碳量的熱法測定,首先是將試樣置于高溫爐中(如電阻爐、高頻爐、電弧爐等)通氧燃燒,生成并逸出CO2氣體,然后測定CO2的含量,再換算出碳的質量分數。然而生產實踐中發現,在生成CO2的同時,也伴有CO的生成,而且電弧爐和高頻爐燃燒產生CO較多,用電阻爐燃燒產生CO較少。CO的生成人們早有發現,儀器制造者也采用了相應的措施。
得到碳硫熱法聯合測定的最佳溫度為:1851℃。
用電弧爐燃燒測定碳量后的尾氣,對其進行氣相色譜分析,結果發現尾氣中的CO占含碳量的3%左右。用紅外法測定碳量,發現也有CO存在。用電阻爐燃燒生成的CO最少。CO的生成影響碳量測定的準確度,為了探索CO的產生,研究以下三個反應:
C+1/2O2=CO? ? ? ? ? ?(1)
C+CO2=2CO? ? ? ? ? ?(2)
CO2?CO+1/2O2? ? ?(3)
三個化學反應都能生成CO,然而每個反應都是有具體條件的,反應是在O2不足、紅熱的碳過量的條件下生成CO,煤氣中毒多與此反應有關。在測定碳的條件下,純氧是過量的,碳量也很少,因而此反應難以進行。
反應2是在封閉的體系中,在碳的存在下生產CO,也是熱處理滲碳的重要反應之一,這個反應和溫度關系密切,在缺氧的封閉體系中,碳過量的情況下,在1273K(1000℃)有98%的CO2轉化為CO。若用管式爐放入純的CO2和C,并組成封閉體系,升溫至1000℃(即1273 K)測定CO2的轉化率,實驗結果與轉化方程計算相符。證明了轉化方程計算的正確性。然而碳量的測定條件,并非封閉體系,而且有過量的氧存在,碳量也很少,因而很難由CO2再生成CO。相反CO易生成CO2,因此反應2在測定碳的條件下,很難生成CO。要指出的是反應2不僅是熱處理滲碳的重要反應,也是地下煤氣化的主要反應。煙筒的尾氣、汽車的尾氣中的CO都與這個反應有關。測定有機物中的碳量或高碳量的物質,如果條件控制不當,也是潛在的隱患。

GLMY創想儀器?CS-910型一體式碳硫分析儀
溫度在2000K以下,CO2轉換成CO的量甚微,不影響碳的測定;隨著溫度的升高,轉化率的數值增加,CO2的分解傾向增大,只有在溫度過高時候,譬如溫度在2500K時,對碳的測定才有顯著影響。換句話說,溫度過高,對碳的測定不利。由于電弧爐的電弧溫度很高(可達3500K),所以應有少量CO生成。高頻爐的局部溫度也能達到2500K,所以也能產生少量的CO。
在測定碳、硫的過程中,最佳溫度的選定涉及的反應較多,如:有各種形式碳的轉化反應各種形式硫的轉化反應、CO2的分解反應、SO2的轉化反應等,上述反應,用熱力學和動力學的原理逐個進行分析,共同的特征是溫度影響較大,具有代表性的是SO2的轉化反應與CO2的熱解反應。SO2轉化為SO3的反應,其轉化率隨溫度的升高而減小;CO2的熱解產生CO的反應,則隨溫度的升高而增加。換句話說,溫度升高對硫的測定有利,溫度過高對碳的測定不利。對于碳硫聯合測定而言,溫度影響應從兩方面考慮,如將兩方面影響的定量關系作圖,曲線交點即為最佳溫度。此兩反應的方程式為:
CO+1/2O2=CO2
SO2+1/2O2=SO3
這兩個反應式,兩個轉化方程,所得兩條曲線,曲線交點就是最佳溫度,即在2124K(1851℃)為測定碳、硫的最佳溫度條件。
以上推算,是按碳、硫聯合測定考慮的,在我國一般多用電阻爐,很難達到最佳溫度。在國外多用紅外法,由高頻感應爐加熱熔融試樣,溫度可達2173K以上,超過聯合測定的最佳溫度。這樣對測硫有好處,由于CO2熱解成CO的傾向大,因而對測碳有影響。為了補償不足,前面已經提到,從儀器設計上增加了鉑催化器,其作用是:
(1)將SO2氧化成SO,并除去。
(2)將CO再氧化成CO2以提高碳的測定準確度。另外,也可以在測硫中增設測CO的探頭,測出的CO量換算成碳的質量分數再并入碳的總量中。
應用熱力學的理論,研究了碳、硫測定的轉化率與溫度之間的函數關系,確定了CO2的轉化方程和SO2的轉化方程,豐富了碳、硫測定的理論。由轉化方程提供的數據,為改善碳、硫測定方法、確定最佳溫度條件提供了參考。
用高頻爐紅外法測定碳硫,調整溫度可通過調節高頻爐的功率及添加劑的成分和用量來解決。1g的鎢發熱量△H= -4. 448 kJ,1 g鐵的發熱量△H= -7. 2332kJ,1g錫的發熱量△H= -476kJ。錫對測硫有影響;鐵發熱量大又帶有磁性,有利于高頻感應,它是最合適的溫度調節劑,至于用量要靠試驗和經驗來解決,這里不再贅述。