元素分析仪通过吸附和脱附的动态分离原理,在不同的加热的吸附柱中有效地分离各种元素,采用高精度的热导检测器顺序检测有机化合物、高分子材料、生物医药、石油化工中C、H、O、N、S含量的仪器。
仪器型号
意大意大利VELP 元素分析仪EMA502
原理
利用高温燃烧法测定原理来分析样品中常规有机元素含量。有机物中常见的元素有碳(C)、氢(H)、氧(O)、氮(N)、硫(S)等。在高温有氧条件下,有机物均可发生燃烧,燃烧后其中的有机元素分别转化为相应稳定形态,如CO2、H2O、N2、SO2等。其测试模式通常可分为CHNS、CHN和O模式三种。
CHNS/CHN模式:样品在可熔锡囊或铝囊中称量后,在1030℃、纯氧氛围的氧化管中完全燃烧产生CO2、H2O、NOx、SO2、SO3等气体,同时试剂将一些干扰物质,如卤族元素、S和P等去除。随后该混合气在还原管中进一步还原为CO2、H2O、N2、SO2等气体经过吸附-解吸柱分离后通过色谱柱进行分离后热导检测,得到C、H、N、S元素含量。
模式是样品在1060℃, H2/He中进行高温裂解得到CO,分出CO并由热导检测,即可测得样品中氧的含量。
样品要求及制样流程
样品要求;样品可为粉末、液体、块体、薄膜。1) 粉末样品:一般需要样品质量3mg左右2) 块体样品:块体尺寸小于2*2mm;3) 溶液样品:需要提供2mL,液体样品中不得含有水或挥发性溶剂。
注意;样品中不能含金属、P元素和卤素等,如有请提前与对接的技术经理确认是否可以测试,以免测试结果出现较大的误差,同时也会对仪器造成损伤。主要适用于有机样品的测试,样品如果有无机成分,得保证样品分解温度在1100℃以内,如果高于1100℃样品分解不了,测试结果误差会比较大。
常见问题
元素分析测试对样品有何要求?
元素分析主要用于有机样品的分析,样品中���能含有卤素、磷酸盐、金属和水等物质,因为会产生较大误差,同时损伤仪器寿命。在分析含酸、碱、有机溶剂的样品之前,请联系VELP的分析部门。由于土壤样品矿物质成分、晶型结构比较复杂,为保证测定结果的准确性和稳定性,在使用元素分析仪时样品颗粒须充分均匀。
样品中只含有CHNSO,分别用CHNS模式和O模式测试,为什么测出来的各元素的含量之和不等于1?
原因可能为:样品中有其他元素存在;样品未完全分解,即有难以断裂的化学键(如C-P键、C-Cl键等)存在;样品没有干燥完全或吸潮; 称量误差;2个模式分别要取2次样品,2次取样没法保证**一致。
测试结果不准确,与预期(真实值)相差很大,是什么原因?
原因可能为:样品中含有金属,导致测试不准确;样品中可能未完全分解,含有难以断裂的化学键(如C-P键、C-Cl键等);样品没有完全干燥,或发生吸潮或者氧化。
为什么两次平行测试结果不一致?
原因可能为:样品可能不均匀;样品极易吸潮;两次称量质量存在误差。
数据中C、N、O元素含量比实际样品的高,或没有C、N、O,但是测出来了?
(1) 样品吸附了空气中的污染物导致,在数据处理时,把非样品所含有的污染物的峰先分出来,剔除掉,再重新计算含量;
(2) 如果对这个要求较严,建议后期样品制备后抽真空密封保存,测试时选择手套箱制样并测试;如果是非粉体样品,可选择刻蚀后测试。
特殊样品对于有机元素分析测试的影响。
① 含金属/碱金属样品(含量≤15%)测试结果误差较大;含有金属元素的样品测试CHNS模式时,部分金属颗粒会随载气流动后进入吸附柱,影响吸附柱的寿命;同时,还会使催化剂失活,导致测试结果产生误差;碱金属元素还会与燃烧管中产生的H2O反应生成碱,从而对测试仪器造成一定的腐蚀损伤;另外,金属样品中存在的Me-C键(Me代表金属元素)难以断裂,容易造成样品分解不完全,也会对测试结果产生一定的误差。
② 含P、B样品(P含量≤20%)测试误差较大的原因;由于C-P键稳定性强,不易断裂,燃烧分解后生成的P2O5容易将碳粒包裹住,因此需要相当高的温度方能使之燃烧完全;含B有机化合物同样是因为C-B键不易断裂而影响碳的测定结果;目前使用的燃烧管温度(950-1030℃)基本上能够保证有机磷、有机硼化物的完全分解、定量转化;但是对于一些特殊类型、极难分解的有机磷、有机硼化物,一般采用在样品上覆盖1:1的V2O5和K2CrO7的混合物或WO3的方法,促进C-B键,C-P键的断裂。但这样测试比较麻烦、复杂。
③ 含F样品测试误差较大且高F、全F有机物禁止测试;含F有机物的元素的微量分析,除了C-F键稳定性强,不易断裂这一原因之外,主要原因是含氟化合物的燃烧产物HF与SiO2反应生成挥发性SiF4,引入误差,并严重腐蚀气路管壁,缩短仪器使用寿命;高氟、全氟有机化合物中氢含量很低甚至为零,在燃烧分解过程中化合物中的氢原子明显不足,从而导致氟直接与碳化合而生成四氟化碳;四氟化碳热稳定性极强,不易分解,在燃烧产物的分离过程中紧跟氮气出峰,热导池检测器无法对此加以区分,因而造成碳值的负误差与氮值的正误差。
④ 含Si样品对于有机元素分析测试的影响;含硅样品不建议进行有机元素分析测试,因为无机硅中的SiO2分解温度是1600度,而有机元素分析只能测到1030°C,因此这里面的氧是无法完全分解检测出来的;有机硅虽然可以分解,但里面的硅可能会分别与氧和碳结合生成SiO2和SiC(分解温度2210℃),导致测试结果偏低;同时,生成的SiO2还会以微尘状随气流进入燃烧管催化氧化剂填充区,使其失去氧化活性。