研究有机元素微量分析的仪器化和自动化

黄玉贵

（贵州省流通环节食品安全检验中心，贵州贵阳 550002）

研究有机元素微量分析的仪器化和自动化

黄玉贵

（贵州省流通环节食品安全检验中心，贵州贵阳 550002）

针对现阶段有机元素微量分析存在的“手艺性”问题，结合有机元素微量分析实际情况，分别对有机元素微量分析的仪器化与自动化进行了深入分析，提出相应的元素检测方法，为提高元素检测精度提供参考。

有机元素微量分析；仪器化；自动化

典型有机元素微量分析主要将重量法作为核心，之后还引入了诸如容量法等一系列新分析方法，但这些方法始终都没有脱离“手艺性”工作范畴。因此，为适应行业发展，有机元素微量分析需要实现仪器化与自动化。

1 有机元素微量分析仪器化

目前，广泛应用的商品元素分析仪均将气相色谱法作为基础。借助气相色谱法对元素的微量分析进行设计，虽然在原理上较为简单清晰，但想要真正实现预期目标，还需对瞬间进样与充分燃烧分解间存在的矛盾进行处理。

在有机化合物当中，许多组成元素经过氧化与还原反应之后生成的各种产物都能借助色谱法进行准确检测。以迎头色谱法为例，它主要使用扩散的形式对分解产物进行收集，在这种方式下可充分利用经典燃烧系统，规避了燃烧不充分与快速进样之间存在的矛盾。该方法在部分难溶化合物当中较为适用，但也存在误差来源广等缺陷，如扩散室沾污与吸附等。

转化方法主要目的在于将水这一氢元素燃烧主要产物，通过特定的化学反应转化为容易进行色谱分离的乙炔、氢气等物质。在多孔高分子固定相出现和应用以后，打破了传统模式下难以对水进行气相色谱检测的格局，所以转化方法当前已很少使用。而差示检测法主要将热导池视为核心检测方式，即根据燃烧产物当中逐次排除的二氧化碳与水之后得出的检测信号的差值获取必要分析数据[1]。

直接法指的是将燃烧生成的产物注入到色谱柱当中，然后以不同组分峰面积与峰高为依据实施定量计算。该方法的关键在于要给出具备一定重现性特征的瞬时进样。考虑到热导检测装置无法在氧气条件下使用，为对二氧化碳、水和氮气进行同时检测，通常需要将氦作为载气。具体操作过程中还存在下列参数要求：燃烧温度不得低于1 000℃，另外当分析对象为氧元素时，燃烧温度不能低于1 100℃；实际受热面积应保持在30～50cm2/mg范围内；燃烧时间不能超过1s[2]。载气中需要混入一定量的氧气，同时将样品量限制在1mg以内，以此确保燃烧充分。因不同物质热导系数不同，所以要存在相应的校正因子，特殊情况下还要配置相应工作电流。直接法对精度有着极高的要求，常规操作中载气实际流速、工作温度与样品称重等的最大误差不能超出0.1%。该方法存在两个缺陷，其一为要使用标准样品对响应值进行重复校正；其二为子载气价格较高。

2 有机元素微量分析自动化

2.1 基本环节

（1）样品选取与称重自动化；

（2）燃烧分解过程自动化；

（3）检测方式仪器化；

（4）数据采集与处理自动化；

（5）数据分析过程控制自动化。

2.2 多方法平行操作

当前还没有一种方法可以同时得出所有组成元素包含的分析数据。针对碳氢和其他杂元素在线分析，可联合使用电子微量天平和分时计算机，将分析报告传输至终端设备，也可对分析数据进行存储。Maciak等对氟、硫和卤元素自动化分析进行了设计。其中，氟与硫主要使用比色法实施测定；卤素测定则主要使用滴定法。分析过程以6min为一个循环，将滴定脉冲数视作定量主要依据。此设计重点为能使燃烧分解的产物以定量的形式转移至各个滴定系统，同时借助相应的检测方法。充分利用多方法平行操作设计模式，每种元素都能使用很多种检测方式，也能根据实际要求进行扩展。

2.3 多元素综合测定

若能在一次称量以后只使用一种分析方法即可测定多种元素，则能在很大程度上提升检测效率，即为多元素的综合测定。在此方法中，针对有机物杂元素，经过燃烧分解以后，采取将高效离子交换作为前期的离子色谱，利用分光光度等具体方法，可以在很短的时间内定量检测各类杂元素。

Hara热裂解硫化法同样是综合测定的代表方法之一[3]。试样在硫化钠与硫同时存在的条件下，于氦气中实施加热促使其发生热裂解，然后使用离子色谱与气相色谱等对产物实施检测。该方法具有能同时检测氧元素实际含量的优势，但也存在具体检测过程中需分别配置两套色谱系统的缺陷。除此之外，Sells等充分参考已有的研究成果，提出一套可同时检测八种元素的分析方法。Sullivan也提出和Hara热裂解硫化法基本相的催化裂解检测方法，该方法可以对九种不同的元素进行同时检测。

3 结束语

总的来说，无论是有机元素微量分析仪器化还是自动化，都存在取样量过小这一实际问题，所以对样品本身均匀性有着很高的要求。为有效增大实际取样量，需解决自动控制燃速与快速燃烧等相关问题。另外，随着金属有机化学不断发展，对元素分析课题也将提出更多新要求。针对这些问题，需要从不同的角度开展分析研究，从而使有机元素微量分析仪器化、自动化得到持续深化与完善。

[1] 陈耀祖，吴林友.有机官能团微量分析的进展[J].辽宁大学学报（自然科学版），2015，10（3）：33-40.

[2] 胡振元.有机元素微量分析的仪器化和自动化[J].有机化学，2015，11（5）：395-400.

[3] 段惠，李铁生，曲冠芝，等.有机元素微量分析气相色谱法研究——1.碳、氢、氮的测定[J].分析化学，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

黄玉贵（1989—），男，贵州毕节人，助理工程师，主要研究方向为农药分析方法开发。