工业分析技术第八章气体分析

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1、8.1 概述概述8.1.1 8.1.1 工业气体分类工业气体分类8.1.2 8.1.2 工业气体分析的方法工业气体分析的方法1（1）天然气 煤与石油组成分解的产物，存在于含煤或石油的地层中。主要成分是甲烷。（2）焦炉煤气 煤在800以上炼焦的副产物。主要成分是氢气和甲烷。（3）石油气 石油裂解的产物。主要成分是甲烷、烯烃及其他碳氢化合物。（4）水煤气 由水蒸气作用于赤热的煤而生成。主要成分是一氧化碳和氢气。 8.1.1 工业气体分类工业气体分类2除上述的天然气、焦炉煤气、石油气、水煤气等均可除上述的天然气、焦炉煤气、石油气、水煤气等均可作为化工原料气外，还有其他几种：作为化工原料气外，还有其他

2、几种： （1 1）黄铁矿焙烧炉气）黄铁矿焙烧炉气 主要成分是二氧化硫，用主要成分是二氧化硫，用于合成硫酸。于合成硫酸。4FeS4FeS7O7O2 22Fe2Fe2 2OO3 34SO4SO2 2 （2 2）石灰焙烧窑气）石灰焙烧窑气 主要成分是二氧化碳，用于主要成分是二氧化碳，用于制碱工业。制碱工业。CaCOCaCO3 3CaOCaOCOCO2 2 工业气体产品种类很多，如氢气、氮气、氧气、乙炔工业气体产品种类很多，如氢气、氮气、氧气、乙炔气和氦气等。气和氦气等。 8.1.1 工业气体分类工业气体分类3 各种工业用的烟道气，即燃料燃烧后的产物，主要成分为N2、O2、CO、CO2、水蒸气及少量的

3、其他气体。在化工生产中排放出来的大量尾气，情况各不相同，组成较为复杂。 8.1.1 工业气体分类工业气体分类4 工业厂房内的空气，一般含有生产用的气体。这些气体中有些对身体有害；有些能够引起燃烧爆炸。工业厂房空气在分析上是指厂房空气中这类有害气体。 8.1.1 工业气体分类工业气体分类5 工业气体分析方法根据测定原理可分为：化学分析法、物理分析法、物理化学分析法。 1.化学分析法 根据气体的某一化学特性进行测定的，如吸收法、燃烧法。 2.物理分析法 根据气体的物理特性，如密度、热导率、折射率、热值等来进行测定的。8.1.2 工业气体分析的方法工业气体分析的方法6 3.物理化学分析方法 根据气体

4、的物理化学特性来进行测定的，如电导法、色谱法和红外光谱法等。8.1.2 工业气体分析的方法工业气体分析的方法7 当气体混合物中各个组分的含量为常量时，一般采用体积分数来表示； 气体混合物中各组分的含量是微量时，一般采用每升或每立方米中所含的质量（mg）或体积（ml）来表示； 气体中被测物质是固体或液体（各种灰尘、烟、各种金属粉末），这些杂质浓度一般用质量单位来表示比较方便。8.1.2 工业气体分析的方法工业气体分析的方法88.2 气体分析仪器气体分析仪器8.2.1 气体分析仪器的组成气体分析仪器的组成8.2.2 气体分析仪器的装置气体分析仪器的装置9 量取一定量气体体积的装置，量气管的类型有单

5、臂式和双臂式两类。 （1）单臂式量气管:单臂式量气管分为直式、单球式、双球式三种。 直式量气管：直式量气管：是最简单的量气管，是一支容积为100ml有刻度的玻璃管，分度值为0.2ml，可读出在100ml范围内的气体体积 8.2.1 气体分析仪器的组成气体分析仪器的组成10单球式量气管：单球式量气管：下端细长部分一般有4060ml的刻度，分度值为0.1ml，上部球状的部分也有刻度,一般较少使用，精度也不高 8.2.1 气体分析仪器的组成气体分析仪器的组成11双球式量气管：双球式量气管：双球式量气管：双球式量气管：上部有上部有2 2个球状部分，其中上球个球状部分，其中上球的体积为的体积为25ml2

6、5ml，下球的体积为，下球的体积为35ml35ml，下端为细长，下端为细长部分，一般刻有部分，一般刻有40ml40ml刻度线，分度值为刻度线，分度值为0.1ml0.1ml，是，是常用于测量气体体积的部分，而球形部分的体积常用于测量气体体积的部分，而球形部分的体积用于固定气体体积的测量，如量取用于固定气体体积的测量，如量取25.00ml25.00ml气体体气体体积，用于燃烧法实验等。积，用于燃烧法实验等。 量气管的末端用橡皮管与水准瓶相连，顶端量气管的末端用橡皮管与水准瓶相连，顶端是吸入气体与排出气体的出口，可与取样管相通是吸入气体与排出气体的出口，可与取样管相通 8.2.1 气体分析仪器的组成

7、气体分析仪器的组成12（2）双臂式量气管：总体积也是100ml，左臂由4个20ml玻璃球组成，右臂是体积20ml（加上备用部分共22ml）的细管，分度值为0.05ml。可以测量100ml以内的气体体积。量气管顶端通过活塞1与取样器、吸收瓶相连，下端活塞2、活塞3可分别量取气体体积，末端用橡皮管与水准瓶相连。 8.2.1 气体分析仪器的组成气体分析仪器的组成13当打开活塞当打开活塞2 2、活塞、活塞3 3并使活塞并使活塞1 1与大气相通，升高与大气相通，升高水准瓶时，液面上升，将量气管中原有气体排出，水准瓶时，液面上升，将量气管中原有气体排出，然后旋转活塞然后旋转活塞1 1使之与取试样器或气体贮

8、存器相连，使之与取试样器或气体贮存器相连，先关上活塞先关上活塞3 3，放下水准瓶，气体自活塞，放下水准瓶，气体自活塞1 1引入左引入左臂球形管中，测量一部分气体体积，然后关上活臂球形管中，测量一部分气体体积，然后关上活塞塞2 2，打开活塞，打开活塞3 3，气体流入细管中，关上活塞，气体流入细管中，关上活塞1 1，测量出细管中气体的体积，两部分体积之和即为测量出细管中气体的体积，两部分体积之和即为所取气体的体积。如测量所取气体的体积。如测量53.25ml53.25ml气体时，用左臂气体时，用左臂量取量取40ml40ml，右臂量取，右臂量取13.25ml13.25ml，总体积即为，总体积即为53.

9、25ml53.25ml。 8.2.1 气体分析仪器的组成气体分析仪器的组成14（3 3）量气管的使用：当水准瓶升高时，液面上升，）量气管的使用：当水准瓶升高时，液面上升，可将量气管中的气体排出。当水准瓶降低时液面可将量气管中的气体排出。当水准瓶降低时液面下降，将气体吸入量气管；和进气管、排气管配下降，将气体吸入量气管；和进气管、排气管配合使用，可完成排气和吸入气体样品的操作，收合使用，可完成排气和吸入气体样品的操作，收集足够的气体以后，关闭气体分析器上的进样阀集足够的气体以后，关闭气体分析器上的进样阀门。将量气管的液面与水准瓶的液面对齐（处在门。将量气管的液面与水准瓶的液面对齐（处在同一个水平

10、面上），读出量气管上的读同一个水平面上），读出量气管上的读数，即为气体的体积。数，即为气体的体积。 8.2.1 气体分析仪器的组成气体分析仪器的组成15（1）气体流量计一常称湿式流量计，由金属筒构成，其中盛半筒水，在筒内有一金属鼓轮将圆筒分割为四个小室。鼓轮可以绕着水平轴旋转，当空气通过进气口进入小室时，推动鼓轮旋转，鼓轮的旋转轴与筒外刻度盘上的指针相连，指针所指示的读数，即为采集的气体试样体积。 8.2.1 气体分析仪器的组成气体分析仪器的组成16刻度盘上的指针每转一圈一般为5L、10L。流量针上附有水平仪，底部装有螺旋，以便调节流量针的水平位置。另外还有压力计和温度计，用以测量通过气体的温

11、度，压力计是用以调节通过气体的压力与大气的压力相等，便于体积换算。湿式流量计的准确度高，但测量气体的体积有一定限额，并且不易携带。 常用于其他流量计的校正或化验室固定使用 8.2.1 气体分析仪器的组成气体分析仪器的组成17（2）气体流速计：是化验室中使用最广泛的仪器。用以测量气体流速，从而计算出气体的体积。 其原理是当气体通过毛细管时由于管子狭窄部分的阻力，在此管中产生的气压降低，阻力前后压力之差由装某种液体的U形管至两臂液面的差别表示出来。 气体流速越大液面差别也越大。 8.2.1 气体分析仪器的组成气体分析仪器的组成18（3 3）转子流量计：是由上粗下细的锥形玻璃管与）转子流量计：是由上

12、粗下细的锥形玻璃管与上下浮动的转子组成。转子一般用铜或铝等金属上下浮动的转子组成。转子一般用铜或铝等金属及有机玻璃和塑料制成。及有机玻璃和塑料制成。 气流越大，转子升得越高。在生产现场使用气流越大，转子升得越高。在生产现场使用比较方便。比较方便。 用吸收管采样时，在吸收管与转子流量计之用吸收管采样时，在吸收管与转子流量计之间须接一个干燥管，否则湿气凝结在转子上，将间须接一个干燥管，否则湿气凝结在转子上，将改变转子的质量而产生误差。改变转子的质量而产生误差。 转子流量计的准确性比流速计差。转子流量计的准确性比流速计差。 8.2.1 气体分析仪器的组成气体分析仪器的组成19梳形管是将量气管和吸收瓶

13、及燃烧瓶连接起来的装置，通过活塞，改变气体流动的方向。 8.2.1 气体分析仪器的组成气体分析仪器的组成20 气体进行吸收作用的装置，瓶中装有吸收剂，气体分析时吸收作用即在此瓶中进行。 吸收瓶分为两部分，一部分是作用部分，另一部分是承受部分。每部分的体积应比量气管大，约为120150ml，二者可以并列，也可以上下排列，还可以一部分置于另一部分之内。作用部分经活塞与梳形管相连，承受部分与大气相通。 8.2.1 气体分析仪器的组成气体分析仪器的组成21 使用时，将吸收液吸至作用部分的顶端，气体由量气管进入吸收瓶中，吸收液由作用部分流入承受部分，气体与吸收液发生吸收作用。 8.2.1 气体分析仪器的

14、组成气体分析仪器的组成22 为了增大气体与吸收剂的接触面积以提高气体吸收效率，在吸收部分内装有许多直立的玻璃管。接触式吸收瓶另一种名为鼓泡式吸收瓶。气体经过几乎伸至瓶底的细管而进入吸收瓶中。由此细管出来的气体被分散成细小的气泡，经过吸收液上升，然后集中在作用部分的上部，此种吸收效果最好。 8.2.1 气体分析仪器的组成气体分析仪器的组成23 内装封闭液，与量气管连接构成连通器，用以吸入或排出气体。 8.2.1 气体分析仪器的组成气体分析仪器的组成24 是一个球形厚壁的硬质玻璃容器，在球的上端熔封两条铂丝，铂丝的外端经导线与电源连接。球的下端管口用橡皮管连接水准瓶。 8.2.1 气体分析仪器的组

15、成气体分析仪器的组成25 使用前用封闭液充满到球的顶端，引入气体后封闭液至水准瓶中，用感应线圈在铂丝间得到火花（目前使用较为方便的是压电陶瓷火花发生器，其原理是借助2只圆柱形特殊陶瓷受到相对冲击后产生104V以上高压脉冲电流，火花发生率高，可达100，不用电源，安全可靠，发火次数可达五万次以上。有手枪式和盒式两种，使用非常简单），以点燃混合气体。 8.2.1 气体分析仪器的组成气体分析仪器的组成26样式与吸收瓶相似，也分作用部分与承受部分，样式与吸收瓶相似，也分作用部分与承受部分，上下排列。可燃性气体在作用部分中燃烧，承受上下排列。可燃性气体在作用部分中燃烧，承受部分用以承受自作用部分排出的封

16、闭液。管中有部分用以承受自作用部分排出的封闭液。管中有用于加热的一段铂质螺旋丝，铂丝的两端与熔封用于加热的一段铂质螺旋丝，铂丝的两端与熔封在玻璃管中的两条铜丝相连，铜丝的另一端通过在玻璃管中的两条铜丝相连，铜丝的另一端通过一个适当的变压器及变阻器与电源相连，混合一个适当的变压器及变阻器与电源相连，混合气体引入作用部分，通电后铂丝炽热，混合气气体引入作用部分，通电后铂丝炽热，混合气体在铂丝的附近缓慢燃烧。体在铂丝的附近缓慢燃烧。 8.2.1 气体分析仪器的组成气体分析仪器的组成27 将氧化铜装在石英管管的中部，用电炉或煤气灯加热，然后使气体往返通过而进行燃烧。燃烧空间长度约为10cm，管内径为6

17、mm。 8.2.1 气体分析仪器的组成气体分析仪器的组成28按照从左至右；从上至下的原则。即先安装吸收瓶、燃烧管、量气管，然后将活塞安装在吸收瓶、燃烧管、量气管上，再安装梳形管、最后安装水准瓶。 8.2.1 气体分析仪器的组成气体分析仪器的组成29 改良式奥氏气体分析仪，是由1支量气管、4个吸收瓶和1个爆炸瓶组成。它可进行CO2、O2、CH4、H2、N2混合气体的分析测定。其优点是构造简单、轻便，操作容易，分析快速。缺点是精度不高，不能适应更复杂的混合气体分析。8.2.2 气体分析仪器的装置气体分析仪器的装置308.2.2 气体分析仪器的装置气体分析仪器的装置31 苏式气体分析仪，是由1支双臂

18、式量气管、7个吸收瓶、1个氧化铜燃烧管和1个缓燃管等组成。它可进行煤气全分析或更复杂的混合气体分析。仪器构造复杂，分析速度较慢；但精度较高，实用性较广。8.2.2 气体分析仪器的装置气体分析仪器的装置328.2.2 气体分析仪器的装置气体分析仪器的装置33 3.气体分析仪器的使用 以改良式奥氏气体分析仪的使用为例： （1）准备工作：首先将洗涤洁净、干燥气体分析仪各部件，用橡皮管连接安装好。所有旋转活塞都必须涂抹润滑剂，使其转动灵灾活。8.2.2 气体分析仪器的装置气体分析仪器的装置34 依照拟好的分析顺序，将各吸收剂分别由吸收瓶的承受部分注入吸收瓶中。如在进行煤气分析时，吸收瓶中注入33的KO

19、H溶液；吸收瓶中注入焦性没食子酸碱性溶液；吸收瓶、中注入亚铜氨溶液。在吸收液上部可倒入58ml液体石蜡。 水准瓶中注入封闭液。8.2.2 气体分析仪器的装置气体分析仪器的装置35 依次同样使吸收瓶、及爆炸球等液面均升至标线。再将三通活塞5旋至a位置，提高水准瓶，将量气管内的气体排出，并使液面升至标线，然后将三通活塞5旋至b位置，将水准并瓶放在底板上，如量气管内液面开始稍微移动后即保持不变，并且各吸收瓶及爆炸球等的液面也保持不变，表示仪器已不漏气。如果液面下降，则有漏气之处。（一般常在橡皮管连接处或者活塞），应检查出，重新处理。 8.2.2 气体分析仪器的装置气体分析仪器的装置368.3 气体化

20、学分析法气体化学分析法8.3.1 8.3.1 吸收法吸收法8.3.2 8.3.2 燃烧法燃烧法8.3.3 8.3.3 气体分析其他方法气体分析其他方法37 气体化学吸收法应包括吸收体积法、吸收滴定法、吸收称量法和吸收比色法等。8.3.1 吸收法吸收法38（1）原理 利用气体的化学性质，使气体混合物和特定的吸收剂接触。吸收剂与混合气体中待测组分气体定量地发生化学吸收作用（而不与其他组分发生任何作用）。当吸收前、后的温度及压力保持一致时，则吸收前、后的气体体积之差即为待测气体的体积。 此法主要用于常量气体的测定。8.3.1 吸收法吸收法39（1）原理 例如，CO2、O2、N2的混合气体，当通过氢氧

21、化钾溶液接触时，CO2被吸收生成K2CO3，而其他组分不被吸收。 2KOHCO2K2CO3H2O8.3.1 吸收法吸收法40 对于液态或固态的物料，也可利用同样的原理来进行分析测定。 首先使各种物料中的待测组分经过化学反应转化为气体，然后用特定的吸收剂吸收，根据气体的体积变化，进行定量测定。如在钢铁分析中，用吸收体积法测定总碳含量。8.3.1 吸收法吸收法41（2）气体吸收剂 用来吸收气体的化学试剂称为气体吸收剂。由于各种气体具有不同的化学特性，所选用吸收剂也不相同。吸收剂可分为液态和固态两种，在大多数情况下，都以液态吸收剂为主。 氢氧化钾溶液：KOH是CO2的吸收剂 2KOHCO2K2CO3

22、H2O8.3.1 吸收法吸收法42 通常用KOH而不用NaOH，因为浓的NaOH溶液易起泡沫，并且析出难溶于本溶液中的Na2CO3而堵塞管路。 一般常用33的KOH溶液，1ml此溶液能吸收40ml的CO2气体，它适用于中等浓度及高浓度（23以上）的CO2测定。 氢氧化钾溶液也能吸收H2S、SO2等酸性气体，因此，在测定先必须除去。8.3.1 吸收法吸收法43（2）气体吸收剂 焦性没食子酸的碱溶液：焦性没食子酸（1,2,3-三羟基苯）的碱溶液是O2的吸收剂. 焦性没食子酸与氢氧化钾作用生成焦性没食子酸钾。C6H3(OH)33KOHC6H3(OK)33H2O 焦性没食子酸钾被氧化生成六氧基联苯钾4

23、C6H3(OK)3O22(KO)3H2C6C6H2(OK)32H2O8.3.1 吸收法吸收法44 1ml焦性没食子酸的碱溶液能吸收812ml氧气，在温度大于15，含氧量不超过25时，吸收效率最好。焦性没食子酸的碱性溶液吸收氧的速度，随温度降低而减慢，在0时几乎不吸收。所以用它来测定氧气时，温度最好大于15。因为吸收剂是碱性溶液，酸性气体和氧化性气体对测定都有干扰，在测定前应除去。8.3.1 吸收法吸收法45（2）气体吸收剂 亚铜盐溶液：亚铜盐的盐酸溶液或亚铜盐的氨溶液是一氧化碳的吸收剂。一氧化碳和氯化亚铜作用生成不稳定的配合物Cu2Cl22CO。 Cu2Cl22COCu2Cl22CO 在氨性溶

24、液中，进一步发生反应Cu2Cl22CO4NH32H2OCu2(COONH4)22NH4Cl8.3.1 吸收法吸收法46 1ml亚铜盐氨溶液可以吸收16ml一氧化碳。因氨水的挥发性较大，用亚铜盐氨溶液吸收一氧化碳后的剩余气体中常混有氨气，影响气体的体积，故在测量剩余气体体积之前，应将剩余气体通过硫酸溶液以除去氨的气体（即进行第二次吸收）。 亚铜盐氨溶液也能吸收氧、乙炔、乙烯、高级碳氢化合物及酸性气体。故在测定一氧化碳之前均应除去。8.3.1 吸收法吸收法47（2）气体吸收剂 饱和溴水或硫酸汞、硫酸银的硫酸溶液：它们是不饱和烃的吸收剂。在气体分析中不饱和烃通常是指乙烯、丙烯、丁烯、乙炔、苯、甲苯等

25、。溴能和不饱和烃发生加成反应并生成液态的饱和溴化物。8.3.1 吸收法吸收法CHCH2 2CHCH2 2BrBr2 2CHCH2 2Br-CHBr-CH2 2BrBrCHCHCHCH2Br2Br2 2CHBrCHBr2 2-CHBr-CHBr2 248 在实验条件下，苯不能与溴反应，但能缓慢地溶解于溴水中，所以苯也可以一起被测定出来。 硫酸在有硫酸银（或硫酸汞）作为催化剂时，能与不饱和烃作用生成烃基磺酸、亚烃基磺酸、芳烃磺酸等。8.3.1 吸收法吸收法CHCH2 2CHCH2 2H H2 2SOSO4 4CHCH3 3-CH-CH3 3OSOOSO2 2OHOHCHCHCHCHH H2 2SO

26、SO4 4CHCH2 2-CH(OSO-CH(OSO2 2OH)OH)2 2C C6 6H H6 6H H2 2SOSO4 4C C6 6H H5 5SOSO3 3H HH H2 2O O49（2）气体吸收剂硫酸、高锰酸钾溶液、氢氧化钾溶液：它们是二氧化氮的吸收剂。8.3.1 吸收法吸收法2NO2NO2 2H H2 2SOSO2 2OH(ONO)SOOH(ONO)SO2 2HNOHNO3 310NO10NO2 22KMnO2KMnO4 43H3H2 2SOSO4 42H2H2 2O O10HNO10HNO3 3K K2 2SOSO4 42MnSO2MnSO4 42NO2NO2 23KOH3KO

27、H2KNO2KNO3 3KNOKNO2 2H H2 2O O50（3）混合气体的吸收顺序： 原则：吸收某种气体时其它气体不干扰吸收。例如，煤气中的主要成分是CO2、O2、CO、CH4、H2等。根据所选用的吸收剂性质，分析煤气时，它们应按如下吸收顺序进行。 8.3.1 吸收法吸收法8.3.1 吸收法吸收法51 氢氧化钾溶液：它只吸收二氧化碳，其他组分不干扰。应排在第一。 焦性没食子酸的碱性溶液：试剂本身只能吸收氧气。但因为是碱性溶液，也能吸收酸性气体。因此，应排在氢氧化钾吸收液之后。故排在第二。8.3.1 吸收法吸收法52 （3）混合气体的吸收顺序： 氯化亚铜的氨性溶液：它不但能吸收一氧化碳，同

28、时还能吸收二氧化碳、氧气等。因此，只能把这些干扰组分除去之后才能使用。故排在第三。甲烷和氢气用燃烧法测定。所以煤气分析的顺序应为：8.3.1 吸收法吸收法53KOH溶液吸收CO2；焦性没食子酸的碱性溶液吸收O2；氯化亚铜的氨溶液吸收CO；用燃烧法测定CH4及H2；剩余气体为N2。 （4）吸收仪器-吸收瓶 参见气体分析仪器的组成中吸收瓶8.3.1 吸收法吸收法54 利用吸收法和滴定分析法测定气体（或可以转化为气体的其他物质）含量的分析方法称为吸收滴定法。其原理是使混合气体通过特定的吸收剂溶液，其中待测组分与吸收剂发生反应而被吸收，然后在一定的条件下，用特定的标准溶液滴定，根据消耗的标准溶液的体积

29、，计算出待测气体的含量。8.3.1 吸收法吸收法55例如：焦炉煤气中少量H2S的滴定 （1）吸收：使一定量的气体试样通过醋酸镉溶液。其中的H2S与Cd(Ac)2反应生成黄色的硫化镉沉淀。 H2SCd(Ac)2CdS2HAc （2）转化：将溶液酸化，加入过量的碘标准溶液，负二价的硫被氧化为零价的硫。8.3.1 吸收法吸收法56 CdSCdS2HCl2HClI I2 22HI2HICdClCdCl2 2SS （3 3）滴定：剩余的碘以淀粉为指示剂，用硫代）滴定：剩余的碘以淀粉为指示剂，用硫代硫酸钠标准溶液滴定，硫酸钠标准溶液滴定， I I2 22Na2Na2 2S S2 2OO3 3NaNa2 2

30、S S4 4OO6 62NaI2NaI 由碘的消耗量计算出硫化氢的含量。由碘的消耗量计算出硫化氢的含量。8.3.1 吸收法吸收法57 利用吸收法和称量法来测定气体（或可以转化气体的其他物质）含量的分析方法称为吸收称量法。其原理是使混合气体通过固体（或液体）吸收剂，待测气体与吸收剂发生反应（或吸附），而吸收剂增加一定的质量，根据吸收剂增加的质量，计算出待测气体的含量。8.3.1 吸收法吸收法58 例如，测定混合气体中的微量二氧化碳时，使混合气体通过固体的碱石灰（一份氢氧化钠和两份氧化钙的混合物，常加一点酚酞故呈粉红色，亦称钠石灰）或碱石棉（50氢氧化钠溶液中加入石棉，搅拌成糊状，在150160烘

31、干，冷却研成小块即为碱石棉），二氧化碳被吸收。8.3.1 吸收法吸收法59精确称量吸收剂吸收二氧化碳前、后的质量，根据吸收剂前后的质量差，即可计算出二氧化碳的含量。8.3.1 吸收法吸收法2NaOH2NaOHCOCO2 2NaNa2 2COCO3 3H H2 2O OCaOCaOCOCO2 2CaCOCaCO3 360 利用吸收法和比色法来测定气体物质（或可以转化为气体的其他物质）含量的分析方法称为吸收比色法。其原理是使混合气体通过吸收剂（固体或液体），待测气体被吸收，而吸收剂产生不同的颜色（或吸收后再作显色反应），其颜色的深浅与待测气体的含量成正比，从而得出待测气体的含量。此法主要用于微量气

32、体组分含量的测定。8.3.1 吸收法吸收法61例如，测定混合气体中微量乙炔 （1）吸收：将混合气体通过吸收剂亚铜盐的氨溶液。乙炔被吸收，生成乙炔铜的紫红色胶体溶液。 2C2H2Cu2Cl22CHCCu2HCl8.3.1 吸收法吸收法62 （2）比色：其颜色的深浅与乙炔的含量成正比。可进行比色测定，从而得出乙炔的含量。 例如，空气中的硫化氢含量测定，用4060目的硅胶作载体，吸附一定量的醋酸铅试剂制成检气剂填充于检气管中，当待测空气通过检气管时，空气中的硫化氢被吸收，生成黑色层。8.3.1 吸收法吸收法63 其变色的长度与空气中的硫化氢含量成正比，再与标准检气管进行比较，就可以获得空气中硫化氢的

33、含量。8.3.1 吸收法吸收法 Pb(Ac)Pb(Ac)2 2H H2 2S SPbSPbS2HAc2HAc64原理：原理：有些气体没有很好的吸收剂却具有可燃性，如氢气和甲烷。不能用吸收法测定，可用燃烧法测定。当可燃性气体燃烧时，其体积发生缩减，并消耗一定体积的氧气，产生一定体积的二氧化碳。它们都与原来的可燃性气体有一定的比例关系，根据它们之间的定量关系，分别计算出各种可燃性气体组分的含量。8.3.2 燃烧法燃烧法65本法适用于挥发性饱和碳氢化合物和性质比较稳定和一般化学试剂较难发生化学反应的气体。燃烧法分为爆炸燃烧法、缓慢燃烧法、氧化铜燃烧法。8.3.2 燃烧法燃烧法66（1 1）爆炸燃烧法

34、）爆炸燃烧法 可燃性气体与空气或氧气混合，当其比例达到一定限度时，受热（或遇火花）而引起爆炸性的燃烧。气体爆炸有两个极限，上限与下限，上限指可燃性气体能引起爆炸的最高含量。下限指可燃性气体能引起爆炸的最低含量。如H2在空气中的爆炸极限是74.2（体积分数），爆炸下限是4.1，即当H2在空气体积占4.174.2之内，它具有爆炸性。8.3.2 燃烧法燃烧法67 本法是将可燃性气体与空气或氧气混合，其比例能使可燃性气体完全燃烧，并在爆炸极限之内，在特殊的装置中点燃，引起爆炸，所以常叫爆燃法（或称爆炸法），此法的特点是分析所需的时间最短。8.3.2 燃烧法燃烧法68 (2)(2)缓慢燃烧法缓慢燃烧法

35、可燃性气体与空气或氧气混合，且不在爆炸极度限内，经过炽热的铂质螺旋丝而引起缓慢燃烧，所以称之为缓慢燃烧法。可避免爆炸危险。 此法所需时间较长。8.3.2 燃烧法燃烧法69（3 3）氧化铜燃烧法）氧化铜燃烧法 特点是被分析的气体中不必加入氧气，所用的氧来自氧化铜被还原放出。如氢气在280左右可在氧化铜上燃烧，甲烷在此温度下不能燃烧，高于290时才开始燃烧。CH4在600以上能燃烧完全：8.3.2 燃烧法燃烧法70 氧化铜被还原后可以在400的空气中氧化再生后继续使用。氧化铜燃烧法的优点是不加入空气或O2减少一次体积测量误差较小，计算也相应简化。8.3.2 燃烧法燃烧法H H2 2CuOCuOH

36、H2 2O(l)O(l)CuCuCOCOCuOCuOCOCO2 2CuCuCHCH4 44CuO4CuOCOCO2 22H2H2 2O(l) O(l) 4Cu4Cu71（1 1）CHCH4 4: :甲烷燃烧按下式进行甲烷燃烧按下式进行CHCH4 4 2O2O2 2 COCO2 2 2H2H2 2O(l)O(l)(1(1体积体积) (2) (2体积体积) (1) (1体积体积) )8.3.2 燃烧法燃烧法72 反应前1体积甲烷与2体积氧气燃烧后，生成1体积CO2和0体积水（在室温下，水蒸气冷凝为液态的水，其体积可以忽略不计），在反应中有2体积的气体消失（以V缩代表缩小的体积数），VCH4代表燃烧

37、前甲烷的体积。 （2）H2 （3）CO 8.3.2 燃烧法燃烧法73 量气管虽然有刻度，但标明的体积与实际体积不一定相等。对于精确的测量必须进行校正。在需要校正的量气管下端，用橡皮管套上一个玻璃尖嘴，再用夹子夹住橡皮管8.3.2 燃烧法燃烧法74在量气管中充满水至刻度的零点，然后放水于烧杯中，各为020ml、040ml、060ml、080ml、0100ml，精确称量出水的质量，并测量水温，查出在此温度下水的密度，通过计算得出准确的体积。水的真实体积与实际体积（刻度）之差即为此段间隔（体积）的校正值。8.3.2 燃烧法燃烧法75 测定电解质溶液导电能力的方法，称为电导法。当溶液的组成发生变化时，

38、溶液的电导率也发生相应的变化，利用电导率与物质含量之间的关系，可测定物质的含量。 如合成氨生产中微量一氧化碳和二氧化碳的测定8.3.3 气体分析其他方法气体分析其他方法76 通过测量电解池的电量为基础而建立起来的分析方法，称为库仑法。 库仑滴定是通过测量电量的方法来确定反应终点。它被用于痕量组分的分析中，如金属中碳、硫等的气体分析；环境分析中的二氧化硫、臭氧、二氧化氮等都可以用库仑滴定法来进行测定。8.3.3 气体分析其他方法气体分析其他方法77 各种气体的导热性是不同的。如果把两根相各种气体的导热性是不同的。如果把两根相同的金属丝（如铂金丝）用电流加热到同样的温同的金属丝（如铂金丝）用电流加

39、热到同样的温度，将其中一根金属丝插在某一种气体中，另一度，将其中一根金属丝插在某一种气体中，另一金属丝插在另一种气体中，由于两种气体的导热金属丝插在另一种气体中，由于两种气体的导热性不同，这两根金属丝的温度改变就不一样。随性不同，这两根金属丝的温度改变就不一样。随着温度的变化，电阻也相应地发生变化，所以，着温度的变化，电阻也相应地发生变化，所以，只要测出金属丝的电阻变化值，就能确定待测气只要测出金属丝的电阻变化值，就能确定待测气体的含量。如在氧气厂（空气分馏）中就广泛采体的含量。如在氧气厂（空气分馏）中就广泛采用此种方法。用此种方法。8.3.3 气体分析其他方法气体分析其他方法78 激光雷达是

40、激光用于远距离大气探测方面的激光雷达是激光用于远距离大气探测方面的新成就之一。激光雷达就是利用激光光束的背向新成就之一。激光雷达就是利用激光光束的背向散射光谱，检测大气中某些组分浓度的装置。散射光谱，检测大气中某些组分浓度的装置。 这种方法在环境分析中得到广泛的应用。经这种方法在环境分析中得到广泛的应用。经常检测的组分有常检测的组分有SOSO2 2、N0N02 2、C C2 2H H4 4、COCO2 2、H H2 2、NONO、H H2 2S S、CHCH4 4、H H2 2O O等。所达到浓度的灵敏度在等。所达到浓度的灵敏度在1km1km内为内为2 23l/L3l/L，个别工作利用共振拉曼

41、效应曾在，个别工作利用共振拉曼效应曾在2 23km3km高空中测得高空中测得O3O3和和SO2SO2的浓度，灵敏度分别为的浓度，灵敏度分别为0.005l/L0.005l/L和和0.05l/L0.05l/L。8.3.3 气体分析其他方法气体分析其他方法79 除以上这些方法之外，还有气相色谱法、红外线气体分析仪和化学发光分析等。它们在工业生产和环境分析中已得到广泛的应用。8.3.3 气体分析其他方法气体分析其他方法808.4 大气污染物的分析大气污染物的分析8.4.1 大气污染物样品的采集8.4.2 大气污染物的测定81 （1 1）搜集资料）搜集资料 采样前了解待监测区内污染源类型、数采样前了解待

42、监测区内污染源类型、数量、排放污染物种类、排放量；收集监测区量、排放污染物种类、排放量；收集监测区的风向、风速、气温、气压、日照情况、相的风向、风速、气温、气压、日照情况、相对湿度、逆温层底部的高度、温度的垂直梯对湿度、逆温层底部的高度、温度的垂直梯度分布等气象条件及地形资料；工业区、商度分布等气象条件及地形资料；工业区、商业区、居住区分布密度等。业区、居住区分布密度等。 8.4.1 大气污染物样品的采集大气污染物样品的采集82（2 2）采样布点：）采样布点： 根据资料将监测区分成高污染、中污染和根据资料将监测区分成高污染、中污染和低污染三个区域，上风向污染少于下风向，布点低污染三个区域，上风

43、向污染少于下风向，布点可少些；工业区和人口密度大的地方多布点。可少些；工业区和人口密度大的地方多布点。 选择几个背景本底对照点。选择几个背景本底对照点。 采样应高于地面采样应高于地面1.51.52m2m处，采样的水平线处，采样的水平线与周围建筑物高度不应火于与周围建筑物高度不应火于3030。角，并应避开树。角，并应避开树木及吸附能力较强的建筑物；交通密集区的样点木及吸附能力较强的建筑物；交通密集区的样点应距人行道应距人行道1.5m1.5m远；采样点离主要污染源远；采样点离主要污染源20m20m以上，以上，且不能正对排放下风口。且不能正对排放下风口。 8.4.1 大气污染物样品的采集大气污染物样

44、品的采集83 各采样点及设施应尽可能一致，使可比性强。各采样点及设施应尽可能一致，使可比性强。 采样点的数目可按功能区布点，采用网格布点采样点的数目可按功能区布点，采用网格布点法，同心圆布点法或扇形布点法等三种布点方式，一法，同心圆布点法或扇形布点法等三种布点方式，一般与经济投资与监测精确度有关，可结合实际综合考般与经济投资与监测精确度有关，可结合实际综合考虑。虑。 8.4.1 大气污染物样品的采集大气污染物样品的采集84 当大气中污染物浓度较高和具有高灵敏度检当大气中污染物浓度较高和具有高灵敏度检测条件时，可采用直接采样法。而大气中的污染测条件时，可采用直接采样法。而大气中的污染物浓度一般都

45、较低，通常仅为物浓度一般都较低，通常仅为10-610-610-9(10-9(体积比体积比) )数量级，则必须采用富集采样法，主要采用的方数量级，则必须采用富集采样法，主要采用的方法有溶液吸收采样法、低温冷凝浓缩法、滤膜采法有溶液吸收采样法、低温冷凝浓缩法、滤膜采样法、阻留法等。样法、阻留法等。 8.4.1 大气污染物样品的采集大气污染物样品的采集85（1 1）直接采样法）直接采样法 此法仅适用于大气污染物浓度较高及可选此法仅适用于大气污染物浓度较高及可选择测试方法高灵敏的情况，所用采样器包括塑料择测试方法高灵敏的情况，所用采样器包括塑料袋、注射器、采气管和真空瓶等。袋、注射器、采气管和真空瓶等

46、。 8.4.1 大气污染物样品的采集大气污染物样品的采集86（1 1）直接采样法）直接采样法 采样要求： 塑料袋的材质应不与被测组分，发生化学反应、不具渗透性，所以要采用聚四氟乙烯或聚 乙烯材料。 用带三通的玻璃注射器采样时，先用现场空气抽洗23次，再抽样100mL，密封进口。 8.4.1 大气污染物样品的采集大气污染物样品的采集87 采气管两端应有活塞，容积为100500mL，采样时必须先通入此采样管容积610倍的气体体积，用置换法除去原管内的非被测物气体。 用真空瓶采样时，要先将瓶内抽成真空，在测定时对仍然存在的部分剩余气体进行体积校正。 8.4.1 大气污染物样品的采集大气污染物样品的采

47、集88（2 2）溶液吸收法）溶液吸收法 此法是采集大气中蒸气态或气溶胶态的污染物常用的方法。 8.4.1 大气污染物样品的采集大气污染物样品的采集89 采样时，用抽气装置将待监测的污染气体必采样时，用抽气装置将待监测的污染气体必一定流量抽入装有吸收液的吸收管一定流量抽入装有吸收液的吸收管( (瓶瓶) )中，被采中，被采集的气体以气泡的形式通过吸收液时产生溶解或集的气体以气泡的形式通过吸收液时产生溶解或化学反应而被吸收。记录采样量，采样结束后，化学反应而被吸收。记录采样量，采样结束后，取出吸收液供分析测定。采样中使用的气体吸收取出吸收液供分析测定。采样中使用的气体吸收管及吸收瓶。管及吸收瓶。 8

48、.4.1 大气污染物样品的采集大气污染物样品的采集90（3 3）低温冷凝法）低温冷凝法 对大气中某些沸点较低的气态污染物，如烯对大气中某些沸点较低的气态污染物，如烯烃类、醛类等，采用低温冷凝采样法可提高采集烃类、醛类等，采用低温冷凝采样法可提高采集富集效率。此法效果好、采样量大、利于被测组富集效率。此法效果好、采样量大、利于被测组分稳定。分稳定。 8.4.1 大气污染物样品的采集大气污染物样品的采集91 此法常在采样管的进气端加置选择性的过滤此法常在采样管的进气端加置选择性的过滤器器( (内装过氯酸锾、碱石棉、氢氧化钾或内装过氯酸锾、碱石棉、氢氧化钾或 氯化氯化钙等钙等) )，以除去大气中可能

49、同时冷凝的水蒸气和二，以除去大气中可能同时冷凝的水蒸气和二氧化碳等。所选用的干燥剂和净化剂不应与待测氧化碳等。所选用的干燥剂和净化剂不应与待测组分发生作用。组分发生作用。 8.4.1 大气污染物样品的采集大气污染物样品的采集92（4）固体滤料阻留法 此法是将过滤性材料(滤纸、有机滤膜等)放在颗粒物采样夹上，用抽气泵抽气。因为过滤性材料是高分子微孔物质，抽气时分子状的气体物质能顺利通过滤纸或滤膜，而空气中的气溶胶颗粒物被阻留在过滤材料上，达到采集和浓缩的目的。称取过滤性材料上载留的颗粒物质量，根据采样体积， 即可计算出空气中颗粒物的浓度。 8.4.1 大气污染物样品的采集大气污染物样品的采集93

50、（5 5）填充柱式采样管阻留富集法）填充柱式采样管阻留富集法 填充柱为长填充柱为长5 510cm10cm、内径、内径0.30.30.5cm0.5cm的玻璃管的玻璃管或不锈钢管，将适当粒径的颗粒状填充剂装入填充或不锈钢管，将适当粒径的颗粒状填充剂装入填充柱制成采样管。采样时气样以一定流速通过填充柱，柱制成采样管。采样时气样以一定流速通过填充柱，待测组分因吸附、溶解或化学反应等作用而被阻留待测组分因吸附、溶解或化学反应等作用而被阻留在填充剂上，达到浓缩采样的目的。在填充剂上，达到浓缩采样的目的。 采样后经解吸或溶剂洗脱，将被测组分从填充采样后经解吸或溶剂洗脱，将被测组分从填充柱上释放出来，进行测定

51、。柱上释放出来，进行测定。 8.4.1 大气污染物样品的采集大气污染物样品的采集94 （1 1 1 1）四氯化汞钾溶液吸收）四氯化汞钾溶液吸收）四氯化汞钾溶液吸收）四氯化汞钾溶液吸收盐酸副玫瑰苯胺盐酸副玫瑰苯胺盐酸副玫瑰苯胺盐酸副玫瑰苯胺分光光度法分光光度法分光光度法分光光度法 方法原理方法原理 二氧化硫被四氯化汞钾溶液吸收，生成稳定二氧化硫被四氯化汞钾溶液吸收，生成稳定的二亚硫酸汞酸盐；在一定酸度条件下二亚硫酸的二亚硫酸汞酸盐；在一定酸度条件下二亚硫酸汞酸盐与甲醛作用生成羟基亚甲基磺酸，羟基亚汞酸盐与甲醛作用生成羟基亚甲基磺酸，羟基亚甲基磺酸再与盐酸副玫瑰苯胺作用生成紫红色醌甲基磺酸再与盐酸

52、副玫瑰苯胺作用生成紫红色醌型染料。型染料。 8.4.2 大气污染物的测定大气污染物的测定95方法讨论 氮氧化物、臭氧、重金属有干扰。加入氨基磺酸铵可消除氮氧化物的干扰。 2HNO2NH2SO2ONH4H2SO43H2O2N2 8.4.2 大气污染物的测定大气污染物的测定96 臭氧在采样后放置臭氧在采样后放置20min20min即可自行分解而消失。即可自行分解而消失。重金属离子的干扰，在配制吸收剂时，加入重金属离子的干扰，在配制吸收剂时，加入EDTAEDTA作掩蔽剂预以消除干扰，用磷酸代替盐酸配制副作掩蔽剂预以消除干扰，用磷酸代替盐酸配制副玫瑰苯胺溶液，有利于掩蔽重金属离子的干扰。玫瑰苯胺溶液，

53、有利于掩蔽重金属离子的干扰。 盐酸的浓度对显色反应的影响：浓度过大，盐酸的浓度对显色反应的影响：浓度过大，显色不完全；过小，副玫瑰苯胺本身呈色，所以显色不完全；过小，副玫瑰苯胺本身呈色，所以在制备盐酸副玫瑰苯胺溶液时，必须经过调节试在制备盐酸副玫瑰苯胺溶液时，必须经过调节试验，严格控制盐酸用量。验，严格控制盐酸用量。 8.4.2 大气污染物的测定大气污染物的测定97方法讨论 温度对显色反应的影响：温度过高，二氧化硫可能损失；温度过低，则反应的灵敏度也降低。试验表明，过长则因二氧化硫挥发逸去而逐渐退色。最好控制显色反应的温度为25-30，在30min后测定，在60min内完成测定。 8.4.2

54、大气污染物的测定大气污染物的测定98 采样时二氧化硫与四氯化汞钾生成稳定配合采样时二氧化硫与四氯化汞钾生成稳定配合物，可避免二氧化硫在吸收液中被氧化，比用氢物，可避免二氧化硫在吸收液中被氧化，比用氢氧化钠溶液加甘油的吸收液效果好。同时二氧化氧化钠溶液加甘油的吸收液效果好。同时二氧化硫被吸入四氯化汞钾后，显色线性较好，但汞有硫被吸入四氯化汞钾后，显色线性较好，但汞有毒，并严重污染环境。可改用三乙醇胺毒，并严重污染环境。可改用三乙醇胺叠氮化叠氮化钠溶液吸收，二氧化硫与三乙醇胺形成稳定的配钠溶液吸收，二氧化硫与三乙醇胺形成稳定的配合物，在叠氮化钠的保护下，二氧化硫在吸收液合物，在叠氮化钠的保护下，二

55、氧化硫在吸收液中不被氧化，在用此法进行测定时，其灵敏度和中不被氧化，在用此法进行测定时，其灵敏度和重现性都与上法一致，但三乙醇胺的质量对吸收重现性都与上法一致，但三乙醇胺的质量对吸收二氧化硫效率影响很大，必要时进行提纯。二氧化硫效率影响很大，必要时进行提纯。 8.4.2 大气污染物的测定大气污染物的测定99方法原理方法原理 二氧化硫被甲醛缓冲溶液吸收后，生成稳定的羟甲基磺酸加成化合物。在样品溶液中加入氢氧化钠使加成化合物分解，释放出二氧化硫与副玫瑰苯胺、甲醛作用，生成紫红色化合物，于波长577nm处测定吸光度。 此法适用于环境空气中的二氧化硫的测定。 8.4.2 大气污染物的测定大气污染物的测

56、定100 方法讨论方法讨论 掌握显色温度和显色时间，严格控制反应条掌握显色温度和显色时间，严格控制反应条件是实验的关键。件是实验的关键。 配制二氧化硫溶液时加入配制二氧化硫溶液时加入EDTAEDTA液可使亚硫酸液可使亚硫酸根稳定。根稳定。 显色剂的加入方式要正确，否则精密度差。显色剂的加入方式要正确，否则精密度差。用此法测定二氧化硫，避免了使用毒性大的四氯用此法测定二氧化硫，避免了使用毒性大的四氯汞钾吸收液，其灵敏度、准确度相同，且样品采汞钾吸收液，其灵敏度、准确度相同，且样品采集后相当稳定，但操作条件要求严格。集后相当稳定，但操作条件要求严格。 8.4.2 大气污染物的测定大气污染物的测定1

57、01（3 3）紫外荧光法）紫外荧光法 紫外荧光法测定大气中的二氧化硫，具有选择紫外荧光法测定大气中的二氧化硫，具有选择性好、不消耗化学试剂的特点，目前广泛地应用于性好、不消耗化学试剂的特点，目前广泛地应用于大气环境地面自动监测系统中。大气环境地面自动监测系统中。 方法原理方法原理 荧光通常是指某些物质受到紫外光照射时，吸荧光通常是指某些物质受到紫外光照射时，吸收了一定波长的光之后，发射出比照射光波长长的收了一定波长的光之后，发射出比照射光波长长的光，当紫外光停止照射时，这种光也随之消失。在光，当紫外光停止照射时，这种光也随之消失。在一定条件下，物质发射的荧光强度与其浓度之间有一定条件下，物质发

58、射的荧光强度与其浓度之间有一定的关系，这是进行定量分析的依据一定的关系，这是进行定量分析的依据 8.4.2 大气污染物的测定大气污染物的测定102方法讨论方法讨论 此法测定此法测定SO2SO2的主要干扰物质是水分和芳香烃的主要干扰物质是水分和芳香烃化合物。化合物。 水的影响是由于水的影响是由于SO2SO2可溶于水造成损失，且可溶于水造成损失，且SO2SO2遇水产生荧光猝灭会造成负误差，可以用半透遇水产生荧光猝灭会造成负误差，可以用半透膜渗透法或反应室加热法除去水的干扰。膜渗透法或反应室加热法除去水的干扰。 芳香烃化合物在芳香烃化合物在190230nm190230nm紫外光激发下也能紫外光激发下

59、也能发射荧光造成正误差，可用装有特殊吸附剂的过发射荧光造成正误差，可用装有特殊吸附剂的过滤器预先除去。滤器预先除去。 8.4.2 大气污染物的测定大气污染物的测定103方法原理：方法原理：方法原理：方法原理： 测定大气中微量的二氧化氮，通常采用偶氮测定大气中微量的二氧化氮，通常采用偶氮染料比色法。方法的实质是染料比色法。方法的实质是“ “格里斯反应格里斯反应” ”，即，即二氧化氮溶解于水，生成硝酸和亚硝酸：二氧化氮溶解于水，生成硝酸和亚硝酸： 2NO2NO2 2H H2 2O OHNOHNO3 3HNOHNO2 2 在在pHpH小于小于3 3的乙酸酸性溶液中，亚硝酸和对氨的乙酸酸性溶液中，亚硝酸和对氨基苯磺酸进行重氮化反应，生成重氮盐：基苯磺酸进行重氮化反应，生成重氮盐：然后，重氮盐再和N-(1-萘基)乙二胺盐酸偶合，生成紫红色偶氮染料，其颜色的深浅与NO2的含量成正比 8.4.2 大气污染物的测定大气污染物的测定104方法讨论方法讨论 吸收液氨的浓度不能过大，以免有NH3产生，而NH3与NO2反应，使结果偏低。 2NO32NH2NH4NO3N2H2O 重氮盐易分解，所以反应时，避免光照和温度过高。 重氮化和偶合反应都是分子反应，较为缓慢，偶氮染料又不够稳定。所以显色后，在一小时内必须完成测定。 8.4.2 大气污染物的测定大气污染物的测定105