Анализатор углерода и серы

Изобретение относится к области исследования и анализа материалов путем определения их химических свойств и может быть использовано для определения углерода и серы в различных материалах (металлах, неорганических материалах и т.д.). Анализатор содержит печь, вход которой соединен с каналом подачи кислорода, а выход - с последовательно соединенными вакуумным насосом и ИК-ячейками СО₂ и SO₂, а также - регулятор давления и клапан, причем регулятор давления установлен в канале подачи кислорода и создает постоянное давление в печи, выход последовательно соединенных вакуумного насоса и ИК-ячеек соединен с входом печи, а клапан установлен между выходом печи и атмосферой. Достигается повышение точности и информативности анализа, а также - упрощение конструкции. 1 ил.

 

Изобретение относится к области исследования и анализа материалов путем определения их химических свойств и может быть использовано для определения углерода и серы в различных материалах (металлах, неорганических материалах и т.д.).

Известно устройство (анализатор) определения углерода в металле [1], который содержит печь для нагревания (сжигания) металлического образца, вход которой соединен с каналом подачи кислорода, а выход - с инфракрасными анализаторами (ИК-ячейками) СО и СО₂. Образец металла сжигается в печи в присутствии кислорода, а смесь газов из печи подается на ИК-ячейки, по показаниям которых определяется содержание углерода в образце.

Недостатком этого устройства является влияние на точность результата анализа скорости горения и полноты выгорания углерода в образце металла. Для снижения погрешностей анализа в указанных анализаторах применяют сложные печи сжигания и схемы управления газовыми потоками.

Наиболее близким к заявляемому изобретению является анализатор углерода и серы в материалах [2], который содержит печь для нагревания образца материала, вход которой соединен через клапан с каналом подачи кислорода, а выход - с последовательно соединенными вакуумным насосом, ИК-ячейками определения количества СО₂ и SO₂ в газовой смеси и регулятором давления (прототип). Образец материала в керамической лодочке помещается в печь и сжигается в присутствии кислорода. В процессе горения смесь газов из печи с помощью вакуумного насоса подается на ИК-ячейки, где по количеству образовавшихся СО₂ и SO₂ определяется содержание углерода и серы в образце материала.

Недостатком способа-прототипа является неполное окисление углерода на начальной стадии горения с образованием оксида углерода (СО) и влияние скорости горения материала образца на результат анализа. На скорость горения, кроме химического состава, оказывает влияние форма и размер образца (порошок, стружка, лента и т.д.). Отсутствует также возможность определения полноты выгорания углерода и серы. Эти факторы вносят ошибку в результат анализа.

Предлагаемое изобретение направлено на повышение точности определения концентрации углерода и серы в материалах, на упрощение устройства, получение возможности наблюдать кинетику выделения углерода и серы в реальном масштабе времени и точно фиксировать момент окончания экстракции.

Данный технический результат достигается тем, что в анализаторе углерода и серы, содержащем печь, вход которой соединен с каналом подачи кислорода, а выход - с последовательно соединенными вакуумным насосом и ИК-ячейками СО₂ и SO₂, а также регулятор давления и клапан, согласно изобретению регулятор давления установлен в канале подачи кислорода и создает постоянное давление в печи, выход последовательно соединенных ИК-ячеек и вакуумного насоса соединен с входом печи, а клапан установлен между выходом печи и атмосферой.

Установка регулятора давления в канале подачи кислорода с созданием им постоянного давления в печи, соединение выхода последовательно соединенных ИК-ячеек и вакуумного насоса с входом печи, а также установка клапана между выходом печи и атмосферой обеспечивают поступление необходимого количества кислорода в зону горения и проведение продувки устройства кислородом в атмосферу по окончании процесса окисления. Окончанием процесса окисления является стабилизация показаний ИК-ячеек. Визуальное наблюдение за кинетикой выделения CO₂ и SO₂ в режиме реального времени позволяет решить проблему управления процессом окисления.

Наличие в предлагаемом техническом решении существенных отличительных от прототипа признаков свидетельствует о его новизне. Указанные признаки отсутствуют в известных технических решениях, что свидетельствует о соответствии предлагаемого устройства критерию изобретения «изобретательский уровень».

Анализатор углерода и серы поясняется чертежом, где показана структурная схема устройства.

Устройство для определения содержания углерода и серы в материалах содержит печь 1, вход которой соединен с каналом подачи кислорода через регулятор 2 давления газов в печи, поддерживающий в ней постоянное давление. Выход печи соединен с последовательно соединенными ИК-ячейками 3 CO₂ и SO₂ и вакуумным насосом 4, а также с выходом в атмосферу через клапан 5. Выход вакуумного насоса 4 соединен с входом печи 1.

Анализатор работает следующим образом. Образец материала помещается в печь 1, после чего закрывается клапан 5, печь нагревается до заданной температуры, в нее подается кислород через регулятор давления 2 и включается вакуумный насос 4. В процессе окисления (горения) образца в присутствии кислорода при постоянном давлении в печи смесь газов вакуумным насосом прокачивается через ИК-ячейки 3, где по концентрация СО₂ и SO₂ определяется содержание углерода и серы в образце материала. После полного сгорания углерода и серы в образце (определяется по получению максимальной концентрации СО₂ или SO₂) открывается вентиль 5 для удаления газовой смеси из анализатора.

Таким образом, предлагаемое устройство определения углерода и серы в материалах позволяет наблюдать кинетику выделения углерода и серы и точно определять момент окончания процесса экстракции, устраняет влияние химического состава и формы образца на результат анализа. Кроме того, предлагаемое устройство позволяет производить дожигание СО до СО₂ при циркуляции смеси газов, что повышает точность анализа и упрощает конструкцию устройства. Наблюдая кинетику выделения газов, можно управлять скоростью процесса окисления, изменяя температуру нагрева.

Предлагаемое устройство позволяет уменьшить габариты и вес анализатора углерода и серы, а также существенно уменьшить вес (до 1 мг) образца материала.

Источники информации

1. Анализатор углерода в металлах. Патент Японии №56-072332 от 16.06.1981, G01N 21/61.

2. Анализатор серы и углерода SC-144DR. Техническое описание. - http:/www.leco.com (прототип).

Анализатор углерода и серы, содержащий печь, вход которой соединен с каналом подачи кислорода, а выход - с последовательно соединенными вакуумным насосом и ИК-ячейками СО₂ и SO₂, а также регулятор давления и клапан, отличающийся тем, что регулятор давления установлен в канале подачи кислорода и создает постоянное давление в печи, выход последовательно соединенных вакуумного насоса и ИК-ячеек соединен с входом печи, а клапан установлен между выходом печи и атмосферой.