FCLHSDHJGCS 001低合金钢—碳、硫含量的测定—高频感应炉燃烧红外吸收法 F_CL_HS_DHJG_CS_ 001
低合金钢—碳、硫含量的测定—高频感应炉燃烧红外吸收法
1 范围
本推荐方法用高频感应炉燃烧-红外吸收法测定碳素钢、低合金钢、硅钢和纯铁中碳和硫的含量。
方法适用于碳素钢、低合金钢、硅钢和纯铁中质量分数为0.005%～4.0%的碳含量及0.0005%～0.3%的硫含量的测定。
本方法可用于单独测定碳或硫，也可用于同时测定碳和硫。
2 原理
试样在氧气流中通过高频感应加热燃烧，将碳转化成二氧化碳（一氧化碳），硫转化成二氧化硫。用红外吸收光谱法测量在氧气流中的二氧化碳（一氧化碳）和二氧化硫的的红外吸收值，计算碳和硫的质量分数。
3 试剂
分析中除另有说明外，仅使用分析纯的试剂和蒸馏水或与其纯度相当的水。
3.1 高氯酸镁，试剂级，粒度从0.7 mm到1.2 mm，用于吸湿剂。
3.2 助熔剂，铜、锡或钨，含碳和硫的质量分数应分别小于0.001%和0.0005%，粒度为0.4mm～0.8mm。
铜、锡或钨用于测碳，钨用于测硫。
3.3 纯铁催化剂，粒度为0.4mm～0.8mm，含碳和硫的质量分数分别小于0.001%。
紫花针茅3.4 铂或铂硅胶，加热至350℃以将一氧化碳转化成二氧化碳。
3.5 碱石棉，用于吸收三氧化硫。
3.6 氧气，高纯（纯度应达到99.5%以上）
使用时将其通过装有氧化催化剂（氧化铜或铂）并加热到600℃的净化管，再通过装有二氧化碳和水吸收剂的干燥管，以进一步除去氧气中的有机污染物。
3.7 丙酮，蒸馏后残余物的质量分数应小于0.0005%。
3.8 环己烷，蒸馏后残余物的质量分数应小于0.0005%。
3.9 活性粘土瓷珠
由氢氧化钠饱和烧结黏土制成，粒度从0.7 mm到1.2 mm，用于吸收二氧化碳。
3.10 有证标准物质（CRM）
用于校准和校准验证的标准物质，优先选择用可以溯源至SI单位制的仲裁方式确定过的物质做校准试样。 3.11 标准物质（RM）
用于方法统计过程控制的参考物质，即校正样。不必是有证的，但须由认证机构或使用该试样的实验室提供足够的均匀性数据，以确保给出数据的准确性。
4.1 仪器设备
4.1.1 高频红外碳硫测定仪
灵敏度0.00001%。由红外源，独立的参比池和测量池作为平容板的隔膜组成。
4.1.2 瓷坩埚
能够耐所用仪器的高频感应炉燃烧温度，不产生含碳和硫的化学物质，空白值控制在特定范围内。
注：通常可将坩埚置于管式电炉中通氧燃烧，以除去碳和硫的污染物，于1000℃燃烧时间不少于40min ，1350℃燃烧时间不少于15 min 。然后将坩埚取出，置于干净的耐热盘中，冷却2～3 min ，储存于干燥器中。
4.1.3 坩埚钳，可夹住瓷坩埚。
4.2 测定方式
4.2.1 测碳-方式A 图A.1 测碳-方式A －单吸收池红外法当二氧化碳通过红外吸收池时，吸收某一特定波长
的能量，用滤光片滤去其他波长的红外能量。通过检测
器测量吸收值的变化，以检测二氧化碳的浓度。用一个
红外池既做参比，又做测量池。在一个周期内，总碳以
二氧化碳的方式被检测出来。见图A.1。
图中：1－氧气钢瓶；2－两级调压阀；3－活性粘土
瓷珠；
4－高氯酸镁吸湿剂；5－稳流器；6－流量调节
器；
7－铂或铂硅胶（CO 转化器）；8－SO 3捕集阱；
9－CO 2红外吸收池/读出器；10－高频感应炉；
11－燃烧区域；12－烟尘捕集阱。
4.2.2 测碳-方式B －双吸收池红外吸收测定二氧化碳含量 出的能量通过两个红外池，并同时到达隔板，测量池中
部分红外能量被二氧化碳吸收，参比池中红外能量没有
电缆架空支架变化。如此造成到达隔膜板上的红外能量不平衡，使其
变形。这种变形改变了固有的电容，产生电信号的改变，
再通过放大器测量二氧化碳。在一个周期内，总碳以二
氧化碳的方式被检测出来。见图A.2。
图A.2 测碳-方式B －双吸收池红外吸收法
图中：1－氧气钢瓶；2－两级调压阀；3－活性粘土
瓷珠；
4－高氯酸镁吸湿剂；5－烟尘捕集阱；6－红外吸收
池/读出器；
7－节流孔；8－压力调节器；9－燃烧室；10－铂或铂硅胶（CO 转 化器）
；
11－SO 3捕集阱；12－转子流量计。
4.2.3 测碳-方式C －闭环法同一吸收池测定二氧化碳
和一氧化碳含量
样品燃烧后，生成的二氧化碳和一氧化碳混合气体
分别用一个固态能量检测器测量二氧化碳和一氧化碳。
用滤光片过滤后，只有某一特定波长的能量到达各自检
测器。没有二氧化碳和一氧化碳时，每个检测器得到的
是最大能量。燃烧中，一氧化碳和二氧化碳的红外吸收
特性造成能量损失。闭环系统中能量损失与每种气体的
浓度成比例。在一个周期内，总碳以二氧化碳和一氧化碳之和的方式被检测出来。见图A.3。
图中：1－氧气钢瓶；2－活性粘土瓷珠；3－高氯酸镁吸湿剂；
4－压力调节器；5－红外吸收池/读出器； 6－烟尘捕集阱；
7－感应炉；8－泵；9－流量计；10－排气装置；
11－铂或铂硅胶（CO 转化器）；12－SO 3捕集阱。电力线宽带
4.2.4 测硫-方式A －单吸收池红外吸收测定二氧化硫含量
远心扫描透镜当二氧化硫通过红外池时，吸收某一特定波长的能量，用滤光片滤去其他波长的红外能量。通过检测器测量能量的变化，可以检测到二氧化硫的浓度。用一个红外池既做参比，又做测
图中：1－氧气钢瓶；2－两级调压阀；3－活性
粘土瓷珠；
4－高氯酸镁吸湿剂；5－稳流器；6－流量
调节器；
7－红外吸收池/读出器；；8－高频感应炉；
9－燃烧区域； 10－烟尘捕集阱。
4.2.5 测硫-方式B －双吸收池红外吸收测定二氧化
硫含量
样品燃烧过程中，二氧化硫由氧气载入通过测量池，参比池中只有氧气通过。红外源发出的能量通过两个红外池，并同时到达隔板，测量池
中部分红外能量被二氧化硫吸收，参比池中红外能量
没有变化。如此造成到达隔膜板上的红外能量不平
衡，使其变形。这种变形改变了固有的电容，产生电
信号的改变，再通过放大器测量二氧化硫。在一个周期内，总硫以二氧化硫的方式被检测出来。见图表A.5。
图A.5 测硫-方式B －双吸收池红外吸收法
图中：1－氧气钢瓶；2－两级调压阀；3－活性
粘土瓷珠； 4－高氯酸镁吸湿剂；5－烟尘捕集阱；6－红外
吸收池/读出器；
7－针孔节流阀；8－压力调节器；9－燃烧室；10－转子流量计。颗粒冷却塔
4.2.6 测硫-方式C －闭环法同一吸收池测定二氧化硫含量
在封闭回路中燃烧后，二氧化硫在红外池中被检测到。用一个固态能量检测器来测量，用滤光片过滤后，只有某一特定波长的能量到达检测器。燃烧后，二氧化硫的吸收特性造成能量损失。能量损失与闭环系统中二氧化硫的浓度成比例。在一个周期内，总硫以二氧化硫的方式被检测出来。见图A.6。
图中：1－氧气钢瓶；2－活性粘土瓷珠；3－高氯酸镁吸湿剂；
4－压力调节器；5－红外吸收池/读出器； 6－烟尘捕集阱；
7－感应炉；8－泵；9－流量计；10－排气装置；
5 分析步骤
5.1 称样
称取≤1.0g粒度不小于0.4 mm的试样，精确至1mg。助熔剂用量约1.5～2g。
也可根据高频炉的容量和分析内容选择合适的试样量。
注：试样粒度应与仪器说明书分析和校准的试样一致。不应有油，油脂及其他会使试样增碳的污染物。有沾污或碳含量小于0.02%的试样应用丙酮，环己烷或其他合适的溶剂洗涤，并于70～100℃烘干后使用。
5.2 分析前的准备
按仪器说明书组装仪器。进行预操作，检查并确保燃烧单元和测量单元的气密性。将仪器接通电源，预热2h，通气30min。按仪器说明书检查仪器各部位的测量参数，调节并保持在适当的范围内。按分析步骤“自动”程序，通过燃烧几个废坩锅来调整、稳定仪器，并用含碳和硫的试样加助熔剂至少测定5次，使仪器充分预热。根据所测定样品的特性及其含量范围，按仪器说明书选择合适的测定方式。
5.3 仪器校准
疫苗伴侣5.3.1定碳
①建立碳校准范围和选择有证参考物质（CRM）
为使仪器处于最佳性能状态，并实验设定参数，按碳的含量范围将其分成三段（如表1），用有证参考物质（CRM），使用下列方法进行校准。选择一套有证参考物质，每个校准范围应包括最高点、最低点、和两个四分位点。另外，选一个含碳量很低的有证参考物质来测空白值。
表1. 碳的校准范围
仪器测量范围（通道）设计碳的质量分数（%）
Ⅰ 0.005～0.120
Ⅱ 0.10～1.25
Ⅲ 1.0～4.3
注：为满足分析任务的要求，可适当偏离这些范围。灵活匹配校准范围可同时测定碳和硫。
如果分析上不需要，不必将三个范围都校准。
②调节测量系统的响应
称取碳含量为0.050%的标准物质（精确至1mg）和相应量助熔剂（精确至5mg）投入坩埚中，用坩埚钳将预烧过的坩埚放在炉子的坩埚托上，将托升起，参照仪器说明书推荐的方法，输入试样质量和空白值。重复分析参考试样直到显示值稳定为止。
再按仪器说明书将碳含量显示信号调节到标准试样碳质量分数的0.003%之内。
如果仪器有一个以上碳检测器，按本节方法调节每一个检测器。
注：本节提供一个精确测定空白值的方法。建立所有碳含量范围的实验参数。如果同时测定碳和硫，应确定相应各通道的参数相同。参数应包括以下内容：
—坩埚：预烧或不预烧。预烧坩埚是为了降低空白值并使其恒定，对于测定低含量碳硫特别重要。
—助熔剂：类型和质量。
—试样粒度：根据不同质量，选不同粒度。
③测定空白值
对每一仪器测量范围，称取助熔剂（精确至5mg）置于坩埚中，加入称量好的有证参考物质（CRM）以测量碳空白值。将所称取的有证参考物质（CRM）的质量值输入仪器质量补偿器，开始分析。重复测定三次以上。取其平均值，再减去有证参考物质（CRM）的碳含量，即是空白值。按仪器说明书输入平均空白值。
如果空白值大于0.002%，标准偏差大于0.0005%，出原因重测。如有必要可以调节助熔剂用量，以便和测定试样时的用量相匹配。
如果所用仪器不能自动校准空白值，在计算时，从总结果中减去标准空白值。
④建立校准曲线
按上述仪器测量范围设计所给出的浓度范围，选择有证参考物质（CRM），按仪器说明书输入测定的空白值。立即按按未知样品的分析程序测定所有的校准试样，并按仪器说明书的要求评定分析结果。如果仪器没提供多重曲线拟合程序，按仪器说明书校准，修正无关联的因素。进行下一步实验。
5.3.2定硫
①建立硫校准范围和选择有证参考物质（CRM）
为使仪器处于最佳性能状态，并实验设定参数，按硫的含量范围将其分成二段（如表2），用有证参考物质（CRM），使用下列方法进行校准。选择一套有证参考物质，每个校准范围应包括最高点、最低点、和两个四分位点。另外，选一个含碳量很低的有证参考物质来测空白值。
表2. 硫的校准范围
仪器测量范围设计校准范围以质量分数表示，%
Ⅰ 0.0005到0.0500
Ⅱ 0.03到0.33
注：为满足分析任务的要求，可适当偏离这些范围。灵活匹配校准范围可同时测定碳和硫。
如果分析上不需要，不必将二个范围都校准。
②调节测量系统的响应
称取硫质量分数为0.030%的精密合金标准物质（精确至1mg）和相应量助熔剂（精确至5mg）投入坩埚中，用坩埚钳将预烧过的坩埚放在炉子的坩埚托上，将托升起，参照仪器说明书推荐的方法，输入试样质量和空白值。重复分析参考试样直到显示值稳定为止。再按仪器说明书将碳含量显示信号调节到参考试样硫质量分数的0.003%之内。
如果仪器有一个以上硫检测池器，按本节方法调节每一个检测器。
③测定空白值
选择硫含量合适的有证参考物质（CRM）以测量硫空白值。对每一仪器测量范围称取助熔剂（精确至5mg），置于坩埚中，加入称取的将有证参考物质（CRM），将其质量值输入仪器质量补偿器，开始分析。重复测定三次以上，取平均值。再减去有证参考物质（CRM）的硫含量，即是空白值。按仪器说明书输入平均空白值。
如果空白值大于0.002%，标准偏差大于0.0005%，出原因重测。如有必要可以调节助熔剂用量，以便和测定试样时的用量相匹配。
如果所用仪器不能自动校准空白值，在计算时，从总结果中减去标准空白值。
④建立校准曲线
按上述仪器测量范围设计给出的浓度范围，选择有证参考物质（CRM），按仪器说明书输入测定的空白值。立即按未知样品的分析程序测定所有的校准试样，并按仪器说明书的要求评定分析结果。如果仪器没提供多重曲线拟合程序，按仪器说明书校准，修正无关联的因素。进行下一步实验。
5.4 校准验证
5.4.1线性
豫公网安备41160202000603
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