元素分析仪测试原理和注意事项

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，样品中不能含有卤素、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次取样没法保证绝对一致。

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。