Stanovení CHNS/O v sazích dle ASTM D5373

1.11.2017

Saze jsou vedlejší produkt nedokonalého spalování těžkých ropných látek, uhlí a některých rostlinných olejů. Jsou využívány například jako přísada do pneumatik a jiných gumových výrobků. Jako pigment se využívá např. v plastech, barvách a inkoustech. 

CHNS/O analyzátor FlashSmart

Obr. 1: CHNS/O analyzátor FlashSmart

Při výrobě sazí se průběžně sleduje obsah prvků, zejména pak uhlíku. Celkový obsah uhlíku je nutný pro výpočet emisí oxidu uhličitého a výtěžnosti. Podle metody ASTM D5373 lze pro stanovení uhlíku, dusíku a vodíku v uhlí a koksu použít spalovací metodu.  

Díky stále vyššímu počtu vzorků, a tedy potřebě provádět analýzy rychle, ale i pro celkové snížení provozních nákladů, je klíčová automatizovaná technika umožňující elementární analýzu rychle a s vynikající reprodukovatelností.  

Elementární analyzátor (EA) Flash Smart výrobce Thermo Scientific (Obr. 1) pracuje na principu dynamického spalování vzorku (modifikovaná Dumasova metoda), která umožňuje rychlé kvantitativní stanovení prvků v širokém rozsahu koncentrací, bez nutnosti převodu vzorku do roztoku. Analýza je tedy automatická a rychlá. Flash Smart EA umožňuje simultánně stanovit CHNS a v dalším korku separátně O pyrolyticky. Software EagerSmart spočítá výhřevnost, spalné teplo ("heat value" – GHV gross hat value, NHV net heat value) a emise CO 2 .

Metoda

Flash Smart EA pracuje na principu dynamického spalování vzorku. Vzorky jsou navažovány do cínových kelímků a pomocí autosampleru MAS Plus vkládány do spalovacího reaktoru. Po spálení v proudu kyslíku jsou plynné produkty spalování vedeny pomocí helia jako nosného plynu přes vrstvu obsahující měď a dále přes GC kolonu, na které jsou plyny separovány. K detekci separovaných plynů je použit TCD detektor. Celý proces netrvá ani 10 minut (Obr. 2). Výsledky jsou reportovány pomocí softwaru Eager Smart .

Konfigurace CHNS/O

Obr. 2: Konfigurace CHNS/O

Pro stanovení kyslíku pracuje přístroj v pyrolytickém módu. Vzorky jsou naváženy do stříbrných kelímků a pomocí autosampleru MAS Plus vkládány do pyrolytické komory. Reaktor obsahuje uhlík potahovaný niklem a pyrolýza se provádí za teploty 1060 °C. Kyslík se slučuje s uhlíkem za vzniku CO, který je separován pomocí GC kolny a detekován pomocí TCD detektoru (Obr. 2). Výsledky jsou reportovány pomocí softwaru Eager Smart .

Výsledky

Byly analyzovány různé druhy sazí podle metody ASTM D5373. K ověření úplného spálení vzorků byl použit referenční materiál - carbon mesoporous reference materiál. Přístroj byl kalibrován pomocí standardu BBOT* s navážkou 2-3 mg, s použitím kalibrační metdoy K faktor. Vzorky byly navažovány na +- 2 mg. Výsledky jsou uvedeny v tabulce 1. Opakovatelnost a průměrné hodnoty spadají do očekáváných hodnot a indikují tak úplnou oxidaci vzorku a správné nastavení systému. Následně byly analyzovány tři vzorky pro ověření opakovatelnosti (Tab. 1).
*2,5-Bis (5-terc-butyl-benzoxazol-2-yl) thiophen

Tab. 1: Stanovení uhlíku

Tab. 1: Stanovení uhlíku

V tabulce 2 jsou uvedeny výsledky stanovení CHNS u vzorků sazí pro ověření opakovatelnosti měření. Přístroj byl kalibrován pomocí standardu BBOT* s navážkou 2-3 mg, s použitím kalibrační metdoy K faktor. Vzorky byly navažovány na +- 2 mg.

Tab. 2: Výsledky stanovení CHNS v sazích

Tab. 2: Výsledky stanovení CHNS v sazích

Tabulka 3 ukazuje opakovatelnost měření u dalších vzorků sazí.

Tab. 3: Výsledky stanovení CHNS v sazích

Tab. 3: Výsledky stanovení CHNS v sazích

V tabulce 4 jsou uvedeny výsledy stanovení O, výhřevnosti a s palného tepla (kcal/kg) a emise CO 2 .

Tab. 4: Výsledky stanovení O v sazích, spalného tepla, výhřevnosti a CO2

Tab. 4: Výsledky stanovení O v sazích, spalného tepla, výhřevnosti a CO2

Při stanovení CHNS byly vzorky sazí analyzovány ve dvou sériích. V každé sérii byly vzorky analyzovány dvakrát a statistické výsledky ukazují průměr čtyř stanovení. Přístroj byl kalibrován pomocí standardu BBOT* s navážkou 1-2 mg, s použitím kalibrační metdoy K faktor. Vzorky byly navažovány na 1-2 mg.

Výsledky byly srovnány s požadavky metody ASTM D5373 (Tab. 5). Limit opakovatelnosti (r) je odchylka výsledků měření stejného vzorku prováděné jedním přístrojem, stejným operátorem, za stejných podmínek v krátkém čase za sebou. Přesnost Flash Smart EA při stanoveních CHN byla určena z výsledků v Tab. 3. Tabulka 6 ukazuje ochylky mezi výsledky v každé sérii analýz. Odchylky spadají do nebo jsou pod limity opakovatelnosti stanovené v metodě ASTM D5373.  

Tab. 5: Rozsah koncentrací a přijatelná opakovatelnost dle metody ASTM D5373

Tab. 5: Rozsah koncentrací a přijatelná opakovatelnost dle metody ASTM D5373

Tab. 6: Výsledky stanovení CHN v sazích dle požadavků metody ASTM D5373

Tab. 6: Výsledky stanovení CHN v sazích dle požadavků metody ASTM D5373

Zdroj:
Aplikační poznámka Thermo Scientifi: AN-42238, ke stažení zde .

Autoři:
Dr. Liliana Krotz1, Dr. Guido Giazzi1
1 Thermo Fisher Scientific, Italy, Milan

Pro více informací nás neváhejte kontaktovat ( krajcarova@pragolab.cz , voldrichova@pragolab.cz )