气体分析 教案

第一章气体分析概论第一节气体分析的基本概念一、气体分析的定义和目的1.1气体分析的定义所谓气体分析就是确定气体中某些成分是什么和是多少的分析活动，包括对各种空间、不同状态和不同组成条件下气体成分的分析。本书所称气体分析特指对作业场所中与生产安全、劳动卫生和消防安全有关的气体成分的全部分析活动，属于专业性气体分析。1.2气体分析的目的安全和消防工程中的气体分析活动的基本目的是通过监视了解作业场所空气中有害成分的含量，为实现安全生产和预防火灾、扑灭火灾的科学决策与及时采取措施提供科学依据。气体分析的目的因对象的不同而有区别，包括广义气体分析和安全与消防工程特定的气体分析，一般可以归纳为下列几个方面：1)为实现和谐与稳定服务：为保护生态环境、保护人民群众健康、保障劳动者安全与健康，消除或降低安全事故与火灾损失提供技术支撑。2)为安全管理服务：通过对生产场所和生产过程中空气和气体成分的监督与系统调控，进行安全和消防预警，规避风险，降低事故概率。3)为制定目标服务：气体分析可以为制定环境保护、生态文明、安全生产和清洁生产等提出量化、可考核的科学目标和指标。4)为执行法规服务：气体分析是监督检查和调查取证的重要手段，其成果能够直接为确定状态、判断责任、确定原因、推断过程提供依据。5)为发展科学技术服务：通过气体分析，可以发现在环保、安全、消防等方面的差距和问题，能够推动、发展创新。6)为宣传教育服务：气体分析的成果可以用于宣传法规政策、公开信息、普及环境保护、安全生产和消防工作科学知识。7)为相关行政许可服务，现场气体分析成果，为有关管理部门审批安全和消防生产许可提供依据。1.3气体分析中的定性分析与定量分析气体分析的基本任务或基本职能是对目标空气中的一些关心组分进行定性和定量的测定。所谓关心组分是指那些已知威胁安全生产、损害作业者健康、导致火灾、影响消防安全的气体中的组成部分；所谓定性分析，本意是要回答空气中某组分是什么物质的问题，在安全和消防工程的气体分析中，定性分析的任务是确定某组分是否达到限定的浓度，关心是否超限，不很关心低于限定浓度的具体数值，一般称为检出。所谓定量分析，是要准确回答空气中某组分是多少的问题，任务是确定某组分的浓度或含量，一般称为测定。二、气体分析的对象2.1气体分析的对象安全工程和消防工程中的气体分析的对象，是常温常压条件下以气态形式存在的空气，根据采集样品的场所和服务的目标、保护的对象，可以划分为三大部分：环境空气、工作场所空气和室内空气，从的不同服务和保护要求角度看问题，三者有明显的区别.第二节气体分析与安全工程、消防工程一、气体分析是安全与消防的重要监控手段气体分析工作是安全工程、消防工程中主要的监控、探查手段，是实现安全工作、消防工作预防为主方针的技术保障。气体分析手段和气体分析工作对于煤炭安全生产尤为重要，是支撑起煤矿安全生产保护伞的关键支柱之一。若生产作业环境和部分生活环境中存在达到一定浓度的易燃、易爆、有毒、有害、腐蚀性气体，如矿井瓦斯析出和聚集、天然气泄漏、氯气泄漏、液化石油气泄漏等，一旦出现就会成为威胁安全和消防的严重隐患，因此在安全工程、消防工程中气体分析工作的作用巨大。1.1气体分析与煤矿消防发生在矿井中的自燃会成为井下火灾，发生在地面储煤场或露天煤矿矿坑的自燃会损失煤炭资源、污染环境。因此防治和控制煤炭自燃就成为矿井安全和消防工作的重要内容之一。监控煤炭自燃趋势，防止煤矿火灾是矿山安全工程和消防工程的重要任务，煤矿火灾预测预报技术是实现煤矿火灾预防和控制的关键技术。1.2气体分析与煤矿瓦斯瓦斯爆炸是我国煤炭工业系统多年来事故发生率第二位，伤亡人数第一位的事故因素。因此瓦斯监测一直是来煤矿安全工作重要的、第一位的工作。瓦斯气体除威胁煤矿安全生产外，还是造成全球气候变暖的温室气体，其温室效应值是二氧化碳的21倍，因此瓦斯利用已经成为煤矿推行清洁生产，发展循环经济的重要内容。第三节气体分析与标准一、气体分析与标准化安全与消防工程的气体分析与标准化密不可分，气体分析工作为了做到在科学面前和法律面前准确、客观、公平、公正，必须做到规范、统一、标准化。气体分析工作的标准化是多方面的，贯彻于气体分析工作从开始的采样方案到后期的数据处理的全过程，是一整套系统标准化工作，目前在气体分析中具体实行的标准化管理包括评价标准化、方法标准化、数据处理标准化和质量保证标准化等。二、评价标准化2.1标准化评价的意义空气质量（包括空气状态）的优劣，对于生产安全、劳动健康、人体健康、财产安全、生态环境保护作用的好坏，最基本、最直接的做法是采用一定的气体质量标准作为衡量尺度进行评价。相关的空气质量管理、空气质量控制、空气质量改进等工作也都要利用空气质量标准制定管理和控制目标和指标，评价改进措施的成效。2.2气体质量标准制定的原则在制定标准时需要考虑的基本原则是：⑴确保相关领域内的生命财产安全和生态安全，即制定指标要遵循以人为本的根本准则，同时兼顾其他动植物等生命和物质财产的安全；⑵个体或其他保护目标所受的直接和累计影响在科学确定的允许范围之内，即遵循科学规律；⑶能够采取的预防和防护措施产生的利益要大于采取措施的代价，即需要采取措施的正当化；⑷综合考虑技术、经济和社会因素后，一切不利影响能够降低到合理的最低水平，即控制目标的最优化。三、分析方法标准化。气体分析的规范性、依法性决定了它必须遵照统一的分析方法，即分析方法标准化。四、数据处理和质量保证标准化把从原始数据到统计处理为应用数据，从简单的有效数字、平均值计算到较复杂的可疑数据甄别、弃取，都需要以数理统计原理为指导，采用标准化的数据处理程序和方法，以保证做到对大量原始实测数据的去粗取精、去伪存真，保证最终结果的真实、可信、符合科学规律。第二章气体概论第一节关于气体和气体的物理化学基本性质一、气体的一般性质①无限的可膨胀性，气体分子不停运动，没有固定的形状和体积；②明显的可压缩性，气体受外力作用，密度可以在很大范围内变化；③无限的掺混性，各种气体分子可以以任意比例混合。理想气体的概念：当气体的压力很小时，分子本身的体积可以忽略不计，且气体分子之间的距离较大时，分子与分子之间的相互吸引力与气体分子本身的能量相比亦可忽略不计。此时，气体中的分子可看成是几何学中的一个点，只有空间位置而无体积，同时，气体中分子间没有相互作用力，这样的气体称为理想气体。研究理想气体是为了简化问题，低压、高温下的实际气体的性质接近理想气体。2.1.2气体的表征对于气体我们常用一些基本参数来进行表征，这些基本参数包括：温度、压力、湿度、密度、体积、粘度及热容等。2.1.3气体状态方程一、理想气体状态方程nRTpV式中p、V、T、n四个量分别代表压力、体积温度与气体的物质的量，按国家法定单位，它们的单位依次为Pa、m3、K和mol。式中还有一个常数R，是理想气体状态方程中的一个普遍适用的比例常数，称为摩尔气体常数，简称气体常数。J•mol-1•K-1采用国家法定单位时，R的单位应为J•mol-1•K-1。R的数值随p、V、T、n所用单位不同而异。-113-1-1K08206.0KmolJ314.8kmolmatmR　　　　　二、分压定律及分体积定律1、分压定律混合气体中某组分的分压力是指该组分单独存在，并和混合气体有相同体积和相同温度时所具有的压力。通过实验和理论证明：低压混合气体的总压力等于其中各组分的分压力之和。2、分体积定律混合气体中某组分i单独存在，并和混合气体的温度、压力相同时所具有的体积Vi称为混合气体中i组分的分体积。由实验和理论证明：低压混合气体的总体积等于其中各组分的分体积之和。2.1.4气体分子的运动论一、气体分子运动论的基本观点1.宏观物质由大量的分子、原子(即单原子分子)组成。2．分子在不停地运动着，扩散现象、布朗运动等很好地证明了分子在不停地运动着，每个分子的运动具有很大的随意性。3.在气体分子运动过程中，分子之间还发生频繁的碰撞，分子间的相互作用力称为分子力。4.分子的平均动能与热力学温度成正比。二、气体分子速率分布规律（了解）第二节环境空气和作业场所常见有毒有害和危险性气体影响安全的气体的划分按性质：有易燃、易爆的，如甲烷、氢气等；有毒有害的，如氯气、氟化氢，还强烈致癌、致畸的，如二噁英、有机氯化物农药等。按来源划分：存在一般燃烧废气、生产过程的废气、机动车尾气、生活中排放的气体等多种。按影响健康和安全的形式：可分为直接威胁安全的、有潜在后续影响的等类型。2.1环境空气、室内环境空气和作业场所空气干洁大气的成分：干燥清洁的空气、水蒸气和各种杂质。“环境”的定义是：“在特定时刻由物理、化学、生物及社会的各种因素构成的整体状态，这些因素可能对生命机体或人类活动直接地或间接地产生现实的或远期的作用。”2.2有毒有害、易燃易爆和危险性气体的性质与分析特征2.2.1有毒有害气体的性质气体的毒性大小和作用特点，与气体的化学结构、物性、剂量或浓度、环境条件以及个体敏感程度等一系列因素有关。1、化学结构对毒性的影响2、物理性质对毒性的影响（1）溶解性（2）挥发性（3）分散度3、环境条件对毒性的影响（1）浓度和接触时间（2）环境温度、湿度和劳动强度（3）多种毒物的联合作用4、个体因素对毒性的影响二、常见的有毒有害气体的性质重点讲解二氧化硫、氮氧化物、一氧化碳、臭氧、氯气、硫化氢、氨气、甲醛、氰化氢物质的性质。2.2.2易燃易爆气体的性质一、易燃易爆气体的危险性可燃气体具有以下的危险性：1．易燃烧爆炸2．扩散性3．可缩性和膨胀性4．静电性5．腐蚀毒害性6．窒息性7．氧化性二、常见的易燃易爆气体的性质重点接受氢气、甲烷、液化天然气（LNG）、煤气的性质。2.3气体浓度的计算与换算1、质量分率、摩尔分率和体积分率质量分率或摩尔分率或体积分率是指空气中某污染物组分的质量或摩尔数或体积与空气的总质量或总摩尔数或总体积之比值。2、质量浓度和摩尔浓度质量浓度或摩尔浓度是指单位体积（每立方米）空气中所含污染物的质量或摩尔数。3、体积比浓度体积比浓度是指100万体积空气中含污染气体或蒸气的体积数，常用mL/m3和μL/m3表示。显然这种表示方法仅适用于气态或蒸气态物质，它不受空气温度和压力变化的影响。质量浓度和体积比浓度的比较使用质量浓度单位（mg/m3）可以方便计算出污染物的真正量。但质量浓度与检测气体的温度、压力环境条件有关，其数值会随着温度、气压等环境条件的变化而不同；实际测量时需要同时测定气体的温度和大气压力。而使用ppm时，由于是体积比，不会出现这个问题。4、质量浓度和体积比浓度之间的换算10132515.27315.2734.22/3ptppmMmmg第三章气体分析方法理论基础§3-1化学分析法原理及在气体分析中的应用概述：气体分析的方法可分为化学分析法、物理分析法和物理化学分析法。化学分析法是利用气体的化学性质而确定其含量的方法；物理分析法是根据气体的物理性质，如密度、导热率、热值、折射率等进行测定的方法；物理化学分析法是根据气体的物理化学性质，如电导率、吸附性或溶解特性以及光吸收特性等进行测定的方法。1.化学分析法原理吸收法（一）吸收体积法由于气体质轻、流动性大，而体积又易随温度和压力的改变而变化，使气体分析具有三个特点，即气体分析中，常用测量气体体积的方式来代替称量，按体积计算其体积分数；测定要在密闭的仪器系统中进行；测量气体体积的同时，要记录环境的温度和压力，然后把体积校正到标准状态下的体积。如果分析过程中，气体的温度、压力未发生变化时，则不必校正，直接计算其体积分数。（1）基本原理将气体混合物与特定的吸收剂接触，使混合气体中的某种欲测成分被完全吸收，吸收前、后气体的温度和压力不变时，则吸收前、后混合气体的体积之差为欲测气体的体积。（2）气体常用的吸收剂吸收剂有液态和固态的。因液态吸收剂容易配制、使用方便，而被广泛使用。在选用吸收剂时，一般要求吸收剂应具备以下使用条件：只完全地吸收一种欲测气体，而不与其中其它组分发生任何作