EA-3000元素分析仪应用技术探讨

龚迎莉　侯栋才

(1.清华大学热科学与及动力工程教育部重点实验室，北京 100084；2.利曼中国公司，北京100084)



经验交流

EA-3000元素分析仪应用技术探讨

龚迎莉1侯栋才2

(1.清华大学热科学与及动力工程教育部重点实验室，北京 100084；2.利曼中国公司，北京100084)

摘要：通过利用EA-3000元素分析仪测试大量样品，积累了一些经验和知识。分析了元素测试过程中常见的问题，针对样品的前处理细节，实验中标准物质的选择，标准曲线的建立，特殊样品的分析，数据处理的原则，仪器的日常维护，提出了解决措施和方法。希望把经验和心得分享给更多从事元素分析的工作者，对其进一步完善和改进元素分析的测试技术有所帮助。

关键词：EA-3000元素分析仪应用技术注意事项

Application technology discussion of EA-3000 element analyzer.GongYingli1，HouDongcai2

(1.ThekeyLaboratoryofThermalEngineeringinEducationMinisty,TsinghuaUniversity,Beijing100084,China;2.LeemanTechnologyLimitedCompany,Beijing100029，China)

Abstratct:In this paper, we analyze the common problems in the elements testing process，for the pretreatment details of the sample，the choice of standard material in the experiment，the establishment of the standard curve，the analysis of the special samples，the principle of data processing，the daily maintenance of instruments and present the measures and methods to solve these problems.

Key words:EA-3000 element analyzer;application;notice

1前言

2012年8月，热能工程实验室引入了一台EA-3000元素分析仪，该仪器主要针对各类样品中的N、C、H、S、O元素进行测试，它被广泛地应用于环境、能源、农业、材料等领域。3年多来，利用EA-3000元素分析仪，通过测试煤、生物质、垃圾、土壤、高分子材料、有机化合物、污泥等各类样品，积累了一些测试经验和知识。分享给从事元素分析的同行，开拓大家的思路。在今后的工作中，能更高效地更准确地完成自己的分析测试。

2EA-3000元素分析仪的工作原理与构成

2.1常用测试模式

常用测试模式主要有4种：CHN模式、CHNS模式、S模式和O模式[1]。前3种模式是燃烧反应，氧模式是高温裂解反应。其工作原理如下：

燃烧反应的原理：样品在高温富氧环境中燃烧分解，产物随着载气经过氧化催化剂，进一步氧化并排除干扰产物，生成CO2、 H2O、SOx、NOx的混合气体，再经过Cu把NOx还原成N2，SOx还原成SO2，并吸收剩余的O2，进入色谱柱进行分离，分离的气体依次进入TCD检测器检测，元素含量输出。

裂解反应的原理：样品在高温惰性气氛中发生裂解，经过铂碳或镍碳还原生成CO，再通过吸附管除去H2O和其他干扰气体，进入TCD检测器检测，氧元素含量输出。

2.2单炉系统的管内试剂及作用

CHN模式：燃烧管填充氧化铬作为催化剂，提高燃烧反应效率；线状铜：还原氮氧化合物为氮气，去除多余的氧；镀银氧化钴去除硫、卤族元素等。

CHNS模式或S模式：燃烧管填充氧化钨作为催化剂，提高燃烧反应效率；线状铜：还原氮氧化合物为氮气，去除多余的氧。S模式多一根吸附管：高氯酸镁：去除CO2。

O模式：裂解管填充镍丝做为催化剂；镍碳：还原剂。氧模式多一根吸附管：碱石棉、高氯酸镁：去除H2O何其他干扰气体。

3样品前处理的注意细节

3.1样品采集

当委托方送样品时，要尽可能多的获得样品信息。做到多问、多观察。通过问，了解样品的类型和性质，样品的元素含量的大致范围，可能含有的干扰元素。同时，观察样品量的多少，是否满足测试需要；样品形态；样品均匀性和代表性。

3.2样品预处理

对于水分含量高的样品，通常需要将样品放置在105℃的烘箱中加热1～2小时，放置在干燥器中冷却，恒重。进行元素分析的样品，通常要求是粉末状样品，但是对于十分均匀且有代表性的有机物样品，样品是块状或片状，也是可以直接称重，进行元素分析。

根据委托方的要求，除去样品中的一些干扰元素，比如土壤中有机碳的测试，先在土壤样品中加入过量的盐酸，除去样品中的无机碳。多次过滤洗样，烘干，恒重。再对处理后的样品进行元素分析。

3.3称样处理技巧

通常情况下，EA-3000元素分析测试的称样是一个简单却繁琐的过程，把样品装填在锡囊或银囊中，保证样品准确称量，不要泄露。样品通常的称样量范围1.000～2.000mg，天平的称量精度达到0.001mg。具体的称样量根据样品的相关的元素含量多少做适当的调节。对于有机质含量比较低的样品，例如土壤，可以增大样品量到15～30mg；对于某些元素的含量高的样品，例如：碳粉，可以减少样品量0.500～1.200mg。对于特殊的样品，称样中要做一些特殊的要求。对于挥发性强的样品，把样品快速地放入囊中，先封口，保证样品不要挥发，准确称重读数，再折叠包样；对于吸潮的样品，把样品快速地放入囊中，同样先封口，保证样品不会吸收空气中的水分，准确称重读数，再折叠包样。对于液体样品，黏稠性强的样品，用针式取样器沾取少量样品，放在囊的底部；流动性强的样品，例如：汽油、柴油，用移液枪取2～3μL样品，在囊中添加颗粒状的硅藻土作为吸附剂，再用多个囊包样，确保样品不漏不挥发。

4实验的注意事项

4.1标准物质的选择

如果已知待测样品的种类，就可以选择化学性质相近的或元素含量接近的标准物质作为标样。作为标样，其化学性质要稳定，采购应来源于正规公司。正常情况下，每一个标样都有一份含有标准值的证书。碳氢氮分析常用标样是乙酰苯胺；氧分析常用标样是苯甲酸；碳氢氮硫分析或硫分析常用标样是硫酸阿托品。特殊情况下，根据委托方要求，会选用指定的标样作为标准物质，例如标煤等。

4.2建立标准曲线

EA-3000元素分析仪建立标准曲线有两种方式：K因子法和线性。即通过对一个或多个质量梯度的标准物质的测试，建立一条标准曲线。如果待测样品单一，产品质量监控很严格，比如一些药品的质量控制，就可采用与待测样品含量接近的标样作为标准物质，标样和待测样品的称样量尽量接近，采用K因子法建立标准曲线，对待测样品进行测试。对于多个待测样品，其元素含量范围比较宽，就采用线性的方式，称取3个以上有质量梯度的标样去建立标准曲线。一般情况下，采用线性的方式建立标准曲线比较好，比较多，因为其适用元素含量范围宽的样品。

4.3特殊样品的分析

4.3.1含硫和卤族元素样品的分析

样品中含有硫和卤素，会对碳氢氮的测试带来影响。当样品中含有大量的硫元素时，燃烧管中的镀银氧化钴不能有效地除硫，会在氢元素的后面出峰，还伴有峰形拖尾的现象，并影响谱图的基线。当样品中含有大量的卤素的时候，随着这类样品的测试次数的增加，谱图的基线不断下移，影响数据的准确性，同时还影响后续样品的测试。在这种情况下，可以在燃烧管的填料底端填入铂网和银网除硫和卤素元素[2]。

4.3.2含碱金属和碱土金属的样品的分析

样品中的碱金属和碱土金属会与碳氢氮反应，生成稳定的化合物，导致数据比真实值小。同时，生成的化合物附着在石英管上，降低催化剂的活性甚至完全失活，减少石英管的使用寿命。针对这种类型样品，使用除灰装置可明显降低其对反应管使用寿命的影响，并提高数据稳定性。

4.3.3难氧化分解样品的分析

一些样品中含有氧化物和盐类化合物，它们在1000℃以上也很难分解。这类样品的元素测试值，元素分析仪不能有效地对其进行测试，只能测试样品中的部分元素含量。在这种情况下，用户可以通过ICP等其它测试手段，对样品中的其它元素进行测试，根据化合物的比例折算相应的元素含量，再把元素分析仪测试的元素含量进行加和处理，得出正确的元素含量值。

5数据处理的原则

样品序列完成后，确认测试结果的准确性，参照序列中插入的核查标准样品的测试值和标准值的误差。其具体做法是仪器测试15～20次样品后，加入3个平行的标准样品作为核查标样。先看核查标样的测定值的大小和数据的平行性，再看样品谱图，证明仪器工作正常和样品分解完全。

通常元素数据的绝对误差小于等于±0.3%。如果两个平行样品在误差之内，出具数据取样品的平均值即可。如果超过误差范围，有可能是样品的代表性不好，测需要加测平行样品，取多次的平均值。

6仪器的日常维护

元素分析仪的日常维护的工作量比较大，石英管中的化学试剂在测试的过程中不断损耗，灰分管中的灰分不断堆积。如果样品量大，就需要经常更换石英管中的催化剂和还原剂。对于单炉系统的碳氢氮模式，就需要经常更换还原剂线状铜，铜的更换频率比催化剂氧化铬和镀银氧化钴高3倍左右。同时，要及时清理管中的灰分。石英管底端插入的底座也要注意灰尘的清理工作，保证底座干净和O形圈的密封性。对于O形圈，在使用的时候，可以涂抹薄层硅脂，一方面加强密封性，另一方面起到润滑的作用。

色谱柱在长期的使用过程中不断耗损，或做过一些特殊的样品，引起色谱柱中毒或失效，谱图有严重的拖尾现象。需要把柱温箱调节到140～150℃，把柱子活化3小时以上。再拿标样进行测试，检查谱图是否改善。如果没有改善，则需要更换新色谱柱。

7结语

以上内容是我多年使用EA-3000从事元素分析仪的工作经验和心得，各类元素分析仪在结构和原理、操作方面大同小异，真诚地希望从事元素分析的工作者能从中得到启发，进一步完善和改进元素分析的测试技术，保证元素分析结果的准确、可靠，共同促进元素分析事业的发展。

参考文献

[1] Eurovector公司.EA3000元素分析仪使用说明书.

[2] 龚迎莉，杨锐明，禚玉群.CE-440型元素分析仪测定有机样品中的碳氢氮.分析仪器，2012(1)：31-34.

收稿日期：2015-09-09

DOI:10.3936/j.issn.1001-232x.2016.01.017

作者简介：龚迎莉，女，1976年出生，工程师，硕士，主要从事仪器分析及其研究工作，E-mail:y.l.gong@163.com。