🔥 固体生物燃料中的碳、氢与氮——仪器法（燃烧）
三句话速览
将已知质量的试样在氧气（或氧气与载气）中燃烧，将氮氧化物还原为N2，除去干扰物质，并对气体中的CO2、H2O与N2进行仪器测定；用纯有机物校准，用标准物质核查。该检测依据 PN-EN ISO 16948:2015-07；GIG范围（碳）：10.00～72.00 %（燃烧红外检测法）。整个程序共 6 个步骤；主要用于：计算生物燃料的低位热值（氢）与CO2排放（碳）、评价生物质燃烧中燃料型NOx的排放潜力（氮）、颗粒燃料、木片与农业生物质的质量控制。
要点速览
- 标准: PN-EN ISO 16948:2015-07
- 类别: 石油化工
- 操作步骤数: 6
- 原理: 在O2或O2/载气中燃烧 → CO2、H2O、N2（NOx还原后）→ 仪器检测
- 载气: 氦或按制造商规定的其他气体；氧气按制造商规定
- 校准物质: 纯度 > 99.9 %的干燥纯有机物；含量按证书（例如乙酰苯胺71.1 % C、6.7 % H、10.4 % N）
概述
本标准描述了测定固体生物燃料中碳、氢与氮总含量的方法。C、H、N的仪器分析方法已广泛应用，常用以取代较早的化学方法。可靠地测定这些元素对质量控制十分重要，其结果可作为生物燃料燃烧计算的输入数据：氮与NOx排放（燃料型NOx）相关，氢用于计算低位热值，碳用于确定CO2排放。对低于0.1 %的氮，最可靠的是凯氏定氮法。
本标准不规定仪器的构造——可用于完成该试验的部件与配置很多——而是提出功能性要求：燃烧条件应将全部碳（包括矿物碳酸盐中的碳）、氢（包括矿物的结构水）与氮分别转化为CO2、水蒸气以及N2和/或氮氧化物；气体须除去干扰组分，与卤素化合物及硫的含氧酸结合的氢须以水蒸气形式释放，氮氧化物须还原为氮，检测系统应给出与浓度相关（最好是线性）的响应并能据以计算结果。
校准使用纯有机物（纯度 > 99.9 %，干燥），例如乙酰苯胺、阿托品、苯甲酸、胱氨酸、二苯胺、EDTA、苯丙氨酸、磺胺、对氨基苯磺酸、TRIS——其C、H、N含量取自证书而非理论值。校准的准确度用有证标准物质核查（例如NBS 1573番茄叶、NBS 1575松针）；存在基体效应时，用至少两种CRM/SRM校准，并用其他标准物质进行验证。在GIG，生物燃料中的碳含量按PN-EN ISO 16948:2015-07用高温燃烧红外检测法在10.00～72.00 %范围内测定。
方法原理
将已知质量的试样在氧气或氧气与载气的混合气中、在使其转变为灰分与气态燃烧产物的条件下燃烧：主要是二氧化碳、水蒸气、单质氮和/或氮氧化物、硫的氧化物与含氧酸以及卤化氢。对燃烧产物进行处理，使与硫及卤素产物结合的氢以水蒸气形式释放；将氮氧化物还原为氮，并除去干扰气体分析的产物。气流中CO2、水蒸气与氮的质量分数用相应的仪器气体分析方法定量测定。载气为氦或仪器制造商指定的其他气体；氧气与附加试剂按制造商的规定。
应用领域
- 计算生物燃料的低位热值（氢）与CO2排放（碳）
- 评价生物质燃烧中燃料型NOx的排放潜力（氮）
- 颗粒燃料、木片与农业生物质的质量控制
- 用于燃烧与气化平衡的元素分析
- 按ISO 16993将结果换算为其他基准
关键参数
| 参数 | 数值 |
|---|---|
| 原理 | 在O2或O2/载气中燃烧 → CO2、H2O、N2（NOx还原后）→ 仪器检测 |
| 载气 | 氦或按制造商规定的其他气体；氧气按制造商规定 |
| 校准物质 | 纯度 > 99.9 %的干燥纯有机物；含量按证书（例如乙酰苯胺71.1 % C、6.7 % H、10.4 % N） |
| 准确度核查 | CRM/SRM，例如NBS 1573（番茄叶）、NBS 1575（松针）；存在基体效应时用 ≥ 2种CRM校准 |
| 限制 | 氮 < 0.1 %——凯氏定氮法最可靠 |
| GIG范围（碳） | 10.00～72.00 %（燃烧红外检测法） |
标准
- 标准编号
- PN-EN ISO 16948:2015-07
- 标准名称（波兰语）
- Biopaliwa stałe — Oznaczanie całkowitej zawartości węgla, wodoru i azotu
- 标准名称（英语）
- Solid biofuels — Determination of total content of carbon, hydrogen and nitrogen
分步操作程序
-
试样制备
按生物燃料试样制备规则（ISO 14780）制备分析试样，并测定水分以供换算之用（ISO 16993）。
-
校准
用纯净干燥的有机物（> 99.9 %）校准仪器，采用材料证书中的C、H、N含量；校准范围应涵盖预期浓度。
-
准确度的核查
分析有证标准物质（例如NBS 1573、NBS 1575）；若因基体或范围导致回收率不理想，则用至少两种CRM/SRM校准，并用其他CRM进行验证。
-
试样的燃烧
称取已知质量的试样，在氧气或氧气与载气中燃烧，使全部碳（含碳酸盐）、氢（含结构水）与氮进入气相。
-
气体的处理
将卤化氢与硫的含氧酸中的氢以水蒸气形式释放，将氮氧化物还原为N2，并除去干扰检测的组分。
-
检测与计算
对气流中的CO2、H2O与N2进行仪器测定；由检测器响应与试样质量计算试样中的C、H与N含量；按所要求的基准给出结果（ISO 16993）。
所需设备与仪器
| 设备 | 示例 | 参考价格 |
|---|---|---|
| CHN元素分析仪 | 氧气燃烧炉、气体净化系统、氮氧化物还原器、响应为线性（或已表征）的CO2、H2O与N2检测器、计算C、H、N的软件 | — |
| 分析天平 | 供称取少量试样与校准物质之用 | — |
| 样品胶囊或样品舟 | 按仪器制造商的规定 | — |
| 干燥箱与干燥器 | 供干燥保存校准物质与试样之用 | — |
试剂、培养基与耗材
| 试剂 | CAS | 详情 |
|---|---|---|
| 氦（载气） | — | 或仪器制造商指定的其他气体 |
| 氧气 | — | 质量按仪器制造商的规定 |
| 附加试剂（反应器填料、吸收剂） | — | 种类与质量按制造商的规定；其中许多有毒且有腐蚀性 |
| 校准物质 | — | 例如乙酰苯胺、阿托品、苯甲酸、胱氨酸、二苯胺、EDTA、苯丙氨酸、磺胺、对氨基苯磺酸、TRIS——纯度 > 99.9 %，干燥 |
| 有证标准物质 | — | 例如NBS 1573番茄叶、NBS 1575松针 |
职业健康与安全
- 分析仪的试剂（反应器填料、吸收剂）常有毒且具腐蚀性——更换时佩戴手套与护目镜，并在通风橱内进行
- 燃烧炉在高温下与氧气一同工作——按制造商说明操作，检查气体气密性
- 氦气瓶与氧气瓶——须固定、配减压阀，房间保持通风
常见问题
该检测依据哪项标准？
该检测依据的标准为 PN-EN ISO 16948:2015-07 — 《Solid biofuels — Determination of total content of carbon, hydrogen and nitrogen》。
该方法的原理是什么？
将已知质量的试样在氧气或氧气与载气的混合气中、在使其转变为灰分与气态燃烧产物的条件下燃烧：主要是二氧化碳、水蒸气、单质氮和/或氮氧化物、硫的氧化物与含氧酸以及卤化氢。对燃烧产物进行处理，使与硫及卤素产物结合的氢以水蒸气形式释放；将氮氧化物还原为氮，并除去干扰气体分析的产物。
测量范围和准确度是多少？
原理：在O2或O2/载气中燃烧 → CO2、H2O、N2（NOx还原后）→ 仪器检测；载气：氦或按制造商规定的其他气体；氧气按制造商规定；校准物质：纯度 > 99.9 %的干燥纯有机物；含量按证书（例如乙酰苯胺71.1 % C、6.7 % H、10.4 % N）；准确度核查：CRM/SRM，例如NBS 1573（番茄叶）、NBS 1575（松针）；存在基体效应时用 ≥ 2种CRM校准。
完成检测需要多长时间？
整个程序共 6 个步骤。标准未对每个步骤给出时长——实际用时取决于实验室自身的操作程序。
需要哪些设备？
CHN元素分析仪、分析天平、样品胶囊或样品舟、干燥箱与干燥器。
该检测用于哪些场景？
计算生物燃料的低位热值（氢）与CO2排放（碳）；评价生物质燃烧中燃料型NOx的排放潜力（氮）；颗粒燃料、木片与农业生物质的质量控制；用于燃烧与气化平衡的元素分析；按ISO 16993将结果换算为其他基准。
需要采取哪些安全防护措施？
分析仪的试剂（反应器填料、吸收剂）常有毒且具腐蚀性——更换时佩戴手套与护目镜，并在通风橱内进行；燃烧炉在高温下与氧气一同工作——按制造商说明操作，检查气体气密性；氦气瓶与氧气瓶——须固定、配减压阀，房间保持通风。
哪家实验室可以开展此项检测？
该检测由通过 ISO/IEC 17025 认可的实验室开展。在 LabCoda 上可按标准编号检索 PN-EN ISO 16948。