DE102014012914A1

DE102014012914A1 - Verfahren sowie Analysegeräte für die wahlweise Analyse von einem oder mehreren der Elemente Kohlenstoff (C), Schwefel (S), Stickstoff (N), Sauerstoff (O) und Wasserstoff (H) in Metallen oder anderen anorganischen Proben

Info

Publication number: DE102014012914A1
Application number: DE102014012914.4A
Authority: DE
Inventors: Hans-Joachim Kupka; Hans-Peter Sieper; Oliver Würfel
Original assignee: ELEMENTAR ANALYSENSYSTEME GmbH
Current assignee: ELEMENTAR ANALYSENSYSTEME GmbH
Priority date: 2014-09-05
Filing date: 2014-09-05
Publication date: 2016-03-10

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren sowie Analysegeräte für die wahlweise Analyse von einem oder mehreren der Elemente Kohlenstoff (C), Schwefel (S), Stickstoff (N), Sauerstoff (O) und Wasserstoff (H) in Metallen oder anderen anorganischen Proben, wobei gemäß der Erfindung für die Analyse aller Elemente auf nur ein Analysegerät zugegriffen wird, das zumindest einen Aufschlussofen mit einer Hochfrequenzbeheizung, einen Gasaufbereitungsofen, eine Gasversorgung für Sauerstoff (O2) und eine Gasversorgung für inertes Trägergas, einen Oxidations-/Reduktionsofen, eine Aufreinigungseinrichtung und mindestens eine Trocknungseinrichtung, eine CO2-Absorptions- und Trocknungseinrichtung, eine CO-Oxidationseinrichtung, einen SO3-Filter, einen Wärmeleitfähigkeitsdetektor, einen elektrochemischen Detektor (EC-Zelle) und mehrere Infrarot-Detektoren umfasst.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren sowie Analysegeräte für die wahlweise Analyse von einem oder mehreren der Elemente Kohlenstoff (C), Schwefel (S), Stickstoff (N), Sauerstoff (O) und Wasserstoff (H) in Metallen oder anderen anorganischen Proben, wobei gemäß der Erfindung für die Analyse aller Elemente auf nur ein Analysegerät zugegriffen wird.
Nach dem Stand der Technik werden für die Analyse von Kohlenstoff und Schwefel in Metallen oder anderen anorganischen Proben spezifische Verfahren und spezifische Analysegeräte eingesetzt, die auf die Analyse von Kohlenstoff und Schwefel abgestimmt sind. Andere Analysegeräte werden für die Detektion von Stickstoff und die Detektion von Wasserstoff eingesetzt. Bei diesen Geräten wird die zu analysierende Probe in einem Tiegel aufgeheizt, so dass der in der Probe enthaltene Stickstoff (N) und der in der Probe enthaltene Wasserstoff (H) freigesetzt werden. Für die Bestimmung von Stickstoff werden die aus der Probe freigesetzten Bestandteile mit Helium oder Argon als inertes Trägergas einer Detektionseinrichtung zugeführt. Als Detektionseinrichtung wird bei den bekannten Vorrichtungen für die Bestimmung von Stickstoff ein Wärmeleitfähigkeitsdetektor eingesetzt. Für die Bestimmung von Wasserstoff werden dagegen die aus der Probe freigesetzten Bestandteile mit Argon, Stickstoff bzw. Helium als inertes Trägergas einer Detektionseinrichtung zugeführt. Als Detektionseinrichtung für die Bestimmung von Wasserstoff wird bei diesen Geräten ein Wärmeleitfähigkeitsdetektor oder ein Infrarot-Detektor nach Oxidation von H₂ zu H₂O (in diesem Falle mit Helium als Trägergas) eingesetzt.
Bei bekannten Verfahren und Vorrichtungen für die Elementaranalyse von Sauerstoff (O) in anorganischen Proben wird die Probe im Inertgasstrom in einem Grafittiegel erhitzt und dadurch der in der Probe enthaltene Sauerstoff (O) in Form von Kohlenstoffmonoxid (CO) und Kohlenstoffdioxid (CO₂) freigesetzt und einer Detektionseinrichtung zugeführt wird. Das gebildete CO und CO₂ wird mittels Infrarotdetektion gemessen, dann das Kohlenstoffmonoxid (CO) zu Kohlenstoffdioxid (CO₂) umgesetzt und das gesamte Kohlenstoffdioxid (CO₂) erneut gemessen. Alternativ wird nach der Freisetzung das CO komplett zu CO₂ oxidiert und dann gemessen.
Grundsätzlich können O-, N-, und H-Messungen nicht auf Basis von Geräten erfolgen, die auch die Messung von C und S erlauben.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren für die wahlweise Analyse von einem oder mehreren der Elemente Kohlenstoff (C), Schwefel (S), Stickstoff (N), Sauerstoff (O) und Wasserstoff (H) in Metallen oder anderen anorganischen Proben, wobei für die Analyse aller Elemente auf nur ein Analysegerät zugegriffen wird, zu schaffen. Der Erfindung liegt auch die Aufgabe zugrunde, ein Analysegerät bereitzustellen, mit dem es möglich ist, wahlweise die Analyse von einem oder mehreren der Elemente Kohlenstoff (C), Schwefel (S), Stickstoff (N), Sauerstoff (O) und Wasserstoff (H) in Metallen oder anderen anorganischen Proben vorzunehmen, so dass nach Bedarf alle diese Elemente ohne Gerätewechsel in diesem einen Analysegerät bestimmt werden können.
Gelöst wird die Aufgabe verfahrensgemäß durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 1 und vorrichtungsgemäß durch ein Analysegerät mit den Merkmalen des Anspruchs 6 oder durch ein Analysegerät mit den Merkmalen des Anspruchs 7. Vorteilhafte Ausführungsformen des Verfahrens und der Analysegeräte ergeben sich aus den jeweiligen abhängigen Ansprüchen.
Das erfindungsgemäße Verfahren zeichnet sich dadurch aus, dass für die wahlweise Analyse von einem oder mehreren der Elemente Kohlenstoff (C), Schwefel (S), Stickstoff (N), Sauerstoff (O) und Wasserstoff (H) in Metallen oder anderen anorganischen Proben auf nur ein Analysegerät zugegriffen werden muss. Dieses Analysegerät ist so ausgelegt, dass es für die jeweilige Analyse eines dieser Elemente einfach geringfügig angepasst werden kann. Das erfindungsgemäße Verfahren wird unter Einsatz eines Analysegeräts durchgeführt, das zumindest einen Aufschlussofen mit einer Hochfrequenzbeheizung, einen Gasaufbereitungsofen, eine Gasversorgung für Sauerstoff (O₂) und eine Gasversorgung für inertes Trägergas (bevorzugt Argon (Ar) oder Helium (He)), einen Oxidations-/Reduktionsofen, eine Aufreinigungseinrichtung und mindestens eine Trocknungseinrichtung, eine CO₂-Absorptionseinrichtung, eine CO-Oxidationseinrichtung, einen SO₃-Filter, einen Wärmeleitfähigkeitsdetektor, einen elektrochemischen Detektor (vorzugsweise eine EC-Zelle) und mehrere Infrarot-Detektoren umfasst.
Verfahrensgemäß kann die Analyse von Kohlenstoff (C) und Schwefel (S) in einem Verfahrensablauf (A) vorgenommen werden, indem zunächst zu analysierendes Probenmaterial in einen Tiegel aus Keramik, d. h. aus einem inerten Material, eingewogen wird. Der Tiegel mit dem Probenmaterial wird dann in den Aufschlussofen eingesetzt.
Anschließend wird der Tiegel mittels der Hochfrequenzheizung induktiv aufgeheizt und das Probenmaterial unter Zuführung von Sauerstoff (O₂) als Trägergas verbrannt. Der in der Probe enthaltene Schwefel (S) wird dabei zu Schwefeldioxid (SO₂) umgesetzt und der in der Probe enthaltene Kohlenstoff (C) wird zu Kohlenstoffdioxid (CO₂) und eventuell zu Kohlenstoffmonoxid (CO) umgesetzt.
In einem dem Aufschlussofen nachfolgenden Gasaufbereitungsofen werden bei dem Aufheizen des Probenmaterials in dem Aufschlussofen gebildete Oxidstäube erhitzt, eine Maßnahme, die auch dazu dient, die Adsorption der Analyten zu verhindern.
Das den Gasaufbereitungsofen verlassende Messgas wird dann aufgereinigt und getrocknet, wobei vorzugsweise die Aufreinigung mittels eines Filters und die Trocknung mittels z. B. Sicapent erfolgt.
Das gereinigte und getrocknete Messgas wird durch einen Infrarot-Detektor zum Messen von Schwefeldioxid (SO₂) geführt, wobei aus dem Anteil an SO₂, das in dem Messgas enthalten ist, der Schwefelgehalt (S) der Probe abgeleitet wird.
Anschließend wird das in dem Messgas enthaltene Schwefeldioxid (SO₂) zu Schwefeltrioxid (SO₃) oxidiert und das Kohlenstoffmonoxid (CO) zu Kohlenstoffdioxid (CO₂) in dem Oxidationsofen, in dem sich Kupferoxid (CuO) befindet, oxidiert.
Dann folgt eine Entfernung des Schwefeltrioxids (SO₃) aus dem Messgas und das aus dem Oxidationsofen abgeführte Gas wird getrocknet, bevor es durch einen Infrarot-Detektor für Kohlenstoffdioxid (CO₂) geführt wird, wobei der Anteil von CO₂ dem Kohlenstoffgehalt (C) der Probe zugeordnet wird.
Mit demselben Analysegerät, wie es vorstehend für die Analyse von Kohlenstoff (C) und Schwefel (S) eingesetzt wird, kann auch die simultane Analyse von Wasserstoff (H) und Stickstoff (N) nach dem Verfahrensablauf (B) vorgenommen werden.
Für die Analyse von Wasserstoff (H) und Stickstoff (N) nach dem Verfahrensablauf (B) wird allerdings anstelle eines Tiegels aus Keramik, der, wie vorstehend beschrieben, für die Analyse von Kohlenstoff (C) und Schwefel (S) verwendet wird, vorzugsweise ein Tiegel aus Quarzglas verwendet. Das Probenmaterial wird in den Tiegel eingewogen und der Tiegel wird in den Aufschlussofen eingesetzt. Unter Zuführung von Argon (Ar) oder Helium (He) als Trägergas wird das Probenmaterial in dem Tiegel aufgeheizt, der aus dem Aufschlussofen abgeführte Trägergasstrom mit dem bei dem Aufheizen freigesetzten Analyten, bezeichnet als Messgas, wird aufgereinigt und getrocknet.
An dieser Stufe des Verfahrensablaufs kann der weitere Ablauf der simultanen Analyse von Wasserstoff (H) und Stickstoff (N) in zwei alternativen Verfahrensabläufen durchgeführt werden, wobei hierzu der Analyseofen jeweils einen entsprechenden Aufbau besitzt.
In dem ersten alternativen Verfahrensablauf (B1) wird das aus dem Gasaufbereitungsofen abgeführte und getrocknete Messgas in einen ersten Teilstrom und einen zweiten Teilstrom aufgeteilt.
Im Aufschlussofen wird die Probe bzw. das Probenmaterial, das in dem Tiegel in den Aufschlussofen eingebracht ist, auf eine Temperatur von 300°C bis 1400°C aufgeheizt. Das Messgas, das dem ersten Teilstrom zugeordnet ist, wird einer Detektionseinrichtung für Wasserstoff (H₂), bei der es sich vorzugsweise um eine EC-Zelle (elektrochemische Zelle) handelt, zugeführt und der Wasserstoff (H₂) detektiert. Gegebenenfalls wird vor der Detektion gebildetes Kohlenmonoxid (CO) selektiv zu Kohlenstoffdioxid (CO₂) oxidiert, was immer dann erforderlich ist, wenn bei höheren Temperaturen größere Mengen CO gebildet werden, da die verwendete EC-Zelle eine geringe Querempfindlichkeit für CO besitzt. Zur Oxidation wird Schütze Reagenz (Diiodpentoxid auf Silicagel) verwendet, da der Wasserstoff hiermit nicht zu H₂O umgesetzt wird.
Dann wird die Probe, die sich noch in dem Aufschlussofen befindet, auf eine Temperatur größer 1600°C aufgeheizt und der Messgasstrom, der den Gasaufbereitungsofen verlässt, wird gereinigt und getrocknet. Der Teil des Gasstroms, der entlang des zweiten Teilstroms führt, wird zur Detektion von Stickstoff (N) verwendet. Hierzu wird das Messgas, das entlang des zweiten Teilstroms strömt, zunächst durch einen Oxidations-/Reduktionsofen, der in den Gasweg des zweiten Teilstroms eingebunden ist, geführt, um das in diesem zweiten Teilstrom enthaltene Kohlenstoffmonoxid (CO) zu Kohlenstoffdioxid (CO₂) zu oxidieren und Wasserstoff (H₂) zu Wasser (H₂O) zu oxidieren. In einem nachfolgenden Schritt werden eventuell entstandene Stickoxide (NO_x) zu molekularem Stickstoff (N₂) reduziert. Dann wird das gebildete Kohlenstoffdioxid (CO₂) absorbiert, und der dann verbleibende Stickstoff (N) wird in einem Wärmeleitfähigkeitsdetektor als molekularer Stickstoff (N₂) detektiert. In diesem Verfahrensablauf wird nach der Reduzierung der Stickoxide (N) zu molekularem Stickstoff (N₂) und vor dessen Detektion Wasser entfernt, wobei dieser Verfahrensschritt an geeigneter Stelle entlang des zweiten Teilstroms vorgenommen werden kann.
In dem zweiten alternativen Verfahrensablauf (B) der simultanen Analyse von Wasserstoff (H) und Stickstoff (N) wird die Probe in dem Aufschlussofen zunächst auf eine Temperatur von 300°C bis 1400°C aufgeheizt und das Messgas (Trägergasstrom mit den beim Aufheizen freigesetzten Analyten) wird, wiederum nach einer Aufreinigung und einer Trocknung und, nachdem gegebenenfalls gebildetes Kohlenmonoxid (CO) selektiv zu Kohlenstoffdioxid (CO₂) oxidiert wurde, einer Detektionseinrichtung für Wasserstoff (H₂) (vorzugsweise eine EC-Zelle) zugeführt und der Wasserstoff (H₂) detektiert. Die Probe, die sich noch in dem Aufschlussofen befindet, wird nun auf eine Temperatur größer 1600°C aufgeheizt. Das Messgas, das den Aufschlussofen verlässt, wird zur Detektion von Stickstoff (N) verwendet, indem zunächst der Gasstrom einer Aufreinigung und Trocknung unterworfen wird und dem Oxidations-/Reduktionsofen zugeführt wird, wo der in dem Messgas enthaltene Wasserstoff (H₂) zu Wasser (H₂O) oxidiert wird. In einem nachfolgenden Schritt werden eventuell in dem Messgas entstandene Stickoxide (NO_x) zu molekularem Stickstoff (N₂) reduziert, danach wird das gebildete Kohlenstoffdioxid (CO₂) absorbiert, und der Gasstrom mit dem dann darin verbliebenen Stickstoff (N) wird in einem Wärmeleitfähigkeitsdetektor als molekularer Stickstoff (N₂) detektiert.
Auch in diesem zweiten alternativen Verfahrensablauf wird an geeigneter Stelle nach der Reduzierung der Stickoxide (NO_x) zu molekularem Stickstoff (N₂) und vor dessen Detektion Wasser entfernt.
Das erfindungsgemäße Verfahren sieht auch durch einen entsprechend ausgelegten Verfahrensablauf vor, das Analysegerät, das für die vorstehend beschriebenen Analysen der Elemente Kohlenstoff (C), Schwefel (S), Stickstoff (N) und Wasserstoff (H) eingesetzt ist, für die Analyse des Anteils an Sauerstoff (O) in der anorganischen Probe einzusetzen.
Für die Analyse von Sauerstoff (O) nach dem Verfahrensablauf C wird verfahrensgemäß zunächst ein Grafittiegel bei Temperaturen größer 2000°C ausgeheizt. Dann wird in diesen ausgeheizten Grafittiegel Probenmaterial eingegeben und der Grafittiegel in den Aufschlussofen eingesetzt. Das Probenmaterial wird, vorzugsweise mittels eines Induktionsofens, auf eine Temperatur größer 2000°C aufgeheizt und der in der Probe enthaltene Sauerstoff (O) wird in Form von Kohlenstoffmonoxid (CO) und Kohlenstoffdioxid (CO₂) in einem inerten Trägergasstrom (vorzugsweise Argon (Ar) oder Helium (He)) einem Infrarot-Detektor zugeführt. Das aus dem Aufschlussofen abgeführte Messgas wird in diesem Verfahrensablauf zunächst über einen Gasaufbereitungsofen geführt, um darin bei Temperaturen oberhalb von 1000°C bis 1150°C an einem Gasrußkontakt Kohlenstoffdioxid (CO₂) quantitativ zu Kohlenstoffmonoxid (CO) umzusetzen, um dann das in dem Trägergasstrom mitgeführte Kohlenstoffmonoxid (CO) in einem Infrarot-Detektor zu detektieren und aus dieser Detek-tion den in der Probe enthaltenen Anteil von Sauerstoff (O) abzuleiten.
Während die vorstehenden Verfahrensschritte dann vorgenommen werden, wenn in einem Verfahrensablauf simultan der Anteil an Wasserstoff (H) und Stickstoff (N) in der Probe und getrennt davon in einem weiteren Verfahrensablauf der Anteil des in der Probe enthaltenen Sauerstoffs (O) ermittelt werden sollen, sieht das Verfahren auch vor, unter Verwendung des Analysegeräts in einem Verfahrensablauf simultan den in der Probe enthaltenen Anteil an Wasserstoff (H), Stickstoff (N) und Sauerstoff (O) zu ermitteln.
Grundsätzlich wird bei der simultanen Analyse von an Wasserstoff (H), Stickstoff (N) und Sauerstoff (O) nach einem Verfahrensablauf (D) zunächst das Probenmaterial in einen zuvor bei Temperaturen größer 2000°C ausgeheizten Grafittiegel eingegeben und der Tiegel in den Aufschlussofen eingesetzt. Dann wird der in dem Ofen eingesetzte Tiegel mit dem darin enthaltenen Probenmaterial (vorzugsweise mittels Induktionsheizung) auf eine Temperatur größer 2000°C aufgeheizt. Der in der Probe enthaltene Sauerstoff (O) wird in Form von Kohlenstoffmonoxid (CO) und Kohlenstoffdioxid (CO₂) abgeführt und der in der Probe enthaltene und freigesetzte Wasserstoff wird in der Form von H₂ und des enthaltenen Stickstoffs in Form von N₂ in einem inerten Trägergasstrom (vorzugsweise Argon (Ar) oder Helium (He)) abgeführt.
Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren werden ein erster Verfahrensablauf (D1) und ein zweiter Verfahrensablauf (D2) als weitere alternative Detektionsabläufe angegeben.
In dem ersten alternativen Verfahrensablauf (D1) für die simultane Analyse von Wasserstoff (H), Stickstoff (N) und Sauerstoff (O) werden die nachfolgenden Verfahrensschritte durchgeführt.
Das Messgas, das den Aufschlussofen verlässt, wird nach Filterung und Trocknung in einen ersten Teilstrom und einen zweiten Teilstrom aufgeteilt.
Aus dem ersten Teilstrom wird gebildetes Kohlenmonoxid (CO) selektiv zu Kohlenstoffdioxid (CO₂) mittels Schütze-Reagenz oxidiert und dieser erste Teilstrom wird einer Detektionseinrichtung für Wasserstoff (H₂) (vorzugsweise eine EC-Zelle) zugeführt.
Der zweite Teilstrom wird zur Detektion von Sauerstoff (O) und Stickstoff (N) verwendet, indem zunächst das in dem Trägergasstrom mitgeführte Kohlenstoffmonoxid (CO) in einem Infrarot-Detektor detektiert wird und dann in einem Oxidations-Reduktionsofen das in diesem zweiten Teilstrom enthaltene Kohlenstoffmonoxid (CO) zu Kohlenstoffdioxid (CO₂) oxidiert wird und Wasserstoff (H₂) zu Wasser (H₂O) oxidiert wird. In einem nachfolgenden Schritt werden eventuell entstandene Stickoxide (NO_x) zu molekularem Stickstoff (N₂) reduziert. Das gebildete Kohlenstoffdioxid (CO₂) wird mittels Infrarot-Detektion gemessen, und aus der Messung wird in Verbindung mit dem CO-Gehalt der in der Probe enthaltene Anteil von Sauerstoff (O) abgeleitet. Danach wird Kohlenstoffdioxid (CO₂) absorbiert, und der dann verbleibende Stickstoff (N) wird in einem Wärmeleitfähigkeitsdetektor als molekularer Stickstoff (N₂) detektiert. In einem zusätzlichen Schritt wird nach der Reduzierung der Stickoxide (NO_x) zu molekularem Stickstoff (N₂) und vor dessen Detektion Wasser entfernt.
In dem zweiten alternativen Verfahrensablauf (D2) der simultanen Analyse von Wasserstoff (H) und Stickstoff (N) und Sauerstoff (O) wird das Messgas nach einer Aufreinigung und einer Trocknung einem entsprechenden Infrarot-Detektor für die Detektion von Sauerstoff in Form von Kohlenmonoxid (CO) zugeführt und detektiert, dann wird selektiv Kohlenmonoxid (CO) zu Kohlenstoffdioxid (CO₂) oxidiert und der im Messgas enthaltene molekulare Wasserstoff (H₂) wird mit einer EC-Zelle detektiert.
Zur Detektion von Sauerstoff (O) in Form von CO₂ und Stickstoff (N) wird zunächst in dem Oxidations-/Reduktionsofen das in diesem Messgas enthaltene Kohlenstoffmonoxid (CO) zu Kohlenstoffdioxid (CO₂) oxidiert. In einem nachfolgenden Schritt werden eventuell entstandene Stickoxide (NO_x) zu molekularem Stickstoff (N₂) reduziert. Dann wird das gebildete Kohlenstoffdioxid (CO₂) mittels Infrarot-Detektion gemessen, und daraus wird in Verbindung mit dem CO-Gehalt der in der Probe enthaltene Anteil von Sauerstoff (O) abgeleitet. Anschließend wird Kohlenstoffdioxid (CO₂) absorbiert, und der dann verbleibende Stickstoff (N) wird in einem Wärmeleitfähigkeitsdetektor als molekularer Stickstoff (N₂) detektiert. Auch hierbei wird nach der Reduzierung der Stickoxide (NO_x) zu molekularem Stickstoff (N₂) und vor dessen Detektion Wasser entfernt.
Das vorstehende beschriebene, erfindungsgemäße Verfahren setzt nur ein Analysegerät ein, wobei Geräteteile und Detektionseinrichtungen, beispielsweise der CO₂-Infrarotdetektor, sofern sie für die einzelnen, vorstehend beschriebenen Verfahrensabläufe benötigt werden, gemeinsam für diese Verfahrensabläufe verwendet werden. Dadurch reduziert sich der Geräteaufwand wesentlich. Dadurch dass mit dem Verfahren die Analyse der Elemente Kohlenstoff (C), Schwefel (S), Stickstoff (N), Sauerstoff (O) und Wasserstoff (H) in Metallen oder anderen anorganischen Proben möglich ist, kann der Anwender das Verfahren und das entsprechende Analysegerät nach Bedarf für die wahlweise Analyse eines oder mehrere dieser Elemente einsetzen.
Wie bereits vorstehend beschrieben, wird das Probenmaterial für die simultane Analyse von Wasserstoff (H) und Stickstoff (N) vorzugsweise in einen Quarztiegel eingewogen.
Auch ist vorgesehen, dass für die Analyse von Kohlenstoff (C) und Schwefel (S) in den Gasaufbereitungsofen nur Quarzwolle eingesetzt wird und dass der Oxidations/Reduktionsofen nur mit Kupferoxid (CuO) gefüllt ist sowie die CO-Oxidationseinrichtung in dem zweiten alternativen Verfahrensablauf nicht vorhanden ist, indem sie durch ein Leerrohr ersetzt wird oder durch eine Bypassleitung umgangen wird. Hier wird der Gasaufbereitungsofen zur Erwärmung der entstehenden Oxidstäube zur Verhinderung von Kondensation von Wasser verwendet. Der Oxidations/Reduktionsofen wird bei der Analyse von Kohlenstoff (C) und Schwefel (S) durch Wechsel des im Innern befindlichen Quarzglasrohrs nur mit CuO bestückt, das Kupfer (Cu), welches bei der Analyse von N verwendet wird, würde durch das verwendete Trägergas O₂ bei der Betriebstemperatur einerseits ohnehin zu CuO oxidiert werden und andererseits ist bei diesem Verfahrensablauf (A) keine Reduktion von Stickoxiden erforderlich. Die CO-Oxidationseinrichtung wird nicht benötigt, steht aber für die Analyse von H mit den anderen Verfahrensabläufen bereit.
Das Verfahren sieht auch vor, dass für die Analyse von Stickstoff (N) als Füllung für den Oxidations/Reduktionsofen Kupferoxid (CuO) und, in Gasströmungsrichtung gesehen, Kupfer (Cu) nach der Füllung aus Kupferoxid (CuO) eingesetzt wird.
Durch die Füllung aus Kupferoxid (CuO) wird enthaltenes Kohlenstoffmonoxid (CO) zu Kohlenstoffdioxid (CO₂) oxidiert und Wasserstoff (H₂) wird zu Wasser (H₂O) oxidiert, während die sich in Gasströmungsrichtung an die Füllung aus Kupferoxid (CuO) anschließende Füllung aus Kupfer (Cu) bewirkt, dass eventuell gebildete Stickoxide (NO_x) zu Stickstoff (N2) umgesetzt werden und dass durch das CuO freigesetzter Sauerstoff abgefangen wird.
Für die Analyse von Wasserstoff (H) und Stickstoff (N) nach dem Verfahrensablauf (B) wird das Probenmaterial in eine Nickelkapsel eingewogen und zusammen mit Grafit in einen Quarztiegel eingegeben.
Erfindungemäß werden zwei alternative Geräte angegeben, die beide jeweils für sich gesehen die wahlweise Analyse von einem oder mehreren der Elemente Kohlenstoff (C), Schwefel (S), Stickstoff (N), Sauerstoff (O) und Wasserstoff (H) in Metallen oder anderen anorganischen Proben ermöglichen, und mit denen jeweils nach Bedarf auch alle diese Elemente ohne Gerätewechsel bestimmt werden können.
Eine erste Ausführung des erfindungsgemäßen Analysegeräts für die wahlweise Analyse von einem oder mehreren der Elemente Kohlenstoff (C), Schwefel (S), Stickstoff (N), Sauerstoff (O) und Wasserstoff (H) in Metallen oder anderen anorganischen Proben umfasst einen Aufschlussofen, der eine Hochfrequenzheizung aufweist und der mit einer Gasversorgung für Sauerstoff (O₂) und einer Gasversorgung für inertes Trägergas (Argon (Ar) oder Helium (He)) verbunden ist. An diesen Aufschlussofen schließt sich ein Gasaufbereitungsofen an, dem, in Strömungsrichtung des Trägergases gesehen, eine Aufreinigungseinrichtung und mindestens eine Trocknungseinrichtung, ein CO-Infrarot-Detektor, ein Oxidationsofen, ein SO₃-Filter, eine weitere Trocknungseinrichtung, eine CO₂-Absorptions- und Trocknungseinrichtung, die mit einem Wärmeleitfähigkeitsdetektor zur Detektion von molekularem Stickstoff (N₂) verbunden ist, folgt. Weiterhin umfasst das Analysegerät eine EC-Zelle und einen SO₂-Infrarot-Detektor, die in den Strömungsweg des Trägergases vor dem Oxidationsofen eingebunden sind. Eine CO-Oxidationseinrichtung ist, in Strömungsrichtung des Trägergases gesehen, nach der Aufreinigungseinrichtung und der mindestens einen Trocknungseinrichtung und nach dem CO-Infrarot-Detektor, jedoch vor der EC-Zelle, angeordnet.
Bei dieser ersten Ausführungsform des Analysegeräts kann der SO₂-Detektor wahlweise vor der EC-Zelle oder vor der CO-Oxidationseinrichtung und vor einer gegebenenfalls vorhandenen Bypassleitung oder vor dem CO-Infrarot-Detektor angeordnet werden. Die Bypassleitung dient dazu, die CO-Oxidationseinrichtung im Bypass zu umgeben, falls diese in einem Analysevorgang, beispielsweise bei der Analyse von Kohlenstoff (C) und Schwefel (S), nicht benötigt wird.
Das Analysegerät der ersten Ausführungsform kann für die Analyse von Kohlenstoff (C) und Schwefel (S) so umgerüstet werden, dass die CO-Oxidationseinrichtung nicht vorhanden ist, indem sie durch ein Leerrohr ersetzt wird oder durch eine Bypassleitung umgangen wird, und damit aus dem Strömungsweg des Messgases herausgenommen wird.
Eine zweite Ausführungsform des erfindungsgemäßen Analysegeräts umfasst einen Aufschlussofen, der eine Hochfrequenzheizung aufweist und der mit einer Gasversorgung für Sauerstoff (O₂) und einer Gasversorgung für inertes Trägergas (vorzugsweise Argon (Ar) und/oder Helium (He)) verbunden ist. An den Aufschlussofen schließt sich ein Gasaufbereitungsofen an, dem, in Strömungsrichtung des Trägergases gesehen, eine Aufreinigungseinrichtung und mindestens eine Trocknungseinrichtung folgen. In diesem Analysegerät verzweigt die Führung des Gasstroms nach der Aufreinigungs-/Trocknungseinrichtung an einem Gasteiler in einen ersten Teilstrom und einen zweiten Teilstrom. Der erste Teilstrom führt über ein Absperrventil zu einer CO-Oxidationseinrichtung und danach über ein Dreiwegeventil zu einer EC-Zelle für die Detektion von Wasserstoff (H₂). Dieses Dreiwegeventil kann so umgeschaltet werden, dass der Gasstrom nach der CO-Oxidationseinrichtung mit der Abluft verbunden werden kann, so dass gleichzeitig die Verbindung zu der EC-Zelle zum Schutz vor Störungen unterbrochen ist. Der zweite Teilstrom, der von dem ersten Teilstrom abtrennbar ist, wozu das vorstehend erwähnte Absperrventil verwendet wird, führt in Folge über einen SO₂-Infrarot-Detektor, einen CO-Infrarot-Detektor, einen Oxidationsofen, einen SO₃-Filter, eine Trocknungseinrichtung, einen CO₂-Infrarot-Detektor, eine CO₂-Absorptions-einrichtung und eine Trocknungseinrichtung zu einem Wärmeleitfähigkeitsdetektor zum Detektieren von Stickstoff (N) in Form von N₂.
Bei der zweiten Ausführungsform des Analysegeräts können der Gasteiler einschließlich der nachfolgenden Komponenten (Absperrventil, CO-Oxidationseinrichtung, Dreiwegeventil, EC-Zelle für die Detektion von Wasserstoff (H₂)), der SO₂-Infrarot-Detektor und der CO-Infrarot-Detektor in ihrer Reihenfolge getauscht werden.
In beiden Ausführungsformen des Analysegeräts wird für die Analyse von Kohlenstoff (C) und Schwefel (S) in den Gasaufbereitungsofen nur Quarzwolle eingesetzt und der Oxidations-/Reduktionsofen wird nur mit Kupferoxid (CuO) gefüllt.
Weitere Einzelheiten und Merkmale der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen anhand der Zeichnung. In der Zeichnung zeigt:
1 den schematischen Aufbau eines erfindungsgemäßen Analysegeräts gemäß einer ersten Ausführungsform und
2 den schematischen Aufbau eines erfindungsgemäßen Analysegerät gemäß einer zweiten Ausführungsform.
Es ist ausdrücklich darauf hinzuweisen, dass in der nachfolgenden Beschreibung der beiden Ausführungsformen der Analysegeräte, wie sie in den Figuren dargestellt sind, nicht alle Bauteile erneut zu einer Ausführungsform beschrieben werden, wenn sie anhand der anderen Ausführungsform beschrieben oder erläutert werden. Entsprechend kann die Beschreibung der verschiedenen Bauteile zu einer Ausführungsform auf die jeweiligen Bauteile der anderen Ausführungsform übertragen werden, ohne dass dies ausdrücklich erwähnt ist. Auch wird nachfolgend das erfindungsgemäße Verfahren nicht erneut im Detail beschrieben, da es ausführlich in der vorstehenden Beschreibung erläutert ist. Der Ablauf des Verfahrens, wie er in den verschiedenen Möglichkeiten vorstehend beschrieben ist, kann anhand der beiden Figuren verfolgt werden, da bei der Beschreibung des Verfahrens die verschiedenen Bauteile der beiden Ausführungsformen der Analysegeräte einbezogen sind.
Eine erste Ausführung des erfindungsgemäßen Analysegeräts, wie es in 1 dargestellt ist, ist für die wahlweise Analyse von einem oder mehreren der Elemente Kohlenstoff (C), Schwefel (S), Stickstoff (N), Sauerstoff (O) und Wasserstoff (H) in Metallen oder anderen anorganischen Proben ausgelegt. Dieses Analysegerät umfasst einen Aufschlussofen 3, der im Probenraum von der Spule der Hochfrequenzheizung 4 umgeben ist, dessen Ofenrohr beheizbar ist.
Am oberen Ende des Aufschlussofens 3 befindet sich ein Probenbeschickungskopf 20, über den ein Tiegel, an einem Greiferarm 21 durch einen Greifkopf 22 gehalten, in den Bereich des Tiegelraums und damit in den Bereich der Hochfrequenzbeheizung 4 eingebracht oder daraus entfernt werden kann.
In Abhängigkeit von dem jeweiligen Analysevorgang kann über den Greifkopf 22 ein Keramiktiegel 3.1, ein Quarztiegel 3.2 oder ein Grafittiegel 3.3 eingebracht werden. Der Greiferarm 21 mit dem Greifkopf 22, der gleichzeitig als Lanze dient, wird über eine Betätigungseinrichtung 2 betätigt.
Sowohl der Beschickungskopf 20 als auch die Betätigungseinrichtung 2 und damit das Ende des Greiferarms 21 sind mit einer Gasversorgung 1 für ein inertes Trägergas (Argon (Ar) oder Helium (He)) und Sauerstoff verbunden.
Im unteren Bereich des Aufschlussofens 3 schließt sich, in Strömungsrichtung des Trägergases gesehen, ein Gasaufbereitungsofen 5 an, dem eine Aufreinigungseinrichtung 6 und eine Trocknungseinrichtung 7 folgen. Das Gas führt von der Trocknungseinrichtung 7 über einen CO-Infrarot-Detektor 10a, einen CO-Oxidationseinrichtung 10b, eine EC-Zelle (elektrochemische Zelle) 12b und einen SO₂-Infrarot-Detektor 9a zu einem Oxidationsofen 11a.
Die CO-Oxidationseinrichtung 10b kann über eine Bypassleitung 23 umgangen werden, die in den Gasströmungsweg mit jeweils mit einem Dreiwegeventil 24 vor und hinter der CO-Oxidationseinrichtung 10b eingesetzt ist.
Der Oxidationsofen 11a ist ausgangsseitig mit einem SO₃-Filter 12a verbunden, der wiederum über eine Trocknungseinrichtung 13a, einen CO₂-Infrarot-Detektor 14a, eine CO₂-Absorptions- und Trocknungseinrichtung 15a mit einem Wärmeleitfähigkeitsdetektor 16a verbunden ist.
Das Trägergas der Gasversorgung 1 wird auch über einen Abzweig 25 in der Gasversorgungsleitung zu dem Wärmeleitfähigkeitsdetektor 16a als Referenzgas zugeführt.
In dem Gasaufbereitungsofen 5 werden bei der Analyse von Kohlenstoff (C) und Schwefel (S) die beim Aufheizen des Probenmaterials in dem Aufschlussofen 3 gebildeten Oxidstäube erhitzt, vorzugsweise auf Temperaturen von 300°C bis 400°C, um eine Kondensation von Wasser und eine Adsorption an den Oxidstäuben zu verhindern.
Bei der Analyse von Sauerstoff (O) nach dem Verfahrensablauf (C) wird im Gasaufbereitungsofen 5 Gasruß auf eine Temperatur von 1000°C und 1150°C gebracht, um CO₂ quantitativ zu CO zu reduzieren.
Die Aufreinigungseinrichtung 6 und Trocknungseinrichtung 7 dienen zur Staubfilterung und Trocknung des Gases, das den Gasaufbereitungsofen 5 verlässt, das auch als Messgas bezeichnet werden kann.
In dem CO-Infrarot-Detektor 10a wird das in dem Messgas mitgeführte Kohlenstoffmonoxid detektiert.
Die CO-Oxidationseinrichtung 10b, die dem CO-Infrarot-Detektor 10a folgt, dient dazu, das in dem Messgas enthaltene Kohlenmonoxid (CO) selektiv zu Kohlenstoffdioxid (CO₂) zu oxidieren.
In der EC-Zelle 12b wird der in dem Messgas enthaltene Wasserstoff (H₂) detektiert.
In dem SO₂-Infrarot-Detektor 9a wird das in dem Messgas enthaltene Schwefeldioxid (SO₂) gemessen, um daraus den Anteil des im Messgas enthaltenen Schwefels (S) zu bestimmen.
Das Messgas führt zu dem Oxidationsofen 11a, der auf Temperaturen von 800°C bis 900°C aufgeheizt wird. In dem Oxidationsofen 11a befindet sich in seinem eingangsseitigen Bereich, in Strömungsrichtung des Messgases gesehen, für die Analyse von Kohlenstoff und Schwefel eine Füllung aus Kupferoxid (CuO). In dem Oxidationsofen 11 wird das in dem Messgas gegebenenfalls enthaltene Schwefeldioxid (SO₂) an dem Kupferoxid zu Schwefeltrioxid (SO₃) oxidiert und das Kohlenstoffmonoxid (CO) wird zu Kohlenstoffdioxid (CO₂) und der Wasserstoff (H₂) zu H₂O oxidiert. Für die Analyse von Stickstoff (N) besteht die Füllung aus CuO, an dem dieselbigen Oxidationsreaktionen stattfinden. An diese schließt sich ein ausgangsseitiger Bereich mit einer Füllung aus Kupfer an, aufgrund der durch CuO freigesetzte Sauerstoff gebunden und NO_x zu N₂ umgewandelt wird.
In dem SO₃-Filter 12a werden Schwefeltrioxide (SO₃) aus dem Messgas absorbiert und in der Trocknungseinrichtung 13a wird das Messgas erneut getrocknet, bevor es dem Infrarot-Detektor 14a zur Detektion des vorhanden Kohlenstoffdioxids (CO₂) zugeführt wird; der Anteil an Kohlenstoffdioxid (CO₂) wird dann dem Kohlenstoffgehalt (C) der Probe zugeordnet. Oder nach dem Verfahrensablauf (D) wird in Verbindung mit dem Gehalt von Kohlenmonoxid (CO) der Sauerstoffgehalt (O) der Probe ableitet.
Nachfolgend wird für die Analyse von Stickstoff (N) mit Hilfe einer CO₂-Absorptions- und Trocknungseinrichtung 15a (z. B. eingangsseitig NaOH und ausgangsseitig Sicapent) CO₂ aus dem Messgas entfernt und das dabei gebildete Wasser absorbiert, dann der Stickstoffgehalt (N) der Probe mittels Wärmeleitfähigkeitsdetektors gemessen.
Das erfindungsgemäße Analysegerät gemäß der zweiten Ausführungsform, wie es in 2 dargestellt ist, ist in Bezug auf den Aufschlussofen 3 mit der Gasversorgung 1, der Betätigungseinrichtung 3, der Hochfrequenzbeheizung 4, dem Gasaufbereitungsofen 5, der Aufreinigungseinrichtung 6 und der Trocknungseinrichtung 7 identisch mit dem Analysegerät der ersten Ausführungsform, wie es in 1 dargestellt ist. Gleiches gilt für die Anordnung des Oxidationsofens 11a, des SO₃-Filters 12a, der Trocknungseinrichtung 13a, des CO₂-Infrarot-Detektor 14a, der CO₂-Absorptions- und Trocknungseinrichtung 15a und des Wärmeleitfähigkeitsdetektors 16a.
Im Unterschied zu dem Analysegerät der ersten Ausführungsform der 1 ist in dem Analysegerät der zweiten Ausführungsform gemäß 2 nach dem Gasaufbereitungsofen 5 bzw. der Aufreinigungseinrichtung 6 und der Trocknungseinrichtung 7 eine Verzweigungsstelle 8 vorhanden, die das Messgas in einen ersten Teilstrom 8b und einen zweiten Teilstrom 8a aufteilt.
Der erste Teilstrom 8b führt über ein Absperrventil 9b, eine CO-Oxidationseinrichtung 10b und ein Dreiwegeventil 24 zu einer EC-Zelle 12b. Das Dreiwegeventil 24 kann so umgeschaltet werden, dass das Messgas nicht zu der EC-Zelle 12b zugeführt wird, sondern über eine Abluftleitung 11b abgeführt wird.
Dieser erste Teilstrom 8b kann durch das Absperrventil 9b so abgesperrt werden, dass das Messgas nur in Form des zweiten Teilstroms 8a weitergeführt wird.
Die Gasführung entlang des ersten Teilstroms 8b dieser zweiten Ausführungsform ist mit einer Anordnung des Analysegeräts gemäß der ersten Ausführungsform in 1 vergleichbar, wenn die CO-Oxidationseinrichtung 10b in die Gasführung des Messgases eingebunden ist, während dann, wenn die CO-Oxidationseinrichtung 10b in 1 durch die Bypassleitung 23 umgangen wird, die Gasführung einer Gasführung entlang des zweiten Teilstroms 8a in 2 entspricht.
In 2 führt der zweite Teilstrom 8a über einen SO₂-Infrarot-Detekor 9a und einen CO-Infrarot-Detektor 10a zu dem Oxidationsofen 11a.
Die beiden Analysegeräte, wie sie in den 1 und 2 dargestellt sind, ermöglichen einem Anwender, die Elemente Kohlenstoff (C), Schwefel (S), Stickstoff (N), Sauerstoff (O) und Wasserstoff (H) in Metallen oder anderen anorganischen Proben zu analysieren, wobei die Geräte für die Analyse der jeweiligen Elemente oder Gruppe von Elementen in einfacher Weise angepasst werden können; dabei wird auf denselben Grundaufbau und auf dieselbe Beheizungstechnik (Hochfrequenzbeheizung) zurückgegriffen.

Claims

Verfahren für die wahlweise Analyse von einem oder mehreren der Elemente Kohlenstoff (C), Schwefel (S), Stickstoff (N), Sauerstoff (O) und Wasserstoff (H) in Metallen oder anderen anorganischen Proben, wobei für die Analyse aller Elemente auf nur ein Analysegerät zugegriffen wird, das zumindest einen Aufschlussofen (3) mit einer Hochfrequenzbeheizung (4), einen Gasaufbereitungsofen (5), eine Gasversorgung (1) für Sauerstoff (O₂) und eine Gasversorgung (1) für inertes Trägergas, einen Oxidations-/Reduktionsofen (11a), eine Aufreinigungseinrichtung (6) und mindestens eine Trocknungseinrichtung (7, 13a), eine CO₂-Absorptions- und Trocknungseinrichtung (15a), eine CO-Oxidationseinrichtung (10b), einen SO₃-Filter (12a), einen Wärmeleitfähigkeitsdetektor (16a), einen elektrochemischen Detektor (12b) und mehrere Infrarot-Detektoren (9a, 10a, 14a) umfasst, mit folgenden alternativen Verfahrensabläufen: – (A) für die simultane Analyse von Kohlenstoff (C) und Schwefel (S) Einwiegen von Probenmaterial in einen Tiegel (3.1) aus Keramik, Einbringen des Tiegels (3.1) in den Aufschlussofen (3), Aufheizen und Verbrennen des Probenmaterials mittels der Hochfrequenzheizung (4) in dem Aufschlussofen (3) unter Zuführung von Sauerstoff (O₂) (1) als Trägergas, wobei der in der Probe enthaltene Schwefel (S) zu Schwefeldioxid (SO₂), der enthaltene Kohlenstoff (C) zu Kohlenstoffdioxid (CO₂) und eventuell Kohlenmonoxid (CO) umgesetzt werden, Erhitzen von bei dem Aufheizen des Probenmaterials gebildeten Oxidstäuben in einem dem Aufschlussofen (3) nachfolgenden Gasaufbereitungsofen (5), danach Aufreinigen (6) und Trocknen (7) des Messgases, Führen des gereinigten (6) und getrockneten (7) Messgases durch einen Infrarot-Detektor (9a) zum Messen von Schwefeldioxid (SO₂), wobei der Anteil an SO₂ dem Schwefelgehalt (S) der Probe zugeordnet wird, anschließende Oxidation des in dem Messgas enthaltenen Schwefeldioxids (SO₂) zu Schwefeltrioxid (SO₃) und des Kohlenstoffmonoxids (CO) zu Kohlenstoffdioxid (CO₂) in dem Oxidationsofen (11a) gefolgt durch eine Entfernung (12a) des Schwefeltrioxids (SO₃) aus dem Messgas, dann Trocknen (13a) des aus dem Oxidationsofen (11a) abgeführten Gases und Führen dieses Gases durch einen Infrarot-Detektor (14a) für Kohlenstoffdioxid (CO₂), wobei der Anteil von CO₂ dem Kohlenstoffgehalt (C) der Probe zugeordnet wird, – (B) für die simultane Analyse von Wasserstoff (H) und Stickstoff (N) Einwiegen des Probenmaterials in einen Tiegel (3.2), Einbringen des Tiegels (3.2) in den Aufschlussofen (3), Aufheizen des Probenmaterials in dem Tiegel (3.2) unter Zuführung (1) von Argon (Ar) oder Helium (He) als Trägergas und Aufreinigen (6) und Trocknen (7) des als Messgas bezeichneten Trägergasstroms mit dem bei dem Aufheizen freigesetzten Analyten vor dessen Detektion, wobei – (B1) in einem ersten alternativen Verfahrensablauf der simultanen Analyse von Wasserstoff (H) und Stickstoff (N) das Messgas in einen ersten Teilstrom (8b) und einen zweiten Teilstrom (8a) aufgeteilt (8) wird, wobei die Probe zunächst in dem Aufschlussofen (3) auf eine Temperatur von 300°C bis 1400°C aufgeheizt wird und der erste Teilstrom (8b), nachdem gegebenenfalls gebildetes Kohlenmonoxid (CO) selektiv zu Kohlenstoffdioxid (CO₂) oxidiert wurde (10b), einer Detektionseinrichtung für Wasserstoff (H₂) (12b) (EC-Zelle) zugeführt und der Wasserstoff (H₂) detektiert wird, wobei dann die sich noch in dem Aufschlussofen (3) befindliche Probe auf eine Temperatur größer 1600°C aufgeheizt wird und hierbei der zweite Teilstrom (8a) zur Detektion von Stickstoff (N) (16a) verwendet wird, indem zunächst (in dem Oxidations-/Reduktionsofen (11a) das in diesem zweiten Teilstrom (8a) enthaltene Kohlenstoffmonoxid (CO) zu Kohlenstoffdioxid (CO₂) oxidiert (11a) wird und Wasserstoff (H₂) zu Wasser (H₂O) oxidiert (11a) wird, und in einem nachfolgenden Schritt eventuell entstandene Stickoxide (NO_x) zu molekularem Stickstoff (N₂) reduziert (11a) werden, dann das gebildete Kohlenstoffdioxid (CO₂) absorbiert (15a) wird und der dann verbleibende Stickstoff (N) in einem Wärmeleitfähigkeitsdetektor (16a) als molekularer Stickstoff (N₂) detektiert wird, wobei nach der Reduzierung der Stickoxide (NO_x) zu molekularem Stickstoff (N₂) und vor dessen Detektion (16a) Wasser entfernt wird (13a, 15a), oder – (B2) in einem zweiten alternativen Verfahrensablauf der simultanen Analyse von Wasserstoff (H) und Stickstoff (N) die Probe zunächst in dem Aufschlussofen (3) auf eine Temperatur von 300°C bis 1400°C aufgeheizt wird und der als Messgas bezeichnete Trägergasstrom mit den beim Aufheizen freigesetzten Analyten, nach einer Aufreinigung (6) und einer Trocknung (7) und, nachdem gegebenenfalls gebildetes Kohlenmonoxid (CO) selektiv zu Kohlenstoffdioxid (CO₂) oxidiert wurde (10b), einer Detektionseinrichtung für Wasserstoff (H₂) (12b) zugeführt und der Wasserstoff (H₂) detektiert wird, und wobei dann die sich noch in dem Aufschlussofen (3) befindliche Probe auf eine Temperatur größer 1600°C aufgeheizt wird und hierbei das Messgas nach einer Aufreinigung (6) und Trocknung (7) zur Detektion von Stickstoff (N) (16a) verwendet wird, indem zunächst der in diesem Messgas enthaltene Wasserstoff (H₂) zu Wasser (H₂O) oxidiert (11a) wird und in einem nachfolgenden Schritt eventuell entstandene Stickoxide (NO_x) zu molekularem Stickstoff (N₂) reduziert (11a) werden, dann das gebildete Kohlenstoffdioxid (CO₂) absorbiert (15a) wird und der dann verbleibende Stickstoff (N) in einem Wärmeleitfähigkeitsdetektor (16a) als molekularer Stickstoff (N₂) detektiert wird, wobei nach der Reduzierung der Stickoxide (N) zu molekularem Stickstoff (N₂) und vor dessen Detektion (16a) Wasser entfernt wird (13a, 15a), – (C) für die Analyse von Sauerstoff (O) Einwiegen von Probenmaterial in einen zuvor bei Temperaturen größer 2000°C ausgeheizten Grafittiegel und Eingabe des Probenmaterials in diesen Grafittiegel (3.3), Einbringen des Tiegels (3.3) in den Aufschlussofen (3), Aufheizen des Probenmaterials auf eine Temperatur größer 2000°C und Abführen des in der Probe enthaltenen Sauerstoffs (O) in Form von Kohlenstoffmonoxid (CO) und ggf. Kohlenstoffdioxid (CO₂) in einem inerten Trägergasstrom (1) zu einem Infrarot-Detektor (10a), wobei das Kohlenstoffdioxid (CO₂) zunächst in dem Gasaufbereitungsofen (5) bei Temperaturen oberhalb von 1000°C bis 1150°C an einem Gasrußkontakt quantitativ zu Kohlenstoffmonoxid (CO) umgesetzt wird und das in dem Trägergasstrom mitgeführte Kohlenstoffmonoxid (CO) in einem Infrarot-Detektor (10a) detektiert und daraus der in der Probe enthaltene Anteil von Sauerstoff (O) abgeleitet wird, wobei – (D) in einem Verfahrensablauf für die simultane Analyse von Wasserstoff (H), Stickstoff (N) und Sauerstoff (O) folgende Verfahrensschritte durchgeführt werden: Einwiegen von Probenmaterial in einen zuvor bei Temperaturen größer 2000°C ausgeheizten Grafittiegel (3.3), Einsetzen des Tiegels (3.3) in den Aufschlussofen (3), Aufheizen des Probenmaterials auf eine Temperatur größer 2000°C und Abführen des in der Probe enthaltenen Sauerstoffs (O) in Form von Kohlenstoffmonoxid (CO) und Kohlenstoffdioxid (CO₂), des enthaltenen Wasserstoffs in Form von H₂ und des enthaltenen Stickstoffs in Form von N₂ in einem inerten Trägergasstrom (1) ((Argon (Ar) oder Helium (He)), wobei – (D1) in einem ersten alternativen Verfahrensablauf der simultanen Analyse von Wasserstoff (H) und Stickstoff (N) und Sauerstoff (O) das Messgas in einen ersten Teilstrom (8b) und einen zweiten Teilstrom (8a) aufgeteilt (8) wird, wobei der erste Teilstrom (8b), nachdem gebildetes Kohlenmonoxid (CO) selektiv zu Kohlenstoffdioxid (CO₂) oxidiert wird (10b), einer Detektionseinrichtung für Wasserstoff (H₂) (12b) zugeführt wird, wobei dann der zweite Teilstrom (8a) zur Detektion von Sauerstoff (O) und Stickstoff (N) (16a) verwendet wird, indem zunächst das in dem Trägergasstrom mitgeführte Kohlenstoffmonoxid (CO) in einem Infrarot-Detektor (10a) detektiert wird, dann in dem Oxidations-Reduktionsofen (11a) das in diesem zweiten Teilstrom (8a) enthaltene Kohlenstoffmonoxid (CO) zu Kohlenstoffdioxid (CO₂) oxidiert (11a) wird und Wasserstoff (H₂) zu Wasser (H₂O) oxidiert (11a) wird, und in einem nachfolgenden Schritt eventuell entstandene Stickoxide (NO_x) zu molekularem Stickstoff (N₂) reduziert (11a) werden, dann das gebildete Kohlenstoffdioxid (CO₂) mittels Infrarot-Detektion (14a) gemessen und daraus in Verbindung mit dem CO-Gehalt der in der Probe enthaltene Anteil von Sauerstoff (O) abgeleitet wird, danach Kohlenstoffdioxid (CO₂) absorbiert (15a) wird und der dann verbleibende Stickstoff (N) in einem Wärmeleitfähigkeitsdetektor (16a) als molekularer Stickstoff (N₂) detektiert wird, wobei nach der Reduzierung der Stickoxide (NO_x) zu molekularem Stickstoff (N₂) und vor dessen Detektion (16a) Wasser entfernt wird (13a, 15a), wobei – (D2) in einem zweiten alternativen Verfahrensablauf der simultanen Analyse von Wasserstoff (H) und Stickstoff (N) und Sauerstoff (O) das Messgas nach einer Aufreinigung (6) und einer Trocknung (7) einem entsprechenden Infrarot-Detektor (10a) für die Detektion von Sauerstoff in Form von Kohlenmonoxid (CO) zugeführt wird und detektiert wird, dann selektiv Kohlenmonoxid (CO) zu Kohlenstoffdioxid (CO₂) oxidiert wird (10b) und der im Messgas enthaltene molekulare Wasserstoff (H₂) mit einer EC-Zelle (12b) detektiert und zur Detektion von Sauerstoff (O) in Form von CO₂ und Stickstoff (N) (16a) zunächst in dem Oxidations-/Reduktionsofen (11a) das in diesem Messgas enthaltene Kohlenstoffmonoxid (CO) zu Kohlenstoffdioxid (CO₂) oxidiert (11a) wird und in einem nachfolgenden Schritt eventuell entstandene Stickoxide (NO_x) zu molekularem Stickstoff (N₂) reduziert (11a) werden, dann das gebildete Kohlenstoffdioxid (CO₂) mittels Infrarot-Detektion (14a) gemessen und daraus in Verbindung mit dem CO-Gehalt der in der Probe enthaltene Anteil von Sauerstoff (O) abgeleitet wird, danach Kohlenstoffdioxid (CO₂) absorbiert (15a) wird und der dann verbleibende Stickstoff (N) in einem Wärmeleitfähigkeitsdetektor (16a) als molekularer Stickstoff (N₂) detektiert wird, wobei nach der Reduzierung der Stickoxide (NO_x) zu molekularem Stickstoff (N₂) und vor dessen Detektion (16a) Wasser entfernt wird (13a, 15a).
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Probenmaterial für die simultane Analyse von Wasserstoff (H) und Stickstoff (N) in einen Quarztiegel (3.2) eingewogen wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass für die Analyse von Kohlenstoff (C) und Schwefel (S) in den Gasaufbereitungsofen (5) nur Quarzwolle eingesetzt wird und dass der Oxidations/Reduktionsofen (11a) nur mit Kupferoxid (CuO) gefüllt ist sowie die CO-Oxidationseinrichtung (10b) nicht vorhanden ist, indem sie durch ein Leerrohr ersetzt wird oder durch eine Bypassleitung (23) umgangen wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass für die Analyse von Stickstoff (N) als Füllung für den Oxidations/Reduktionsofen (11a) Kupferoxid (CuO) und, in Gasströmungsrichtung gesehen, Kupfer (Cu) nach der Füllung aus Kupferoxid (CuO) eingesetzt wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass für die Analyse von Wasserstoff (H) und Stickstoff (N) nach dem Verfahrensablauf (B) das Probenmaterial in eine Nickelkapsel eingewogen und zusammen mit Grafit in einen Quarztiegel eingegeben wird.
Analysegerät für die wahlweise Analyse von einem oder mehreren der Elemente Kohlenstoff (C), Schwefel (S), Stickstoff (N), Sauerstoff (O) und Wasserstoff (H) in Metallen oder anderen anorganischen Proben mit einem Aufschlussofen (3), der eine Hochfrequenzheizung (4) aufweist und der mit einer Gasversorgung (1) für Sauerstoff (O₂) und einer Gasversorgung (1) für inertes Trägergas verbunden ist, mit einem sich an den Aufschlussofen (3) anschließenden Gasaufbereitungsofen (5), dem, in Strömungsrichtung des Trägergases gesehen, eine Aufreinigungseinrichtung (6) und mindestens eine Trocknungseinrichtung (7, 13a), ein CO-Infrarot-Detektor (10a), ein Oxidationsofen (11a), ein SO₃-Filter (12a), eine CO₂-Absorptionseinrichtung (15a), eine weitere Trocknungseinrichtung (13a), die mit einem Wärmeleitfähigkeitsdetektor (16a) zur Detektion von molekularem Stickstoff (N₂) verbunden ist, folgt, und mit einer EC-Zelle (12b) und mit einem SO₂-Infrarot-Detektor (9a), die in den Strömungsweg des Trägergases vor dem Oxidationsofen (11a) eingebunden sind, und mit einer CO-Oxidationseinrichtung (10b), die in Strömungsrichtung des Trägergases gesehen, nach der Aufreinigungseinrichtung (6), mindestens einer Trocknungseinrichtung (7) sowie dem CO-Infrarot-Detektor, jedoch vor der EC-Zelle (12b), angeordnet ist.
Analysegerät für die wahlweise Analyse von einem oder mehreren der Elemente Kohlenstoff (C), Schwefel (S), Stickstoff (N), Sauerstoff (O) und Wasserstoff (H) in Metallen oder anderen anorganischen Proben mit einem Aufschlussofen (3), der eine Hochfrequenzheizung (4) aufweist und der mit einer Gasversorgung (1) für Sauerstoff (O₂) und einer Gasversorgung (1) für inertes Trägergas verbunden ist, mit einem sich an den Aufschlussofen (3) anschließenden Gasaufbereitungsofen (5), dem, in Strömungsrichtung des Trägergases gesehen, eine Aufreinigungseinrichtung (6) und mindestens eine Trocknungseinrichtung (7) folgt, wobei die Führung des Gasstroms nach der Aufreinigungs-/Trocknungseinrichtung (6, 7) durch einen Gasteiler (8) in einen ersten Teilstrom (8b) und einen zweiten Teilstrom (8a) verzweigt, wobei der erste Teilstrom (8b) über ein Absperrventil (9b) zu einer CO-Oxidationseinrichtung (10b) und einem Dreiwegeventil (24), das wahlweise mit der Abluft oder einer EC-Zelle (12b) für die Detektion von Wasserstoff (H₂) verbindbar ist, führt, und wobei der zweite Teilstrom (8a), der von dem ersten Teilstrom (8b) durch das Absperrventil (9b) abtrennbar ist, über einen SO₂-Infrarot-Detektor (9a), einen CO-Infrarot-Detektor (10a), einen Oxidationsofen (11a), einen SO₃-Filter (12a), eine Trocknungseinrichtung (13a), einen CO₂-Infrarot-Detektor (14a), eine CO₂-Absorptionseinrichtung (15a) und eine Trocknungseinrichtung (15a) zu einem Wärmeleitfähigkeitsdetektor (16a) zum Detektieren von Stickstoff (N) führt.
Analysegerät nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass der SO₂-Detektor (9a) wahlweise vor der EC-Zelle (12b) oder vor der CO-Oxidationseinrichtung und vor einer gegebenenfalls vorhandenen Bypassleitung (23), die die Umgehung der CO-Oxidationseinrichtung (10b) ermöglicht, oder vor dem CO-Infrarot-Detektor (10a) angeordnet ist.
Analysegerät nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Gasteiler (8) einschließlich der nachfolgenden Komponenten (9b, 10b, 11b, 12b), der SO₂-Infrarot-Detektor (9a) und der CO-Infrarot-Detektor (10a) in ihrer Reihenfolge austauschbar sind.
Analysegerät nach einem der Ansprüche 6 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass für die Analyse von Kohlenstoff (C) und Schwefel (S) in den Gasaufbereitungsofen (5) nur Quarzwolle eingesetzt ist und dass der Oxidations/Reduktionsofen (11a) nur mit Kupferoxid (CuO) gefüllt ist.
Analysegerät nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass für die Analyse von Kohlenstoff (C) und Schwefel (S) die CO-Oxidationseinrichtung (10b) nicht vorhanden ist, indem sie durch ein Leerrohr ersetzt wird oder durch eine Bypassleitung (23) umgangen wird.