什么是元素分析儀？元素分析儀的應(yīng)用及原理

什么是元素分析儀？

元素分析儀是測(cè)定構(gòu)成化學(xué)物質(zhì)的元素的種類（定性分析）和組成比（定量分析）的裝置。

所有物質(zhì)都是由元素組成的，因此弄清楚元素的類型和比例是理解物質(zhì)性質(zhì)的最重要的項(xiàng)目之一。

物質(zhì)大致可分為有機(jī)物質(zhì)和無(wú)機(jī)物質(zhì)。有機(jī)物是指許多含有碳的化合物。通過(guò)元素分析，通過(guò)測(cè)定碳（C）、氫（H）、氧（O）、氮（N）等元素的含量，可以推導(dǎo)出有機(jī)物質(zhì)的組成式。

另一方面，無(wú)機(jī)物質(zhì)被定義為非有機(jī)物質(zhì)，并且包括金屬元素、非金屬元素、氫化物、氧化物、氫氧化物、鹵化物、硫酸鹽、硝酸鹽、碳酸鹽和金屬絡(luò)合物。元素分析用于定性和定量測(cè)定鈉（Na）和鉀（K）等金屬元素，硼（B）和硅（Si）等非金屬元素以及氯（Cl）和氟（F）等鹵素。

根據(jù)目標(biāo)物質(zhì)（有機(jī)或無(wú)機(jī)）、元素類型、物質(zhì)狀態(tài)（液體、固體）等，有多種分析方法。

元素分析儀的應(yīng)用

元素分析因其針對(duì)多種化學(xué)物質(zhì)而被廣泛應(yīng)用于各個(gè)領(lǐng)域。代表性的例子如下。

• 環(huán)境領(lǐng)域
  土壤養(yǎng)分分析，了解肥料的化學(xué)成分等。

• 食品領(lǐng)域
  食品中所含營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的評(píng)價(jià)等

• 制藥領(lǐng)域
  了解藥品的成分、純度等。

• 材料領(lǐng)域
  質(zhì)量控制和材料成分的了解等。

元素分析的類型

1、有機(jī)物元素分析

有機(jī)物的元素分析是通過(guò)將樣品中的碳等元素轉(zhuǎn)換成易于測(cè)定的物質(zhì)，然后使用適當(dāng)?shù)姆椒▽?duì)各元素進(jìn)行定量來(lái)進(jìn)行的。

首先，有兩種轉(zhuǎn)換元素的方法：在載氣中燃燒樣品，以及將分解劑添加到液體中的樣品中的濕法。分析方法有多種，但典型的分析方法如下所示。

對(duì)于碳和氫，使用氧氣作為載氣，樣品燃燒，將碳轉(zhuǎn)化為CO 2，將氫轉(zhuǎn)化為H 2 O，然后使用適當(dāng)?shù)姆椒ú东@并定量。通過(guò)使用助燃劑在二氧化碳流中燃燒，將樣品轉(zhuǎn)化為 N2，然后測(cè)量體積，即可分析氮?dú)?/span>。

另一種方法是在樣品中添加分解劑，將其轉(zhuǎn)化為氨，然后使用修復(fù)劑捕獲并定量氨。氧是根據(jù)其他元素的百分比總和計(jì)算得出的。

2. 無(wú)機(jī)物元素分析-以液體樣品為例

離子色譜（IC）是一種主要使用離子色譜儀（液相色譜儀的一種）對(duì)溶液中的離子成分進(jìn)行定性和定量測(cè)定的分析方法。測(cè)量的成分包括無(wú)機(jī)陰離子、堿金屬和氨。

使用射頻感應(yīng)耦合等離子體(ICP)的分析方法也是已知的，包括ICP光學(xué)發(fā)射光譜法(ICP-AES)和ICP質(zhì)譜法(ICP-MS)。兩者都是廣泛使用的分析方法，可以同時(shí)測(cè)量水溶液樣品中大約 70 種元素。如果樣品是固體，可以通過(guò)分解或萃取將其變成水溶液來(lái)進(jìn)行分析。

在ICP-MS中，將水樣霧化并引入作為電離源的電感耦合等離子體（ICP）中，并使用質(zhì)譜儀分離和檢測(cè)等離子體中電離的元素以進(jìn)行元素分析。

另一方面，ICP-AES是將水溶液樣品霧化后，分析激發(fā)元素返回基態(tài)時(shí)發(fā)出的光，根據(jù)波長(zhǎng)對(duì)元素進(jìn)行定性，并根據(jù)元素的波長(zhǎng)進(jìn)行定量。強(qiáng)度。 ICP-AES 分析適用于稀土元素，而 ICP-AES 不擅長(zhǎng)。通過(guò)組合使用 ICP-AES 和 ICP-MS 進(jìn)行分析，可以獲得從主要成分到痕量成分的各種濃度的元素信息。

原子吸收光譜法（AAS）將稀酸水溶液中的元素霧化，用光照射它們，并根據(jù)光吸收（吸光度）測(cè)量元素濃度。當(dāng)外界給予光能時(shí)，所有原子都會(huì)從低能態(tài)（基態(tài)）躍遷到高能態(tài)（激發(fā)態(tài)），但基態(tài)和激發(fā)態(tài)之間的能量差是由元素決定的。因此，通過(guò)測(cè)量吸光度，可以對(duì)元素進(jìn)行定性和定量測(cè)定。

3.無(wú)機(jī)物元素分析-固體表面分析

X射線熒光光譜分析法（XRF）通過(guò)用X射線照射測(cè)量樣品并測(cè)量產(chǎn)生的熒光X射線來(lái)識(shí)別和定量構(gòu)成元素。除特殊樣品外，無(wú)需預(yù)處理，可進(jìn)行無(wú)損分析，還可以分析固體表面。

測(cè)量用X射線照射樣品后產(chǎn)生的熒光，根據(jù)檢測(cè)系統(tǒng)的不同，可以分為能量色散系統(tǒng)（EDXRF）和波長(zhǎng)色散系統(tǒng)（WDXRF）。 WDX 使用分光晶體分離產(chǎn)生的熒光 X 射線，并使用測(cè)角儀進(jìn)行測(cè)量，這需要大型設(shè)備。另一方面，EDX檢測(cè)器本身具有出色的能量分辨率，因此不需要色散系統(tǒng)，從而使設(shè)備緊湊。

4. 固體碳分析

在固體樣品的碳分析中，有一種方法可以定量總有機(jī)碳（TOC）、總無(wú)機(jī)碳（TIC）和元素碳（ROC）三種形式，并由此計(jì)算總碳含量（TC）。正在引起人們的注意。

TOC是對(duì)環(huán)境監(jiān)測(cè)和質(zhì)量控制非常重要的典型測(cè)量項(xiàng)目，但使用TOC計(jì)的傳統(tǒng)分析方法是通過(guò)從TC中減去TIC來(lái)計(jì)算TOC。另一方面，作為碳中和措施的一部分，在開(kāi)發(fā)旨在減少二氧化碳排放或回收排放的二氧化碳的碳回收相關(guān)技術(shù)時(shí)，越來(lái)越需要分離和量化三種不同類型的碳。