煤中氟氯自動分析儀原理及在實驗中的優劣分析

康菲，李起明，高凱，房立冬，李芳，張佳偉

（1.中國檢驗認證集團河北有限公司，河北 石家莊 050000；2.滄州市政陽工程項目管理有限公司，河北 滄州 061000）

0 引言

氟、氯測定按照國家標準GB/T 3558—2014《煤中氯的測定方法》以及GB/T 4633—2014《煤中氟的測定方法》兩個標準進行實驗。三德FCl3000 自動測定儀可代替人工操作，將氟、氯同時在相對封閉的環境下進行測定，實驗原理相同但是操作更加簡單[1]。兩者相比較，在結果準確性、實驗規范性等方面各有優劣，由實驗人員手動操作的測定過程，在對實驗過程的控制方面有相對優勢。處理突發狀況和對不同濃度的處理更靈活；設備自動測定在操作和環境方面有相對優勢，操作更加規范，減少了人員操作誤差和環境對實驗的影響。本文將對設備原理和設備性能進行簡單介紹，并將設備操作及結果和人工操作結果進行對比[2-3]，以分析兩者的優劣性，以便獲得更加準確可信的檢測結果。

1 設備簡介

1.1 實驗原理

設備檢測和人工檢測試驗原理相同，均為通過高溫水解分離出試樣中的氟、氯元素，再將收集液定容到固定體積，從同一溶液中取出一定體積進行氟測定實驗和氯測定實驗。在人工操作的實驗中，根據含量可以增加或減少取液體積。

1.1.1 氟實驗原理

在1 100 ℃下，試樣在氧氣和水蒸氣條件下燃燒、水解。在此過程中試樣中氟元素全部轉化為揮發性氟化物，即四氟化硅和氫氟酸。生成物完全溶于水中，以氟離子選擇性電極為指示電極，飽和甘汞電極為參比電極，以電量變化量為測量依據。

1.1.2 氯實驗原理

在與氟相同的燃燒和水解條件下，煤中氯全部轉化為鹽酸鹽化合物，全部溶于水中，以標定后的硝酸銀滴定，以銀電極為指示電極，雙層飽和甘汞電極為參比電極，根據電量的變化指示終點，以硝酸銀的消耗體積計算溶液中氯的含量。

1.2 適用范圍及重復性限

在 國 標GB/T 3558—2014 和GB/T4633—2014中，人工操作方法適用范圍僅限于煤炭中褐煤、煙煤和無煙煤，而在三德FCl3000 測定儀檢測范圍包含了煤炭和可燃性物質，檢測范圍更廣泛。

人工檢測和設備檢測的重復性是相同的，數值如表1 所示。

表1 檢測重復性限

2 設備性能及操作

2.1 性能系數對比

按照國標要求，由人工操作高溫水解設備和電位滴定設備同時測定氟、氯兩種元素以及在相同原理下使用一臺自動設備同時測定氟、氯含量，并對兩者進行對比[4-6]。兩者對實驗設備、操作要求、實驗時間、實驗環境有不同的要求，兩者間的區別之處如表2所示。

表2 人工操作與設備檢測對比

人工檢測一個樣品的實驗時間較短，高溫水解設備和電位檢測設備分開實驗，可以同時進行兩種操作，在實驗試樣較多時，有一定優勢。人工操作的劣勢在于操作步驟較多，容易使實驗受到外界影響，尤其是收集液體積控制和水蒸氣流量控制的調節過程存在延遲和誤差，收集液體積只能控制在大概范圍，并且在電位滴定儀測定環節電極位置的高低由人工控制，不能實現無誤差操作，所以在人工操作實驗過程中人為因素對實驗的影響較大，存在人工誤差，此外還應考慮檢測過程中實驗人員在操作時的安全防護工作。設備自動測定劣勢在于實驗時間長，兩組實驗間對設備的清洗不能隨時控制，需要在實驗前設定清洗次數，一般為保證設備的清潔，實際清洗次數高于所需清洗次數，但設備自動測定環境密封性好，各種操作由設備自動控制，精確度相對較高，又可避免酸性溶液對實驗人員的傷害。

2.2 設備操作

FCl3000 測定儀操作規程在實驗前進行設置，經過多次實驗，根據樣品反應程度和實驗結果穩定性，設定實驗步驟。進樣時間設定如表3 所示。

實驗過程中，設備自動對收集液進行處理，根據實驗要求加入試劑并對收集液進行定容，并對實驗環境和實驗用坩堝進行清潔，操作數據如表4 所示。

表4 收集液處理數據及清潔數據

根據試樣中氟、氯含量不同，從定容后的反應液中取試樣體積不同，根據實驗室結果，氯和氟的實驗參數如表5 和表6 所示。

表5 氟實驗參數

表6 氯實驗參數

FCl3000 測定儀操作簡單，對人員的要求較低；穩定性好，實驗環境影響小，與外界接觸少，結果穩定性高；安全性好，實驗過程實驗人員不需要與試劑和溶液過多接觸。其劣勢在于實驗時間長，空白和平行樣同時測定需要兩個多小時；試驗空白不穩定，設備自動判斷空白合格性，因氯含量較少而判斷不穩定。

3 FCl3000 測定儀注意事項

3.1 石英砂

石英砂在水解過程中有加速燃燒以及催化、固定等作用，石英砂過多或過少都會影響實驗結果，在稱樣過程中應加入固定量石英砂，并與樣品混合均勻。

3.2 參比電極

參比電極是測量電極電勢的比較電極，被測電極和已知電勢精確數值的參比電極構成電池，通過測定電池電勢數值，測定溶液中被測元素的濃度含量。參比電極要保證保護液充足，插入深度適合，表面清潔干凈。

3.3 空白

在樣品實驗時，實驗結束的標準是以空白結果作為條件，而且空白在消除實驗檢測噪音方面有重要作用，空白測定結果十分重要，保證空白測定結果需做到石英管過濾棉保持清潔、溶液配制符合要求、電極無故障。

4 結語

人工操作與儀器自動分析各有優劣勢，在實驗中應根據自身實驗需求確定實驗方法。設備的校準及維護、實驗人員的訓練和培訓是保證實驗結果準確的必須條件。