高頻紅外碳硫分析儀通過測(cè)量燃燒生成的CO?和SO?氣體濃度間接確定樣品中的碳硫含量,其載氣選擇直接影響分析精度與穩(wěn)定性。盡管氬氣和氮?dú)饩鶠槎栊詺怏w,但二者在物理化學(xué)性質(zhì)上的差異導(dǎo)致其在高頻紅外碳硫儀中的應(yīng)用效果截然不同。
氬氣作為載氣時(shí),其高原子質(zhì)量(39.95amu)與低熱導(dǎo)率特性雖能提供較好的柱效,但實(shí)際應(yīng)用中存在顯著局限性。高頻紅外碳硫儀的核心原理依賴燃燒反應(yīng)生成目標(biāo)氣體,而氬氣作為惰性氣體無法參與燃燒過程,無法像氧氣那樣促進(jìn)樣品完全氧化。若以氬氣為載氣,需額外配置氧氣作為助燃?xì)怏w,這種雙氣路設(shè)計(jì)不僅增加系統(tǒng)復(fù)雜度,更易因氣體混合比例波動(dòng)導(dǎo)致燃燒效率不穩(wěn)定。例如,當(dāng)氧氬混合比例偏離理論值時(shí),硫元素可能因燃燒不充分生成SO?而非SO?,造成檢測(cè)值系統(tǒng)性偏低。此外,氬氣的高成本(約為氮?dú)獾?-8倍)和鋼瓶運(yùn)輸不便性,進(jìn)一步限制了其在常規(guī)分析中的推廣。
氮?dú)庾鳛檩d氣時(shí),其分子結(jié)構(gòu)(N≡N)導(dǎo)致鍵能過高(942kJ/mol),在燃燒高溫環(huán)境下易與氧原子結(jié)合生成NOx等副產(chǎn)物。這些副產(chǎn)物在紅外檢測(cè)池中會(huì)產(chǎn)生額外吸收峰,干擾CO?和SO?的特征波長檢測(cè)。實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)顯示,使用氮?dú)廨d氣時(shí),硫檢測(cè)下限會(huì)升高至0.001%,且在分析低含量樣品(<0.01%)時(shí),基線漂移幅度可達(dá)氧氣載氣的3倍以上。更關(guān)鍵的是,氮?dú)鉄o法提供燃燒所需的氧化環(huán)境,必須依賴外部氧氣供應(yīng),這種分離式供氣模式易因氣路泄漏或流量控制失準(zhǔn)導(dǎo)致燃燒效率下降。
高頻紅外碳硫儀的標(biāo)準(zhǔn)配置均采用高純氧氣作為載氣,其優(yōu)勢(shì)體現(xiàn)在三方面:一是作為氧化劑確保樣品完全燃燒,二是無光譜干擾保證檢測(cè)特異性,三是通過多級(jí)過濾系統(tǒng)可有效控制水分和顆粒物含量。動(dòng)力氣則選用壓縮空氣驅(qū)動(dòng)氣控閥和光學(xué)系統(tǒng)清掃,這種氧氣載氣+壓縮空氣動(dòng)力氣的組合方案,在成本、安全性與檢測(cè)精度之間實(shí)現(xiàn)了蕞佳平衡。