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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。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。
样品
N%
RSD%
C%
RSD%
H%
RSD%
S%
RSD%
O%
RSD%
橡胶 1
0.477
0.481
0.481
0.521
86.118
85.735
85.951
0.223
7.922
7.916
7.941
0.165
0.881
0.899
0.863
2.043
2.023
1.999
0.823
橡胶 2
0.336
0.321
0.325
2.420
86.560
86.233
86.329
0.195
7.719
7.674
7.707
0.303
0.639
0.634
0.658
1.967
1.932
1.904
1.010
橡胶 3
0.337
0.324
0.338
2.287
86.250
86.210
86.597
0.247
7.210
7.271
7.312
0.706
0.260
0.254
0.271
3.317
2.218
2.245
0.862
0.792
73.961
6.856
3.151
4.345
轮胎 1
0.800
1.074
74.140
0.153
6.880
0.572
3.105
0.744
4.325
0.254
0.783
74.171
6.933
3.122
4.327
轮胎 2
0.529
0.536
0.929
75.253
75.370
0.110
7.187
7.186
0.011
2.972
2.937
0.838
3.752
3.695
3.609
1.953
轮胎 3
0.362
0.370
1.546
87.505
87.767
0.211
8.958
8.973
0.112
0.823
0.837
1.226
1.199
1.178
1.191
0.891
表2 橡胶和轮胎样品的CHNS测定
样品
N%
RSD%
C%
RSD%
H%
RSD%
S%
RSD%
0.628
82.447
11.279
0.797
橡胶 4
0.636
0.666
82.272
0.208
11.300
0.1045
0.799
0.503
0.633
82.104
11.298
0.792
0.625
82.210
11.263
1.095
橡胶 5
0.616
0.790
82.661
0.576
11.114
1.123
1.015
3.989
0.623
83.161
11.366
1.033
0.626
81.962
11.218
1.561
橡胶 6
0.628
0.470
81.866
0.320
11.249
0.243
1.553
0.606
0.622
82.361
11.272
1.572
轮胎 4
0.454
1.235
79.597
0.0701
6.945
0.0815
1.435
0.930
0.462
79.676
6.937
1.454
轮胎 5
0.436
1.475
82.672
0.0932
7.137
0.000
1.666
0.0848
0.427
82.781
7.137
1.668
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.
样品
N%
RSD%
C%
RSD%
S%
RSD%
橡胶 7
0.277
0.737
85.802
0.247
0.927
0.751
0.280
85.503
0.936
橡胶 8
0.290
2.447
85.130
0.068
1.546
1.779
0.300
85.047
1.585
橡胶 9
0.293
2.477
84.881
0.108
1.969
1.268
0.293
84.751
1.934
橡胶 10
0.283
1.091
83.229
0.001
3.798
1.281
0.287
83.230
3.730
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。
样品
S% (新轮胎)
S% (使用六个月的旧轮胎)
轮胎 A
2.605
2.484 2.499 2.487
轮胎 B
5.894
5.415 5.302 5.250
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。
样品
O%
RSD%
橡胶 A
2.176
0.186
2.181
2.174
2.171
2.181
橡胶 B
1.825
0.622
1.819
1.837
1.810
1.810
橡胶 C
2.122
0.303
2.115
2.117
2.130
2.114
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。
