一种气体的收集和产生速率测定方法

摘要

本发明属于危险品货物运输检测领域，涉及一种气体的收集和产生速率测定方法。待测物质与水在气体发生装置内接触并反应，浮子流量计监测气体生成速率变化，释放的气体经气袋收集后，采用空气采样泵以恒定流速抽取气袋内气体，根据记录的反应时间，计算气体产生的平均速率。采用本方法收集与计量物质遇水放出的气体，操作简单便捷，检测成本较低，且误差较小。

权利要求

1.一种气体的收集和产生速率测定方法，其特征在于，应用气体发生装置、浮子流量计、气袋、空气采样泵和秒表进行测定，测定步骤如下：(1)检查气袋I(11)和气袋II(14)的气密性；

(2)检查气体发生装置气密性；

(3)用电子皂膜流量计来校准空气采样泵(12)；

(4)于气体发生装置旋钮B(4)处，通过三通分别与旋钮C(5)、旋钮D(6)连接，并在旋钮C(5)、旋钮D(6)处通过三通分别与气袋I(11)、气袋II(14)、旋钮E(7)和旋钮F(8)连接，在旋钮E(7)或旋钮F(8)处连接空气采样泵(12)；

(5)气体采集1：精确称取待测物，待测物的最大质量不超过25g，置于气体发生装置中，盖上橡皮塞，使所有旋钮均保持关闭状态，旋开旋钮A(2)，于滴液漏斗(1)向气体发生装置中滴加水，然后迅速打开旋钮B(4)、C(5)、G(9)，用秒表开始计时，从滴液漏斗(1)向气体发生装置中注入过量的水后，关闭旋钮A(2)，气袋I(11)采集一定时间后，关闭旋钮C(5)，迅速打开旋钮D(6)、H(10)，用气袋II(14)继续采集气体；

(6)气体体积测定：打开旋钮E(7)，开启空气采样泵(12)，以50～100mL/min流量抽气袋I(11)，待空气采样泵(12)流速迅速下降时，关闭空气采样泵(12)，记录抽过的气体体积，关闭旋钮E(7)，将空气采样泵(12)连接于旋钮F(8)；

(7)气体采集2：待气袋II(14)采集一定时间后，关闭旋钮D(6)，打开旋钮F(8)，开启空气采样泵(12)，以50～100mL/min流量抽气袋，待空气采样泵(12)流速自动下降时，关闭空气采样泵(12)，记录抽过的气体体积，关闭旋钮F(8)；

(8)连续采集气体：将气袋I(11)用空气采样泵(12)抽空，将抽空的气袋I(11)再次与旋钮G(9)连接，重复步骤(5)和(6)采集产生气体并检测气袋I(11)中体积；将气袋II(14)用空气采样泵(12)抽空，将抽空的气袋II(14)再次与旋钮H(10)连接，重复步骤(5)和(7)采集产生气体并检测气袋II(14)中体积；并记录收集气体的时间段，计算产生所有气袋气体所需的时间；

(9)气体产生速率监测：浮子流量计(13)可实时显示气体流量，并每隔5秒记录流量的变化，便于观察物质与水反应生成速率的过程，计算该过程中每千克物质在任何一分钟内的产生气体的体积，和计算持续时间内气体产生速率，当气体产生速率不稳定时，应延长测试时间，若气体释放速率稳定或不断减少，不用延长测试时间；

(10)计算公式：根据记录的反应总时间和记录的气体总体积，根据公式计算气体平均产生速率；

其中v总，为产生气体的总平均速率，单位为升每千克每分钟(L/kg·min)或升每千克每小时(L/kg·h)；

t总，为记录气体生成的总时间，单位为分钟(min)或小时(h)；

V总，为记录的气体总体积，单位为升(L)；

m，为被测物质量，单位为千克(kg)。

2.如权利要求1所述的一种气体的收集和产生速率测定方法，所述气袋I(11)和气袋II(14)为带开关阀的铝塑气体采样袋。

3.如权利要求1所述的一种气体的收集和产生速率测定方法，所述气袋I(11)和气袋II(14)的体积为1升、3升和5升。

说明书

一种气体的收集和产生速率测定方法

技术领域

[0001] 本发明属于危险品货物运输技术领域，涉及一种气体的收集和产生速率测定方法，特别是涉及一种采用气袋和空气采样泵对物质遇水放出气体反应、收集和气体产生速率测定方法。技术背景

[0002] 遇水反应释放气体的危险品包括金属钠、钙、钾等活泼金属，碳化钙、有机金属化合物、硅化合物(如硅化镁、硅化钙)以及容易产生有毒有害气体的磷化铝、磷化钾等。这些化学物质与水接触可释放易燃气体，易燃气体与空气混合达到一定比例时，遇明火易爆炸，所产生的冲击波和火焰将对人体和周边环境造成危害，因此该类物质在运输的过程中需要特殊对待。为了消除危险或使危险减到最小，从而使该物质的运输成为可能，需针对物质性质进行详细具体的划分。目前，根据《全球化学品统一分类和标签制度》(GHS)(第四修订版)分类，4.3类为遇水放出易燃气体的物质，且根据其遇水反应生成气体的性质和速率划分包装分类，方法见联合国《关于危险货物运输的建议书规章范本》(第18修订版)第2.4.4节，具体划分如下：第I类包装为在环境温度下遇水发生剧烈反应且产生的气体并通常显示自燃倾向或在环境温度下遇水容易起反应，释放易燃气体的速度等于或大于每千克物质在任何一分钟内释放10L的任何物质或混合物；第II类包装为在环境温度下遇水容易起反应、释放易燃气体的最大速度等于或大于每千克物质每小时释放20L且不符合第1类标准的任何物质或混合物；第III类包装为在环境温度下遇水容易起反应、释放易燃气体的最大速度等于或大于每千克物质每小时释放1L且不符合第I类和第II类的标准的任何物质或混合物。按照《关于危险货物运输的建议书试验和标准手册》(第五修订版)要求，针对性质不同的被测物，试验过程应持续7小时，每隔一小时计算一次；针对部分不稳定或7小时后反应速度增快的被测物，应将检测时间延长至5天。试验原理和指导要求见《关于危险货物运输的建议书试验和标准手册》第33.4.1节对货物进行试验分类。但该方法是指导性方法，可操作性差，如，方法中提出“产生的气体用任何适当的仪器测定所释放的气体体积”，并未给出对仪器的要求和装置要求。

[0003] 在检测中，此类物质的危险特征为气体释放速率和气体易燃性。常见的检测物质遇水放出气体的方法的收集和测定方法为量气筒法，量气筒中装满水，相当于用排水法收集气体，读数时要调整两端的液面保持相平，目的是使气体和外界的大气压相等，这样就减小了实验的误差。但该法收集的气体量少，且不容易保持压力平衡。中国专利CN 201368838Y公开了一种气体收集与计量系统，采用一种自动化的高精度系统来收集气体和定量气体的释放速率。但系统复杂、昂贵，且方法需要恒定体系压力，并连接计算机精密检测和调控，实际操作要求较高。

[0004] 《关于危险货物运输的建议书试验和标准手册》第33.4.4.4.3.5提出将足以产生100mL到250mL气体的物质(最大重量25g)准确称量并置于锥形瓶中。根据大多数危险品货运检测实验室的实际情况，我们研发的一种气体的收集和产生速率测定方法。我们认为产生100mL到250mL气体量太少，尤其对我们研发的装置，可以规定最大质量25克。不应限制气体的体积。通过大量测试，我们研发的该装置和方法，能满足联合国《关于危险货物运输的建议书试验和标准手册》中4.3类遇水释放气体检测的要求，且结构简单，成本低，操作方便，能满足危险品分类的要求。

发明内容

[0005] 本发明所要解决的技术问题在于，采用气袋收集、空气采样泵计量定量法替代常见的排水法，克服了排水法需要维持体系恒压的问题，且仪器条件简单，操作快捷，可操作性强。

[0006] 为实现上述目的，本发明设计了一种气体的收集和产生速率测定方法，其特征在于，应用气体发生装置、浮子流量计、气袋、空气采样泵和秒表进行测定，测定步骤如下：

[0007] (1)检查气袋I(11)和气袋II(14)的气密性，用橡胶双联球将气袋充满气，放置于水盆水面下，观察气袋是否漏气；

[0008] (2)检查气体发生装置气密性；

[0009] (3)用电子皂膜流量计来校准空气采样泵(12)；

[0010] (4)于气体发生装置旋钮B(4)处，通过三通分别与旋钮C(5)、旋钮D(6)连接，并在旋钮C(5)、旋钮D(6)处通过三通分别与气袋I(11)、气袋II(14)、旋钮E(7)和旋钮F(8)连接，在旋钮E(7)或旋钮F(8)处连接空气采样泵(12)；

[0011] (5)气体采集1：精确称取待测物，待测物的最大质量不超过25g，置于气体发生装置中，盖上橡皮塞，使所有旋钮均保持关闭状态，旋开旋钮A(2)，于滴液漏斗(1)向气体发生装置中滴加水，然后迅速打开旋钮B(4)、C(5)、G(9)，用秒表开始计时，从滴液漏斗(1)向气体发生装置中注入过量的水后，关闭旋钮A(2)，气袋I(11)采集一定时间后，关闭旋钮C(5)，迅速打开旋钮D(6)、H(10)，用气袋II(14)继续采集气体；

[0012] (6)气体体积测定：打开旋钮E(7)，开启空气采样泵(12)，以50～100mL/min流量抽气袋I(11)，待空气采样泵(12)流速迅速下降时，关闭空气采样泵(12)，记录抽过的气体体积，关闭旋钮E(7)，将空气采样泵(12)连接于旋钮F(8)；

[0013] (7)气体采集2：待气袋II(14)采集一定时间后，关闭旋钮D(6)，打开旋钮F(8)，开启空气采样泵(12)，以50～100mL/min流量抽气袋，待空气采样泵(12)流速自动下降时，关闭空气采样泵(12)，记录抽过的气体体积，关闭旋钮F(8)；

[0014] (8)连续采集气体：将气袋I(11)用空气采样泵(12)抽空，将抽空的气袋I(11)再次与旋钮G(9)连接，重复步骤(5)和(6)采集产生气体并检测气袋I(11)中体积；将气袋II(14)用空气采样泵(12)抽空，将抽空的气袋II(14)再次与旋钮H(10)连接，重复步骤(5)和(7)采集产生气体并检测气袋II(14)中体积；并记录收集气体的时间段，计算产生所有气袋气体所需的时间；

[0015] (9)气体产生速率监测：浮子流量计(13)可实时显示气体流量，并每隔5秒记录流量的变化，便于观察物质与水反应生成速率的过程，计算该过程中每千克物质在任何一分钟内的产生气体的体积，和计算持续时间内气体产生速率，当气体产生速率不稳定时，应延长测试时间，若气体释放速率稳定或不断减少，不用延长测试时间；

[0016] (10)计算公式：根据记录的反应总时间和记录的气体总体积，根据公式计算气体平均产生速率；

[0017]

[0018] 其中v总，为产生气体的总平均速率，单位为升每千克每分钟(L/kg·min)或升每千克每小时(L/kg·h)；

[0019] t总，为记录气体生成的总时间，单位为分钟(min)或小时(h)；

[0020] V总，为记录的气体总体积，单位为升(L)；

[0021] m，为被测物质量，单位为千克(kg)。

[0022] 优选地，本方法所用的气袋I(11)和气袋II(14)为带开关阀的铝塑气体采样袋。

[0023] 优选地，本方法使用的气袋I(11)和气袋II(14)的体积为1升、3升和5升。

[0024] 有益效果：采用本方法收集与计量物质遇水放出的气体，操作简单便捷，检测成本较低，且误差较小。

[0025] 附图：

[0026] 图1气体的收集和产生速率测定的系统示意图。其中：①.滴液漏斗；②.旋钮A；③.三角瓶；④.旋钮B；⑤.旋钮C；⑥.旋钮D；⑦.旋钮E；⑧.旋钮F；⑨.旋钮G；⑩.旋钮H； .气袋I； .空气采样泵； .浮子流量计； .气袋II。

具体实施方式

[0027] 实施例一，碳化钙遇水放出气体的产生速率的测定

[0028] (1)检查气袋I(11)和气袋II(14)的气密性，用橡胶双联球将气袋充满气，放置于水盆水面下，观察气袋是否漏气；

[0029] (2)然后检查气体发生装置气密性，将装置安装好，关闭旋钮A(2)，将气体发生装置的玻璃导管和三通断开，将玻璃导管一头置于水面以下，用双手握住锥形瓶温热三角瓶(3)，观察是否有气泡产生；

[0030] (3)用SENSIDYNE公司的型号Gilibrator-2电子皂膜流量计来校准空气采样泵(12)，实际流量在设定流量的±5％以内，符合使用要求；

[0031] (4)于气体发生装置旋钮B(4)处，通过三通分别与旋钮C(5)、旋钮D(6)连接，并在旋钮C(5)、旋钮D(6)处通过三通分别与气袋I(11)和气袋II(14)、旋钮E(7)和旋钮F(8)连接，在旋钮E(7)或旋钮F(8)处连接空气采样泵(12)；

[0032] (5)气体采集1：精确称取待测物，待测物的最大质量不超过25g，置于气体发生装置中，盖上橡皮塞，使所有旋钮均保持关闭状态，旋开旋钮A(2)，于滴液漏斗(1)向气体发生装置中滴加水，然后迅速打开旋钮B(4)、C(5)、G(9)，用秒表开始计时，从滴液漏斗(1)向气体发生装置中注入过量的水后，关闭旋钮A(2)，气袋I(11)采集一定时间后，关闭旋钮C(5)，迅速打开旋钮D(6)、H(10)，用气袋II(14)继续采集气体；

[0033] (6)气体体积测定：打开旋钮E(7)，开启SENSIDYNE公司的型号GilAirplus空气采样泵(12)，以50～100mL/min流量抽气袋I(11)，待空气采样泵(12)流速迅速下降时，关闭空气采样泵(12)，记录抽过的气体体积，关闭旋钮E(7)，将空气采样泵(12)连接于旋钮F(8)；

[0034] (7)气体采集2：待气袋II(14)采集60min后，关闭旋钮D(6)，打开旋钮F(8)和(10)，开启空气采样泵(12)，以50～100mL/min流量抽气袋，待空气采样泵(12)流速自动下降时，关闭空气采样泵(12)，记录抽过的气体体积，关闭旋钮F(8)；

[0035] (8)连续采集气体：将气袋I(11)用空气采样泵(12)抽空，将抽空的气袋I(11)再次与旋钮G(9)连接，重复步骤(5)和(6)采集产生气体并检测气袋I(11)中体积；将气袋II(14)用空气采样泵(12)抽空，将抽空的气袋II(14)再次与旋钮H(10)连接，重复步骤(5)和(7)采集产生气体并检测气袋II(14)中体积；并记录收集气体的时间段，计算产生所有气袋气体所需的时间；

[0036] (9)气体产生速率监测：浮子流量计(13)实时显示气体生成速率，并每隔5秒记录流量的变化，便于观察碳化钙与水反应生成速率的过程，发现碳化钙与水的反应一开始很迅速，达到顶峰后，随时间逐渐下降；

[0037] (10)计算公式：根据记录的反应时间和记录的气体体积，根据公式计算气体平均产生速率，计算结果见表1；

[0038]

[0039] 其中v总，为产生气体的总平均速率，单位为升每千克每分钟(L/kg·min)或升每千克每小时(L/kg·h)；

[0040] t总，为记录气体生成的总时间，单位为分钟(min)或小时(h)；

[0041] V总，为记录的气体总体积，单位为升(L)；

[0042] m，为被测物质量，单位为千克(kg)；

[0043] 选择第1分钟和第10分钟的连续监测方式，记录各气袋气体体积，称量质量和检测结果见表1。

[0044] 表1碳化钙遇水反应产生的气体体积和产生气体的速率

[0045]

[0046] 注：表中V理论是实验环境条件下某一质量碳化钙与水充分反应时可产生气体的理论体积，V1：采集的从第1分钟采集的气体；V2：采集的从第2分钟到第10分钟收集的气体的体积。该反应在常温常压下进行(20℃，101.3kPa)。

[0047] 对于S-1组的样品，在气体收集阶段1的第1分钟内就反应完毕，在气体收集2阶段的V2体积均为0。对称样质量为13g的S-2组样品，样品在第10分钟已经反应完，第2个小时的体积为0，故未收集和检测第2个小时的气体体积。。

[0048] 以碳化钙为被测物，称样量在3-14g之间时，本方法测定的实际产生气体体积与理论体积偏差在0.81％-3.88％之间，说明本方法和方法中的实验装置适合该类物质遇水放出气体的定量检测。虽然碳化钙与水接触瞬间反应速率较快，气体产生在第1分钟的速率达到333-335L/kg·min，，但随着时间进程，反应速率迅速下降，达不到反应阶段内任意一分钟气体生成速率大于等于10L/kg·min，不符合4.3项中对I类包装的物质的要求。本实验中，S-2组实验气体产生速率为33.26L/kg·min，超过每千克物质每小时释放20升(若以分钟计速率，0.333L/kg·min)的规定，并且碳化钙遇水产生的乙炔气体可以点燃，判断结果该碳化硅货物应使用第4.3项II类包装。

[0049] 上述实施例仅供说明本发明之用，而并非是对本发明专利的限制；应当指出的是，对于本领域的普通技术人员，在不脱离本发明构思范围的情况下，还可以作出各种变化和变型，这些都属于本发明的保护范围；因此，凡跟本发明权利要求范围所做的均等变化与修饰，均应属于本发明权利要求的覆盖范围。