高頻紅外碳硫儀-郝輝課件

高頻紅外碳硫分析儀()2013.04.11高頻紅外碳硫分析儀（CS-903）主要內(nèi)容1.高頻紅外碳硫儀概述及工作原理2.儀器技術(shù)參數(shù)及組成3.儀器的使用4.日常維護5.實例分析-地礦樣品中碳硫的快速測定一、高頻紅外碳硫儀基本原理CS-903系列高頻紅外碳硫分析儀，由自動恒壓供氧裝置﹑高頻感應(yīng)爐﹑紅外檢測器﹑電子天平及打印機等組成。是一臺能夠分析快速且分析結(jié)果準確，可靠，實用的全自動紅外碳硫分析儀。其分析過程為，通過高頻感應(yīng)將樣品在高頻爐中燃燒，它含有的碳硫元素被轉(zhuǎn)換成二氧化碳和二氧化硫，以氧氣為載體導(dǎo)入紅外檢測器，由紅外探測器產(chǎn)生電信號經(jīng)放大后送單片機進行數(shù)據(jù)處理，最后顯示分析結(jié)果并由打印機打印出碳硫（%）結(jié)果。樣品的燃燒樣品的燃燒是檢測分析中首先要解決的重要問題。如果樣品燒不好，就不會有正確的分析結(jié)果，這一點是非常重要的。與儀器相配套的是高頻感應(yīng)爐，簡稱高頻爐。它采用經(jīng)典的“三點式”電容反饋震蕩電路。電路簡潔，易起振，震蕩穩(wěn)定。振蕩頻率為18MHz，感應(yīng)加熱速度快，1g樣品在3-5s內(nèi)即可全部熔化。高頻爐熱量的來源與管式爐一樣，它是由電能轉(zhuǎn)化為熱能，但加熱原理不同，高頻爐是通過電子管振蕩電路產(chǎn)生高頻電磁場，對樣品進行感應(yīng)，產(chǎn)生渦電流，從而產(chǎn)生焦耳熱，是樣品迅速升溫熔化，所以稱為高頻感應(yīng)爐，它較管式爐省電省時，同時也免除了管式爐長時間高溫輻射之苦。高頻爐對管式爐難于燃燒的特殊樣品，如不銹鋼，高鉻鋼，高溫合金，中間合金，純金屬，礦石，爐渣，燒結(jié)礦，石墨以及非金屬氧化物等，均有較好的燃燒效果。助熔劑的選用在硫碳分析中，助熔劑是必不可少的，加入一定量的助熔劑，一方面可降低樣品的熔點，使樣品易于燃燒，另一方面，助熔劑在燃燒過程中，有氧化放熱作用，有助于樣品燃燒溫度的提高。鎢粒及金屬合金（如WSn,W,Fe,Sn合用等）是高頻爐常用的助熔劑，鎢粒有較好的透氣性和較高的熱值，燃燒時不飛濺，具有降低碳硫釋放速度，穩(wěn)定碳硫分析結(jié)果的作用，燃燒后生成酸性三氧化鎢，對消除硫的吸附有較好的效果，使用中需注意碳硫空白值，尤其在分析低碳硫樣品時。工業(yè)純鐵也是一種很好的助熔劑，它在生鐵、鐵合金、不銹鋼、耐熱合金以及其他特種材料的分析中有廣泛的應(yīng)用。三氧化鉬對消除硫的吸附比三氧化鎢有更好的效果，對于高鉻鋼、高錳鋼的分析，加入適量的三氧化鉬（0.05-0.1g）,能獲得理想的硫分析結(jié)果。錫粒也可用于高頻爐中，但加入量不宜過多（通常為0.3g以下，且需與三氧化鉬同時加入）。加入量過多產(chǎn)生的粉塵也多，這是對硫的檢測分析是不利的。氧氣的凈化氧氣的凈化對碳硫分析是十分重要的。氧氣中通常含有水分和二氧化碳及少量碳氫化合物等雜質(zhì)，對樣品燃燒和碳硫檢測都將產(chǎn)生不利影響，需要加以清除。對于紅外檢測來說，水分對硫的檢測影響則更大，除了通常吸附影響外，還由于水蒸氣對紅外線的吸收峰與二氧化硫的吸收峰十分靠近，而嚴重干擾硫的測定。所以氧氣的干燥對紅外檢測比其他檢測方法有更高的要求。消除氧氣中的水分要采用高效變色干燥劑，二氧化碳要采用堿石棉吸收，對于超低碳硫的分析，氧氣則需采用超純氧氣凈化裝置加以凈化。紅外檢測紅外檢測器是一個非常精密的氣體分析裝置，有紅外光源、調(diào)制器、濾光片、測量池、探測器及相關(guān)電路組成。當(dāng)樣品未經(jīng)燃燒時，只有氧氣通過測量池，氧氣對該特定波長（4.26um、7.35um）的紅外光不產(chǎn)生吸收，探測器接收的從紅外光源發(fā)出的紅外光線的能量最大。當(dāng)試樣開始燃燒后生成的CO2與SO2隨氧氣進入測量池，對紅外光進行吸收，探測器接收到的紅外光能量隨CO2與SO2濃度的增加而成指數(shù)衰減。以標準樣品通過測量池時，探測器接收到的能量為參比，經(jīng)計算機數(shù)據(jù)處理后即可得到樣品中碳硫的百分比含量。軟件特點：1、系統(tǒng)最多可存儲10個碳通道、10個硫通道2、獨有的溫度、壓力、流量和峰寬補償，系統(tǒng)穩(wěn)定可靠。其他：1、配備高精度千分位天平，系統(tǒng)可自動辨識德國塞多利斯、上海天平、瑞士梅特勒和美國奧豪斯天平；2、分析結(jié)果可外送微型打印機打印。坩堝的影響

坩堝的空白一直是碳硫分析人員關(guān)注的熱點。未經(jīng)處理的坩堝空白從10-100μg/g不等。預(yù)處理過程中，條件設(shè)置得當(dāng)，坩堝空白可降至1g/g以下。實驗證明,預(yù)處理時間長短和溫度高低對獲得坩堝穩(wěn)定的低空白值至關(guān)重要。因此,經(jīng)試驗確定,坩堝使用前一定要進行預(yù)處理,并控制合適的烘燒溫度和時間一般要在馬弗爐中1100下烘燒4h從而最大程度降低坩堝空白對分析結(jié)果的影響。灰塵的影響

分析過程中灰塵的積累所造成的吸附也是影響分析結(jié)果穩(wěn)定性的重要因素，該影響在分析低含量樣品時尤為明顯。實驗結(jié)果表明，隨著分析次數(shù)的增加，灰塵引起的偏差越來越大，而徹底清理掉灰過濾器中的灰塵后多次分析結(jié)果與第一次分析結(jié)果一致。因此分析過程中，灰塵過濾器中的灰塵積累應(yīng)及時處理。稱樣量的影響

樣品稱重不同，其所含的c、s的絕對質(zhì)量就存在差別，導(dǎo)致分析結(jié)果落在儀器校正曲線上區(qū)域的不同，從而造成分析結(jié)果的波動，尤其在分析儀器的上、下限附近時這種影響表現(xiàn)更為突出。另外，樣品稱重不同直接影響高頻感應(yīng)燃燒情況。碳硫儀的燃燒溫度、狀態(tài)不僅與高頻爐本身設(shè)計的功率有關(guān)，而且感應(yīng)區(qū)內(nèi)導(dǎo)磁物質(zhì)的多少有關(guān)。燃燒溫度不是持續(xù)恒定的，隨著物質(zhì)的熔化燃燒，感應(yīng)量逐漸減少。例如，當(dāng)分析某些難熔物質(zhì)時，加入的助熔劑重量恒定，產(chǎn)生的熱量恒定，此時過多的樣品將會導(dǎo)致樣品燃燒不完全，樣品中的碳硫釋放不完全。溫度的影響

溫度對分析結(jié)果穩(wěn)定性的影響主要體現(xiàn)在3個方面：首先，對粉塵過濾器的溫度影響。在第2個因素中粉塵對分析氣的吸附效果，相同的灰塵量溫度越高，氣體的吸附量越少；其次，氣體分析的基礎(chǔ)離不開氣體狀態(tài)方程，紅外分析系統(tǒng)恒溫控制的溫度不同，會造成分析氣體體積的變化，從而一定量的分析氣體在不同溫度下通過固定長度紅外池的時間不同；另外，紅外分析系統(tǒng)恒溫控制溫度的不同，會造成紅外光源的發(fā)射光強的波動，以及熱釋電檢測器的輸出的差異，從而影響了分析結(jié)果的穩(wěn)定性。使用注意事項(1)高頻紅外碳硫分析儀在使用前一定要預(yù)熱1.5~2h，使儀器達到穩(wěn)定的工作電流電壓。(2)在正式分析樣品前，要先分析幾個樣品使儀器的各個條件穩(wěn)定后在分析樣品，得到的結(jié)果更穩(wěn)定可靠。(3)動力氧氣的壓力不能太高，要保持在0.1kPa以下，若壓力太高，紅外碳硫分析儀的氣路就會爆裂。(4)測定樣品時，要先分析幾個標樣，通過對標樣的校準，使試樣的分析結(jié)果更穩(wěn)定。(5)紅外碳硫分析儀外的干燥劑變色要及時更換，否則，儀器內(nèi)水分多，會影響儀器的使用。二、儀器技術(shù)參數(shù)及組成技術(shù)要求1、工作環(huán)境：室內(nèi)溫度10-30℃相對濕度小于75%2、電源：要求接地良好電壓AC220V±5%頻率50Hz±2%3、氧氣：純度≥99.5%輸入壓力0.18MPa±5%載氧壓力0.08MPa±2%4、動力氣：氧氣輸入壓力0.18MPa±5%5、氣體流量：頂吹氧流量1.0-2.0L/min分析氣流量3.0-4.0L/min6、干燥劑：高效變色干燥劑高頻紅外硫碳儀的組成CS-903系列高頻紅外碳硫分析儀，由自動恒壓供氧、高頻感應(yīng)爐、紅外分析儀及電子天平四部分組成。分析前準備1.開機預(yù)熱2.供氧壓力的調(diào)整3.自檢4.儀器的校準5.標準樣品的選用操作步驟1.稱樣2.加助熔劑3.置樣4.分析5.取坩堝四、日常維護5.分析過程中要注意清灰。根據(jù)分析的樣量及樣品類型及時地用銅刷清潔坩堝拖和托盤。6.清潔灰塵陷阱，擰開灰塵陷阱上部黑色按鈕，取下灰塵陷阱，用塑料白刷旋轉(zhuǎn)著除去濾網(wǎng)的灰塵。每星期應(yīng)該更換濾筒一次，更換下來的濾筒先用塑料白刷清灰，再用超聲波徹底清洗。7.分析兩個月后，需更換爐頭部分的石英燃燒管，將更換下來的石英燃燒管進行清潔。

五、高頻燃燒紅外碳硫儀用于地礦樣品中

碳硫的快速測定一、實驗部分1.儀器和主要試劑CS-903型高頻紅外碳硫分析儀陶瓷坩堝(低碳硫)鎢粒(w(c)<0.001%w(s)<0.005%)錫粒(w(c)<0.001%w(s)<0.002%)純鐵屑(w(c)<0.001%w(s)<0.001%,粒度<1.25mm)氧氣(純度不小于99.5%)干燥劑:高效變色干燥劑級和

堿石棉土壤成分標準物質(zhì)：GBW07401-GBW07408，GBW07423-GBW07430二、實驗方法

1.樣品處理土壤成分標準物質(zhì)為粉末狀（粒徑<74um)，容易吸水，會干擾硫的測定，應(yīng)將樣品在150℃烘箱中干燥1h，然后放入干燥器中備用。2.分析方法開機預(yù)熱并檢漏后，將坩堝置于電子天平上，清零，取約0.4g純鐵助熔劑于坩堝內(nèi)，清零，再準確稱取0.0500g的校正標準樣品于坩堝中,樣品的質(zhì)量自動輸入計算機。取下坩堝，在標準樣品表面覆蓋一小勺約1.7g鎢粒。操作CS-903型高頻感應(yīng)燃燒爐分析樣品。稱樣量的選擇圖1稱樣量對總碳測定的影響

圖2稱樣量對總硫測定的影響2、助熔劑的選擇及加入量助熔劑的選擇關(guān)系到土壤樣品在燃燒過程中是否能完全釋放出碳和硫。種類加入次序及添加量助熔劑的種類1.純鐵屑：高電磁感應(yīng)性金屬，通過高頻感應(yīng)產(chǎn)生較大的渦電流和較多的焦耳熱，提高爐溫，使樣品完全燃燒。2.鎢粒：高熔點金屬，也能感應(yīng)產(chǎn)生渦電流!氧化燃燒放出熱量，可使純鐵氧化燃燒平穩(wěn)，不飛濺。WO3的生成有利于SO2的釋放。3.錫粒：能提高熔渣的流動性，降低熔渣凝固點，有利于碳、硫釋放；缺點是易形成粉塵，影響硫的測定。

一般不建議加入。助熔劑的加入次序及加入量為了減少試劑空白和降低測試成本，操作簡便，經(jīng)試驗確定，依次加入純鐵、樣品、鎢粒的組合比較合理。

鎢粒的主要作用使燃燒溫度提高，保證試樣在高溫下迅速分解。稱樣量在40-60mg時,使用1.7g鎢粒。本實驗在固定鎢粒1.7g的條件下，進行鐵屑加入量試驗。采用土壤標準物質(zhì)GBW07424[w(TC)1.57%±0.16%，w(S)為0.027%±0.0024%],加入次序為純鐵屑、樣品和鎢粒。結(jié)論：1.純鐵屑加入量在:0.3-0.6g,總碳和硫的測定值接近標準值。2.稱樣量為50mg時,選擇助熔劑純鐵屑的加入量為0.4g。3、氧氣流量氧氣流量對測定結(jié)果有影響。流量過大，會使熔樣飛濺；流量過小，會使樣品和助熔劑燃燒不充分，最終都會造成測定結(jié)果偏低。氧氣流量在2L/min時效果較好,氧氣分壓為0.4-0.6MPa。4、方法檢出限采用直接測量法：取經(jīng)過預(yù)處理、灼燒的坩堝按上述分析方法，連續(xù)平行測定樣品12次，按結(jié)果的3倍標準偏（3S）計算檢出限。方法檢出限為總碳0.0014%，硫0.00015%。行業(yè)標準ZD/T0130.5-2006方法檢出限要求為總碳0.1%，硫0.005%，表明方法可以滿足該標準的要求。5、方法準確度和精密度準確度：選擇土壤標準物質(zhì)GBW07402、GBW07403、GBW07408，采用本方法進行總碳和硫的測定，結(jié)果見表3