一种硝化棉含氮量的测定方法

本发明属于火炸药领域，涉及一种硝化棉含氮量的测定方法。

背景技术：

1、硝化棉(nc)是纤维素与硝硫混酸通过酯化反应得到的产物，产生的硝酸酯基是nc大分子链中的特征基团。一般用一定质量的nc中n元素所占质量百分比即含氮量来表示nc的平均硝化程度，理论上nc的含氮量最高接近14.14％，然而在实际生产中nc的含氮量最大为13.8％。含氮量作为nc的八大度之一，影响了nc的黏度、溶解度及能量性能等，对nc的应用具有重要意义。nc在现代工艺上是用途最广的纤维素酯类之一，含氮量小于12％的低氮量nc广泛用作工业产品，包括照相胶片、油墨、皮革和各种硝基涂料等，含氮量大于12％的高氮量nc，是发射药和推进剂的主要能量成分，为武器提供推进能量。

2、目前已有各种方法应用于nc含氮量的测量，包括五管氮量计法、干涉仪法、狄瓦尔德合金还原法、元素分析法、振动光谱法、色谱法、偏光显微镜法、毛细管电泳法等。其中五管氮量计法是将nc中的氮转化为氧化氮，通过测定其体积，得到nc的含氮量，该方法被作为基准方法，但由于需要使用大量金属汞已经不常用了。气体干涉仪法根据nc含氮量与nc所生成气体的相对折射率差之间的线性关系，将nc在密闭容器中爆燃生成的气体引入干涉仪中，测出其相对折射率差即可换算出nc的含氮量，虽然精度高，但基准曲线的绘制需要五管氮量计的参与，且目前国内外已不生产干涉仪。狄瓦尔德合金还原法是经典的容量分析法，在h2o2的存在下，用碱液皂化nc，生成的硝酸盐用合金还原为氨，用酸吸收，然后用标准溶液滴定，进而得到nc的含氮量，方法准确度高，但测定时间长，操作过程复杂，对实验人员的要求高。元素分析法是将nc在催化剂的作用下，经高温氧化燃烧生成氮气、氮氧化物、碳氧化物和水，在载气的作用下，经过一系列分离吸附，测定n元素含量，该法所需样品量少，操作相对简单，但在实际应用中对nc含氮量的测量误差较大。振动光谱法是指物质因受光的作用，引起分子或原子基团的振动，产生对光的吸收，包括拉曼光谱和红外光谱，该法对nc含氮量的定性分析应用较多，定量分析则需进行大量实验数值模拟。色谱法一般是先将nc进行碱性水解或热分解，再通过液相色谱、离子色谱或气相色谱测出反应产物中含氮化合物的含量，进而计算得到nc含氮量，该法测量准确度高，但样品处理过程复杂，仪器维护成本高。偏光显微镜法利用了nc的双折射现象，当线偏振光进入nc的纤维试样时会因为双折射而产生光程差，光程差与nc的含氮量之间呈线性关系，根据该线性关系可测得未知样品的含氮量，该法检测装置简单、环境友好、结果准确，但是其只能测纤维状nc的含氮量，而对于已经加工成型的nc样品意义不大。elodie alinat发现在一定条件下，将nc用氢氧化钠水解后，水解液中no2-与no3-的摩尔比与nc氮含量之间存在线性关系，在研究过程中，溶液中的no2-与no3-浓度都是通过毛细管电泳仪测得(alinat e,delaunay n,archer x,et al.anew method for the determination of the nitrogen content of nitrocellulosebased on the molar ratio of nitrite-to-nitrate ions released after alkalinehydrolysis[j].j hazard mater,2015,286:92-99.)，该法准确度高，安全性好，但是依然存在样品分析时间相对较长、可携带性差、样品预处理自动化困难等一些问题。

3、综上所述，如何建立适合实验室使用的nc含氮量测试方法，使得操作简便易行，实验过程安全可靠，测得数据准确度高，且设备价格便宜易得仍是该领域内存在的难题之一。

技术实现思路

1、针对现有的nc含氮量测试方法中存在的不足或缺陷，本发明提供一种简便易行、准确度高、重复性好的硝化棉含氮量的测定方法。该方法基于nc含氮量与碱解液中no2-与no3-的摩尔比之间的线性关系，通过紫外分光光度计测定nc含氮量。

2、本发明的技术方案如下：

3、一种硝化棉含氮量的测定方法，包括以下步骤：

4、(1)将待测硝化棉样品加入到氢氧化钠溶液中，在60～80℃下水解完全，将水解液用0.22μm尼龙滤膜过滤，加纯水稀释，然后在稀释的水解液中加入氨基磺酸溶液，反应得到混合溶液；

5、(2)以纯水为参比，测定混合溶液在219nm和275nm波长处的吸光度，并根据公式ano3-＝a219-2a275计算得到no3-的吸光度，再根据no3-标准曲线的线性回归方程y＝49.257x+0.0484，其中y为no3-的吸光度值，x为no3-浓度，计算得到no3-浓度；

6、(3)以混合溶液在219nm波长处的吸光度为参比，在稀释的水解液中加入与步骤(1)中氨基磺酸溶液等体积量的纯水，测定其在219nm波长处的吸光度，得到no2-的吸光度值，根据no2-标准曲线的线性回归方程y＝75.286x+0.0397，其中y为no2-的吸光度值，x为no2-浓度，计算得到no2-浓度；

7、(4)根据公式n(no2-/no3-)＝n(no2-)/n(no3-)，计算得到no2-与no3-摩尔比，最后根据nc标品的含氮量和no2-与no3-摩尔比(n(no2-/no3-))标准曲线的线性回归方程y＝1.242x-13.15，其中y为no2-与no3-摩尔比，x为含氮量，计算得到待测nc样品的含氮量。

8、进一步地，步骤(1)中，氢氧化钠溶液的浓度为1m，待测nc样品与氢氧化钠溶液的质量体积比为5g：1l。

9、进一步地，步骤(1)中，稀释倍数为200倍。

10、进一步地，步骤(1)中，水解时间为2h。

11、进一步地，步骤(1)中，氨基磺酸溶液的浓度为20g/l，稀释的水解液和氨基磺酸溶液的体积比为20:1，反应时间为30min。

12、与现有技术相比，本发明具有以下优点：

13、本发明的测定方法基于nc含氮量与碱解液中no2-与no3-的摩尔比之间的线性关系，通过紫外分光光度计测定nc含氮量。该测定方法操作简便易行、实验过程安全可靠、测得数据重复性好、设备价格便宜易得，相较于毛细管电泳法，其线性关系准确度更高。

技术特征：

1.一种硝化棉含氮量的测定方法，其特征在于，包括以下步骤：

2. 根据权利要求1所述的测定方法，其特征在于，步骤（1）中，氢氧化钠溶液的浓度为1m，待测硝化棉样品与氢氧化钠溶液的质量体积比为5 g：1l。

3.根据权利要求1所述的测定方法，其特征在于，步骤（1）中，稀释倍数为200倍。

4.根据权利要求1所述的测定方法，其特征在于，步骤（1）中，水解时间为2h。

5.根据权利要求1所述的测定方法，其特征在于，步骤（1）中，氨基磺酸溶液的浓度为20g/l，稀释的水解液和氨基磺酸溶液的体积比为20:1，反应时间为30min。

技术总结
本发明公开了一种硝化棉含氮量的测定方法。本发明采用紫外分光光度计测定硝化棉的含氮量，其步骤包括：对硝化棉进行碱性水解，将水解液过滤稀释得到待测溶液；通过紫外分光光度计测定溶液中的NO2‑和NO3‑浓度；根据标品硝化棉的含氮量和NO2‑与NO3‑摩尔比的线性关系，绘制标准曲线并得到线性回归方程；将待测硝化棉样品的NO2‑与NO3‑摩尔比代入线性回归方程，计算得到含氮量。本发明方法实现了普通硝化棉样品的含氮量测定，具有操作简单，安全性高，结果准确等优点。

技术研发人员：丁亚军,薛会会,黄娟,张阿磊,周杰,李世影,肖忠良
受保护的技术使用者：南京理工大学
技术研发日：
技术公布日：2024/3/5