元素分析儀器測(cè)定煤中碳?xì)涞氐脑囼?yàn)分析

席東沁

摘 要：檢測(cè)發(fā)熱量是煤質(zhì)分析環(huán)節(jié)非常關(guān)鍵的一個(gè)內(nèi)容，一方面能夠判斷煤的品質(zhì)好壞，另一方面也是評(píng)估煤炭?jī)r(jià)格的核心依據(jù)，同時(shí)可以為研究煤質(zhì)變化及其分類(lèi)提供可靠的依據(jù)。為此，本文介紹了碳?xì)涞胤治鰞x的工作原理及試驗(yàn)步驟，并對(duì)測(cè)量數(shù)據(jù)的精密度和準(zhǔn)確度進(jìn)行檢驗(yàn)，結(jié)果表明，EA3000元素分析儀器精密度和準(zhǔn)確度均符合質(zhì)量控制要求。

關(guān)鍵詞：煤炭；碳?xì)涞辉胤治銎?；?shí)驗(yàn)

1、引言

煤炭作為有機(jī)可燃礦巖，其主要元素就是碳和氫，煤有機(jī)質(zhì)的95%以上是碳、氫以及氧三種元素。碳和氫的含量隨著煤的變質(zhì)程度的加深呈現(xiàn)相反的趨勢(shì)，隨著煤變質(zhì)程度的加深，碳的含量是增高的而氫的含量則會(huì)降低。由于碳?xì)涞暮颗c煤的變質(zhì)程度有著密切的關(guān)系，因此，對(duì)煤質(zhì)進(jìn)行科學(xué)分類(lèi)的指標(biāo)之一就是碳?xì)涞暮?。氮是煤中的無(wú)用成分，其中約有20%-40%在燃燒過(guò)程中變成氮氧化物并隨煙氣排出，從而增加了環(huán)境污染。為了核對(duì)其他指標(biāo)測(cè)定結(jié)果的準(zhǔn)確性，可以通過(guò)碳?xì)浜客扑惆l(fā)熱量來(lái)進(jìn)行。為此，在煤質(zhì)的檢測(cè)工作中不可或缺的項(xiàng)目之一就是測(cè)量煤中碳?xì)湓氐暮俊?/p>

2、試驗(yàn)部分

2.1試驗(yàn)設(shè)備

試驗(yàn)設(shè)備主要是意大利Eurovector公司采用專(zhuān)利動(dòng)態(tài)燃燒（Flash Combustion）技術(shù)和成熟的色譜分離技術(shù)設(shè)計(jì)生產(chǎn)的EA3000元素分析儀器、計(jì)算機(jī)、電子天平等。

EA3000元素分析儀器響應(yīng)范圍：C=0.001-30mg；H=0.001-3.0mg；N=0.001-10mg；S=0.001-10mg；O=0.001-10mg測(cè)定范圍：0.01%-100%分析時(shí)間：CHNS≤5分鐘O≤3分鐘分析精度：0.05-0.15%自動(dòng)進(jìn)樣器：80位自動(dòng)進(jìn)樣器。

2.2碳?xì)涞胤治鰞x工作原理

本儀器用于測(cè)定有機(jī)物質(zhì)材料的碳、氫、氮元素的含量。試樣在催化氧化（或裂解）-還原管中高溫轉(zhuǎn)變?yōu)槎趸?、水蒸氣、氮?dú)?（CO2、H2O、N2）。然后經(jīng)色譜柱將混合氣體分離為個(gè)別的組分，最后用熱導(dǎo)檢測(cè)器分別測(cè)定各組分的響應(yīng)值。根據(jù)組分的響應(yīng)值和對(duì)應(yīng)元素的靈敏度，分別計(jì)算樣品中各元素的含量。上述測(cè)定過(guò)程均按儀器系統(tǒng)規(guī)定的操作程序和預(yù)設(shè)的樣品數(shù)據(jù)自動(dòng)快速完成。

2. 3標(biāo)定曲線校正

煤校正根據(jù)己知標(biāo)樣調(diào)整儀器數(shù)學(xué)模型。標(biāo)樣校正分標(biāo)定曲線校正和漂移校正。標(biāo)定曲線校正用于對(duì)儀器生成某方法的線性，而漂移校正用于補(bǔ)償標(biāo)樣校準(zhǔn)，解決可能輕微改變標(biāo)準(zhǔn)的儀器硬件的變化。漂移校正每天都要執(zhí)行或在標(biāo)樣分析時(shí)、標(biāo)樣值偏離準(zhǔn)確度時(shí)執(zhí)行。

碳?xì)涞鼐刹捎脴?biāo)煤進(jìn)行校正，根據(jù)儀器軟件系統(tǒng)的不同，采用多點(diǎn)標(biāo)定中的一個(gè)或多個(gè)標(biāo)煤進(jìn)行標(biāo)定。EA3000元素分析儀器標(biāo)線建立步驟：①根據(jù)標(biāo)線檢測(cè)需要確定標(biāo)線測(cè)量數(shù)據(jù)點(diǎn)數(shù)，精確稱(chēng)量裝入錫囊的標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)質(zhì)量并記錄后按順序裝入自動(dòng)進(jìn)樣器轉(zhuǎn)盤(pán)。②在軟件中點(diǎn)擊菜單欄內(nèi)的“Analyse”選擇“New Autorun”建立新檢測(cè)序列，根據(jù)稱(chēng)量的標(biāo)樣質(zhì)量和錫囊數(shù)量分別輸入Byp和Std的質(zhì)量。③選擇標(biāo)線參數(shù)計(jì)算類(lèi)型，檢查儀器狀態(tài)和檢測(cè)積分參數(shù)設(shè)置。④點(diǎn)擊“SAVE”保存檢測(cè)序列，保存后點(diǎn)擊“Start”開(kāi)始標(biāo)準(zhǔn)曲線檢測(cè)。

2.4試驗(yàn)步驟

2.4.1 準(zhǔn)備過(guò)程

1、在測(cè)樣前兩天打開(kāi)電子天平進(jìn)行預(yù)熱。（一般預(yù)熱不少于48小時(shí)）

2、準(zhǔn)備樣品，明確要測(cè)的幾種元素。

3、查看反應(yīng)管是不是合適，換取相應(yīng)的反應(yīng)管，具體操作如下：①取下載樣盤(pán)；②擰開(kāi)自動(dòng)進(jìn)樣器的固定螺帽，卸下自動(dòng)進(jìn)樣器。③扭開(kāi)固定反應(yīng)管與自動(dòng)進(jìn)樣器的螺帽；④取出反應(yīng)管；⑤擰開(kāi)反應(yīng)管卡頭；⑥換上合適的反應(yīng)管；⑦擰緊反應(yīng)管卡頭；⑧將反應(yīng)管裝入爐內(nèi)（注：將反應(yīng)管裝入爐內(nèi)時(shí)，用手指堵住反應(yīng)管下方的小孔，防止其他東西掉進(jìn)去，影響氣密性。）⑨將連接反應(yīng)管與自動(dòng)進(jìn)樣器的螺帽擰緊；⑩裝上自動(dòng)進(jìn)樣器，即將自動(dòng)進(jìn)樣器固定在儀器上。

2.4.2使用過(guò)程

1、打開(kāi)穩(wěn)壓器開(kāi)關(guān)，看電壓是否穩(wěn)定，一般升溫之前，電壓穩(wěn)定在220V。

2、打開(kāi)電腦。

3、打開(kāi)鋼瓶。具體操作：①檢查鋼瓶連接口是否漏氣，具體做法：先打開(kāi)總壓閥，看總壓是否上升，再關(guān)閉總壓閥，看總壓是否下降，若總壓下降很厲害，說(shuō)明總壓閥之前有連接口漏氣，要進(jìn)行維修；若總壓不下降，說(shuō)明總壓閥之前的連接口不漏氣。②通氦氣和氧氣，先打開(kāi)總壓閥，再打開(kāi)分壓閥，將分壓調(diào)0.4MPa。

4、打開(kāi)元素分析儀。

5、打開(kāi)Callidus 軟件、載氣、進(jìn)行檢漏。

6、調(diào)用升溫程序，使前爐溫度達(dá)到實(shí)驗(yàn)溫度。待儀器升溫至設(shè)定值且系統(tǒng)恒溫后，需進(jìn)行氣路氣密性檢查及氣路清洗。（在此期間注意觀察氣壓是否在0.6MPa，電壓是否穩(wěn)定在215V到220V之間。）

7、稱(chēng)樣：（可在儀器升溫過(guò)程中進(jìn)行稱(chēng)樣操作）。①取樣品、錫囊、鑷子、稱(chēng)量勺、載樣盤(pán)、數(shù)據(jù)記錄本、筆、兩張空白紙、標(biāo)準(zhǔn)品等；②取一個(gè)錫囊，放到電子天平上除皮；③把去皮后的錫囊取出，向內(nèi)加入適當(dāng)量的樣品，再次放在電子天平上稱(chēng)樣品重量。（樣品重量在0.5mg到2.5mg之間）；④記錄樣品重量及編號(hào)；⑤再把錫囊取出，發(fā)在空白紙上進(jìn)行包裹，最后形成一個(gè)小球狀，周?chē)鷽](méi)有可以看到的錫紙邊。（光滑的小球狀）；⑥將小球狀的樣品放到載樣盤(pán)的對(duì)應(yīng)位置，（必須連續(xù)放置，不能有間隔）；⑦所有的樣都弄好后，將載樣盤(pán)裝載自動(dòng)進(jìn)樣器上。

8、進(jìn)行元素分析。①數(shù)據(jù)處理；②打印結(jié)果。

9、實(shí)驗(yàn)完成，調(diào)用降溫程序，使儀器降溫。①關(guān)閉TCD檢測(cè)器；②調(diào)用降溫程序；③關(guān)閉氧氣閥（先關(guān)分壓閥，再關(guān)總壓閥）；④待儀器溫度降到30攝氏度后，關(guān)閉載氣；⑤退出軟件；⑥關(guān)閉氦氣閥（先關(guān)分壓閥，再關(guān)總壓閥）；⑦關(guān)閉元素分析儀，整理好儀器桌。

3結(jié)果與討論

EA3000元素分析儀器實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明標(biāo)準(zhǔn)偏差均在質(zhì)量控制范圍內(nèi)，準(zhǔn)確度和精密度符合要求。氮、碳、氫含量曲線圖，如圖1、圖2、圖3所示。

4結(jié)論

EA3000元素分析儀器分析過(guò)程中儀器可通過(guò)所測(cè)元素的含量及樣品質(zhì)量使分析時(shí)間自我優(yōu)化，分析結(jié)果表明，儀器測(cè)量的精密度、符合要求。此外，在應(yīng)用元素分析儀實(shí)驗(yàn)中還應(yīng)注意幾點(diǎn)：

1、因稱(chēng)樣量較小，制樣和樣品的保存是樣品測(cè)試之前的關(guān)鍵，樣品的均勻程度決定著測(cè)試數(shù)據(jù)的代表性和可靠性。由于不同環(huán)境條件下溫濕度不同，所制樣品需密封保存，以避免空氣濕度變化致使水含量出現(xiàn)波動(dòng)性。在稱(chēng)樣之前對(duì)樣品應(yīng)進(jìn)行適當(dāng)?shù)臄嚢?，以增加其均勻程度，使所稱(chēng)樣品具有代表性。

2、工業(yè)制氧是根據(jù)氧氣和氮?dú)獾姆悬c(diǎn)不同分離出氧氣的，在制氧過(guò)程中由于工藝條件不同，所制出的氧氣含量會(huì)不同，氧氣純度越高其含有的雜質(zhì)氮就越低。在元素分析儀中所用到的氧氣純度要求較高，為高純氧。在使用一般氧氣時(shí)，由于其中所含雜質(zhì)氮的影響，在進(jìn)行空白穩(wěn)定試驗(yàn)時(shí)無(wú)法穩(wěn)定，以致于無(wú)法對(duì)樣品進(jìn)行正常檢測(cè)。

參考文獻(xiàn)：

[1]俎愛(ài)忠，劉媛.煤中碳?xì)涞獪y(cè)定方法的對(duì)比[J].計(jì)量與測(cè)試技術(shù)，2017，（4）：70-72.

[2]龔迎莉，楊銳明，禚玉群.CE-440型元素分析儀測(cè)定有機(jī)樣品中的碳?xì)涞猍J].分析儀器，2012，（1）：31-34.

[3]冀雪妮.測(cè)定煤中碳?xì)涞氐脑囼?yàn)研究[J].煤質(zhì)技術(shù)，2016，（6）：36-38.

[4]楊佳，江寧川，王振國(guó)， 等.淺談碳?xì)涞胤治鰞x的使用和發(fā)展[J].資源節(jié)約與環(huán)保，2017，（11）：31，35.