元素分析仪测定煤中碳氢氮含量的应用研究

杨国龙 李杰

摘 要：研究力可CHN628元素分析仪测定煤中碳氢氮原理，用标准煤样对力可CHN628元素分析仪测定的准确度及精密度进行评价，并从试样称量、气密性检查、空白实验等方面探讨了试验操作应注意的事项。结果表明，力可CHN628元素分析仪的精密度和准确度较好，能够满足快速、准确、大批量检测的需要。

关键词：元素分析仪;碳;氢;氮;准确度;精密度

碳和氢是煤的主要有机组成元素，碳含量随着煤变质程度的加深而增高，同时也是国家监控工业生产中碳排放的重要指标;氢含量是计算收到基低位发热量的主要参数，直接影响着煤炭贸易定价与结算;而氮元素经过锅炉燃烧后转化成氮氧化物排放到大气中。因此，准确测定煤中碳氢氮元素含量对煤质研究、贸易核算、控制环境污染有着十分重要的意义。随着技术进步与发展，元素分析仪如今已经广泛应用于各个行业实验室中。本文选取力可CHN628元素分析仪，通过标准煤样检测，对其精密度与准确度进行评价，并就注意事项简要说明。

1 仪器与测定原理

1.1 仪器选择

美国力可CHN628元素分析仪，仪器主要由进样系统，燃烧系统，检测系统，处理系统，控制系统组成[1]。

1.2 测定原理--红外--热导联合法

煤样在氧气流中充分燃烧，煤中碳、氢、氮分别转化为CO2、H2O、NOx及少量N2的混合物。上述产物与煤中其他元素形成的产物混合在一起，经燃烧炉中的炉试剂净化后，去除其中的SOx、卤素单质、卤化氢等杂质，只留下CO2、H2O、少量的N2、NOx，及氧气的混合物。经充分混匀后，混气罐将气体分别送入H2O红外池、CO2红外池以及还原炉。煤中的氢以H2O的形式被H2O红外池测定，碳以CO2的形式被CO2红外池测定。进入还原炉的气体在载气氦气的携带下在还原炉中去除氧气，并将其中的NOx还原为N2，再经过净化后进入热导池以N2的形式在热导池中测定[2]。

2 试验过程

2.1 样品选择

本次试验选择不同含量的有证煤标准物质3种。所选标准物质各组分含量范围符合化验室生产需要。

2.2 仪器检查与实验

开机后，将燃烧管温度设置950℃，出口温度设置850℃，还原管温度设置为750℃;氧气压力调至35PSI，氦气压力调至35PSI，动力气压力调至40PSI;待仪器自动升温到设定温度后开启漏气检查，检漏通过后进行样品检测。做空白试验直至各元素空白值标准差小于0.001，各元素含量趋于稳定后进行标准煤样测试。称取不少于70mg一般分析煤样，将样品用锡箔纸包成水滴状按照序号放入样品盘内开始试验。

3 实验结果讨论

3.1 实验结果

对3种有证煤标准物质分别进行7次重复测定，测定结果如下：

3.2 方法精密度

以相对标准偏差来反映上组数据间的离散程度。通过上表可以看出，三种标准物质碳元素测定重复性均在2%以下，氢元素测定重复性均在3%以下，氮元素测定重复性均在5%以下[3]，说明仪器测量的稳定性很好。

3.3 方法准确度

采用t检验法对测定值与标准值进行显著性差异检验。

在95%的置信区间内，从t值表中查得n=7，=0.05时=2.447。由上表可知，所有t值均小于2.447，所以标准物质的测定结果与标准值没有显著性差异。为了进一步说明，计算测定值与标准值之差（-）的95%置信区间：

以上统计检验表明，测量值与标准值的误差的95%置信区间范围很小，均在给定标准物质不确定度范围内，可以满足分析实验要求。利用力可CHN628元素分析仪测定煤中碳氢氮元素的结果是准确可靠的。

4 注意事项

4.1 试样称量

为获得较高的实验精密度，称量质量在70mg以上。称量样品时应用镊子夹取锡箔纸，最好佩戴称量手套，防止汗液附着在锡箔纸表面影响氢元素的测量结果，将煤样包成水滴狀的过程中，要用力将锡箔纸中的空气挤出，防止空气进入影响测量结果[4]。

4.2 空白试验

影响空白值的因素主要是管路中残留的含有待测元素的气体、水分。如果仪器在测定过程中更换了试剂材料，应重新进行空白实验，空白实验标准差在0.001以下时方能进行标准煤样实验。

4.3 净化、吸收系统

力可CHN628元素分析仪中使用有较多的试剂，为防止测定过程中的误差，大多数试剂需要定期更换并在使用前进行前期处理。还原管中的N催化剂和还原铜建议在测定300个样品后进行更换，每次开机使用前观察净化系统中个高氯酸镁与碱石棉，及时更换防止产生碳、氢测定误差。

5 结论

通过对力可CHN628元素分析仪测定原理的介绍，用有证煤标准物质进行实验，该元素分析仪的精密度、准确度较好，能够满足实验室大批量检测需要。同时，该仪器测定煤中碳氢氮元素的影响因素较多，在实验过程中，应规范操作，确保测定结果准确。

参考文献：

[1] GB/T 30733-2014.煤中碳氢氮的测定仪器法[S].中华人民共和国国家质量监督检验检疫总局，中国国家标准化管理委员会，2014.

[2]俎爱忠，刘媛.煤中碳氢氮测定方法的比对[J].计量与测试技术.2017（44）：70-72.

[3] JJF1321-2011.元素分析仪校准规范[S].中华人民共和国国家质量监督检验检疫总局，2011.

[4]龚婉莉.采用元素分析仪测定煤中碳氢氮含量的应用研究[J].煤质技术，2018（1）：38-41.