)相的CAH10和C2AH8向穩(wěn)定相的立方晶系C3AH6轉(zhuǎn)變的極點(diǎn)，此過(guò)程釋放出大量的游離水，蒸發(fā)吸熱而形成較大的吸熱峰；AH3、C3AH6在加熱過(guò)程中最終轉(zhuǎn)化為三水鋁礦（-Al(OH)3），溫度升至940左右出現(xiàn)三水鋁礦晶形轉(zhuǎn)變的特征放熱峰，形成具有耐火性質(zhì)的礦物。圖2 純鋁酸鈣水泥(Al3O275%)不同齡期水化的特征DTA曲線水泥生料的質(zhì)量及煅燒工藝制度是制備優(yōu)良熟料的重要條件，DTA和TG分析技術(shù)通過(guò)測(cè)定窯內(nèi)物料在不同煅燒帶生成的灰硅鈣石(4CaOSiO2CaCO3)的含量、熔點(diǎn)和揮發(fā)性,再結(jié)合XRD分析、化學(xué)分析和顯微結(jié)構(gòu)分析，可判斷窯內(nèi)物料在不同煅燒帶的反應(yīng)情況，為指導(dǎo)生產(chǎn)、調(diào)節(jié)生產(chǎn)工藝參數(shù)提供理論依據(jù)。差熱分析對(duì)于非晶態(tài)玻璃的研究，主要用于測(cè)定玻璃的轉(zhuǎn)變溫度Tg、析晶溫度Tx和熔化溫度Tm，因?yàn)樵谶@些特征溫度點(diǎn)有明顯的熱效應(yīng)發(fā)生。分相是玻璃形成過(guò)程中的普遍現(xiàn)象，分相造成玻璃中具有兩個(gè)高體積分?jǐn)?shù)的相，反映在 DTA 曲線上為兩個(gè)不同的Tg溫度值，圖3分別表示Na2O-CaO-SiO2系統(tǒng)玻璃加入適量CaF2的DTA曲線，由于玻璃分為富氟相和貧氟相，在DTA曲線上存在兩個(gè)Tg。圖4表示PbF2-LaF3-ZrF4系統(tǒng)玻璃的DTA曲線。曲線上存在兩個(gè)Tg，相應(yīng)于較低Tg的一相為富 PbF2相，較高Tg的一相為貧PbF2相5。因此，生產(chǎn)中可以用DTA來(lái)檢測(cè)其分相現(xiàn)象。圖3 Na2O-CaO-SiO2摻加 CaF2的DTA曲線圖4 PbF2-LaF3-ZrF4系統(tǒng)玻璃的DTA曲線1.2原子吸收分析技術(shù)在硅酸鹽材料分析中的應(yīng)用硅酸鹽材料一般包括水泥、陶瓷、耐火材料等,其生產(chǎn)原料也大多屬于硅酸鹽。由于物料的顆粒一般較大,因此樣品須先用機(jī)械或人工方法破碎至20目,再用瑪瑙或剛玉研缽仔細(xì)研磨。對(duì)于大多數(shù)酸解物料而言,須研磨至100目而對(duì)于須熔融的物料,則須仔細(xì)研磨至200目左右 ,當(dāng)樣品中含有水分或吸附有CO2時(shí),還須在120條件下干燥或1000下灼燒1小時(shí)。應(yīng)用原子吸收分析技術(shù)分析物料時(shí),須將物料樣品制成溶液后才可進(jìn)行測(cè)定,常用的分解物料的方法主要有酸解法和熔融法。原子吸收分析法可用于硅酸鹽材料中的K、Ca、Na、Mg、Al、Zn、Fe、Cd、Pb、Cr、Mn、Si等元素的分析。原子吸收分析技術(shù)相對(duì)于其它儀器分析方法而言,其測(cè)定的干擾因素是比較小的。主要的干擾因素有光譜干擾、物理干擾、化學(xué)干擾等 ,其中光譜干擾中影 響較大的是背景吸收干擾。一般現(xiàn)代原子吸收分光光度針均帶有背景吸收自動(dòng)扣除裝置,如氖燈校正、賽曼校正、自吸校正等,在一定條件下這些裝置均具有很好 的背景吸收扣除效果。物理干擾對(duì)不同元素的干擾具有非選擇性,即對(duì)試樣中各元素的影響基本相同,保持標(biāo)準(zhǔn)與試樣溶液的基體組成基本一致或使用標(biāo)準(zhǔn)加入法均可很方便地消除此類干擾。而化學(xué)干擾則較為復(fù)雜,在不同的火焰中,對(duì)不 同元素的干擾因素均不相同。2. 高等儀器分析在水質(zhì)分析中的應(yīng)用水質(zhì)的好壞直接影響了人們的健康狀況，水的質(zhì)量監(jiān)測(cè)已成為我國(guó)環(huán)境重點(diǎn)保護(hù)的一項(xiàng)內(nèi)容。好的水質(zhì)檢測(cè)方法成為了研究人員追求的方向，水質(zhì)分析又稱水化學(xué)分析。即用化學(xué)和物理方法測(cè)定水中各種化學(xué)成分的含量。水質(zhì)分析分為簡(jiǎn)分析、全分析和專項(xiàng)分析三種。簡(jiǎn)分析在野外進(jìn)行，分析項(xiàng)目少，但要求快而及時(shí)，適用于初步了解大面積范圍內(nèi)各含水層中地下水的主要化學(xué)成分專項(xiàng)分析的項(xiàng)目根據(jù)具體任務(wù)的需要而定，如進(jìn)行水化學(xué)找礦時(shí)，用高精度光譜儀著重分析所尋找的某些金屬離子。進(jìn)行水的放射性測(cè)定時(shí)，則著重分析某些放射性元素，等等。2.1原子吸收光譜法在水質(zhì)分析中的應(yīng)用分析化學(xué)中常采用不同分析手段的結(jié)合或聯(lián)用技術(shù)，來(lái)提高分析靈敏度和檢出限,若電化學(xué)與火焰原子吸收法聯(lián)用特征濃度大為降低，測(cè)定的靈敏度提高了2 個(gè)數(shù)量級(jí)以上，又如電沉積技術(shù)與原子吸收光譜法聯(lián)用被廣泛應(yīng)用于重金屬的檢測(cè)?；鹧嬖游章?lián)用也已成為有機(jī)金屬化合物形態(tài)分析的重要方法，它可同時(shí)對(duì)原子和離子檢測(cè)，實(shí)現(xiàn)了痕量有機(jī)金屬化合物及其共存有機(jī)化合物的高靈敏同步測(cè)定。殷學(xué)峰等人采用因子分析法和氫化物發(fā)生原子吸收法對(duì)砷的4 種化學(xué)形態(tài)進(jìn)行研究，由于As ( ) ，As ( )，一甲基砷，二甲基砷在環(huán)境水樣中毒性不同，以前用色譜分離和原子光譜法聯(lián)機(jī)測(cè)定，受制于色譜分離時(shí)的稀釋作用，檢測(cè)下限較高，在實(shí)用中受到限制，而本法操作簡(jiǎn)便，無(wú)需處理，靈密度高，有較好的定性和定量能力。近些年，國(guó)外的科研人員仍在不斷地嘗試將一些特殊的分離與富集方法和進(jìn)樣方法與原子吸收光譜法聯(lián)用，從而解決了許多研究上的難題。比如，有人將不同類型的等離子體與光譜學(xué)的發(fā)熱放電相結(jié)合用于化學(xué)計(jì)量學(xué)的研究和基礎(chǔ)研究，同時(shí)，對(duì)于物種形成過(guò)程的研究也有了明顯的增多；有人利用微柱預(yù)富集原子吸收光譜法測(cè)定痕量元素和矩陣元素Gasper，Attlia等人提出用低壓噴射樣品柱注射火焰原子吸收光譜法測(cè)定銀鎘汞鉛硒和鋅六種元素，所得結(jié)果相對(duì)偏差極小，可作為水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)和污染度量的元素分析方法；有人將電熱原子吸收光譜法(ETAAS) 直接原子化固體樣品用于測(cè)定鋼鐵中的痕量元素；有人在溶液反萃取的萃取過(guò)程中利用電熱原子吸收光譜法以自動(dòng)連續(xù)注射法測(cè)定鎘,其檢出限達(dá)到217ng/ L ，相對(duì)偏差也由直接萃取的312 %降至118 %；有人用濕法微波消解流動(dòng)注射原子吸收光譜法測(cè)海鮮中的汞含量；有人用萃取預(yù)富集電熱原子吸收光譜法測(cè)定酒中的鉈元素。以上這些實(shí)例都體現(xiàn)了原子吸收光譜法與其他不同方法聯(lián)用后的實(shí)用與高效。近年來(lái)國(guó)內(nèi)外都有人致力于研究激光在原子吸收分析方面的應(yīng)用：用可調(diào)諧激光代替空心陰極燈光源；用激光使樣品原子化。它將為微區(qū)和薄膜分析提供新手段、為難熔元素的原子化提供了新方法。塞曼效應(yīng)的應(yīng)用，使得能在很高的背景下也能順利地實(shí)現(xiàn)測(cè)定。高效分離技術(shù)氣相色譜、液相色譜的引入，實(shí)現(xiàn)分離儀器和測(cè)定儀器聯(lián)用，將會(huì)使原子吸收分光光 度法的面貌發(fā)生重大變化，微量進(jìn)樣技術(shù)和固體直接原子吸收分析受到了人們的注意。固體直接原子吸收分析的顯著優(yōu)點(diǎn)是：省去了分解試樣步驟，不加試劑，不經(jīng)任何分離、富集手續(xù)，減少了污染和損失的可能性，這對(duì)生物、醫(yī)藥、環(huán)境、化學(xué)等這類只有少量樣品供分析的領(lǐng)域?qū)⑹翘貏e有意義的。所有這些新的發(fā)展動(dòng)向，都很值得引起我們的重視。近年來(lái)，微型電子計(jì)算機(jī)應(yīng)用到原子吸收分光光度計(jì)后，使儀器的整機(jī)性能和自動(dòng)化程度達(dá)到一個(gè)新的階段。2.2 高效液相色譜法在水質(zhì)分析中的應(yīng)用高效液相色譜(HPLC)是70年代在經(jīng)典液相柱色譜和氣相色譜基礎(chǔ)上發(fā)展起來(lái)的。它具有分離效能高，分析速度快，樣品用量少等特點(diǎn)，HPLC有著GC所不具備的特點(diǎn)，特別適合于沸點(diǎn)高、極性強(qiáng)、熱穩(wěn)定性差的化合物。湯加云等6以二氯甲烷和環(huán)已烷(3:Zv/v)萃取，直接過(guò)濾、濃縮、定容、進(jìn)樣，進(jìn)行HPLC分析焦化廢水中的3，4一苯并花(BaP)，以保留時(shí)間定性、峰面積外標(biāo)法定量。具有操作簡(jiǎn)便，準(zhǔn)確度高，靈敏度高，相對(duì)于苯萃取，能減少有毒有機(jī)試劑對(duì)人體的傷害，實(shí)用性強(qiáng)。用紫外檢測(cè)器檢出限為0.5mg/L，最低檢出濃度為0.002 g/l，加標(biāo)回收率為97.4%，變異系數(shù)為2.6%。張昌明等7用高效色譜法(HPLC)測(cè)定焦化廢水中的酚組分，考察比較了兩種色譜分離體系ODS/乙睛/水/醋酸和ODS/甲醇/水/醋酸/KHZPO4，對(duì)某焦化廠廢水的測(cè)定表明酚組分主要包括苯酚、硝基酚、間甲酚、鄰甲酚、卜蔡酚、2、4一二甲酚等，總含量近1000mg/l。3.高等儀器分析在煤分析中的應(yīng)用煤分析通常指測(cè)定煤的水分、灰分、揮發(fā)分以及由計(jì)算求得的固定碳四個(gè)指標(biāo)。煤的水分和灰分的高低可近似地反映煤中無(wú)機(jī)質(zhì)的含量，并直接影響煤的質(zhì)量。如水分和灰分高的煤，它的有機(jī)質(zhì)含量就相應(yīng)地減少，因而發(fā)熱量降低，減小了經(jīng)濟(jì)價(jià)值。根據(jù)煤的揮發(fā)分?jǐn)?shù)值和焦渣特征可初步確定煤的煤化程度和粘結(jié)性，對(duì)于煉焦煤還應(yīng)著重了解其粘結(jié)性和結(jié)焦性。一般泥炭的揮發(fā)分可高達(dá)70%，褐煤為40%-60%，煙煤為10%-50%，無(wú)煙煤小于10%。3.1 紅外吸收法在煤分析中的應(yīng)用我們知道，許多化合物分子(如CO2、SO2等)在紅外波段都有各自的特征吸收帶，也就是說(shuō)它們能夠吸收某個(gè)帶域的紅外輻射。該吸收帶的強(qiáng)弱和所在的波長(zhǎng)是由分子的本身結(jié)構(gòu)來(lái)決定的。利用化合物分子所具有的紅外吸收特性而發(fā)展起來(lái)的分析技術(shù)，通過(guò)測(cè)量某種化合物分子在它的吸收帶域中吸收紅外輻射的程度，就可以定量地測(cè)定出它的含量。圖5為紅外吸收法在CHN600和Sc32儀器上的工作原理圖。被測(cè)氣體，以分析試樣在高溫燃燒管內(nèi)完全燃燒后的產(chǎn)物CO2為例，進(jìn)入樣品室。從光源發(fā)出的恒量紅外輻射分成兩束，被反光鏡反射后分別通過(guò)樣品室和參比室。再經(jīng)過(guò)反射鏡系統(tǒng)投射到實(shí)現(xiàn)光電轉(zhuǎn)換的紅外探測(cè)器上。圖5紅外吸收法分析原理圖在探測(cè)器的前面安置了一塊濾光片，它只能讓中心波長(zhǎng)為4.35m(CO2特征吸收帶波長(zhǎng))的一個(gè)窄波段的紅外輻射通過(guò)?？梢?jiàn)探測(cè)器所接受的信號(hào)僅僅是波長(zhǎng)為4.35m的紅外輻射。圖5中的調(diào)制盤是一個(gè)齒輪式園盤，利用它能夠把輻射通量改變成交變量。調(diào)制盤的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)是:當(dāng)它的齒正好遮住參比室而來(lái)的一束紅外輻射時(shí)，通過(guò)樣品室的另一束紅外輻射就正好從齒間通過(guò)。而當(dāng)參比室出來(lái)的輻射通過(guò)齒間時(shí)，樣品室而來(lái)的輻射束正好被齒遮住。這樣，隨著調(diào)制盤的等速運(yùn)轉(zhuǎn)探測(cè)器就交替地接受到通過(guò)樣品室和參比室的紅外輻射。如果參比室內(nèi)沒(méi)有CO2氣體，通過(guò)樣品室的氣體中也不含CO2。那么如上所述，探測(cè)器接受到的就是通過(guò)調(diào)制盤的兩束通量完全相等的紅外輻射。探測(cè)器只有直流效應(yīng)，接在探測(cè)器后的交流選頻前置放大器的輸出為零。而當(dāng)進(jìn)入樣品室的氣體含有CO2時(shí)，由于它對(duì)4.35m紅外輻射有吸收能力，CO2濃度越大，吸收越強(qiáng)。因此通過(guò)樣品室和參比室后的兩束輻射通量就不再相等，探測(cè)器所接受到的就是交變輻射，這時(shí)放大器的輸出信號(hào)不再為零(放大器輸出信號(hào)的大小與CO2含量成比例)。經(jīng)A/D轉(zhuǎn)換，微處理機(jī)對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，最后在信息中心顯示并同時(shí)打印出被測(cè)成分的百分比結(jié)果。3.2 原子吸收光譜法在煤灰分析中的應(yīng)用原子吸收光譜法在煤質(zhì)分析方面的應(yīng)用,主要用于測(cè)定煤灰中的鉀、鈉、 鐵、鈣、鎂、錳、銅、鈷、鎳、鋅、鉻、鎘、鉛等金屬元素在煤灰成分中氧化物及其單質(zhì)元素的含量。煤灰成分是指煤中的礦物質(zhì)經(jīng)燃燒后生成的各種金屬和非金屬的氧化物,中主要為二氧化硅、三氧化二鋁、三氧化二鐵、氧化鈣、氧化鎂、四氧化三錳、二氧化鈦、五氧化二磷、三氧化硫、氧化鉀、氧化鈉和銅、鈷、鎳、鋅、鉻、鎘、鉛、鍺、鎵等微量元素的氧化物。煤灰成分是一項(xiàng)重要的分析指標(biāo), 根據(jù)煤灰成分可以推算原煤的礦物組成, 為灰渣的綜合利用提供基礎(chǔ)技術(shù)資料；煤灰組成可以計(jì)算煤灰的熔融溫度和黏度；根據(jù)煤灰中的鉀、鈉和鈣等堿性氧化物的含量, 能判斷燃燒時(shí), 煤對(duì)鍋爐的腐蝕和沾污情況8,9。目前應(yīng)用于煤灰中原子吸收光譜法的實(shí)驗(yàn)方法國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)有: GB / T 46341996煤灰中鉀、鈉、鐵、鈣、鎂、錳的測(cè)定方法10， GB / T 166581996煤中鉻、鎘、鉛的測(cè)定方法11和GB /T 192252003煤中銅、鈷、鎳、鋅的測(cè)定方法12。原子吸收分析包括的干擾因素有: 物理干擾、化學(xué)干擾、電離干擾、背景吸收等。(1)化學(xué)干擾煤質(zhì)分析所測(cè)定元素主要涉及化學(xué)干擾。化學(xué)干擾指待測(cè)元素與某些共存元素在火焰中進(jìn)行化學(xué)結(jié)合而生成熱穩(wěn)定的難熔、難蒸發(fā)、難解離的化合物,使得火焰中的基態(tài)原子減少,測(cè)值偏低,造成負(fù)干擾。如在鹽酸介質(zhì)中測(cè)定鈣、鎂時(shí),若存在磷酸根,則形成磷酸鹽或焦磷酸鹽,該物質(zhì)具有熔點(diǎn)高、難解離的特性,使得吸光度降低,測(cè)值偏低。煤灰中的硅對(duì)鐵、鈣、鎂有不同程度的負(fù)干擾,鋁、鈦對(duì)鈣、鎂有負(fù)干擾。測(cè)定鈣、鎂時(shí)如伴有鋁、鈦等陽(yáng)離子存在,會(huì)形成一些耐熱氧化物晶體: MgOAl2O3, 3CaO5Al2O3等, 為了抑制和消除此種干擾, 在煤灰分析標(biāo)準(zhǔn)方法中采用加入釋放劑鑭或鍶的方法, 將待測(cè)元素從與干擾元素的結(jié)合中釋放出來(lái), 避免了鈣、鎂與磷酸根的結(jié)合。反應(yīng)式如下:2CaCl2+ 2H3PO4 Ca2P2O7+ 4HCl+ H2OCaCl2 + H3PO4 + LaCl3 LaPO4+ 3HCl+ CaCl2(2)電離干擾某些元素被解離為基態(tài)原子后,在火焰中可以繼續(xù)電離為正離子和自由電子, 從而減少基態(tài)原子的數(shù)目, 吸光度降低。抑制電離干擾的最簡(jiǎn)單辦法是采用溫度較低的火焰, 空氣乙炔火焰測(cè)定時(shí)選用溫度較低的貧燃火焰 (空氣與乙炔比為1:4)。(3)物理干擾又稱基體干擾, 指由待測(cè)溶液和標(biāo)準(zhǔn)溶液間物理性質(zhì)的差別而引起的干擾。抑制物理干擾的方法要求在標(biāo)準(zhǔn)溶液中加入盡可能與樣品溶液相同的基體, 減少因兩種溶液物理性質(zhì)不一樣而帶來(lái)的干擾。(4)背景吸收非原子吸收因素而產(chǎn)生的吸收稱為背景吸收, 造成的原因有光散射的影響和分子吸收的影響。對(duì)此種干擾主要依靠?jī)x器自帶的背景扣除裝置來(lái)消除。4.高等儀器分析在石油產(chǎn)品分析中的應(yīng)用石油是多種化合物組成的復(fù)雜混合物。石油餾分及其產(chǎn)品包括汽油、煤油、柴油、蠟油、潤(rùn)滑油和渣油等。石油餾分的物性參數(shù)是石油加工方案制定、工藝設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。石油產(chǎn)品的性能指標(biāo)是衡量產(chǎn)品質(zhì)量的依據(jù)因此，無(wú)論是石油餾分還是石油產(chǎn)品都需要測(cè)定多項(xiàng)物性指標(biāo)。這不僅需要投入大量的人力物力和比較多的樣品量，而且分析時(shí)間長(zhǎng)，故對(duì)于一些催化劑研究、工藝研究、原油評(píng)價(jià)和軍工項(xiàng)目等受樣品量限制、要求分析速度的情況就無(wú)法得到所需的物性數(shù)據(jù)。4.1氣相色譜原子發(fā)射光譜聯(lián)用技術(shù)在石油分析中的應(yīng)用隨著原油的重質(zhì)化及重油的深度加工,油品中硫、氮、芳烴含量的增加,環(huán)境污染加重,尤其是硫除造成空氣污染,形成酸雨外,還將影響石油產(chǎn)品的穩(wěn)定性；導(dǎo)致石油加工過(guò)程中的催化劑中毒等,硫的含量已引起了各國(guó)的普遍關(guān)注1317。美國(guó)環(huán)保局于1993年首先提出限制車用汽油和柴油中的硫含量(小于0.05%)，并進(jìn)一步提出了新汽油配方18，西歐和日本也分別于1996年和1997年10月起執(zhí)行硫含量小于0.05%的新柴油規(guī)格。我國(guó)目前對(duì)汽油和柴油產(chǎn)品中硫含量的要求雖分別為不高于0.08%和0.2% ,但隨著煉油事業(yè)的發(fā)展，將來(lái)需加工越來(lái)越多的國(guó)外高硫原油，產(chǎn)品的質(zhì)量也將面臨挑戰(zhàn)。在我國(guó)，由高硫原油生產(chǎn)優(yōu)質(zhì)石油產(chǎn)品的加工工藝在以前并無(wú)太多的研究，主要靠進(jìn)口低硫原油或摻煉高硫原油來(lái)維持，因而急需研究和開(kāi)發(fā)由高硫原油生產(chǎn)優(yōu)質(zhì)汽油和柴油的加工工藝。在加氫脫硫過(guò)程中，多環(huán)芳香含硫化合物例如苯并噻吩和二苯并噻吩是一類比較難除掉硫的化合物，此外，帶有烷基取代基的苯并噻吩和二苯并噻吩類化合物更難以使硫脫去19。Houalla20曾報(bào)道4甲基二苯并噻吩和4,6二甲基二苯并噻吩的加氫脫硫速度遠(yuǎn)低于其它二苯并噻吩類化合物。通過(guò)研究石油及加工產(chǎn)品中各種形態(tài)的硫化物的分布，可用于研究原油的催化加氫脫硫工藝以及加氫脫硫過(guò)程中的化學(xué)變化，其它脫硫方法的特點(diǎn)以及造成含硫油品在不同場(chǎng)合的腐蝕原因等21。氣相色譜是測(cè)定油品中各種硫化物含量和分布的最有效方法。AED 除具有高靈敏度、高選擇性、對(duì)硫的線性響應(yīng)及響應(yīng)因子不隨硫化物的種類而變化的優(yōu)點(diǎn)外，還可通過(guò)多元素的同時(shí)檢測(cè)，實(shí)現(xiàn)復(fù)雜基質(zhì)中各種化合物的定性以及能夠定量測(cè)定樣品中未知化合物的元素含量等而引起石油工作者的重視2225。在石油及加工產(chǎn)品如汽油中含有一定量的烷基鉛、錫、汞等有機(jī)金屬化合物，如果這些元素用傳統(tǒng)的無(wú)機(jī)方法(原子吸收或感應(yīng)耦合等離子體)分析，不可能實(shí)現(xiàn)純無(wú)機(jī)類型的元素和有機(jī)金屬化合物之間的區(qū)分，一般可采用氣相色譜法進(jìn)行油品中各種形態(tài)的有機(jī)金屬化合物的分布研究。但對(duì)一些高沸點(diǎn)、熱穩(wěn)定性差的極性化合物，需通過(guò)化學(xué)處理將其轉(zhuǎn)化為揮發(fā)性好、熱穩(wěn)定性好的非極性化合物，當(dāng)用于油品分析時(shí)，由于實(shí)際樣品中，高濃度有機(jī)分子的干擾，采用常用的檢測(cè)器很難對(duì)其進(jìn)行檢測(cè)，使它的應(yīng)用受到限制。隨著氣相色譜微波誘導(dǎo)等離子體原子發(fā)射檢測(cè)器(GCAED)的發(fā)展，有關(guān)有機(jī)金屬形態(tài)的氣相色譜研究才逐漸增多起來(lái)2629，主要是因?yàn)镚CAED為高選擇性、高靈敏度的元素選擇性檢測(cè)器，不易受大量有機(jī)分子的干擾,適于痕量有機(jī)金屬化合物的分析。由于GC2AED 技術(shù)能提供被測(cè)組分中元素的組成和各種元素的含量，尤其是能提供未知化合物的各元素的含量，且不受基質(zhì)的干擾，它將與 GC/MS，GCFTIR等技術(shù)配合，在有機(jī)化合物的結(jié)構(gòu)測(cè)定和復(fù)雜體系中有機(jī)化合物的定量測(cè)定方面發(fā)揮作用。GCAED技術(shù)已引入陣列毛細(xì)管色譜中，在幾秒到幾十秒的時(shí)間內(nèi)，實(shí)現(xiàn)了幾種元素的同時(shí)測(cè)定。由于具有高的靈敏度和高的選擇性，它可能在石油、化工、環(huán)境、藥物、商檢等領(lǐng)域的快速、痕量分析方面得到更加廣泛的應(yīng)用?？偨Y(jié)及展望：高等儀器分析在工業(yè)分析中的應(yīng)用非常廣泛。本論文闡述了高等儀器分析在工業(yè)分析中的各方面的應(yīng)用。目前，國(guó)內(nèi)許多大中型企業(yè)都有各類分析儀器，許多企業(yè)在一、二十多年前就已購(gòu)進(jìn)，有些企業(yè)已更新?lián)Q代或準(zhǔn)備更新?，F(xiàn)代高等儀器分析技術(shù)正在不斷地朝著快速、準(zhǔn)確，自動(dòng)、靈敏及適應(yīng)特殊分析的方向迅速發(fā)展。儀器分析技術(shù)還將不斷地吸取數(shù)學(xué)、物理學(xué)、計(jì)算機(jī)科學(xué)以及生物學(xué)中的新思想、新理念、新方法和新技術(shù)，改進(jìn)和完善現(xiàn)有的儀器分析技術(shù)，并逐步研究和開(kāi)發(fā)一批新的儀器分析技術(shù)，改進(jìn)和完善現(xiàn)有的儀器分析技術(shù),并逐步研究和開(kāi)發(fā)一批新的儀器分析技術(shù),是當(dāng)今高等儀器分析技術(shù)發(fā)展的總趨勢(shì)。參考文獻(xiàn)1 卞正崗.流程工業(yè)分析技術(shù)及分析儀表的發(fā)展.中國(guó)儀器儀表.2008年第5期：34-432 李余增.熱分析.北京:清華大學(xué)出版社,1987,178,180181.3 丁樹(shù)修.高溫地?zé)峋嗨不难芯?硅酸鹽學(xué)報(bào),1996,24(4):389.4 Midgley H.G. 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