什么是元素分析儀？元素分析儀的應用及原理

什么是元素分析儀？

元素分析儀是測定構成化學物質的元素的種類（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性質的最重要的項目之一。

物質大致可分為有機物質和無機物質。有機物是指許多含有碳的化合物。通過元素分析，通過測定碳（C）、氫（H）、氧（O）、氮（N）等元素的含量，可以推導出有機物質的組成式。

另一方面，無機物質被定義為非有機物質，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、碳酸鹽和金屬絡合物。元素分析用于定性和定量測定鈉（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。

根據目標物質（有機或無機）、元素類型、物質狀態（液體、固體）等，有多種分析方法。

元素分析儀的應用

元素分析因其針對多種化學物質而被廣泛應用于各個領域。代表性的例子如下。

• 環境領域
  土壤養分分析，了解肥料的化學成分等。

• 食品領域
  食品中所含營養物質的評價等

• 制藥領域
  了解藥品的成分、純度等。

• 材料領域
  質量控制和材料成分的了解等。

元素分析的類型

1、有機物元素分析

有機物的元素分析是通過將樣品中的碳等元素轉換成易于測定的物質，然后使用適當的方法對各元素進行定量來進行的。

首先，有兩種轉換元素的方法：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。

對于碳和氫，使用氧氣作為載氣，樣品燃燒，將碳轉化為CO 2，將氫轉化為H 2 O，然后使用適當的方法捕獲并定量。通過使用助燃劑在二氧化碳流中燃燒，將樣品轉化為 N2，然后測量體積，即可分析氮氣。

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

2. 無機物元素分析-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）對溶液中的離子成分進行定性和定量測定的分析方法。測量的成分包括無機陰離子、堿金屬和氨。

使用射頻感應耦合等離子體(ICP)的分析方法也是已知的，包括ICP光學發射光譜法(ICP-AES)和ICP質譜法(ICP-MS)。兩者都是廣泛使用的分析方法，可以同時測量水溶液樣品中大約 70 種元素。如果樣品是固體，可以通過分解或萃取將其變成水溶液來進行分析。

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，并使用質譜儀分離和檢測等離子體中電離的元素以進行元素分析。

另一方面，ICP-AES是將水溶液樣品霧化后，分析激發元素返回基態時發出的光，根據波長對元素進行定性，并根據元素的波長進行定量。強度。 ICP-AES 分析適用于稀土元素，而 ICP-AES 不擅長。通過組合使用 ICP-AES 和 ICP-MS 進行分析，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，并根據光吸收（吸光度）測量元素濃度。當外界給予光能時，所有原子都會從低能態（基態）躍遷到高能態（激發態），但基態和激發態之間的能量差是由元素決定的。因此，通過測量吸光度，可以對元素進行定性和定量測定。

3.無機物元素分析-固體表面分析

X射線熒光光譜分析法（XRF）通過用X射線照射測量樣品并測量產生的熒光X射線來識別和定量構成元素。除特殊樣品外，無需預處理，可進行無損分析，還可以分析固體表面。

測量用X射線照射樣品后產生的熒光，根據檢測系統的不同，可以分為能量色散系統（EDXRF）和波長色散系統（WDXRF）。 WDX 使用分光晶體分離產生的熒光 X 射線，并使用測角儀進行測量，這需要大型設備。另一方面，EDX檢測器本身具有出色的能量分辨率，因此不需要色散系統，從而使設備緊湊。

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碳（TOC）、總無機碳（TIC）和元素碳（ROC）三種形式，并由此計算總碳含量（TC）。正在引起人們的注意。

TOC是對環境監測和質量控制非常重要的典型測量項目，但使用TOC計的傳統分析方法是通過從TC中減去TIC來計算TOC。另一方面，作為碳中和措施的一部分，在開發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技術時，越來越需要分離和量化三種不同類型的碳。