红外碳硫仪在地质矿物元素含量测定中的应用

张亚菲，李啸寅

（昆明冶金研究院有限公司，云南 昆明 650032）

在传统的地质矿物多种元素测定中，一般会选用燃烧容量法和重量法，这些方法虽然在测定时的准确性非常高，但整个测定的流程复杂，涉及的测定环节较多，需要耗费较长的测定时间，对于大批样品检测中，这些测定方法的弊端日渐凸显。随着矿产资源的开发，在对矿物的硫元素进行测定时，人们越来越倾向于采用红外吸收法，通过红外碳硫仪的使用，使得在硫含量的测定过程中具有高效、便捷、准确度高的优势，在未来这一测定方法的技术发展潜力也是非常巨大的。

1 对矿物进行测定的工作原理

在利用红外碳硫仪进行矿物中硫含量的测定时，测定样品在富氧条件下，经由高频率高热加热燃烧，在不断的燃烧加热过程中，这些样品会逐步出现明显的氧化反应，生成二氧化碳和二氧化硫，生成的气体在经由专业化处理以后会将逐步进入吸收池中，与此同时，这些气体会直接吸收对应的红外辐射，在此过程中，探测器会通过对这些信号的接收和处理来生成对应信号[1]。所获取的信号在经由计算机采样、线性校正以后，会直接转化成二氧化碳和二氧化硫的浓度比，将整个分析过程中产生的取值累加，再将该累加值在计算机中除以质量值、乘以校正系数、扣除空白，也就获得了最终的硫质量分数。

2 实验部分

2.1 仪器与试剂

该测定实验进行时，需借助特定型号的红外碳硫仪和高频感应燃烧炉来完成，在这些仪器选择上，要严格根据实验标准来选择。在实验开展过程中，还需要做好样品和溶剂等的选择，该试验中，所涉及的试剂如下所示：纯铁助熔剂(C型)；钨粒助熔剂(300μm～830μm)；锡粒助熔剂；材字304碳素钢；SiO2(99.99%)；GBW 系列标准物质；Na2CO3(AR)；ZnO(AR)；BaCl2(AR)；AgNO3(AR)； 甲基橙；HCl(AR)；乙醇(AR)。

2.2 实验方法

在具体的测定实验开展时，需将实验温度保持在1000℃，在此高温条件下，将瓷坩埚在高温且干净的马弗炉中维持4h的燃烧，随后当其在自然条件下冷却以后，直接将这些置于前期准备好的干燥器中保存。专业人员需对仪器的相关参数进行调整，比如，要将氧气分压设置为02MPa，顶氧流量设置为1.0L/min，分析气流量设置为3.0L/min，当仪器的相关参数均符合实验要求以后，及时打开仪器设备，维持30min的仪器稳定时间，随后将0.25g纯铁添加到坩埚中，与此同时，加入实验样品，利用0.25g纯铁和1.4g的钨粒覆盖在其上，在燃烧炉中开展实验检测[2]。

3 影响结果准确度的因素及分析

3.1 样品的称样量

在利用红外碳硫仪进行矿物中硫含量的测定时，测定结果受到很多因素的影响，其中，样品称样量是一个重要的影响因素，当该指标有所不同时，分析结果落在仪器校正曲线上的区域也有所不同。因为仪器线性范围存在很大的局限性，使得校正区域的差异性会导致分析结果存在很大的波动性，尤其是在分析仪器的上、下限附近，这种结果的波动性特征更为明显[3]。对于低含量样品而言，当称样量偏大时，其获得的实验结果将是相对偏高的。在该实验中，利用单点校正法来开展实验，相关参数以默认值为基础，分析90s左右的时间，再将含硫10%～30%的未知样品，分别采用低硫检测池和高硫检测池来进行测定，对比最终的试验结果，如表1，恰好可以验证对低含量样品检测而言，称样量越少，硫含量越高的结论。

表1 不同检测池与重量法结果对比

3.2 助溶剂的加入量

在实验测定的过程中，助溶剂加入量同样会对测定结果造成一定的影响，如果进行的是低含量样品的测定和分析，助溶剂加入量对结果的影响非常明显，因为在助溶剂中本身就含有一定量的碳和硫，这就使得在低含量样品分析时，将会影响到结果的准确性。

针对这种影响因素所造成的测定结果偏差，在实验过程中，要使得马弗炉处理、干燥剂保存的坩埚与助溶剂的加入量相一致。

当然，测定结果不止会受到这些因素的影响，还会受到样品、助溶剂的叠放次序、坩埚、试剂等因素的影响，出于篇幅限制，不再一一赘述。

4 结果与讨论

4.1 称样量选择

在已有的实验条件下，称量0.0200g～0.0700g的样品，为保障称量的准确性，对每一个样品都需要开展10次的重量测量，随后进行RSD值和RE值的有效分析，根据分析结果来从中选出能够释放出更多S元素的称样量，随后将该称样量作为最佳的称样量。在正式的实验测定工作开始之前，相关检测人员需首先称样出0.0400g～0.0500g的样品，随后利用专业的校正仪器，来进行相应的分析，根据检测结果分析，发现该检测方式下所获得的检测结果相对较小。随后，设置称样量和检出值的平均值作为曲线，根据实际的结果对比和分析，发现在称样量为0.0400g甚至更高的实验测定中，所测定的硫含量值是最小的，因此，根据测定实验结果的探析，可以得出以下结论：当硫含量为30%左右的样品测定时，如果称样量过大，所获得的检测结果与实际的偏差相对较大；当称样量在0.0200g时，所获得的检出值相对较小，当称样量过小时，检测结果的准确性同样难以保障[4]。因此，在此实验开展时，当称重量为0.0300g时的测定结果是最好的。

4.2 燃烧时间选择

在利用红外碳硫仪进行硫含量检测时，燃烧时间的选择同样会对检测结果产生一定的影响，如果在测定时选择的是高硫检测池、单点校正方法，当样品称重量为0.0300g时，最好能够将燃烧时间调整为30s～45s之间，其他参数以前期的实验设定为主，在此基础上，同样要对RSD和RE值加以对比，根据对比分析结果来获得硫元素最佳释放条件下的燃烧时间[5]。

在正式的测定工作进行之前，首先要称重0.0300g的样品，如果在实验时将燃烧时间选定为40s，此种条件下的所获得的检测结果偏低，因此，实验表明40s的燃烧时间条件下，难以保障硫元素的完全释放。当燃烧时间为50s的条件下，由于检测仪器的极值限制，使得仪器报警，综合对比，最佳燃烧时间保持在40s～45s之间。

4.3 校正曲线选择

在校正曲线的选择分析上，前期的实验条件与之前一样，同样选择称重样品量为0.0300g，在此基础上，同时开展单点曲线和多点曲线的构建，对几种标准物质开展5次的检测，根据这些检测流程的实施来确定最佳的校正曲线。根据实验结果的综合对比，发现运用多点校正方法下，RSD的检测结果要相对理想一些，检测精度明显提高，因此，实验开展时最好选用多点校正曲线。

5 结语

近年来，随着对矿物中元素含量检测工作的重视，越来越多的企业会选用红外碳硫仪测定方法，这一检测仪器在应用时可以获得更高的检测精度，有利于保障检测结果的准确性。但实验测定过程中，同样会存在一定的限制，部分实验因素会对检测结果产生影响，因此，加强实验中相关参数的控制是非常重要的。