元素分析仪基础知识

什么是元素分析仪？

元素分析仪是一种用于确定构成化学物质元素类型（定性分析）和成分比（定量分析）的设备。

由于所有物质都由元素组成，澄清元素的类型和比例是理解物质性质最重要的事项之一。

物质大致分为有机和无机。 有机质指的是许多含碳的化合物。 元素分析可以通过确定碳（C）、氢（H）、氧（O）和氮（N）等元素的含量，推导出有机物的组成公式。

另一方面，无机物被定义为非有机物，包括金属和非金属元素、氢化物、氧化物、氢氧化物、卤化物、硫酸盐、硝酸盐、碳酸盐和金属配合物。 元素分析对金属元素如钠（Na）和钾（K）进行鉴定和量化，非金属元素如硼（B）和硅（Si），以及卤素如氯（Cl）和氟（F）。

根据物质（有机或无机）、元素类型以及物质状态（液体、固体）有多种分析方法。

元素分析仪应用

元素分析被广泛应用于多个领域，因为它涉及分析多种化学物质。 典型例子如下。

• 环境领域
  ：土壤养分分析、化肥化学成分等。

• 食品领域：评估
  食物中所含营养素等。

• 制药领域
  ：理解药物的成分和纯度等。

• 材料领域
  ：质量控制，了解材料成分等。

元素分析的类型

1. 有机质的元素分析

有机物的元素分析是通过将样品中的碳等元素转化为易于测量的物质，然后以适当的方式定量每一种物质来实现的。

首先，元素转化有两种方法：在载体气体中燃烧样品，以及在液体中加入分解剂的湿法。 分析方法多种多样，但以下是有代表性的分析方法。

对于碳和氢，使用氧气作为载气，样品被完q全燃烧以将碳还原为一氧化碳。2氢2转换为O后，会被捕获并以适当的方式量化。 氮气用于在二氧化碳气体流中完q全燃烧样品，并辅以燃烧助燃剂以获得N2转换后，可以通过测量体积进行分析。

另一种方法是向样品中添加降解剂将其转化为氨，然后使用修复剂捕捉和定量。 氧气是根据其他元素百分比的总和计算得出的。

2. 无机物质的元素分析——液体样品

离子色谱（IC）是一种利用离子色谱（一种液相色谱法）来鉴定和量化溶液中的离子成分的分析方法。 需要测量的成分包括无机阴离子、碱金属和氨。

使用高频感应耦合等离子体（ICP）的分析方法也已知，包括ICP发射光谱（ICP-AES）和ICP质谱（ICP-MS）。 这两种方法都是广泛使用的分析方法，可以同时测量水样中约70种不同元素。 如果样品是固体的，可以通过分解或提取到水溶液中进行分析。

在ICP-MS中，将水样雾化并引入感应耦合等离子体（ICP）中作为电离源，元素分析通过质谱仪分离和检测等离子体中的电离元素进行。

而ICP-AES则通过雾化和引入水样，然后在激发元素回到基态时发射光谱光，从波长到强度进行量化。 对于ICP-AES不擅长的稀土，ICP-AES分析是合适的。 通过结合使用ICP-AES和ICP-MS进行分析，可以获得来自主要~微量成分的多种元素信息。

原子吸收光谱法（AAS）将稀酸水溶液中的元素原子化，照射光线，并测量光吸收后的元素浓度（吸收）。 所有原子在外部获得光能时都会从低能态（基态）跃迁到高能态（激发态），基态与激发态之间的能量差由元素决定。 因此，测量吸收度可以兼顾元素的定性和定量性。

3. 无机物质的元素分析——固体表面的分析

X射线荧光光谱（XRF）通过测量通过照射被测样品产生的独特X射线，识别和定量构成组分的元素。 除特殊样品外，无需预处理，可无损分析，也能分析固体表面。

在用X射线照射样品后，测量产生的荧光，并根据检测系统的不同，将其分为能量色散系统（EDXRF）和波长色散系统（WDXRF）。 WDX体积更大，因为产生的X射线是通过光谱晶体进行光谱测量，并使用量角仪测量的。 而EDX则具有更好的探测器能量分辨率，无需色散系统，使仪器体积更小。

4. 固体碳分析

在固体样品中的碳分析中，一种能够定量三种形式的总有机碳（TOC）、总无机碳（TIC）和元素碳（ROC）并从中计算总碳含量（TC）的方法引起了关注。

TOC是典型的测量项目，对环境监测和质量控制非常重要，但传统使用TOC计的分析方法通过从TC中减去TIC来计算TOC。 另一方面，旨在减少二氧化碳排放或将排放的二氧化碳回收作为碳中和措施一部分的碳回收相关技术的发展，增加了对三种不同碳形式分离和量化的需求。