ในปัจจุบัน วิธีหลักในการหาปริมาณกำมะถันในแร่ธาตุ ได้แก่ วิธีการชั่งน้ำหนัก วิธีการสเปกโทรโฟโตเมตรี การไทเทรตด้วย อีดีทีเอ การไทเทรตโดยตรงด้วยแบเรียมคลอไรด์ โครมาโทกราฟีไอออน วิธีอิเล็กโทรดเลือกไอออน สเปกโทรเมตรีการปล่อยแสงแบบพลาสมาเหนี่ยวนำ (ไอซีพี-โอเอส) การวิเคราะห์คาร์บอน-กำมะถันด้วยอินฟราเรด วิธีการเผาไหม้-ไอโอโดเมตริก วิธีการชั่งน้ำหนักด้วยแบเรียมซัลเฟต และอื่นๆ
วิธีการชั่งน้ำหนักเกี่ยวข้องกับกระบวนการทดลองที่ยาวนานและมีข้อผิดพลาดสูงในการหาปริมาณกำมะถันที่มีปริมาณน้อย
วิธีการวัดไอโอโดเมตริกและวิธีการใช้ขั้วไฟฟ้าเลือกไอออนนั้น ต้องใช้การจัดเตรียมอุปกรณ์ทดลองที่ซับซ้อน
การวัดด้วยสเปกโทรโฟโตเมตรีและการไทเทรตนั้นต้องใช้สารเคมีหลายชนิดและขั้นตอนการเตรียมสารละลายที่ยุ่งยาก
โครมาโทกราฟีไอออนมักทำให้เกิดข้อผิดพลาดในเชิงบวกเนื่องจากการมีอยู่ของฟลูออรีน คลอรีน และฟอสฟอรัสในตัวอย่าง และเหมาะสำหรับการวิเคราะห์กำมะถันในปริมาณต่ำเท่านั้น
เมื่อเปรียบเทียบกับวิธีการข้างต้น การหาปริมาณกำมะถันในแร่ธาตุต่างๆ โดยใช้เครื่องวิเคราะห์คาร์บอน-กำมะถันอินฟราเรดความถี่สูง มีข้อดีคือใช้งานง่ายและรวดเร็ว
ในช่วงทศวรรษ 1980 จีนเริ่มนำเข้าและพัฒนาเครื่องวิเคราะห์คาร์บอน-กำมะถันอินฟราเรดความถี่สูง ซึ่งส่วนใหญ่ใช้สำหรับการวิเคราะห์วัสดุในอุตสาหกรรมต่างๆ เช่น เหล็กและเหล็กกล้า และโลหะที่ไม่ใช่เหล็ก
ตั้งแต่ช่วงทศวรรษ 1990 ถึงต้นทศวรรษ 2000 ด้วยความก้าวหน้าทางเทคโนโลยีและความต้องการของตลาดที่ขยายตัว ความแม่นยำ ความเร็ว และความเสถียรในการวัดของเครื่องวิเคราะห์คาร์บอน-กำมะถันอินฟราเรดความถี่สูงได้รับการปรับปรุงอย่างมาก และขอบเขตการใช้งานก็ค่อยๆ ขยายไปยังอุตสาหกรรมปิโตรเลียม วิศวกรรมเคมี การผลิตเครื่องเคลือบดินเผา และอุตสาหกรรมอื่นๆ ปัจจุบัน อุตสาหกรรมเครื่องวิเคราะห์คาร์บอน-กำมะถันอินฟราเรดความถี่สูงได้ก่อตัวเป็นห่วงโซ่อุตสาหกรรมที่ค่อนข้างสมบูรณ์ และเป็นที่นิยมในอุตสาหกรรมการทดสอบเนื่องจากมีข้อดี เช่น ความเร็วในการวิเคราะห์สูง ความแม่นยำสูง การใช้งานง่าย และระดับการทำงานอัตโนมัติสูง ในขณะเดียวกัน วิธีนี้สามารถปรับตัวเข้ากับตัวอย่างได้ดีและใช้กันอย่างแพร่หลายสำหรับการวิเคราะห์คาร์บอนและกำมะถันของวัสดุต่างๆ รวมถึงเหล็กและเหล็กกล้า โลหะที่ไม่ใช่เหล็ก เซรามิก ซีเมนต์ แร่ และถ่านหิน
ในบทความนี้ ไดอะโทไมต์ถูกนำมาใช้เป็นวัตถุวิจัย โดยทำการศึกษาเกี่ยวกับน้ำหนักตัวอย่าง ขีดจำกัดการตรวจวัด ความแม่นยำ และความถูกต้องของวิธีการหาปริมาณกำมะถันโดยใช้เครื่องวิเคราะห์คาร์บอน-กำมะถันอินฟราเรดความถี่สูง (ซีเอส-8800C) เพื่อตรวจสอบความเป็นไปได้ของวิธีการนี้ในแร่ไดอะโทไมต์
หลักการทำงาน
ส่วนประกอบหลักของเครื่องวิเคราะห์คาร์บอน-กำมะถันอินฟราเรดความถี่สูงรุ่น ซีเอส-8800C คือเซ็นเซอร์ไพโรอิเล็กทริก ซึ่งเป็นเครื่องมือวิเคราะห์และวัดค่าอินฟราเรดอัจฉริยะ ก๊าซซัลเฟอร์ไดออกไซด์และคาร์บอนไดออกไซด์มีคุณสมบัติในการดูดซับอินฟราเรดสูง หลังจากที่ก๊าซทั้งสองถูกดูดซับแล้ว จะสามารถกำหนดสัดส่วนปริมาตรของซัลเฟอร์ไดออกไซด์และคาร์บอนไดออกไซด์ได้โดยการวัดการเปลี่ยนแปลงความเข้มของแสง ซึ่งเป็นการวิเคราะห์ปริมาณธาตุต่างๆ ในตัวอย่างแร่โดยอ้อม
โมเลกุลขั้ว เช่น คาร์บอนไดออกไซด์และซัลเฟอร์ไดออกไซด์ มีโมเมนต์ไดโพลไฟฟ้าถาวรและเกิดการเปลี่ยนผ่านแบบหมุนและแบบสั่น ตามระดับพลังงานกลศาสตร์ควอนตัม รังสีอินฟราเรดที่ตกกระทบซึ่งมีความยาวคลื่นเฉพาะจะทำปฏิกิริยากับโมเลกุลเหล่านี้เพื่อสร้างกระบวนการดูดซับร่วมกัน กฎของแลมเบิร์ต-เบียร์ ดังแสดงในสมการ (1) อธิบายพฤติกรรมการดูดซับนี้ได้อย่างสมบูรณ์:
I ＝ I0exp(-เอพีแอล).
ที่ไหน:
-ฉัน0 — ความเข้มของแสงตกกระทบ;
-ฉัน — ความเข้มของแสงที่ส่งผ่าน;
-เอ — ค่าสัมประสิทธิ์การดูดกลืนแสง;
-พี — ความดันย่อยของแก๊ส;
-แอล — ความยาวของเซลล์วิเคราะห์
นำตัวอย่างแร่ปริมาณ 0.040–0.050 กรัม ชั่งลงในเบ้าหลอมเซรามิก จากนั้นเติมฟลักซ์เหล็กบริสุทธิ์ 0.2 กรัม และฟลักซ์ทังสเตนบริสุทธิ์ 1.5 กรัม แล้วจึงนำเบ้าหลอมไปวางในห้องเผาไหม้
ในขั้นตอนแรก คือ ขั้นตอนการไล่ก๊าซด้วยออกซิเจน: วาล์วโซลินอยด์ที่เกี่ยวข้องจะถูกเปิด และออกซิเจนจะถูกส่งเข้าไปในท่อตามลำดับการวิเคราะห์ของเครื่องมือ เพื่อกำจัดก๊าซซัลเฟอร์ไดออกไซด์ในท่ออย่างมีประสิทธิภาพ เมื่อความเข้มข้นของก๊าซในท่อเข้าใกล้ศูนย์ ความดันย่อยของก๊าซที่วัดได้ก็จะเข้าใกล้ศูนย์เช่นกัน ณ จุดนี้ สัญญาณที่เก็บรวบรวมได้จะถูกตั้งค่าเป็นสัญญาณอ้างอิงใน0 ภายใต้สภาวะที่มีออกซิเจนเพียงอย่างเดียว
ในขั้นตอนที่สอง ซึ่งเป็นขั้นตอนการเผาไหม้และการปลดปล่อย: เตาเผาความถี่สูงจะถูกเปิดใช้งาน และตัวอย่างแร่จะถูกให้ความร้อนและออกซิไดซ์อย่างรวดเร็วภายใต้สภาวะอุณหภูมิสูงและออกซิเจนสูงเพื่อสร้างก๊าซ ดังนั้น₂ มีการปรับเทียบเชิงเส้นในแต่ละจุดข้อมูล หลังจากวิเคราะห์เสร็จสิ้นแล้ว ข้อมูลที่ปรับเทียบเชิงเส้นแล้วจะถูกคำนวณ และหักค่าว่างออกเพื่อให้ได้ร้อยละมวลของกำมะถันในตัวอย่าง
