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高频红外碳硫分析仪测定S的影响因素研究
刘红 本网站 2021-08-03 637

目前,地矿实验室测定地质矿样中硫含量的方法主要有燃烧碘量法、燃烧中和法和硫酸钡沉淀法。燃烧法存在管式炉升温慢、装置气密性要求高、导气管易老化、记忆效应强等劣势。硫酸钡重量法虽然测量范围广、精度高,但步骤繁琐、分析速度慢、周期长,不适用于大批量样品生产要求。高频红外碳硫分析仪主要用于金属或金属合金及部分非金属材料中碳硫的测定,所以在诸如钢铁厂等实验室使用的比较广泛,且对硫含量的理论分析范围可达到0.0001%~100%,分析速度快。但高频红外碳硫分析仪用于地矿实验室测定地质样品中的硫含量尚未普及,本文通过实验分析,探究高频红外碳硫分析仪在测定地质样品中硫的影响因素,解决地矿实验室地质矿石样品硫含量范围参差不齐、样品量大、其他分析方法周期长等实际生产问题

高频红外碳硫分析仪工作原理是高频发生器发生高频振荡,使试样产生涡流热效应,在富氧的条件下燃烧,试样中的S和O2结合生成SO2,被载气送入红外检测系统中,气体流经检测室时吸收红外能,其吸收值与SO2浓度的关系符合朗伯比尔定律,被吸收后的红外光强度信号被检测器检出,光信号转化为电信号,经A/D转换,微机显示分析结果。

江西金源有色地质测试有限公司目前拥有两台高频红外碳硫分析仪,日分析量可达500个样品,能够又快又准的为客户提供碳硫检测结果,满足矿石、土壤等类型大批量样品的检测分析。基于金源公司多年的碳硫检测研究和生产经验,将高频红外碳硫分析仪测定S的影响因素总结归纳成人、机、法、环、料五个方面。

一、

检测人员对仪器工作原理和操作的熟练程度以及工作态度端正与否影响测定结果的准确性,上岗检测人员须做到掌握仪器原理及操作规程,端正工作态度。

二、机:指电子天平、碳硫分析仪

电子天平的可读性及误差是影响分析结果的一个因素。天平误差对于低含量硫的样品影响较小,但对于高含量硫样品,影响会很大,因此需做到定期校正天平,在测定时一定要保证天平的稳定性,待读数稳定后进行称量。

碳硫分析仪对于硫分析结果的准确性及稳定性至关重要,其对测定结果的影响主要有以下四个方面:

1、气密性:管路的气密性直接影响测定的准确性及稳定性,任何漏气现象都将导致测定的失败,因此在测定之前一定要通过红外软件进行检漏,确保管路气密性良好。

2、炉膛清扫:粉尘的增多一方面会影响气路的通畅性,另一方面粉尘颗粒具有吸附作用,对SO2产生吸附,会造成记忆效应而影响测定。样品和助熔剂燃烧后产生大量的粉尘,并不断聚集在过滤网上,聚集过多粉尘将堵塞过滤网。

3、管路干燥:水对二氧化硫的吸附很强,管路潮湿将导致燃烧样品产生的SO2吸附在管路上,造成测定时释放曲线严重拖尾,同时记忆效应明显增强,导致前后样品测定时相互干扰严重。除了通常的吸附影响外,水蒸气对红外同样产生吸收,且吸收峰靠近硫的吸收峰,因而严重干扰硫的测定。

三、法:法涉及到原理性的因素,高频红外碳硫仪测定时涉及检测器饱和的问题。

1、仪器饱和性:红外碳硫仪以朗伯比尔定律为工作原理,朗伯比尔定律是一个有限定律,它只适合于一定范围浓度的测定物,浓度过高将造成分析结果的偏离。


式中:

A——吸光度(absorbance);

c——样品浓度;

d——光程,即盛放溶液的液槽的透光厚度;

k——光被吸收的比例系数;

T——透射比,即透射光强度与入射光强度之比。

高频红外碳硫分析仪测定硫时分为两个分析通道:低硫通道和高硫通道,二者的区别在于朗伯比尔定律中光程d的不同,低硫池中d更长,可以使低含量硫样品燃烧后释放的信号更强,测定结果更准确可靠;高硫池中d更短,可以使高含量硫样品燃烧后释放的信号不至于过强而引起饱和现象。所以低硫池测定更稳定更准确,但不适合高硫样品的测定;高硫池适合高硫样品的测定,但稳定性没有低硫池好,因为d更短的原因,任何波动都可能造成信号的不稳定。基于此,针对高频红外碳硫分析仪饱和性做以下研究分析。

⑴ 低硫池饱和性

在仪器未饱和的状态下,称样量的大小不影响测定的结果,当仪器处于饱和状态下,随着称样量的增加,其测定值也降低,测定结果偏低。因此,实验当中,应确保标准物质的称样量和分析样品的称样量基本保持一致,以消除空白值因称样量不同而带来的误差。

⑵ 高硫池饱和性

高硫池同样存在低硫池中达到饱和的情况。在达到仪器饱和状态下,随着称样量的增加,其结果分析值会越来越低,金源公司针对饱和性能的问题,通过改变称样量来进行验证。

2、称样量的影响

称样量的多少需要考虑仪器饱和性和天平误差的影响。若称样量过大,天平误差对实验结果的影响将减小,但可能导致仪器测定处于饱和状态使结果偏低;若称样量过小,仪器的饱和性可以忽略,但天平误差对结果的影响将凸显出来。

3、单点校正和多点校正

单点校正适用于未知样品硫含量与标准物质硫含量相接近的情况。多点校正则使用多个不同硫含量的标准物质来校正曲线,多点校正兼顾稍高和稍低一段范围内硫含量的样品,更适合实际中未知样品的分析,同时标准物质的性质因与未知样品的性质类似,以消除基体不同所带来的影响。

4、助熔剂的选择

助熔剂主要选用钨粒、纯铁助熔剂、锡粒。钨的熔点较高且易氧化,在氧化的过程中能释放大量的热能,三氧化钨的生成增大了硫的扩散速度使其充分氧化,有利于硫的测定。铁在燃烧过程中释放大量的热量有利于提高炉温,使试样完全燃烧,锡能提高试样导磁性。对于一般样品,一定比例纯铁、钨粒二元混合物作为助熔剂即可将使样品燃烧完全,确保实验的准确稳定。

四、环

环境对分析仪器的影响不可忽略,温度和湿度是环境中对碳硫分析仪的主要影响因素。温度对红外光线的吸收影响很大,所以高频红外碳硫分析仪的检测池具有恒温装置,以减小环境对实验结果的影响,同时精密电子天平对温度要求较高,温度的变化将导致天平的误差,因此碳硫分析仪实验室内需安装空调尽量减小温度对实验的影响。

五、料:即物料,包括样品、坩埚、助熔剂等

样品和坩埚的影响主要在吸湿后,测定燃烧时将水分带入管路,使释放的信号严重拖尾,记忆效应增强。实验过程中出现过未经烘干的样品直接上机测定后,释放信号严重拖尾的现象。助熔剂的主要影响是带人空白值,在实验中助溶剂的S含量要求小于0.0005%。

综上,本文从人、机、法、环、料五个方面讨论了红外碳硫仪测定地质样品中硫的影响因素,结合鱼骨要因分析图,将所有影响测定结果准确性和稳定性的因素综合总结如图所示,实验过程中如果能充分规避以上不利因素的影响,相对于燃烧碘量法、燃烧中和法以及重量法分析测定硫含量,高频红外碳硫仪可以简单、快速、准确地测定地质样品中硫含量。



高频红外碳硫仪测定硫的鱼骨要因分析图

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