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(hù)5.實(shí)例分析-地礦樣品中碳硫的快速測(cè)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(dòng)恒壓供氧裝置﹑高頻感應(yīng)爐﹑紅外檢測(cè)器﹑電子天平及打印機(jī)等組成。是一臺(tái)能夠分析快速且分析結(jié)果準(zhǔn)確，可靠，實(shí)用的全自動(dòng)紅外碳硫分析儀。其分析過(guò)程為，通過(guò)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(cè)器，由紅外探測(cè)器產(chǎn)生電信號(hào)經(jīng)放大后送單片機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，最后顯示分析結(jié)果并由打印機(jī)打印出碳硫（%）結(jié)果。樣品的燃燒樣品的燃燒是檢測(cè)分析中首先要解決的重要問(wèn)題。如果樣品燒不好，就不會(huì)有正確的分析結(jié)果，這一點(diǎn)是非常重要的。與儀器相配套的是高頻感應(yīng)爐，簡(jiǎn)稱高頻爐。它采用經(jīng)典的“三點(diǎn)式”電容反饋震蕩電路。電路簡(jiǎn)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(lái)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(guò)電子管振蕩電路產(chǎn)生高頻電磁場(chǎng)，對(duì)樣品進(jìn)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(shí)，同時(shí)也免除了管式爐長(zhǎng)時(shí)間高溫輻射之苦。高頻爐對(duì)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(diǎn)，使樣品易于燃燒，另一方面，助熔劑在燃燒過(guò)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(shí)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(duì)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(shí)。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(duì)消除硫的吸附比三氧化鎢有更好的效果，對(duì)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(guò)多（通常為0.3g以下，且需與三氧化鉬同時(shí)加入）。加入量過(guò)多產(chǎn)生的粉塵也多，這是對(duì)硫的檢測(cè)分析是不利的。氧氣的凈化氧氣的凈化對(duì)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?xì)浠衔锏入s質(zhì)，對(duì)樣品燃燒和碳硫檢測(cè)都將產(chǎn)生不利影響，需要加以清除。對(duì)于紅外檢測(cè)來(lái)說(shuō)，水分對(duì)硫的檢測(cè)影響則更大，除了通常吸附影響外，還由于水蒸氣對(duì)紅外線的吸收峰與二氧化硫的吸收峰十分靠近，而嚴(yán)重干擾硫的測(cè)定。所以氧氣的干燥對(duì)紅外檢測(cè)比其他檢測(cè)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(duì)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(cè)紅外檢測(cè)器是一個(gè)非常精密的氣體分析裝置，有紅外光源、調(diào)制器、濾光片、測(cè)量池、探測(cè)器及相關(guān)電路組成。當(dāng)樣品未經(jīng)燃燒時(shí)，只有氧氣通過(guò)測(cè)量池，氧氣對(duì)該特定波長(zhǎng)（4.26um、7.35um）的紅外光不產(chǎn)生吸收，探測(cè)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(kāi)始燃燒后生成的CO2與SO2隨氧氣進(jìn)入測(cè)量池，對(duì)紅外光進(jìn)行吸收，探測(cè)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(biāo)準(zhǔn)樣品通過(guò)測(cè)量池時(shí)，探測(cè)器接收到的能量為參比，經(jīng)計(jì)算機(jī)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(diǎn)：1、系統(tǒng)最多可存儲(chǔ)10個(gè)碳通道、10個(gè)硫通道2、獨(dú)有的溫度、壓力、流量和峰寬補(bǔ)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(dòng)辨識(shí)德國(guó)塞多利斯、上海天平、瑞士梅特勒和美國(guó)奧豪斯天平；2、分析結(jié)果可外送微型打印機(jī)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(diǎn)。未經(jīng)處理的坩堝空白從10-100μg/g不等。預(yù)處理過(guò)程中，條件設(shè)置得當(dāng)，坩堝空白可降至1g/g以下。實(shí)驗(yàn)證明,預(yù)處理時(shí)間長(zhǎng)短和溫度高低對(duì)獲得坩堝穩(wěn)定的低空白值至關(guān)重要。因此,經(jīng)試驗(yàn)確定,坩堝使用前一定要進(jìn)行預(yù)處理,并控制合適的烘燒溫度和時(shí)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(duì)分析結(jié)果的影響?；覊m的影響

分析過(guò)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(shí)尤為明顯。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，隨著分析次數(shù)的增加，灰塵引起的偏差越來(lái)越大，而徹底清理掉灰過(guò)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(guò)程中，灰塵過(guò)濾器中的灰塵積累應(yīng)及時(shí)處理。稱樣量的影響

樣品稱重不同，其所含的c、s的絕對(duì)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(dòng)，尤其在分析儀器的上、下限附近時(shí)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(jì)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(shí)，加入的助熔劑重量恒定，產(chǎn)生的熱量恒定，此時(shí)過(guò)多的樣品將會(huì)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(duì)分析結(jié)果穩(wěn)定性的影響主要體現(xiàn)在3個(gè)方面：首先，對(duì)粉塵過(guò)濾器的溫度影響。在第2個(gè)因素中粉塵對(duì)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(kāi)氣體狀態(tài)方程，紅外分析系統(tǒng)恒溫控制的溫度不同，會(huì)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(guò)固定長(zhǎng)度紅外池的時(shí)間不同；另外，紅外分析系統(tǒng)恒溫控制溫度的不同，會(huì)造成紅外光源的發(fā)射光強(qiáng)的波動(dòng)，以及熱釋電檢測(cè)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(xiàng)(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(dá)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(gè)樣品使儀器的各個(gè)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(dòng)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(huì)爆裂。(4)測(cè)定樣品時(shí)，要先分析幾個(gè)標(biāo)樣，通過(guò)對(duì)標(biāo)樣的校準(zhǔn)，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(shí)更換，否則，儀器內(nèi)水分多，會(huì)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(duì)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(dòng)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(dòng)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(zhǔn)備1.開(kāi)機(jī)預(yù)熱2.供氧壓力的調(diào)整3.自檢4.儀器的校準(zhǔn)5.標(biāo)準(zhǔn)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(hù)5.分析過(guò)程中要注意清灰。根據(jù)分析的樣量及樣品類型及時(shí)地用銅刷清潔坩堝拖和托盤。6.清潔灰塵陷阱，擰開(kāi)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(lái)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(gè)月后，需更換爐頭部分的石英燃燒管，將更換下來(lái)的石英燃燒管進(jìn)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(cè)定一、實(shí)驗(yàn)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(jí)和

堿石棉土壤成分標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)：GBW07401-GBW07408，GBW07423-GBW07430二、實(shí)驗(yàn)方法

1.樣品處理土壤成分標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)為粉末狀（粒徑<74um)，容易吸水，會(huì)干擾硫的測(cè)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(kāi)機(jī)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(zhǔn)確稱取0.0500g的校正標(biāo)準(zhǔn)樣品于坩堝中,樣品的質(zhì)量自動(dòng)輸入計(jì)算機(jī)。取下坩堝，在標(biāo)準(zhǔn)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(duì)總碳測(cè)定的影響

圖2稱樣量對(duì)總硫測(cè)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(guò)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(guò)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(diǎn)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(dòng)性，降低熔渣凝固點(diǎn)，有利于碳、硫釋放；缺點(diǎn)是易形成粉塵，影響硫的測(cè)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(cè)試成本，操作簡(jiǎn)便，經(jīng)試驗(yàn)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(shí),使用1.7g鎢粒。本實(shí)驗(yàn)在固定鎢粒1.7g的條件下，進(jìn)行鐵屑加入量試驗(yàn)。采用土壤標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)GBW07424[w(TC)1.57%±0.16%，w(S)為0.027%±0.0024%],加入次序?yàn)榧冭F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(cè)定值接近標(biāo)準(zhǔn)值。2.稱樣量為50mg時(shí),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(duì)測(cè)定結(jié)果有影響。流量過(guò)大，會(huì)使熔樣飛濺；流量過(guò)小，會(huì)使樣品和助熔劑燃燒不充分，最終都會(huì)造成測(cè)定結(jié)果偏低。氧氣流量在2L/min時(shí)效果較好,氧氣分壓為0.4-0.6MPa。4、方法檢出限采用直接測(cè)量法：取經(jīng)過(guò)預(yù)處理、灼燒的坩堝按上述分析方法，連續(xù)平行測(cè)定樣品12次，按結(jié)果的3倍標(biāo)準(zhǔn)偏（3S）計(jì)算檢出限。方法檢出限為總碳0.0014%，硫0.00015%。行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)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(biāo)準(zhǔn)的要求。5、方法準(zhǔn)確度和精密度準(zhǔn)確度：選擇土壤標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)GBW07402、GBW07403、GBW07408，采用本方法進(jìn)行總碳和硫的測(cè)定，結(jié)果見(jiàn)表3