凯氏定氮仪在硝化棉氮含量测定中的应用

1 前言

硝化棉为白色或微黄色棉絮状，能溶于丙酮，学名纤维素硝酸酯，旧称硝化纤维、硝化棉。NC是一种聚合物，其分子量很大。习惯上用含氮量百分数代表酯化程度。硝化棉具有高度可燃性和爆炸性，其危险程度根据硝化程度而定，含氮量在12.5%以上的硝化棉危险性极大，遇火即燃烧。在温度超过40℃时能加速其分解而自燃。含氮量不足12.5%的硝化棉虽然比较稳定，但受热或储存日久，逐渐分解而放出酸，降低着火点，亦有自燃自爆的可能。硝化棉主要用于生产各色赛璐珞，电影胶片，制造各种硝基漆，木器用涂料，金属用涂料，打字蜡纸，漆布，速印油墨，指甲油，瓶口封套，粘合剂等。

凯氏定氮法是测定化合物或混合物中氮含量的一种方法。全自动凯氏定氮仪是根据凯氏定氮法进行氮含量测定，可以自动完成试剂定量添加、蒸馏、吸收、滴定并输出测试结果。

2 实验部分

2.1原理

硝化棉在过氧化氢存在下，用氢氧化钠皂化，生成硝酸盐，以定氮合金将其还原成氨，用硼酸吸收后，再以盐酸标准滴定液进行滴定。

2.2 仪器与试剂、器具

2.2.1 K1100F全自动凯氏定氮仪(济南海能仪器股份有限公司)。

2.2.2 SH420F石墨消解仪(济南海能仪器股份有限公司)。

2.2.3 盐酸 分析纯，c(HCL)=0.2mol/L，标准滴定液。

2.2.4 硼酸 分析纯，质量分数4%。

2.2.5 氢氧化钠 分析纯，质量分数20%。

2.2.6 30%过氧化氢 分析纯。

2.2.7 溴甲酚绿-甲基红混合指示剂 将溴甲酚绿乙醇溶液(1g/L)与甲基红乙醇溶液(1g/L)按5+1体积比临时混合摇匀备用。

2.2.8 定氮合金 狄瓦尔德合金(Zn、Al、Cu)。

2.2.9 无水乙醇 分析纯。

2.2.10 50ml量筒

2.2.11 称量瓶

2.3 实验部分

2.3.1 用已恒重过的称量瓶，称取干燥过的硝化棉样品0.5g左右，精确至0.0001g。

2.3.2 在消化管中加入5ml乙醇，将称量好的样品转移到消化管内，用50ml纯水清洗称量瓶并冲洗消化管。再依次加入1.5ml过氧化氢，50ml氢氧化钠溶液。摇匀后静置5-10min。

2.3.3 使用SH420F进行加热皂化，皂化过程中需要不断摇晃消化管。升温程序如下：

当溶液澄清透明后，皂化完成。继续加热，驱赶溶液里的过氧化氢，当均匀的小气泡消失，出现无规则的大气泡，停止加热。

2.3.4 待消化管内溶液冷却至室温后，加入4g定氮合金，迅速将消化管放置于定氮仪上。定氮仪设置程序如下：

硼酸：35ml

蒸汽流量：80%

蒸馏时间：10min

2.3.5 消化管放置好后，开始蒸馏，蒸馏开始30s后，暂停蒸馏，静置10min后继续开始蒸馏10min。

2.3.6 仪器自动滴定并给出计算结果。

3 结果与讨论

硝化棉样品皂化过程中除生成硝酸钠、亚硝酸钠以外还生成就有还原性质的有机物。皂化过程会伴有明显的氧化还原反应，产生部分氮的氧化物、游离氮以及氨，故如不经常摇动，会出现明显黄色物质。因此实验需要加入过氧化氢，以氧化这些具有还原性的物质，以避免试样损失。

但在定氮合金还原硝酸盐时，双氧水的存在会消耗大量合金，使硝酸盐不能很好的定量的还原成氨而被蒸出。因此皂化完成后需要继续加热，破坏溶液里的过氧化氢。

定氮合金与碱的反应会放出大量热量，所以反应之处稍通蒸汽来加快反应进程。但当反应开始后，必须停止蒸汽，避免反应过于剧烈而造成接收杯温度过高，指示剂变性。

全自动凯氏定氮仪原理和手工凯氏烧瓶法相同，但很好的解决了系统密闭性问题，具有较高的自动化水平，可以代替手工方法来测试硝化棉氮含量。