第五章 气体分析

1、1 概述概述2 气体化学吸收法气体化学吸收法3 气体气体燃烧分析法燃烧分析法4 其它分析方法简介其它分析方法简介5 常见常见气体分析气体分析仪仪6 工业废气的测定工业废气的测定第五章气体分析第五章气体分析1 1 概述概述1.1 工业气体的种类工业气体的种类工业气体分为五大类：工业气体分为五大类：(1)气体燃料气体燃料(2)化工原料气化工原料气(3)气体产品气体产品(4)废气废气(5)厂房空气厂房空气1.2 气体分析的意义和特点气体分析的意义和特点 化工原料化工原料正确配料正确配料中间产品中间产品判断生产是否正常判断生产是否正常烟道气烟道气燃烧是否正常燃烧是否正常厂房空气厂房空气通风、设备漏气通

2、风、设备漏气是否有害，安全。是否有害，安全。气体分析的特点：气体分析的特点：气体本身具有质量较小气体本身具有质量较小、流动性大、流动性大、V 随随T 或或P 的变化而变化的特点，从而决定一般测定气体的的变化而变化的特点，从而决定一般测定气体的V 而而不是质量不是质量m，并同时测定环境的并同时测定环境的T 和和P。1.3 气体分析的方法气体分析的方法化学分析法化学分析法：吸收法、燃烧法等吸收法、燃烧法等物理分析法物理分析法：密度、热导率、折射率、热值等密度、热导率、折射率、热值等物理化学分析法物理化学分析法：电导法、色谱法、红外光谱法等电导法、色谱法、红外光谱法等2 2 气体化学吸收法气体化学吸

3、收法利用气体的化学特性，使混合气和特定试剂接触，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吸收，其它组成则不发生反应( (或不干扰或不干扰) )，利用气体，利用气体吸收剂吸收前后的性质变化可进行定量测定。吸收剂吸收前后的性质变化可进行定量测定。2.1 吸收体积法吸收体积法如果吸收前后的温度及压力一致，则吸收前后的如果吸收前后的温度及压力一致，则吸收前后的体积之差即为被测组分的体积。如钢铁样中体积之差即为被测组分的体积。如钢铁样中C的测定：的测定：C)( COKOCOO202C

4、O322KOH22C125,Ow V测体积差通固体2.1.1常见气体吸收剂常见气体吸收剂用来吸收气体的试剂称作气体吸收剂。用来吸收气体的试剂称作气体吸收剂。KOH溶液溶液：33%，酸性气体吸收剂。，酸性气体吸收剂。碱性焦性没食子酸碱性焦性没食子酸：吸收：吸收O2。氨性氯化亚铜溶液氨性氯化亚铜溶液：常用于吸收：常用于吸收CO，也能也能吸收吸收O2、C2H2、C2H4和酸性气体。和酸性气体。饱和溴水饱和溴水：吸收不饱和烃。：吸收不饱和烃。硫酸汞或硫酸银的硫酸溶液硫酸汞或硫酸银的硫酸溶液：吸收不饱和烃。：吸收不饱和烃。硫酸硫酸-高锰酸钾溶液高锰酸钾溶液：吸收：吸收NO2。碘溶液碘溶液：用于吸收：用于

5、吸收SO2，还能吸收还能吸收H2S等还等还原性气体。原性气体。2.1.2 混合气体的吸收顺序混合气体的吸收顺序2.1.2.1 常见气体及其吸收剂常见气体及其吸收剂CO2常用苛性碱作吸收剂，一般用常用苛性碱作吸收剂，一般用KOH而不用而不用NaOH，原因是浓度大的原因是浓度大的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作吸收剂，作吸收剂，1mL溶液能吸收溶液能吸收40mL CO2气体。气体。O2常用焦性没食子酸的碱性溶液作吸收剂。反应分常用焦性没食子酸的

6、碱性溶液作吸收剂。反应分两步：两步：C6H3(OH)3+3KOHC6H3(OK)3+3H2O 2C6H3(OK)3+O22(KO)3C6H2C6H2 (KO)3+2H2OCO用亚铜盐的氨溶液作吸收剂。用亚铜盐的氨溶液作吸收剂。Cu2Cl2+2CO Cu2Cl22CO Cu2Cl22CO+4NH3+2H2O H4NCOCuCuCONH4+2NH4Cl 不饱和烃不饱和烃溴水能与不饱和烃生成溴代烃，是不饱和烃良好溴水能与不饱和烃生成溴代烃，是不饱和烃良好的吸收剂。的吸收剂。CH2=CH2+Br2CH2BrCH2BrSO2碘是碘是SO2的常用吸收剂，但碘是氧化性物质，试的常用吸收剂，但碘是氧化性物质，

7、试样中的还原性气体会干扰测定，须预先除去。样中的还原性气体会干扰测定，须预先除去。2.1.2.2气体的吸收顺序气体的吸收顺序气体分析有一连串装有吸附剂的吸附瓶来进行吸气体分析有一连串装有吸附剂的吸附瓶来进行吸收，吸附剂的顺序必须合适，否则会干扰测定。收，吸附剂的顺序必须合适，否则会干扰测定。例：煤气分析例：煤气分析P100-101CO2CnHmO2CO CH4H2N2编号编号KOH (33%) (1)饱和溴水饱和溴水 (2)焦性没食子焦性没食子酸的碱溶液酸的碱溶液 (3)氯化亚铜氯化亚铜氨溶液氨溶液 (4)燃烧法燃烧法 (5)混合气与吸附剂作用情况表混合气与吸附剂作用情况表2.2 吸收重量法吸

8、收重量法综合应用吸收法和重量分析法，测定气体物质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。或可以转化为气体物质的元素含量的方法。例如：例如：有机样品在有机样品在O2气流中燃烧，产生的气流中燃烧，产生的CO2用碱石棉吸收，用碱石棉吸收，H2O用过氯酸镁吸收，用过氯酸镁吸收，然后根据吸然后根据吸附剂增加的重量计算附剂增加的重量计算C、H的含量。的含量。 2.3 吸收滴定法吸收滴定法吸附剂吸附被测组分后，再用滴定法。存在的吸附剂吸附被测组分后，再用滴定法。存在的两种反应：吸收反应和滴定反应。两种反应：吸收反应和滴定反应。例如例如：检验钢铁样品溶液经过 NaOH42

9、OH2SOHSO222.4 吸收光度法吸收光度法 综合应用吸收法和光度法。混合气体通过吸收剂，综合应用吸收法和光度法。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，在光度计上测定溶液的吸光度，收后再进行显色反应，在光度计上测定溶液的吸光度，可计算出待测气体的含量。可计算出待测气体的含量。例如例如测定混合气体中的微量乙炔：当混合气体通测定混合气体中的微量乙炔：当混合气体通过亚铜盐的氨溶液时，乙炔被吸收，与亚铜盐反应生过亚铜盐的氨溶液时，乙炔被吸收，与亚铜盐反应生成紫红色的乙炔亚铜胶体溶液，溶液颜色的深浅与乙成紫

10、红色的乙炔亚铜胶体溶液，溶液颜色的深浅与乙炔含量成正比，因此可进行光度分析，从而炔含量成正比，因此可进行光度分析，从而计算出乙计算出乙炔的含量。炔的含量。3 气体气体燃烧分析法燃烧分析法利用可燃烧性气体的性质进行测定的方法，特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。别适用于无适当吸收剂的化学性质比较稳定的气体。如如CH4无适当的吸收剂，而无适当的吸收剂，而H2、CO可用燃烧法也可可用燃烧法也可以用吸收法。以用吸收法。 燃烧法原理：燃烧法原理：根据可燃性气体燃烧后，其根据可燃性气体燃烧后，其体积缩减体积缩减V缩缩，消耗，消耗氧的体积氧的体积VO2或生

11、成或生成CO2的体积的体积VCO2与与可燃性气体的可燃性气体的体积体积V可燃可燃的比例关系，由测定得的比例关系，由测定得V缩缩、VO2或或VCO2计计算算V可燃可燃 从而求得其含量。从而求得其含量。V可燃可燃与与V缩缩、VO2或或VCO2有有一定的比例关系，是计算的依据，也是燃烧法的主一定的比例关系，是计算的依据，也是燃烧法的主要理论依据。要理论依据。3.1 燃烧方法燃烧方法3.1.1爆炸法爆炸法 P103可燃气体与空或氧气混合，一定比例下遇火花可燃气体与空或氧气混合，一定比例下遇火花或点燃能使可燃气体发生爆炸性燃烧。或点燃能使可燃气体发生爆炸性燃烧。爆炸极限：爆炸上限和爆炸下限之间的范围。爆

12、炸极限：爆炸上限和爆炸下限之间的范围。爆炸上限：使可燃性气体能引起爆炸的最高含爆炸上限：使可燃性气体能引起爆炸的最高含量量( (指可燃性气体与空气或氧气的浓度百分比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爆炸下限：使可燃性气体能引起爆炸的最低含量。量。 P103表表5-1列出了各种可燃气体或蒸气在空气中列出了各种可燃气体或蒸气在空气中的爆炸极限。的爆炸极限。3.1.2缓慢燃烧法缓慢燃烧法 P103 可燃气体与空气或氧气混合，且浓度控制在爆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炸极限以下，使之经过炽热的铂质

13、螺丝而引起缓慢燃烧。燃烧。适合于可燃性组分浓度较低的混合气体或空气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。中可燃物的测定。缓慢燃烧装置见缓慢燃烧装置见P104图图52。3.1.3催化燃烧催化燃烧(氧化铜燃烧氧化铜燃烧)法法 P104 利用氧化铜在高温下的氧化活性，使可燃性气利用氧化铜在高温下的氧化活性，使可燃性气体缓慢燃烧。体缓慢燃烧。 特点：不要加入燃烧所需氧，所用的氧气由氧特点：不要加入燃烧所需氧，所用的氧气由氧化铜还原所得。化铜还原所得。3.2 可燃性气体燃烧后的计算可燃性气体燃烧后的计算往可燃气体通入往可燃气体通入O2或空气，充分燃烧后测定气或空气，充分燃烧后测定气体体

14、积缩减数体体积缩减数V缩缩、消耗氧气的体积、消耗氧气的体积VO2或燃烧后生或燃烧后生成的成的CO2的体积的体积VCO2，根据根据P160表表82，可计算出，可计算出各种可燃性气体在混合气体中的体积分数。各种可燃性气体在混合气体中的体积分数。3.2.1一元可燃性气体含量的测定一元可燃性气体含量的测定(含一种可燃性气含一种可燃性气体体)可用吸收法除去干扰组分可用吸收法除去干扰组分(如如O2、CO2等等)，再，再加入一定量的加入一定量的O2或空气，燃烧后根据体积的变化或或空气，燃烧后根据体积的变化或生成生成CO2的体积，可计算可燃性气体含量。的体积，可计算可燃性气体含量。P106例例5-1、例、例5

15、-23.2.2二元可燃性气体含量的测定二元可燃性气体含量的测定(含两种可燃性气含两种可燃性气体体)先吸收除去干扰组分，经空气或充分的先吸收除去干扰组分，经空气或充分的O2燃烧燃烧后，测后，测V缩缩、VO2或或VCO2，列出相关的方程式，组成，列出相关的方程式，组成二元一次组求解。二元一次组求解。P106108例例5-3、例、例5-4 、例、例5-5 3.2.3三元可燃性气体含量的测定三元可燃性气体含量的测定(含三种可燃性气含三种可燃性气体体)同样先吸收除去干扰组分，经空气或充分的同样先吸收除去干扰组分，经空气或充分的O2燃烧后，测燃烧后，测V缩缩、VO2或或VCO2，列出相关的三元一次，列出相

16、关的三元一次方程组求解。方程组求解。P108例例5-64 气体分析的气体分析的其它分析方法其它分析方法气相色谱法气相色谱法电导法电导法库仑法库仑法热导法热导法红外光谱法红外光谱法激光雷达技术激光雷达技术P109110NK-500B型红外分析仪型红外分析仪测量气体：测量气体：CO、CO2、NO、N2.5 常见气体分析仪常见气体分析仪5.1 仪器的基本部件仪器的基本部件量气管；水准瓶；吸收瓶；燃烧瓶；梳形连接量气管；水准瓶；吸收瓶；燃烧瓶；梳形连接管；控制气体流动的普通、三通、四通旋塞管；控制气体流动的普通、三通、四通旋塞5.2 气体分析仪气体分析仪P111-112奥氏气体分析仪、苏式气体分析仪奥

17、氏气体分析仪、苏式气体分析仪5.3 气体分析仪应用实例气体分析仪应用实例煤气全分析煤气全分析P112-1165.4 其他市售气体分析仪其他市售气体分析仪 P116-117 6 工业废气的测定工业废气的测定6.1 采样方法与采样原理采样方法与采样原理6.1.1 直接采样法直接采样法直接用采样瓶、采样管、注射器等采集气体。直接用采样瓶、采样管、注射器等采集气体。6.1.2浓缩采样法浓缩采样法通过液体吸收剂或固体吸附剂吸收和浓缩气体。通过液体吸收剂或固体吸附剂吸收和浓缩气体。6.2 采样仪器采样仪器6.2.1收集器收集器液体液体吸收管、填充柱吸收管、滤料采样夹吸收管、填充柱吸收管、滤料采样夹6.2.

18、2流量计流量计孔口流量计、转子流量计。孔口流量计、转子流量计。6.2.3抽气动力抽气动力真空泵、薄膜泵真空泵、薄膜泵6.3 氧化氮气体的测定氧化氮气体的测定 P118-119大气中氮的气体物有亚硝酸、硝酸、大气中氮的气体物有亚硝酸、硝酸、N2O、NO、NO2、NO3、N2O4、N2O5等，测定前需转化等，测定前需转化为为NO2。测定测定NO2的一般方法是基于的一般方法是基于NO2- -与芳香族胺与芳香族胺反应生成偶氮染料，用比色法定量反应生成偶氮染料，用比色法定量。样品用便携式空气采样器或恒温自动连续采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，否则应置于低温样器采集，采样后应尽快测定，否则应置于低温暗处存放。暗处存放。6.4 二氧化硫气体的测定二氧化硫气体的测定 P119-120在大气中最常见，危害最大。在大气中最常见，危害最大。测定测定SO2最常用的方法是盐酸副玫瑰苯胺比色法，最常用的方法是盐酸副玫瑰苯胺