研究有機元素微量分析的儀器化和自動化

黃玉貴

（貴州省流通環節食品安全檢驗中心，貴州貴陽 550002）

研究有機元素微量分析的儀器化和自動化

黃玉貴

（貴州省流通環節食品安全檢驗中心，貴州貴陽 550002）

針對現階段有機元素微量分析存在的“手藝性”問題，結合有機元素微量分析實際情況，分別對有機元素微量分析的儀器化與自動化進行了深入分析，提出相應的元素檢測方法，為提高元素檢測精度提供參考。

有機元素微量分析；儀器化；自動化

典型有機元素微量分析主要將重量法作為核心，之后還引入了諸如容量法等一系列新分析方法，但這些方法始終都沒有脫離“手藝性”工作范疇。因此，為適應行業發展，有機元素微量分析需要實現儀器化與自動化。

1 有機元素微量分析儀器化

目前，廣泛應用的商品元素分析儀均將氣相色譜法作為基礎。借助氣相色譜法對元素的微量分析進行設計，雖然在原理上較為簡單清晰，但想要真正實現預期目標，還需對瞬間進樣與充分燃燒分解間存在的矛盾進行處理。

在有機化合物當中，許多組成元素經過氧化與還原反應之后生成的各種產物都能借助色譜法進行準確檢測。以迎頭色譜法為例，它主要使用擴散的形式對分解產物進行收集，在這種方式下可充分利用經典燃燒系統，規避了燃燒不充分與快速進樣之間存在的矛盾。該方法在部分難溶化合物當中較為適用，但也存在誤差來源廣等缺陷，如擴散室沾污與吸附等。

轉化方法主要目的在于將水這一氫元素燃燒主要產物，通過特定的化學反應轉化為容易進行色譜分離的乙炔、氫氣等物質。在多孔高分子固定相出現和應用以后，打破了傳統模式下難以對水進行氣相色譜檢測的格局，所以轉化方法當前已很少使用。而差示檢測法主要將熱導池視為核心檢測方式，即根據燃燒產物當中逐次排除的二氧化碳與水之后得出的檢測信號的差值獲取必要分析數據[1]。

直接法指的是將燃燒生成的產物注入到色譜柱當中，然后以不同組分峰面積與峰高為依據實施定量計算。該方法的關鍵在于要給出具備一定重現性特征的瞬時進樣。考慮到熱導檢測裝置無法在氧氣條件下使用，為對二氧化碳、水和氮氣進行同時檢測，通常需要將氦作為載氣。具體操作過程中還存在下列參數要求：燃燒溫度不得低于1 000℃，另外當分析對象為氧元素時，燃燒溫度不能低于1 100℃；實際受熱面積應保持在30～50cm2/mg范圍內；燃燒時間不能超過1s[2]。載氣中需要混入一定量的氧氣，同時將樣品量限制在1mg以內，以此確保燃燒充分。因不同物質熱導系數不同，所以要存在相應的校正因子，特殊情況下還要配置相應工作電流。直接法對精度有著極高的要求，常規操作中載氣實際流速、工作溫度與樣品稱重等的最大誤差不能超出0.1%。該方法存在兩個缺陷，其一為要使用標準樣品對響應值進行重復校正；其二為子載氣價格較高。

2 有機元素微量分析自動化

2.1 基本環節

（1）樣品選取與稱重自動化；

（2）燃燒分解過程自動化；

（3）檢測方式儀器化；

（4）數據采集與處理自動化；

（5）數據分析過程控制自動化。

2.2 多方法平行操作

當前還沒有一種方法可以同時得出所有組成元素包含的分析數據。針對碳氫和其他雜元素在線分析，可聯合使用電子微量天平和分時計算機，將分析報告傳輸至終端設備，也可對分析數據進行存儲。Maciak等對氟、硫和鹵元素自動化分析進行了設計。其中，氟與硫主要使用比色法實施測定；鹵素測定則主要使用滴定法。分析過程以6min為一個循環，將滴定脈沖數視作定量主要依據。此設計重點為能使燃燒分解的產物以定量的形式轉移至各個滴定系統，同時借助相應的檢測方法。充分利用多方法平行操作設計模式，每種元素都能使用很多種檢測方式，也能根據實際要求進行擴展。

2.3 多元素綜合測定

若能在一次稱量以后只使用一種分析方法即可測定多種元素，則能在很大程度上提升檢測效率，即為多元素的綜合測定。在此方法中，針對有機物雜元素，經過燃燒分解以后，采取將高效離子交換作為前期的離子色譜，利用分光光度等具體方法，可以在很短的時間內定量檢測各類雜元素。

Hara熱裂解硫化法同樣是綜合測定的代表方法之一[3]。試樣在硫化鈉與硫同時存在的條件下，于氦氣中實施加熱促使其發生熱裂解，然后使用離子色譜與氣相色譜等對產物實施檢測。該方法具有能同時檢測氧元素實際含量的優勢，但也存在具體檢測過程中需分別配置兩套色譜系統的缺陷。除此之外，Sells等充分參考已有的研究成果，提出一套可同時檢測八種元素的分析方法。Sullivan也提出和Hara熱裂解硫化法基本相的催化裂解檢測方法，該方法可以對九種不同的元素進行同時檢測。

3 結束語

總的來說，無論是有機元素微量分析儀器化還是自動化，都存在取樣量過小這一實際問題，所以對樣品本身均勻性有著很高的要求。為有效增大實際取樣量，需解決自動控制燃速與快速燃燒等相關問題。另外，隨著金屬有機化學不斷發展，對元素分析課題也將提出更多新要求。針對這些問題，需要從不同的角度開展分析研究，從而使有機元素微量分析儀器化、自動化得到持續深化與完善。

[1] 陳耀祖，吳林友.有機官能團微量分析的進展[J].遼寧大學學報（自然科學版），2015，10（3）：33-40.

[2] 胡振元.有機元素微量分析的儀器化和自動化[J].有機化學，2015，11（5）：395-400.

[3] 段惠，李鐵生，曲冠芝，等.有機元素微量分析氣相色譜法研究——1.碳、氫、氮的測定[J].分析化學，2014，11（4）：324-328.

Research on Organic Matter Microanalysis Instrumentation and Automation

Huang Yu-gui

Aiming at the “craft” problem of organic element microanalysis at present，this paper analyzes the instrumentation and automation of organic element microanalysis in combination with the actual analysis of organic elements，and puts forward the corresponding element detection method，And provide reference for improving the detection accuracy of elements.

organic element；microanalysis；instrumentation；automation

062-1

A

1003–6490（2017）03–0114–02

2017–02–11

黃玉貴（1989—），男，貴州畢節人，助理工程師，主要研究方向為農藥分析方法開發。