YBT 6183-2024《石墨烯粉体 碳、氢、氮、硫、氧含量的测定 元素分析仪法》

ICS59.100.20CCSQ52YBandoxygencontent—Elementalana中华人民共和国工业和信息化部发布IXX/TXXXXX—XXXX本文件按照GB/T1.1—2020《标准化工作导则第1部分：标准化文件的结构和起草规则》给出的规则起草。请注意本文件的某些内容可能涉及专利。本文件的发布机构不承担识别专利的责任。本文件由中国钢铁工业协会提出。本文件由全国钢标准化技术委员会（SAC/TC183）归口。本文件起草单位：江苏省特种设备安全监督检验研究院（国家石墨烯产品质量检验检测中心（江苏））、冶金工业信息标准研究院、北京市科学技术研究院、中国海洋大学、江苏江南烯元石墨烯科技有限公司、中国计量科学研究院、北京市科学技术研究院分析测试研究所（北京市理化分析测试中心）、青岛华高墨烯科技股份有限公司、烯源科技无锡有限公司。本文件主要起草人：区炳显、李倩、杨永强、陆瑶、刘伟丽、郭洪云、张小敏、蒲成、白云、秦继恩、王勤生、田子健、李旭、柳伟、孙梦寒。本标准为首次发布。1XX/TXXXXX—XXXX石墨烯粉体碳、氢、氮、硫、氧含量的测定元素分析仪法本文件给出了元素分析仪法测定石墨烯粉体中碳（C）、氢（H）、氮（N）、硫（S）、氧（O）含量的方法原理、仪器和试剂、测试环境、样品制备、测试步骤、重复性及测试报告。本文件适用于石墨烯粉体中碳、氢、氮、硫、氧含量的测定。本方法检出限为碳的质量分数不小于0.32%、氢的质量分数不小于0.34%、氮的质量分数不小于0.32%、硫的质量分数不小于0.50%和氧的质2规范性引用文件下列文件中的内容通过文中的规范性引用而构成本文件必不可少的条款。其中，注日期的引用文件，仅该日期对应的版本适用于本文件；不注日期的引用文件，其最新版本（包括所有的修改单）适用于本文件。GB/T30544.13纳米科技术语第13部分：石墨烯及相关二维材料3术语和定义GB/T30544.13中界定的及下列术语和定义适用于本文件。3.1石墨烯相关二维材料graphene-relatedtwo-dimensionalmaterials石墨烯相关二维材料指层数不多于10的碳基二维材料，包括石墨烯、双层石墨烯、少层石墨烯、氧化石墨烯、还原氧化石墨烯等。3.2石墨烯粉体graphenepowder粉体形式的石墨烯相关二维材料。3.3空白分析blankanalysis按照样品分析方法，不加入实际样品时测得的包裹样品所用的锡囊（或银囊）信号值。3.4校正因子KK-factorcalculation样品测定条件下，标准物质元素质量分数的计算值与测量值的比值。4方法原理2XX/TXXXXX—XXXX4.1碳、氢、氮、硫含量的测定样品中的碳、氢、氮、硫元素在通入高纯氧的高温燃烧管中分别被氧化成二氧化碳、水蒸气、氮氧化物、硫氧化物。以氦气为载体，将这些混合气体通过还原管把三氧化硫还原成二氧化硫，氮氧化物还原成氮气。被检测的不同组分气体由吸附解吸柱或通过合适的吸收方法分离出CO2、H2O、SO2和N2，再通过适当的检测器检测并分别计算得到样品中各元素的含量。4.2氧含量的测定通过载气将样品送入到高温的裂解管中，含氧化合物在高温条件下发生热裂解反应，然后与碳粉接触发生还原反应，样品中的氧元素被定量地转化为一氧化碳。检测一氧化碳气体的量，换算得到样品中氧元素的含量。5仪器和试剂5.1仪器设备5.1.1元素分析仪：一种能分析碳、氢、氮、硫或氧元素的检测仪器，由进样装置、燃烧/还原系统、分离系统、检测器等组成。根据样品测试目的选择适当的测试模式，仪器检出限满足方法检出限。5.1.2分析天平：精度分别为0.001mg和0.1mg。5.1.3恒温鼓风干燥箱/真空干燥箱：最高工作温度不低于110℃。5.1.4干燥器：内盛干燥剂（如变色硅胶）。5.1.5称量瓶：扁形带盖。5.2试剂材料标准物质（分析纯及以上表1列举了大部分石墨烯粉体样品使用的标准物质，也可以用其他合适的标准物质代替。表1标准物质C----CHNO CHO CHNOS6测试环境环境温度：23℃±5℃;湿度：相对湿度不超过65%；环境中无明显的机械振动，无强光直射，无电磁干扰，仪器工作环境应清洁，无腐蚀性气体。7样品制备7.1样品干燥称取混匀后不少于0.5g的待测样品，精确至0.1mg，放入干燥箱，在80℃±5℃下干燥至恒重(两次称量值的质量差不大于0.3mg)，然后将干燥后的样品放入干燥器中备用。3XX/TXXXXX—XXXX8测试步骤8.1开机按照元素分析仪说明书进行相关检查确认无异常后，接通电源，打开仪器开关，预热至稳定状态。8.2参数设置8.2.1碳、氢、氮、硫测试条件设置如下：a）燃烧炉950℃~1150℃;还原炉600℃~850℃;b）气体流量：氦气230mL/min±30mL/min；氧气35mL/min±3mL/min；c）通气时间：通氧时间不少于70s。8.2.2氧测试条件设置如下：a）裂解炉1000℃~1150℃;b）气体流量：氦气230mL/min±30mL/min。8.3仪器校准按照设备的操作规程分别进行系统空白、系统平衡以及标准物质校准，直至K值(校正因子）的范围达到0.9～1.1。8.4样品测试样品测试步骤如下：a）称取干燥后的样品1.5mg～3.0mg，精确至0.001mg；b）对称量后的样品进行包裹，保证样品不泄露，对于样品中碳、氢、氮、硫元素的测定宜采用锡囊包裹样品，对于样品中氧元素的测定宜采用银囊包裹样品；c）将包裹后的样品置于元素分析仪测试；d）重复上述步骤测试平行样。8.5结果计算样品中碳、氢、氮、硫、氧含量（%）按式(1)计算：WKi×100%.....................................................................(1)式中：Wi,样—样品中i（碳、氢、氮、硫、氧）元素的质量分数；yi,样—由校准曲线得到的样品中i元素的绝对质量，单位为毫克（mgm—样品的称取质量，单位为毫克（mgKi—i元素的校正因子。9重复性9.1在重复性条件下获得的两次测试结果的绝对差值：碳含量的绝对差值不大于0.20%；氢含量的绝对差值不大于0.30%；氮含量的绝对差值不大于0.20%；硫含量的绝对差值不大于0.30%；氧含量的绝对差值不大于0.50%。4XX/TXXXXX—XXXX9.2如果两次测试结果的绝对差值不满足以上要求，应重新进行样品测试直至连续两次测试结果的绝对差值满足以上要求。10测试报告10.1测定报告中应至少包括下列内容：a）本文件号；b）测定日期；c)测定者姓名；d)样品信息(名称、编号）；e)仪器名称和型号；f)测定结果包括两次有效结果的平均值，用质量分数表示（%），精确至0.01%。11测试示例见附录A。12测定报告示例参见附录B。5XX/TXXXXX—XXXX测试示例A.1仪器设备A.1.1元素分析仪：碳、氢、氮、硫模式和氧模式，仪器检出限0.004%。A.1.2分析天平：精度分别为0.001mg和0.1mg。A.1.3恒温鼓风干燥箱：最高工作温度200℃。A.1.4干燥器：内盛变色硅胶干燥剂。A.1.5称量瓶：扁形带盖。A.2样品和试剂A.2.1氧化石墨烯粉体（国内某厂商提供，用X射线光电子能谱仪测定其碳、氧元素质量比约为2:1）。A.2.2标准物质（分析纯及以上）：碳、氢、氮、硫的测定选择磺胺作为标准物质，氧元素的测定选择苯甲酸作为标准物质,具体参数见下表A.1。表A.1标准物质CHNOSCHO A.3测试环境环境温度：24℃;湿度：相对湿度为58%，环境中无明显的机械振动，无强光直射，无电磁干扰，仪器工作环境清洁，无腐蚀性气体。A.4样品制备A.4.1称取混匀后1.000g的待测样品，放入干燥箱，在80℃下干燥3h至恒重，然后将干燥后的样品放入干燥器中备用。样品制备流程参见图A.1。图A.1样品预处理步骤示例图6XX/TXXXXX—XXXXA.5参数设置A.5.1碳、氢、氮、硫测试条件设置如下：b）气体流量：氦气230mL/min；氧气35mL/min；c）通气时间：通氧时间70s。A.5.2氧测试条件设置如下：a）裂解炉1000℃~1150℃;b）气体流量：氦气230mL/min。A.6测试步骤A.6.1碳、氢、氮、硫元素模式测试碳、氢、氮、硫元素模式测试步骤如下：a）空白分析：在开机后先做3次空白测试，碳、氮、硫、氢元素空白值的积分数都小于200，满足仪器规程要求；b）系统平衡：称取磺胺标准物质质量分别是2.003mg、2.001mg、2.008mg，使系统达到平衡；c）标准物质校准：称取磺胺标准物质质量分别是2.001mg、2.004mg，计算得到K值（校正因子），碳、氢、氮、硫的K值范围均在0.9～1.1；d）样品测试：分别称取质量为2.001mg和2.004mg的干燥后的样品，进行测试，测试结果见表A.2。表A.2碳、氢、氮、硫元素原始数据记录表A.6.2氧元素模式测试氧元素模式测试步骤如下：a）空白分析：在开机后先做3次空白测试，氧元素空白值的积分数小于500，满足仪器规程要求；b）系统平衡：称取苯甲酸标准物质质量分别是2.010mg、2.007mg、2.012mg，使系统达到平衡；c）标准物质校准：称取苯甲酸标准物质质量分别是2.009mg、2.010mg，计算得到K值（校正因子），K值范围在0.9～1.1；d）样品测试：分别称取质量为2.002mg和2.001mg的干燥后的样品，进行测试，测试结果见表A.3。表A.3氧元素数原始据记录