實驗九 煤中碳、氫、氮、硫含量的測定（儀器法）（參考GB/T 30733—2014）
一、實驗目的
掌握褐煤、煙煤和無煙煤中元素分析的快速測定方法的原理、步驟。
二、實驗原理
已知質量的煤樣在高溫和氧氣流中充分燃燒，煤中的碳、氫、氮、硫完全燃燒生成二氧化碳、水、氮氣/氮氧化物混合物、二氧化硫和三氧化硫混合物，由特定的處理系統濾除對測定有干擾的影響因素，并將氮氧化物還原為氮氣，三氧化硫還原為穩定的二氧化硫，煤中碳、氫、氮、硫的含量分別以二氧化碳、水蒸氣、氮氣和二氧化硫的形式由特定的檢測系統定量測定。
三、儀器
德國Elementar公司vario MACRO cube元素分析儀，儀器主要包括進樣、燃燒和反應、混合氣體分離、檢測四部分。圖3-34為儀器后側，圖3-35為加熱爐部分，主電源開關在儀器右側。
圖3-34 儀器后視圖
圖3-35 加熱爐部分
四、試劑和材料
氧化還原管，線狀銅，三氧化鎢，錫舟，干燥管，球閥，石英橋等；氧氣，氦氣。
五、準備工作
①開啟計算機并打開操作程序菜單，檢查各更換件測試次數的剩余是否還能滿足此次測試，通常最應該注意的是還原管、干燥管以及灰分管。
②將燃燒管、二次燃燒管及還原管溫度設為0，執行檢漏測試。通常有更換儀器中任何管路中的備件、重新裝填試劑、打開管路中任何接口、儀器長時間未開機使用、儀器在高溫下斷電十幾分鐘以上中任一情形，都需要檢漏。
③拔掉主機尾氣的堵頭。
六、實驗步驟
（1）開機
①將主機的進樣盤拿開后，開啟主機電源，待進樣盤底座自檢轉動完畢（即自轉至零位）后，將進樣盤樣品孔位手動調到0位后放回原處。
②啟動操作軟件。
③通入氧氣，將減壓閥的輸出壓力調至0.20～0.22MPa，打開氦氣，調節壓力至0.12～0.13MPa，確認操作程序狀態欄中的Press顯示為1200～1250mbar。
（2）選擇標樣 進入操作程序Options>Setting>Standards的窗口，確認要使用標樣的名稱。
（3）爐溫設定 進入操作程序Options>Settings>Parameters，確認加熱爐設定溫度，其中燃燒管設為1150℃，還原管設為850℃。
（4）輸入樣品名稱、樣品重量，選擇測試方法
①測試空白值，在Name中選擇blank，在Weight一欄輸入假設樣品重，在Method欄選擇Blank O2。
②做4次條件化測試，樣品名選擇runin，使用磺胺標樣，約20mg，通氧方法選擇Sulf 1。
③做4次磺胺標樣測試，樣品名選擇sulfanilamide，精確稱重約20mg，通氧方法選擇Sulf 1。
④稱取煤樣，可進行40～60次樣品測試。
（5）校正因子計算
①進入Options>settings>Calculations，選擇激活Factor Determination中sequentially，檢查幾次標樣測試的數據是否平行，若平行，點擊Math.>Factor，出現的對話框中點Yes，完成校正因子計算。
②若標樣幾次測試的數據存在不平行，可在選擇的平行標樣數據行上做標記，此時點擊Math.>Factor，在出現的對話框中激活Follow tagged standard samples only，再點Yes，完成校正因子計算。
（6）關機
①在Sleep/Wake Up功能對話框中手動啟動睡眠（點Sleep Now），待3個反應管加熱爐都降溫至100℃以下。
②關閉氦氣和氧氣。
③退出操作軟件。
④關閉主機電源，開啟主機加熱爐室的門，讓其長時間散去余熱。
⑤將主機后面的尾氣出口堵住。
⑥關閉計算機、打印機和天平等外圍設備。
七、注意事項
①煤樣被污染將影響分析結果，水分不僅會影響氫的測試結果，而且含水樣品的重量因素也會影響到其他元素的測試含量結果，故避免觸摸樣品造成污染。
②儀器加熱爐溫度很高，即使關閉了儀器，這些部件的熱量還會保留很長時間，此時請勿觸摸避免被灼傷。
③如進樣盤的孔位中已經放進了多個樣品，無論何時對進樣盤的孔位進行變更，都會造成進樣盤中的多個樣品一起落入進樣球閥中，所以在改變進樣盤孔位之前，必須將上面的所有樣品取下。
八、標定
可選用磺胺、苯基丙氨酸等純凈物質建立標準校正曲線，標準物質測試方法與煤樣測試方法一致，標準物質測試完后，選取用于校正的數據，進行校正操作。
九、精密度
精密度見表3-17。
表3-17 精密度表
十、報告
實驗報告可以參考表3-18。
表3-18 煤中碳氫氮硫的實驗報告
十一、思考題
1.煤中碳氫氮硫測定的原理是什么？
2.影響實驗結果的主要因素有哪些？
十二、知識擴展
［1］ SN/T 4764—2017煤中碳、氫、氮、硫含量的測定元素分析儀法.
［2］ SN/T 3005—2011有機化學品中碳、氫、氮、硫含量的元素分析儀測定方法.
［3］ GB/T 30733—2014煤中碳氫氮的測定儀器法.
［4］ 馮濤，連進京，陳彤，等.測定煤中碳氫氮硫的方法比較分析［J］.煤質技術，2016（5）：50-52，58.
［5］ 甄志，李宇，陳鴻偉.Vario EL Ⅲ元素分析儀測硫方法分析［J］.電力科學與工程，2002，4：43-45.
（中國科學院山西煤炭化學研究所 李懷柱、白宗慶執筆）