آنالیز CHN (کربن-هیدروژن-نیتروژن)

هر یک از عناصر کربن، هیدروژن و نیتروژن از اهمیت بالایی در پژوهش های صنعتی و دانشگاهی برخوردارند. چرا که در مواد مهندسی مختلف بسیار فراوان یافت می شوند. همچنین خواص فیزیکی، مکانیکی و دیگر خواص مواد را تحت تاثیر قرار می دهند. از این رو ارزیابی غلظت این عناصر در مواد امری ضروری است. در این مقاله با چگونگی اندازه گیری این عناصر با آنالیز CHN آشنا می شویم.

دستگاه تست CHN به چه صورتی کار می‌کند؟

دستگاه آنالیز CHN یک ابزار علمی است که برای اندازه‌ گیری غلظت عناصر کربن، هیدروژن و نیتروژن در یک نمونه مشخص با دقت بالا استفاده می شود. جرم نمونه برای آنالیز اغلب لازم است چند میلی ‌گرم باشد. البته برای نمونه هایی که ناهمگن تر باشند، جرم های بزرگتری لازم اند. دستگاه تست CHN قادر به آنالیز طیف گسترده ای از نمونه هاست. جامدات، مایعات، نمونه‌های فرّار و لزج، داروها، پلیمرها، مواد غذایی و… را می توان با این دستگاه بررسی کرد.

اصول روش آنالیز عنصری CHN

دستگاه CHN برای اندازه گیری عناصر کربن، نیتروژن و هیدروژن درون نمونه، نمونه را با گاز اکسیژن خالص، درون محفظۀ احتراق (Combustion Chamber) می‌ سوزاند. یعنی کربن به کربن دی اکسید، هیدروژن به آب و نیتروژن به اکسید نیتروژن تبدیل می گردد.

این گازها پس از اکسیداسیون به یک دستگاه کروماتوگرافی گازی منتقل می ‌شوند. سرعت حرکت گازهای کربن دی اکسید، بخار آب و نیتروژن درون ستون کروماتوگرافی با هم متفاوت است. از این رو این گازها از یکدیگر جدا می‌ شوند و مقدار هر یک از این گازها با استفاده از آشکارساز دستگاه اندازه‌ گیری می شود.

مقدار هر یک از این گازها با مقدار کربن، نیتروژن و هیدروژن ساختار متناسب است. بنابراین می‌ توان غلظت این عناصر را در نمونه مشخص کرد. به این روش اندازه گیری غلظت عناصر، روش «دوماس» گفته می شود. این روش آنالیز، مخرب است. یعنی نمونه پس از این تست ممکن است دیگر قابل استفاده نباشد. چرا که تخریب شده است و روی آن واکنش شیمیایی انجام گرفته است.

نقش اکسیژن در آنالیز کربن-هیدروژن-اکسیژن

در این آنالیز خلوص بالای گاز اکسیژن مورد استفاده برای احتراق، اهمیت زیادی دارد. چرا که وجود ناخالصی سبب ایجاد خطا در اندازه گیری می ‌شود. از طرف دیگر به دلیل استفاده از گاز اکسیژن برای سوزاندن نمونه، امکان اندازه‌ گیری اکسیژن نمونه وجود ندارد.

پس از احتراق می ‌توان وزن باقی ‌مانده از نمونه را اندازه گیری کرد. البته اگر امکان جدا کردن آن وجود داشته باشد. با وزن کردن این مادۀ باقی مانده، قابلیت اندازه گیری درصد وزنی ماده غیر قابل اشتعال با اکسیژن نیز به وجود می آید.

آماده سازی نمونه

برای انجام آنالیز CHN نمونه ‌ها لازم است به صورت پودری باشند تا در محفظه احتراق دستگاه به راحتی با اکسیژن واکنش دهند. مقدار مورد نیاز نمونه برای این آنالیز ۲ تا ۳ میلی ‌گرم ماده آلی است. و به سختی می‌تواند از ۱۰ میلی ‌گرم تجاوز کند، اگر ماده غیر آلی با محتوای کم کربن مورد بررسی قرار گیرد. موادی مانند آلکالین ها، اسیدها و مواد قابل انفجار با این دستگاه غیر قابل آنالیز هستند. همچنین نمونه هایی که در صورت اکسیداسیون گاز قابل انفجار تولید کنند.

برای انجام این آنالیز، نمونه باید دارای ساختار صحیح باشد. همچنین عاری از هرگونه ناخالصی باشد. برای آنالیز نمونه های جامد، اگر اثری از رطوبت یا محلول در نمونه وجود داشته باشد، بر دقت نتایج تاثیر خواهد گذاشت.

برخی از ترکیب‌ ها به طور ذاتی در احتراق کامل دارای مشکل هستند. احتراق ناقص نیز می‌تواند منجر به نتایج نادرست شود. در این حالت، نمونه می‌ تواند در شرایط متفاوتی دوباره آنالیز شود. این شرایط با افزایش اکسیژن یا با افزودن مواد شیمیایی مانند پنتا اکسید وانادیوم بهبود می یابد.

نتایج آزمون CHN به چه صورتی گزارش می‌شود؟

نتایج آزمون CHN در یک فایل PDF برای متقاضی بارگذاری می ‌شود. این فایل PDF شامل یک جدول مربوط به نتایج اندازه‌ گیری مقدار هیدروژن، کربن و نیتروژن درون نمونه است. در این فایل PDF مشخصات و شرایط آنالیز نیز ذکر شده است.

قابلیت‌های تست CHN

• توانایی آنالیز طیف وسیعی از مواد معدنی و غیر معدنی
• امکان آنالیز در کوتاه ترین زمان ممکن با دقت بسیار بالا
• توانایی احتراق کامل اغلب مواد در محفظۀ احتراق
• تطابق کامل با محیط های مختلف آزمایشگاهی و صنعتی
• تعمیر و نگهداری آسان و ارزان
• سهولت در آماده سازی نمونه ها
• مقرون به صرفه بودن