Что такое элементный анализатор?

Что такое элементный анализатор?

Элементный анализатор — это устройство для проведения качественного и количественного анализа элементов, входящих в состав химического вещества.

Поскольку все вещества состоят из элементов, выяснение типов и соотношений элементов является одним из важнейших пунктов в понимании свойств вещества.

Вещества в основном делятся на органические и неорганические. Органические вещества чаще всего представляют собой соединения, содержащие углерод. Элементный анализ можно использовать для определения процентного содержания таких элементов, как углерод (C), водород (H), кислород (O) и азот (N), чтобы вывести формулу состава органических материалов.

Неорганические материалы, с другой стороны, определяются как неорганические материалы и включают металлические и неметаллические элементы, гидриды, оксиды, гидроксиды, галогениды, сульфаты, нитраты, карбонаты и комплексы металлов. Элементный анализ квалифицирует и количественно определяет металлические элементы, такие как натрий (Na) и калий (K), неметаллические элементы, такие как бор (B) и кремний (Si), и галогены, такие как хлор (Cl) и фтор (F).

Различные методы анализа доступны в зависимости от интересующего вещества (органическое или неорганическое), типа элемента и состояния вещества (жидкое или твердое).

Применение элементных анализаторов

Элементный анализ используется в широком спектре областей, поскольку он охватывает различные химические вещества. Типичные примеры:

• Окружающая среда
  Анализ питательных веществ в почве, определение химического состава удобрений и т. д.
• Продукты питания
  Оценка питательных веществ, содержащихся в пище и т. д.
• Фармацевтика
  Определение состава и чистоты фармацевтических препаратов и т. д.
• Материалы
  Контроль качества, понимание состава материалов и т. д.

Виды элементного анализа

1. Элементный анализ органических веществ

Элементный анализ органических материалов выполняется путем преобразования элементов, таких как углерод в образце, в легко измеримые вещества, а затем количественного определения каждого вещества с использованием соответствующего метода.

Сначала элементы преобразуются либо путем сжигания образца в газе-носителе, либо путем добавления разлагающего агента к образцу в жидкости. Существует множество аналитических методов, но типичные методы перечислены ниже.

Для углерода и водорода кислород используется в качестве газа-носителя, а образец полностью сжигается для преобразования углерода в CO2, а водорода в H2O, которые затем улавливаются и определяются соответствующим методом. Азот можно проанализировать, измерив объем после того, как образец полностью сгорит с помощью средства, способствующего горению, в потоке углекислого газа для преобразования его в N2.

Другой метод заключается в добавлении к образцу агента разложения для преобразования его в аммиак, а затем улавливании и количественном определении его с помощью восстанавливающего агента. Кислород рассчитывается из суммы процентных долей других элементов.

2. Элементный анализ неорганических материалов — для жидких образцов

Ионная хроматография (ИХ) — это аналитический метод, который использует ионную хроматографию, тип жидкостной хроматографии, для квалификации и количественного определения в основном ионных компонентов в растворе. Компоненты для измерения включают неорганические анионы, щелочные металлы и аммиак.

Аналитические методы с использованием высокочастотной индуктивно связанной плазмы (ИСП) также известны как атомно-эмиссионная спектрометрия ИСП (ИСП-АЭС) и масс-спектрометрия ИСП (ИСП-МС). Оба метода могут одновременно измерять около 70 элементов в образцах водных растворов и широко используются. Если образец твердый, его можно проанализировать путем разложения или экстракции в водный раствор.

В ИСП-МС образец водного раствора распыляется и вводится в индуктивно связанную плазму (ИСП) в качестве источника ионизации, а элементы, ионизированные в плазме, разделяются и обнаруживаются масс-спектрометром для элементного анализа.

С другой стороны, ICP-AES используется для качественного анализа элементов на основе их длин волн и количественного анализа на основе их интенсивности. MS вместе, можно получить широкий спектр элементарной информации, от основных до следовых элементов.

В атомно-абсорбционной спектрометрии (ААС) элементы в разбавленном кислотном растворе атомизируются и облучаются светом, а концентрация элемента измеряется по поглощению (абсорбции) света. Все атомы переходят из состояния с низкой энергией (основное состояние) в состояние с высокой энергией (возбужденное состояние) при подаче световой энергии извне, а разница энергий между основным и возбужденным состояниями определяется элементом. Поэтому, измеряя поглощение, можно выполнить качественное и количественное определение элементов.

3. Элементный анализ неорганических материалов — анализ твердых поверхностей

Рентгенофлуоресцентный анализ (РФА) может идентифицировать и количественно определять составляющие элементы путем измерения уникальной рентгеновской флуоресценции, испускаемой при облучении образца рентгеновскими лучами. За исключением специальных образцов, XRF не требует предварительной обработки, является неразрушающим и может анализировать твердые поверхности.

Флуоресценция, испускаемая после облучения образца рентгеновскими лучами, измеряется и может быть разделена на энергодисперсионные (EDXRF) и волнодисперсионные (WDXRF) системы, в зависимости от системы обнаружения. Система WDX использует гониометр для измерения рентгеновской флуоресценции. С другой стороны, EDX имеет превосходное энергетическое разрешение самого детектора, что устраняет необходимость в дисперсионной системе и делает систему более компактной.