第五章 氣體分析

1、1 概述概述2 氣體化學(xué)吸收法氣體化學(xué)吸收法3 氣體氣體燃燒分析法燃燒分析法4 其它分析方法簡介其它分析方法簡介5 常見常見氣體分析氣體分析儀儀6 工業(yè)廢氣的測定工業(yè)廢氣的測定第五章氣體分析第五章氣體分析1 1 概述概述1.1 工業(yè)氣體的種類工業(yè)氣體的種類工業(yè)氣體分為五大類：工業(yè)氣體分為五大類：(1)氣體燃料氣體燃料(2)化工原料氣化工原料氣(3)氣體產(chǎn)品氣體產(chǎn)品(4)廢氣廢氣(5)廠房空氣廠房空氣1.2 氣體分析的意義和特點(diǎn)氣體分析的意義和特點(diǎn) 化工原料化工原料正確配料正確配料中間產(chǎn)品中間產(chǎn)品判斷生產(chǎn)是否正常判斷生產(chǎn)是否正常煙道氣煙道氣燃燒是否正常燃燒是否正常廠房空氣廠房空氣通風(fēng)、設(shè)備漏氣通

2、風(fēng)、設(shè)備漏氣是否有害，安全。是否有害，安全。氣體分析的特點(diǎn)：氣體分析的特點(diǎn)：氣體本身具有質(zhì)量較小氣體本身具有質(zhì)量較小、流動性大、流動性大、V 隨隨T 或或P 的變化而變化的特點(diǎn)，從而決定一般測定氣體的的變化而變化的特點(diǎn)，從而決定一般測定氣體的V 而而不是質(zhì)量不是質(zhì)量m，并同時測定環(huán)境的并同時測定環(huán)境的T 和和P。1.3 氣體分析的方法氣體分析的方法化學(xué)分析法化學(xué)分析法：吸收法、燃燒法等吸收法、燃燒法等物理分析法物理分析法：密度、熱導(dǎo)率、折射率、熱值等密度、熱導(dǎo)率、折射率、熱值等物理化學(xué)分析法物理化學(xué)分析法：電導(dǎo)法、色譜法、紅外光譜法等電導(dǎo)法、色譜法、紅外光譜法等2 2 氣體化學(xué)吸收法氣體化學(xué)吸

3、收法利用氣體的化學(xué)特性，使混合氣和特定試劑接觸，利用氣體的化學(xué)特性，使混合氣和特定試劑接觸，則混合氣體中的被測組分與試劑發(fā)生化學(xué)反應(yīng)被定量則混合氣體中的被測組分與試劑發(fā)生化學(xué)反應(yīng)被定量吸收，其它組成則不發(fā)生反應(yīng)吸收，其它組成則不發(fā)生反應(yīng)( (或不干擾或不干擾) )，利用氣體，利用氣體吸收劑吸收前后的性質(zhì)變化可進(jìn)行定量測定。吸收劑吸收前后的性質(zhì)變化可進(jìn)行定量測定。2.1 吸收體積法吸收體積法如果吸收前后的溫度及壓力一致，則吸收前后的如果吸收前后的溫度及壓力一致，則吸收前后的體積之差即為被測組分的體積。如鋼鐵樣中體積之差即為被測組分的體積。如鋼鐵樣中C的測定：的測定：C)( COKOCOO202C

4、O322KOH22C125,Ow V測體積差通固體2.1.1常見氣體吸收劑常見氣體吸收劑用來吸收氣體的試劑稱作氣體吸收劑。用來吸收氣體的試劑稱作氣體吸收劑。KOH溶液溶液：33%，酸性氣體吸收劑。，酸性氣體吸收劑。堿性焦性沒食子酸堿性焦性沒食子酸：吸收：吸收O2。氨性氯化亞銅溶液氨性氯化亞銅溶液：常用于吸收：常用于吸收CO，也能也能吸收吸收O2、C2H2、C2H4和酸性氣體。和酸性氣體。飽和溴水飽和溴水：吸收不飽和烴。：吸收不飽和烴。硫酸汞或硫酸銀的硫酸溶液硫酸汞或硫酸銀的硫酸溶液：吸收不飽和烴。：吸收不飽和烴。硫酸硫酸-高錳酸鉀溶液高錳酸鉀溶液：吸收：吸收NO2。碘溶液碘溶液：用于吸收：用于

5、吸收SO2，還能吸收還能吸收H2S等還等還原性氣體。原性氣體。2.1.2 混合氣體的吸收順序混合氣體的吸收順序2.1.2.1 常見氣體及其吸收劑常見氣體及其吸收劑CO2常用苛性堿作吸收劑，一般用常用苛性堿作吸收劑，一般用KOH而不用而不用NaOH，原因是濃度大的原因是濃度大的NaOH溶液易起泡，且吸收了溶液易起泡，且吸收了CO2后后生成的生成的Na2CO3不易溶于不易溶于NaOH溶液中，以致堵塞吸收溶液中，以致堵塞吸收管道。常用管道。常用330g/L KOH作吸收劑，作吸收劑，1mL溶液能吸收溶液能吸收40mL CO2氣體。氣體。O2常用焦性沒食子酸的堿性溶液作吸收劑。反應(yīng)分常用焦性沒食子酸的

6、堿性溶液作吸收劑。反應(yīng)分兩步：兩步：C6H3(OH)3+3KOHC6H3(OK)3+3H2O 2C6H3(OK)3+O22(KO)3C6H2C6H2 (KO)3+2H2OCO用亞銅鹽的氨溶液作吸收劑。用亞銅鹽的氨溶液作吸收劑。Cu2Cl2+2CO Cu2Cl22CO Cu2Cl22CO+4NH3+2H2O H4NCOCuCuCONH4+2NH4Cl 不飽和烴不飽和烴溴水能與不飽和烴生成溴代烴，是不飽和烴良好溴水能與不飽和烴生成溴代烴，是不飽和烴良好的吸收劑。的吸收劑。CH2=CH2+Br2CH2BrCH2BrSO2碘是碘是SO2的常用吸收劑，但碘是氧化性物質(zhì)，試的常用吸收劑，但碘是氧化性物質(zhì)，

7、試樣中的還原性氣體會干擾測定，須預(yù)先除去。樣中的還原性氣體會干擾測定，須預(yù)先除去。2.1.2.2氣體的吸收順序氣體的吸收順序氣體分析有一連串裝有吸附劑的吸附瓶來進(jìn)行吸氣體分析有一連串裝有吸附劑的吸附瓶來進(jìn)行吸收，吸附劑的順序必須合適，否則會干擾測定。收，吸附劑的順序必須合適，否則會干擾測定。例：煤氣分析例：煤氣分析P100-101CO2CnHmO2CO CH4H2N2編號編號KOH (33%) (1)飽和溴水飽和溴水 (2)焦性沒食子焦性沒食子酸的堿溶液酸的堿溶液 (3)氯化亞銅氯化亞銅氨溶液氨溶液 (4)燃燒法燃燒法 (5)混合氣與吸附劑作用情況表混合氣與吸附劑作用情況表2.2 吸收重量法吸

8、收重量法綜合應(yīng)用吸收法和重量分析法，測定氣體物質(zhì)綜合應(yīng)用吸收法和重量分析法，測定氣體物質(zhì)或可以轉(zhuǎn)化為氣體物質(zhì)的元素含量的方法?；蚩梢赞D(zhuǎn)化為氣體物質(zhì)的元素含量的方法。例如：例如：有機(jī)樣品在有機(jī)樣品在O2氣流中燃燒，產(chǎn)生的氣流中燃燒，產(chǎn)生的CO2用堿石棉吸收，用堿石棉吸收，H2O用過氯酸鎂吸收，用過氯酸鎂吸收，然后根據(jù)吸然后根據(jù)吸附劑增加的重量計算附劑增加的重量計算C、H的含量。的含量。 2.3 吸收滴定法吸收滴定法吸附劑吸附被測組分后，再用滴定法。存在的吸附劑吸附被測組分后，再用滴定法。存在的兩種反應(yīng)：吸收反應(yīng)和滴定反應(yīng)。兩種反應(yīng)：吸收反應(yīng)和滴定反應(yīng)。例如例如：檢驗(yàn)鋼鐵樣品溶液經(jīng)過 NaOH42

9、OH2SOHSO222.4 吸收光度法吸收光度法 綜合應(yīng)用吸收法和光度法?；旌蠚怏w通過吸收劑，綜合應(yīng)用吸收法和光度法?；旌蠚怏w通過吸收劑，待測氣體被吸收后與吸收劑作用生成有色物質(zhì)，或吸待測氣體被吸收后與吸收劑作用生成有色物質(zhì)，或吸收后再進(jìn)行顯色反應(yīng)，在光度計上測定溶液的吸光度，收后再進(jìn)行顯色反應(yīng)，在光度計上測定溶液的吸光度，可計算出待測氣體的含量?？捎嬎愠龃郎y氣體的含量。例如例如測定混合氣體中的微量乙炔：當(dāng)混合氣體通測定混合氣體中的微量乙炔：當(dāng)混合氣體通過亞銅鹽的氨溶液時，乙炔被吸收，與亞銅鹽反應(yīng)生過亞銅鹽的氨溶液時，乙炔被吸收，與亞銅鹽反應(yīng)生成紫紅色的乙炔亞銅膠體溶液，溶液顏色的深淺與乙成紫

10、紅色的乙炔亞銅膠體溶液，溶液顏色的深淺與乙炔含量成正比，因此可進(jìn)行光度分析，從而炔含量成正比，因此可進(jìn)行光度分析，從而計算出乙計算出乙炔的含量。炔的含量。3 氣體氣體燃燒分析法燃燒分析法利用可燃燒性氣體的性質(zhì)進(jìn)行測定的方法，特利用可燃燒性氣體的性質(zhì)進(jìn)行測定的方法，特別適用于無適當(dāng)吸收劑的化學(xué)性質(zhì)比較穩(wěn)定的氣體。別適用于無適當(dāng)吸收劑的化學(xué)性質(zhì)比較穩(wěn)定的氣體。如如CH4無適當(dāng)?shù)奈談?，而無適當(dāng)?shù)奈談鳫2、CO可用燃燒法也可可用燃燒法也可以用吸收法。以用吸收法。 燃燒法原理：燃燒法原理：根據(jù)可燃性氣體燃燒后，其根據(jù)可燃性氣體燃燒后，其體積縮減體積縮減V縮縮，消耗，消耗氧的體積氧的體積VO2或生

11、成或生成CO2的體積的體積VCO2與與可燃性氣體的可燃性氣體的體積體積V可燃可燃的比例關(guān)系，由測定得的比例關(guān)系，由測定得V縮縮、VO2或或VCO2計計算算V可燃可燃 從而求得其含量。從而求得其含量。V可燃可燃與與V縮縮、VO2或或VCO2有有一定的比例關(guān)系，是計算的依據(jù)，也是燃燒法的主一定的比例關(guān)系，是計算的依據(jù)，也是燃燒法的主要理論依據(jù)。要理論依據(jù)。3.1 燃燒方法燃燒方法3.1.1爆炸法爆炸法 P103可燃?xì)怏w與空或氧氣混合，一定比例下遇火花可燃?xì)怏w與空或氧氣混合，一定比例下遇火花或點(diǎn)燃能使可燃?xì)怏w發(fā)生爆炸性燃燒?；螯c(diǎn)燃能使可燃?xì)怏w發(fā)生爆炸性燃燒。爆炸極限：爆炸上限和爆炸下限之間的范圍。爆

12、炸極限：爆炸上限和爆炸下限之間的范圍。爆炸上限：使可燃性氣體能引起爆炸的最高含爆炸上限：使可燃性氣體能引起爆炸的最高含量量( (指可燃性氣體與空氣或氧氣的濃度百分比指可燃性氣體與空氣或氧氣的濃度百分比) )。爆炸下限：使可燃性氣體能引起爆炸的最低含爆炸下限：使可燃性氣體能引起爆炸的最低含量。量。 P103表表5-1列出了各種可燃?xì)怏w或蒸氣在空氣中列出了各種可燃?xì)怏w或蒸氣在空氣中的爆炸極限。的爆炸極限。3.1.2緩慢燃燒法緩慢燃燒法 P103 可燃?xì)怏w與空氣或氧氣混合，且濃度控制在爆可燃?xì)怏w與空氣或氧氣混合，且濃度控制在爆炸極限以下，使之經(jīng)過熾熱的鉑質(zhì)螺絲而引起緩慢炸極限以下，使之經(jīng)過熾熱的鉑質(zhì)

13、螺絲而引起緩慢燃燒。燃燒。適合于可燃性組分濃度較低的混合氣體或空氣適合于可燃性組分濃度較低的混合氣體或空氣中可燃物的測定。中可燃物的測定。緩慢燃燒裝置見緩慢燃燒裝置見P104圖圖52。3.1.3催化燃燒催化燃燒(氧化銅燃燒氧化銅燃燒)法法 P104 利用氧化銅在高溫下的氧化活性，使可燃性氣利用氧化銅在高溫下的氧化活性，使可燃性氣體緩慢燃燒。體緩慢燃燒。 特點(diǎn)：不要加入燃燒所需氧，所用的氧氣由氧特點(diǎn)：不要加入燃燒所需氧，所用的氧氣由氧化銅還原所得?；~還原所得。3.2 可燃性氣體燃燒后的計算可燃性氣體燃燒后的計算往可燃?xì)怏w通入往可燃?xì)怏w通入O2或空氣，充分燃燒后測定氣或空氣，充分燃燒后測定氣體體

14、積縮減數(shù)體體積縮減數(shù)V縮縮、消耗氧氣的體積、消耗氧氣的體積VO2或燃燒后生或燃燒后生成的成的CO2的體積的體積VCO2，根據(jù)根據(jù)P160表表82，可計算出，可計算出各種可燃性氣體在混合氣體中的體積分?jǐn)?shù)。各種可燃性氣體在混合氣體中的體積分?jǐn)?shù)。3.2.1一元可燃性氣體含量的測定一元可燃性氣體含量的測定(含一種可燃性氣含一種可燃性氣體體)可用吸收法除去干擾組分可用吸收法除去干擾組分(如如O2、CO2等等)，再，再加入一定量的加入一定量的O2或空氣，燃燒后根據(jù)體積的變化或或空氣，燃燒后根據(jù)體積的變化或生成生成CO2的體積，可計算可燃性氣體含量。的體積，可計算可燃性氣體含量。P106例例5-1、例、例5

15、-23.2.2二元可燃性氣體含量的測定二元可燃性氣體含量的測定(含兩種可燃性氣含兩種可燃性氣體體)先吸收除去干擾組分，經(jīng)空氣或充分的先吸收除去干擾組分，經(jīng)空氣或充分的O2燃燒燃燒后，測后，測V縮縮、VO2或或VCO2，列出相關(guān)的方程式，組成，列出相關(guān)的方程式，組成二元一次組求解。二元一次組求解。P106108例例5-3、例、例5-4 、例、例5-5 3.2.3三元可燃性氣體含量的測定三元可燃性氣體含量的測定(含三種可燃性氣含三種可燃性氣體體)同樣先吸收除去干擾組分，經(jīng)空氣或充分的同樣先吸收除去干擾組分，經(jīng)空氣或充分的O2燃燒后，測燃燒后，測V縮縮、VO2或或VCO2，列出相關(guān)的三元一次，列出相

16、關(guān)的三元一次方程組求解。方程組求解。P108例例5-64 氣體分析的氣體分析的其它分析方法其它分析方法氣相色譜法氣相色譜法電導(dǎo)法電導(dǎo)法庫侖法庫侖法熱導(dǎo)法熱導(dǎo)法紅外光譜法紅外光譜法激光雷達(dá)技術(shù)激光雷達(dá)技術(shù)P109110NK-500B型紅外分析儀型紅外分析儀測量氣體：測量氣體：CO、CO2、NO、N2.5 常見氣體分析儀常見氣體分析儀5.1 儀器的基本部件儀器的基本部件量氣管；水準(zhǔn)瓶；吸收瓶；燃燒瓶；梳形連接量氣管；水準(zhǔn)瓶；吸收瓶；燃燒瓶；梳形連接管；控制氣體流動的普通、三通、四通旋塞管；控制氣體流動的普通、三通、四通旋塞5.2 氣體分析儀氣體分析儀P111-112奧氏氣體分析儀、蘇式氣體分析儀奧

17、氏氣體分析儀、蘇式氣體分析儀5.3 氣體分析儀應(yīng)用實(shí)例氣體分析儀應(yīng)用實(shí)例煤氣全分析煤氣全分析P112-1165.4 其他市售氣體分析儀其他市售氣體分析儀 P116-117 6 工業(yè)廢氣的測定工業(yè)廢氣的測定6.1 采樣方法與采樣原理采樣方法與采樣原理6.1.1 直接采樣法直接采樣法直接用采樣瓶、采樣管、注射器等采集氣體。直接用采樣瓶、采樣管、注射器等采集氣體。6.1.2濃縮采樣法濃縮采樣法通過液體吸收劑或固體吸附劑吸收和濃縮氣體。通過液體吸收劑或固體吸附劑吸收和濃縮氣體。6.2 采樣儀器采樣儀器6.2.1收集器收集器液體液體吸收管、填充柱吸收管、濾料采樣夾吸收管、填充柱吸收管、濾料采樣夾6.2.

18、2流量計流量計孔口流量計、轉(zhuǎn)子流量計?？卓诹髁坑?、轉(zhuǎn)子流量計。6.2.3抽氣動力抽氣動力真空泵、薄膜泵真空泵、薄膜泵6.3 氧化氮?dú)怏w的測定氧化氮?dú)怏w的測定 P118-119大氣中氮的氣體物有亞硝酸、硝酸、大氣中氮的氣體物有亞硝酸、硝酸、N2O、NO、NO2、NO3、N2O4、N2O5等，測定前需轉(zhuǎn)化等，測定前需轉(zhuǎn)化為為NO2。測定測定NO2的一般方法是基于的一般方法是基于NO2- -與芳香族胺與芳香族胺反應(yīng)生成偶氮染料，用比色法定量反應(yīng)生成偶氮染料，用比色法定量。樣品用便攜式空氣采樣器或恒溫自動連續(xù)采樣品用便攜式空氣采樣器或恒溫自動連續(xù)采樣器采集，采樣后應(yīng)盡快測定，否則應(yīng)置于低溫樣器采集，采樣后應(yīng)盡快測定，否則應(yīng)置于低溫暗處存放。暗處存放。6.4 二氧化硫氣體的測定二氧化硫氣體的測定 P119-120在大氣中最常見，危害最大。在大氣中最常見，危害最大。測定測定SO2最常用的方法是鹽酸副玫瑰苯胺比色法，最常用的方法是鹽酸副玫瑰苯胺