席东沁

摘 要：检测发热量是煤质分析环节非常关键的一个内容，一方面能够判断煤的品质好坏，另一方面也是评估煤炭价格的核心依据，同时可以为研究煤质变化及其分类提供可靠的依据。为此，本文介绍了碳氢氮元素分析仪的工作原理及试验步骤，并对测量数据的精密度和准确度进行检验，结果表明，EA3000元素分析仪器精密度和准确度均符合质量控制要求。

关键词：煤炭；碳氢氮；元素分析器；实验

1、引言

煤炭作为有机可燃矿岩，其主要元素就是碳和氢，煤有机质的95%以上是碳、氢以及氧三种元素。碳和氢的含量随着煤的变质程度的加深呈现相反的趋势，随着煤变质程度的加深，碳的含量是增高的而氢的含量则会降低。由于碳氢的含量与煤的变质程度有着密切的关系，因此，对煤质进行科学分类的指标之一就是碳氢的含量。氮是煤中的无用成分，其中约有20%-40%在燃烧过程中变成氮氧化物并随烟气排出，从而增加了环境污染。为了核对其他指标测定结果的准确性，可以通过碳氢含量推算发热量来进行。为此，在煤质的检测工作中不可或缺的项目之一就是测量煤中碳氢元素的含量。

2、试验部分

2.1试验设备

试验设备主要是意大利Eurovector公司采用专利动态燃烧（Flash Combustion）技术和成熟的色谱分离技术设计生产的EA3000元素分析仪器、计算机、电子天平等。

EA3000元素分析仪器响应范围：C=0.001-30mg；H=0.001-3.0mg；N=0.001-10mg；S=0.001-10mg；O=0.001-10mg测定范围：0.01%-100%分析时间：CHNS≤5分钟O≤3分钟分析精度：0.05-0.15%自动进样器：80位自动进样器。

2.2碳氢氮元素分析仪工作原理

本仪器用于测定有机物质材料的碳、氢、氮元素的含量。试样在催化氧化（或裂解）-还原管中高温转变为二氧化碳、水蒸气、氮气 （CO2、H2O、N2）。然后经色谱柱将混合气体分离为个别的组分，最后用热导检测器分别测定各组分的响应值。根据组分的响应值和对应元素的灵敏度，分别计算样品中各元素的含量。上述测定过程均按仪器系统规定的操作程序和预设的样品数据自动快速完成。

2. 3标定曲线校正

煤校正根据己知标样调整仪器数学模型。标样校正分标定曲线校正和漂移校正。标定曲线校正用于对仪器生成某方法的线性，而漂移校正用于补偿标样校准，解决可能轻微改变标准的仪器硬件的变化。漂移校正每天都要執行或在标样分析时、标样值偏离准确度时执行。

碳氢氮元素均可采用标煤进行校正，根据仪器软件系统的不同，采用多点标定中的一个或多个标煤进行标定。EA3000元素分析仪器标线建立步骤：①根据标线检测需要确定标线测量数据点数，精确称量装入锡囊的标准物质质量并记录后按顺序装入自动进样器转盘。②在软件中点击菜单栏内的“Analyse”选择“New Autorun”建立新检测序列，根据称量的标样质量和锡囊数量分别输入Byp和Std的质量。③选择标线参数计算类型，检查仪器状态和检测积分参数设置。④点击“SAVE”保存检测序列，保存后点击“Start”开始标准曲线检测。

2.4试验步骤

2.4.1 准备过程

1、在测样前两天打开电子天平进行预热。（一般预热不少于48小时）

2、准备样品，明确要测的几种元素。

3、查看反应管是不是合适，换取相应的反应管，具体操作如下：①取下载样盘；②拧开自动进样器的固定螺帽，卸下自动进样器。③扭开固定反应管与自动进样器的螺帽；④取出反应管；⑤拧开反应管卡头；⑥换上合适的反应管；⑦拧紧反应管卡头；⑧将反应管装入炉内（注：将反应管装入炉内时，用手指堵住反应管下方的小孔，防止其他东西掉进去，影响气密性。）⑨将连接反应管与自动进样器的螺帽拧紧；⑩装上自动进样器，即将自动进样器固定在仪器上。

2.4.2使用过程

1、打开稳压器开关，看电压是否稳定，一般升温之前，电压稳定在220V。

2、打开电脑。

3、打开钢瓶。具体操作：①检查钢瓶连接口是否漏气，具体做法：先打开总压阀，看总压是否上升，再关闭总压阀，看总压是否下降，若总压下降很厉害，说明总压阀之前有连接口漏气，要进行维修；若总压不下降，说明总压阀之前的连接口不漏气。②通氦气和氧气，先打开总压阀，再打开分压阀，将分压调0.4MPa。

4、打开元素分析仪。

5、打开Callidus 软件、载气、进行检漏。

6、调用升温程序，使前炉温度达到实验温度。待仪器升温至设定值且系统恒温后，需进行气路气密性检查及气路清洗。（在此期间注意观察气压是否在0.6MPa，电压是否稳定在215V到220V之间。）

7、称样：（可在仪器升温过程中进行称样操作）。①取样品、锡囊、镊子、称量勺、载样盘、数据记录本、笔、两张空白纸、标准品等；②取一个锡囊，放到电子天平上除皮；③把去皮后的锡囊取出，向内加入适当量的样品，再次放在电子天平上称样品重量。（样品重量在0.5mg到2.5mg之间）；④记录样品重量及编号；⑤再把锡囊取出，发在空白纸上进行包裹，最后形成一个小球状，周围没有可以看到的锡纸边。（光滑的小球状）；⑥将小球状的样品放到载样盘的对应位置，（必须连续放置，不能有间隔）；⑦所有的样都弄好后，将载样盘装载自动进样器上。

8、进行元素分析。①数据处理；②打印结果。

9、实验完成，调用降温程序，使仪器降温。①关闭TCD检测器；②调用降温程序；③关闭氧气阀（先关分压阀，再关总压阀）；④待仪器温度降到30摄氏度后，关闭载气；⑤退出软件；⑥关闭氦气阀（先关分压阀，再关总压阀）；⑦关闭元素分析仪，整理好仪器桌。

3结果与讨论

EA3000元素分析仪器实验结果表明标准偏差均在质量控制范围内，准确度和精密度符合要求。氮、碳、氢含量曲线图，如图1、图2、图3所示。

4结论

EA3000元素分析仪器分析过程中仪器可通过所测元素的含量及样品质量使分析时间自我优化，分析结果表明，仪器测量的精密度、符合要求。此外，在应用元素分析仪实验中还应注意几点：

1、因称样量较小，制样和样品的保存是样品测试之前的关键，样品的均匀程度决定着测试数据的代表性和可靠性。由于不同环境条件下温湿度不同，所制样品需密封保存，以避免空气湿度变化致使水含量出现波动性。在称样之前对样品应进行适当的搅拌，以增加其均匀程度，使所称样品具有代表性。

2、工业制氧是根据氧气和氮气的沸点不同分离出氧气的，在制氧过程中由于工艺条件不同，所制出的氧气含量会不同，氧气纯度越高其含有的杂质氮就越低。在元素分析仪中所用到的氧气纯度要求较高，为高纯氧。在使用一般氧气时，由于其中所含杂质氮的影响，在进行空白稳定试验时无法稳定，以致于无法对样品进行正常检测。

参考文献：

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