Messprinzip – Kohlenstoff-/Schwefelanalyse

Die Sauerstoffstrom-Verbrennungs-Infrarotabsorptionsmethode wird für die Analyse von Kohlenstoff und Schwefel in verschiedenen Materialien eingesetzt. Die Ausrüstung umfasst eine Verbrennungsextraktionseinheit, eine Detektionseinheit, eine Gasflusseinheit und eine Datenverarbeitungseinheit. Hochfrequenz-Induktionsheizung wird als Verbrennungsextraktionsmethode eingesetzt, da sie einfach handhabbar ist, die Fähigkeit zur Erzeugung bei hohen Temperaturen und den Rühreffekt erreicht.

Bei dieser Messmethode wird ein hochfrequenter induzierter Strom durch die Oberfläche einer in einem magnetischen Tiegel gehaltenen Probe geleitet, wodurch die Probe aufgrund ihres Widerstands erhitzt wird. Dieser Erhitzungsprozess löst eine Sauerstoffverbrennungsreaktion aus, die Verbrennungswärme erzeugt. Je nach Probe müssen Materialien wie Wolfram, Zinn, Kupfer, Eisen oder andere Flussmittel (Verbrennungshilfen) verwendet werden.

Durch das Verbrennen der Probe in einem Sauerstoffträger zusammen mit einem Fluss in einem Hochfrequenz-Induktionsheizofen wird der Kohlenstoff im Probengas in Kohlendioxid (CO₂) und Kohlenmonoxid (CO) umgewandelt, Schwefel in Schwefeldioxid (SO₂) und Wasserstoff in Feuchtigkeit (H₂O). Nach der Entfernung von H₂O mit einem Absorptionsmittel werden die verbleibenden CO₂, CO und SO₂ im Sauerstoffträger separat von NDIR Detektoren detektiert.

Nicht-dispersiver Infrarotdetektor (NDIR)

Die Hauptkomponenten eines NDIR-Sensors sind eine Infrarotlichtquelle, eine Probekammer (Zelle), ein optischer Filter und ein Infrarotdetektor.

Nach dem Beer-Lambert-Gesetz absorbiert das in der Probekammer vorhandene Gas bestimmte Lichtwellenlängen. Der Detektor misst die Abschwächung der Intensität dieser Wellenlängen, was die Bestimmung der Gaskonzentration ermöglicht.

Ein optischer Filter wird verwendet, um die spezifische Wellenlänge zu isolieren, die vom interessierten Gasmolekül absorbiert wird. Das Signal der Quelle wird gehackt oder moduliert, um thermische Hintergrundsignale vom gewünschten Signal zu versetzen. NDIR Detektoren werden zur Messung von CO₂, CO, SO₂ und H₂O eingesetzt (wenn H₂ von NDIR gemessen werden soll).
Zur Messung des CO₂ werden zwei Detektoren zusammen mit zwei optimierten Filtern eingesetzt, was eine genaue Messung sowohl niedriger als auch hoher Konzentrationen ermöglicht.

HORIBA, ein Pionier im Bereich NDIR Analysatoren, hat NDIR als eine seiner Kerntechnologien entwickelt und bietet marktführende Geräte in vielen Bereichen an. Derzeit wird es nicht nur in Elementaranalysatoren, sondern auch in mehreren Instrumenten eingesetzt, die eine Vielzahl von Anwendungen abdecken: Motorabgasanalysatoren, Umgebungs-NOx-Monitore und Stapelgasanalysatoren.

Für detailliertere technische Informationen zur NDIR Gasdetektionsmethode lesen Sie bitte: Was ist die nichtdispersive Infrarotabsorptionsmethode (NDIR)?

Kohlenstoff und Schwefel können mit einem Induktionsofen oder Widerstandsofen zur Gaserzeugung analysiert werden:

Induktionsofen

Um den Gesamtkohlenstoff und Schwefel zu messen und einen hohen Durchsatz zu erreichen, werden Induktionsöfen bevorzugt. Bei dieser Methode wird eine Probe in einen keramischen Tiegel mit einem Flussmittel gelegt. Induktionsheizung wird eingesetzt, um mit Hilfe des Sauerstoffflusses hohe Temperaturen zu erreichen, typischerweise über 2300 °C. Diese Reaktion erzeugt CO, CO₂ und SO₂. Obwohl die genaue Temperatur möglicherweise nicht bekannt ist, kann der angelegte Strom während der Analyse kontrolliert und angepasst werden, um die Methode zu optimieren.

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