Элементные анализаторы

Анализаторы состава и свойств веществ (элементные анализаторы) определяют качественный состав, производят замер количественного состава веществ, а также их физико-химические свойства: плотность, вязкость и другие, которые характеризуют состав и свойства веществ. Одновременно возможно определение микро- и макроструктуры, строение веществ.

Такие приборы существуют для лабораторного и промышленного применения. Для необходимой противопожарной и противовзрывной защиты технологических процессов существуют специальные анализаторы, работающие постоянно в автоматическом режиме.

Элементный анализ − это качественное и количественное обнаружение, определение содержащихся элементов или элементного состава в веществах, материалах, всевозможных объектах. Причём объект исследования может быть в твёрдом, жидком или газообразном состоянии. Элементный анализ определяет, из каких атомов (элементов) состоит исследуемое вещество.

Роль элементного анализа чрезвычайно важна в эколого-аналитическом и санитарно-эпидемиологическом контроле, при анализе продуктов питания и кормов, металлов и сплавов, неорганических материалов, особо чистых веществ, полимерных материалов, полупроводников, нефтепродуктов и пр., а также в научной деятельности.

При этом, элементный анализ, бесспорно, одна из главных задач в любых научно-исследовательских или учебных (в институте, университете) лабораториях.

На любом производстве необходимо знать элементный состав вещества, чтобы контролировать применяемое сырьё, а также осуществлять контроль производственных процессов и производимой продукции.

Аналитическая лаборатория необходима во многих отраслях производства: в металлургии, при нефтедобыче и нефтепереработке, в аграрном секторе производства, в геологии, на предприятиях горнодобывающей отрасли и т.д. И конечно, аналитическая химия вся построена на применении элементного анализа. На любом этапе научного исследования чрезвычайно важно представлять полную картину состава вещества для контроля цепи развития химической реакции.

Первоначально, метод элементного анализа был только качественным. Исследователь определял растворимость проб в инертных или химически активных растворителях по таким факторам как объём выделения газов, устойчивость при нагревании, изменение цвета, окрас пламени, изменение фазового состояния и т.п. То есть, в основном анализ строился на фиксировании физически ощутимых параметров без дополнительных приборов.

Современные инструментальные количественные методы предлагают делать выводы на основе прогрессивных физико-химических методов анализа.

Количественный метод точного элементного анализа производит измерения физических свойств исследуемых материалов, изучая содержание определяемого элемента по таким параметрам, как: интенсивность характерных спектральных линий, значение ядерно-физических или электрохимических характеристик и т.п.

Определяя следы элементов, часто используют их предварительное концентрирование. Прибегая к их разделению значительно уменьшают погрешности, связанные с матричным составом и взаимным влиянием аналитических сигналов элементов друг на друга. В ряде случаев помехи могут быть уменьшены весьма существенно, что является следствием рационального выбора условий для точного инструментального анализа. Предельная точность показаний также повышается благодаря применению программно-математического обеспечения.

Исторически, значение анализаторов состава и свойств веществ возросло в 40-х годах прошлого века. Тогда в управлении производственными процессами произошёл резкий прогрессирующий скачок от контроля косвенных критериев (температура, давление и др.) к прямому контролю качественных признаков веществ (состав, свойства, структура).

В органической химии уникальные микроаналитические методы имеют гораздо большие преимущества перед макроаналитическими. Кроме того, такие методы и более экономичны – снижается расход реактивов и минимизируется необходимое количество анализируемого вещества, при этом значительно сокращается время проведения анализа.

Современный выбор автоматических анализаторов для органического элементного анализа достаточно широк и разнообразен.

Вектор развития метода элементного анализа направлен в сторону его автоматизации, перехода к применению малых навесок, расширения числа определяемых элементов, совершенствования способов предварительного разложения веществ, перевода к неразрушающему анализу.

Следует отметить, что и в настоящее время для выполнения элементного анализа довольно часто используются химические методы, которые годятся для определения отдельных элементов и для одновременного определения углерода и водорода. Да, ранее были попытки разработать универсальные методы для одновременного определения нескольких (4-5) элементов из одной навески. Но эти методы были сложны, неудобны и применялись лишь в случае наличия малого количества вещества. Данные методы пытались определять важные гетероэлементы (галогены, серу, фосфор) одновременно с определением углерода и водорода. Одновременный метод определения трех наиболее важных элементов − углерода, водорода и азота из одной навески очень сложный для применения в автоматических анализаторах. Главным образом он предназначается для серийных анализов с применением газохроматографического или других способов разделения.

В заключение стоит отметить, что автоматизация элементного анализа развивается и совершенствуется, так как появляются и внедряются всё новые и новые технические и аналитические решения. Более того, элементный анализ дополняет другие методы, такие как масс- и ЯМР-спектрометрия, что позволяет проводить ещё более точный количественный анализ содержания основных элементов органического соединения.