硝化棉氮含量的测定方法

许航线，薛科创

（陕西国防工业职业技术学院化学工程学院，陕西西安710300）

硝化棉氮含量的测定方法

许航线，薛科创

（陕西国防工业职业技术学院化学工程学院，陕西西安710300）

摘要：对硝化棉含氮量测定方法及各自特点作了简述，并对硝化棉氮含量测定方法的前景进行了展望。

关键词：硝化棉；氮含量；测定方法

1　引言

硝化棉（NC）是制作推进剂及发射药的重要原料,它是单基药的能量来源，其中含氮量的高低直接影响单基药能量的大小。单基药在长期储存及保管过程中，由于受到环境温度、湿度以及储存时间的影响而逐渐分解，导致含氮量降低，因此准确测定单基药中硝化棉的含氮量十分重要。

三十多年来，我国军用硝化棉的标准棉选择中硝化度（含氮量）作为定值的主要特性项目，其标准定值由过去的五管氮量法（简称五管法）发展到狄瓦尔德合金还原法（简称合金还原法）、干涉仪法等。近年来又不断出现新的测量方法，如硫酸亚铁法、色谱法、水杨酸-亚钛法、红外光谱法等[1-4]。准确快速的硝化棉含氮量测定方法关系到军用及民用硝化棉的生产和质量稳定、性能测定以及新工艺、新方法的研制，成为硝化棉质量保证体系中极重要的一环[5]。

本文对硝化棉含氮量测定方法及各自特点作了简要介绍，并对硝化棉氮含量测定方法的前景进行了展望。

2　硝化棉硝化度（含氮量）主要测定方法及其优缺点

2.1五管氮量计法

首先采用浓硫酸溶解NC和游离的HNO3，再以金属汞还原生成氧化氮，通过测量生成的氧化氮气体体积，再换算成氮量。

RONO2+ H2SO4= ROSO3H + HNO3

2HNO3+ 6Hg+ 3H2SO4= 3Hg2SO4+ 4H2O+ 2NO

这种方法适用于各种硝化棉含氮量的测定，精度较高。但是该方法操作手续繁琐，工时较长，测量过程中大量使用金属汞，易引起操作人员汞中毒，目前仅作为仲裁方法。

2.2干涉仪法

将硝化棉在密闭容器中爆燃，生成CO、CO2、N2、H2、H2O、微量CH4及其它气体，这些气体组分的含量与NC氮含量密切相关。不同含氮量的硝化棉，其分子组成不同，爆燃后生成的气体组分不同，导致混合气体折射率存在差异。根据此原理，将爆燃后气体引入干涉仪中，测量出它的相对折射率差，就可换算出硝化棉的含氮量。该法快速、高效，但它必须以五管法为对照，作出基准曲线后才能使用，这是它的一大缺点。

2.3硫酸亚铁法

采用硫酸亚铁作为滴定剂，将硝化棉溶解于H2SO4中，硝化棉中的氮转化为HNO3，HNO3和FeSO4作用，过量的FeSO4用KNO3测定。采用梅特勒·托利多（METTLER TOLIDO）设备进行终端滴定。操作简单、快速，可用作快速测氮的常规方法。

2.4狄瓦德合金还原法

在H2O2的存在下，用碱液皂化硝化棉，生成的硝酸盐用铜、铝、锌合金还原成氨，用酸吸收，然后用标准溶液滴定，测定出硝化棉中的- ONO基团，进而换算成氮量。该方法可以直接测定出硝化棉（NC）的含氮量，精度符合要求，不存在汞蒸汽，操作条件比五管法好，但操作繁琐，较难掌握。

3　其它方法

3.1色谱法

先将硝化棉（NC）在密闭容器中爆燃，然后通过色谱测定燃气中组分。该方法简便、迅速，不受复杂成分的限制，但样品处理时间长，仪器昂贵，设备体积大，不便于在在线测试中应用。

3.2热量法

硝化棉（NC）的热量和硝化度有密切关系，通过测量硝化棉（NC）燃烧时释放的热量，然后换算为硝化度，但测量耗时较长，操作复杂。

3.3水杨酸-亚钛法

在硫酸溶液中，硝化棉（NC）的硝酸酯基使水杨酸生成硝基水杨酸，然后硝基水杨酸被亚钛盐（TiCl3）还原成氨基水杨酸，最后剩余的亚钛盐用硫酸铁铵标准溶液进行滴定，但此法存在较难掌握、亚钛盐价格昂贵等缺点，不适宜大批量生产。

3.4红外光谱法

此法制膜较难，膜厚难测，耗时长，基准点较难找到，并且红外光谱仪器体积大，不适于在线检测。

3.5元素分析仪法

2002年，李树兴[6]报道了用氮分析仪法测定单基无烟药中硝化棉含氮量的新方法，并将该法与干涉仪法进行了比较，结果显示，氮分析仪法对单基无烟药中硝化棉含氮量的测定结果比干涉仪法准确。该法采用气相色谱的原理，硝化棉在1020℃的高温条件在催化剂（Cr2O3）作用下进行燃烧，其中所含的氮、碳、氢等元素定量地转化为相应的氧化物（氮氧化合物、CO2、H2O）。H2O被吸收管吸收，而氮氧化合物在630℃条件下，经铜还原生成N2和CO2，再经色谱柱分离、热导池检测，最后由数据处理机计算出氮的质量分数。

单基药试样经预处理后，可直接进行含氮量的测定。测量结果的相对标准偏差＜0. 6%，回收率为99. 2% ～100.8%，结果令人满意，且操作简单、快速、精密度和准确度高、无毒、安全。此外，刘晓辉[7]等也采用了元素分析仪测定硝化棉中的含氮量，即采用意大利GARLOERBA公司生产的NA- 1500型元素分析仪对硝化棉含氮量的测定方法进行研究，并与五管法和干涉仪法进行对比，结果表明，元素分析法具有自动化程度高、分析速度快、操作简便等优点，是一种很好测定硝化棉含氮量的方法。

3.6偏光显微镜法

2011年，西安近代化学研究所的苏鹏飞[8]等发明了用偏光显微镜检测硝化棉含氮量的新方法。该方法以硝化棉偏光显色原理为基础，采用色那蒙法测定了平均光程差。结果表明，当硝化棉含氮量为11.0%～13.8%时，光程差与含氮量线性相关，线性回归方程为w=- 0.0466λ + 12.388，线性相关系数R=0.9993，用回收率和变异系数评价方法的准确度和精密度，结果显示，回收率为99.7%～100.2%，变异系数为0.15%～0.20%。该方法检测装置简单、操作简便、结果准确、环境友好。

4　前景展望

硝化棉中氮含量决定着硝化棉的能量水平，因此，建立高效、快速、准确的硝化棉测定方法对硝化棉生产质量控制至关重要。传统的检测方法存在着操作繁琐、测定周期长、系统误差大、操作较难掌握等不足。近几年陆续出现了色谱法、水杨酸-亚钛法、红外光谱法、偏光显微镜法、元素分析仪法等测定硝化棉中含氮量的新方法，其中氮分析仪法、偏光显微镜法、元素分析仪法等具有自动化程度高、分析速度快、操作简单方便、毒害小、准确度高等优点，值得推广应用。

参考文献

[1]WJ 36- 79.硝化纤维素狄瓦德合金还原法[S].

[2]GJB770. 303.硝化棉含氮量测定-五管氮量计法[S].

[3]GJB770. 307.硝化棉含氮量测定-亚铁-氯化亚钛法[S].

[4]向国富.含酸硝化棉快速安定处理及“氮量早知道”方法研究[J].弹箭与制导学报，2007，27（3）：352- 355.

[5]樊进德，冯玉华，相龙泉，等.对标准棉硝化度定值方法的探讨[J].武汉工业与军事技术，1996（3）：19- 22.

[6]李树兴.氮分析仪法测定单基无烟药中硝化棉的含氮量[J].理化检验-化学分册，2006，38（10）：515- 516.

[7]刘晓辉，邓巍.硝化棉含氮量测定方法的研究[J].火炸药，1997，2（3）：20- 21.

[8]苏鹏飞，陈智群，王景荣，等.用偏光显微镜法测硝化棉的含氮量[J].火炸药学报，2011，34（2）：73- 76.□

doi：10.3969/j.issn.1008- 553X.2015.02.032

中图分类号：O657

文献标识码：A

文章编号：1008- 553X（2015）02- 0089- 02

收稿日期：2014- 10- 31

作者简介：许航线（1984-），男，陕西咸阳人，硕士，助教，主要从事精细有机合成及高职教育研究工作，hang.xian@163.com。

Methods on Determination of Nitrogen Content in Nitrocotton

XU Hang-xian，XUE Ke-chuang

（Department of Chemical Engineering，Shaanxi Institute of Technology，Xi'an 710300，China）

Abstract：At present，there are many methods on determination of nitrogen content in nitrocotton，methods on determination ofnitrogen content were sketchesd in this artical. Their characteristics were brieflyintroduced，and the prospect of the methods were predicted.

Key words:nitrocotton；nitrogen content；determination methods