一種元素分析儀用燃燒管的製作方法

2023-05-17 17:58:26 1

專利名稱：一種元素分析儀用燃燒管的製作方法
技術領域：
本發明為一種元素分析儀用燃燒管，具體地說，是藉助於高溫氧化裂解反應測定輕質有機樣品中微量元素含量的分析儀器用燃燒管。
用微庫侖儀測定樣品中總硫含量的方法是將樣品注入石英燃燒管，使其在高溫並有氧氣存在的條件下充分燃燒，樣品中的硫元素定量地轉化為SO2氣體(少部分轉化為SO3氣體)；當反應生成的SO2氣體由載氣帶入滴定池時，會與池內電解液中的I3-離子發生如下化學反應，致使I3-離子濃度降低，消耗的I3-離子由電解陽極電生補充。測定整個反應過程所消耗的電量，根據法拉第電解定律即可算出樣品中的總硫含量。
用微庫侖儀測定樣品中總氯含量的方法與上述總硫測定方法的原理類似，區別在於樣品中的氯元素經高溫燃燒後轉化為HCl氣體，所用的滴定反應為Cl-和Ag+的反應。
除上述微庫侖儀器外，樣品中的硫含量也可利用氧化裂解/紫外螢光儀器進行測定，其測定原理是將樣品燃燒後生成的SO2氣體通入紫外螢光室，在螢光室內，SO2分子受到紫外線的照射後發生如下反應，生成的激發態的二氧化硫分子SO2*不穩定，會在短時間內以發射螢光的方式向基態躍遷，測定該過程中產生的螢光信號的強度即可間接測定樣品中的總硫含量。
另外，化學發光氮含量測定儀器也要使用燃燒管，該儀器的測定原理是將樣品注入石英燃燒管，使其在高溫並有氧氣存在的條件下充分燃燒，樣品中的氮元素定量地轉化為NO氣體(少部分轉化為NO2氣體)，生成的NO氣體由載氣帶入化學發光反應室後與其中的O3發生如下反應NO+O3→NO2*+O2，生成的激發態的二氧化氮分子NO2*不穩定，會在短時間內以發射光子的形式向基態躍遷NO2*→NO2+hν』，測定該過程中產生的化學發光信號的強度即可間接測定樣品中的總氮含量。
上述測定微量元素含量的儀器中，燃燒管的結構直接影響著儀器所允許的最大單位時間內的進樣量及待測元素的轉化率，因而也影響了測定方法的精密度、準確度、檢測下限及分析速度等指標。現有的測定微量元素含量的儀器所用的燃燒管均為單層玻璃管，由於管子結構的限制，氣體通過時阻力較小，故限制了單位時間內的進樣量。進樣量小會導致儀器在測定待測元素含量小於500ppb的樣品時，難以達到令人滿意的準確度和精密度，甚至無法檢測，因此難以滿足現代石油化工工藝及產品的要求。
本發明的目的是提供一種能夠增大單位時間進樣量，使樣品能夠更充分有效地氧化，從而精確測定樣品中微量元素含量的分析儀用燃燒管。
本發明所述的微量元素分析儀用燃燒管，包括套在一起的內管、中套管和外管。所述外管的一端設有氣體出口，內管出口與外管出口方向相同，中套管置於內管與外管之間，中套管出口與內管出口方向相反；外管的另一端與內管密封連接，內管伸出外管，其內設有氣化管，氣化管伸出內管的埠設有相互垂直的載氣進氣管和進樣管，內管靠近氣化管的一端設有與內管垂直的氧氣進氣管。
所述的內管出口可為圓孔形，較為優選的開口形狀為一字形、十字形或米字形的，更為優選的開口形狀為十字形狹縫。狹縫開口可增大氣體阻力，使樣品在內管中更充分地進行氧化反應，同時還可使噴射到中套管中的氣體更加均勻，從而使樣品燃燒更平穩、更均勻。
本發明燃燒管的中套管出口形狀為敞口式，這樣可使燃燒管的阻力不過大地增加。
所述燃燒管內管中設置的氣化管為毛細管，其內徑為0.5～2.0毫米。用內徑較小的毛細管作氣化段導管，既可加快分析速度，又可避免樣品在氣化管內因缺氧發生熱裂解而產生積炭。
所述的外管氣體出口的形狀根據所用分析儀的類型來確定。當本發明燃燒管用於微庫侖儀時，外管氣體出口為半球形外磨口且和微庫侖滴定池的進氣口內磨口相匹配。
當本發明用於紫外螢光硫含量測定儀和化學發光氮含量測定儀時，外管氣體出口可為直管，以便與脫水裝置相連。
所述燃燒管的進樣管內有一擋板，擋板的中心設有進樣孔，該進樣孔由密封墊密封，密封墊的材質可為矽橡膠等。擋板的設置可保證進樣時塞子不致被推入燃燒管內。
所述的載氣進氣管和進樣管均與氣化管相通，氧氣進氣管則與內管相通。氣化管的設置是為使液體樣品在該管內氣化後進入燃燒管內管，與通入內管的氧氣接觸進行化學反應。氣化管的長度取決於燃燒管燃燒區的溫度設置，以保證氣化管的出口位於合適的溫度區。
所述內管和中套管、中套管與外管之間均設有固定結，固定結的材質與燃燒管的材質相同。固定結可設置在管內的任何位置，用以保證燃燒管的三個管子連為一體，在管的同一截面上固定結的個數至少為兩個，最好為三個。
所述燃燒管的材質可選耐高溫、耐腐蝕的材料，如耐溫玻璃，優選石英玻璃。
本發明所述的燃燒管適用於通過氧化反應將樣品中待測元素轉化為能被檢測的物質，進而測定其含量的儀器。與本發明燃燒管配套的儀器可為微庫侖測定儀、紫外螢光測定儀、化學發光測定儀等，特別適合於測定待測元素含量低於1ppm的樣品，可測定的元素包括硫、氯及氮等。測定時所用的載氣為不參與反應的氣體，優選氬氣，也可採用氦氣或氮氣。
本發明燃燒管的結構設計為三層套管結構，和常用的單層結構相比，由於增大了氣流阻力，避免了溝流現象，故可延長樣品在燃燒管中的停留時間，使樣品更充分地和氧氣反應，從而使氧化反應更趨近於化學平衡狀態，進而提高樣品的轉化率。在同樣的外管徑、同樣的氧氣和載氣流量條件下，允許的單位時間內的進樣量更大，故可提高方法的檢測下限水平，提高儀器的靈敏度、準確度和精密度；在同樣的外管徑、同樣的單位時間進樣量的條件下，所需要的用於保證樣品充分燃燒轉化的總氣體量比單層管的情況要小，從而可提高儀器的檢測靈敏度。總之，對於同樣的儀器，使用本發明燃燒管比用常用的單層燃燒管，在測定低含量樣品時，結果的準確度更高、精密度更好，測定更加快速和容易。


圖1為本發明燃燒管的結構示意圖。
圖2為本發明燃燒管內管開口形狀示意圖。
下面對照附圖詳細說明本發明由圖1可知，本發明提供的燃燒管包括套在一起的內管1、中套管2和外管3，外管3的一端設有氣體出口10，內管出口9與外管氣體出口10方向相同，中套管出口8為敞口，與內管出口9方向相反。中套管2置於內管1與外管3之間，各管之間均有一定間隔，以使氣體流動。內管1與中套管2，中套管2與外管3之間均設有固定結13。所述外管的另一端與內管密封連接，內管1伸出外管3，其內設有氣化管4，氣化管4為內徑1.0毫米的毛細管，其伸出內管的埠設有相互垂直的載氣進氣管6和進樣管5，內管1靠近氣化管4的一端設有與內管垂直的氧氣進氣管7。
圖1中，外管氣體出口10的形狀為半球形的外磨口且恰好能插入微庫侖滴定池的進氣口。所述半球形外磨口的直徑與滴定池進氣口內磨口的直徑相等。
所述氧氣進氣管7與內管1直接相通，載氣進氣管6和進樣口5與氣化管4直接相通。進樣口5內設有擋板11，從其剖面示意圖可清楚地看出擋板的中心處有一個小孔12，該小孔用矽橡膠墊密封。
燃燒管內管出口9可為各種形狀的狹縫形，如圖2所示的一字形、十字形或米字形狹縫，也可為圓形的小孔，圖中未畫出。圖1所示的內管開口形狀為十字形狹縫。
本發明燃燒管用於微庫侖儀時的使用方法為先將燃燒管升溫至所需的反應溫度，用微量注射器吸取待測樣品，將注射器針頭穿過進樣管5處的密封橡膠墊插入氣化管4，勻速推入樣品；樣品在氣化管內氣化後，被從載氣進氣管6進入氣化管4的載氣帶入內管1，氧氣由氧氣進氣管7進入內管1。進入內管的氧氣與樣品反應，反應氣穿過內管1進入中套管2，再由中套管2出口進入外管3。樣品在圖1所示的高溫區反應後，其中的待測元素轉化為能被檢測的物質，如測硫時轉化為SO2氣體，測氯時轉化為HCl氣體。反應後的氣體混合物由燃燒管出口10排出進入滴定池，根據待測元素選擇滴定劑，測硫時，用I3-溶液進行滴定；測氯時，用Ag+溶液進行滴定。測定整個滴定過程的耗電量即可算出樣品中的總硫含量或總氯含量。
下面通過實例詳細說明本發明的應用結果，但本發明並不僅限於此。
實例1將本發明燃燒管與微庫侖儀配套用於測定樣品中的總硫含量。
將氣化管4的溫度升至800℃，燃燒管高溫區的溫度升至1000℃，向載氣進氣管6中通入流量為100毫升/分的氬氣，向氧氣進氣管7中通入流量為300毫升/分的氧氣。用注射器將50微升汽油餾份油樣品從進樣孔12注入氣化管，樣品在氣化管4內氣化後進入高溫燃燒區，再由氣體出口10排入滴定池。按常規微庫侖硫含量測定儀的方法測定樣品中的總硫含量，方法的檢測下限可達20ppb。
實例2將本發明燃燒管與微庫侖儀配套用於測定樣品中的總氯含量用實例1的條件，按常規微庫侖氯含量測定方法測定汽油餾份油樣品中的總氯含量，方法的檢測下限可達50ppb。
權利要求
1.一種元素分析儀用燃燒管，其特徵在於燃燒管包括套在一起的內管(1)、中套管(2)和外管(3)，所述外管(3)的一端設有氣體出口(10)，內管出口(9)與外管氣體出口(10)方向相同，中套管(2)置於內管與外管之間，中套管出口(8)與內管出口(9)方向相反；外管(3)的另一端與內管(1)密封連接，內管(1)伸出外管(3)，其內設有氣化管(4)，氣化管伸出內管(1)的埠設有相互垂直的載氣進氣管(6)和進樣管(5)，內管(1)靠近氣化管(4)的一端設有與內管垂直的氧氣進氣管(7)。
2.按照權利要求1所述的燃燒管，其特徵在於內管出口(9)為圓形、一字形、十字形或米字形。
3.按照權利要求1所述的燃燒管，其特徵在於氣化管(4)為毛細管，其內徑為0.5～2.0毫米。
4.按照權利要求1所述的燃燒管，其特徵在於中套管出口(8)為敞口形。
5.按照權利要求1所述的燃燒管，其特徵在於內管(1)和中套管(2)、中套管(2)與外管(3)之間均設有固定結(13)。
6.按照權利要求1所述的燃燒管，其特徵在於進樣管(5)內有一檔板(11)，檔板(11)的中心設有進樣孔(12)，該孔由橡膠密封墊密封。
全文摘要
一種元素分析儀用燃燒管,包括套在一起的內管(1)、中套管(2)和外管(3),所述外管(3)的一端設有氣體出口(10),內管出口(9)與外管氣體出口(10)方向相同,中套管(2)置於內管與外管之間,中套管出口(8)與內管出口(9)方向相反;外管(3)的另一端與內管(1)密封連接,內管(1)伸出外管(3),其內設有氣化管(4),氣化管伸出內管(1)的埠設有相互垂直的載氣進氣管(6)和進樣管(5),內管(1)靠近氣化管(4)的一端設有與內管垂直的氧氣進氣管(7)。該燃燒管適用於利用氧化反應測定樣品中微量有機元素含量的儀器,特別適用於用微庫侖法測定樣品中微量硫、氯含量的儀器。
文檔編號G01N25/20GK1365002SQ01102238
公開日2002年8月21日 申請日期2001年1月18日 優先權日2001年1月18日
發明者楊德鳳, 何沛 申請人:中國石油化工股份有限公司, 中國石油化工股份有限公司石油化工科學研究院