判断煤中碳氢测定是否成功,不能仅看最终计算出的数值,而需要综合评估整个实验过程的规范性、数据的合理性以及质量控制结果。可以从以下几个方面进行系统判断:
系统气密性合格:
实验前、后均按规定程序进行了严格的气密性检查,无任何气泡泄漏(通过气泡计观察)。
所有U型管、活塞、胶管连接处密封良好。
温度控制精确:
各温区(燃烧区、氧化区/催化区)温度严格控制在标准规定范围内(如800±10℃,600±10℃,300±10℃),温度记录显示稳定。
热电偶校准在有效期内。
氧气流量稳定准确:
氧气流速自始至终保持恒定(如120±5 ml/min),流量记录清晰。
流量计经过校准且在有效期内。
燃烧过程是否充分:
样品燃烧充分,燃烧舟内无黑色未燃煤粒残留,残余物为灰白色或无可见碳黑。
燃烧过程平稳,无剧烈喷溅或黑烟产生(若有,通常表明预热不足、推速过快或样品未充分混合)。
预热时间和推舟速度严格遵守标准规定。
吸收时间充足:
燃烧结束后,继续通氧时间达到标准要求(通常10-15分钟),确保所有燃烧产物被吸收和置换。
操作步骤规范:
严格按照标准方法操作,称样量准确,样品铺放均匀。
U型管拆卸、密封、冷却、称量操作迅速规范,避免环境湿度干扰。
吸收剂U型管连接顺序(吸水U型管在前,CO₂吸收U型管在后)和气体流向正确。
空白试验合格:
空白试验值(吸水U型管增重m1_blank,CO₂吸收U型管增重m2_blank)稳定且数值很小(通常在允许范围内,具体数值标准有规定)。
空白值被正确地从样品测定值中扣除。空白值异常高常表明系统污染(如水汽、CO₂)、试剂失效或泄漏。
碳氢含量范围合理:
计算出的碳(Cad)、氢(Had)含量应符合煤样的煤化程度规律(如褐煤碳含量低,氢氧含量高;无烟煤碳含量高,氢含量低)。
与同类型、同矿区的历史数据或已知信息进行对比,不应有显著异常偏离(除非有明确的地质或煤质原因)。
碳含量通常在40-95%之间(干基),氢含量通常在1-6.5%之间(干基)。超出此范围需高度警惕(特殊情况除外,如J高灰分煤)。
碳氢比(C/H)合理:
计算C/H比值,应与煤阶相符(通常烟煤C/H在12-18,无烟煤>20)。比值异常可能暗示测定错误(如氢值过高可能吸水不够或空白扣除错误;碳值过低可能燃烧不够或CO₂吸收不足)。
氧含量计算结果合理(间接验证):
利用差减法计算的氧含量(Oad = 100 - Mad - Aad - Cad - Had - Nad - Stad)应该:是正值(负数表明测定存在严重误差)。
符合煤阶规律(随煤化程度加深而降低)。
与挥发分含量有一定相关性(挥发分高通常氧含量也较高)。
高位发热量计算值合理(间接验证):
利用实测的Cad、Had以及Sad、Oad、Nad等,按门捷列夫公式或其他经验公式计算的高位发热量(Qgr,d),应与实测的发热量(如果有)或同类型煤的经验值基本吻合。显著偏差提示元素分析可能有误。
三、 质量控制结果验证 (精密度与准确度是否达标?)
平行测定精密度合格:
对同一样品进行了双份或多份有效平行测定。
平行测定结果的差值必须在标准规定的重复性限内(例如GB/T 476规定:碳含量重复性限一般为0.50%,氢含量重复性限一般为0.15%)。这是判断本次测定是否成功的硬性指标之一。超差说明操作过程存在随机误差或失控。
标准物质测定准确度合格 (最关键的验证!):
在测定样品的同时或在同一测定条件下,测定了有证煤标准物质。
标准物质的测定值与其标准值(认定值)之间的偏差在标准规定的允许差范围内(再现性限或特定准确度要求)。这是判断整个测定系统(人员、设备、试剂、方法、环境)准确性的黄金标准。即使平行样精密度好,但标样不准,也说明测定存在系统误差,结果不可靠。
四、 其他辅助判断因素
吸收剂状态观察:
吸水U型管(CaCl₂/Mg(ClO₄)₂)应均匀增重,无明显潮解板结。
CO₂吸收U型管(碱石棉/碱石灰)应均匀增重,前端变色区域不应超过管长的1/2或标准规定范围。
脱除氮氧化物和硫氧化物的试剂(MnO₂/CrO₃, Ag)颜色正常(如银网应保持亮白色,若大面积变黑则可能失效)。
环境记录:
实验期间环境温湿度记录在合理范围内(无明显剧烈波动)。
判断维度 | 关键成功指标 | 重要性 |
过程控制规范性 | 气密性合格、温度流量准确、燃烧不足、吸收充分、操作规范 | ★★★★★ |
数据合理性 | 空白值小且稳定、C/H含量及比值符合煤阶、氧含量为正且合理、发热量计算值合理 | ★★★★☆ |
平行测定精密度 | 双份结果差值 ≤ 标准重复性限 (如C: ≤0.50%, H: ≤0.15%) | ★★★★★ |
标准物质准确度 | 标样测定值与认定值偏差 ≤ 标准允许差/再现性限 (最关键的客观证据!) | ★★★★★ |
吸收剂/环境状态 | 吸收剂外观正常、环境温湿度稳定 | ★★★☆☆ |
结论:
只有当以上所有关键环节都符合要求,特别是:
实验过程严格规范无差错;
平行测定的精密度合格(差值在重复性限内);
标准物质测定的准确度合格(偏差在允许差内);
计算出的碳氢含量及其衍生参数(C/H比、氧含量、发热量等)在合理范围内;
才能最终判定该次煤中碳氢测定是成功且结果可靠的。缺少任何一项关键验证(尤其是精密度和标样准确度),结果的可靠性都会大打折扣。精密度是基础,准确度是核心,二者缺一不可。
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