量氣法測定火藥中硝化甘油的質量分數

魏晗，付鵬，紀道成，肖友霖

（中國人民解放軍32382部隊，北京 100072）

火藥是武器發射彈丸或推動火箭運動的主要能源，平時主要儲存在倉庫中，它的儲存安全性直接關系到戰時的使用。雙基發射藥的主溶劑有硝化甘油和硝化二乙二醇，它們起溶解硝化纖維素作用，同時也是一種主要的能量成分。因此，硝化甘油的質量分數直接影響著火藥的儲存性能，了解其在火藥中變化情況可以及時指導火藥的使用、保管和貯存。本文主要介紹使用量氣法測定火藥中硝化甘油質量分數的方法，并對試驗結果進行分析[1]。

1 實驗部分

1.1 實驗原理

溶解在醋酸溶液中的硝化甘油在強酸介質中與過量的亞鐵鹽反應，使硝化甘油上的硝酸酯基（—ONO2）被還原為一氧化氮，測量一氧化氮的體積，即可計算出硝化甘油的質量分數[3]。反應方程式：C3H5(ONO2)3+9FeSO4+9HCl=C3H5(OH)3+3Fe2(SO4)3+3FeCl3+3H2O+3NO↑。反應所生成的一氧化氮，并不立即逸出反應液面，而是和溶液中過量的亞鐵鹽反應生成一種暗棕色的絡合物亞硝基硫酸亞鐵，加熱分解，才放出一氧化氮氣體。

1.2 實驗特點

1）試驗樣品準備時間長。實驗中用到的火藥樣品均需要經過粉碎，盡量粉碎成花片狀或鋸末狀[4]，且提取火藥中成分所用的時間較長：①花片狀試樣的提取時間為2 h；②鋸末狀試樣的提取時間為4 h；③試驗燃燒層厚度不大于0.16 mm的片狀及環狀藥，提取時間為6 h；④試樣燃燒層厚度不大于0.16 mm的片狀、粒狀藥、球狀藥經試驗后確定提取時間。

2）試驗中試劑及儀器使用較多。配制的試劑：硫酸亞鐵、質量分數25%的工業氫氧化鈉、鹽酸溶液（鹽酸與水的體積比為1∶2）、體積分數為70%～75%的醋酸溶液。儀器：單線洗液管、容量瓶、置換筒、保溫筒、溫度計、托勺、量筒、刻度吸管、氣壓計、酒精燈、滴液漏斗、燒瓶、量氣管、玻璃乳缽、膠頭滴管。加熱分解裝置如圖1所示。

圖2 加熱分解裝置

3）試驗時間長、步驟較多。試驗過程主要分為試樣提取和氣體收集。

試樣的提取：實驗采用間接提取方式，使用帶濾紙筒的套管，用乙醚進行提取，通過溫水浴中進行加熱，冷凝器進行冷凝[5]。

配比試樣溶液：提取物中加入一定量的醋酸配出試樣溶液。

提取的關鍵點：①整套裝置連接處要進行較好的密封，否則乙醚會揮發掉；②提取管中乙醚的回流的次數每小時不少于8次，否則最終的實驗結果會偏低；③試樣的乙醚提取液必須將乙醚趕干凈，否則將使結果偏高。

氣體收集：第一，安裝好加熱分解裝置，加入試驗試劑，排除燒瓶中的空氣。此步關鍵為整個裝置不漏氣，燒瓶中的空氣排除干凈。第二，加入試樣溶液至燒瓶，通過醋酸和水進行洗滌漏斗，加熱燒瓶進行氣體收集。此步關鍵為洗滌漏斗時，絕不能使空氣進入；收集氣體時，打開導管夾時要緩慢，防止氫氧化鈉回流至燒瓶和出氣過猛而逸出氣體。第三，將量氣管放入置換筒中進行置換，讀取氣體體積數，記下此時保溫筒水溫和大氣壓力。此步關鍵為用量氣管內的水洗滌管壁時，防止皮塞松動使空氣進入；在管內凹液面與外液面同高時，迅速讀出氣體體積。

2 結果與討論

2.1 試驗中常見問題處理方法

2.1.1 提取中乙醚蒸干問題處理

試樣的提取通過濾紙筒進行間接提取，燒杯內的乙醚往往會被蒸干。出現這種情況的原因和處理方法：①套管、冷凝器和燒杯連接處未能密封好。處理方法為采用膠頭滴管在各連接處進行水封，觀察蒸餾水是否流入儀器內，如果流入則說明儀器漏氣。②冷凝器未發揮冷凝的作用。處理方法為觀察冷凝器是否良好，冷凝水是否一直流動。③水浴鍋內加熱管變形，局部凸起和燒瓶直接接觸，使樣品加熱、提取過于激烈。處理方法為避免加熱管與燒瓶直接接觸。

2.1.2 收集一氧化氮氣體時常見問題處理

加熱燒瓶后，打開導管夾的時機很重要，過早時氫氧化鈉溶液會倒吸進燒瓶，過晚時氣體壓力太大，一氧化氮氣態會逸出量氣管。

處理方法：在導管中加入自動單向閥；條件有限，沒有自動單向閥時，加熱燒瓶后，當導管鼓大，緩慢打開夾子，觀察導管內液面的流向，如果流向燒瓶，迅速關閉夾子，反之，則打開夾子。打開夾子要緩慢，防止出氣過猛。

2.1.3 常見影響實驗結果的因素

1）整個實驗過程對裝置的氣密性要求非常高，漏氣或進氣都會使實驗結果偏高或偏低，所以各個環節都要保證裝置良好的氣密性。燒瓶內排氣要徹底，并且要防止燒瓶內排完氣體后空氣進入導管。

2）乙醚提取物中會混入少量的消化纖維素，在實驗中會被硫酸亞鐵還原為氧化氮，使實驗測得的氮的含量有偏差，這無法避免，但提取物中乙醚未排干凈，會使實驗結果偏大。

3）在排除燒瓶中氣體后，如吸入導管內的氫氧化鈉液柱太短時，會使結果偏高。當量氣管中收集的氣體較多時，由于堿性液柱太短，酸性氣體吸收不完全，會使結果偏高。

2.2 方法準確度

本文采用雙芳-3和60方片兩種不同的標準藥進行了硝化甘油質量分數測定試驗并進行計算[2]，試驗結果和計算結果如表1所示。

表1 量氣法測雙芳-3和60方片中硝化甘油含量試驗數據表

通過表1中硝化甘油質量分數可知，雙芳-3中硝化甘油的質量分數在26%左右，60方片在40%左右，均在正常合理的范圍內。

3 結束語

本文介紹了通過量氣法測定火藥中硝化甘油質量分數的實驗過程，分析了該方法的特點，指出了測定過程中容易出現地問題，提出了相應的解決措施，最后通過實例驗證了該方法的可行性，為測定火藥中硝化甘油質量分數提供了重要參考。