元素分析儀測定煤中碳氫氮含量的應用研究

楊國龍 李杰

摘 要：研究力可CHN628元素分析儀測定煤中碳氫氮原理，用標準煤樣對力可CHN628元素分析儀測定的準確度及精密度進行評價，并從試樣稱量、氣密性檢查、空白實驗等方面探討了試驗操作應注意的事項。結果表明，力可CHN628元素分析儀的精密度和準確度較好，能夠滿足快速、準確、大批量檢測的需要。

關鍵詞：元素分析儀;碳;氫;氮;準確度;精密度

碳和氫是煤的主要有機組成元素，碳含量隨著煤變質程度的加深而增高，同時也是國家監控工業生產中碳排放的重要指標;氫含量是計算收到基低位發熱量的主要參數，直接影響著煤炭貿易定價與結算;而氮元素經過鍋爐燃燒后轉化成氮氧化物排放到大氣中。因此，準確測定煤中碳氫氮元素含量對煤質研究、貿易核算、控制環境污染有著十分重要的意義。隨著技術進步與發展，元素分析儀如今已經廣泛應用于各個行業實驗室中。本文選取力可CHN628元素分析儀，通過標準煤樣檢測，對其精密度與準確度進行評價，并就注意事項簡要說明。

1 儀器與測定原理

1.1 儀器選擇

美國力可CHN628元素分析儀，儀器主要由進樣系統，燃燒系統，檢測系統，處理系統，控制系統組成[1]。

1.2 測定原理--紅外--熱導聯合法

煤樣在氧氣流中充分燃燒，煤中碳、氫、氮分別轉化為CO2、H2O、NOx及少量N2的混合物。上述產物與煤中其他元素形成的產物混合在一起，經燃燒爐中的爐試劑凈化后，去除其中的SOx、鹵素單質、鹵化氫等雜質，只留下CO2、H2O、少量的N2、NOx，及氧氣的混合物。經充分混勻后，混氣罐將氣體分別送入H2O紅外池、CO2紅外池以及還原爐。煤中的氫以H2O的形式被H2O紅外池測定，碳以CO2的形式被CO2紅外池測定。進入還原爐的氣體在載氣氦氣的攜帶下在還原爐中去除氧氣，并將其中的NOx還原為N2，再經過凈化后進入熱導池以N2的形式在熱導池中測定[2]。

2 試驗過程

2.1 樣品選擇

本次試驗選擇不同含量的有證煤標準物質3種。所選標準物質各組分含量范圍符合化驗室生產需要。

2.2 儀器檢查與實驗

開機后，將燃燒管溫度設置950℃，出口溫度設置850℃，還原管溫度設置為750℃;氧氣壓力調至35PSI，氦氣壓力調至35PSI，動力氣壓力調至40PSI;待儀器自動升溫到設定溫度后開啟漏氣檢查，檢漏通過后進行樣品檢測。做空白試驗直至各元素空白值標準差小于0.001，各元素含量趨于穩定后進行標準煤樣測試。稱取不少于70mg一般分析煤樣，將樣品用錫箔紙包成水滴狀按照序號放入樣品盤內開始試驗。

3 實驗結果討論

3.1 實驗結果

對3種有證煤標準物質分別進行7次重復測定，測定結果如下：

3.2 方法精密度

以相對標準偏差來反映上組數據間的離散程度。通過上表可以看出，三種標準物質碳元素測定重復性均在2%以下，氫元素測定重復性均在3%以下，氮元素測定重復性均在5%以下[3]，說明儀器測量的穩定性很好。

3.3 方法準確度

采用t檢驗法對測定值與標準值進行顯著性差異檢驗。

在95%的置信區間內，從t值表中查得n=7，=0.05時=2.447。由上表可知，所有t值均小于2.447，所以標準物質的測定結果與標準值沒有顯著性差異。為了進一步說明，計算測定值與標準值之差（-）的95%置信區間：

以上統計檢驗表明，測量值與標準值的誤差的95%置信區間范圍很小，均在給定標準物質不確定度范圍內，可以滿足分析實驗要求。利用力可CHN628元素分析儀測定煤中碳氫氮元素的結果是準確可靠的。

4 注意事項

4.1 試樣稱量

為獲得較高的實驗精密度，稱量質量在70mg以上。稱量樣品時應用鑷子夾取錫箔紙，最好佩戴稱量手套，防止汗液附著在錫箔紙表面影響氫元素的測量結果，將煤樣包成水滴狀的過程中，要用力將錫箔紙中的空氣擠出，防止空氣進入影響測量結果[4]。

4.2 空白試驗

影響空白值的因素主要是管路中殘留的含有待測元素的氣體、水分。如果儀器在測定過程中更換了試劑材料，應重新進行空白實驗，空白實驗標準差在0.001以下時方能進行標準煤樣實驗。

4.3 凈化、吸收系統

力可CHN628元素分析儀中使用有較多的試劑，為防止測定過程中的誤差，大多數試劑需要定期更換并在使用前進行前期處理。還原管中的N催化劑和還原銅建議在測定300個樣品后進行更換，每次開機使用前觀察凈化系統中個高氯酸鎂與堿石棉，及時更換防止產生碳、氫測定誤差。

5 結論

通過對力可CHN628元素分析儀測定原理的介紹，用有證煤標準物質進行實驗，該元素分析儀的精密度、準確度較好，能夠滿足實驗室大批量檢測需要。同時，該儀器測定煤中碳氫氮元素的影響因素較多，在實驗過程中，應規范操作，確保測定結果準確。

參考文獻：

[1] GB/T 30733-2014.煤中碳氫氮的測定儀器法[S].中華人民共和國國家質量監督檢驗檢疫總局，中國國家標準化管理委員會，2014.

[2]俎愛忠，劉媛.煤中碳氫氮測定方法的比對[J].計量與測試技術.2017（44）：70-72.

[3] JJF1321-2011.元素分析儀校準規范[S].中華人民共和國國家質量監督檢驗檢疫總局，2011.

[4]龔婉莉.采用元素分析儀測定煤中碳氫氮含量的應用研究[J].煤質技術，2018（1）：38-41.