文紅外吸收光譜實(shí)驗(yàn)報(bào)告

【7A文】紅外吸收光譜實(shí)驗(yàn)報(bào)告引言硫是煤焦油類產(chǎn)品中固有的元素，在煤焦油的組成元素中含量居第三位，僅次于碳和氫，據(jù)國(guó)外統(tǒng)計(jì)，平均值為0.65%。目前，在中國(guó)除部分用于提取化工產(chǎn)品外，煤焦油多作為粗燃料直接使用，直接燃燒致使煙氣中含有大量的SO2，造成嚴(yán)重的環(huán)境污染。因此，煤焦油產(chǎn)品中硫含量的測(cè)定非常重要。目前在用的焦化油類產(chǎn)品硫含量的測(cè)定主要是管式爐法，紅外吸收光譜法已經(jīng)成功應(yīng)用于煤炭等產(chǎn)品中全硫含量的測(cè)定，對(duì)于此種方法在焦化油產(chǎn)品中的應(yīng)用，現(xiàn)今研究較少。為了適應(yīng)檢測(cè)手段發(fā)展需要，促進(jìn)我國(guó)焦化油類產(chǎn)品檢測(cè)方法持續(xù)健康發(fā)展，可以開展新的檢測(cè)手段研究制定一個(gè)新的焦化產(chǎn)品全硫含量測(cè)定方法。以下以煤焦油為研究對(duì)象，采用紅外定硫儀測(cè)量硫含量經(jīng)驗(yàn)證此方法準(zhǔn)確度及精密度較高。實(shí)驗(yàn)

1.1實(shí)驗(yàn)原理煤焦油在高溫的氧氣流中充分燃燒，其中各種形態(tài)的硫分解生成二氧化硫和少量三氧化硫，由紅外檢測(cè)池將氣體濃度轉(zhuǎn)換成電信號(hào)進(jìn)行檢測(cè)。當(dāng)紅外輻射通過被測(cè)氣體時(shí)，其分子吸收光能量，吸收能量的多少與氣體的濃度有關(guān)，其吸收關(guān)系遵循朗伯-貝爾(Lamber-Beer)定律，基本內(nèi)容如下:一束單色入射光的光強(qiáng)為Io，當(dāng)該入射光經(jīng)過距離為L(zhǎng)的氣體介質(zhì)吸收后，如果忽略入射光散射的影響，透射待測(cè)氣體之后的光強(qiáng)為I其表達(dá)式見公式(1)

式(1)中，Io為被吸收前的發(fā)射光強(qiáng)度,cd;I為被吸收后的接受光的強(qiáng)度，cd;K為吸光系數(shù)，為一個(gè)與紅外光波長(zhǎng)和氣體性質(zhì)相關(guān)的一個(gè)常數(shù);L為紅外吸收池的長(zhǎng)度，m;c為氣體的濃度，mol/L。由公式(1)可推導(dǎo)得到公式(2),詳介如下

式中，ln(Io/I)為吸光度，表示吸收的程度，根據(jù)該公式可知吸光度曲線的面積與樣品中硫的質(zhì)量成正比[5]。根據(jù)此原理，用已知硫含量的物質(zhì)校準(zhǔn)儀器后，根據(jù)其吸光度曲線下面積和硫質(zhì)量確定儀器的響應(yīng)因子k，k是與吸光系數(shù)和紅外吸收池長(zhǎng)度相關(guān)的因子，然后再測(cè)量未知樣品，根據(jù)其吸光度和響應(yīng)因子來計(jì)算硫含量，見公式(3和公式(4):

式中，A。為測(cè)量標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)時(shí)吸光度曲線下的面積，m。為標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)的質(zhì)量，A為標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)的硫含量;m為測(cè)量待測(cè)樣品時(shí)吸光度曲線下的面積S。為標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)的硫含量:S為待測(cè)樣品的硫含量經(jīng)推導(dǎo)可得硫含量測(cè)定公式，見式(5):1.2實(shí)驗(yàn)步驟實(shí)驗(yàn)用儀器為S632定硫儀。儀器工作條件，氧氣流量為3.5L/min，爐膛溫度為900℃，氧槍延遲時(shí)間為30s，最長(zhǎng)分析時(shí)間為180s，最短分析時(shí)間為60s，比較水平參數(shù)設(shè)置為1，載氣流速為3L/min。主要試劑包括阻燃劑(LECO501-427)、高氯酸鎂、重燃料油標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)LECO501-095:ω(S)%=1.06±0.02:石蠟油標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)LECO764-1545:

ω

(S)%=1.30土0.01;LECO502-422:

ω(S)%=2.0±0.01:石蠟油標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)LECO502-421:

ω(S)%=0.90±0.01。

移取樣品前要先攪拌均勻。室溫下呈固態(tài)的或黏稠的樣品，先低溫加熱至可流動(dòng)后再用吸管吸取。含水高的樣品應(yīng)先離心脫水后再進(jìn)行分析。使用有證標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)，應(yīng)按以下方法進(jìn)行測(cè)硫儀的標(biāo)定:先按照測(cè)定步驟，使用被標(biāo)定儀器測(cè)定有證標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)的全硫含量;每一標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)重復(fù)測(cè)定4次，以4次測(cè)定值的平均值作為有證標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)的全硫測(cè)定值;將有證標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)的全硫測(cè)定值和標(biāo)準(zhǔn)值輸入測(cè)硫儀(或儀器自動(dòng)讀取)，生成工作曲線或校正系數(shù)。

將燃燒管溫度設(shè)置在900℃，待溫度穩(wěn)定后1h，開始測(cè)量實(shí)驗(yàn)，樣品上表面及下表面均勺覆蓋一層阻燃劑，以防止煤焦油爆燃或噴濺;開始測(cè)量后，儀器先自動(dòng)清洗氣路并達(dá)到平衡后，提示推入樣品舟;大約在10s~15s，紅外吸收信號(hào)出現(xiàn)并迅速上升，達(dá)到極值后逐漸下降:在180s內(nèi)吸收曲線能夠回到基線上;依次測(cè)量每2次測(cè)量間隔2min~3min，待樣品全部測(cè)量完畢后，關(guān)閉控制程序。結(jié)果與討論

2.1測(cè)量的準(zhǔn)確度選取8個(gè)硫含量不同的樣品，樣品硫含量跨度基本包含煤焦油中硫含量的范圍，使用紅外吸收法對(duì)其進(jìn)行測(cè)定。與此同時(shí)，在同一化驗(yàn)室，使用GB/T387-90管式爐燃燒法對(duì)上述8個(gè)樣品同時(shí)進(jìn)行測(cè)定，管式爐燃燒法是指試樣在空氣流中燃燒，用過氧化氫和硫酸溶液將生成的亞硫酸醉吸收，生成的硫酸用氫氧化鈉標(biāo)準(zhǔn)滴定溶液進(jìn)行滴定的方法。

對(duì)樣品測(cè)定結(jié)果進(jìn)行對(duì)比，具體參見表1由表1數(shù)據(jù)可以看出，紅外線吸收法對(duì)煤焦油樣品的測(cè)定值與管式爐燃燒法測(cè)定值基本一致，并無顯著性偏倚，說明該方法能滿足煤焦油樣品的測(cè)定要求。2.2測(cè)量結(jié)果精密度對(duì)該8批樣品進(jìn)行6次平行樣的焦油硫含量測(cè)定，計(jì)算其相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差和RSD結(jié)果，詳見表2.由表2數(shù)據(jù)表明，測(cè)定結(jié)果的相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差在可接受的范圍內(nèi)，使用該方法分析煤焦油中硫含量精密度高，重現(xiàn)性