发明内容
本发明的主要目的在于提供一种用于测定液氧中一氧化氮含量的测定装置与测定方法,以解决现有技术中无法测定液氧中一氧化氮含量的问题。
为了实现上述目的,根据本发明的一个方面,提供了一种用于测定液氧中一氧化氮含量的测定装置,该测定装置包括采样单元、气化单元、显色反应单元、比色单元与计算单元。其中,采样单元用于收集液氧装置中的液氧;气化单元与上述采样单元相连接,用于将上述液氧中的液态氧与液态一氧化氮气化成氧气与气态一氧化氮,并使上述氧气与上述气态一氧化氮反应生成二氧化氮;显色反应单元与上述气化单元相连接,上述显色反应单元用于将上述二氧化氮与上述显色反应单元中的吸收显色剂反应,生成待测色阶液;比色单元用于将上述待测色阶液与标准色阶液对比,得到比色结果;计算单元用于根据比色单元的上述比色结果计算上述液氧中上述一氧化氮的含量。
进一步地,上述采样单元包括采样设备与保温设备,上述采样设备包括采样入口与采样出口,上述采样入口与液氧管线相连接,上述保温设备围绕上述采样设备设置,上述气化单元包括气化入口与气化出口,上述气化入口与上述采样出口相连接。
进一步地,上述液氧管线上设置有采样阀。
进一步地,上述液氧管线与上述采样设备的上述采样入口之间设置有第一连接部,上述第一连接部上设置有第一螺旋夹。
进一步地,上述气化单元为连通上述采样设备和上述显色反应单元的气化管道,上述气化管道上设有气化连接部与气化螺旋夹,其中,优选气化连接部为硅胶管;气化螺旋夹设置在上述气化连接部上。
进一步地,上述显色反应单元包括第一显色反应室与第二显色反应室,其中,第一显色反应室包括第一入口与第一出口,上述第一入口与上述气化出口相连接;第二显色反应室包括第二入口,上述第二入口通过第二连接部与上述第一出口相连接。
进一步地,上述显色反应单元包括至少一个显色反应室,上述显色反应室为带缓冲泡的气体吸收管。
进一步地,上述比色单元中设置有标准色阶试剂,用于与由上述第一显色反应室和第二显色反应室中的色阶液混合而生成的上述待测色阶液对比。
进一步地,上述测定装置还包括洗涤单元,与上述采样单元相连接,用于向上述采样单元中通入高纯度氮气。
为了实现上述目的,根据本发明的一个方面,提供了一种用于测定液氧中一氧化氮含量的测定方法,该方法采用上述的测定装置进行测定。
进一步地,上述测定方法包括:步骤S1,采集待测液氧,并对上述待测液氧进行保温;步骤S2,将上述待测液氧中的液态氧与液态一氧化氮分别转化为气态氧与气态一氧化氮,上述气态氧与气态一氧化氮反应生成二氧化氮;步骤S3,将上述二氧化氮与吸收显色剂反应,生成待测色阶液;步骤S4,将上述待测色阶液与标准色阶液进行比色,得到比色结果;步骤S5,根据上述比色结果,计算出上述待测液氧中的一氧化氮的含量。
进一步地,通过调节上述气化螺旋夹使上述待测液氧中的液态氧与液态一氧化氮转化为氧气与气态一氧化氮。
进一步地,上述吸收显色剂为对氨基苯磺酸溶液与α-萘胺溶液、冰醋酸的混合溶液。
进一步地,上述步骤S3包括:在上述二氧化氮与上述吸收显色剂反应完全后,向上述采集的待测液氧中通入高纯度氮气。
进一步地,上述步骤S4中采用目视比色法进行上述比色。
应用本发明的技术方案,可以测定液氧中一氧化氮的含量,使得液氧中一氧化氮的测定装置从无到有,具有重大的意义。该测定装置使用的仪器简单、价格低廉、易于购买、便于携带,可以快速准确地测定生产过程液氧中一氧化氮的含量,适合应用到需要测定液氧中一氧化氮含量的场所中。
具体实施方式
需要说明的是,在不冲突的情况下,本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。
本申请一种典型的实施方式中,提供了一种用于测定液氧中一氧化氮含量的测定装置,如图1所示,该测定装置包括:采样单元10、气化单元30、显色反应单元50、比色单元70与计算单元90,其中,采样单元10用于收集液氧装置中的液氧;气化单元30与上述采样单元10相连接,用于将液氧中的液态氧与液态一氧化氮气化成氧气与气态一氧化氮,且氧气与气态一氧化氮反应生成二氧化氮;显色反应单元50与气化单元30相连接,显色反应单元50用于将二氧化氮与显色反应单元50中的吸收显色剂反应,生成待测色阶液;比色单元70,用于将待测色阶液与标准色阶液对比,得到比色结果;以及计算单元90,用于根据比色单元70的比色结果计算液氧中一氧化氮的含量。
上述的测定装置中可以测定液氧中一氧化氮的含量,使得液氧中一氧化氮的测定装置从无到有,具有重大的意义。该测定装置使用的仪器简单、价格低廉、易于购买、便于携带,可以快速准确地测定生产过程液氧中一氧化氮的含量,适合应用到需要测定液氧中一氧化氮含量的场所中。
本申请的又一种优选的实施例中,上述采样单元10包括采样设备11与保温设备12,上述采样设备11包括采样入口与采样出口,上述采样入口与液氧管线01相连接,上述保温设备12围绕上述采样设备11设置,上述气化单元30包括气化入口与气化出口,上述气化入口与上述采样出口相连接。保温设备12使得采样设备11中的液氧中的液态一氧化碳与液态氧保持液体状态,防止二者变为气体,进而避免采样设备11中的压强增大,进而避免采样设备11***。
本申请的另一种优选的实施例中,上述采样设备11为采样烧瓶,采样烧瓶包括瓶体以及位于瓶口处用于密封的瓶塞。液氧中一氧化氮含量相对高时选择体积小的采样烧瓶,液氧中一氧化氮含量相对小时选择体积大的采样瓶。一般选50mL为宜,气密性要好,容积必须准确,采样量将直接参与测定结果计算;保温设备12为保温杯,保温杯的保温效果较好,可以有效防止液态一氧化氮变为气态一氧化氮,造成测定的一氧化氮的含量不准确。
为了防止液氧装置中的液氧过快地进入采样设备11中,进而不能准确控制采样设备11中液氧的含量,本申请优选上述液氧管线01上设置有采样阀011。
本申请的又一种优选的实施例中,上述液氧管线01与采样设备11的采样入口通过第一连接部02相连接,第一连接部02上设置有第一螺旋夹021。这样的设置方式,使得第一连接部02上的第一螺旋夹021可以与采样阀011协同工作,一起控制液氧进入采样设备11的速度,进而可以更精确地控制采样设备11中液氧的含量。为了进一步保证第一连接部02具有较好的气密性,并且能够耐高温、耐压与耐酸,本申请优选第一连接部02为硅胶管。
为了采用简单快捷的方式使得采样设备11中的液态一氧化氮与液态氧快速地转化为气态一氧化氮与氧气,本申请优选上述气化单元30为连通采样设备11和显色反应单元50的气化管道,气化管道上设有气化连接部03与气化螺旋夹031,气化螺旋夹031设置在气化连接部03上。调节气化螺旋夹031的开度,采样设备11中的液态一氧化氮与液态氧蒸发转化为气态一氧化氮与氧气,并且二者迅速反应生成二氧化氮,随后进入到显色反应单元50中,显色反应单元50的液体底部不断冒出气泡。
本申请的又一种优选实施例中,上述显色反应单元50包括第一显色反应室51与第二显色反应室52,第一显色反应室51包括第一入口与第一出口,第一入口与气化出口相连接;第二显色反应室52包括第二入口,第二入口通过第二连接部04与第一出口相连接。第一显色反应室51与第二显色反应室52中均盛有吸收显色剂,当二氧化氮进入到这两个显色反应室中,与其中的吸收显色剂发生显色反应,测试人员仅通过显色反应的生成物颜色即可准确地测定二氧化氮的含量,进而测定一氧化氮的含量。
并且,第一显色反应室51是二氧化氮与吸收显色剂发生显色反应的主要场所,第二显色反应室52的设置是为了进一步保证气化单元30产生的二氧化氮反应完全,避免二氧化氮反应不完全,进而导致一氧化氮含量的测定不准确。
为了提高测定一氧化氮含量的效率,同时提高测定结果的准确性,如图2所示,本申请优选显色反应单元50包括至少一个显色反应室,上述显色反应室为带缓冲泡的气体吸收管。
为了更加方便快捷地测定液氧中一氧化氮的含量,本申请优选比色单元70中设置有标准色阶试剂,用于与由上述第一显色反应室51和第二显色反应室52中的色阶液混合而生成的上述待测色阶液对比,本领域技术人员可以根据采用的吸收显色剂来制备标准色阶试剂。
本申请的另一种优选的实施例中,测定装置还包括洗涤单元,与采样单元10相连接,用于向采样单元10中通入高纯度氮气。当显色反映单元的底部液体不再冒出气泡时,将采样设备11的进口与洗涤单元接通,打开第一螺旋夹021调节高纯度的氮气以每秒2~3个气泡的流量吹洗3~4分钟,这样采用氮气对采样设备11进行洗涤,将采样设备11中残留的液态一氧化氮全部转化为液态一氧化氮中,并且迅速与氧气反应生成二氧化氮,进入到显色反应单元50中,保证了采样设备11中全部的一氧化氮均参与反应,进一步保证了一氧化氮含量测定的准确性。
根据本申请的另一方面,提供了一种用于测定液氧中一氧化氮含量的测定方法,该测定方法采用上述任一种测定装置进行测定。
该测定方法采用上述测定装置进行测定,使得该方法操作简单,可以高效准确地测定液氧中一氧化氮的含量,方便应用到需要测定液氧中一氧化氮的任何场所。
为了更加精确地测定出液氧中一氧化氮的含量,本申请优选测定方法包括:步骤S1,采集待测液氧,并对待测液氧进行保温;步骤S2,将待测液氧中的液态氧与液态一氧化氮分别转化为气态氧与气态一氧化氮,气态氧与气态一氧化氮反应生成二氧化氮;步骤S3,将二氧化氮与吸收显色剂反应,生成待测色阶液;步骤S4,将待测色阶液与标准色阶液进行比色,得到比色结果;以及步骤S5,根据比色结果,计算出待测液氧中的一氧化氮的含量。
本申请的又一种优选的实施例中,通过调节气化螺旋夹031使待测液氧中的液态氧与液态一氧化氮转化为氧气与气态一氧化氮。这样可以快速地将液氧中的液态一氧化氮与液态氧变为气态一氧化氮与氧气。
为了使得二氧化氮与吸收显色剂反应后的产物的颜色更加明显,并且更加容易通过产物的颜色来测定二氧化氮的含量,从而能够更加精确地测定液氧中一氧化氮的含量,本申请优选吸收显色剂为对氨基苯磺酸溶液与α-萘胺溶液、冰醋酸的混合溶液。二氧化氮与该吸收显色剂混合发生完全的化学反应,生成稳定的红色偶氮化合物,并且该红色偶氮化合物的颜色深浅与二氧化氮含量成正比。
该吸收显色剂的配制过程为:
首先,配制冰醋酸与氨基苯磺酸溶液形成的第一混合溶液。量取分析纯冰醋酸100mL注入400mL蒸馏水中,加热煮沸保持2-3分钟后停止加热,冷却至约80℃左右,形成无色透明的冰醋酸溶液,将2g对氨基苯磺酸溶于冰醋酸溶液中,形成第一混合溶液,冷却后装入棕色瓶中备用;
其次,配置冰醋酸与α-萘胺溶液形成的第二混合溶液。量取冰醋酸100mL注入400mL蒸馏水中,加热煮沸保持2-3分钟后停止加热,冷却至室温;将0.6克α-萘胺溶于冰醋酸溶液中并冷却(可用冷水浴或打开自来水使细流冲洗外瓶壁激冷),形成第二混合溶液。该溶液应为无色透明,若溶液有紫或微红色需加入洗涤后的锌粒脱色,最后将第二混合溶液转入棕色瓶中备用;
最后,将第一混合溶液与第二混合溶液等体积混合,形成吸收显色剂。
为了将采集到的液氧中的液态一氧化氮全部转化为二氧化氮,进而使得测定的结果更加精确,本申请优选在二氧化氮与吸收显色剂反应完全后,向采集的待测液氧中通入高纯度氮气。
本申请的另一种优选的实施方式中,优选步骤S4中采用目视比色法进行比色。目视比色法能够在保证测定结果精确的前提下,快速地将液氧中一氧化氮的含量测定出来,提高了测定速度,能够满足液氧中一氧化氮含量的测定速度快的要求,使得该方法能够推广应用到更多的领域。
为了使本领域技人员能够更加清楚地了解本申请的技术方案,以图2的装置测定国内杭氧空分工艺技术生产的液氧产品中一氧化氮的含量为例进行详细说明。
图2中的测定装置中包括:液氧管线01、采样阀011、第一连接部02、第一螺旋夹021、采样设备11、保温设备12、气化连接部03、气化螺旋夹031、第一显色反应室51、第二连接部04、第二显色反应室52与洗涤单元。其中,第一连接部02、气化连接部03与第二连接部04为硅胶管,且硅胶管的尺寸为5mm×7mm,采样设备11为采样烧杯,保温设备12为保温杯,第一显色反应室51与第二显色反应室52均为带缓冲泡的吸收管,洗涤单元包括高纯氮气储存设备与高纯氮气管线。
采用图2所示的装置的具体测定过程如下:
首先,配制吸收显色剂。
配制冰醋酸与氨基苯磺酸溶液形成的第一混合溶液。量取分析纯冰醋酸100mL注入400mL蒸馏水中,加热煮沸保持2-3分钟后停止加热,冷却至约80℃左右,形成无色透明的冰醋酸溶液,将2g对氨基苯磺酸溶于冰醋酸溶液中,形成第一混合溶液,冷却后装入棕色瓶中备用;
配置冰醋酸与α-萘胺溶液形成的第二混合溶液。量取冰醋酸100mL注入400mL蒸馏水中,加热煮沸保持2-3分钟后停止加热,冷却至室温,将0.6克α-萘胺溶于冰醋酸溶液中并冷却(可用冷水浴或打开自来水使细流冲洗外瓶壁激冷),形成第二混合溶液,该溶液应为无色透明,若溶液有紫或微红色需加入洗涤后的锌粒脱色,最后将第二混合溶液转入棕色瓶中备用;
将第一混合溶液与第二混合溶液等体积混合,形成吸收显色剂,分别取10mL配制好的吸收显色剂置于第一显色反应室51与第二显色反应室52中。
其次,配制标准色阶试剂。
配制亚硝酸钠标准溶液:称取0.3克优级纯(或基准)亚硝酸钠,溶于1000mL煮沸过的蒸馏水中,摇匀,再用0.002mol/L高锰酸钾标准溶液标定其准确浓度;
配制亚硝酸钠标准工作溶液:吸取亚硝酸钠标准溶液10mL(相当于亚硝酸钠0.003g)于1000mL棕色容量瓶中,用煮沸过的蒸馏水稀释至刻度,摇匀后放置24h备用,该溶液每毫升含一氧化氮0.0026mg;
取20支干燥洁净的10mL比色管编号后置于比色管架上,用微量滴定管分别准确加入亚硝酸钠标准工作溶液0.2、0.5、0.7、1.0、1.3、1.6、1.9、2.2、2.5、2.8、3.1、3.4、3.7、4.0、4.3、4.6、4.9、5.2、5.5、6.0mL,分别加入吸收显色剂至总体积为10mL刻度处,摇匀,用液体石蜡密封比色管口,按亚硝酸钠浓度渐增顺序编1~20号并排列置于比色管架上,放于避光暗处。
标准色阶无需每次测定都重新配制,一次配制好后用液体石蜡密封比色管口,按照编号从小到大的顺序存放于避光暗处,一般可使用3个月。
最后,进行液氧中一氧化氮的测定。
液氧采集:缓缓打开液氧采样阀011,充分排放后,用第一连接部02将干燥洁净的50mL的采样烧瓶与液氧管线01连接,打开第一螺旋夹021,采集液氧50mL,关闭采样阀011和第一螺旋夹021(采样***气密性要好,保证不漏气),将采样烧瓶迅速置于保温杯中;
气化与显色反应:调节采样烧瓶出口气化螺旋夹031的开度,使采样烧瓶中液氧缓慢匀速蒸发(观察吸收管底部液体中气泡一个接一个连续冒出为宜),待液氧全部蒸发完毕(吸收管底部不再冒气泡时)后,将采样烧瓶进口与高纯氮气管线接通,打开第一螺旋夹021调节氮气以每秒2~3个气泡的流量吹洗***3~4分钟;
比色:取下第一显色反应室51与第二显色反应室52,将两个反应室中的吸收液一并倾入采样烧瓶中摇匀;取出10mL吸收液移入干燥洁净的比色管中,将其与标准色阶试剂进行目视比色,发现其颜色与标准色阶试剂中色号为4号(加入的亚硝酸钠标准工作溶液体积为1.0mL)颜色一致。
另外,当预先配制好的色阶未涵盖测定范围时,可通过改变液氧采样量来实现此测定,将吸收液颜色与标准色阶比较、确定,通过计算得出测定结果。
计算:根据公式计算液氧中一氧化氮的含量,式中:A为与待测样品对应的标准色号的比色管中所加入的亚硝酸钠标准溶液的体积,0.0026为1mL亚硝酸钠标准溶液对应的一氧化氮的重量,单位为mg,a为标准色阶溶液的体积,b为两个反应室中加入吸收剂的总体积,50为液氧样品体积,该公式中液体体积的单位为mL。
本例中A为1.0mL,a为10mL,b为20mL,液氧样品体积为50mL,将这些数据代入上式计算,得:
NO(mg/L)=1.0×0.0026×(20/10)×1000/50=0.104(mg/L)
该测定装置可以快速准确地测定液氧中一氧化氮的含量,避免了不能及时测定液氧中一氧化氮含量,进而避免了一氧化氮含量过多导致的***现象的发生。
从以上的描述中可以看出,本发明的实施例实现了如下技术效果:
本申请的测定装置中的保温设备使得采样设备中的液氧中的液态一氧化碳与液态氧保持液体状态,防止其二者变为气体,进而逸出到大气中或者使采样设备中的压强增大,进而导致采样设备***。该测定装置可以测试液氧中一氧化氮的含量,使得液氧中一氧化氮的测定装置从无到有,具有重大的意义;该方法较简单快捷,可以快速准确地测定生产过程液氧中一氧化氮的含量,可应用到需要测定液氧中一氧化氮含量的场所中。
本申请中的液氧中测定方法采用的测定装置进行测定,该方法操作简单,可以高效准确地测定液氧中一氧化氮的含量,方便应用到需要测定液氧中一氧化氮的任何场所。
以上所述仅为本发明的优选实施例而已,并不用于限制本发明,对于本领域的技术人员来说,本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内,所作的任何修改、等同替换、改进等,均应包含在本发明的保护范围之内。