龙格氮量计法测定火药中硝化棉含氮量

徐永士，张 彬，魏 晗



龙格氮量计法测定火药中硝化棉含氮量

徐永士，张 彬，魏 晗

（中国人民解放军63981部队， 湖北 武汉 430311）

火药能量的大小与硝化棉含氮量的高低有着直接关系。硝化棉是火药中的主要能量来源之一。由于火药在贮存过程中的不断分解，使硝化棉含氮量逐渐减少，能量下降，机械强度降低和弹道性能变坏，用龙格氮量计法测定库存火药中硝化棉的含氮量具有重要意义。

龙格氮量计；硝化棉；含氮量

硝化棉是火药中的主要能量来源之一。含氮量是硝化棉分子中氮原子的质量分数。在含硝化棉火药中，由于不稳定基的存在，常温下就能分解，表现出比较差的化学安定性，而且含氮量越高，化学安定性越差［1］。

单、双基火药，尤其是单基药，其能量的大小与硝化棉含氮量的高低有着直接关系。含氮量越高，其爆热、爆温和火药力越高，因而能量也就越大［2］。由于火药在贮存过程中的不断分解，使硝化棉含氮量逐渐减少，能量下降，机械强度降低和弹道性能变坏［3］，因此，测定库存火药中硝化棉的含氮量具有重要意义。测量火药硝化棉含氮量常用的方法有多种，但干涉仪法的标准曲线只有龙格氮量计法才能得到，而且不同含氮量的硝化棉要作出不同的标准曲线，因此本文重点阐述龙格氮量计法［4］。

1 试验原理

龙格氮量计法由五支不同用途的玻璃组成，如图1所示，因此习惯上又把它叫做五管氮量计法。仪器各部分用途如下：

水平管1：调整反应管2的压力。

反应管2：硝化棉溶解于硫酸后，生成的硝酸再用汞还原为氧化氮气体。

测量管3：具有100 mL或130 mL刻度，用以测量反应管中生成气体的体积。

标准管4：具有和测量管相同刻度，内装干燥空气，用于调节测量管内的气体达到相当于标准状况下的体积。

水平管5：调整测量管3和标准管4的压力。

图1 龙格氮量计

硝化棉溶解于浓硫酸中，游离出的硝酸被汞还原，用氮量计测量反应生成的氧化氮气体体积。其反应式为：

RONO2+H2SO4→RHSO4+HNO3

2HNO3+6Hg+ 3H2SO4→3Hg2SO4↓+2NO↑+4H2O

2 仪器及设备

2.1 仪器

（1）五管氮量计；

（2）铝盒；

（3）烧杯：容积150 mL；

（4）称量瓶：直径20～30 mm、高40～45 mm；

（5）分液漏斗或移液管；

（6）烘箱；

（7）干燥器；

（8）水银洗涤器；

（9）温度计：0～50 ℃、分度值0.1 ℃；

（10）气压表；

（11）水平尺；

（12）胶管。

2.2 试剂

（1）硫酸：GB 625-89，分析纯，质量分数为97％～98％；

（2）硝酸钾：GB 647-93，基准试剂；

（3）汞：HG 3-1072-77，化学纯或分析纯。

3 试样准备

3.1 硝化棉试样

离心机或用手压驱水后，在(110±2)℃烘1h或95～100 ℃烘6 h，冷却备用。

3.2 不含樟脑单基药试样

用带盖烧杯（带玻璃棒）称取约2 g试样，加入50 mL丙酮，盖上毛玻璃盖，在常温或40 ℃下溶解，并经常用玻璃棒搅拌，直至试样被溶解成均匀的溶液为止。烧杯冷却后，于搅拌的同时用滴定管往烧杯中滴入50 mL体积比（乙醇：水）=2：1溶液，开始时要逐滴缓缓加入，在每加入一滴醇水时，应很好搅拌烧杯内溶物，且应在前一滴所产生的白色沉淀搅匀消失后再滴入下一滴，以防沉淀结成块状或片状。当醇水溶液滴入烧杯中不再产生混浊时，滴定管中剩余的乙醇水溶液可快速滴入烧杯，同时应快速搅拌，使硝化纤维素全部析出。然后，将烧杯在40～50 ℃水浴内蒸发，并不断搅拌，直至硝化纤维素全部沉底，当烧杯内容物体积约为40 mL，此时可逐渐将温度升至75～85 ℃直至液体蒸干为止［5］。

在整个蒸发过程中，要经常搅拌烧杯内溶物。蒸干后的内溶物应为疏松粉末状。

将盛有疏松粉末物的烧杯放入95～100 ℃的烘箱内，干燥6～8 h，冷却后按试样提取方法的规定提取，待乙醚挥发后，放入95～100 ℃烘箱中干燥1h，冷却至室温备用。

3.3 含有樟脑之单基药则应按下法进行试样准备

用烧杯（带盖及棒）称约2 g试样，加入60～80 mL体积比（乙醇：乙醚）=1：2.5溶液，盖上毛玻璃盖，在室温或30 ℃下溶解。然后用滴定管往烧杯中滴入20 mL蒸馏水。开始时，需逐滴滴入，并用玻璃棒迅速搅碎所生成之沉淀物，当加入蒸馏水无沉淀物析出时，可以较快地将滴定管中剩余水，注入烧杯内。

将该烧杯在40～50 ℃水浴内蒸发，应不断搅拌，直至硝化纤维素全部沉到烧杯底部，当蒸发至烧杯内容物剩余约40 mL时，升温至75～85 ℃，直至将溶液蒸干。以下干燥与提取手续按第2条试样准备方法进行［6］。

3.4 双基药试样

称取约2 g试样，按试样提取方法提取后，将滤筒内的剩余物移入带盖和玻璃棒的烧杯内。以下按第2条试样准备法溶解、滴定、蒸发、干燥后，冷却至室温备用。

4 试验步骤

4.1 称量

用烘至恒量的称量瓶称取0.4～0.6 g干燥硝化棉试样，精确至0.000 2 g。在(110±2)℃烘箱中干燥30 min，取出置于干燥器内，冷却30 min后称量，其减量差应小于0.005 g。

4.2 溶解

往称量瓶内注入浓硫酸7 mL，盖上瓶盖小心摇动使试样完全溶解（约1～2 h），进行氮量计气密性检查后，将试样溶解无损地倒入漏斗A内，降低水平管1，打开活塞B，小心地将溶液放入反应管2内，注意勿使空气进入。

4.3 反应

用体积分数为76 %～77%硫酸15 mL分3～4次洗涤称量瓶和漏斗A，每次放入反应管2内，将一端封闭的胶管套在导管C上，漏斗A用胶塞好，用力振摇反应管5 min，至反应完全为止。

4.4 调整

再将反应管置于架上静置10～15 min，轻轻摇动反应管使产生的气体自溶液中完全逸出后，将导管C换上厚壁胶管，连接反应管2和测量管3，打开活塞D，让测量管3中的水银充满连接管，并压入漏斗中，关闭活塞B，降低水平管5和提高水平管1，检查各连接处的气密性，打开活塞B使反应管2和测量管3相通，将氧化氮气体压入测量管3内，直到液体充满活塞D，立即关闭活塞D，勿使液体流入测量管内。

4.5 测量

拆下反应管与测量管之间的连接管，让测量管静置10～15 min使测量管内气体温度与室温相平衡，调整测量管3标准管4和水平管5的位置，使标准管4内水银凸面恰好位于同一水平上，读取测量管3内气体体积，精确到0.01 mL，然后将氧化氮气体压出，经稀碱吸收后排出室外。

5 结果计算和表述

硝化棉含氮量有以下两种计算和表示方法。

（1）每克硝化棉产生的氧化氮气体相当于标准状态下的体积按公式-1计算：

23（1）

式中：2— 每克硝化棉试样产生的氧化氮气体相当于标准状态下的体积，mL；

3— 试样分解出的氧化氮气体体积相当于标准状态下体积，mL；

— 试样质量，g。

每份试样平行测定两个结果，允许差不大于0. 8 mL/g，取其平均值，精确至0.1 mL/g。

（2）试样中含氮的质量分数按公式(2)计算：

=(3×0.0 006 256/) ×100% （2）

式中：— 硝化棉中氮的质量分数，%；

3— 试样分解出的氧化氮相当于标准状况下的体积，mL；

0.000 625 6— 在标准状态下1 mL氧化氮气体含氮的质量，g/mL ；

— 试样质量，g。

每份试样平行测定两个结果，允许差不大于0. 05%，取其平均值，精确至小数点后两位。

6 注意事项

（1）室温的变化不能过大，不用的水银应装入密闭容器中。

（2）在操作中要防止酸或水银溅出，倘若溅出要用紫铜片或其他水银收捕器清理或收集。

（3）在装入干燥空气时，应加上标准管的刻度修正值。

（4）调整量气管和标准管读数时要迅速而准确，防止用手直接接触玻璃管，以免因受热而增加体积。

（5）在检查氮量计的实际读数和计算干燥空气数值时，均应准确至0.01 mL，求其差值，在四舍五人后，不得大于0. 1 mL。

（6）废酸应保存在密闭的玻璃容器中。

（7）气压计、温度计、量气管和标准管，每年均需校正一次。

参考文献：

［1］ 任特生．硝胺硝酸酯炸药化学与工艺学[M]. 北京：兵器工业出版社，1994：182-185．

［2］ 刘玉存，王建华，安崇伟．RDX粒度对机械感度的影响[J]. 火炸药学报，2004，27(2)：7-9．

［3］ 吕春绪，刘祖亮，陆明．膨化硝铵炸药[M]. 北京：兵器工业出版社，2001：78-82．

［4］ Cranney D H,Maxfield B T.Emulsion that is compatible with reactive sulfide/pyrite ores:US,5159153A[P].1992-10-27.

［5］ Dick J J.Shock-wave behavior in explosive monocrystals [J]. Journal de Physique IV，1995，5：103-106.

［6］ Meyers M A.A mechanism for dislocation generation in shock-wave deformation [J].Scripta Metallurgica,1978,12(1): 21-26.

Measurement of Nitrogen Content in Nitrocellulose of Gunpowder by Runger’s Method

，，

（Unit 63981 of PLA, HubeiWuhan430311，China）

Energy from the gunpowder has a direct relationship with the nitrogen content of nitrocellulose. Nitrocellulose is one of the main sources of energy in the powder. With the continuous decomposition of gunpowder in the process of storage, the nitrogen content of nitrocellulose reduces gradually, the energy declines, the mechanical strength reduces, and the ballistic performance deteriorates. So it is very important to measure nitrogen content in nitrocellulose of gunpowder by Runger’s method.

Runger’s method; nitrocellulose; nitrogen content

O 657

A

1671-0460（2016）09-2273-03

2016-08-18

徐永士（1989-），男，河南省周口市人，工程师。