碳和氢是煤中有机质的主要组成元素，两者和氧加在一起占煤有机质的95%以上。了解煤中碳氢含量对于了解煤的变质程度和煤的性质有重要意义。煤中碳含量随着变质程度的加深而增高，与碳相反，氢的含量随着变质程度的加深而降低，由于碳氢含量与变质程度关系密切，故作为煤质科学分类的指标之一。

在碳排放工作的持续推进中，碳含量也是国家监控工业生产中碳排放的重要指标；而氢含量是计算收到基低位发热量的主要参数，影响贸易结算；而氮元素经过锅炉燃烧后转化成氮氧化物排放到大气中。因此，准确测定每种碳氢氮元素含量对煤质研究、贸易结算、及做好碳排放工作控制环境污染有着重要的意义。

随着元素分析仪的广泛应用，本文依据煤中碳氢氮元素分析标准《GB/T30733-2014 煤中碳氢氮的测定 仪器法》，选用SDCHN636元素分析仪，通过对不同煤标准物质及一般分析试验煤样进行检测分析，来评价该仪器精密度，通过对不同煤标准物质评价该仪器的准确度；总结试验过程中遇到的各种问题，并找到合理的解决方案，以便使用者更加方便的使用；并对样品分析过程中的注意事项进行说明，保证分析数据的精准、高效。

1、测定原理

已知质量的煤样在高温和氧气流中充分燃烧，煤中的碳、氢和氮完全燃烧生成二氧化碳、水和氮气、氮氧化物混合物。经二次燃烧和多级过滤后，进入集气瓶，充分混匀后，由特定的处理系统滤除对测定有干扰的影响因素，并将氮氧化物全部还原为氮气。此时，煤中的碳、氢和氮的含量以二氧化碳、水蒸气和氮气的形式存在，分别由红外检测器和热导检测器定量测定。

2、仪器设备、所用试剂及气体

2.1 仪器设备

2.1.1 元素分析仪：型号SDCHN636;厂家：湖南三德科技股份有限公司；主要由样盘、组合炉、还原炉、集气室、红外池、热导池、气体净化装置、过滤装置、控制阀等组成。

2.2 试剂

还原炉试剂、氮催化剂、干燥剂、线状铜、铜线、碱石棉等试剂均为湖南三德科技股份有限公司专用试剂。

2.3 气体

2.3.1 助燃气：氧气，纯度高于99.5%，气源总压力不低于1 MPa，不能使用电解氧。

2.3.2 驱动气：氮气或干燥压缩空气，气源总压力不低于1MPa。

2.3.3 载气：氦气，纯度高于99.99%，气源总压力不低于1MPa。

3、实验过程

3.1 仪器准备

3.1.1 打开气体，并调节各种气体的压力；打开仪器及软件，联机后，确认是否需要更换坩埚、清洗过滤器以及更换试剂；打开升温程序，仪器将自动升温至规定温度并稳定3小时；

3.1.2 检查气密性：待仪器稳定后进行仪器系统检查和漏气检查，各调试正常后，准备就绪即可试验。

3.2 样品分析

3.2.1 空白分析

在准备就绪的仪器软件中设置空白样品个数，点击开始，即可分析。

3.2.2 标定

依据标准《GB/T30733-2014 煤中碳氢氮的测定 仪器法》，标准曲线标定应按照以下要求进行:单点标定:选用与被测样品中碳、氢和氮含量相近的校准物质进行标定;多点标定:选用一个或多个校准物质进行标定。所标定的校准曲线的测量范围应能覆盖全部被测煤样中碳、氢和氮的含量范围。

3.2.3 标定程序

按照测定步骤,测定上述校准物质。每一校准点应重复测定4次,如果4次重复测定结果极差在重复性限范围内,那么以4次测定结果的平均值作为校准物质的测定值。

3.2.4 标定有效性核验

另外选取1~2个校准物质或其他控制样品,用已完成标定的仪器测定其碳、氢和氮含量,若测定值与标准值(或控制值)之差在标准值(或控制值)的不确定度范围内,说明标定有效,否则应查明原因,重新标定。

3.2.5 标定检查

在样品测定期间使用已知碳、氢和氮含量的煤样、校准物质或有证煤标准物质进行测定。标定检查推荐在每批样品试验的开始和结束时进行;在测定期间每进行10次样品测定后应进行标定检查。

4 仪器性能评价

4.1 仪器精密度

精密度是指在相同条件下，多次平行测定结果相互接近的程度，通常用来评价测定结果的重现性。精密度通常用偏差的大小来衡量，偏差包括绝对偏差、平均偏差、相对平均偏差、标准偏差、相对标准偏差。本文通过标准偏差来表示分析测试结果的精密度，标准偏差越小则精密度越好。

在已经完成标定的仪器上，通过测定有效期内的不同煤标准物质中的碳、氢、氮含量及本单位所用的一般分析试验煤样中的碳、氢、氮含量，用标准偏差来评价该设备的精密度。本文用3种煤标准物质及布尔台矿煤一般分析试验煤样进行测定，每种测定8次，实验数据如下：

表1 GBW11109w煤标准物质测试结果

表2 GBW11112m煤标准物质测试结果

表3 GBW11126g煤标准物质测试结果

表4 布尔台矿煤一般分析试验煤样测试结果

从上列图表中3种煤标准物质及布尔台矿煤一般分析试验煤样测定结果可以看出，3种煤标准物质碳元素、氢元素、氮元素及布尔台矿煤一般分析试验煤样标准差分别均在0.2,0.1,0.01以下，说明该设备精密度良好，测定结果比较稳定。

4.2 仪器准确度

对上述3种煤标准物质测定值的平均值和标准值相比较。

表4 测定值和标准值对比表

从上表中可以看出，3种煤标准物质的碳、氢和氮含量测定值均在各自的不确定度范围内，说明该仪器设备准确度较高。

5、实验过程中常见问题及解决方法

5.1 漏气常见现象：

5.1.1 “氧气供给不正常，检查气瓶减压阀是否打开”

5.1.2 “高温炉段气路漏气”

出现以上提示，则需要根据提示检查相应部件是否连接紧密，也可逐段检查漏气情况。在进行日常分析工作之前，需检查钢瓶压力是否足够，管路连接处是否存在漏气情况；核对减压表流量是否正常。每次对仪器进行维护保养后，应仔细安装，检查各个密封圈使用情况，保证其密封性良好。

5.2 元素氮含量异常

一般是炉内各试剂失效了，需要更换线状铜、铜线、氮催化剂、高氯酸镁等。在日常分析测试时，应记录各耗材、试剂的使用情况，定期对其进行更换，以减少分析工作中的误差，提高分析工作效率。

5.3 氢和氮均异常

一般会提示：“集气瓶活塞在下定位且氧气检测未通过……”、“氧气气密性检测失败”、“集气瓶段气路漏气”等。此时氢含量和氮含量都异常，可能是电磁阀出现了问题。由于仪器内部有多个电磁阀，需从人工检测里一一打开电磁阀进行测试，测试出后进行更换即可。

6 分析过程中的注意事项

根据碳氢氮元素分析仪的原理和操作步骤及其各种影响因素，在进行试验时建议做到以下几点：

6.1 样品的称量

在元素分析中，由于样品称样量少，空气中也含有碳氢氮元素，都会引入到样品中。所以在称量样品时，需要戴手套操作，并且在采用多点取样的同时，还要将样品中的空气全部赶出铝箔杯，包样品时，不能用力过猛，以防将锡箔杯捏破，使样品外漏，将样品包裹好，尽量包成水滴状，保证样品不泄露、无毛边、不卡槽，并放进对应样品盘中。在此过程中，要求操作人员多加练习，掌握操作技巧，以减少在称量过程中引入的误差。

其次，称量过程中，建议操作人员佩戴口罩，因为在呼吸过程中会有少量水分从而影响氢元素的测定，因为煤中氢含量比较小，一般在4.0%左右，所以建议按该操作进行，以减少分析过程中产生的误差。

6.2 标准物质的选择

标准物质是保证分析结果准确度的重要因素之一。选择煤标准物质时，需注意：①煤标准物质必须在有效期内，并保存完好；②煤标准物质的水分值按要求操作；③多点标定时所选用的多个煤标准物质应该能够覆盖被测样品的参数范围，保证标准曲线能够涵盖所分析样品中碳氢氮元素的含量，一般选用含碳量、含氢量与含氮量高、中、低的标样作为标定曲线校正用样；④单点标定时所选标准物质应该与被测样品中各元素含量一致或相近。

所用的标准物质必须先在标准物质库中定义后，才能再进行试验。

6.3 空白试验

空白分析用于自动平衡系统基线与确保系统稳定，空白试验对测定结果准确度影响也尤为重要。空白试验前应先进行吹扫，让炉膛中试剂吸收的水分从旁路吹扫出去，避免进入红外测试系统。

空白试验必须每天进行，进行空白分析直到仪器达到平衡（误差在0.1%以内），建议至少进行4～5个空白分析，且连续几个空白的氢峰值较稳定后，方能开始当日检测，以确保分析数据的准确度。实验过程中若更换氧气、其他试剂或材料，须重新进行空白实验。

6.4 气密性的检查

仪器系统的气密性检查是确保整个测量过程是否稳定的关键。仪器未达到温度稳定就检查气密性会出现压强过大,必须等到仪器升温稳定后检查漏气。所以要求在仪器运行一段时间后，根据仪器的使用情况，对系统内所有的密封垫、炉试剂、氮催化剂、吸收剂、石英棉、过滤芯等进行更换，同时，在每次进行升温前对各部件进行检查，以减少不必要的麻烦。定期对仪器进行日常维护，以延长仪器的使用寿命及保证数据的准确性。

7 结论

文中以SDCHN636为例，详细说明了元素分析仪的工作原理、煤样测试过程,总结了几种常见问题的现象及解决办法，指出了分析测定过程中的相关注意事项。从几种煤标准物质及布尔台矿煤的分析测试结果来看,元素分析仪的稳定性、精密度良好，从煤标准物质的分析结果可以看出其准确度也较好,满足了准确、快速、大量检测的需求。

在仪器的使用过程中应严格按照操作规范操作，认真做好调试工作。定期对仪器进行维护保养，确保每个试剂均在有效期内，在进行试验前做好准备工作：气密性检查和有效空白试验,规范选择有效期内的有证煤标准物进行校准曲线的标定、有效性核验和标定检查，以确保检测结果的精准、高效。

参考文献：

1. GB/T30733-2014 煤中碳氢氮的测定 仪器法 ，中华人民共和国国家质量监督检验检疫总局，中国国家标准化管理委员会，2014。

2. DLT 568 2013 燃料元素的快速分析方法，中华人民共和国电力行业标准。

3. SDCHN元素分析仪说明书，湖南三德科技股份有限公司。

4.煤炭分析试验方法一般规定 GB/T483-2007，全国煤炭标准化技术委员会。

5.元素分析仪测定煤中碳氢氮的研究 2019.02，罗浩。

6.煤质分析应用技术指南（第2版），中国标准出版社，2009，李英华。

7.元素分析仪校准规范. 中华人民共和国 国家质量监督检验检疫总局 ,2011。