氣體分析是利用各種氣體的物理、化學性質不同來測定混合氣體組成的分析方法。在工業生產中為了正常安全生產，對各種工業氣體都要經過分析，了解其組成。氣體分析的特點是氣體本身具有質量較小、流動性大、V隨T或P的變化而變化的特點，從而決定一般測定氣體的V而不是質量m，並同時測定環境的T和P。常用的氣體分析方法有：化學分析法（吸收法、燃燒法等）物理分析法（密度、熱導率、折射率、熱值等）和物理化學分析法（電導法、色譜法、紅外光譜法等）。
基本介紹
- 中文名：氣體分析
- 外文名：gas analysis
- 學科：分析化學
- 分析方法：化學法、物理法和物理化學法
工業氣體的分類,氣體分析的意義和特點,氣體分析的意義,氣體分析的特點,氣體分析的方法分類,氣體化學吸收法,氣體燃燒分析法,爆炸法,緩慢燃燒法,氧化銅燃燒法,其它分析方法,實例-氧化氮氣體的測定,實例-二氧化硫氣體的測定,
工業氣體的分類
工業生產中常使用氣體作為原料或燃料；化工生產的化學反應常常有副產物而產生廢氣，燃料燃燒後也生產廢氣(如煙道氣)；生產廠房空氣中常混有一定量生產氣體。所以工業氣體可分為五大類：化工原料氣、氣體燃料、氣體產品、廢氣和廠房空氣。
1、化工原料氣
- 天然氣：主要是 CH4〉95% (煤或石油組成物的分解產物)。
- 煉油氣：CH4及其它低分子量的C、H化合物。
- 焦爐煤氣：H2、CH4 (煤>800℃煉焦油氣態產物)。
- 水煤氣：CO、H2 (水蒸氣和熾熱的煤作用，得到半水煤氣)。
- 硫鐵礦焙燒爐氣：6~9% SO2用於製造硫酸。
- 石灰焙燒窯氣：CO2 32-40%用於制鹼和製糖工業。
2、氣體燃料
上述天然氣、煉油氣、焦爐煤氣、水煤氣及半水煤氣等，除了作為化工生產原料氣體之外，也可作為氣體燃料。
3、氣體產品
H2、N2、O2、C2H2等。
4、廢氣
燃燒爐的煙道氣的組成為：N2、O2、CO2、CO、水蒸氣及少量其它氣體。 如：硫酸、硝酸廠排入大氣的廢氣中含有少量的SO2和NO2；制鹼廠排出廢氣中含有少量CO2；總之，有機化工的廢氣是各種各樣的。
5、廠房空氣
生產設備漏氣→生產廠房內空氣含生產用氣→危害健康→甚至燃燒爆炸。
氣體分析的意義和特點
氣體分析的意義
在工業生產中為了正常安全生產，對各種工業氣體都要經過分析，了解其組成。對化工原料氣，分析後才能正確配料；中間產品氣體分析可判斷生產是否正常；進行燃料燃燒後生成的煙道氣分析可了解燃燒是否正常；分析廠房空氣，可了解通風、設備漏氣等情況，檢查有無有害氣體，確定是否危及生命及廠房安全。
氣體分析的特點
氣體本身具有質量較小、流動性大、V隨T或P的變化而變化的特點，從而決定一般測定氣體的V而不是質量m，並同時測定環境的T和P。
氣體分析的方法分類
1、化學分析法：
吸收法、燃燒法等。
2、物理分析法：
密度、熱導率、折射率、熱值等。
3、物理化學分析法：
電導法、色譜法、紅外光譜法等。
氣體化學吸收法
化學吸收法是利用氣體的化學特性，使混合氣和特定試劑接觸，則混合氣體中的被測組分與試劑發生化學反應被定量吸收，其它組成則不發生反應(或不干擾)，利用氣體吸收劑吸收前後的性質變化可進行定量測定。
1、化學吸收法分類
根據測定方法不同，氣體化學吸收法又可分為吸收體積法、吸收滴定法、吸收重量法和吸收光度法。
- 吸收體積法
如果吸收前後的溫度及壓力不一致，則吸收前後的體積之差即為被測組分的體積。根據吸收前後體積之差=被測組分體積，可計算出體積分數。
- 吸收滴定法
吸附劑吸附被測組分(混合氣體)，再用標準滴定法。存在的兩種反應是：吸收反應和滴定反應。
- 吸收重量法
綜合套用吸收法和重量分析法，測定氣體物質或可以轉化為氣體物質的元素含量的方法。例如：有機化合物中有C和H，在O2氣流中燃燒，CO2用鹼石棉吸收，H2O用過氯酸鎂吸收，然後根據吸附劑增加的重量計算C、H的含量。
- 吸收光度法
綜合套用吸收法和光度法，測定氣體物質或可以轉化為氣體物質的元素含量的方法。使混合氣體通過吸收劑，待測氣體被吸收後與吸收劑作用生成有色物質，或吸收後再進行顯色反應，其顏色深淺與待測氣體的含量成正比，在光度計上測定溶液的吸光度，可計算出待測氣體的含量。
2、氣體吸收劑
用來吸收氣體的試劑稱作氣體吸收劑。吸收劑種類包括液態和固態，如KOH溶液是CO2的良好吸附劑，固態海綿狀鈀是H2的良好吸附劑。
常見的氣體吸收劑：
①KOH溶液：酸性氣體吸收劑，常用於吸收CO2和NO2，同時能吸收H2S、SO2等。
②焦性沒食子酸(1,2,3-三羥基苯)-鹼(KOH)溶液：常用於吸收O2。
③亞銅鹽溶液：常用於吸收CO，也能吸收O2、C2H2、C2H4和酸性氣體。
④飽和溴水：用於吸收不飽和烴。
⑤硫酸汞或硫酸銀的硫酸溶液：用於吸收不飽和烴。
⑥硫酸-高錳酸鉀溶液：用於吸收NO2。
⑦碘溶液：用於吸收SO2，還能吸收H2S等還原性氣體。
氣體燃燒分析法
利用可燃燒性氣體的性質進行測定的方法，特別適用於無適當吸收劑的化學性質比較穩定的氣體。如CH4無適當的吸收劑，而H2、CO可用燃燒法也可以用吸收法。
燃燒方法共分三類：爆炸法、緩燃法、 氧化銅燃燒法。
爆炸法
可燃氣體與空或氧氣混合，其比例能使可燃氣體完全燃燒且在爆炸極限內的方法。
特點：所需時間最少(即快速)。爆炸極限在工業生成防火防爆工作中極重要的意義 。
爆炸上限：使可燃性氣體能引起爆炸的最高含量(指可燃性氣體與空氣或氧氣的濃度百分比)；爆炸下限：使可燃性氣體能引起爆炸的最低含量。
爆炸極限：爆炸上限和爆炸下限之間的範圍。
緩慢燃燒法
可燃氣體與空氣或氧氣混合，且濃度控制在爆炸極限以下，使之經過熾熱的鉑質螺絲而引起緩慢燃燒。
特點：需時太長。適合於可燃性組分濃度較低的混合氣體或空氣中可燃物的測定。
氧化銅燃燒法
利用氧化銅在高溫下的氧化活性，使可燃性氣體緩慢燃燒。
特點：不要加入燃燒所需氧，所用的氧氣由氧化銅還原得出。
其它分析方法
氣體分析的其它分析方法還包括氣相色譜法、電導法、庫侖法、熱導法、紅外光譜法和雷射雷達技術等。
實例-氧化氮氣體的測定
大氣中氮的氣體物有亞硝酸、硝酸、N2O、NO、NO2、NO3、N2O4、N2O5等，測定前需轉化為NO2。
測定NO2的一般方法是基於NO2-與芳香族胺反應生成偶氮染料，用比色法定量：
空氣中的NO2與吸收液中的對氨基苯磺酸進行重氮化反應，再與N-(1-萘基)乙二胺鹽酸鹽作用，生成粉紅色的氮染料，在波長540~545nm處測定吸光度。
樣品用攜帶型空氣採樣器或恆溫自動連續採樣器採集，採樣後應儘快測定，否則應置於低溫暗處存放。
實例-二氧化硫氣體的測定
二氧化硫氣體在大氣中最常見，危害最大。
測定SO2最常用的方法是鹽酸副玫瑰苯胺比色法，吸收液是四氯化汞鈉，由於汞有毒，近年來用甲醛代替汞鹽作吸收液：
SO2被甲醛緩衝液(甲醛-CDTA-KHP)吸收後生成穩定的羥甲基磺酸加成物，鹼化後加成物分解，釋放出SO2與副玫瑰苯胺、甲醛反應，生成紫紅色化合物，λmax=577nm。
氮氧化物及某些重金屬干擾，加入氨基苯磺酸鈉可消除氮氧化物，CDTA可消除重金屬的干擾。
