Stanovenie CHNS/O v sadziach podľa ASTM D5373

Sadze sú vedľajšími produktmi nedokonalého spaľovania ťažkých ropných látok, uhlia a niektorých rastlinných olejov. Sú využívané napríklad ako prísada do pneumatík a iných gumových výrobkov. Ako pigment sa využívajú napr. v plastoch, farbách a atramentoch.

Obr. 1: Sadze sú využívané napríklad ako prísada do pneumatík

Obr. 1: Sadze sú využívané napríklad ako prísada do pneumatík

Pri výrobe sadzí sa priebežne sleduje obsah prvkov, najmä uhlíka. Celkový obsah uhlíka je nutný pre výpočet emisií oxidu uhličitého a výťažnosti. Podľa metódy ASTM D5373 možno na stanovenie uhlíka, dusíka a vodíka v uhlí a kokse použiť spaľovaciu metódu.

Vďaka stále vyššiemu počtu vzoriek, a teda potrebe vykonávať analýzy rýchlo, ale aj pre celkové zníženie prevádzkových nákladov, je kľúčová automatizovaná technika umožňujúca elementárnu analýzu rýchlo a s vynikajúcou reprodukovateľnosťou.

Elementárny analyzátor (EA) Flash Smart od výrobcu Thermo Scientific (obr. 1) pracuje na princípe dynamického spaľovania vzorky (modifikovaná Dumasova metóda), ktoré umožňuje rýchle kvantitatívne stanovenie prvkov v širokom rozsahu koncentrácií, bez nutnosti prevodu vzorky do roztoku. Analýza je teda automatická a rýchla. Flash Smart EA umožňuje simultánne stanoviť CHNS a v ďalšom kroku separátne O pyrolyticky. Softvér EagerSmart spočíta výhrevnosť, spaľovacie teplo („heat value“ - GHV gross hat value, NHV net heat value) a emisie CO2 .

Metóda

Flash Smart EA pracuje na princípe dynamického spaľovania vzorky. Vzorky sa navážia do cínových téglikov a pomocou autosamplera MAS Plus sú vkladané do spaľovacieho reaktora. Po spálení v prúde kyslíka sú plynné produkty spaľovania vedené pomocou hélia ako nosného plynu cez vrstvu obsahujúcu meď a ďalej cez GC kolónu, na ktorej sú plyny separované. Na detekciu separovaných plynov je použitý TCD detektor. Celý proces netrvá ani 10 minút (obr. 2). Výsledky sú reportované pomocou softvéru Eager Smart .

CHNS/O analyzátor FlashSmart

Obr. 2: CHNS/O analyzátor Flash Smart

Na stanovenie kyslíka pracuje prístroj v pyrolytickom móde. Vzorky sú navážené do strieborných téglikov a pomocou autosamplera MAS Plus vkladané do pyrolytickej komory. Reaktor obsahuje uhlík poťahovaný niklom a pyrolýza sa uskutočňuje za teploty 1060 °C. Kyslík sa zlučuje s uhlíkom za vzniku CO, ktorý je separovaný pomocou GC kolóny a detegovaný pomocou TCD detektora (obr. 2). Výsledky sú reportované pomocou softvéru Eager Smart.

Výsledky

Boli analyzované rôzne druhy sadzí podľa metódy ASTM D5373. Na overenie úplného spálenia vzoriek bol použitý referenčný materiál – „carbon mesoporous reference“ materiál. Prístroj bol kalibrovaný pomocou štandardu BBOT* s navážkou 2-3 mg, s použitím kalibračnej metódy K faktor. Vzorky boli navážené na +/- 2 mg. Výsledky sú uvedené v tabuľke 1. Opakovateľnosť a priemerné hodnoty spadajú do očakávaných hodnôt a indikujú tak úplnú oxidáciu vzorky a správne nastavenie systému. Následne sa analyzovali tri vzorky pre overenie opakovateľnosti (tab. 1).
*2,5-Bis (5-terc-butyl-benzoxazol-2-yl) thiophen

Tab. 1: Stanovenie uhlíka

Tab. 1: Stanovenie uhlíka

V tabuľke 2 sú uvedené výsledky stanovenia CHNS u vzoriek sadzí pre overenie opakovateľnosti merania. Prístroj bol kalibrovaný pomocou štandardu BBOT* s navážkou 2-3 mg, použitím kalibračnej metódy K faktor. Vzorky boli navážené na +/- 2 mg.

Tab. 2: Výsledky stanovenia CHNS v sadziach

Tab. 2: Výsledky stanovenia CHNS v sadziach

Tabuľka 3 ukazuje opakovateľnosť merania u ďalších vzoriek sadzí.

Tab. 3: Výsledky stanovenia CHNS v sadziach

Tab. 3: Výsledky stanovenia CHNS v sadziach

V tabuľke 4 sú uvedené výsledky stanovenia O, výhrevnosti a spalného tepla (kcal/kg) a emisie CO2.

Tab. 4: Výsledky stanovenia O v sadziach, spalného tepla, výhrevnosti a CO2

Tab. 4: Výsledky stanovenia O v sadziach, spalného tepla, výhrevnosti a CO2

Pri stanovení CHNS boli vzorky sadzí analyzované v dvoch sériách. V každej sérii boli vzorky analyzované dvakrát a štatistické výsledky ukazujú priemer štyroch stanovení. Prístroj bol kalibrovaný pomocou štandardu BBOT * s navážkou 1-2 mg, s použitím kalibračnej metódy K faktor. Vzorky boli navážené na 1-2 mg.

Výsledky boli porovnané s požiadavkami metódy ASTM D5373 (tab. 5). Limita opakovateľnosti (r) je odchýlkou výsledkov merania rovnakej vzorky uskutočnených jedným prístrojom, rovnakým operátorom, za rovnakých podmienok v krátkom čase za sebou. Presnosť Flash Smart EA pri stanovovaní CHN bola určená z výsledkov v tab. 3. Tabuľka 6 ukazuje odchýlky medzi výsledkami v každej sérii analýz. Odchýlky spadajú do alebo sú pod limitmi opakovateľnosti stanovených v metóde ASTM D5373.

Tab. 5: Rozsah koncentrácií a prijateľná opakovateľnosť podľa metódy ASTM D5373

Tab. 5: Rozsah koncentrácií a prijateľná opakovateľnosť podľa metódy ASTM D5373

Tab. 6: Výsledky stanovení CHN v sadziach podľa požiadaviek metódy ASTM D5373

Tab. 6: Výsledky stanovení CHN v sadziach podľa požiadaviek metódy ASTM D5373

Zdroj:
Aplikačná poznámka Thermo Scientific: AN-42238, na stiahnutie TU .

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

Pre viac informácií nás neváhajte kontaktovať ( cizmar@pragolab.sk , dankova@pragolab.sk )