高頻感應(yīng)燃燒紅外吸收法測(cè)定碳化硅中硫含量

魯毅，柳洪超，郭國(guó)建，吳立軍，尤瑜生

（中國(guó)兵器工業(yè)集團(tuán)第五三研究所，濟(jì)南 250031）

高頻感應(yīng)燃燒紅外吸收法測(cè)定碳化硅中硫含量

魯毅，柳洪超，郭國(guó)建，吳立軍，尤瑜生

（中國(guó)兵器工業(yè)集團(tuán)第五三研究所，濟(jì)南 250031）

采用高頻感應(yīng)燃燒紅外吸收法測(cè)定碳化硅中硫含量，分別考察了取樣量，助熔劑種類(lèi)、用量對(duì)測(cè)定結(jié)果的影響。結(jié)果顯示：取樣量為 90～140 mg，鐵屑用量為 0.8 g，鎢錫助熔劑用量為 1.6 g，可以得到穩(wěn)定可靠的測(cè)定結(jié)果。測(cè)定結(jié)果的相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差為 3.4%（n=10），加標(biāo)回收率為 94.8%～106.1%。

高頻感應(yīng)；紅外；碳化硅；硫含量

碳化硅在自然界中幾乎不存在，它主要由石英砂、石油焦等原料煉制而成，是一種典型的人工合成材料。碳化硅具有耐高溫、耐腐蝕、耐磨削、高化學(xué)穩(wěn)定性、高熱導(dǎo)率等優(yōu)異性能，在機(jī)械、電子、復(fù)合材料等領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用［1-4］。碳化硅中的 S 元素通常被認(rèn)為是有害元素，會(huì)導(dǎo)致碳化硅使用性能的降低［5-6］。隨著社會(huì)發(fā)展，人們對(duì)碳化硅的性能提出了更高的要求，準(zhǔn)確測(cè)定碳化硅中S的含量具有非常重要的現(xiàn)實(shí)意義。目前碳化硅中S含量的測(cè)定方法主要為管狀爐燃燒碘量滴定法，此方法的原理是使用淀粉水溶液將樣品經(jīng)高溫分解生成的SO2轉(zhuǎn)換成 H2SO3，再用 I2滴定 H2SO3并以淀粉指示劑呈藍(lán)色作為滴定終點(diǎn)。該方法存在分析時(shí)間長(zhǎng)、滴定終點(diǎn)難以判斷、檢出限高、重復(fù)性差等缺點(diǎn)［7-9］，難以滿(mǎn)足生產(chǎn)、科研對(duì)測(cè)試快速、準(zhǔn)確、精度高的要求。

高頻燃燒紅外吸收法是近年快速發(fā)展起來(lái)的一種新型定量分析方法，具有分析速度快、測(cè)量結(jié)果精密度好、準(zhǔn)確性高等優(yōu)點(diǎn)，廣泛應(yīng)用于合金［10-11］、礦物［12-13］、土壤［14］中碳硫含量的測(cè)定。筆者將該方法應(yīng)用于碳化硅中硫含量的測(cè)定，分別考察了取樣量，助熔劑種類(lèi)、用量等因素對(duì)測(cè)定結(jié)果的影響，并利用精密度試驗(yàn)與加標(biāo)回收試驗(yàn)驗(yàn)證了方法的重復(fù)性和準(zhǔn)確性。

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 主要儀器與試劑

高頻紅外碳硫分析儀：CS-844 型，美國(guó) LECO公司；

電子分析天平：AL104 型，感量為 0.0001 g，瑞士梅特勒-托利多公司；

502-294 鎢錫助熔劑、501-077 高純鐵屑助熔劑：美國(guó) LECO 公司；

528-018 陶瓷坩堝：美國(guó) LECO 公司，使用前于1600℃灼燒 2 h，冷卻 5 min 后放在干燥器中備用；

碳硫標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)：GBW 01307，硫含量標(biāo)稱(chēng)值為0.009%，中國(guó)鞍鋼鋼研究所；

碳硫標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)：GBW 01146a，硫含量標(biāo)稱(chēng)值為0.0019%，鋼鐵研究總院國(guó)家鋼鐵材料測(cè)試中心。

1.2 實(shí)驗(yàn)方法

開(kāi)機(jī)預(yù)熱 1 h 后，準(zhǔn)確稱(chēng)量一定量標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)于坩堝中，加入適量助熔劑后進(jìn)行工作曲線校正。校正完成后以相同的步驟進(jìn)行樣品測(cè)試，儀器自動(dòng)計(jì)算出碳化硅中硫的含量。

2 結(jié)果與討論

2.1 取樣量

因?yàn)樘蓟柚辛蚝枯^低，為得到較為準(zhǔn)確的測(cè)定結(jié)果，理論上取樣量要稍大一些；但過(guò)大的取樣量可能導(dǎo)致 SiC 分解不充分，使可能包裹其中的硫無(wú)法充分釋放，進(jìn)而影響測(cè)定結(jié)果?？疾烊恿繉?duì)測(cè)定結(jié)果的影響，結(jié)果見(jiàn)表1。由表1 可知，取樣量在 90～140 mg 之間時(shí)，測(cè)定結(jié)果重復(fù)性較好。取樣量大于 140 mg 時(shí)重復(fù)性差主要是樣品燃燒不充分造成的，而取樣量小于 90 mg 重復(fù)性差可能是因?yàn)閮x器重復(fù)性誤差較大及樣品不均勻。

表1 取樣量對(duì)測(cè)定結(jié)果的影響

2.2 助熔劑

碳化硅的導(dǎo)磁性非常差，自身基本無(wú)法產(chǎn)生感應(yīng)電流，所以在測(cè)試前需要外加助熔劑。實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)僅使用鐵屑助熔劑時(shí)碳化硅基本不分解；而使用鐵屑加鎢錫的混合體系時(shí)出峰較快且熔樣平滑，分析結(jié)果穩(wěn)定，所以釆用此三元助熔體系。

為確定最佳助熔劑配比及用量，固定取樣量為120 mg，改變鐵屑和鎢錫助熔劑的用量分別進(jìn)行測(cè)量，結(jié)果見(jiàn)表2。由表2 中數(shù)據(jù)可知，當(dāng)鐵屑用量為0.8 g、鎢錫助熔劑用量為 1.6 g 時(shí)，測(cè)定結(jié)果趨于穩(wěn)定，相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差為 3.5% ；低于這一用量時(shí)，由于燃燒不充分，測(cè)定結(jié)果相對(duì)偏差較大，重復(fù)性不好；而高于這一用量時(shí)，測(cè)量重復(fù)性變化不明顯。由于過(guò)大的助熔劑用量一方面浪費(fèi)試劑，另一方面可能引入新的誤差，所以鐵屑、鎢錫助熔劑的最佳用量分別為 0.8，1.6 g。

表2 助熔劑用量及配比對(duì)測(cè)定結(jié)果的影響

2.3 精密度試驗(yàn)

在確定的最佳實(shí)驗(yàn)條件下，將試樣連續(xù)測(cè)定10 次，計(jì)算測(cè)定結(jié)果的標(biāo)準(zhǔn)偏差和相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差，結(jié)果見(jiàn)表3。由表3 可知，測(cè)定結(jié)果的標(biāo)準(zhǔn)偏差為0.00022%，相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差為 3.4%。

表3 精密度試驗(yàn)結(jié)果 %

2.4 回收試驗(yàn)

在樣品中加入已知硫含量的標(biāo)準(zhǔn)樣品，分別配制 3 組，測(cè)定其回收率，結(jié)果見(jiàn)表4。由表4 數(shù)據(jù)可知，樣品加標(biāo)回收率在 94.8%～106.1% 之間，可以滿(mǎn)足碳化硅中硫含量的準(zhǔn)確測(cè)定。

表4 回收試驗(yàn)結(jié)果 %

3 結(jié)語(yǔ)

高頻感應(yīng)燃燒紅外吸收法測(cè)定碳化硅中硫含量，分析速度快，測(cè)量精密度、準(zhǔn)確度均滿(mǎn)足分析要求，是一種值得推廣應(yīng)用的新方法。

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Determination of Sulfur in SiC by High Frequency Induction Combustion Infrared Absorption Method

Lu Yi, Liu Hongchao, Guo Guojian, Wu Lijun, You Yusheng
(CNGC Institute 53, Jinan 250031, China)

Sulfur content in SiC was determined by high frequency induction combustion infrared absorption method. The in fl uence of sampling amount, fl ux type and fl ux amount on the measurement results were investigated. The results indicated that the most stable and reliable test results appeared when the sampling amount was 90-140 mg, the amount of scrap iron was 0.8 g, and the amount of tungsten and tin fl uxing agents was 1.6 g, respectively. The resulting relative standard deviation was 3.4%(n=10) and the recovery rate was 94.8%-106.1%.

high frequency induction; infrared; SiC; sulfur content

O657.33

A

1008-6145(2014)05-0044-02

聯(lián)系人：魯毅；E-mail: titi_ly@sina.com

2014-07-06

10.3969／j.issn.1008-6145.2014.05.015