Методы анализа

Анализатор серы собирается на основе базовой конфигурации прибора NSX-2100 с вертикальным или с горизонтальным расположением печи, путем добавления к нему детектора флуоресценции SD-210. Рабочий диапазон измерений такой системы составляет 0,02 - 10000 мкг/мл.

Кулонометрический детектор MCD-210, также способен определять содержание серы в образцах в пределах 0,1 - 1000 мкг/мл. О методе окислительной микрокулонометрии можно почитать по ссылке. Ниже будет подробно рассмотрена комплектация анализатора для определения серы методом УФ-флуоресценции.

Выбор типа печи для анализа серы

В первую очередь, при выборе анализатора серы, нужно определиться с типом печи, которая может быть:

  • Горизонтальной

  • Вертикальной

Выбор конфигурации печи зависит от агрегатного состояния анализируемого образца.

Твердые пробы помещаются в реакционную зону в специальной термостойкой лодочке, которая может располагаться только в печи горизонтального типа. Если требуется многокомпонентный анализ, то горизонтальное расположение печи также будет предпочтительней.


Рис. 1. Печь с горизонтальной загрузкой образца

Жидкие, газообразные образцы и СУГ можно анализировать в печи с любым расположением.

Тем не менее, для жидкостей и газов рекомендуется вертикальная печь, поскольку такой режим обеспечивает более высокую точность и скорость элементного анализа серы.


Рис. 2. Печь с вертикальной загрузкой образца

Шприц при вертикальной загрузке достаточно держать над реакционной трубкой, не опуская его слишком глубоко. Это важно, поскольку при нахождении иглы в горячей зоне образец будет закипать и испаряться раньше времени, образуя нагар на металле. При этом кончик иглы от перегрева будет расширяться, что приведет к неравномерной подачи образца в зону реакции и плохой сходимости результатов анализа.

В приборах Mitsubishi NSX-2100V с вертикальной печью игла вообще не заводится в зону реакции. Шприц находится над реакционной трубкой, которая набита кварцевой ватой. Капли с кончика иглы пролетают сразу в зону реакции. Образец впитывается в наполнитель и равномерно испаряется, что обеспечивает высокую повторяемость эксперимента.

Еще одним преимуществом вертикальной печи будет наличие большего числа устройств для загрузки образцов (автоподатчиков).

Точность анализа серы будет зависеть от полноты сжигания образца. Поэтому важно контролировать температурный режим внутри печи.

В анализаторах серы Mitsubishi NSX-2100 печь имеет две независимые зоны нагрева, которые обеспечивают однородную температуру в зоне реакции за счет предварительного подогрева подводимого к образцу газа.

Принцип работы анализатора серы с УФ-детектором

Образец, содержащий серу, помещается в кварцевую трубку внутри печи и сжигается при температуре около 1000°С в потоке кислорода, с образованием двуокиси серы (SO2):

R-S + O2 → SO2 + H2O + CO2

Непосредственно в детектор сера попадает уже в виде газообразного диоксида серы, который переходит в возбужденное состояние под действием ультрафиолета.

В основе метода определения лежит способность возбужденного диоксида серы к флуоресценции.

В анализаторе содержания серы NSX-2100 эта методика реализована следующим образом: 

Образующаяся при сжигании пробы двуокись серы переносится в реакционную камеру детектора SD-210, где она облучается импульсным источником УФ-излучения с длиной волны ν1 (190-230 нм). Это провоцирует переход молекулы SO2 в нестабильное состояние SO2*. В отсутствии источника УФ-света происходит обратный переход в основное энергетическое состояние, который сопровождается флуоресцентным свечением в УФ-диапазоне ν2 (300-400 нм): 

SO2 + hν1 → SO2*

SO2* → SO2*+ hν2

Интенсивность испускаемого излучения пропорциональна общему количеству серы в сжигаемом образце. Более подробную информацию о работе детектора SD-210 можно посмотреть по ссылке.

Концентрация серы в образце рассчитывается по калибровочной кривой, предварительно построенной по стандартным растворам. Высокое содержание азота в образце (свыше 1500 ppm) может ухудшить качество анализа, особенно, если необходим анализ серы в следовых количествах. Но компания MITSUBISHI разработала оригинальное решение этой проблемы, отсутствующее у конкурентов: в модификации NSX-2100V имеется возможность подключения к выходу вертикальной печи модуля-ловушки (концентратора) TRU-210 для обогащения и сепарации оксидов серы, что позволяет достичь определения ультраследовых количеств серы в образцах, вплоть до 5 ppb.

Еще один фактор, влияющий на точность анализа, это способ подачи образца в реактор, особенно это критично для газообразных образцов и сжиженных газов.

Способы загрузки образцов в разном агрегатном состоянием

Для анализаторов серы NSX-2100 компания Mitsubishi Chemical Analytech Co.,Ltd. разработала различные устройства автоматизации подачи образцов в зону реакции. Предлагаются многопозиционные автосемплеры для твердых и жидких образцов, а также микронасосы, петли, клапаны, обеспечивающие равномерность подачи пробы в зону реакции, что важно для газов и СУГ.

Ввод твердых проб осуществляется в специальной лодочке с помощью автоподатчика ABC-210, рассчитанного на одну пробу или многопозиционного автосемплера ASC-240 на 40 образцов.

Для загрузки жидких проб и СУГ рекомендован автосамплер ASC-250L, позволяющий предотвратить потери высоколетучих компонентов в анализируемых образцах благодаря использованию дополнительной опции - системы охлаждения подающей линии элементами Пельтье.

Ввод газообразных проб производится автоматически с помощью автоподатчика GI-220 со встроенным шприцевым насосом, который исключает потери вещества при анализе низких концентраций серы.

На Рис.1 представлена комплектация NSX-2100V для определения следовых количеств серы в соответствии с требованиями метода UOP 987 (часть Б) для образцов с содержанием серы между 10 и 200 ppb (0,001-0,02 ppm).

analizator seri

Рис. 3. NSX-2100V, включающий УФ-детектор SD-210 для определения серы, модуль-ловушку оксидов серы TRU-210, автосамплер для ввода жидких проб ASC-250L и устройство для ввода газов GI-220.