一種新型的測氟儀的製作方法

2024-03-21 05:14:05 1

專利名稱:一種新型的測氟儀的製作方法
本發明屬於電化學分析測量儀器氟是煤中有害元素之一。當前，我國許多地區土壤、環境中含氟本低偏高，時有牲畜、桑蠶等氟中毒事件發生。據調查，這與燃煤排放的氟化物在土壤和水源中聚積有關。特別，我國一些地區煤中含氟量甚至高達0.21％，成為社會公眾憂慮的環境汙染源。因此，查清我國煤中含氟情況，對防止煤在燃燒和加工利用過程中氟擴散，並採取控制和處理措施是十分必要的。這需要建立一種快速、準確的分析方法和研製相應的測量儀器設備。
自氟離子選擇性電極出現以後，氟的分析化學發展較快，問題在於如何在分解樣品時，能定量地從樣品中分離出氟離子，並且使所得的樣品溶液具有離子成份簡單，便於進行電位測量。
煤是成份複雜的有機物和無機物的混合物，從中定量地分離出各種形態的氟是十分困難的。目前，國際上採用的方法比較多，我國國家標準總局於1985年制定並頒布了《煤中氟的測量方法》作為國家標準(國標號GB4633－84)。其中規定「高溫燃燒－水解法為仲裁方法」。此標準不受煤炭的灰分限制，其適用性優於美國的標準方法，是目前最優越的分析方法。也是本發明的背景技術材料。
本發明適用於高溫燃燒－水解法，並且是按照國標GB4633－84的規定研製成功的。
該設備由離子計(含氟離子電極飽和甘汞電極)和高溫燃燒－水解裝置構成。離子計是測量樣品溶液離子濃度的分析計量部分，是已有技術，本發明所採用的離子計是由微機控制的「自動選擇和加入標準溶液的離子計」(見專利申請號86207448申請文件)的技術方案。測量樣品溶液響應電位的電極，即單晶氟離子電極和飽和甘汞電極組成的電極對。
測氟儀的高溫燃燒－水解裝置，是製備待測樣品溶液的轉化裝置。它用高溫燃燒－水解法將煤樣或其它試樣(如土壤等)中含的有機氟和無機氟分解分離出來並製成樣品溶液，以供離子計測量其中的氟含量。
目前國內外尚無用於測氟(包括樣品溶液製備)的完整設備，一般都依自己所採用的不同方法，將有關材料、儀器、器皿等組合起來，製備樣品溶液，然後再用離子計進行測量。例如GB4633－84規定的高溫燃燒－水解裝置(見圖1)。
1.樣品溶液容量瓶 5.電熱偶2.冷凝管 6.燃瓷舟3.電吹風機 7.單節高溫爐4.石英燃燒管 8.防濺球
9.放水口 14.電 爐10.進樣推棒 15.生成水蒸汽燒瓶11.流量計 16.自耦變壓器12.溫度控制器 17.密封塞13.氧氣瓶該裝置的工作原理是，保持石英管燃燒中的300℃～1100℃的溫度梯度，將燃燒瓷舟及其中的煤樣放在石英管、密封管口，再通入水蒸汽和氧氣，同時將燃燒瓷舟按規定緩緩推進，由300℃區移動到1100℃高溫區，使燃燒瓷舟內的煤樣逐步發生燃燒－水解反應。由於氟是以有機和無機兩種形態結合於煤中，故煤樣在低溫區首先釋放出以有機形態結合於煤中的氟，到達高溫區，經充分燃燒後，以無機形態結合於煤中的氟所存在的灰分充分暴露於水蒸汽中，在發生熱解反應中，釋放出其中的氟。石英管中，所釋放出來的氟逐步與水蒸汽結合，轉入冷凝液中，被收集到容量瓶中。
上述水解裝置的缺點，除由於是另散儀器拼湊，臨時搭架，所有操作都要靠人工操作，儀器很難規範化外，還存由於石英管裸露部分積累大量的冷凝水，造成水的蒸發量無法控制，高溫爐中的300℃～1100℃的溫度分布不均勻，造成時而煤樣曝燃，從影響分析結果的可靠性。其次，石英管口密封不好，因進樣推棒溫度很高，易燒損它所穿過的密封塞中孔，造成不能密封而漏氣；第三待測樣品溶液的溫度不能保持所要求的恆定溫度，影響微機採樣和測量速度、精確度。
本發明是在上述原理和裝置的基礎上研製的，並克服了上述之缺點，形成一臺完整的測氟儀。
其特徵是將圖1中所示另散的高溫燃燒－水解裝置經改進後，包含在一個儀器外殼體內、設計規格化，不需再臨時拼湊搭架，包括進樣、溫度控制等工作程序全由儀器的微處理機自動控制操作，從而和離子計構成一個整體。其特徵主要表現在下述各方面1.測氟儀的高溫燃燒－水解裝置的進樣推棒與一個受微處理機控制的電動機連接，當微機控制進樣工作開始時，進樣推棒帶動密封塞自動密封燃燒石英口，根據規定要求，在微機程序控制下，推棒繼續將燃燒瓷舟推進，在15分鐘內，從300℃區推移到1100℃高溫區，並在該區保持15分鐘，以便充分進行熱解－水解反應。
2.密封塞被進樣推棒穿過的中孔採用石棉纖維襯套。這既保證密封塞不被高溫推棒燒結，並且摩擦力小，效果理想。
3.採用碳矽棒做燃燒石英管的直接加熱元件。在加熱元件的外圍，石英管軸向充填不同厚度的耐火保溫材料，外邊包一層耐火材料，與儀器外殼緊貼，機器外殼具有中空夾層流動著循環冷卻水，將加熱元件傳到外殼的熱量帶走。由於保溫材料「厚度」不同，比較薄的地方，傳到外殼的熱量就多，被循環冷卻水帶走的熱量也多，否則反之。使用此法調整加熱元件加於燃燒石英管的熱量，恰當充填保溫材料的厚度，以保證石英管內具有300℃～1100℃的溫度變化梯度。
實際實施中，可採用兩種方案，一是保溫層的厚度一樣，但單元空間中充填的保溫材料密度不同。二是具有保溫層空間厚度不同，而單位空間充填保溫材料密度是均勻的。圖二所示是第一方案情況的高溫燃燒－水解裝置的縱剖面和橫剖面示意圖。
為確保石英管1100℃高溫區的穩定，在該處設置有受微處理機控制的溫度元件，用控制加熱元件的加電時間調整該區的溫度保持恆定。
4.為使待測樣品溶液保持測量技術要求的溫度，本發明增添一個待測樣品溶液加溫器和測溫傳感探頭，由微機控制。可以使樣品溶液的溫度按測量要求控制在20℃，25℃，30℃，35℃四個恆溫點，誤差不大於±0.5℃。測量時，按需要將加溫器和測溫探頭隨同離子計的電極對同時插入樣品溶液，按下需要的溫度按鈕，微機將自動調整加溫器，加熱時間，便可取得所需溫度條件下的樣品溶液的響應電位。
實施中，可根據要求進行設計(1)燃燒石英管採用兩個，構成雙管裝置，這樣可同時做兩個樣品，以提高做實驗的效率。
(2)加熱元件碳矽棒根據工藝情況和選擇的規格採用多根組合使用，保證加熱溫度的要求。圖二所示的是加熱元件由六根碳矽棒組成的雙管式裝置。1圖中1.儀器外殼中循環冷卻水； 2.耐火材料層；3.保溫材料； 4.熱量反射罩5.六根碳矽棒 6.兩根燃燒石英管其中縱剖面圖中保溫材料3用點的多少示意單位空間中材料密度。
權利要求
1.一種新型的測氟儀是由微處理機控制的離子計和高溫燃燒--水解裝置組成，離子計配置有單晶膜氟離子電極和飽和甘汞電極，其特徵在於，高溫燃燒--水解裝置組裝在一個方型外殼內，與離子計結合成一體，其燃燒石英管的進樣推棒受同一臺微處理機控制按程序工作；它的高溫燃燒--水解裝置採用多根碳矽棒做燃燒石英管的加熱元件，其外圍沿軸向充填不同量的保溫材料，保溫材料和外殼冷卻水套之間包一層適當厚度的耐火材料，保溫材料充填量按規定的溫度梯度而變化，即相對石英管內要求溫度高的位置充填保溫材料就多，否則，反之；在石英管內，1100℃高溫區，設置有受微機所控制的溫度測量元件。
2.根據權利要求
1所說的測氟儀，其特徵在於，它的高溫燃燒——水解裝置部分的石英燃燒管的密封塞被進樣棒穿過的中孔孔隙，採用石棉纖維襯套密封，石棉襯套與進樣推棒之間保持適當的摩擦力，可以相對移動。
3.根據權利要求
1或2所說的測氟儀，其特徵在於，和離子計的電極對配套設置一個對待測樣品溶液加溫的電加熱元件和一個測溫探頭、受微處理機程序控制，通過鍵盤確定所需要的待測樣品溶液溫度。
4.根據權利要求
1或2所說的測氟儀，其特徵在於，燃燒石英管採用同樣的兩根，構成雙管測氟儀。
專利摘要
一種新型的測氟儀由離子計、單晶膜氟離子電極和飽和甘汞電極、高溫燃燒——水解裝置構成。其特徵是樣品分離、樣品溶液製備和分析測試形成一套完整設備。工作程序由一臺微處理機自動控制；燃燒溫度採用碳矽棒加熱，結合保溫材料和冷卻水的使用，並輔以溫度測量和控制元件，由微處理機控制，保證燃燒管內300℃～1100℃的溫度梯度分布；燃燒管口的密封塞採用了石棉纖維襯套。
文檔編號G01N27/26GK87200583SQ87200583
公開日1988年3月16日 申請日期1987年1月24日
發明者高幹亮, 高宗義, 蔡文義, 梁國元, 夏威, 張愛民, 楊莉, 袁鑫瑞, 楊悅漢 申請人:煤炭工業部煤炭科學研究院煤化學所, 青島電業局, 郝喬生導出引文BiBTeX, EndNote, RefMan