元素分析仪：CHNS/O的测定 在橡胶、轮胎中的应用

Dr. Liliana Krotz Dr. Guido Giazzi,

赛默飞世尔 应用实验室

简介

橡胶和轮胎用于各种工业和不同的终端产品。橡胶是制造天然或合成轮胎的主要原材料。天然橡胶主要是碳氢化合物，是热塑性的。为了消除异味等不良特性，橡胶用硫、促进剂和抗氧化剂处理，这些物质通过减少空气中氧（或臭氧）引起的劣化而延长橡胶产品的寿命。轮胎橡胶的另一个主要成分是炭黑，用于增加硬度、拉伸强度和耐磨性。严格的质量控制从原材料供应商开始。轮胎制造商要求原材料在交付工厂前进行质量检验。

生产过程中使用的试验之一是测定橡胶的元素组成。硫含量是橡胶制品质量控制中最重要的参数之一，是反映轮胎硫晕现象的主要指标，是轮胎质量损失的重要指标。为了进行质量控制，需要测定橡胶中的有机元素。采用燃烧法测定碳、氢、氮、硫和氧。

赛默飞世尔™FlashSmart™元素分析仪（图1）可以定量测定橡胶和轮胎中的碳、氢、氮、硫和氧。FlashSmart™元素分析仪基于样品的动态燃烧，在一次分析过程中提供自动的对CHNS/O进行测定，其中氧的测定是通过热裂解的方式测定。

图1：赛默飞世尔™FlashSmart™元素分析仪

本文提供了橡胶和轮胎中CHNS/O测定的数据，以显示FlashSmart™元素分析仪的性能。

方法

对于CHNS测定，FlashSmart™元素分析仪使用动态闪烧法燃烧仪器。样品在锡容器中称重，并通过赛默飞世尔™特有的MAS™自动进样器将样品和氧气同时送达到反应管中。燃烧后，产生的气体通过氦气流被带到充满铜的还原区中，然后通过高精度的GC气相色谱柱进行分离。最后，用热导检测器（TCD）检测燃烧气体（图2）。总运行时间小于10分钟。当使用NCS配置时，在反应器和GC柱之间安装了一个吸水剂过滤器。

图 2. CHNS/O 结构.

对于氧的测定，以热裂解模式进行测定。样品在银容器中称重，并通过MAS™自动进样器或通过AI 1310直接注射进样或AS1310液体进样器进样。反应器在1060°C下含有镍涂层碳进行裂解。样品中的氧与碳结合，形成一氧化碳，然后用GC气相色谱柱色谱法进行气体分离，并由TCD检测器检测（图2）。

FlashSmart™元素分析仪由EagerSmart数据处理软件自动生成一份完整的报告。

图3和图4显示了典型的CHNS和O测定的色谱图。

图 3. 典型的 CHNS色谱图.

Figure 4. 典型的O色谱图

测定结果

选择不同的橡胶和轮胎样品。样品分析没有任何预处理，只是切成小块进行分析。对于CHNS、NCS和S的测定，加入助燃剂五氧化二钒可使硫完全转化为SO₂。样品的称重量一般为2-3mg。

对于CHNS分析，仪器以BBOT（6.51N%，72.53C%，6.09H%，7.44S%）为标准品，使用K-factor作为校准方法进行校准。O分析以乙酰苯胺（11.84%）为标准，K-factor为校正方法进行校准。

表1显示了不同橡胶和轮胎样品的CHNS/O数据，而表2显示了其他类型橡胶和轮胎材料的CHNS测定。所有数据均具有良好的重复性，改变样品类型时没有任何基质残留效应。

表1 橡胶和轮胎样品的CHNS/O测定。

表2 橡胶和轮胎样品的CHNS测定

表3显示了使用NCS模式分析的橡胶样品的再现性。

表3. NCS模式下橡胶的测定.

表4通过分析一个新轮胎和一个使用六个月的轮胎中硫的含量，显示了从轮胎表面损失的硫值。这种效应被称为硫晕现象。

表4 硫晕现象测定结果。

表5显示了橡胶样品热裂解方式测定氧含量。

表5 橡胶样品的氧测定结果。

结论

赛默飞世尔™FlashSmart™元素分析仪能够从任何基质中定量测定元素，改变样品时无任何记忆效应。轮胎和橡胶样品的CHNS/O测定由FlashSmart™元素分析仪进行，样品无须任何预处理。FlashSmart™元素分析仪在自动化和高样品处理量方面满足实验室要求。该分析仪是模块化的，使实验室能够在一次运行中进行CHNS测定，并在改变配置的情况下快速切换到氧模式进行氧的测定。