祁福平，党红娟
（陕西神木化学工业有限公司，陕西 神木719319）
［摘 要］现代煤化工产业中，氨气作为一种重要的化工原料气，有着广泛的用途，同时氨气又是一种有毒有害气体，准确测定化工生产各环节的氨气含量对于保障生产装置的安全稳定运行和员工身心健康具有重要的意义，但实际生产中氨气含量的准确检测是化工企业分析检测面临的一大难题，尤其是低含量（500×10-6以下）氨气的检测。结合实际生产经验，对目前常用的各类氨气含量检测方法（气相色谱法、传感器法、检测管法、化学发光探测法、分光光度法、离子色谱法等）进行对比，梳理与总结各检测方法的优缺点及其适宜的使用范围，以期为业内氨气含量检测方法的选择提供一点参考与借鉴。
［关键词］氨气含量检测；气相色谱法；传感器法；检测管法；化学发光探测法；分光光度法；离子色谱法；优缺点
［中图分类号］TQ016.1 ［文献标志码］B ［文章编号］1004-9932（2022）05-0069-04
0 引 言
化工企业，尤其是现代煤化工企业，存在各类有毒有害气体，氨气就是其中的一种。氨气具有强烈的腐蚀性和刺激性，尤其是对人和动物的上呼吸道组织、皮肤组织等具有很强的腐蚀性和刺激性，当人体暴露于300 mg/L的氨气中时，粘膜表面会受到严重损伤，浓度过高时还可导致心脏停搏、呼吸停止甚至死亡［1］，长期处于低浓度的氨气环境中可引发慢性肺疾病。
近年来，现代煤化工产业蓬勃发展，习近平总书记在考察神华榆林能源化工有限公司时强调，煤化工产业潜力巨大、大有前途，体现国家领导层对现代煤化工产业的发展寄予了厚望。氨气作为一种重要的化工原料气，是生产碳铵的重要原料，历史上为我国农业发展、提高粮食产量做出了突出贡献；现代煤化工装置在原料气净化方面多采用低温甲醇洗工艺，而原料气中的氨气对于低温甲醇洗工艺而言具有不可逆的危害——氨气浓度过高不仅导致合成气中总硫含量过高而致铜基催化剂中毒，而且还会产生铵盐致低温甲醇洗热再生系统的设备和管道堵塞。低温甲醇洗系统中的氨气主要来自处理后的原料气——气化系统生产粗煤气的过程煤中的氮元素与气化炉中的氢元素反应会生成微量氨，粗煤气在调整碳氢比的过程（变换系统）中也会产生微量氨。因此，准确检测煤化工生产各环节的氨气含量对于保障装置的安全稳定运行和员工身心健康具有重要的意义。
化工企业生产过程中，常用的氨气含量检测方法有直接检测法和间接检测法。直接检测法就是直接测定待测样品气中的氨气含量，比如气相色谱法、化学传感器法、检气管法等；间接检测法就是通过将氨气吸收到稀酸溶液中转化为铵盐来进行测定，比如纳氏试剂比色法、次氯酸钠水杨酸分光光度法、离子色谱法、化学发光氮检测法等。以下结合实际生产经验，对化工企业目前常用的几类氨气含量检测分析方法进行对比，以更好地了解各检测方法的优缺点及其适宜的使用范围，为业内氨气含量检测方法的选择提供一点参考与借鉴。
1 直接检测法
1.1 气相色谱法
气相色谱法主要使用TCD检测器，其工作原理是利用不同气体导热系数的不同，当样品气中不含待测组分时，电桥处于平衡状态，输出基线信号；当样品气中含有待测组分时，热丝温度降低，电子传感器探测到此变化并调节热丝的电源供给以使热丝温度保持恒定，电源供给曲线即产生了色谱峰。
优点：可快速检测样品中的氨气含量，气体、液体样品均可直接进样进行分析，可迅速出具分析结果。
缺点：笔者曾采用CP-Volamine色谱柱（60 m×0.32 mm）、7890B气相色谱仪TCD检测器进行试验（TCD检测器载气使用导热系数高的氢气），0.51%的氨标准气只有31 μV·s的响应面积，出峰时间4.42 min，氨气含量500×10-6以下的样品无法准确分析——笔者曾通过加大进样量、改变载气类型等方式反复进行试验，结果表明，氨气含量在500×10-6以下的样品均无法准确分析；考虑到氨气在FID检测器上也有响应，进行试验，检测含量为700×10-6的氨气，TCD检测器有响应，FID检测器无响应（FID检测器的工作原理是利用火焰将有机物中的碳原子还原，电离产生碳正离子，因此理论上FID检测器无法分析氨气，产生信号只是氨气进入检测器引起燃烧状态变化所致），且FID检测器的线性也远不如TCD检测器，所以TCD的检测原理决定了该法只能进行常量分析，简言之，氨气含量500×10-6以上的样品可以采用气相色谱TCD检测器进行检测。
1.2 传感器法
传感器法主要是电化学传感器法，电化学传感器是通过检测电极在通过氨气前后电位、电流的变化来确定氨气含量的。
优点：电化学传感器法用于检测样品气中的氨气含量，具有便携、简单快速的特点，可实时在线长时间检测，检测灵敏度高——可对含量为1×10-6的氨气进行检测。
缺点：只能检测气体样品；量程范围较小，一般进行氨气含量500×10-6以下样品的检测；随反应性质的不同，待测样品中存在其他气体，因而存在正干扰或负干扰，这是目前电化学传感器法应用的主要制约因素。
某电化学传感器厂商对传感器法应用过程中可能发生的干扰进行试验的数据见表1，反映出了其生产的传感器暴露于已知浓度的干扰气体中产生的百分比响应值。可以看出，H2S、SO2、Cl2、HCN、NO对氨气传感器均有干扰，其中，H2S的干扰最大，当待测样品中含100×10-6的H2S干扰气体时，会在氨气传感器上产生130×10-6的响应，氨气传感器的显示值需减去130×10-6。当然，测定条件、传感器生产厂商各异，传感器的交叉响应值也各异，不能简单地以表1中的数据进行换算，但是各类型干扰气体对氨气传感器的干扰是切实存在的，且对检测结果的准确性影响很大。
综上，虽然在硬件设计上电化学传感器通过增设过滤膜、选择恰当的电极材料和催化剂，在尽量提高目标气体检测灵敏度的同时降低了其他气体的干扰，但受限于目前行业技术水平及电极材料特性，电化学传感器法在实际应用中交叉干扰依然存在。
1.3 检测管法
更多内容详见《中氮肥》2022年第5期