淺析高頻紅外碳硫分析儀結果穩定性的因素

影響高頻紅外碳硫分析儀結果穩定性的因素 

   目前，各實驗室中對金屬中碳和硫元素的分析一般都采用高頻紅外碳硫分析儀。高頻紅外碳硫分析儀的廠商繁多，都擁有自主產權的高頻紅外碳硫分析儀，并在各實驗室中得到應用。在這些分析儀器的使用中，經常會遇到同一種樣品、同一臺儀器，由不同操作人員得出的數據會出現差異，甚至有時同一種樣品、同一臺儀器、相同操作人員，不同時間得出的數據也不盡相同。面對這個問題一般首要的懷疑對象是儀器，但往往經過對儀器硬件的檢查，結論是儀器工作正常。本文依據對高頻紅外碳硫儀的原理、操作、分析流程的了解，總結出影響碳硫儀分析結果穩定性的幾個因素。

1．樣品的稱重

    樣品稱重不同，其所含的C、S的質量就存在差別，導致分析結果落在儀器校正曲線上區域的不同，從而造成分析結果的波動，尤其在分析儀器的上、下限附近時這種影響表現更為突出。

    紅外分析方法的理論基礎是朗博-比爾定律，因此校正曲線通常表現為“S"型，如圖1所示，曲線的下端和上端偏離虛線表示的線性范圍。以低含量樣品為例（即曲線的下端），當樣品稱量重量較大時，得到的質量的對應點為Ca；當樣品稱量重量比較小時，得到的質量的對應點為Cb，由圖中指示可見Cb已經偏離了虛線表示的線性關系，因此得到的含量結果就會偏高。對于高含量的樣品，情況則相反，得到的分析結果會偏低。

    另外，樣品稱重不同直接影響高頻感應燃燒情況。碳硫儀的燃燒溫度、狀態不僅與高頻爐本身設計的功率有關，而且與感應區內導磁物質的多少有關。燃燒溫度不是持續恒定的，隨著物質的熔化燃燒，感應量逐漸減少。例如，當分析某些難熔物質時（如硅鐵），加入的助熔劑重量恒定，產生的熱量恒定，此時過多的樣品將會導致樣品燃燒不*，樣品中的碳硫釋放不*。

2．助熔劑的加入量

   影響分析結果穩定性的另一個因素是助熔劑的加入量，在分析低含量樣品時該影響非常突出。例如分析碳硫含量小于15ppm的樣品時，分別加入1500mg助熔劑與2000mg助熔劑（助熔劑中碳硫含量分別為C≤8ppm，S≤5ppm），因為助熔劑的加入量不參與分析結果計算，因此兩次分析之間就引入了500mg助熔劑所含碳硫量的波動。假定助熔劑中碳硫含量均為3ppm，樣品稱重為500mg，由于助熔劑加入的重量不同就引入了3ppm的偏差。

3．樣品、助熔劑的疊放次序

    助熔劑不僅具有增加樣品中導磁物質，從而提高燃燒溫度，還具有增加樣品流動性，稀釋樣品的作用。分析過程中，樣品、助熔劑的疊放次序直接影響燃燒結果和分析穩定性。例如鐵基樣品直接在氧氣下經高頻感應而燃燒，反應劇烈，飛濺嚴重，容易造成燃燒室石英管的破損和陶瓷保護套的污染。換成以鎢粒打底，樣品置于上層，發現燃燒室中石英管也很快被污染，陶瓷保護套上粘了一層厚厚的鐵屑，很難清理，不僅影響了燃燒管的使用壽命，還阻礙了氧氣的供應，從而影響分析結果的穩定性。將樣品置于底層，鎢粒置于上層，分析結束后燃燒室內石英管非常干凈，陶瓷熱保護套上無金屬飛濺，分析結果穩定。

4．坩堝的影響

    坩堝的空白一直是碳硫分析人員關注的熱點。未經處理的坩堝，空白從十幾到幾十ppm不等，預處理得當，坩堝空白可降至1ppm以下。試驗證明，預處理時間和溫度對獲得坩堝穩定的低空白至關重要。例如，經4小時800℃烘燒后的坩堝，用于分析鋼樣，得到的結果波動很大。只加入助熔劑，得到0.6v的碳空白峰高，0.01%的碳含量，而處理得當的坩堝碳空白峰高通常小于0.02 v。因此，坩堝使用前一定要進行預處理，并控制合適的烘燒溫度和時間，從而zui大程度降低坩堝空白對分析結果穩定性的影響。

5．試劑的影響

   試劑的效率直接影響分析結果的穩定性，甚至準確性。在高頻紅外碳硫分析儀的使用中分析氣及載氣的干燥純凈是降低系統空白，得到準確、穩定分析結果的保障。例如，將凈化器試劑管中的試劑安裝順序顛倒，讓氣體先經過高氯酸鎂，再經過堿石棉。堿石棉俗稱火堿，也有吸水作用，但吸水效率不及高氯酸鎂的強。因此，堿石棉吸收氣體中所含的二氧化碳雜質的同時，會漏掉少量的水。使用標樣（C：1.23%，S：0.032%）對碳的結果進行了分析比較，試劑安裝順序正常時分析結果相對標準偏差小于0.3%，而試劑安裝順序裝反的情況下分析相對標準偏差達0.53%。

   燃燒后用于干燥分析氣的試劑（高氯酸鎂）失效后，在高頻爐關上之后的瞬間，硫的基線上會出現一個很小的峰。這是因為由外界空氣帶進爐膛的水汽未被干燥試劑*吸收掉，而水汽的紅外吸收特征峰的波長與二氧化硫的紅外吸收特征峰相近，直接影響硫的分析結果，會造成硫的分析曲線拖尾，結果偏高。

6．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果穩定性的重要因素，該影響在分析低含量樣品時體現的尤為明顯。例如，在分析硅鐵時，一般采用的方法是：0.2g錫+0.2g樣品+0.5g純鐵+1.5g鎢粒。由于錫粒的加入，燃燒時產生的灰塵較大。在經過20次樣品分析后，硫的結果比*次分析結果偏低2ppm以上，隨著分析次數的增加，此偏差越來越大。而*清理掉灰塵過濾器中的灰塵后，分析結果與*次分析結果一致。因此，分析過程中，灰塵過濾器中的灰塵積累應及時清理。

7．溫度的影響

    溫度對分析結果穩定性的影響主要體現在三個方面。首先，對粉塵過濾器的溫度影響。在第6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，氣體分析的基礎離不開氣體狀態方程，紅外分析系統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，紅外分析系統恒溫控制溫度的不同，會造成紅外光源的發射光強的波動，以及熱釋電檢測器的輸出的差異，從而影響了分析結果的穩定性。

    綜上所述，分析結果穩定性存在著多種影響因素，在分析過程中可綜合考慮這些因素的影響，從而對分析結果作出準確的評價。避免由于錯誤估計了問題所在而影響了分析進度，增加儀器的維護成本。