凱氏定氮儀在硝化棉氮含量測(cè)定中的應(yīng)用

1 前言

硝化棉為白色或微黃色棉絮狀，能溶于丙酮，學(xué)名纖維素硝酸酯，舊稱硝化纖維、硝化棉。NC是一種聚合物，其分子量很大。習(xí)慣上用含氮量百分?jǐn)?shù)代表酯化程度。硝化棉具有高度可燃性和爆炸性，其危險(xiǎn)程度根據(jù)硝化程度而定，含氮量在12.5%以上的硝化棉危險(xiǎn)性極大，遇火即燃燒。在溫度超過40℃時(shí)能加速其分解而自燃。含氮量不足12.5%的硝化棉雖然比較穩(wěn)定，但受熱或儲(chǔ)存日久，逐漸分解而放出酸，降低著火點(diǎn)，亦有自燃自爆的可能。硝化棉主要用于生產(chǎn)各色賽璐珞，電影膠片，制造各種硝基漆，木器用涂料，金屬用涂料，打字蠟紙，漆布，速印油墨，指甲油，瓶口封套，粘合劑等。

凱氏定氮法是測(cè)定化合物或混合物中氮含量的一種方法。全自動(dòng)凱氏定氮儀是根據(jù)凱氏定氮法進(jìn)行氮含量測(cè)定，可以自動(dòng)完成試劑定量添加、蒸餾、吸收、滴定并輸出測(cè)試結(jié)果。

2 實(shí)驗(yàn)部分

2.1原理

硝化棉在過氧化氫存在下，用氫氧化鈉皂化，生成硝酸鹽，以定氮合金將其還原成氨，用硼酸吸收后，再以鹽酸標(biāo)準(zhǔn)滴定液進(jìn)行滴定。

2.2 儀器與試劑、器具

2.2.1 K1100F全自動(dòng)凱氏定氮儀(濟(jì)南海能儀器股份有限公司)。

2.2.2 SH420F石墨消解儀(濟(jì)南海能儀器股份有限公司)。

2.2.3 鹽酸分析純，c(HCL)=0.2mol/L，標(biāo)準(zhǔn)滴定液。

2.2.4 硼酸分析純，質(zhì)量分?jǐn)?shù)4%。

2.2.5 氫氧化鈉分析純，質(zhì)量分?jǐn)?shù)20%。

2.2.6 30%過氧化氫分析純。

2.2.7 溴甲酚綠-甲基紅混合指示劑將溴甲酚綠乙醇溶液(1g/L)與甲基紅乙醇溶液(1g/L)按5+1體積比臨時(shí)混合搖勻備用。

2.2.8 定氮合金狄瓦爾德合金(Zn、Al、Cu)。

2.2.9 無水乙醇分析純。

2.2.10 50ml量筒

2.2.11 稱量瓶

2.3 實(shí)驗(yàn)部分

2.3.1 用已恒重過的稱量瓶，稱取干燥過的硝化棉樣品0.5g左右，精確至0.0001g。

2.3.2 在消化管中加入5ml乙醇，將稱量好的樣品轉(zhuǎn)移到消化管內(nèi)，用50ml純水清洗稱量瓶并沖洗消化管。再依次加入1.5ml過氧化氫，50ml氫氧化鈉溶液。搖勻后靜置5-10min。

2.3.3 使用SH420F進(jìn)行加熱皂化，皂化過程中需要不斷搖晃消化管。升溫程序如下：

當(dāng)溶液澄清透明后，皂化完成。繼續(xù)加熱，驅(qū)趕溶液里的過氧化氫，當(dāng)均勻的小氣泡消失，出現(xiàn)無規(guī)則的大氣泡，停止加熱。

2.3.4 待消化管內(nèi)溶液冷卻至室溫后，加入4g定氮合金，迅速將消化管放置于定氮儀上。定氮儀設(shè)置程序如下：

硼酸：35ml

蒸汽流量：80%

蒸餾時(shí)間：10min

2.3.5 消化管放置好后，開始蒸餾，蒸餾開始30s后，暫停蒸餾，靜置10min后繼續(xù)開始蒸餾10min。

2.3.6 儀器自動(dòng)滴定并給出計(jì)算結(jié)果。

3 結(jié)果與討論

硝化棉樣品皂化過程中除生成硝酸鈉、亞硝酸鈉以外還生成就有還原性質(zhì)的有機(jī)物。皂化過程會(huì)伴有明顯的氧化還原反應(yīng)，產(chǎn)生部分氮的氧化物、游離氮以及氨，故如不經(jīng)常搖動(dòng)，會(huì)出現(xiàn)明顯黃色物質(zhì)。因此實(shí)驗(yàn)需要加入過氧化氫，以氧化這些具有還原性的物質(zhì)，以避免試樣損失。

但在定氮合金還原硝酸鹽時(shí)，雙氧水的存在會(huì)消耗大量合金，使硝酸鹽不能很好的定量的還原成氨而被蒸出。因此皂化完成后需要繼續(xù)加熱，破壞溶液里的過氧化氫。

定氮合金與堿的反應(yīng)會(huì)放出大量熱量，所以反應(yīng)之處稍通蒸汽來加快反應(yīng)進(jìn)程。但當(dāng)反應(yīng)開始后，必須停止蒸汽，避免反應(yīng)過于劇烈而造成接收杯溫度過高，指示劑變性。

全自動(dòng)凱氏定氮儀原理和手工凱氏燒瓶法相同，但很好的解決了系統(tǒng)密閉性問題，具有較高的自動(dòng)化水平，可以代替手工方法來測(cè)試硝化棉氮含量。