一种氟氮混合气中氟气含量的测定方法与流程

1.本发明涉及分析测试技术领域，尤其涉及一种氟氮混合气中氟气含量的测定方法。


背景技术：

2.氟气是元素氟的气体单质，化学式为f2，为淡黄色剧毒气体，氟气化学性质十分活泼，具有很强的氧化性，除全氟化合物外，可以与几乎所有有机物和无机物反应。工业上氟气可作为火箭燃料中的氧化剂、卤化氟的原料，冷冻剂、等离子蚀刻等。
3.氟氮混合气中氟气含量一般为1～20％，同样具有氟气的性质，同时氟氮混合气采用压力法配制，主要用于汽车、制药工业中材料氟化处理。
4.目前氟氮混合气中氟气含量的测定主要为气相色谱法，需要使用专用的色谱柱，但鉴于氟气的活泼性，对于仪器的配置要求较高，且气相色谱测试法需要用标准气体来定量，所用的标准气体的准确性和稳定性对测试结果的影响也较大，导致分析的难度和不确定度较大。


技术实现要素：

5.有鉴于此，本发明提供了一种氟氮混合气中氟气含量的测定方法。本发明提供的测定方法可以实现氟氮混合气中氟气含量的准确测定，且测试成本低、简便快捷、精密度和重现性好。
6.为了实现上述发明目的，本发明提供以下技术方案：
7.一种氟氮混合气中氟气含量的测定方法，包括以下步骤：
8.(1)将过量的氯化钠和待测氟氮混合气混合，使氟氮混合气中的氟气与氯化钠反应完全，生成氯气，使用氢氧化钠吸收液对所述氯气进行吸收，得到试样溶液；
9.(2)将所述试样溶液和过量的碘化钾混合，然后加入盐酸将试样溶液的ph值调节至酸性，使试样溶液中的次氯酸钠和碘化钾反应完全，之后采用硫代硫酸钠滴定法测定试样溶液中的碘含量，并根据滴定结果计算氟氮混合气中的氟气含量。
10.优选的，所述氯化钠的纯度为分析纯，所述氯化钠使用前进行干燥。
11.优选的，所述步骤(1)在转化装置中进行，所述转化装置为气袋；所述气袋在使用前使用热气体进行吹扫；所述热气体为热氮气或热惰性气体；所述热气体的温度为45～55℃。
12.优选的，所述过量的氯化钠和待测的氟氮混合气混合后，通过振荡使氟氮混合气中的氟气与氯化钠反应完全，所述振荡的时间为5～10min。
13.优选的，所述氯化钠的用量为2～10g，所述待测氟氮混合气的体积为0.5～2l。
14.优选的，所述氢氧化钠吸收液的浓度为2～10g/l，所述氢氧化钠吸收液的用量为10～20ml。
15.优选的，所述盐酸的质量分数为18～19％，所述盐酸的用量为2～10ml。
16.优选的，所述次氯酸钠和碘化钾的反应在水封暗处进行。
17.优选的，所述测定方法还包括进行空白实验，所述空白实验的操作方法和上述方案相同，仅不加入氟氮混合气。
18.优选的，所述氟氮混合气中氟气的含量按照式1进行计算：
[0019][0020]
式1中：ρ(f2)——氟氮混合气中氟气的含量，单位为mol/mol；
[0021]v1
——滴定试样溶液所消耗硫代硫酸钠标准溶液的体积，单位为ml；
[0022]v0
——空白实验中滴定空白试样溶液所消耗硫代硫酸钠标准溶液的体积，单位为ml；
[0023]
c——硫代硫酸钠滴定法中使用的硫代硫酸钠标准液的浓度，单位为mol/l；
[0024]
v——标准状态下氟氮混合气的采气体积，单位为l。
[0025]
本发明提供了一种氟氮混合气中氟气含量的测定方法，本发明将氟氮混合气中的氟气与氯化钠反应生成氯气，氯气使用氢氧化钠吸收液吸收，生成次氯酸钠，次氯酸钠再与碘化钾发生定量反应生成碘，通过测定溶液中的碘含量来实现氟氮混合气中氟气的定量测定。本发明的方法准确度和精密度高，且测试成本低、简便快捷、重现性好，并且对测定设备的要求低，便于实现，几乎无后续设备维护成本。
具体实施方式
[0026]
本发明提供了一种氟氮混合气中氟气含量的测定方法，包括以下步骤：
[0027]
(1)将过量的氯化钠和待测的氟氮混合气混合，使氟氮混合气中的氟气与氯化钠反应完全，生成氯气，使用氢氧化钠吸收液对所述氯气进行吸收，得到试样溶液；
[0028]
(2)将所述试样溶液和过量的碘化钾混合，然后加入盐酸将试样溶液的ph值调节至酸性，使试样溶液中的次氯酸钠和碘化钾反应完全，之后采用硫代硫酸钠滴定法测定试样溶液中的碘含量，并根据滴定结果计算氟氮混合气中的氟气含量。
[0029]
本发明将过量的氯化钠和待测的氟氮混合气混合，使氟氮混合气中的氟气与氯化钠反应完全，生成氯气，使用氢氧化钠吸收液对所述氯气进行吸收，得到试样溶液。在本发明中，所述氯化钠的纯度优选为分析纯，所述氯化钠使用前优选进行干燥，所述干燥优选为烘干，所述烘干的温度优选为100～110℃，更优选为105℃，所述烘干的时间优选为4h，本发明通过烘干去除氯化钠中的水分，将烘干后的氯化钠放入干燥器中冷却至室温备用。在本发明中，所述氯化钠的用量优选为2～10g，更优选为2～5g，所述氯化钠的用量以烘干后氯化钠的质量计，所述待测氟氮混合气的体积优选为0.5～2l，本发明将氯化钠的用量和待测氟氮混合气的体积控制在上述范围内，能够保证氯化钠的摩尔量相对氟氮混合气中的氟气的摩尔量是过量的，从而保证氟气反应完全，保证测试结果的准确性。
[0030]
在本发明中，所述步骤(1)优选在转化装置中进行，所述转化装置优选为气袋，更优选为双全氟对角阀门的teldar气袋；所述气袋在使用前优选使用热气体进行吹扫；所述热气体优选为热氮气或热惰性气体；所述热气体的温度优选为45～55℃。本发明通过热气体吹扫去除气袋内的水。
[0031]
在本发明中，所述过量的氯化钠和待测的氟氮混合气混合后，优选通过振荡使氟氮混合气中的氟气与氯化钠反应完全，所述振荡的时间优选为5～10min，更优选为6～8min。
[0032]
在本发明的具体实施例中，优选将过量的氯化钠加入气袋中，然后向气袋中加入待测的氟氮混合气，之后通过振荡使氟气与氯化钠反应完全，然后向气袋中加入氢氧化钠吸收液，将气袋中产生的氯气进行吸收，氢氧化钠和氯气反应生成次氯酸钠。在本发明中，所述氯化钠的添加优选在干燥的手套箱中进行，添加完毕后，将气袋密封。
[0033]
在本发明中，所述氢氧化钠吸收液的浓度优选为2～10g/l，更优选为3～4g/l；所述氢氧化钠吸收液的用量优选为10～20ml。本发明将氢氧化钠吸收液的浓度和用量控制在上述范围内，能够保证将气袋内产生的氯气吸收完全。
[0034]
氢氧化钠吸收液将氯气吸收完全后，即得到试样溶液，在本发明的具体实施例中，优选将气袋内的试样溶液转移至碘量瓶中，并使用氢氧化钠溶液对气袋进行冲洗，冲洗产生的冲洗液也一并转移至碘量瓶中；所述氢氧化钠溶液的浓度优选为0.4g/l，所述冲洗的次数优选为3次，每次冲洗用氢氧化钠溶液的体积优选为10ml。
[0035]
在本发明中，所述氯化钠和氟气反应的化学方程式如下：
[0036]
f2 2nacl＝2naf cl2[0037]
在本发明中，所述氢氧化钠吸收液和氯气反应的化学方程式如下：
[0038]
cl2 2naoh＝nacl naclo h2o
[0039]
得到试样溶液后，本发明将试样溶液和过量的碘化钾混合，然后加入盐酸将试样溶液的ph值调节至酸性，使试样溶液中的次氯酸钠和碘化钾反应完全。在本发明中，所述碘化钾的用量优选为5g，所述盐酸的质量分数优选为18～19％，在本发明的具体实施例中，优选使用浓盐酸和水按照1:1的体积比进行配制，得到上述质量分数的盐酸。在本发明中，所述盐酸的加入量优选为2～10ml，更优选为5～6ml。将试样溶液调节至酸性后，本发明优选将溶液进行水封，并置于暗处使次氯酸钠和碘化钾进行反应；所述反应的时间优选为5～10min，更优选为6～8min。
[0040]
在本发明中，所述碘化钾和次氯酸钠反应的化学方程式如下：
[0041]
2ki naclo h2o＝i2 nacl 2koh
[0042]
次氯酸钠和碘化钾反应完全后，本发明采用硫代硫酸钠滴定法测定试样溶液中的碘含量，并根据滴定结果计算氟氮混合气中的氟含量。本发明对所述硫代硫酸钠滴定法的具体操作方式没有特殊要求，采用本领域技术人员熟知的方法即可。在本发明的具体实施例中，所述硫代硫酸钠滴定法使用的硫代硫酸钠标准液的浓度优选为0.1mol/l，指示剂优选为淀粉，加入淀粉后，溶液呈蓝色，滴定至蓝色突变为无色，并记录消耗硫代硫酸钠标准液的体积。
[0043]
在本发明中，所述测定方法还包括进行空白实验，所述空白实验的操作方法和上述方案相同，仅不加入氟氮混合气，对所得空白试样溶液进行硫代硫酸钠滴定，并记录消耗硫代硫酸钠标准液的体积。
[0044]
在本发明中，所述氟氮混合气中氟气的含量优选按照式1进行计算：
[0045][0046]
式1中：ρ(f2)——氟氮混合气中氟气的含量，单位为mol/mol；
[0047]v1
——滴定试样溶液所消耗硫代硫酸钠标准溶液的体积，单位为ml；
[0048]v0
——空白实验中滴定空白试样溶液所消耗硫代硫酸钠标准溶液的体积，单位为ml；
[0049]
c——硫代硫酸钠滴定法中使用的硫代硫酸钠标准液的浓度，单位为mol/l；
[0050]
v——标准状态下氟氮混合气的采气体积，单位为l。
[0051]
下面将结合本发明中的实施例，对本发明中的技术方案进行清楚、完整地描述。
[0052]
实施例1
[0053]
1、测定实验
[0054]
(1)氯化钠的处理：取分析纯的氯化钠100g于105
±
5℃的烘箱中加热4h，烘干除去水分，然后放入干燥器中冷却至室温备用；
[0055]
(2)将1l的气袋(双全氟对角阀门的teldar气袋)使用加热的高纯氮气(50
±
5℃)吹扫，除去气袋内的水蒸汽；
[0056]
(3)在干燥的手套箱内，将(1)中处理好的氯化钠装入处理好的teldar气袋中，加入3g氯化钠。
[0057]
(4)将氟氮混合气安全定量(1l)转移到气袋内，充分震荡5min使其中氟气完全转化成氯气，然后将4.0g/l氢氧化钠溶液10ml吸收氯气，使氯气转化成次氯酸钠溶液，将气袋内的溶液全部转移到碘量瓶内，并使用0.4g/l氢氧化钠溶液冲洗气袋3次，每次用量为10ml，并全部转移到碘量瓶内。
[0058]
(5)向碘量瓶内的试样溶液中加入5g碘化钾，使其充分溶解，然后加入质量分数为18.5％的盐酸5ml将溶液调成酸性，在水封暗处使次氯酸钠与过量碘化钾反应，全部转化成碘，使用0.09975mol/l硫代硫酸钠溶液滴定测定，记录消耗硫代硫酸钠的量(v1)。
[0059]
(6)空白试样测定：除不加入氟氮混合气外，其他测定步骤同步骤(1)～(5)，进行空白滴定，记录消耗硫代硫酸钠的量(v2)。
[0060]
2、实验结果
[0061]
氟氮混合气中的氟含量按式1(见上文)进行计算。
[0062]
3、重复实验
[0063]
采用实施例1中的方法进行6次重复性实验，相对标准偏差为2.0％。表1中为6次重复性实验的实验数据。
[0064]
表1 6次重复性实验的实验数据
[0065][0066]
4、准确性验证
[0067]
采用与“1、测定实验”项下相同的氟氮混合气，采用gb/t26251-2010中的方法测试氟氮混合气中氟气的含量，测试结果为2.1
×
10-2
/mol/mol，可以看出，采用国标中的方法测试的结果和采用本发明方法的测试结果非常接近，说明本发明的方法成本低、准确度高、易操作，可以代替上述标准中的方法使用。
[0068]
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。