碳（Carbon）是一種非金屬元素，與硅（Si）、鍺（Ge）、錫（Sn）、鉛（Pb）同屬周期表中ⅣA族。碳的原子序數6，相對原子質量12.011，熔點3500℃左右，沸點4800℃左右，密度2.25g/cm3（石墨）、3.51 g/cm3（金剛石）。碳的高熔點是由于固體碳的原子以共價鍵相結合的緣故。碳在地殼內的豐度為0.027%。單質碳有三種存在形態，金剛石、石墨和無定形碳，它們的區別不在其外形，而決定于原子的空間排列。碳在高溫下燃燒，與氧可生產兩種氧化物——當氧化不完全時生成一氧化碳，在氧氣中充分燃燒則生成二氧化碳。二氧化碳在碳的測定中有極重要的地位。

碳是鋼鐵材料中的主要元素。碳在鋼中的含量、存在形態及所形成碳化物的形態、分布對材料的性能起著極為重要的作用。當碳量在一定范圍內時，隨著碳量的增加，鋼的硬度和強度提高，而韌性和塑性變差。碳是區分鐵與鋼，決定鋼號、品級的主要標志。常見的碳素鋼就是以碳含量來區分不同鋼種的，同時決定各碳素鋼的性能和用途。由于碳在鋼鐵中的重要作用，在冶煉過程和成品分析中快速、準確測定其碳含量具有相當重要的意義。

碳在鋼中以游離碳（亦稱非化合碳）和化合碳兩種形式存在。無定形碳、石墨碳、鐵碳固溶體中碳、某些退火鋼中的碳等統稱為非化合碳，它主要存在于生鐵、鑄鐵機某些退火處理的高碳鋼中。另一類是鐵及合金元素與碳形成的碳化物，例如，Fe3C、Fe23C6、Mn3C、Cr3C2、VC、Mo2C、TiC、WC、W2C等，統稱為化合碳，常用MC表示。

游離碳和化合碳之和稱為總碳量，在成分分析中通常測定總碳量。

含碳量對鋼鐵熱處理性能和工藝的影響甚為明顯。常規的熱處理，主要目的是使金相組織改變。這種改變的規律，是與鐵碳相圖所示的規律一致的，也就是說，碳在金相組織的改變中起著關鍵的作用。

煉鐵的過程，就是以碳為還原劑，以氧化鐵（鐵礦石）作為氧化劑的一個氧化—還原過程。而煉鋼的全過程，也是一個氧化還原過程，以含碳量的變化來反映變化的過程。在煉鋼的氧化期，含碳量不斷降低，稱為“脫碳”，脫碳量的多少，往往成為氧化期冶煉效果的標志。所以在煉鋼工藝中，對一些重要產品用鋼，其脫碳量都有一定的要求。而在煉鋼的還原期，則是含碳量增加或穩定的過程。所以，含碳量的變化，直接反應了冶煉的過程。

 

硫（Sulfur）是一種非金屬元素，俗稱硫磺，在周期表中與氧（O）、硒（Se）、碲（Te）同屬ⅥA族元素。硫的原子序數16，相對原子量32.066，不同形態硫（α、β、γ）的熔點112～120℃，沸點445℃，密度1.92～2.07g/cm3。

一般而言，硫在鋼中是一種有害元素。硫在鋼中固溶量很小，主要行程MnS，當錳量不足時，則形成FeS。這些硫化物都分布在晶粒的界面上，而且熔點都較低。當其加熱時，這些硫化物即先行熔化，從而使鋼材在加熱過程中發生裂紋或斷裂。這種不良的性能，叫做“熱脆性”，又稱為紅脆。

硫存在于鋼中，還使鋼的機械性能降低，特別是疲勞極限、塑性和耐磨性顯著下降。同時，硫的存在對鋼的耐腐蝕性、可焊性也是不利的。生鐵和鋼中的含硫量直接影響到其產品的等級和牌號，生產低硫、低磷鋼是現代冶煉工藝追求的目標。目前，通過脫硫工藝，可使鋼的含硫量控制在0.01%以下。但在某些鋼中，如易切削剛、磁鋼等，有適量的硫的存在可改善其加工性能和磁性。普通碳素結構鋼、低合金結構鋼要求硫量在0.050%或0.045%以下，優質碳素結構鋼的硫量在0.035%以下，優質合金結構鋼要求硫控制在0.030%或0.020%以下。煉鋼生鐵和鑄造生鐵控制硫量在0.07%和0.05%以下，而易切削剛中硫量可達0.1%以上。需要指出的是硫在鋼中易產生偏析，在取制樣時要注意其代表性和均勻性。一般有色金屬中含硫量較低。

由于硫是金屬材料中的有害元素，在冶煉過程中要控制作為原輔材料（如礦石、燒結礦、焦炭、煤、石灰石等）的含硫量。硫量測定是冶金分析的常規分析項目。

 

分析碳的經典方法是燃燒氣體容量法，分析硫的方法是燃燒碘量法和燃燒碘酸鉀法。該方法，設備簡單，分析準確，但是速度慢，靈敏度低，不能適應爐前快速分析的要求。

自從轉爐出現后，爐前分析一直用光電直讀光譜儀分析包括碳硫在內的各種成分，由于碳硫的分析線都在真空紫外區，故光譜儀都需要真空型。但是發射光譜中光譜干擾總是存在，碳的分析線就受鋁線的干擾，只有進行校正才能準確分析碳含量。X熒光光譜儀對碳硫也可進行分析，但是碳屬于輕元素，靈敏度不夠高。

 

2.2 紅外吸收法測定碳硫                                         

紅外碳硫分析是利用CO2、SO2對紅外線的選擇性吸收這一原理來實現的。

按照量子力學的理論，凡是有偶極距的分子，就可以產生紅外吸收。偶極分子本身正負電荷中心不重合，發生振動和轉動時，就吸收紅外光的能量。因此，像CO、SO2等分子是不對稱的偶極分子，這樣的分子要吸收紅外光。CO2是一個對稱型的分子，不是偶極分子，但在振動時，其分子產生瞬時偶極，所以也要吸收紅外光。當然，CO2分子在轉動時不產生瞬時偶極，因而也不會產生紅外光吸收。

金屬氣體分析所采用的紅外分析，均屬于不分光的紅外光譜分析。由于對稱的雙原子氣體分子如N2、O2、H2、Cl2等，和單原子的惰性氣體如He、Ar，其本身不吸收紅外線輻射，因此紅外線吸收光譜法不能分析N2、H2和O2。換言之，不分光紅外吸收法測定CO2和SO2時，N2、O2、H2不干擾測定。但水分子偶極距很大，有強烈的吸收，所以一定要消除H2O的干擾。

對紅外光的吸收，均有特定的波長。其中CO2有兩個特征吸收波長：4.26μm和14.99μm.，一般選擇4.26μm；SO2的特征吸收波長為7.35μm。

CO2和SO2吸收紅外線的規律同樣服從光的吸收定律—朗伯-比爾定律，即：

 

 

 

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