tcs-200微库仑分析仪

TCS-200 微库仑分析仪 使用说明书 泰州市天创仪器有限公司 目 录 一仪器简介及使用范围1 二工作原理1 三主要技术指标1 四仪器的组成及附件说明2 五仪器的安装与调试5 六仪器操作方法7 七化学试剂及溶液的配制 9 八常见故障的排除 10 九运输和贮存 11 十仪器装箱清单 12 十一产品使用信息反馈单 13 2 一、仪器简介及使用范围 TCS-200 型微库仑分析是应用微库仑分析技术，采用计算机控制微库仑滴定 的最新产品，具有性能可靠、操作简易、稳定性好、便于安装等特点，可用于石 油化工产品中微量硫、氯的分析，广泛应用于石油、化工、科研等部门。 TCS-200 型微库仑分析以 Windows 操作系统为工作平台，其友好的用户界面 使分析人员操作更为方便、快捷。在系统分析过程中，操作条件分析参数和分 析结果均在显示器上直接显示，并根据需要可将参数、结果进行存盘和打印，以 便日后调用、存档。 二、工作原理 TCS-200 型微库仑分析是应用微库仑滴定原理,由零平衡工作方式设计的库仑 放大器与滴定池和适宜的电解液组成了一种闭环负反馈系统。仪器的工作原理如 图 1 所示。 E A 参考电极 阴极 C1 C2 裂解炉 流量 O 2(H2 ) 控制 N 2(H2) 放大器 外偏压 测量电极 阳极 裂解管 单片机 计算机 图 1 工作原理图 滴定池中的参考电极供给一个恒定的参考电位，并与测量电极组成指示电极 对产生一电压信号。这一信号与外加给定偏压反向串联后加在库仑放大器的输入 端。当两电压值相等时，放大器输入为零，输出也为零，在电解电极对之间没有 电流通过，仪器显示器上是一条平滑的基线。当样品由注射器注入裂解管, 样品 中的被测物质反应转化为可滴定离子，并由载气带入滴定池，消耗电解液中的滴 定剂。滴定剂浓度的变化使滴定池中的指示电极对的电位发生变化，其值的变化 送入微机控制的微库仑放大器，经放大后加到电解电极对（阴、阳极）上，在阳 极上电生出滴定离子，以补充消耗的滴定剂。上述过程随着滴定离子的消耗连续 进行，直至无消耗滴定离子的物质进入，并已电生出足够的滴定离子，使指示电 极对的值又重新等于给定偏压值，仪器恢复平衡。在消耗补充滴定离子的过程 中，测量电生滴定剂时的电量，依据法拉第定律进行数据处理，则可计算 出样品含量。 三、主要技术指标 发 生 电 流：最大：2mA 放大器输出电压：最大：30V 给定偏压范 围：0400mv,连续可调 分析范围： 硫： 0.1mg/L 5000mg/L 氯： 0.3mg/L 5000mg/L 控温范围及精度： 室温 1000 , 1%5 重复性误差： 试样浓度10mg/L 时，相对误差5% 四、仪器的组成及附件说明 仪器由计算机、微库仑分析仪主机、温度流量控制器、搅拌器、进样器等组 成。 1、主机 仪器主机是信号放大和数据处理的关键部件。其前面板左上方有电源指示灯， 后面板有串行口温控口电极插口电源插口和电源开关，如图 8 所示。 2、度流量控制器 温度流量控制器由一个二段分别升温的高温管状炉及相应的控制电路和气体 流量装置组成。其前面板上有两个控温表头,及两个气体流量计、控制相应的气 体流量大小的调节旋钮，反应气和载气由后面板接入，如图 8 所示，通过针形阀 调节其流量大小，并由气体流量计直接读出。一般接入气体的操作压力控制在 100200 kPa 左右，反应气和载气分别为普氧、普氮。气体流量调节旋钮，即针 形阀只供调节流量大小，不可作为气体流量的开关，以防止损坏。实验完毕后， 必须将气体总阀关闭。 （注：以下所提到的工作参数和操作条件，均以分析硫含量为例） 3、搅拌器： 滴定池 搅拌棒 电解液 磁钢 +12V 直流电机 接+12V 电源 滴定池支架 4 图 搅拌器示意图 样品的裂解产物被气流带入滴定池后，要保证其与电解液中滴定剂之间进行 快速和充分接触，这种工作是通过磁力搅拌器来完成的。磁力搅拌器工作原理见 图 2 所示。它通过直流电机带动磁钢转动，而滴定池内的磁力搅拌棒将随磁钢的 转动而均匀转动，从而达到搅拌电解液的目的。搅拌时，速度不宜过快或过慢， 以电解液产生微小旋涡为宜。同时，应把滴定池放在磁钢的正上方，以免搅拌棒 碰撞电解池壁。 4进样器： 液体进样器由单片机控制步进电机来带动丝杆进行样品的注入。当进样 （按前进键）完毕后，丝杆自动后退。通过调节两组拨盘开关来设定丝杆的进程 和速度。一般情况下，进程和速度分别设为 6 档和 8 档。 对气体样品通常用 1-5mL 的注射器进行样品注入。用注射器取样时，取样速 度要快，以防气体从针头跑出。在进样时速度不宜太快，以保证较高的氧分压， 让样品完全燃烧，防止裂解管壁形成积炭。或用气体进样器来实现样品的进样。 对于固体和高沸点的粘稠液体试样不适宜用注射器进样时，可使用带样品 进样舟的固体进样器进样,其原理见图 3 所示。进样时先利用推动棒将样品送到 裂解管预热部位，待 510 秒后，再将进样舟推至加热部位让样品进行裂解，裂 解产物由载气带入滴定池进行滴定。然后将进样舟拖至裂解管入口附近待完全冷 却后，再进行第二次样品测定。 样品 引入 延伸管 入口 管 连接螺母 进样舟 推进器 热吸收器 橡胶隔板 滑动器 图 3 固体进样器示意图 仪器主要附件说明： 1裂解管 裂解管由石英制成，它的作用是将样品中的有机硫、氯和碳氢各元素分别转 变为能与电解液中滴定离子发生作用的 SO2、HCl 和不发生反应的 CO2、H 2O、CH 4 等化合物。 图 4 为测定轻油中硫、氯的裂解管 样品通过硅橡胶堵头用注射器注入裂解管入口汽化，氮气通过靠近堵头的螺 旋管（A）经过预热后，进入汽化室与样品气相混合，再通过喷嘴（P）进入燃烧 室，并在另一侧管（B）供给的氧气在（P）处发生燃烧。由于设计有较大的汽化 室既保证了样品可完全汽化，又可使样品得到足够的稀释，以较快的流速通过喷 嘴与氧气充分混合燃烧得到较高的 SO2、HCl 的转化率。当然，SO 2、HCl 的转化率 除受裂解管结构影响外，裂解区温度氧、氮分压比、池子工作状态以及仪器操作 选择的偏压、增益等因素也会影响测定结果。 接滴定池 A 氮气接入口 P 燃烧室 汽化室 B 氧气接入口 图 4 测定轻油中硫、氯的裂解管 图 5 为测定重油中硫、氯的裂解管 该管与测定轻油中硫、氯裂解管相比扩大了燃烧室容量，增加了一个支 管导入氧气，增大了喷嘴使燃烧更加完全，这就为增加样品处理量，提高反 应速度，创造了条件。 接滴定池 接固体进样管 P 燃烧室 氧气接入口 图 5 测定重油中硫、氯的裂解管 2、滴定池 由池盖、池体、电极等组成。滴定池是微库仑滴定反应的心脏，它起着将试 样裂解产生的被测物质和电解液中的滴定剂发生反应的作用，图 7 是氧化法测 硫的滴定池。为了减少滴定池反应室体积，一般将参考电极和辅助电极装在侧臂， 通过微孔毛细管与反应室相联。测量电极和发生电极装在池盖上。这样滴定池反 应室内一般装入 10 mL 到 12 mL 电解液，即可满足实验需要并能达到较高的灵敏 度和较快的响应速度。由燃烧管进来的气体通过滴定池的毛细管入口进入滴定池。 因为滴定池入口顶端特殊的构造，可将进入的气体在搅拌作用下打碎成小气泡， 搅拌棒可使反应物质与滴定剂之间进行快速和充分接触，并形成一均匀的扩散层。 为了防止周围电场对滴定池形成的电干扰，搅拌器必须有良好的接地。特别 是使用氯滴定池测定氯化物时，由于增益较高，更需注意防止静电干扰。此外， 氯电解池对光反应灵敏，还应采取避光措施。 硫滴定池工作原理 当系统处于平衡状态时，滴定池中保持恒定 I3-浓度，当有 SO2进入滴定池 时，就与 I3-离子发生反应： 6 I3-+SO2+H2O SO 3+2H+3I- 致使池中的 I3- 浓度降低，参考与测量电极对指示出这一变化，并将这一变 化的信号输入库仑放大器，然后由库仑放大器输出一相应的电流加到电解电极对 上。电解阳极电生出被 SO2所消耗的 I3-,直至恢复原来的 I3-离子浓度： 3I- I 3-+2e 测出电解时所消耗的电量，据法拉第电解定律就可求得样品中总硫的含量。 池盖 辅助电极 (阴极、黑色) 参考电极（绿色） 发生电极 (阳极、红色) 测量电极（黄色） 搅 拌 子 池 体 图 7 氧化法定硫/氯滴定池 氯滴定池工作原理 当系统处于平衡状态时，滴定池中保持恒定 Ag+浓度.样品经裂解后，有机氯 转化为氯离子，再由载气带入滴定池同银离子反应： Ag+Cl- AgCl 滴定池中银离子浓度降低，指示电极对即指示出这一信号的变化，并将这一 变化的信号输入库仑放大器，然后由库仑放大器输出一相应的电流加到电解电极 对上。电解阳极电生出被 Cl-所消耗的 Ag+，直至恢复原来的 Ag+离子浓度,测出 电生 Ag+时所消耗的电量，据法拉第电解定律就可求得样品中总氯的含量。 此外，滴定池对温度比较敏感。实践表明，滴定池环境温度变化 1时偏压 就要改变 0.8mv 左右。在实际工作中由于微库仑分析仪是采用的零平衡放大器， 当温度缓缓变化时，仪器会自动平衡，在显示器上得到的仍是一条平滑的基线。 但是当滴定池受到突然变化的温度影响，这种温度效应仍然是可以觉察到。因而， 在操作时要保持滴定池环境温度的相对稳定，避免炉温及周围环境温度的骤然变 化。 警告 : 裂解管和滴定池系易损件，使用时请注意轻拿 轻放 ! 五、仪器的安装与调试 1仪器安装的环境条件 工作电源：交流 220V20V，频率 50Hz0.5Hz。 环境温度：0 40，相对湿度：85% 仪器主机不要同大功率高频设备接在同一相电源上。 仪器安装要避免强腐蚀性气体的地方。 仪器安装要避免强电场或强磁场干扰的地方。 仪器安装要避免温度急剧变化或阳光直射的地方。 2仪器安装的正面示意图 计算机 显示器 搅拌器 温度流量 控制器 打印机 主机 进样器 图 8 仪器正面示意图 按图 8 所示，将打印机、计算机等仪器各组成部分依次整齐排放在干净的工 作台上。 仪器使用交流 220V20V，频率 50Hz0.5Hz 的电源。其裂解炉升温时工作 电流 15A 以上，额定功率 3 kW 以上。而且必须与仪器其它部分的工作电源分相 使用。 3仪器后面板示意图 按图 9 所示，将电源线、电极线、计算机串行口连接线及控温连接线对应接 好，接通电源。 仪器机壳要接大地，接地电阻小于 5。 图 8 整机后面板示意图 （2 ） 把准备好的滴定池置于搅拌器内平台上，把滴定池毛细管入口对 图 9 仪器后面板示意图 4硫滴定池的安装 滴定池的洗涤 8 用新鲜的洗液浸泡整个滴定池 510 min ，然后分别用自来水，去离子水洗 涤吹干，将侧臂活塞涂以少许真空硅脂，并用橡皮筋固定。 安装参考电极 A. 把少量碘放在一个小玛瑙体内，并倒入少量电解液覆盖以防止碘的挥发， 然后小心研磨到大约 2040 筛目。 B关闭两侧活塞，让池内参考电极室阴极室充满电解液，保证侧臂无 气泡。 C. 用小勺将碘粒放入参考电极室，不要太紧或太满，否则参考电极很难插进。 D. 在参考电极的磨口上涂以少量真空硅脂，将参考电极小心插入碘粒中，使 电解液溢出参考室并除去气泡。注意电极的铂丝必需全部埋在碘粒中，无裸露， 最后用橡皮筋固定好。 E. 打开参考侧臂活塞，用新鲜电解液冲洗池中心室和侧臂，然后关闭侧臂活 塞。按此方法冲洗阴极臂。 F. 倾斜池体，小心地顺着池壁放入搅拌子。 G. 仔细放上池盖电极，调整其位置，使测量电极和电解阳极与气体毛细管入 口方向平行。并保证电解液液面在铂电极以上 5 mm。 滴定池的维护 A. 滴定池应在避光阴凉处保存。 B. 池中应始终保持有电解液，并使池盖电极浸没在电解液面之下。 C. 参考电极室应无气泡。 D. 在分析结束后，应用电解液冲洗池体及电极。 5氯滴定池的安装 滴定池的洗涤（同上） 参考臂装醋酸银 A. 将电解池内充满 70醋酸的电解液，排除两侧臂气泡。 B. 用小勺慢慢地在侧臂放入醋酸银，所用的醋酸银应为白色或浅灰色，深灰 色的醋酸银则不能使用。 C其它步骤同上。 滴定池的维护(同上) 六、仪器操作方法 依次打开微库仑综合分析仪主机、计算机、温度流量控制器、搅拌器、进样 器的电源。 把准备好的滴定池置于搅拌器内平台上，调节搅拌器的高度，使滴定池毛细 管入口对准石英管出口，并用铜夹子夹紧，调整电解池位置，使搅拌子转动平稳。 将库仑放大器的电极连接线按标记分别接到滴定池的参考、测量、阳极、阴 极的接线柱上，并拧紧以保证接触良好。 将洁净的石英裂解管用硅橡胶堵紧其进样口，并放入裂解炉，用聚四氟乙烯 管（4）将石英裂解管的各路进气支管与温度流量控制器的对应输出口相连接。 联机操作： 在“Windows”桌面上打开“微库仑分析系统”应用软件，显示其主窗体。 主窗体中有菜单栏、工具栏等,如图 10 所示。单击“联机” 图标，联机正常后， 主窗体左下方显示“联机状态”否则，按屏幕提示重新检查端口和连线。 温度设置： 分别设定二段所需的温度值（以分析硫含量为例： 燃烧段设为 800，汽化 段设为 600） 。要改变某段温度值，只要输入所要设定的值。 图 10 主窗体 测试偏压： 待炉温到达所设温度值，打开气源，用新鲜的电解液冲洗电解池 23 遍，将 电解池与石英管连接好，即可采集电解池偏压。单击界面工作状态中“平衡” ， 仪器自动采集电解池偏压，如图 10 所示，单击“开始测量” 按钮，仪器自动采 集电解池偏压。一般新鲜电解液冲洗过的硫电解池，偏压应在 160mV 以上。 单击“工作”, 使仪器处于工作档。此时，若要修改电解池偏压，点击“偏 压” ，输入所需偏压值，按“回车”键（或按“偏压”上下键） ，完成电解池偏压 的修改。此时，基线的位置会有所改变，待仪器平衡一段时间以后，基线重新回 到原来的位置上。 选择工作参数： （以分析 10 mg/L 液体硫标样为例）如图 10 所示，单击“样品状态” 框中 的“液体” ；“含量单位自动选中“mg/L ”；“检测元素” 框中的“硫” ； “样品来源” 框中的“标样” 。 选择放大倍数和积分电阻： 在主窗体中单击“标样浓度” 、 “进样量” 数据输入框中的“？” ，用删除键 删除“？” ，并输入标准浓度值“10” ，进样体积数“8.4” 。单击工具栏中“增 10 益”图标（放大倍数选择） ，选择相应的放大倍数（150）后按“确定”按钮，完 成放大倍数的设定。 与此相类似，单击工具栏中“积分电阻”图标（积分电阻选择）, 完成积分 电阻的设定。一般分析硫含量小于 1 mg/L 时，积分电阻选6k 档，硫含量大于 10 mg/L 时，积分电阻选 2k 档以下。 转化系统调试： 完成了以上操作步骤，就可以标样进行转化系统的分析：待基线平稳后，即 可进样。点击“启动” ，然后进样，出峰结束后，自动显示转化率及其序号（如 “f1”、 “f2”等）,待基线平稳后，可以进行下次标样的连续分析,转化系统正 常时，其转化率应在 75120之间。 求平均转化率: 选择你认为合适的转化率，点击“确定” ，可求出平均转化率。 标样分析完成后，进行样品分析。选择“样品选择”框中的“样品” ，其余分 析步骤与以上分析标样的步骤相同，在连续分析 3 至 6 次后，求出样品的平均含 量。 保存、打开、打印数据: 标样分析结束后，单击“断开联接”后，单击“保存”图标，弹出“保存采 样数据文件”对话框，输入文件名保存结果，单击“打开”图标，弹出“打开采 样数据文件”对话框，选择需要打开的数据文件，弹出“显示页面选择”对话框， 即可显示或打印结果。 关机顺序： 把滴定池与裂解管断开，关闭微机，主机、微机、显示器、打印机、搅拌器、 进样器的电源。关闭气路阀，待炉温冷却 12 小时后，关闭温度控制流量器电 源，整理好仪器。 切记：必须先滴定池与裂解管断开 七、化学试剂及溶液的配制 所用试剂无特殊说明均为分析纯以上。 所用水均为去离子水或二次蒸馏水， 阻抗大于 1M。测定硫、氯样品所需化学试剂见表 1。 表 1 分析元素 所需试剂 碘化钾（KI） 迭氮化钠（NaN 3）化学纯硫 冰醋酸（HAC）优级纯 碘(I 2) 醋酸银（CH 3COOAg）化学纯 氯化钠(NaCl) 优级纯 氰化银（AgCN） 氰化钾(KCN) 氯 碳酸钾（K 2CO3）化学纯 硫酸亚铁(FeSO 47H2O) 电解液的配制 1）硫电解液的配制 将 0.5g 的碘化钾、0.6g 的迭氮化钠，5mL 的冰醋酸溶于 1000mL 的棕色瓶中， 避光阴凉处保存。 （电解液中加迭氮化钠是为了除去样品中 CLN 对测 S 的干扰） 2）氯电解液的配制 将 700mL 的冰醋酸与 300mL 的二次蒸馏水混合，贮于密闭玻璃瓶中。 八、常见故障及排除方法 本产品采用微机实时控制，专业性强，因此，在发生故障的情况下，非专业 人员请勿随意修理。以下列出常见故障及排除方法供用户参考见表 2，以下检修 均需切断电源。 表 2 现 象 原 因 分 析 排 除 方 法 1. 电源未接通或保险丝坏 检查电源及更换保险丝 2磁钢与电机轴之间松动 锁紧螺钉 搅拌子 不转动 3三极管 A9