許航線，薛科創(chuàng)

（陜西國防工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院化學(xué)工程學(xué)院，陜西西安710300）

硝化棉氮含量的測定方法

許航線，薛科創(chuàng)

（陜西國防工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院化學(xué)工程學(xué)院，陜西西安710300）

摘要：對硝化棉含氮量測定方法及各自特點(diǎn)作了簡述，并對硝化棉氮含量測定方法的前景進(jìn)行了展望。

關(guān)鍵詞：硝化棉；氮含量；測定方法

1　引言

硝化棉（NC）是制作推進(jìn)劑及發(fā)射藥的重要原料,它是單基藥的能量來源，其中含氮量的高低直接影響單基藥能量的大小。單基藥在長期儲存及保管過程中，由于受到環(huán)境溫度、濕度以及儲存時(shí)間的影響而逐漸分解，導(dǎo)致含氮量降低，因此準(zhǔn)確測定單基藥中硝化棉的含氮量十分重要。

三十多年來，我國軍用硝化棉的標(biāo)準(zhǔn)棉選擇中硝化度（含氮量）作為定值的主要特性項(xiàng)目，其標(biāo)準(zhǔn)定值由過去的五管氮量法（簡稱五管法）發(fā)展到狄瓦爾德合金還原法（簡稱合金還原法）、干涉儀法等。近年來又不斷出現(xiàn)新的測量方法，如硫酸亞鐵法、色譜法、水楊酸-亞鈦法、紅外光譜法等[1-4]。準(zhǔn)確快速的硝化棉含氮量測定方法關(guān)系到軍用及民用硝化棉的生產(chǎn)和質(zhì)量穩(wěn)定、性能測定以及新工藝、新方法的研制，成為硝化棉質(zhì)量保證體系中極重要的一環(huán)[5]。

本文對硝化棉含氮量測定方法及各自特點(diǎn)作了簡要介紹，并對硝化棉氮含量測定方法的前景進(jìn)行了展望。

2　硝化棉硝化度（含氮量）主要測定方法及其優(yōu)缺點(diǎn)

2.1五管氮量計(jì)法

首先采用濃硫酸溶解NC和游離的HNO3，再以金屬汞還原生成氧化氮，通過測量生成的氧化氮?dú)怏w體積，再換算成氮量。

RONO2+ H2SO4= ROSO3H + HNO3

2HNO3+ 6Hg+ 3H2SO4= 3Hg2SO4+ 4H2O+ 2NO

這種方法適用于各種硝化棉含氮量的測定，精度較高。但是該方法操作手續(xù)繁瑣，工時(shí)較長，測量過程中大量使用金屬汞，易引起操作人員汞中毒，目前僅作為仲裁方法。

2.2干涉儀法

將硝化棉在密閉容器中爆燃，生成CO、CO2、N2、H2、H2O、微量CH4及其它氣體，這些氣體組分的含量與NC氮含量密切相關(guān)。不同含氮量的硝化棉，其分子組成不同，爆燃后生成的氣體組分不同，導(dǎo)致混合氣體折射率存在差異。根據(jù)此原理，將爆燃后氣體引入干涉儀中，測量出它的相對折射率差，就可換算出硝化棉的含氮量。該法快速、高效，但它必須以五管法為對照，作出基準(zhǔn)曲線后才能使用，這是它的一大缺點(diǎn)。

2.3硫酸亞鐵法

采用硫酸亞鐵作為滴定劑，將硝化棉溶解于H2SO4中，硝化棉中的氮轉(zhuǎn)化為HNO3，HNO3和FeSO4作用，過量的FeSO4用KNO3測定。采用梅特勒·托利多（METTLER TOLIDO）設(shè)備進(jìn)行終端滴定。操作簡單、快速，可用作快速測氮的常規(guī)方法。

2.4狄瓦德合金還原法

在H2O2的存在下，用堿液皂化硝化棉，生成的硝酸鹽用銅、鋁、鋅合金還原成氨，用酸吸收，然后用標(biāo)準(zhǔn)溶液滴定，測定出硝化棉中的- ONO基團(tuán)，進(jìn)而換算成氮量。該方法可以直接測定出硝化棉（NC）的含氮量，精度符合要求，不存在汞蒸汽，操作條件比五管法好，但操作繁瑣，較難掌握。

3　其它方法

3.1色譜法

先將硝化棉（NC）在密閉容器中爆燃，然后通過色譜測定燃?xì)庵薪M分。該方法簡便、迅速，不受復(fù)雜成分的限制，但樣品處理時(shí)間長，儀器昂貴，設(shè)備體積大，不便于在在線測試中應(yīng)用。

3.2熱量法

硝化棉（NC）的熱量和硝化度有密切關(guān)系，通過測量硝化棉（NC）燃燒時(shí)釋放的熱量，然后換算為硝化度，但測量耗時(shí)較長，操作復(fù)雜。

3.3水楊酸-亞鈦法

在硫酸溶液中，硝化棉（NC）的硝酸酯基使水楊酸生成硝基水楊酸，然后硝基水楊酸被亞鈦鹽（TiCl3）還原成氨基水楊酸，最后剩余的亞鈦鹽用硫酸鐵銨標(biāo)準(zhǔn)溶液進(jìn)行滴定，但此法存在較難掌握、亞鈦鹽價(jià)格昂貴等缺點(diǎn)，不適宜大批量生產(chǎn)。

3.4紅外光譜法

此法制膜較難，膜厚難測，耗時(shí)長，基準(zhǔn)點(diǎn)較難找到，并且紅外光譜儀器體積大，不適于在線檢測。

3.5元素分析儀法

2002年，李樹興[6]報(bào)道了用氮分析儀法測定單基無煙藥中硝化棉含氮量的新方法，并將該法與干涉儀法進(jìn)行了比較，結(jié)果顯示，氮分析儀法對單基無煙藥中硝化棉含氮量的測定結(jié)果比干涉儀法準(zhǔn)確。該法采用氣相色譜的原理，硝化棉在1020℃的高溫條件在催化劑（Cr2O3）作用下進(jìn)行燃燒，其中所含的氮、碳、氫等元素定量地轉(zhuǎn)化為相應(yīng)的氧化物（氮氧化合物、CO2、H2O）。H2O被吸收管吸收，而氮氧化合物在630℃條件下，經(jīng)銅還原生成N2和CO2，再經(jīng)色譜柱分離、熱導(dǎo)池檢測，最后由數(shù)據(jù)處理機(jī)計(jì)算出氮的質(zhì)量分?jǐn)?shù)。

單基藥試樣經(jīng)預(yù)處理后，可直接進(jìn)行含氮量的測定。測量結(jié)果的相對標(biāo)準(zhǔn)偏差＜0. 6%，回收率為99. 2% ～100.8%，結(jié)果令人滿意，且操作簡單、快速、精密度和準(zhǔn)確度高、無毒、安全。此外，劉曉輝[7]等也采用了元素分析儀測定硝化棉中的含氮量，即采用意大利GARLOERBA公司生產(chǎn)的NA- 1500型元素分析儀對硝化棉含氮量的測定方法進(jìn)行研究，并與五管法和干涉儀法進(jìn)行對比，結(jié)果表明，元素分析法具有自動化程度高、分析速度快、操作簡便等優(yōu)點(diǎn)，是一種很好測定硝化棉含氮量的方法。

3.6偏光顯微鏡法

2011年，西安近代化學(xué)研究所的蘇鵬飛[8]等發(fā)明了用偏光顯微鏡檢測硝化棉含氮量的新方法。該方法以硝化棉偏光顯色原理為基礎(chǔ)，采用色那蒙法測定了平均光程差。結(jié)果表明，當(dāng)硝化棉含氮量為11.0%～13.8%時(shí)，光程差與含氮量線性相關(guān)，線性回歸方程為w=- 0.0466λ + 12.388，線性相關(guān)系數(shù)R=0.9993，用回收率和變異系數(shù)評價(jià)方法的準(zhǔn)確度和精密度，結(jié)果顯示，回收率為99.7%～100.2%，變異系數(shù)為0.15%～0.20%。該方法檢測裝置簡單、操作簡便、結(jié)果準(zhǔn)確、環(huán)境友好。

4　前景展望

硝化棉中氮含量決定著硝化棉的能量水平，因此，建立高效、快速、準(zhǔn)確的硝化棉測定方法對硝化棉生產(chǎn)質(zhì)量控制至關(guān)重要。傳統(tǒng)的檢測方法存在著操作繁瑣、測定周期長、系統(tǒng)誤差大、操作較難掌握等不足。近幾年陸續(xù)出現(xiàn)了色譜法、水楊酸-亞鈦法、紅外光譜法、偏光顯微鏡法、元素分析儀法等測定硝化棉中含氮量的新方法，其中氮分析儀法、偏光顯微鏡法、元素分析儀法等具有自動化程度高、分析速度快、操作簡單方便、毒害小、準(zhǔn)確度高等優(yōu)點(diǎn)，值得推廣應(yīng)用。

參考文獻(xiàn)

[1]WJ 36- 79.硝化纖維素狄瓦德合金還原法[S].

[2]GJB770. 303.硝化棉含氮量測定-五管氮量計(jì)法[S].

[3]GJB770. 307.硝化棉含氮量測定-亞鐵-氯化亞鈦法[S].

[4]向國富.含酸硝化棉快速安定處理及“氮量早知道”方法研究[J].彈箭與制導(dǎo)學(xué)報(bào)，2007，27（3）：352- 355.

[5]樊進(jìn)德，馮玉華，相龍泉，等.對標(biāo)準(zhǔn)棉硝化度定值方法的探討[J].武漢工業(yè)與軍事技術(shù)，1996（3）：19- 22.

[6]李樹興.氮分析儀法測定單基無煙藥中硝化棉的含氮量[J].理化檢驗(yàn)-化學(xué)分冊，2006，38（10）：515- 516.

[7]劉曉輝，鄧巍.硝化棉含氮量測定方法的研究[J].火炸藥，1997，2（3）：20- 21.

[8]蘇鵬飛，陳智群，王景榮，等.用偏光顯微鏡法測硝化棉的含氮量[J].火炸藥學(xué)報(bào)，2011，34（2）：73- 76.□

doi：10.3969/j.issn.1008- 553X.2015.02.032

中圖分類號：O657

文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A

文章編號：1008- 553X（2015）02- 0089- 02

收稿日期：2014- 10- 31

作者簡介：許航線（1984-），男，陜西咸陽人，碩士，助教，主要從事精細(xì)有機(jī)合成及高職教育研究工作，hang.xian@163.com。

Methods on Determination of Nitrogen Content in Nitrocotton

XU Hang-xian，XUE Ke-chuang

（Department of Chemical Engineering，Shaanxi Institute of Technology，Xi'an 710300，China）

Abstract：At present，there are many methods on determination of nitrogen content in nitrocotton，methods on determination ofnitrogen content were sketchesd in this artical. Their characteristics were brieflyintroduced，and the prospect of the methods were predicted.

Key words:nitrocotton；nitrogen content；determination methods