1 引言

高纯物质是标准物质研制中最常用的原料，由国家燃烧热基准测定的一级热量标准物质苯甲酸的热值可溯源到电压、电阻、时间等基本物理量。燃烧热量值的传递与溯源是通过一级热量标准物质苯甲酸的标准值进行的，其燃烧热量值直接用于煤炭贸易结算、火力发电、材料能源等领域中测量仪器的校准。一级热量标准物质苯甲酸的纯度要求大于99．99％，而市售的苯甲酸经过升华结晶法或重结晶等方法提纯后纯度才可达到99．9％，无法满足一级标准物质苯甲酸的纯度要求。为此，采用区域熔融技术进一步提纯加工以获得更高纯度的标准物质原料。

区域熔融是利用熔融-固化过程中杂质在液相和固相中溶解度的差别来去除杂质。该方法主要用于金属、半导体材料、化学原料等物质的提纯。随着科学技术的发展，区域熔融已运用到化工、医药、基准试剂、单晶体生长、光纤原料、共晶复合材料等新兴领域，成为一种应用广泛、普遍有效的重要提纯方法。此外，该技术的另一个重要应用是控制加入一种期望的杂质到主体物质中，这是其他常用的方法所不能做到的。

本文研制了一种基于区域熔融原理的提纯装置，该装置创新性地采用双加热炉同步加热，保证了提纯的质量、产出量和效率。2008年欧亚国家标准实验室联盟(COOMET)组织俄罗斯、中国、乌克兰、罗马尼亚4国进行基于苯甲酸样品的燃烧热国际比对，比对结果表明，采用本文中的装置提纯了苯甲酸的比对样品，测定了该苯甲酸的燃烧热值，取得了较好的国际等效度。

2区域熔融的基本原理

区域熔融的原理为，当熔区通过被提纯物质时，由于杂质在固相和液相中分布系数不同，使得杂质在熔区通过后得以重新分布。在实际操作中，通过对管状可熔物料局部加热，使其产生区域熔融，并且随着加热区匀速地连续循环移动，使物料中的杂质不断地向两端扩散，便可得到高纯度的原料，达到高度提纯的目的。在区域熔融提纯中，由于杂质的存在使主体物质的熔点降低，当主体物质的液相和固相在平衡态共存时，杂质在液相和固相中浓度有所不同。杂质的分布程度由有效分布系数k决定，k可表示为L一一k0+(1一k0)e。ko=CS式中，k为有效分布系数；Ii}。为平衡分布系数为固体生长速率；为扩散层厚度；D为杂质在液体中的扩散常数；C为杂质在固相中的浓度；C为杂质在液相中的浓度。当k<1时，杂质富集在熔融区，随着熔区的移动，最后被富集到样品的末端；当k>1时，杂质富集在凝固区，随着熔区的移动，最后被富集到样品的起始端。

3实验部分

3．1仪器

装置基于上述原理，为了在有效时间内提高纯度并增加提纯样品量，本文优化了设计参数，包括熔区长度、2个熔区之间的间距、熔区通过的次数、加热器移动速率等，研制了提纯一级热量标准物质苯甲酸的装置，其结构原理图见图1。该装置主要分为4个部分：样品容器，角度调节器，温控系统，传动系统。样品容器为长圆柱形样品管，该样品管材料选择耐酸硬质玻璃，由于玻璃化学性质稳定，传热快，热损失较小，有利于熔区产生。样品管的内径为q,2．3cm，长度为63cm。角度调节器用于调节样品管倾斜度，增加样品的横截面积，减小内部张力，防止样品管炸裂。