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摘 要：本文介绍一种工业氧纯度的分析方法，简单易行，很好的解决了铜铵法的不足，对具有液体吸收剂工业气体的百分纯度分析有借鉴意义。
关键词：铜铵法 分析仪 改进型仪器。
一、问题的提出
铜铵法作为测定工业氧纯度的标准方法，成熟可靠，广泛用于航空航天、医疗、冶金等领域的氧气纯度测定及产品鉴定，但不可否认此测定方法依然存在一定缺点，诸如：吸收液容易在操作过程中飞溅，操作人员难免接触到铜铵溶液，而其中的亚铜盐有一定毒性；取样时样品气控制在零点比较困难，易引起误差；吸收反应较慢，操作繁琐，测定一次约需15-20分钟；玻璃仪器易碎等。笔者根据实践，利用保险粉碱性溶液作为氧气吸收剂，自行设计一套仪器，作为工业氧分析的替代方法，更好的解决了铜铵法的一些不足，误差也得到有效控制。
二、分析方案一
1.吸收剂
吸收氧气的试剂为连二亚硫酸钠，俗名保险粉，白色粉末结晶体，分子式Na2S2O4，称取18克连二亚硫酸钠，6克氢氧化钾移入烧杯中，加蒸馏水至105mL，加温至60-70℃，使保险粉和氢氧化钾完全溶解，置磨口试剂瓶中备用。对于100mL工业氧样品气，可反复测定4到5次。
反应方程式如下：
Na2S2O4+2KOH+O2→Na2SO3+ K2SO4+ H2O
2.仪器及原理
测定仪示意图 铜铵法氧气分析器示意图
吸收器容积100±0.5mL。其中99-100mL处刻度为0.05mL ，允许误差0.01mL。其中吸收瓶球体顶部标有刻度尺，用于测量氧气被吸收完后剩余气体的气泡的直径。
仪器的原理是，取一个大气压下的100mL样品气，在滴液漏斗里加入保险粉吸收液，打开旋塞让吸收液吸收氧气，等吸收完成后，读取减少的体积即为氧气的纯度。气泡体积与球形体积有如下关系：
，其中球形吸收瓶的半径：R=25mm，r为气泡半径，由此可知，气泡体积和气泡半径有唯一对应关系，利用体积和直径的关系制作一个对应表格，就可用于氧气纯度的测定。
3.操作规程
3.1先检查仪器各部分完整无损 ，在旋塞上涂少量活塞脂。
3.2在钢瓶口装上减压阀，减压阀出口连接一根乳胶管，开启总阀后，缓慢打开减压阀，调节流量稳定、适中。
3.3将两旋塞开启，用橡皮管将下面旋塞处的玻璃管与减压阀上的橡皮管连接，用样品气充分置换测定仪及连接管道（置换用气量应大于被置换容器容积的10倍）。
注意事项
（1）分析中要把持住仪器操作旋塞，以免损坏仪器。
（2）取样时，减压阀气流不可突然调大，防止乳胶管吹脱。
（3）加入漏斗中的吸收液应大于100mL，用以封存残余气体。
（4）读数时必须将分析仪保持竖直，视线与液面平齐。
4.误差讨论
根据仪器原理氧气纯度为
其中 ：样品气中氧气的体积； ：取样时样品气的温度。 ：样品气总体积； 样品气的总摩尔数； ：大气压强； ：氧气被吸收后剩余气体的摩尔数； ：进入吸收瓶的吸收液的体积。 ：二氧化碳被吸收后气体的温度。 ：滴液漏斗中的吸收液与吸收瓶液面的高度差引起的压强。
因 = 等于气温，二氧化碳含量的测定值为
绝对误差
根据上式，误差来自于 ，减小 就可减小误差， 等于0时，系统误差为零。故，等吸收完成后，缓慢打开下旋塞，放出吸收液，直至滴液漏斗中的吸收液与吸收瓶液面的在同一水平面，就可消除此系統误差。
二、分析方案二
为直接消除滴液漏斗中的吸收液与吸收瓶液面的高度差引起的压强，设计以下仪器，示意图如下
技术要求：
两旋塞关闭时，吸收瓶容积100mL；
90-99mL：每0.1 mL刻短线；每0.5mL刻中线；每1 mL刻长线，并标字。
99-100mL：每0.05 mL刻短线；每0.1mL刻中线；每0.5 mL刻长线，并标字。其中100 mL无标线及标字；
球形瓶：半径为R=25mm；
球面刻度尺：总长10mm；0、5、10mm处标字；每0.5mm标短线；每1mm标中线；
允差：总容积100±0.5mL；99 mL处为±0.05mL；90 mL处为±0.1mL。
滴液漏斗50mL左右，20mL处刻长线并标字；
允差：吸收瓶为100±0.5 mL，18 mL和22 mL处为±0.02 mL。
1.操作规程
原理：
如前方案一。
试剂和材料
如前方案一。
仪器设备
改进型仪器：吸收瓶容积为100mL。
贮液瓶：带下口的或装有虹吸管的玻璃瓶。
2.测定
2.1将仪器上的玻璃活塞涂上真空活塞脂，确保不漏气。开通旋塞A，把贮液瓶的乳胶管与支管G连接后，将仪器上提，打开旋塞B，在贮液瓶加入氢氧化钾吸收液，使旋塞B在贮液瓶的液面以上再开通旋塞B，让旋塞孔内充满氢氧化钾溶液后立即关闭。旋转旋塞B，使F与C相通。
2.2用减压阀上的乳胶管与F连接，开启样品气阀，用样品气充分置换取样阀及管道后进入仪器，以十倍以上的仪器容积的样气吹洗，依次关闭旋塞B、A，迅速旋转旋塞B数次，使仪器内压力与大气压相平衡，确保取样体积一致性。
2.3放低仪器，在旋塞B低于贮液瓶液面时，旋转旋塞B使贮液瓶与C管相通，倒置仪器，待保险粉溶液不再明显进入关闭旋塞B，振摇仪器，让保险粉溶液充分吸收氧气。
2.4放正仪器，在吸收液液面低于贮液瓶液面时，旋转旋塞B使使贮液瓶与C管相通，让保险粉溶液进入仪器。
三、总结
改进型仪器虽可消除系统误差，但操作稍显繁琐，对于百分浓度的分析，两种仪器都可满足精度要求，操作中根据实际情况，任意选择。改进型仪器也可代替铜铵法氧分析仪的量气管，能提高仪器的精度。
关键词：铜铵法 分析仪 改进型仪器。
一、问题的提出
铜铵法作为测定工业氧纯度的标准方法，成熟可靠，广泛用于航空航天、医疗、冶金等领域的氧气纯度测定及产品鉴定，但不可否认此测定方法依然存在一定缺点，诸如：吸收液容易在操作过程中飞溅，操作人员难免接触到铜铵溶液，而其中的亚铜盐有一定毒性；取样时样品气控制在零点比较困难，易引起误差；吸收反应较慢，操作繁琐，测定一次约需15-20分钟；玻璃仪器易碎等。笔者根据实践，利用保险粉碱性溶液作为氧气吸收剂，自行设计一套仪器，作为工业氧分析的替代方法，更好的解决了铜铵法的一些不足，误差也得到有效控制。
二、分析方案一
1.吸收剂
吸收氧气的试剂为连二亚硫酸钠，俗名保险粉，白色粉末结晶体，分子式Na2S2O4，称取18克连二亚硫酸钠，6克氢氧化钾移入烧杯中，加蒸馏水至105mL，加温至60-70℃，使保险粉和氢氧化钾完全溶解，置磨口试剂瓶中备用。对于100mL工业氧样品气，可反复测定4到5次。
反应方程式如下：
Na2S2O4+2KOH+O2→Na2SO3+ K2SO4+ H2O
2.仪器及原理
测定仪示意图 铜铵法氧气分析器示意图
吸收器容积100±0.5mL。其中99-100mL处刻度为0.05mL ，允许误差0.01mL。其中吸收瓶球体顶部标有刻度尺，用于测量氧气被吸收完后剩余气体的气泡的直径。
仪器的原理是，取一个大气压下的100mL样品气，在滴液漏斗里加入保险粉吸收液，打开旋塞让吸收液吸收氧气，等吸收完成后，读取减少的体积即为氧气的纯度。气泡体积与球形体积有如下关系：
，其中球形吸收瓶的半径：R=25mm，r为气泡半径，由此可知，气泡体积和气泡半径有唯一对应关系，利用体积和直径的关系制作一个对应表格，就可用于氧气纯度的测定。
3.操作规程
3.1先检查仪器各部分完整无损 ，在旋塞上涂少量活塞脂。
3.2在钢瓶口装上减压阀，减压阀出口连接一根乳胶管，开启总阀后，缓慢打开减压阀，调节流量稳定、适中。
3.3将两旋塞开启，用橡皮管将下面旋塞处的玻璃管与减压阀上的橡皮管连接，用样品气充分置换测定仪及连接管道（置换用气量应大于被置换容器容积的10倍）。
注意事项
（1）分析中要把持住仪器操作旋塞，以免损坏仪器。
（2）取样时，减压阀气流不可突然调大，防止乳胶管吹脱。
（3）加入漏斗中的吸收液应大于100mL，用以封存残余气体。
（4）读数时必须将分析仪保持竖直，视线与液面平齐。
4.误差讨论
根据仪器原理氧气纯度为
其中 ：样品气中氧气的体积； ：取样时样品气的温度。 ：样品气总体积； 样品气的总摩尔数； ：大气压强； ：氧气被吸收后剩余气体的摩尔数； ：进入吸收瓶的吸收液的体积。 ：二氧化碳被吸收后气体的温度。 ：滴液漏斗中的吸收液与吸收瓶液面的高度差引起的压强。
因 = 等于气温，二氧化碳含量的测定值为
绝对误差
根据上式，误差来自于 ，减小 就可减小误差， 等于0时，系统误差为零。故，等吸收完成后，缓慢打开下旋塞，放出吸收液，直至滴液漏斗中的吸收液与吸收瓶液面的在同一水平面，就可消除此系統误差。
二、分析方案二
为直接消除滴液漏斗中的吸收液与吸收瓶液面的高度差引起的压强，设计以下仪器，示意图如下
技术要求：
两旋塞关闭时，吸收瓶容积100mL；
90-99mL：每0.1 mL刻短线；每0.5mL刻中线；每1 mL刻长线，并标字。
99-100mL：每0.05 mL刻短线；每0.1mL刻中线；每0.5 mL刻长线，并标字。其中100 mL无标线及标字；
球形瓶：半径为R=25mm；
球面刻度尺：总长10mm；0、5、10mm处标字；每0.5mm标短线；每1mm标中线；
允差：总容积100±0.5mL；99 mL处为±0.05mL；90 mL处为±0.1mL。
滴液漏斗50mL左右，20mL处刻长线并标字；
允差：吸收瓶为100±0.5 mL，18 mL和22 mL处为±0.02 mL。
1.操作规程
原理：
如前方案一。
试剂和材料
如前方案一。
仪器设备
改进型仪器：吸收瓶容积为100mL。
贮液瓶：带下口的或装有虹吸管的玻璃瓶。
2.测定
2.1将仪器上的玻璃活塞涂上真空活塞脂，确保不漏气。开通旋塞A，把贮液瓶的乳胶管与支管G连接后，将仪器上提，打开旋塞B，在贮液瓶加入氢氧化钾吸收液，使旋塞B在贮液瓶的液面以上再开通旋塞B，让旋塞孔内充满氢氧化钾溶液后立即关闭。旋转旋塞B，使F与C相通。
2.2用减压阀上的乳胶管与F连接，开启样品气阀，用样品气充分置换取样阀及管道后进入仪器，以十倍以上的仪器容积的样气吹洗，依次关闭旋塞B、A，迅速旋转旋塞B数次，使仪器内压力与大气压相平衡，确保取样体积一致性。
2.3放低仪器，在旋塞B低于贮液瓶液面时，旋转旋塞B使贮液瓶与C管相通，倒置仪器，待保险粉溶液不再明显进入关闭旋塞B，振摇仪器，让保险粉溶液充分吸收氧气。
2.4放正仪器，在吸收液液面低于贮液瓶液面时，旋转旋塞B使使贮液瓶与C管相通，让保险粉溶液进入仪器。
三、总结
改进型仪器虽可消除系统误差，但操作稍显繁琐，对于百分浓度的分析，两种仪器都可满足精度要求，操作中根据实际情况，任意选择。改进型仪器也可代替铜铵法氧分析仪的量气管，能提高仪器的精度。