量氣法測(cè)定火藥中硝化甘油的質(zhì)量分?jǐn)?shù)

魏晗，付鵬，紀(jì)道成，肖友霖

（中國人民解放軍32382部隊(duì)，北京 100072）

火藥是武器發(fā)射彈丸或推動(dòng)火箭運(yùn)動(dòng)的主要能源，平時(shí)主要儲(chǔ)存在倉庫中，它的儲(chǔ)存安全性直接關(guān)系到戰(zhàn)時(shí)的使用。雙基發(fā)射藥的主溶劑有硝化甘油和硝化二乙二醇，它們起溶解硝化纖維素作用，同時(shí)也是一種主要的能量成分。因此，硝化甘油的質(zhì)量分?jǐn)?shù)直接影響著火藥的儲(chǔ)存性能，了解其在火藥中變化情況可以及時(shí)指導(dǎo)火藥的使用、保管和貯存。本文主要介紹使用量氣法測(cè)定火藥中硝化甘油質(zhì)量分?jǐn)?shù)的方法，并對(duì)試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行分析[1]。

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 實(shí)驗(yàn)原理

溶解在醋酸溶液中的硝化甘油在強(qiáng)酸介質(zhì)中與過量的亞鐵鹽反應(yīng)，使硝化甘油上的硝酸酯基（—ONO2）被還原為一氧化氮，測(cè)量一氧化氮的體積，即可計(jì)算出硝化甘油的質(zhì)量分?jǐn)?shù)[3]。反應(yīng)方程式：C3H5(ONO2)3+9FeSO4+9HCl=C3H5(OH)3+3Fe2(SO4)3+3FeCl3+3H2O+3NO↑。反應(yīng)所生成的一氧化氮，并不立即逸出反應(yīng)液面，而是和溶液中過量的亞鐵鹽反應(yīng)生成一種暗棕色的絡(luò)合物亞硝基硫酸亞鐵，加熱分解，才放出一氧化氮?dú)怏w。

1.2 實(shí)驗(yàn)特點(diǎn)

1）試驗(yàn)樣品準(zhǔn)備時(shí)間長(zhǎng)。實(shí)驗(yàn)中用到的火藥樣品均需要經(jīng)過粉碎，盡量粉碎成花片狀或鋸末狀[4]，且提取火藥中成分所用的時(shí)間較長(zhǎng)：①花片狀試樣的提取時(shí)間為2 h；②鋸末狀試樣的提取時(shí)間為4 h；③試驗(yàn)燃燒層厚度不大于0.16 mm的片狀及環(huán)狀藥，提取時(shí)間為6 h；④試樣燃燒層厚度不大于0.16 mm的片狀、粒狀藥、球狀藥經(jīng)試驗(yàn)后確定提取時(shí)間。

2）試驗(yàn)中試劑及儀器使用較多。配制的試劑：硫酸亞鐵、質(zhì)量分?jǐn)?shù)25%的工業(yè)氫氧化鈉、鹽酸溶液（鹽酸與水的體積比為1∶2）、體積分?jǐn)?shù)為70%～75%的醋酸溶液。儀器：?jiǎn)尉€洗液管、容量瓶、置換筒、保溫筒、溫度計(jì)、托勺、量筒、刻度吸管、氣壓計(jì)、酒精燈、滴液漏斗、燒瓶、量氣管、玻璃乳缽、膠頭滴管。加熱分解裝置如圖1所示。

圖2 加熱分解裝置

3）試驗(yàn)時(shí)間長(zhǎng)、步驟較多。試驗(yàn)過程主要分為試樣提取和氣體收集。

試樣的提?。簩?shí)驗(yàn)采用間接提取方式，使用帶濾紙筒的套管，用乙醚進(jìn)行提取，通過溫水浴中進(jìn)行加熱，冷凝器進(jìn)行冷凝[5]。

配比試樣溶液：提取物中加入一定量的醋酸配出試樣溶液。

提取的關(guān)鍵點(diǎn)：①整套裝置連接處要進(jìn)行較好的密封，否則乙醚會(huì)揮發(fā)掉；②提取管中乙醚的回流的次數(shù)每小時(shí)不少于8次，否則最終的實(shí)驗(yàn)結(jié)果會(huì)偏低；③試樣的乙醚提取液必須將乙醚趕干凈，否則將使結(jié)果偏高。

氣體收集：第一，安裝好加熱分解裝置，加入試驗(yàn)試劑，排除燒瓶中的空氣。此步關(guān)鍵為整個(gè)裝置不漏氣，燒瓶中的空氣排除干凈。第二，加入試樣溶液至燒瓶，通過醋酸和水進(jìn)行洗滌漏斗，加熱燒瓶進(jìn)行氣體收集。此步關(guān)鍵為洗滌漏斗時(shí)，絕不能使空氣進(jìn)入；收集氣體時(shí)，打開導(dǎo)管夾時(shí)要緩慢，防止氫氧化鈉回流至燒瓶和出氣過猛而逸出氣體。第三，將量氣管放入置換筒中進(jìn)行置換，讀取氣體體積數(shù)，記下此時(shí)保溫筒水溫和大氣壓力。此步關(guān)鍵為用量氣管內(nèi)的水洗滌管壁時(shí)，防止皮塞松動(dòng)使空氣進(jìn)入；在管內(nèi)凹液面與外液面同高時(shí)，迅速讀出氣體體積。

2 結(jié)果與討論

2.1 試驗(yàn)中常見問題處理方法

2.1.1 提取中乙醚蒸干問題處理

試樣的提取通過濾紙筒進(jìn)行間接提取，燒杯內(nèi)的乙醚往往會(huì)被蒸干。出現(xiàn)這種情況的原因和處理方法：①套管、冷凝器和燒杯連接處未能密封好。處理方法為采用膠頭滴管在各連接處進(jìn)行水封，觀察蒸餾水是否流入儀器內(nèi)，如果流入則說明儀器漏氣。②冷凝器未發(fā)揮冷凝的作用。處理方法為觀察冷凝器是否良好，冷凝水是否一直流動(dòng)。③水浴鍋內(nèi)加熱管變形，局部凸起和燒瓶直接接觸，使樣品加熱、提取過于激烈。處理方法為避免加熱管與燒瓶直接接觸。

2.1.2 收集一氧化氮?dú)怏w時(shí)常見問題處理

加熱燒瓶后，打開導(dǎo)管夾的時(shí)機(jī)很重要，過早時(shí)氫氧化鈉溶液會(huì)倒吸進(jìn)燒瓶，過晚時(shí)氣體壓力太大，一氧化氮?dú)鈶B(tài)會(huì)逸出量氣管。

處理方法：在導(dǎo)管中加入自動(dòng)單向閥；條件有限，沒有自動(dòng)單向閥時(shí)，加熱燒瓶后，當(dāng)導(dǎo)管鼓大，緩慢打開夾子，觀察導(dǎo)管內(nèi)液面的流向，如果流向燒瓶，迅速關(guān)閉夾子，反之，則打開夾子。打開夾子要緩慢，防止出氣過猛。

2.1.3 常見影響實(shí)驗(yàn)結(jié)果的因素

1）整個(gè)實(shí)驗(yàn)過程對(duì)裝置的氣密性要求非常高，漏氣或進(jìn)氣都會(huì)使實(shí)驗(yàn)結(jié)果偏高或偏低，所以各個(gè)環(huán)節(jié)都要保證裝置良好的氣密性。燒瓶?jī)?nèi)排氣要徹底，并且要防止燒瓶?jī)?nèi)排完氣體后空氣進(jìn)入導(dǎo)管。

2）乙醚提取物中會(huì)混入少量的消化纖維素，在實(shí)驗(yàn)中會(huì)被硫酸亞鐵還原為氧化氮，使實(shí)驗(yàn)測(cè)得的氮的含量有偏差，這無法避免，但提取物中乙醚未排干凈，會(huì)使實(shí)驗(yàn)結(jié)果偏大。

3）在排除燒瓶中氣體后，如吸入導(dǎo)管內(nèi)的氫氧化鈉液柱太短時(shí)，會(huì)使結(jié)果偏高。當(dāng)量氣管中收集的氣體較多時(shí)，由于堿性液柱太短，酸性氣體吸收不完全，會(huì)使結(jié)果偏高。

2.2 方法準(zhǔn)確度

本文采用雙芳-3和60方片兩種不同的標(biāo)準(zhǔn)藥進(jìn)行了硝化甘油質(zhì)量分?jǐn)?shù)測(cè)定試驗(yàn)并進(jìn)行計(jì)算[2]，試驗(yàn)結(jié)果和計(jì)算結(jié)果如表1所示。

表1 量氣法測(cè)雙芳-3和60方片中硝化甘油含量試驗(yàn)數(shù)據(jù)表

通過表1中硝化甘油質(zhì)量分?jǐn)?shù)可知，雙芳-3中硝化甘油的質(zhì)量分?jǐn)?shù)在26%左右，60方片在40%左右，均在正常合理的范圍內(nèi)。

3 結(jié)束語

本文介紹了通過量氣法測(cè)定火藥中硝化甘油質(zhì)量分?jǐn)?shù)的實(shí)驗(yàn)過程，分析了該方法的特點(diǎn)，指出了測(cè)定過程中容易出現(xiàn)地問題，提出了相應(yīng)的解決措施，最后通過實(shí)例驗(yàn)證了該方法的可行性，為測(cè)定火藥中硝化甘油質(zhì)量分?jǐn)?shù)提供了重要參考。