徐永士，張 彬，魏 晗

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龍格氮量計(jì)法測定火藥中硝化棉含氮量

徐永士，張 彬，魏 晗

（中國人民解放軍63981部隊(duì)， 湖北 武漢 430311）

火藥能量的大小與硝化棉含氮量的高低有著直接關(guān)系。硝化棉是火藥中的主要能量來源之一。由于火藥在貯存過程中的不斷分解，使硝化棉含氮量逐漸減少，能量下降，機(jī)械強(qiáng)度降低和彈道性能變壞，用龍格氮量計(jì)法測定庫存火藥中硝化棉的含氮量具有重要意義。

龍格氮量計(jì)；硝化棉；含氮量

硝化棉是火藥中的主要能量來源之一。含氮量是硝化棉分子中氮原子的質(zhì)量分?jǐn)?shù)。在含硝化棉火藥中，由于不穩(wěn)定基的存在，常溫下就能分解，表現(xiàn)出比較差的化學(xué)安定性，而且含氮量越高，化學(xué)安定性越差［1］。

單、雙基火藥，尤其是單基藥，其能量的大小與硝化棉含氮量的高低有著直接關(guān)系。含氮量越高，其爆熱、爆溫和火藥力越高，因而能量也就越大［2］。由于火藥在貯存過程中的不斷分解，使硝化棉含氮量逐漸減少，能量下降，機(jī)械強(qiáng)度降低和彈道性能變壞［3］，因此，測定庫存火藥中硝化棉的含氮量具有重要意義。測量火藥硝化棉含氮量常用的方法有多種，但干涉儀法的標(biāo)準(zhǔn)曲線只有龍格氮量計(jì)法才能得到，而且不同含氮量的硝化棉要作出不同的標(biāo)準(zhǔn)曲線，因此本文重點(diǎn)闡述龍格氮量計(jì)法［4］。

1 試驗(yàn)原理

龍格氮量計(jì)法由五支不同用途的玻璃組成，如圖1所示，因此習(xí)慣上又把它叫做五管氮量計(jì)法。儀器各部分用途如下：

水平管1：調(diào)整反應(yīng)管2的壓力。

反應(yīng)管2：硝化棉溶解于硫酸后，生成的硝酸再用汞還原為氧化氮?dú)怏w。

測量管3：具有100 mL或130 mL刻度，用以測量反應(yīng)管中生成氣體的體積。

標(biāo)準(zhǔn)管4：具有和測量管相同刻度，內(nèi)裝干燥空氣，用于調(diào)節(jié)測量管內(nèi)的氣體達(dá)到相當(dāng)于標(biāo)準(zhǔn)狀況下的體積。

水平管5：調(diào)整測量管3和標(biāo)準(zhǔn)管4的壓力。

圖1 龍格氮量計(jì)

硝化棉溶解于濃硫酸中，游離出的硝酸被汞還原，用氮量計(jì)測量反應(yīng)生成的氧化氮?dú)怏w體積。其反應(yīng)式為：

RONO2+H2SO4→RHSO4+HNO3

2HNO3+6Hg+ 3H2SO4→3Hg2SO4↓+2NO↑+4H2O

2 儀器及設(shè)備

2.1 儀器

（1）五管氮量計(jì)；

（2）鋁盒；

（3）燒杯：容積150 mL；

（4）稱量瓶：直徑20～30 mm、高40～45 mm；

（5）分液漏斗或移液管；

（6）烘箱；

（7）干燥器；

（8）水銀洗滌器；

（9）溫度計(jì)：0～50 ℃、分度值0.1 ℃；

（10）氣壓表；

（11）水平尺；

（12）膠管。

2.2 試劑

（1）硫酸：GB 625-89，分析純，質(zhì)量分?jǐn)?shù)為97％～98％；

（2）硝酸鉀：GB 647-93，基準(zhǔn)試劑；

（3）汞：HG 3-1072-77，化學(xué)純或分析純。

3 試樣準(zhǔn)備

3.1 硝化棉試樣

離心機(jī)或用手壓驅(qū)水后，在(110±2)℃烘1h或95～100 ℃烘6 h，冷卻備用。

3.2 不含樟腦單基藥試樣

用帶蓋燒杯（帶玻璃棒）稱取約2 g試樣，加入50 mL丙酮，蓋上毛玻璃蓋，在常溫或40 ℃下溶解，并經(jīng)常用玻璃棒攪拌，直至試樣被溶解成均勻的溶液為止。燒杯冷卻后，于攪拌的同時(shí)用滴定管往燒杯中滴入50 mL體積比（乙醇：水）=2：1溶液，開始時(shí)要逐滴緩緩加入，在每加入一滴醇水時(shí)，應(yīng)很好攪拌燒杯內(nèi)溶物，且應(yīng)在前一滴所產(chǎn)生的白色沉淀攪勻消失后再滴入下一滴，以防沉淀結(jié)成塊狀或片狀。當(dāng)醇水溶液滴入燒杯中不再產(chǎn)生混濁時(shí)，滴定管中剩余的乙醇水溶液可快速滴入燒杯，同時(shí)應(yīng)快速攪拌，使硝化纖維素全部析出。然后，將燒杯在40～50 ℃水浴內(nèi)蒸發(fā)，并不斷攪拌，直至硝化纖維素全部沉底，當(dāng)燒杯內(nèi)容物體積約為40 mL，此時(shí)可逐漸將溫度升至75～85 ℃直至液體蒸干為止［5］。

在整個(gè)蒸發(fā)過程中，要經(jīng)常攪拌燒杯內(nèi)溶物。蒸干后的內(nèi)溶物應(yīng)為疏松粉末狀。

將盛有疏松粉末物的燒杯放入95～100 ℃的烘箱內(nèi)，干燥6～8 h，冷卻后按試樣提取方法的規(guī)定提取，待乙醚揮發(fā)后，放入95～100 ℃烘箱中干燥1h，冷卻至室溫備用。

3.3 含有樟腦之單基藥則應(yīng)按下法進(jìn)行試樣準(zhǔn)備

用燒杯（帶蓋及棒）稱約2 g試樣，加入60～80 mL體積比（乙醇：乙醚）=1：2.5溶液，蓋上毛玻璃蓋，在室溫或30 ℃下溶解。然后用滴定管往燒杯中滴入20 mL蒸餾水。開始時(shí)，需逐滴滴入，并用玻璃棒迅速攪碎所生成之沉淀物，當(dāng)加入蒸餾水無沉淀物析出時(shí)，可以較快地將滴定管中剩余水，注入燒杯內(nèi)。

將該燒杯在40～50 ℃水浴內(nèi)蒸發(fā)，應(yīng)不斷攪拌，直至硝化纖維素全部沉到燒杯底部，當(dāng)蒸發(fā)至燒杯內(nèi)容物剩余約40 mL時(shí)，升溫至75～85 ℃，直至將溶液蒸干。以下干燥與提取手續(xù)按第2條試樣準(zhǔn)備方法進(jìn)行［6］。

3.4 雙基藥試樣

稱取約2 g試樣，按試樣提取方法提取后，將濾筒內(nèi)的剩余物移入帶蓋和玻璃棒的燒杯內(nèi)。以下按第2條試樣準(zhǔn)備法溶解、滴定、蒸發(fā)、干燥后，冷卻至室溫備用。

4 試驗(yàn)步驟

4.1 稱量

用烘至恒量的稱量瓶稱取0.4～0.6 g干燥硝化棉試樣，精確至0.000 2 g。在(110±2)℃烘箱中干燥30 min，取出置于干燥器內(nèi)，冷卻30 min后稱量，其減量差應(yīng)小于0.005 g。

4.2 溶解

往稱量瓶內(nèi)注入濃硫酸7 mL，蓋上瓶蓋小心搖動(dòng)使試樣完全溶解（約1～2 h），進(jìn)行氮量計(jì)氣密性檢查后，將試樣溶解無損地倒入漏斗A內(nèi)，降低水平管1，打開活塞B，小心地將溶液放入反應(yīng)管2內(nèi)，注意勿使空氣進(jìn)入。

4.3 反應(yīng)

用體積分?jǐn)?shù)為76 %～77%硫酸15 mL分3～4次洗滌稱量瓶和漏斗A，每次放入反應(yīng)管2內(nèi)，將一端封閉的膠管套在導(dǎo)管C上，漏斗A用膠塞好，用力振搖反應(yīng)管5 min，至反應(yīng)完全為止。

4.4 調(diào)整

再將反應(yīng)管置于架上靜置10～15 min，輕輕搖動(dòng)反應(yīng)管使產(chǎn)生的氣體自溶液中完全逸出后，將導(dǎo)管C換上厚壁膠管，連接反應(yīng)管2和測量管3，打開活塞D，讓測量管3中的水銀充滿連接管，并壓入漏斗中，關(guān)閉活塞B，降低水平管5和提高水平管1，檢查各連接處的氣密性，打開活塞B使反應(yīng)管2和測量管3相通，將氧化氮?dú)怏w壓入測量管3內(nèi)，直到液體充滿活塞D，立即關(guān)閉活塞D，勿使液體流入測量管內(nèi)。

4.5 測量

拆下反應(yīng)管與測量管之間的連接管，讓測量管靜置10～15 min使測量管內(nèi)氣體溫度與室溫相平衡，調(diào)整測量管3標(biāo)準(zhǔn)管4和水平管5的位置，使標(biāo)準(zhǔn)管4內(nèi)水銀凸面恰好位于同一水平上，讀取測量管3內(nèi)氣體體積，精確到0.01 mL，然后將氧化氮?dú)怏w壓出，經(jīng)稀堿吸收后排出室外。

5 結(jié)果計(jì)算和表述

硝化棉含氮量有以下兩種計(jì)算和表示方法。

（1）每克硝化棉產(chǎn)生的氧化氮?dú)怏w相當(dāng)于標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下的體積按公式-1計(jì)算：

23（1）

式中：2— 每克硝化棉試樣產(chǎn)生的氧化氮?dú)怏w相當(dāng)于標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下的體積，mL；

3— 試樣分解出的氧化氮?dú)怏w體積相當(dāng)于標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下體積，mL；

— 試樣質(zhì)量，g。

每份試樣平行測定兩個(gè)結(jié)果，允許差不大于0. 8 mL/g，取其平均值，精確至0.1 mL/g。

（2）試樣中含氮的質(zhì)量分?jǐn)?shù)按公式(2)計(jì)算：

=(3×0.0 006 256/) ×100% （2）

式中：— 硝化棉中氮的質(zhì)量分?jǐn)?shù)，%；

3— 試樣分解出的氧化氮相當(dāng)于標(biāo)準(zhǔn)狀況下的體積，mL；

0.000 625 6— 在標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下1 mL氧化氮?dú)怏w含氮的質(zhì)量，g/mL ；

— 試樣質(zhì)量，g。

每份試樣平行測定兩個(gè)結(jié)果，允許差不大于0. 05%，取其平均值，精確至小數(shù)點(diǎn)后兩位。

6 注意事項(xiàng)

（1）室溫的變化不能過大，不用的水銀應(yīng)裝入密閉容器中。

（2）在操作中要防止酸或水銀濺出，倘若濺出要用紫銅片或其他水銀收捕器清理或收集。

（3）在裝入干燥空氣時(shí)，應(yīng)加上標(biāo)準(zhǔn)管的刻度修正值。

（4）調(diào)整量氣管和標(biāo)準(zhǔn)管讀數(shù)時(shí)要迅速而準(zhǔn)確，防止用手直接接觸玻璃管，以免因受熱而增加體積。

（5）在檢查氮量計(jì)的實(shí)際讀數(shù)和計(jì)算干燥空氣數(shù)值時(shí)，均應(yīng)準(zhǔn)確至0.01 mL，求其差值，在四舍五人后，不得大于0. 1 mL。

（6）廢酸應(yīng)保存在密閉的玻璃容器中。

（7）氣壓計(jì)、溫度計(jì)、量氣管和標(biāo)準(zhǔn)管，每年均需校正一次。

參考文獻(xiàn)：

［1］ 任特生．硝胺硝酸酯炸藥化學(xué)與工藝學(xué)[M]. 北京：兵器工業(yè)出版社，1994：182-185．

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［3］ 呂春緒，劉祖亮，陸明．膨化硝銨炸藥[M]. 北京：兵器工業(yè)出版社，2001：78-82．

［4］ Cranney D H,Maxfield B T.Emulsion that is compatible with reactive sulfide/pyrite ores:US,5159153A[P].1992-10-27.

［5］ Dick J J.Shock-wave behavior in explosive monocrystals [J]. Journal de Physique IV，1995，5：103-106.

［6］ Meyers M A.A mechanism for dislocation generation in shock-wave deformation [J].Scripta Metallurgica,1978,12(1): 21-26.

Measurement of Nitrogen Content in Nitrocellulose of Gunpowder by Runger’s Method

，，

（Unit 63981 of PLA, HubeiWuhan430311，China）

Energy from the gunpowder has a direct relationship with the nitrogen content of nitrocellulose. Nitrocellulose is one of the main sources of energy in the powder. With the continuous decomposition of gunpowder in the process of storage, the nitrogen content of nitrocellulose reduces gradually, the energy declines, the mechanical strength reduces, and the ballistic performance deteriorates. So it is very important to measure nitrogen content in nitrocellulose of gunpowder by Runger’s method.

Runger’s method; nitrocellulose; nitrogen content

O 657

A

1671-0460（2016）09-2273-03

2016-08-18

徐永士（1989-），男，河南省周口市人，工程師。