LECO CN928: Stanovení uhlíku a dusíku v uhlí a koksu

Stanovení obsahu uhlíku a dusíku je součástí tzv. „ultimate analysis“ uhelných a koksových paliv. Slouží k charakterizaci materiálu a poskytuje údaje využitelné pro výpočty materiálových a energetických bilancí, účinností a emisního potenciálu uhelných a koksových paliv. Výsledky analýzy uhlíku a dusíku se rovněž používají k hodnocení reaktivity materiálu pro procesy zkapalňování nebo zplyňování.

Model a konfigurace přístroje

LECO CN928 je analyzátor pro makrospalovací stanovení uhlíku a dusíku, který využívá prostředí čistého kyslíku ve vysokoteplotní horizontální keramické spalovací peci a keramické kelímky navržené pro makrovzorky. Termoelektrický chladič odstraňuje vlhkost ze spalovacích plynů před jejich zachycením ve vyrovnávací nádobě (ballast). Plyny se zde promíchají a vyrovnají, poté je odebrán reprezentativní podíl (alikvota) o objemu 3 cm³ nebo 10 cm³, který je zaveden do proudícího inertního nosného plynu (helia nebo argonu) pro analýzu.

LECO CN928: Stanovení uhlíku a dusíku v uhlí a koksu: LECO CN928 analyzátor pro makrospalovací stanovení uhlíku a dusíku.

Tato alikvota je vedena přes vyhřívanou redukční trubici naplněnou mědí, kde dochází k redukci oxidů dusíku (NOₓ) na molekulární dusík (N₂). Následně je plyn zaveden do nedisperzní infračervené detekční cely (NDIR) pro detekci uhlíku ve formě CO₂ a dále do detektoru tepelné vodivosti (TC) pro detekci dusíku (N₂).

Detektory tepelné vodivosti pracují na principu měření změny tepelné vodivosti analytického plynu ve srovnání s nosným (referenčním) plynem. Čím větší je rozdíl mezi tepelnou vodivostí nosného a analyzovaného plynu, tím vyšší je citlivost detektoru. CN928 podporuje použití helia i argonu jako nosného plynu. Helium poskytuje nejvyšší citlivost a nejlepší výkon při stanovení nízkých koncentrací dusíku. Vzhledem k menšímu rozdílu tepelné vodivosti mezi argonem a dusíkem je citlivost detektoru při použití argonu přirozeně nižší.

LECO CN928 navíc umožňuje volbu mezi 10cm³ a 3cm³ alikvotní smyčkou v systému sběru a manipulace s plyny. Smyčka o objemu 10 cm³ optimalizuje měření pro nejnižší koncentrace dusíku a poskytuje nejlepší přesnost. Smyčka o objemu 3 cm³ prodlužuje životnost činidel přibližně trojnásobně a snižuje náklady na analýzu, přičemž praktický výkon zůstává zachován.

Poznámka: Při změně typu nosného plynu je nutné upravit průtoky podle pokynů v uživatelské příručce pro řadu 928. Velikost alikvotní smyčky se volí v softwaru přístroje v rámci parametrů metody.

Referenční metoda

ASTM D5373 – Standardní zkušební metody pro stanovení uhlíku, vodíku a dusíku v analytických vzorcích uhlí a uhlíku v uhlí a koksu.

Poznámka: Norma ASTM D5373 vyžaduje použití čistých sloučenin pro kalibraci.

Příprava vzorků

Vzorky musí být homogenní, aby bylo dosaženo spolehlivých výsledků. Uhelné vzorky by měly být připraveny dle normy ASTM D2013, vzorky koksu dle ASTM D346/D346M. Podle normy ASTM D5373 se uhlí a koks analyzují „v dodaném stavu“ a výsledky se následně korigují o obsah vlhkosti. Hodnota vlhkosti by měla být určena tentýž den jako samotná analýza. Referenční materiály je nutné připravit dle pokynů uvedených v jejich certifikátech.

Příslušenství

• 528-203 keramické spalovací kelímky*
• 761-929 kleště na kelímky
• 501-614 laboratorní špachtle

Poznámka: Pro dosažení optimální přesnosti je doporučeno kelímky před použitím vyžíhat v muflové peci při 1000 °C po dobu minimálně 40 minut. Po vychladnutí uchovávejte kelímky v exsikátoru. Pokud nejsou použity do 24 hodin, je třeba je znovu vyžíhat. Manipulace s kelímky po výpalu by měla probíhat výhradně pomocí čistých kleští – nikdy rukou.

Referenční materiály

LCRM®, LRM®, NIST nebo jiné vhodné certifikované referenční materiály.

Obecné parametry*

• Typ plynu: Helium nebo Argon
• Teplota pece: 1350 °C
• Rychlost nárůstu teploty: 12 °C/min
• Doba odvodnění: 0 s
• Nominální hmotnost vzorku: 1,0000 g
• Počet proplachovacích cyklů: 3
• Doba ustálení v balastu: 10 s
• Časový limit pro nenaplnění balastu: 300 s
• Pokles tlaku při plnění alikvotní smyčky: 200 mm Hg
• Doba ustálení alikvotní smyčky: 4 s
• Velikost dávkovací smyčky: Velká (10 cm³) nebo malá (3 cm³)

Parametry prvků – Helium (10 cm³ a 3 cm³)*

• Stabilizace základní linie: Ano
• Zpoždění integrace: 15 s (uhlík) / 0 s (dusík)
• Počáteční základní linie: 1 s (uhlík) / 10 s (dusík)
• Zpoždění po základní linii: 5 s (uhlík) / 25 s (dusík)
• Použít komparátor: Ne
• Doba integrace: 22 s (uhlík) / 50 s (dusík)
• Použít Endline: Ne (uhlík) / Ano (dusík)
• Zpoždění Endline: — (uhlík) / 30 s (dusík)
• Koncová základní linie: — / 5 s
• Měření blanku: — / —

Parametry prvků – Argon (10 cm³ a 3 cm³)*

• Stabilizace základní linie: Ano
• Zpoždění integrace: 15 s (uhlík) / 9 s (dusík)
• Počáteční základní linie: 1 s (uhlík) / 10 s (dusík)
• Zpoždění po základní linii: 5 s (uhlík) / 25 s (dusík)
• Použít komparátor: Ne
• Doba integrace: 22 s (uhlík) / 70 s (dusík)
• Použít Endline: Ne (uhlík) / Ano (dusík)
• Zpoždění Endline: — (uhlík) / 30 s (dusík)
• Koncová základní linie: — / 5 s
• Měření blanku: — / Ano

*Viz návod k obsluze řady 928 pro definice parametrů.

Spalovací profil

Krok spalování  /  Proud v trysce (Lance Flow)  /  Proud v peci (Furnace Flow)  /  Čas

1. Ne  /  Ano /  5 s
2. Ano  /  Ano  /  5 s
3. Ano  /  Ne  /  Konec

Postup

1. Připravte přístroj k provozu podle pokynů uvedených v uživatelské příručce.
2. Kondicionujte systém.
   1. V přihlašovací obrazovce zadejte alespoň pět opakování blanku. Keramický spalovací kelímek není vyžadován.
   2. Spusťte sekvenci analýzy.
3. Určete Blank.
   1. V přihlašovací obrazovce zadejte alespoň pět opakování blanku.
   2. Umístěte keramické spalovací kelímky (528-203) na příslušná místa v automatickém podavači.
   3. Spusťte sekvenci analýzy.
   4. Nastavte hodnotu Blank podle postupu uvedeného v uživatelské příručce.

Poznámka: Směrodatná odchylka posledních pěti blanků by měla být ≤ 0,001 % (10 ppm) pro oba prvky při použití helia jako nosného plynu a ≤ 0,005 % (50 ppm) při použití argonu. Pro dosažení požadované přesnosti může být potřeba provést více než pět blanků.

1. Kalibrace / Korekce driftu.
   1. V přihlašovací obrazovce zadejte požadovaný počet opakování pro kalibraci / korekci driftu (minimálně pět).
   2. Navážte vhodné množství příslušného referenčního materiálu do keramického spalovacího kelímku (528-203).
   3. Zadejte hmotnost vzorku a jeho identifikaci do přihlašovací obrazovky.
   4. Přeneste kelímek s referenčním materiálem na příslušné místo v automatickém podavači.
   5. Kroky 4b až 4d proveďte minimálně pětkrát pro každý použitý kalibrační nebo driftový materiál.
   6. Spusťte sekvenci analýzy.
   7. Proveďte kalibraci nebo korekci driftu podle postupu uvedeného v uživatelské příručce.
   8. Ověřte kalibraci analýzou vhodného množství jiného (odlišného) referenčního materiálu a potvrďte, že výsledky jsou v rámci přípustné tolerance.
2. Analýza vzorků.
   1. V přihlašovací obrazovce zadejte požadovaný počet opakování měření.
   2. Navážte přibližně 0,20 g vzorku sazí nebo grafitu do keramického spalovacího kelímku (528-203).
   3. Zadejte hmotnost vzorku a jeho identifikaci do přihlašovací obrazovky.
   4. Přeneste kelímek se vzorkem na příslušné místo v automatickém podavači.
   5. Kroky 5b až 5d opakujte pro každý analyzovaný vzorek.
   6. Spusťte sekvenci analýzy.

TYPICKÉ VÝSLEDKY

Data byla získána v souladu s normou ASTM D5373 s využitím lineární kalibrace s úplnou regresí pro stanovení uhlíku a lineární kalibrace procházející počátkem pro stanovení dusíku. Byly použity frakční hmotnosti (0,17–0,30 g) referenčního materiálu LECO 502-642 (šarže 1020), LCRM fenylalanin (65,45 % C, 8,46 % N). Kalibrace byly ověřeny pomocí materiálu LECO 502-896 (šarže 1007), LCRM EDTA (41,14 % C, 9,59 % N). Vzorky uhlí a koksu byly analyzovány „v dodaném stavu“ a výsledky byly korigovány na obsah vlhkosti v souladu s normou ASTM D5373. Vzorky byly naváženy a analyzovány v množství přibližně 0,20 g.

LECO: LECO CN928: Stanovení uhlíku a dusíku v uhlí a koksu.