红外碳硫分析原理.PPT
红外碳硫分析仪ppt课件
快速、准确
能够快速准确地测定物质中碳 和硫的含量。
操作简便
仪器结构简单，操作方便，易 于维护。
适用范围广
可广泛应用于冶金、环保、化 工等领域。
工作原理
• 原理：红外碳硫分析仪利用高频感应炉加热样品，使样品中的 碳和硫与氧气反应生成二氧化碳和水蒸气。通过红外检测器检 测二氧化碳和水蒸气在特定波长下的吸收值，从而计算出样品 中碳和硫的含量。
保养与校准
定期保养
根据仪器使用情况，定 期对仪器进行全面保养 ，确保仪器性能稳定。
校准方法
按照仪器说明书进行校 准，确保分析结果的准 确性。
保养与校准周期
根据仪器使用频率和稳 定性，合理安排保养与 校准周期。
05
红外碳硫分析仪的发展趋势与展望
技术创新与改进
高效能的红外光源
采用高功率、长寿命的激光光源，提高仪器的稳定性和可 靠性。
检查电源和气源
确保仪器所用的电源和气源稳定、正常，如有异常应及时处理。
校准仪器
定期对仪器进行校准，确保分析结果的准确性。
常见故障排除
仪器无法启动
检查电源和气源是否正常，检查仪器内部是否有故障。
分析结果不准确
检查仪器是否校准，检查样品处理是否正确，检查气体流量是否稳 定。
仪器出现异常声音或气味
立即停机检查，如有需要请专业人员维修。
工作原理
步骤 样品在高频感应炉中被加热至高温。
样品中的碳和硫与氧气反应生成二氧化碳和水蒸气。
工作原理
01
二氧化碳和水蒸气通过红外检测 器检测其吸收值。
02
根据吸收值计算出样品中碳和硫 的含量。
应用领域
01
02
03
冶金
红外吸收法碳硫分析仪
红外吸收法碳硫分析仪红外吸收碳硫分析仪根据配置不同的高温炉可以组合包括高频炉-红外吸收碳硫分析仪，电弧炉-红外吸收碳硫分析仪和管式炉-红外吸收碳硫分析仪三种，而以高频炉-红外吸收碳硫分析仪应用最为广泛。
它们的主要区别在于高温炉系统（提取单元）的不同，分别为高频炉，电弧炉和管式炉（电阻炉），其它部分基本相似。
高频炉具有加热快、温度高、操作简单等特点，是目前应用最广泛的髙温炉。
随着电子元件的发展，高频炉输出功率也在不断地提髙，至今用于测定碳硫的高频炉输出功率通常达2kW左右。
红外吸收法分析依据是朗伯-比尔定律，其最大特点是不消耗化学试剂，没有化学反应冗长繁琐的操作，人为因素（误差）小。
虽然一次性投资较高，但分析成本低，对环境无污染，在进行批量分析时，有较好的综合经济效益。
高频红外线分析法具有高效、低耗、干净的特点。
1 仪器工作原理红外碳硫分析是利用CO2、SO2对红外线的选择性吸收这一原理实现的。
红外线是指波长为0.78~1000μm的电磁波，分为三个区域：近红外区为0.78~2.5μm，中红外区为2.5~25μm，远红外区为25~1000μm。
绝大部分的红外仪器工作在中红外区。
红外线的特性接近可见光，所以也称红外光。
它与可见光一样直线传播，遵守光的反射和透射定律，但它又不同于可见光，与可见光相比，它有三个显著特点：第一，在整个电磁波谱中，红外波段的热功率最大；第二，红外线能穿透很厚的气层或云雾而不致产生散射；第三，红外线被物质吸收后，热效应变化显著，且易于控制。
许多物质对红外线都能产生选择性吸收，CO2、SO2是其中之一。
CO2的最大吸收位于4.26μm，SO2的最大吸收位于7.35μm。
CO2、SO2对红外线的吸收同样服从光的吸收定律：朗伯-比耳定律，即：T = I/I01O g I0/I = KC1式中，T为透射比；I0为入射光强度；I为透射光强度；K为吸收系数；C为CO2或SO2浓度；1为气体光径长度。
电弧红外碳硫仪的原理及特点 碳硫仪是如何工作的
电弧红外碳硫仪的原理及特点碳硫仪是如何工作的电弧红外碳硫仪的工作原理及其特点：电弧红外碳硫分析仪的基本工作原理是：对工业材料进行取样，为保证充分的氧气供应，将该样品进行充分燃烧，结果将样品中含有的碳元素和硫元素转换成二氧化碳（CO2）和二氧化硫（SO2），然后再借助CO2和SO2吸取特定波长的红外光能量的原理，将CO2和SO2的含量浓度信号转换成电压信号，最后借助于软件分析对得到的电压信号进行分析，得到CO2和SO2的含量，从而对应得到碳元素和硫元素的含量。
电弧红外碳硫仪的紧要特点：1、红外检测及数据处理，计算机自动化掌控2、WINDOWS中文操作系统3、电子天平不定量称样4、螺旋气压式或直压式炉头自动清扫5、双碳池双硫池测定自动切换（依据用户需要配置）6、分析过程动态显示7、抗干扰本领强，分析结果稳定、精准牢靠8、多通道设计，检测范围宽，依据材质、含量不同，可选择不同的分析通道9、分析数据结果可转换为Excel文件格式，可拷贝到任何计算机上查询、处理、打印10、数据采集接受24位高精度转换器，采样精度更高11、燃烧系统与检测系统一体化，结构布局更加合理，维护保养更加便利12、具有远距离数据传输及炉前报数工程碳硫仪常用检测法介绍碳硫仪适用于钢铁及其它材料中碳硫两元素养量分数的测定。
本仪器可接受高速引燃炉、管式燃烧炉燃烧样品，气体容量法测试碳质量分数、碘量法测试硫质量分数。
碳硫仪常用检测法介绍：1、红外吸取法：试样中的碳、硫经过富氧条件下的高温加热，氧化为二氧化碳、二氧化硫气体，气体经处理后进入相应的吸取池，对相应的红外辐射进行吸取，由探测器转发为信号，经计算机处理输出结果。
此法精准、快速、灵敏度高，高处与低处碳硫含量都可使用。
一般红外碳硫分析仪接受此法。
2、电导法：依据电导率的变化来测量分析碳硫含量。
被测样品经高温燃烧后产生的混合气体，经过电导池的吸取后，电阻率（电导的倒数）发生更改，从而测定碳、硫的含量。
红外碳硫仪介绍及相关助熔剂介绍
红外碳硫仪及其配套燃烧炉工作原理第一节红外碳硫仪1.红外碳硫仪的基本组成部分：本仪器有高频感应燃烧炉、红外检测装置、电脑、电子天平、打印机等组成。
2.红外碳硫仪（配高频燃烧炉）适用于对钢铁、合金、有色金属、水泥、矿石、玻璃、陶瓷等材料的燃烧，能快捷准确的测定材料中的C、S含量，具有测量范围宽，分析结果准确可靠等特点。
该套设备的测量范围C：0.0001%-99.9999%，S：0.0001%-0.3500%（可扩展至99.9%），测量的误差C符合ISO9556标准，S符合ISO4935标准。
3.红外检测原理：CO2、SO2等气体分子在红外线波段具有选择性吸收，当某些特定波长的红外光通过CO2或SO2气体后能产生强烈的光吸收。
当选定一个特定的波长并且确定了分析池长度时，由测量光强能换算出混合气体中被测气体的浓度，本仪器选定的测量波长CO2为4.26µm,SO2为7.41µm。
4.整机的工作原理是将灼烧处理后的坩埚放入电子天平，经过去皮重，放入样品，样品的重量一般在0.5g左右，重量可联机输入电脑，加入一定量的助熔剂，再将坩埚放入高频炉的燃烧室，按下升炉，将气路密封后，仪器自动进行分析，在燃烧样品之前有一段吹氧过程，目的是将气路中残留的气体吹净，使整个气路管道充满纯氧，让样品在富氧的条件下充分的燃烧，同时释放出CO2和SO2等混合气体，通过载气将气体通过气路系统输送至吸收池，此时相应探测器上测得的信号分别为相应被测气体吸收后的电信号值，经放大处理后输入相对应的模数转换芯片，以每秒16次的测量速度转换，将所得的全部数据输入电脑，通过公式换算出被测气体的即时浓度，测量结束后整个燃烧过程的浓度累加起来，通过程序计算得出C、S的百分含量。
第二节高频感应燃烧炉1.仪器结构：高频感应燃烧炉内部采用框架结构，分上下两层，上层安装高频振荡电路及控制电路，下层安装电源、各种控制开关、气路通断及流量调节等器件，从正面看，左边部位是燃烧炉的燃烧区，其上方为燃烧后释放气体的过滤及清扫系统，下方为升降系统。
高频红外碳硫仪-郝辉ppt课件
一台能够分析快速且分析结果准确，可靠，实用的全自动
红外碳硫分析仪。其分析过程为，通过高频感应将样品在 高频炉中燃烧，它含有的碳硫元素被转换成二氧化碳和二 氧化硫，以氧气为载体导入红外检测器，由红外探测器产 生电信号经放大后送单片机进行数据处理，最后显示分析
高频红外碳硫仪硬件特点
1、高频燃烧和红外检测部分分体设计； 2、气路控制系统采用标准金属接插件，气路系统简洁，气密性好，控 制阀采用日本SMC阀，系统连续分析10，0000个样品无故障； 3、独有的气路反吹设计，可连续分析上千个样品而不需清扫炉头。 4、高精度气体数字质量流量控制器，不受温度、压力等外界因素影响 ，精度和稳定性均超过浮子流量计； 5、红外探测装置采用独有的光电一体化设计，结构精巧耐用，可靠性 和稳定性达到0000小时无故障； 7、超微孔不锈钢金属粉尘过滤器，耐蚀、无需清洗长期使用。
助熔剂的选用
• 在硫碳分析中，助熔剂是必不可少的，加入一定量的助熔剂，一方面可降低 样品的熔点，使样品易于燃烧，另一方面，助熔剂在燃烧过程中，有氧化放 热作用，有助于样品燃烧温度的提高。 钨粒及金属合金（如WSn,W,Fe,Sn合用等）是高频炉常用的助熔剂，钨粒有 较好的透气性和较高的热值，燃烧时不飞溅，具有降低碳硫释放速度，稳定 碳硫分析结果的作用，燃烧后生成酸性三氧化钨，对消除硫的吸附有较好的 效果，使用中需注意碳硫空白值，尤其在分析低碳硫样品时。 工业纯铁也是一种很好的助熔剂，它在生铁、铁合金、不锈钢、耐热合金以 及其他特种材料的分析中有广泛的应用。 三氧化钼对消除硫的吸附比三氧化钨有更好的效果，对于高铬钢、高锰钢的 分析，加入适量的三氧化钼（0.05-0.1g）,能获得理想的硫分析结果。 锡粒也可用于高频炉中，但加入量不宜过多（通常为0.3g以下，且需与三氧 化钼同时加入）。加入量过多产生的粉尘也多，这是对硫的检测分析是不利 的。
红外碳硫仪原理
红外碳硫仪原理
红外碳硫分析仪是一种用于测定碳硫比的仪器。
它利用红外光谱分析技术，以燃烧法为基础，在不影响被测元素分析的前提下，通过测定燃烧过程中碳硫比来间接测定样品中碳和硫的含量。
1.炉温控制
仪器主要由燃烧系统、燃烧炉、分析炉体和检测系统组成。
炉温控制主要通过调节燃烧炉的功率和火焰温度来实现。
2.实验方法
根据样品的成分和含量选择不同的分析方法。
用氧化还原滴定法分析时，一般使用火焰光度法或碘量法，而用热重分析时一般使用高温燃烧量热计或红外碳硫分析仪。
在实验过程中，应根据实际需要选择合适的方法。
3.标准气体制备
为了得到准确的测量结果，必须将标准气体制备成与样品质量接近的标准气体。
常用的有空气、氧气、氢气、氩气等。
其中空气是最常用的，它操作简单，不需要其他设备，在现场就可以直接进行测量。
氧气和氢气一般在分析过程中作为辅助气体使用，以避免碳硫元素对样品质量产生影响。
—— 1 —1 —。
红外碳硫分析原理
碳硫在各种金属中化合物的稳定程度
4. 1摩尔C和Fe3C与O2化学反应后，生成热 后者要比前者大得多，然而在做高碳样品 测试时，称量又比中﹑低碳样品少得多， 因而出现高碳高硫﹑高碳低硫样品的硫很 难测准，其原因就是燃烧室热量不够。
CO2﹑SO2的物理性能和化学性能
CO2和SO2物理化学性能比较
沸点 健 角 偶极距 绝对粘度 汽化热 溶解度 键长
仪器制备
CS分析
1、开机 （1）通气：打开氮气和氧气气瓶上的调压阀，将输出压 力调至0.3Mpa； （2）通电：打开CS－3000分析仪主机电源，至少预热1 小时； （3）起动计算机，运行CS分析软件，进入操作界面，然 后在“设备”菜单中选择“开高频电源”预热300秒，高 频电源预热完后即可进行分析测试。 2、关机 关闭仪器时，首先在“设备”菜单中选择“关高频电源”， 然后退出软件关闭计算机和碳硫主机电源，再关闭氮气和 氧气。
郎伯-比耳定律
CS分析原理
I=I0exp(-〆PL) 式中：I0-入射光强 I -出射光强 〆 -吸收系数 P -该气体的分压强 L -分析池的长度 测量经吸收后红外光的强度便能计算出相应气体的 浓度，这便是红外气体分析的理论根据。红外碳硫分析仪 就是利用了CO2及SO2分别在4.26μm和7.4μm处，具有较 强的特征吸收带这一特性，通过测量气体吸收光强分析 CO2和SO2含量，间接确定被测样品中的碳、硫元素的百 分含量。
CO2﹑SO2的物理性能和化学性能
2.尽管CO2﹑SO2都属于极性分子，但由于CO2分子的键角 为180°完全对称，所以整个分子偶极距为零，它不容易被 吸附。而SO2分子的键角为119.536°，即分子呈三角形， 偶极距为1.63×10-18c.g.s,它就很容易被吸附。吸附是指当 分析气经过气路时，被统称为吸附剂的物质的表面吸收的现 象。分析气的吸附可以分成物理吸附和化学吸附。物理吸附 是指被吸附的物质和吸附剂之间不发生化学反应，这种吸附 是由于分子之间的相互引力所引起的，此力通常被称为范德 华力（取向力﹑诱导力﹑色散力的总和），可以用BET （Brunauer--Emmett--Teller）吸附等温式--公式（1）， 计算它的吸附量。这种吸附没有选择性，除了表面形状之外 吸附剂和被吸附物质本身的化学性质不起作用，任何固体都 可以吸附任何气体。
红外碳硫分析仪的分析原理
红外碳硫分析仪的分析原理孔径的掌控只允许所需大小的分子进入并通过，使催化剂产生预期的催化作用进而得到重要产物。
化学吸附测试试验对选择特别用途催化剂、催化剂生产商品质鉴定及测试催化剂的有效性以便确定何时更换催化剂等方面都特别的有价值。
催化剂的活性表面及孔结构显著影响到反应速度。
所以现在人们利用比表面及孔径分析仪，来表征料子样品的比表面和孔径的大小分布。
比表面及孔径分析仪的使用小技巧在此，特介绍几点测试的相关阅历。
，预处置阶段中温度和时间的掌控。
不同的样品能够经受的温度不同，一般来讲，高温预处置，预处置时间可以短一点，反之，低温预处置，预处置时间必须长一些，醉终的目的就是处分预处置样品，保证测试结果的度。
假如时间充裕，可以提前准备样品进行时间充足的预处置，这样更有利于测试；第二，关闭阀门。
测试即将开始时，首先要设置各压力点的压力值和对应的平衡时间，然后准备液氮，此时，在上升液氮杯之前，醉好通过点击软件相关勾选框，关闭系统内部全部阀门，保证内部密闭，然后再上升液氮杯，其目的就是使能够在上升液氮杯到开始试验这段时间内，与样品接触的空间容积尽量小，从而使样品在试验开始前吸附的杂质气体尽量少，从而能在肯定程度上进一步减小测试误差；第三，保持半分钟。
上升液氮杯后，由于样品所处环境温差很大，从室温降低到液氮温度（标态时—196℃），此过程并非瞬间完成，需要约15s，因此在上升液氮杯平稳后，醉好延迟约15～30s 再通过软件开始测试过称，其目的就是让样品所处环境的温度充足平衡从而完全实现液氮温度，为更充足地吸附氮气供给必须的温度条件。
碳硅分析仪通过微处置器进行温度曲线的手记，通过铁水结晶法来测量计算碳硅成份及铁水品质，通过改进的求值方法进行工作，能自动掌控紧要的冶金参数，弥补“光谱"难以测准非金属元素（C、Si、之不足，以及常规分析仪器不能充足炉前快速分析的时间要求，充足铸造生产的质量掌控要求。
碳硅分析仪使用步骤打开电源，进入测量准备状态。
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分含量。
2
钢铁中的碳硫
碳在钢铁中主要以两种形式存在： 一种是化合碳，即碳以化合形态存在，主要以铁的碳
化物和合金元素的碳化物形态存在。例如Fe3C、Mn3C、 Cr3C2、WC﹑W2C、VC、MOC、TiC等。
另一种是游离碳，例如铁碳固溶体中的碳、无定形碳、 石墨碳、退火碳等，统称为游离碳。
在钢中，一般是以化合碳为主，游离碳只存在于铁及 经退火处理的高碳钢。化合碳与游离碳总和，称为总碳量。 红外碳硫分析仪就是测定样品中的总碳量。
CS分析原理
碳元素和硫元素均是非金属元素，它们的电负性相差
不大（c:+2.5,s:+2.44）,因此，在金属或合金中都能形成
相应的碳化物或硫化物。当在高温富氧条件下，都能被氧
化成CO2和SO2。
C+O2=CO2↑
4Fe3C+13O2=6Fe2O3+4CO2↑
Mn3C+3O2=Mn3O4+CO2↑
S+O2=SO2↑
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CO2﹑SO2的物理性能和化学性能
P
1 C1 P
V(P sP) VmC VmC P S
公式（1）
式中：V - 吸附量； Vm - 单分子吸附层吸附量； P - 吸附平衡时气体的压力； Ps - 气体在吸附温度下饱和蒸汽压； C - 常数
logPsA B CT
公式（2）
式中：Ps - T℃时的饱和蒸汽压； T - 温度； A﹑B﹑C - 常数。
生裂纹的原因，这种不良性能叫做热脆。此外硫存在于钢
内还能使钢的机械性能降低（主要是疲劳极限、塑性和耐
磨性）。硫的存在对钢的耐蚀性、可焊性也不利。因此在
钢铁中硫的含量总希望越低越好 。一般硫在钢铁中的含
量比碳至少要少一个数量级。由于硫的含量低，燃烧后生
成的SO2绝对量比CO2少，用同样的方法测定误差就大。 因此，红外碳硫分析仪中硫池的长度要比碳池长度长一个
3
钢铁中的碳硫
碳是钢铁中重要元素，当碳含量增加时其强度和硬度
随之增加，而塑性和延展性却随之降低，使钢变脆且难以
加工；反之，随着碳含量的减少，钢的韧性得到增强且易
于切削加工。而硫在钢铁中是一种有害元素，它以硫化物
的状态存在于钢中，主要是MnS。如果含锰量很低，则过
量的硫与铁合成FeS。硫化铁与硫化锰都是在热变形时产
小，也就是说，不容易液化凝聚。这与我们在冬天测定碳
硫样品时硫元素测出的含量偏低的情况是一致的。要改善
这种情况，除了保持室内25℃恒温以外，最好在分析气流
经的管道上加热。
8
CO2﹑SO2的物理性能和化学性能
2.尽管CO2﹑SO2都属于极性分子，但由于CO2分子的键角 为180°完全对称，所以整个分子偶极距为零，它不容易被 吸附。而SO2分子的键角为119.536°，即分子呈三角形， 偶极距为1.63×10-18c.g.s,它就很容易被吸附。吸附是指当 分析气经过气路时，被统称为吸附剂的物质的表面吸收的现 象。分析气的吸附可以分成物理吸附和化学吸附。物理吸附 是指被吸附的物质和吸附剂之间不发生化学反应，这种吸附 是由于分子之间的相互引力所引起的，此力通常被称为范德 华力（取向力﹑诱导力﹑色散力的总和），可以用BET （Brunauer--Emmett--Teller）吸附等温式--公式（1）， 计算它的吸附量。这种吸附没有选择性，除了表面形状之外 吸附剂和被吸附物质本身的化学性质不起作用，任何固体都 可以吸附任何气体。
数量级，分别为300毫米和30毫米。
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碳硫在各种金属中化合物的稳定程度
1.所有的碳化物比硫化物焓变△Hfo数值要大，说明硫化物比 碳化物热力学稳定性高，要使硫化物分解产生化学反应的 热量也必须高，当燃烧室热量不足时，（化学反应初期﹑ 温度不高时），碳﹑碳化物和铁﹑钨﹑锡开始化学反应， 放出热能，再促使硫化物反应。
2．MnS比FeS更稳定，熔点也高。在钢铁冶炼中往往用加 足够量的Mn，使生成MnS。（防止生成FeS而导致热脆 现象）。平时高锰合金钢的硫很难测准的原因也就不难分 析了。
5
碳硫在各种金属中化合物的稳定程度
3．生成的CO2比SO2自由能变化△Gfo 小，说明了CO2比 SO2稳定，当燃烧室热量不足时（温度低于1300℃）， SO2还会进一步与O2反应，生成自由能变化△Gfo 更小更 稳定的SO3。而CO2不可能进一步起化学反应，一般情况 下SO2的生成率很难达到100%。（燃烧室温度达到 1700℃以上时生成的SO3数据可以忽略不计）。但是碳硫 分析仪只测CO2﹑SO2的浓度来推导出含碳﹑含硫量，这 样硫的测量精度明显地与SO2的生成率直接有关。即使有 CO生成，系统中有转化炉装置，能将CO转化成CO2，因 此碳的测定结果比较稳定。
3MnS+5O2=Mn3O4+3SO2↑
3FeS+5O2=Fe3O4+3SO2↑
CO2和SO2都是极性分子，具有永久电偶极矩，因而 都具有振动、转动等结构，按量子力学分成分裂的能级，
与入射的特征波长红外辐射耦合产生吸收。
1
CS分析原理
郎伯-比耳定律
I=I0exp(-〆PL) 式中：I0-入射光强 I -出射光强
〆 -吸收系数
P -该气体的分压强
L -分析池的长度
测量经吸收后红外光的强度便能计算出相应气体的
浓度，这便是红外气体分析的理论根据。红外碳硫分析仪
就是利用了CO2及SO2分别在4.26μm和7.4μm处，具有较 强的特征吸收带这和SO2含量，间接确定被测样品中的碳、硫元素的百
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碳硫在各种金属中化合物的稳定程度
4. 1摩尔C和Fe3C与O2化学反应后，生成热 后者要比前者大得多，然而在做高碳样品 测试时，称量又比中﹑低碳样品少得多， 因而出现高碳高硫﹑高碳低硫样品的硫很 难测准，其原因就是燃烧室热量不够。
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CO2﹑SO2的物理性能和化学性能
CO2和SO2物理化学性能比较
沸点
健角
偶极距
绝对粘度 汽化热 溶解度
键长
℃
1O-18c.g.s 2O℃时 kcal/mol 25℃时
A
CO2 -78 18O°
O
16O.O 3.88 O.144 1.15
9
SO2 -1O 119.536 1.63
124.2 5.96 9.41 1.432
1. CO2的沸点° 比SO2低得多，而且绝对粘度高﹑汽化热也1