红外碳硫分析原理.PPT
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2．MnS比FeS更稳定，熔点也高。在钢铁冶炼中往往用加 足够量的Mn，使生成MnS。（防止生成FeS而导致热脆 现象）。平时高锰合金钢的硫很难测准的原因也就不难分 析了。
5
碳硫在各种金属中化合物的稳定程度
3．生成的CO2比SO2自由能变化△Gfo 小，说明了CO2比 SO2稳定，当燃烧室热量不足时（温度低于1300℃）， SO2还会进一步与O2反应，生成自由能变化△Gfo 更小更 稳定的SO3。而CO2不可能进一步起化学反应，一般情况 下SO2的生成率很难达到100%。（燃烧室温度达到 1700℃以上时生成的SO3数据可以忽略不计）。但是碳硫 分析仪只测CO2﹑SO2的浓度来推导出含碳﹑含硫量，这 样硫的测量精度明显地与SO2的生成率直接有关。即使有 CO生成，系统中有转化炉装置，能将CO转化成CO2，因 此碳的测定结果比较稳定。
6
碳硫在各种金属中化合物的稳定程度
4. 1摩尔C和Fe3C与O2化学反应后，生成热 后者要比前者大得多，然而在做高碳样品 测试时，称量又比中﹑低碳样品少得多， 因而出现高碳高硫﹑高碳低硫样品的硫很 难测准，其原因就是燃烧室热量不够。
7
CO2﹑SO2的物理性能和化学性能
CO2和SO2物理化学性能比较
CS分析原理
碳元素和硫元素均是非金属元素，它们的电负性相差
不大（c:+2.5,s:+2.44）,因此，在金属或合金中都能形成
相应的碳化物或硫化物。当在高温富氧条件下，都能被氧
化成CO2和SO2。
C+O2=CO2↑
4Fe3C+13O2=6Fe2O3+4CO2↑
Mn3C+3O2=Mn3O4+Cwk.baidu.com2↑
S+O2=SO2↑
沸点
健角
偶极距
绝对粘度 汽化热 溶解度
键长
℃
1O-18c.g.s 2O℃时 kcal/mol 25℃时
A
CO2 -78 18O°
O
16O.O 3.88 O.144 1.15
9
SO2 -1O 119.536 1.63
124.2 5.96 9.41 1.432
1. CO2的沸点° 比SO2低得多，而且绝对粘度高﹑汽化热也1
3MnS+5O2=Mn3O4+3SO2↑
3FeS+5O2=Fe3O4+3SO2↑
CO2和SO2都是极性分子，具有永久电偶极矩，因而 都具有振动、转动等结构，按量子力学分成分裂的能级，
与入射的特征波长红外辐射耦合产生吸收。
1
CS分析原理
郎伯-比耳定律
I=I0exp(-〆PL) 式中：I0-入射光强 I -出射光强
生裂纹的原因，这种不良性能叫做热脆。此外硫存在于钢
内还能使钢的机械性能降低（主要是疲劳极限、塑性和耐
磨性）。硫的存在对钢的耐蚀性、可焊性也不利。因此在
钢铁中硫的含量总希望越低越好 。一般硫在钢铁中的含
量比碳至少要少一个数量级。由于硫的含量低，燃烧后生
成的SO2绝对量比CO2少，用同样的方法测定误差就大。 因此，红外碳硫分析仪中硫池的长度要比碳池长度长一个
3
钢铁中的碳硫
碳是钢铁中重要元素，当碳含量增加时其强度和硬度
随之增加，而塑性和延展性却随之降低，使钢变脆且难以
加工；反之，随着碳含量的减少，钢的韧性得到增强且易
于切削加工。而硫在钢铁中是一种有害元素，它以硫化物
的状态存在于钢中，主要是MnS。如果含锰量很低，则过
量的硫与铁合成FeS。硫化铁与硫化锰都是在热变形时产
数量级，分别为300毫米和30毫米。
4
碳硫在各种金属中化合物的稳定程度
1.所有的碳化物比硫化物焓变△Hfo数值要大，说明硫化物比 碳化物热力学稳定性高，要使硫化物分解产生化学反应的 热量也必须高，当燃烧室热量不足时，（化学反应初期﹑ 温度不高时），碳﹑碳化物和铁﹑钨﹑锡开始化学反应， 放出热能，再促使硫化物反应。
小，也就是说，不容易液化凝聚。这与我们在冬天测定碳
硫样品时硫元素测出的含量偏低的情况是一致的。要改善
这种情况，除了保持室内25℃恒温以外，最好在分析气流
经的管道上加热。
8
CO2﹑SO2的物理性能和化学性能
2.尽管CO2﹑SO2都属于极性分子，但由于CO2分子的键角 为180°完全对称，所以整个分子偶极距为零，它不容易被 吸附。而SO2分子的键角为119.536°，即分子呈三角形， 偶极距为1.63×10-18c.g.s,它就很容易被吸附。吸附是指当 分析气经过气路时，被统称为吸附剂的物质的表面吸收的现 象。分析气的吸附可以分成物理吸附和化学吸附。物理吸附 是指被吸附的物质和吸附剂之间不发生化学反应，这种吸附 是由于分子之间的相互引力所引起的，此力通常被称为范德 华力（取向力﹑诱导力﹑色散力的总和），可以用BET （Brunauer--Emmett--Teller）吸附等温式--公式（1）， 计算它的吸附量。这种吸附没有选择性，除了表面形状之外 吸附剂和被吸附物质本身的化学性质不起作用，任何固体都 可以吸附任何气体。
〆 -吸收系数
P -该气体的分压强
L -分析池的长度
测量经吸收后红外光的强度便能计算出相应气体的
浓度，这便是红外气体分析的理论根据。红外碳硫分析仪
就是利用了CO2及SO2分别在4.26μm和7.4μm处，具有较 强的特征吸收带这一特性，通过测量气体吸收光强分析
CO2和SO2含量，间接确定被测样品中的碳、硫元素的百
分含量。
2
钢铁中的碳硫
碳在钢铁中主要以两种形式存在： 一种是化合碳，即碳以化合形态存在，主要以铁的碳
化物和合金元素的碳化物形态存在。例如Fe3C、Mn3C、 Cr3C2、WC﹑W2C、VC、MOC、TiC等。
另一种是游离碳，例如铁碳固溶体中的碳、无定形碳、 石墨碳、退火碳等，统称为游离碳。
在钢中，一般是以化合碳为主，游离碳只存在于铁及 经退火处理的高碳钢。化合碳与游离碳总和，称为总碳量。 红外碳硫分析仪就是测定样品中的总碳量。
9
CO2﹑SO2的物理性能和化学性能
P
1 C1 P
V(P sP) VmC VmC P S
公式（1）
式中：V - 吸附量； Vm - 单分子吸附层吸附量； P - 吸附平衡时气体的压力； Ps - 气体在吸附温度下饱和蒸汽压； C - 常数
logPsA B CT
公式（2）
式中：Ps - T℃时的饱和蒸汽压； T - 温度； A﹑B﹑C - 常数。
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碳硫在各种金属中化合物的稳定程度
3．生成的CO2比SO2自由能变化△Gfo 小，说明了CO2比 SO2稳定，当燃烧室热量不足时（温度低于1300℃）， SO2还会进一步与O2反应，生成自由能变化△Gfo 更小更 稳定的SO3。而CO2不可能进一步起化学反应，一般情况 下SO2的生成率很难达到100%。（燃烧室温度达到 1700℃以上时生成的SO3数据可以忽略不计）。但是碳硫 分析仪只测CO2﹑SO2的浓度来推导出含碳﹑含硫量，这 样硫的测量精度明显地与SO2的生成率直接有关。即使有 CO生成，系统中有转化炉装置，能将CO转化成CO2，因 此碳的测定结果比较稳定。
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碳硫在各种金属中化合物的稳定程度
4. 1摩尔C和Fe3C与O2化学反应后，生成热 后者要比前者大得多，然而在做高碳样品 测试时，称量又比中﹑低碳样品少得多， 因而出现高碳高硫﹑高碳低硫样品的硫很 难测准，其原因就是燃烧室热量不够。
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CO2﹑SO2的物理性能和化学性能
CO2和SO2物理化学性能比较
CS分析原理
碳元素和硫元素均是非金属元素，它们的电负性相差
不大（c:+2.5,s:+2.44）,因此，在金属或合金中都能形成
相应的碳化物或硫化物。当在高温富氧条件下，都能被氧
化成CO2和SO2。
C+O2=CO2↑
4Fe3C+13O2=6Fe2O3+4CO2↑
Mn3C+3O2=Mn3O4+Cwk.baidu.com2↑
S+O2=SO2↑
沸点
健角
偶极距
绝对粘度 汽化热 溶解度
键长
℃
1O-18c.g.s 2O℃时 kcal/mol 25℃时
A
CO2 -78 18O°
O
16O.O 3.88 O.144 1.15
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SO2 -1O 119.536 1.63
124.2 5.96 9.41 1.432
1. CO2的沸点° 比SO2低得多，而且绝对粘度高﹑汽化热也1
3MnS+5O2=Mn3O4+3SO2↑
3FeS+5O2=Fe3O4+3SO2↑
CO2和SO2都是极性分子，具有永久电偶极矩，因而 都具有振动、转动等结构，按量子力学分成分裂的能级，
与入射的特征波长红外辐射耦合产生吸收。
1
CS分析原理
郎伯-比耳定律
I=I0exp(-〆PL) 式中：I0-入射光强 I -出射光强
生裂纹的原因，这种不良性能叫做热脆。此外硫存在于钢
内还能使钢的机械性能降低（主要是疲劳极限、塑性和耐
磨性）。硫的存在对钢的耐蚀性、可焊性也不利。因此在
钢铁中硫的含量总希望越低越好 。一般硫在钢铁中的含
量比碳至少要少一个数量级。由于硫的含量低，燃烧后生
成的SO2绝对量比CO2少，用同样的方法测定误差就大。 因此，红外碳硫分析仪中硫池的长度要比碳池长度长一个
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钢铁中的碳硫
碳是钢铁中重要元素，当碳含量增加时其强度和硬度
随之增加，而塑性和延展性却随之降低，使钢变脆且难以
加工；反之，随着碳含量的减少，钢的韧性得到增强且易
于切削加工。而硫在钢铁中是一种有害元素，它以硫化物
的状态存在于钢中，主要是MnS。如果含锰量很低，则过
量的硫与铁合成FeS。硫化铁与硫化锰都是在热变形时产
数量级，分别为300毫米和30毫米。
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碳硫在各种金属中化合物的稳定程度
1.所有的碳化物比硫化物焓变△Hfo数值要大，说明硫化物比 碳化物热力学稳定性高，要使硫化物分解产生化学反应的 热量也必须高，当燃烧室热量不足时，（化学反应初期﹑ 温度不高时），碳﹑碳化物和铁﹑钨﹑锡开始化学反应， 放出热能，再促使硫化物反应。
小，也就是说，不容易液化凝聚。这与我们在冬天测定碳
硫样品时硫元素测出的含量偏低的情况是一致的。要改善
这种情况，除了保持室内25℃恒温以外，最好在分析气流
经的管道上加热。
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CO2﹑SO2的物理性能和化学性能
2.尽管CO2﹑SO2都属于极性分子，但由于CO2分子的键角 为180°完全对称，所以整个分子偶极距为零，它不容易被 吸附。而SO2分子的键角为119.536°，即分子呈三角形， 偶极距为1.63×10-18c.g.s,它就很容易被吸附。吸附是指当 分析气经过气路时，被统称为吸附剂的物质的表面吸收的现 象。分析气的吸附可以分成物理吸附和化学吸附。物理吸附 是指被吸附的物质和吸附剂之间不发生化学反应，这种吸附 是由于分子之间的相互引力所引起的，此力通常被称为范德 华力（取向力﹑诱导力﹑色散力的总和），可以用BET （Brunauer--Emmett--Teller）吸附等温式--公式（1）， 计算它的吸附量。这种吸附没有选择性，除了表面形状之外 吸附剂和被吸附物质本身的化学性质不起作用，任何固体都 可以吸附任何气体。
〆 -吸收系数
P -该气体的分压强
L -分析池的长度
测量经吸收后红外光的强度便能计算出相应气体的
浓度，这便是红外气体分析的理论根据。红外碳硫分析仪
就是利用了CO2及SO2分别在4.26μm和7.4μm处，具有较 强的特征吸收带这一特性，通过测量气体吸收光强分析
CO2和SO2含量，间接确定被测样品中的碳、硫元素的百
分含量。
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钢铁中的碳硫
碳在钢铁中主要以两种形式存在： 一种是化合碳，即碳以化合形态存在，主要以铁的碳
化物和合金元素的碳化物形态存在。例如Fe3C、Mn3C、 Cr3C2、WC﹑W2C、VC、MOC、TiC等。
另一种是游离碳，例如铁碳固溶体中的碳、无定形碳、 石墨碳、退火碳等，统称为游离碳。
在钢中，一般是以化合碳为主，游离碳只存在于铁及 经退火处理的高碳钢。化合碳与游离碳总和，称为总碳量。 红外碳硫分析仪就是测定样品中的总碳量。
9
CO2﹑SO2的物理性能和化学性能
P
1 C1 P
V(P sP) VmC VmC P S
公式（1）
式中：V - 吸附量； Vm - 单分子吸附层吸附量； P - 吸附平衡时气体的压力； Ps - 气体在吸附温度下饱和蒸汽压； C - 常数
logPsA B CT
公式（2）
式中：Ps - T℃时的饱和蒸汽压； T - 温度； A﹑B﹑C - 常数。