氮元素测量方法及其应用和样品燃烧反应装置与流程

本发明涉及化工
技术领域：
，尤其是涉及一种氮元素测量方法及其应用和样品燃烧反应装置。
背景技术：
：随着经济的发展，社会的进步，氮元素测量越来越向快速化方向发展，特别是燃烧法越来越被广泛采用。通常的燃烧法测试氮元素通常采用在900～1100℃高温条件下，对待测样品通入纯氧，使用氧化剂，在催化剂作用下，将被测样品燃烧后产生的氮氧化物全部彻底的氧化。然后用还原剂将氮氧化物还原为氮气，最后通过热导检测器检测氮气含量，通过计算机系统计算出待测样品中的氮元素含量。然而，目前的还原剂寿命过低，用户使用过程中需要经常更换还原剂，增加了用户的维护成本和时间成本。有鉴于此，特提出本发明。技术实现要素：本发明的目的在于提供一种氮元素测量方法，该方法操作简单、方便，易于实现，再生剂的引入可以显著延长cu和cuo的混合物的寿命，减少用户的维护成本和时间成本。本发明提供的氮元素测量方法，包括：氧化待测样品，得到氧化气体；使所述氧化气体依次经过再生剂、与cu和cuo的混合物，得到含有氮气的还原气体；检测所述还原气体中的氮气；其中，所述再生剂包括主要元素为c的化合物。进一步地，所述再生剂包括活性炭和/或针状焦。进一步地，所述氧化待测样品包括：在含氧条件下对所述待测样品进行第一燃烧；优选地，所述第一燃烧包括：使所述待测样品与第一氧化剂进行所述第一燃烧；优选地，所述第一氧化剂包括cuo；优选地，所述第一燃烧的温度为600～1100℃；优选地，所述第一燃烧时采用二氧化碳作为载气。进一步地，所述氧化待测样品还包括：在含氧条件下对所述第一燃烧后得到的产物进行第二燃烧；优选地，所述第二燃烧包括：使所述第一燃烧后得到的产物与第二氧化剂进行所述第二燃烧；优选地，所述第二氧化剂包括cuo；优选地，在催化剂的催化作用下进行所述第二燃烧；优选地，所述催化剂包括铂；优选地，所述第二燃烧的温度为600～1100℃；优选地，所述第二燃烧时采用二氧化碳作为载气。进一步地，在同一装置中氧化待测样品以及使所述氧化气体经过再生剂；优选地，经过再生剂后的氧化气体在经过cu和cuo的混合物时的温度为600～1100℃，优选为850℃。一种利用前面所述的氮元素测量方法测量氮元素的样品燃烧反应装置，包括：氧化装置，所述氧化装置包括氧气进口和氧化气体出口，待测样品放置于所述氧化装置中；再生装置，所述再生装置包括氧化气体进口和再生气体出口，所述氧化气体出口与所述氧化气体进口相连通，再生剂放置于所述再生装置中；还原装置，所述还原装置包括再生气体进口以及还原气体出口，所述再生气体进口与所述再生气体出口相连通，cu和cuo的混合物放置于所述还原装置中；检测器，所述检测器与所述还原气体出口相连通。进一步地，所述氧化装置包括第一燃烧管，所述第一燃烧管包括氧气进口和氧化气体出口；优选地，所述第一燃烧管中设置有第一氧化剂；优选地，所述再生装置位于所述第一燃烧管内，且在沿第一燃烧管的气流方向上，所述再生装置靠近所述第一燃烧管的末端设置。进一步地，所述氧化装置包括：第一燃烧管，所述第一燃烧管包括氧气进口和第一氧化气体出口；第二燃烧管，所述第二燃烧管包括第一氧化气体进口和氧化气体出口，所述第一氧化气体进口与所述第一氧化气体出口相连通；优选地，所述第一燃烧管中设置有第一氧化剂；优选地，所述第二燃烧管中设置有第二氧化剂和催化剂；优选地，所述再生装置位于所述第二燃烧管内，且在沿第二燃烧管的气流方向上，所述再生装置靠近述第二燃烧管的末端设置；优选地，所述样品燃烧反应装置还包括检测器，所述检测器与所述还原气体出口相连通；优选地，所述还原装置包括还原管。一种利用前面所述的氮元素测量方法在食品、药品、粮油、地矿系统中样品的氮元素测量中的应用。与现有技术相比，本发明至少可以取得以下有益效果：氧化气体经过含有c的再生剂时，氧化气体会被主要元素为c的化合物的再生剂还原为含有co的混合气，当将含有co的混合气与cu和cuo的混合物反应时，未被c还原的氧化气体将cu氧化为cuo，而氧化气体中的氮氧化物被还原为n2，而co可以将cuo还原为cu，继而又被氧化为cuo，由于cu和cuo不断地被氧化气体氧化且被co还原，从而使得cu和cuo的消耗量大大减少，进而显著延长cu和cuo的使用寿命。附图说明为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。图1为本发明一个实施方式中测量氮元素的样品燃烧反应装置的结构示意图；图2为本发明另一个实施方式中测量氮元素的样品燃烧反应装置的结构示意图；图3为本发明另一个实施方式中测量氮元素的样品燃烧反应装置的结构示意图；图4为本发明另一个实施方式中测量氮元素的样品燃烧反应装置的结构示意图。具体实施方式为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。在本发明的一个方面，本发明提供了一种氮元素测量方法，该氮元素测量方法包括：氧化待测样品，得到氧化气体；使所述氧化气体依次经过再生剂、与cu和cuo的混合物，得到含有氮气的还原气体；检测所述还原气体中的氮气；其中，所述再生剂包括主要元素为c的化合物。氧化气体经过含有c的再生剂时，氧化气体会被主要元素为c的化合物的再生剂还原为含有co的混合气，当将含有co的混合气与cu和cuo的混合物反应时，未被c还原的氧化气体将cu氧化为cuo，而氧化气体中的氮氧化物被还原为n2，而co可以将cuo还原为cu，继而又被氧化为cuo，由于cu和cuo不断地被氧化气体氧化且被co还原，从而使得cu和cuo的消耗量大大减少，进而显著延长cu和cuo的使用寿命。需要说明的是，本文中的描述“氧化气体”指的是待测样品被氧化后得到的混合气，“还原气体”指的是经过再生剂后的氧化气体被cu和cuo的混合物还原后得到的混合气；氧化气体中包括氮氧化物，是将待测样品中的氮元素氧化生成的氮氧化物。在本发明的一些实施方式中，所述再生剂包括活性炭和/或针状焦。由此，材料来源广泛，价格较低。在本发明的一些实施方式中，所述氧化待测样品包括：在含氧条件下对所述待测样品进行第一燃烧，所述第一燃烧包括：使所述待测样品与第一氧化剂进行所述第一燃烧。由此，利于充分将待测样品燃烧后产生的氮氧化物全部彻底的氧化。在本发明的一些实施方式中，所述第一氧化剂包括cuo；所述第一燃烧的温度为600～1100℃。由此，更利于充分将待测样品燃烧后产生的氮氧化物全部彻底的氧化。在本发明的一些实施方式中，所述第一燃烧时采用二氧化碳作为载气。由此，利于顺利输送氧气。可以理解的是，在进行第一燃烧时，含氧条件是通过氧气的输送营造的，为了使得氧气可以顺利地输送，可以选用二氧化碳作为载气以带动氧气流动。在本发明的一些实施方式中，所述氧化待测样品还包括：在含氧条件下对所述第一燃烧后得到的产物进行第二燃烧。由此，更利于将待测样品燃烧后产生的氮氧化物全部彻底的氧化。在本发明的一些实施方式中，所述第二燃烧包括：使所述第一燃烧后得到的产物与第二氧化剂进行所述第二燃烧；优选地，所述第二氧化剂包括cuo。由此，氧化效果优异。在本发明的一些实施方式中，在催化剂的催化作用下进行所述第二燃烧；优选地，所述催化剂包括铂(例如可以为粒状或球状)。由此，氧化效果更佳。在本发明的一些实施方式中，所述第二燃烧的温度为600～1100℃。由此，待测样品燃烧后产生的氮氧化物几乎被全部氧化。在本发明的一些实施方式中，所述第二燃烧时采用二氧化碳作为载气。由此，利于顺利输送氧气。可以理解的是，在第一燃烧时氧气可能存在过量的情况，第一燃烧后得到的混合气体中即含有氧气，使所述第一燃烧后得到的产物与第二氧化剂进行所述第二燃烧时可以不用再额外添加氧气；若实际操作时氧气量不足，在进行第二燃烧时可以额外添加氧气。可以理解的是，第二燃烧后得到的氧化气体中可能存在氧气过量的情况，此时，再生剂与一部分过量的o2反应产生co2和co，具体反应方程式如下：o2+再生剂→o2+co2+co氧化气体中的氮氧化物也可能会与再生剂发生反应，得到含有co2、co和n2的混合物，具体反应方程式如下：nox+再生剂→co2+co+n2可以理解的是，利用cu和cuo的混合物还原氧化气体，氧化气体与再生剂反应得到的co将cuo还原为cu，而后cu再将完全氧化的氮氧化物还原为氮气，具体方程式如下：cuo+co→cu+co2，nox+cu→cuo+n2，cu和cuo之间不断地变换，延长cu和cuo的使用寿命；同时，氧化气体中的完全氧化的氮氧化物被cu还原为氮气，cu被氧化为cuo之后被co还原为cu，cu和cuo之间不断地变换，延长cu和cuo的使用寿命；当氧化气体与再生剂反应得到的产物中含有过量的氧气时，氧气会将铜氧化然后被co还原，具体方程式如下：o2+cu→cuo，cuo+co→cu+co2，从而使得cu和cuo的混合物的使用寿命较长。在本发明的一些实施方式中，在同一装置中氧化待测样品以及使所述氧化气体经过再生剂。由此，利于节约能源，且可以将氧化气体及时经过再生剂。在本发明的一些实施方式中，经过再生剂后的氧化气体在经过cu和cuo的混合物时的温度为600～1100℃，优选为850℃。由此，还原效果较佳，可以将氮氧化物中的氮元素全部还原为氮气，使得检测结果较为准确。在现有技术中，采用铜或者钨还原氧化气体，待测样品经过第一燃烧和第二燃烧后得到的氧化气体直接与还原剂接触进行还原反应，从而将铜或者钨氧化为氧化铜或者氧化钨，在使用过程中需要经常更换还原剂，增加了维护成本和时间成本。而本发明中，在将氧化气体与cu和cuo的混合物接触之前先将氧化气体经过主要元素为c的化合物的再生剂，氧化气体与再生剂反应之后可以获得co(例如氧化气体中的氧气与再生剂反应得到co，或者氧化气体中的氮氧化物与再生剂反应得到co)，co可以将被氧化后的cu重新还原，cu和cuo的消耗量大大减少，无需频繁更换还原剂，从而延长cu和cuo的使用寿命。在本发明的另一方面，本发明提供了一种利用前面所述的氮元素测量方法测量氮元素的样品燃烧反应装置，参照图1，该样品燃烧反应装置包括：氧化装置100，所述氧化装置100包括氧气进口110和氧化气体出口120，待测样品放置于所述氧化装置100中；再生装置200，所述再生装置200包括氧化气体进口210和再生气体出口220，所述氧化气体出口120与所述氧化气体进口210相连通，再生剂放置于所述再生装置200中；还原装置300，所述还原装置300包括再生气体进口310以及还原气体出口320，所述再生气体进口310与所述再生气体出口220相连通，cu和cuo的混合物放置于所述还原装置300中。需要说明的是，从还原气体出口排出的气体用于氮元素的检测。氧气进入氧化装置后，将待测样品氧化，得到氧化气体，氧化气体经过再生装置与再生剂反应，氧化气体会将c氧化为含有co的混合气，当将含有co的混合气与经过还原装置与cu和cuo的混合物发生反应时，未被c还原的氧化气体将cu氧化，而co可以将氧化后的cu还原，从而使得cu和cuo的消耗量大大减少，进而显著延长cu和cuo的使用寿命。需要说明的是，本文中的描述“相连通”可以做广义的理解，既可以是直接相连也可以是间接相连，以再生气体进口与再生气体出口相连通为例进行说明，再生气体进口与再生气体出口相连通的方式可以为将再生气体进口与再生气体出口贴合在一起相连通，也可以为通过管道将再生气体进口与再生气体出口相连通。在本发明的一些实施方式中，参照图1，所述氧化装置100包括第一燃烧管101，所述第一燃烧管101包括氧气进口110和氧化气体出口120，优选地，所述第一燃烧管中设置有第一氧化剂。由此，结构简单，易于实现。在本发明的一些实施方式中，参照图2，所述再生装置200位于所述第一燃烧管101内，且在沿气流方向上c，所述再生装置200靠近所述第一燃烧管101的末端b设置。需要说明的是，参照图2，在沿气流方向上，所述再生装置包括首端a和末端b，该两端相对设置。可以理解的是，参照图2，当将再生装置200设靠近第一燃烧管101的末端b设置时，代表在同一个燃烧管中完成待测样品的氧化和氧化气体与再生剂的反应，具体的设置方式可以为在第一燃烧管101的末端放置再生剂，无需将其与第一氧化剂分隔开，此时可以无需特意设置氧化气体进口，待测样品经过氧化后获得的氧化气体沿着气流方向c流经再生剂与再生剂发生反应，且再生装置200的再生气体出口与第一燃烧管101的氧化气体出口120重合，氧化气体与再生剂反应后得到的产物从氧化气体出口120流出，此时氧化气体出口120与还原装置的再生气体进口310相连通。在本发明的一些实施方式中，参照图3，所述氧化装置100包括：第一燃烧管101，所述第一燃烧管101包括氧气进口110和第一氧化气体出口130；第二燃烧管102，所述第二燃烧管102包括第一氧化气体进口140和氧化气体出口120，所述第一氧化气体进口140与所述第一氧化气体出口130相连通。由此，利用两个燃烧管利于使得氮氧化物燃烧后产生的氮氧化物全部彻底的氧化。在本发明的一些实施方式中，所述第一燃烧管中设置有第一氧化剂；所述第二燃烧管中设置有第二氧化剂和催化剂。需要说明的是，上述第一氧化剂、第二氧化剂和催化剂与前面的描述一致，在此不再过多赘述。在本发明的一些实施方式中，参照图4，所述再生装置200位于所述第二燃烧管102内，且在沿第二燃烧管102的气流方向d上，所述再生装置200靠近所述第二燃烧管102的末端f设置。需要说明的是，参照图4，在沿第二燃烧管102沿气流方向d上，所述再生装置包括首端e和末端f，该两端相对设置。需要说明的是，第一燃烧管与第二燃烧管的条件与发生的反应与前面所述的第一燃烧和第二燃烧相对应，在此不再过多赘述。可以理解的是，参照图4，当将再生装置200靠近第二燃烧管102的末端f设置时，代表在同一个燃烧管中存在待测样品的氧化和氧化气体与再生剂的反应，具体的设置方式可以为在第二燃烧管102的末端f放置再生剂，无需将其与第二氧化剂和催化剂分隔开，此时可以无需特意设置氧化气体进口，待测样品经过氧化后获得的氧化气体沿着气流方向d流经再生剂与再生剂发生反应，且再生装置200的再生气体出口与第二燃烧管102的氧化气体出口120重合，氧化气体与再生剂反应后得到的产物从氧化气体出口120流出，此时氧化气体出口120与还原装置的再生气体进口310相连通。在本发明的一些实施方式中，参照图4，所述还原装置300包括还原管301。可以理解的是，可以将待测样品置于坩埚中，然后将坩埚置于氧化装置内。在本发明的一些实施方式中，参照图1-图4，检测器400，所述样品燃烧反应装置还包括所述检测器400与所述还原气体出口320相连通。需要说明的是，上述检测器为常规的检测器，例如可以包括但不限于热导检测器检和计算机，热导检测器用于检测氮气含量，计算机系统计算出待测样品中的氮元素含量。在本发明的一些具体实施方式中，参照图4，利用氮元素测量方法测量氮元素的装置测量氮元素的具体流程如下：将待测样品置于坩埚1中，然后将坩埚1置于氧化装置100内；氧气和载气二氧化碳通过氧气进口110进入第一燃烧管101，在第一燃烧管101内待测样品通过氧气和第一氧化剂的氧化，得到含有氮氧化物的混合气(包括co2、no2、n2以及o2等)从第一氧化气体出口130排出；含有氮氧化物的混合气经过第一氧化气体进口140进入第二燃烧管102，在第二燃烧管102的末端b设置有再生剂，含有氮氧化物的混合气依次经过第二燃烧管102的第二氧化剂和催化剂(第二氧化剂和催化剂均匀混合，其中再生剂与第二氧化剂和催化剂的混合物分层设置，且再生剂与第二氧化剂和催化剂的混合物之间直接接触)、以及再生剂，得到含有co的混合气(包括co2、co、no2、n2以及o2等)从氧化气体出口120排出；含有co的混合气经过再生气体进口310进入还原装置300，与还原装置300中的cu和cuo的混合物发生还原反应后得到含有n2的混合气，该含有n2的混合气从还原气体出口320排出，继而被通入检测器400中进行检测氮气含量。在本发明的另一方面，本发明提供了一种利用前面所述的氮元素测量方法在食品、药品、粮油、地矿系统中样品的氮元素测量中的应用。下面结合具体实施例，对本发明的一些实施方式作详细说明。在不冲突的情况下，下述的实施例及实施例中的特征可以相互组合。实施例实施例1测量氮元素的具体流程如下：参照图4，将精细研磨后的大米粉末用锡箔纸包裹成小球置于坩埚1中，然后将坩埚1置于氧化装置100内；氧气和载气二氧化碳通过氧气进口110进入第一燃烧管101(温度为900℃)，在第一燃烧管101内待测样品通过氧气和cuo的氧化，得到含有氮氧化物的混合气(包括co2、no2、n2以及o2等)从第一氧化气体出口130排出；含有氮氧化物的混合气经过第一氧化气体进口140进入第二燃烧管102，在第二燃烧管102的末端b设置有活性炭，含有氮氧化物的混合气依次经过第二燃烧管102的cuo和铂催化剂的混合物、以及再生剂，得到含有co的混合气(包括co2、co、no2、n2以及o2等)从氧化气体出口120排出；含有co的混合气经过再生气体进口310进入还原管300(温度为850℃)，与还原管300中的cuo和cu的混合物发生反应后得到含有n2的混合气，该含有n2的混合气从还原气体出口320排出，继而被通入检测器(图中未示出)中进行检测氮气含量；其中，第二燃烧管内的温度为600℃。实施例2测量氮元素的具体流程同实施例1，不同之处在于第二燃烧管内的温度为1100℃。实施例3测量氮元素的具体流程同实施例1，不同之处在于第二燃烧管内的温度为850℃。实施例4测量氮元素的具体流程同实施例1，不同之处在于第二燃烧管内的温度为400℃。实施例5测量氮元素的具体流程同实施例1，不同之处在于第二燃烧管内的温度为1300℃。对比例1测量氮元素的具体流程同实施例1，不同之处在于不使用再生剂。利用实施例1-5以及对比例1中测量氮元素的方法测量氮元素时，cu和cuo的使用寿命(使用寿命的测试方法如下：分别将待测样品(例如精细研磨后的大米粉末)用锡箔纸包裹成小球置于各个实施例和对比例对应的坩埚中，然后通氧燃烧，气体分别依次经过各个实施例和对比例对应的氧化装置和还原装置，最后进入检测器得出测试结果，此过程为一次测量，时间约为3-5分钟；按照上述过程连续测试，当cu和cuo的粉末全部还原为cu时，说明已经到达使用寿命，当前次数即为该条件下的使用寿命)见下表1：表1使用寿命/次实施例1400实施例2400实施例31000实施例4300实施例5200对比例1200最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。当前第1页12