روش آنالیز عنصری با استفاده از دستگاه اندازه گیری کربن و گوگرد، یکی از مهمترین روشهایی است که برای این منظور استفاده میشود. مهمترین مزایای این روش، دقت بالا در حداقل زمان ممکن، مقرون به صرفه بودن و تطابق کامل این روش با مراکز تحقیقاتی و صنعتی مختلف است.
به طورکلی، به منظور شناسایی و کنترل کیفیت مواد گوناگون، ارزیابی ترکیب شیمیایی مواد و به ویژه شناسایی عناصر سبکی چون کربن و گوگرد از اهمیت ویژهای برخوردار است.
در روش آنالیز عنصری با استفاده از دستگاه اندازه گیری کربن و گوگرد، نمونه در یک کوره کاملا ذوب شده و با اندازه گیری گازهای متصاعد شده از نمونه، میزان عناصر کربن و گوگرد با دقت بالا به دست میآید. این مقاله تلاشی است برای آشنایی کامل با روش آنالیز عنصری با استفاده از دستگاه اندازه گیری کربن و گوگرد و کاربردهای آن. در این مقاله، به تعدادی از خطاهای ایجاد شده در این روش و همچنین چند مثال از نمونه های اندازه گیری شده با این روش پرداخته میشود.
دستگاه آنالیز عنصری
دستگاه آنالیز عنصری کربن و گوگرد تنها وسیله ای است که میتواند میزان عناصر کربن و گوگرد را هم در مواد معدنی و هم در مواد غیرمعدنی و آلی، به تنهایی و با دقت بسیار بالا ارائه دهد. برای این منظور، معمولا دستگاه فوق با دو کوره القایی و مقاومتی تجهیز شده است که شناسایی عناصر کربن و گوگرد را در طیف گسترده ای از مواد شامل انواع آلیاژهای فلزی، سرامیکها، انواع خاک و خاکستر، انواع پلیمرها و غیره امکان پذیر میسازد. این روش به خصوص برای اندازه گیری مقادیر بسیار پایین کربن و گوگرد تا هزارم درصد وزنی با دقت بسیار بالا مناسب است.
روش اصلی شناسایی در این دستگاه، استفاده از سلولهای جذب مادون قرمز غیرپراکنشی (NDIR) است که گازهای CO₂ و SO₂ حاصل از احتراق نمونه را با دقت بسیار بالا اندازهگیری میکند.
اصول عملکرد دستگاه آنالیز کربن و گوگرد
در این روش، نمونه آنالیز در یک بوته سرامیکی همراه با مواد فلاکس (مانند تنگستن، آهن یا قلع) در کوره قرار میگیرد. فلاکس باعث کاهش دمای ذوب و افزایش رهاسازی گازها میشود. این نمونه آنالیز در اتمسفر اکسیژن خالص ذوب شده و عناصر کربن و گوگرد به ترتیب به گازهای دیاکسید کربن (CO₂) و دیاکسید گوگرد (SO₂) تبدیل میشوند. این گازها توسط جریان اکسیژن به سمت سلولهای مادون قرمز هدایت شده و غلظت هر کدام بر اساس میزان جذب نور در طول موج خاص خود محاسبه میگردد. کل این فرآیند در دستگاه آنالیز کربن و گوگرد معمولاً کمتر از ۶۰ ثانیه طول میکشد.
مزایای دستگاه آنالیز عنصری
مهمترین مزایای روش آنالیز عنصری با استفاده از دستگاه اندازه گیری کربن و گوگرد، شامل موارد زیر است:
- توانایی آنالیز طیف وسیعی از مواد، شامل انواع گوناگون مواد معدنی و غیرمعدنی
- امکان کالیبره شدن هم زمان و یا انفرادی عناصر کربن و گوگرد
- امکان شناسایی عناصر کربن و گوگرد در کوتاه ترین زمان ممکن با دقت بسیار بالا
- توانایی ذوب مواد تا دمای ذوب 2000 درجه سانتیگراد با استفاده از کوره القایی
- تطابق کامل با محیط های مختلف آزمایشگاهی و صنعتی
- امکان آنالیز تعداد زیادی از نمونه ها در کوتاه ترین زمان ممکن
- تعمیر و نگهداری آسان و ارزان
- سهولت در آمادهسازی نمونهها
- مقرون به صرفه بودن
خطاهای رایج در آنالیز کربن و گوگرد و روش جلوگیری از آنها
با وجود دقت بالای آنالیز کربن و گوگرد، برخی خطاهای مرسوم میتوانند نتایج را تحت تأثیر قرار دهند. در جدول زیر مهمترین خطاها و راهکارهای جلوگیری از این مشکلات بیان شده است:
|
نوع خطا |
علت |
راهکار |
|
خطای نمونهبرداری |
ناهمگنی نمونه (مخصوصاً در پودرها و آلیاژهای ناهمگن) |
آسیاب کردن و همگنسازی کامل نمونه |
|
خطای آمادهسازی |
وزن نادرست نمونه یا اکسید شدن سطح آن |
استفاده از ترازوی دقیق و انجام آنالیز بلافاصله پس از آمادهسازی |
|
خطای بوته و فلاکس |
بوته ناخالص یا فلاکس حاوی کربن/گوگرد |
استفاده از بوتههای با خلوص بالا و فلاکس مخصوص آنالیز عنصری |
|
خطای کوره |
دمای ناکافی برای ذوب کامل نمونه |
کالیبره کردن دمای کوره با مواد مرجع |
|
خطای کالیبراسیون |
استفاده از استاندارد با ماتریس متفاوت با نمونه |
انتخاب CRM (مواد مرجع معتبر) با ترکیب مشابه نمونه |
نمونههایی از اندازهگیری دستگاه آنالیز کربن و گوگرد
در ادامه مطلب چند مثال واقعی از نتایج آنالیز با دستگاه CS996 ارائه شده است (مقادیر تقریبی):
|
نوع نمونه |
کربن (% وزنی) |
گوگرد (% وزنی) |
کاربرد |
|
فولاد کمکربن 0.008 |
0.05 |
(St37) |
کنترل کیفیت ورقهای خودرو |
|
چدن خاکستری |
3.2 |
0.02 |
ارزیابی ماشینکاری |
|
سنگ آهک 0.03 |
11.8 |
(CaCO₃) |
صنعت سیمان |
|
خاکستر بادی |
0.5 |
1.2 |
کنترل آلایندگی محیطزیست |
|
پلیاتیلن <0.001 |
85.6 |
(PE) |
صنعت پلیمر و بستهبندی |
این نمونهها نشان میدهد که روش مذکور قادر به اندازهگیری از مقادیر بسیار کم (ppm) تا درصدهای بالاست.
پیوندها:
صفحه اصلی
دستگاه آنالیز گوگرد و کربن CS996
CS996
