CN87200583U - 一种新型的测氟仪 - Google Patents

Abstract

一种新型的测氟仪由离子计、单晶膜氟离子电极和饱和甘汞电极、高温燃烧——水解装置构成。其特征是样品分离、样品溶液制备和分析测试形成一套完整设备。工作程序由一台微处理机自动控制；燃烧温度采用碳硅棒加热，结合保温材料和冷却水的使用，并辅以温度测量和控制元件，由微处理机控制，保证燃烧管内300℃～1100℃的温度梯度分布；燃烧管口的密封塞采用了石棉纤维衬套。

Description

本发明属于电化学分析测量仪器

氟是煤中有害元素之一。当前，我国许多地区土壤、环境中含氟本低偏高，时有牲畜、桑蚕等氟中毒事件发生。据调查，这与燃煤排放的氟化物在土壤和水源中聚积有关。特别，我国一些地区煤中含氟量甚至高达0.21％，成为社会公众忧虑的环境污染源。因此，查清我国煤中含氟情况，对防止煤在燃烧和加工利用过程中氟扩散，并采取控制和处理措施是十分必要的。这需要建立一种快速、准确的分析方法和研制相应的测量仪器设备。

自氟离子选择性电极出现以后，氟的分析化学发展较快，问题在于如何在分解样品时，能定量地从样品中分离出氟离子，并且使所得的样品溶液具有离子成份简单，便于进行电位测量。

煤是成份复杂的有机物和无机物的混合物，从中定量地分离出各种形态的氟是十分困难的。目前，国际上采用的方法比较多，我国国家标准总局于1985年制定并颁布了《煤中氟的测量方法》作为国家标准（国标号：GB4633－84）。其中规定“高温燃烧－水解法为仲裁方法”。此标准不受煤炭的灰分限制，其适用性优于美国的标准方法，是目前最优越的分析方法。也是本发明的背景技术材料。

本发明适用于高温燃烧－水解法，并且是按照国标GB4633－84的规定研制成功的。

该设备由离子计（含氟离子电极饱和甘汞电极）和高温燃烧－水解装置构成。离子计是测量样品溶液离子浓度的分析计量部分，是已有技术，本发明所采用的离子计是由微机控制的“自动选择和加入标准溶液的离子计”（见专利申请号86207448申请文件）的技术方案。测量样品溶液响应电位的电极，即单晶氟离子电极和饱和甘汞电极组成的电极对。

测氟仪的高温燃烧－水解装置，是制备待测样品溶液的转化装置。它用高温燃烧－水解法将煤样或其它试样（如土壤等）中含的有机氟和无机氟分解分离出来并制成样品溶液，以供离子计测量其中的氟含量。

目前国内外尚无用于测氟（包括样品溶液制备）的完整设备，一般都依自己所采用的不同方法，将有关材料、仪器、器皿等组合起来，制备样品溶液，然后再用离子计进行测量。例如GB4633－84规定的高温燃烧－水解装置（见图1）。

1.样品溶液容量瓶        5.电热偶

2.冷凝管        6.燃瓷舟

3.电吹风机        7.单节高温炉

4.石英燃烧管        8.防溅球

9.放水口        14.电    炉

10.进样推棒        15.生成水蒸汽烧瓶

11.流量计        16.自耦变压器

12.温度控制器        17.密封塞

13.氧气瓶

该装置的工作原理是，保持石英管燃烧中的300℃～1100℃的温度梯度，将燃烧瓷舟及其中的煤样放在石英管、密封管口，再通入水蒸汽和氧气，同时将燃烧瓷舟按规定缓缓推进，由300℃区移动到1100℃高温区，使燃烧瓷舟内的煤样逐步发生燃烧－水解反应。由于氟是以有机和无机两种形态结合于煤中，故煤样在低温区首先释放出以有机形态结合于煤中的氟，到达高温区，经充分燃烧后，以无机形态结合于煤中的氟所存在的灰分充分暴露于水蒸汽中，在发生热解反应中，释放出其中的氟。石英管中，所释放出来的氟逐步与水蒸汽结合，转入冷凝液中，被收集到容量瓶中。

上述水解装置的缺点，除由于是另散仪器拼凑，临时搭架，所有操作都要靠人工操作，仪器很难规范化外，还存由于石英管裸露部分积累大量的冷凝水，造成水的蒸发量无法控制，高温炉中的300℃～1100℃的温度分布不均匀，造成时而煤样曝燃，从影响分析结果的可靠性。其次，石英管口密封不好，因进样推棒温度很高，易烧损它所穿过的密封塞中孔，造成不能密封而漏气；第三待测样品溶液的温度不能保持所要求的恒定温度，影响微机采样和测量速度、精确度。

本发明是在上述原理和装置的基础上研制的，并克服了上述之缺点，形成一台完整的测氟仪。

其特征是将图1中所示另散的高温燃烧－水解装置经改进后，包含在一个仪器外壳体内、设计规格化，不需再临时拼凑搭架，包括进样、温度控制等工作程序全由仪器的微处理机自动控制操作，从而和离子计构成一个整体。其特征主要表现在下述各方面：

1.测氟仪的高温燃烧－水解装置的进样推棒与一个受微处理机控制的电动机连接，当微机控制进样工作开始时，进样推棒带动密封塞自动密封燃烧石英口，根据规定要求，在微机程序控制下，推棒继续将燃烧瓷舟推进，在15分钟内，从300℃区推移到1100℃高温区，并在该区保持15分钟，以便充分进行热解－水解反应。

2.密封塞被进样推棒穿过的中孔采用石棉纤维衬套。这既保证密封塞不被高温推棒烧结，并且摩擦力小，效果理想。

3.采用碳硅棒做燃烧石英管的直接加热元件。在加热元件的外围，石英管轴向充填不同厚度的耐火保温材料，外边包一层耐火材料，与仪器外壳紧贴，机器外壳具有中空夹层流动着循环冷却水，将加热元件传到外壳的热量带走。由于保温材料“厚度”不同，比较薄的地方，传到外壳的热量就多，被循环冷却水带走的热量也多，否则反之。使用此法调整加热元件加于燃烧石英管的热量，恰当充填保温材料的厚度，以保证石英管内具有300℃～1100℃的温度变化梯度。

实际实施中，可采用两种方案，一是保温层的厚度一样，但单元空间中充填的保温材料密度不同。二是具有保温层空间厚度不同，而单位空间充填保温材料密度是均匀的。图二所示是第一方案情况的高温燃烧－水解装置的纵剖面和横剖面示意图。

为确保石英管1100℃高温区的稳定，在该处设置有受微处理机控制的温度元件，用控制加热元件的加电时间调整该区的温度保持恒定。

4.为使待测样品溶液保持测量技术要求的温度，本发明增添一个待测样品溶液加温器和测温传感探头，由微机控制。可以使样品溶液的温度按测量要求控制在20℃，25℃，30℃，35℃四个恒温点，误差不大于±0.5℃。测量时，按需要将加温器和测温探头随同离子计的电极对同时插入样品溶液，按下需要的温度按钮，微机将自动调整加温器，加热时间，便可取得所需温度条件下的样品溶液的响应电位。

实施中，可根据要求进行设计：

（1）燃烧石英管采用两个，构成双管装置，这样可同时做两个样品，以提高做实验的效率。

（2）加热元件碳硅棒根据工艺情况和选择的规格采用多根组合使用，保证加热温度的要求。图二所示的是加热元件由六根碳硅棒组成的双管式装置。1图中：

1.仪器外壳中循环冷却水；        2.耐火材料层；

3.保温材料；        4.热量反射罩

5.六根碳硅棒        6.两根燃烧石英管

其中纵剖面图中保温材料3用点的多少示意单位空间中材料密度。

Claims (4)

1、一种新型的测氟仪是由微处理机控制的离子计和高温燃烧--水解装置组成，离子计配置有单晶膜氟离子电极和饱和甘汞电极，其特征在于，高温燃烧--水解装置组装在一个方型外壳内，与离子计结合成一体，其燃烧石英管的进样推棒受同一台微处理机控制按程序工作；它的高温燃烧--水解装置采用多根碳硅棒做燃烧石英管的加热元件，其外围沿轴向充填不同量的保温材料，保温材料和外壳冷却水套之间包一层适当厚度的耐火材料，保温材料充填量按规定的温度梯度而变化，即相对石英管内要求温度高的位置充填保温材料就多，否则，反之；在石英管内，1100℃高温区，设置有受微机所控制的温度测量元件。

2、根据权利要求1所说的测氟仪，其特征在于，它的高温燃烧——水解装置部分的石英燃烧管的密封塞被进样棒穿过的中孔孔隙，采用石棉纤维衬套密封，石棉衬套与进样推棒之间保持适当的摩擦力，可以相对移动。

3、根据权利要求1或2所说的测氟仪，其特征在于，和离子计的电极对配套设置一个对待测样品溶液加温的电加热元件和一个测温探头、受微处理机程序控制，通过键盘确定所需要的待测样品溶液温度。

4、根据权利要求1或2所说的测氟仪，其特征在于，燃烧石英管采用同样的两根，构成双管测氟仪。

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