高频燃烧红外吸收法测定碳化硼中总碳

高频燃烧红外吸收法测定碳化硼中总碳 郭飞飞;杨植岗;王学华;徐井然;王朝亮;黄小峰;王蓬 【摘 要】采用高频燃烧红外吸收法,建立了测定碳化硼中总碳量的分析方法.对称样量、助熔剂进行了试验.结果表明,当称样量为0.02 g、助熔剂为0.2 g Fe+0.02 g B4C+0.2 g Fe+1.5gW时,测定效果最佳.以CaCO3为校准物质,采用本法对碳化硼样品中的碳进行测定,结果与管式炉燃烧红外吸收法的相对偏差为0.09％,小于JIS R2015-2007标准规定的允许误差0.20％,相对标准偏差为0.37％.%A determination method of total carbon in boron carbide was established by high-frequency combustion infrared absorption method. Sample weight and flux used were discussed. It was found that the optimal experimental conditions were sample weight of 0. 02 g and flux of 0. 02g Fe +0. 02 g B4C + 0. 2g Fe +1. 5 g W. The method was used for determination of carbon in boron carbide with CaCO3 as calibration materials. The relative error of the results with those obtained by tubular furnace combustion-infrared absorption method was 0. 09 % which is smaller than the allowable error 0. 20 % in JIS R2015. The relative standard deviation (RSD) was 0. 37 %.

【期刊名称】《冶金分析》 【年(卷),期】2012(032)007 【总页数】3页(P38-40) 【关键词】高频燃烧;红外吸收法;碳化硼;总碳 【作 者】郭飞飞;杨植岗;王学华;徐井然;王朝亮;黄小峰;王蓬 【作者单位】钢铁研究总院,北京100081;钢铁研究总院,北京100081;钢铁研究总院,北京100081;钢铁研究总院,北京100081;钢铁研究总院,北京100081;钢铁研究总院,北京100081;钢铁研究总院,北京100081

【正文语种】中 文 【中图分类】O657.33

碳化硼是一种仅次于金刚石和立方氮化硼的高硬度无机非金属材料。由于它具有高硬度、高耐磨性及较大的中子吸收截面，因而被广泛用于工业生产中的耐磨材料、抗冲击硬质材料，以及核工业中的核屏蔽和核控制材料。近年来，碳化硼以其优良的性能越来越引起人们的重视，已成为新材料领域一个新的研究热点［1］。在碳化硼原料的接收检验或以碳化硼为原料的产品的材料设计以及质量管理中，碳的定量分析是不可缺少的。标准JIS R2015－2007（Methods for chemical analysis of boron carbide raw materials for refractory products）中采用管式炉燃烧红外线吸收法［2］、库仑法［3］进行碳分析，标准JB／T 7993－1999（碳化硼化学分析方法）和YS／T 423.2－2000（核级碳化硼粉末化学分析方法：总碳量的测定）中采用气体容量法［4］进行碳分析，但管式炉燃烧红外线吸收法、库仑法比高频燃烧红外吸收法分析时间长，而气体容量法操作繁琐、耗时。高频燃烧红外吸收法具有操作简便、检测迅速等优点［5］。因此本文采用高频燃烧红外吸收法对碳化硼进行总碳分析，对碳化硼的助熔剂的种类及用量、称样量进行了试验，确定出最佳分析条件，取得了满意的结果。 1 实验部分 1.1 主要仪器和材料 CS－2800高频红外碳硫分析仪（钢研纳克检测技术有限公司）；电子天平（灵敏度为0.1mg）。助熔剂：钨（w（C）≤0.000 8%），纯铁（w（C）≤0.001%）；校准物质：CaCO3（w（C）＝12%）标准物质；助燃气：氧气，体积分数≥99.5%；动力气：氮气，体积分数≥98.5%；坩埚：在1 000℃马弗炉中灼烧4h，冷却后置于干燥器中，备用；碳化硼：粉末状，碳质量分数约20%。 1.2 实验方法 用CaCO3（w（C）＝12%）标准物质绘制方法的校准曲线：称取一定量的碳化硼样品及助熔剂按一定顺序加入坩埚中，按照高频红外碳硫分析仪操作说明书进行测定。仪器自动计算出碳化硼中总碳量。 2 结果与讨论 2.1 称样量的选择 分别称取0.01～0.03g碳化硼样品进行试验，结果表明，称样量为0.01g时由于称样量过少导致称量误差较大，精度较低；称样量为0.03g时，样品熔融效果较差，这是由于样品量过大导致样品燃烧不完全，从而使得样品中的碳、硫释放不能完全［6］；称样量为0.02g时，熔融充分，结果稳定，精密度良好。因此，实验称样量选择0.02g。 2.2 助熔剂的选择及用量 如果不加入助熔剂，碳化硼的导磁性不足以被高频感应炉引燃［7］，此外分析过程中，样品、助熔剂的叠放次序，直接影响燃烧结果和分析稳定性［8］。试验中，采用四种不同的助熔剂组合进行对比试验，具体的助熔剂条件和分析结果见表1。其中Ni为镍箔，目的是防止样品粉末落入坩埚底部导致燃烧不完全，1g镍箔正好可以平铺于坩埚底部。 从表1结果可见，方法3的测定精密度最好，方法4次之。通过观察释放后的峰形发现方法3和方法4的碳释放峰形良好，方法1出现峰形拖尾，方法2峰形不平滑；观察燃烧后的熔体，得知方法4的熔体不如方法3均匀。综上所述，实验采用方法3的助熔剂条件测定碳化硼中碳量，即0.2g Fe＋0.02g B4C＋0.2g Fe＋1.5g W。由于还未按最佳条件绘制校准曲线，因此结果极差偏大，正确校正后结果将有所改善。 表1 不同方法对碳化硼中碳含量的测定结果（n＝5）Table 1 Determination results of carbon content in B4C with different methods? 2.3 空白值的测定 用高频红外碳硫分析仪测定碳化硼中总碳时，空白值主要来自于坩埚、助熔剂、氧气及可能被污染的气路等。称取0.4g纯铁、1.5g钨助熔剂，分别进行3次测定，按称样量0.020 0g计算得到平均值为w（C）＝0.006 0%，由于实验中碳化硼中总碳含量约为20%，所以空白值对结果的影响可忽略不计。计算空白的3倍标准偏差，得到该方法的检出限［9］为0.001%。 2.4 校准曲线建立 JB／T 7993－1999标准采用CaCO3作为基准试剂，本实验故选用CaCO3（碳质量分数按12%计）作为校准物质，以积分面积为横坐标，碳含量为纵坐标绘制校准曲线，相关系数为0.999 7。结果见图1。 3 样品分析及回收试验 3.1 精密度与方法对照试验 在最佳实验条件下，以CaCO3为校准物质绘制校准曲线，按照实验方法对同一碳化硼样品中碳质量分数进行测定，并采用JIS R2015－2007（管式炉燃烧－红外吸收法）进行对照试验，以标准JIS R2015－2007测定值为认定值，计算相对误差，结果见表.2。由表2可以看出，测定结果与标准JIS R2015－2007基本一致，相对标准偏差为0.37%。 图1 CaCO3校准曲线Fig.1 Curve calibrated by CaCO3 3.2 加标回收试验 加标回收率就是在测定样品的同时，于一样品的子样中加入一定量的标准物质进行测定，将其测定结果扣除样品的测定值，由此得到加入标准物质的回收率。其计算公式为：回收率P＝（加标试样测定值－试样测定值）／加标量×100%。本实验采用在0.02g碳化硼样品中加入0.02g CaCO3（w（C）＝12%）标准样品进行回收率试验，测得的混合物中总碳质量分数为33.44%，根据3.1中得到的样品碳质量分数的测定平均值21.44%得出添加的CaCO3标准样品碳质量分数为12.00%，从而得出回收率为100%，实验结果见表3。 表2 精密度与方法对照试验结果（n＝5）Table 2 Results of precision and method contrast样品编号Sample No.osed method测定值Found w／%本法The prop平均值Average w／% RSD／% R2015－2007测定值Found by R2015－2007 w／%相对误差Relative error／% R2015－2007允许差Permissible deviation by R2015－2007／% 1 21.33，21.53，21.50 21.43，21.39 表3 碳化硼中碳的加标回收试验结果Table 3 Recovery results of standard addition for carbon in boron carbide? 参考文献： ［1］ 贾宝瑞，秦明礼，李慧，等.碳化硼粉末制备方法的研究进展［J］.材料导报（Materials Review），2010，24（5）：32－38. ［2］ 张芳，孟祥升，张东生.管式炉燃烧－红外吸收法测定煤焦油中硫含量［J］.冶金分析（Metallurgical Analysis），2011，31（6）：48－50. ［3］ 赵军，张瑛，陈亮，等.库仑法测定催化裂化催化剂中的微量碳［J］.分析仪器（Analytical Instruments），2009，（6）：15－17.