Alkuaineanalyysi - alkuaineiden sisällön ja aineiden, materiaalien ja erilaisten esineiden alkuainekoostumuksen laadullinen havaitseminen ja kvantitatiivinen määritys. Ne voivat olla nesteitä, kiinteitä aineita, kaasuja ja ilmaa. Alkuaineanalyysin avulla voit vastata kysymykseen, mistä atomeista ( elementeistä ) analysoitava aine koostuu.
Alkuaineanalyysi on yksi tärkeimmistä tehtävistä missä tahansa tutkimuslaboratoriossa, instituutissa, yliopistossa. Aineen alkuainekoostumus on tunnettava kaikessa tuotannossa, jotta voidaan hallita käytettyjä raaka-aineita, valvoa tuotantoa sekä valmiita tuotteita. Rauta- ja ei- rautametallien metallurgia , öljyntuotanto ja öljynjalostus, maatalous, geologia, kaivosteollisuus ja paljon muuta on lähes mahdotonta ilman analyyttistä laboratoriota. Alkuaineanalyysi on äärimmäisen tärkeää analyyttisessä kemiassa . Tieteellisen tutkimuksen aikana on erittäin tärkeää saada tarkka kuva aineen koostumuksesta, jotta kemiallisten reaktioiden muutosketjua voidaan hallita.
Menetelmän muodostumisen alussa alkuaineanalyysi oli vain kvalitatiivista . Tutkijat arvioivat näytteiden liukoisuutta inertteihin tai reaktiivisiin liuottimiin joko kaasun poistumisen määrällä tai kuumenemisen kestävyydellä, värinmuutoksella, liekin värillä, faasitilan muutoksella jne. Toisin sanoen he käyttivät pääasiassa fyysisesti konkreettisia parametreja, joita ihminen voi käyttää. voi analysoida itsenäisesti ilman lisälaitteita.
Tällä hetkellä tieteen kehityksen myötä nykyaikaisiin fysikaalis-kemiallisiin analyysimenetelmiin perustuvat instrumentaaliset kvantitatiiviset menetelmät ovat nousseet etualalle .
Kvantitatiivinen alkuaineanalyysi perustuu tutkittavien materiaalien fysikaalisten ominaisuuksien mittaamiseen määritettävän elementin sisällöstä riippuen: ominaisspektriviivojen intensiteetti, ydinfysikaalisten tai sähkökemiallisten ominaisuuksien arvot jne. Ensimmäiset kvantitatiiviset menetelmät alkuaineanalyysit olivat gravimetria ja titrimetria , jotka ovat edelleen usein instrumentaalisia menetelmiä tehokkaampia. Vain kulometria ja elektrogravimetria kilpailevat niiden kanssa menestyksekkäästi tarkkuudessa .
Alkuaineanalyysi on tärkeä ympäristö-analyyttisessä ja saniteetti-epidemiologisessa valvonnassa, elintarvikkeiden ja rehujen, metallien ja metalliseosten, epäorgaanisten materiaalien, erittäin puhtaiden aineiden, polymeerimateriaalien, puolijohteiden, öljytuotteiden jne. analysoinnissa tieteellisessä tutkimuksessa.
Instrumentaalisista analyysimenetelmistä röntgenfluoresenssi, atomiemissio (mukaan lukien induktiivisesti kytketty plasma ), atomiabsorptiospektrometria , spektrofotometria ja luminesenssianalyysi ovat yleisiä . Sähkökemialliset menetelmät ( polarografia , potentiometria , voltammetria jne.), massaspektrometria ( kipinä , laser , induktiivisesti kytketty plasma jne. ) , erityyppiset aktivaatioanalyysit . Paikalliset analyysimenetelmät ja pinta-analyysimenetelmät ( elektroni- ja ionikoetinmikroanalyysi, Auger-elektronispektroskopia jne.) jne.
Analyysimenetelmää ja -menetelmää valittaessa on otettava huomioon analysoitavien materiaalien rakenne, vaatimukset määrityksen tarkkuudelle, alkuaineiden havaitsemisraja, määrityksen herkkyys, selektiivisyys ja spesifisyys sekä analyysin kustannukset, pätevyys Henkilöstön määrä, analyysin nopeus, vaaditun näytteen valmistelun taso ja tarvittavien laitteiden saatavuus otetaan huomioon.
Esimerkiksi analysoitaessa metalleja ja metalliseoksia, joiden herkkyys on noin 0,01 %, optimaalinen valinta on kipinäoptoemissiospektrometri , analysaattorina, joka määrittää teräksissä käytetyt pääelementit ( hiili , pii , mangaani , molybdeeni , vanadiini , rauta ). , kromi , nikkeli ja muut). Teräslaatujen ja metalliseosten vähemmän tarkkaan analysointiin on kätevää käyttää kannettavaa röntgenfluoresenssispektrometriä . Sementin , betonin ja malmien analysointiin yksi luotettavista ratkaisuista on aaltoa hajottava röntgenfluoresenssianalysaattori. Laseroptinen emissiospektrometri soveltuu hyvin lasin ja keramiikan tutkimukseen. Atomiabsorptiospektrometri mahdollistaa lähes minkä tahansa aineen analysoinnin hyvällä tarkkuudella. Menetelmän haittana on korkeat vaatimukset näytteen valmistelulle ja pitkä analyysiaika. Spektrofotometriä käytetään laajalti nesteiden analysoinnissa.
Alkuaineiden jälkiä määrittäessään he turvautuvat usein alustavaan pitoisuuteensa. Matriisikoostumukseen liittyvää häiriötä ja elementtien analyyttisten signaalien keskinäistä vaikutusta toisiinsa vähennetään turvautumalla niiden erottamiseen. Joissakin tapauksissa häiriöitä voidaan vähentää merkittävästi instrumentaalianalyysiolosuhteiden järkevän valinnan ja tarvittavien ohjelmistojen ja matemaattisten ohjelmistojen luomisen ansiosta. Esimerkiksi röntgenfluoresenssispektrometri mahdollistaa haitallisten raskasmetallipitoisuuksien määrittämisen vedestä väkevöinnin ja saostuksen jälkeen erikoissuodattimilla, mikä mahdollistaa analyysin suurimman sallitun ~ 10–8 %:n pitoisuuksien tasolla. Mutta tarkin menetelmä hivenaineiden määrittämiseen on induktiivisesti kytketty plasmaspektrometri, joka määrittää 10 -8 % - 10 -9 % lähes mille tahansa alkuaineelle.