ЕЛЕМЕНТНІ АНАЛІЗАТОРИ

Класифікація приладів

Елементний аналіз

Елементний аналіз у аналітичній хімії — це метод дослідження, що дозволяє визначити кількісний і якісний склад елементів у зразку. Метою елементного аналізу є ідентифікація (якісний аналіз) і вимірювання вмісту (кількісний аналіз) певних хімічних елементів у зразках різного типу: органічних і неорганічних, твердих, рідких чи газоподібних.

Спектральний аналіз

Спектральний аналіз — це метод аналітичної хімії, що використовує взаємодію електромагнітного випромінювання з речовиною для визначення її складу. Принцип спектрального аналізу полягає у вивченні спектрів — розподілу енергії випромінювання або поглинання за частотами (довжинами хвиль). Кожен елемент і сполука мають унікальний спектр, який можна використати для їх ідентифікації та кількісного аналізу.

Рентгенофлуоресцентні спектрометри (XRF)

Рентгенофлуоресцентні спектрометри — це аналітичні прилади, які використовують рентгенівське випромінювання для аналізу хімічного складу матеріалів. Цей метод базується на ефекті рентгенівської флуоресценції: коли матеріал опромінюють рентгенівським випромінюванням, атоми речовини збуджуються, і кожний елемент випромінює вторинне (флуоресцентне) рентгенівське випромінювання з унікальною довжиною хвилі. Спектрометр реєструє це випромінювання і визначає, які елементи містяться в матеріалі та в якій кількості.

Основні сфери застосування
  • Аналіз металів і сплавів — для контролю якості, виявлення домішок і визначення складу металевих виробів.
  • Геологія та мінералогія — для аналізу мінералів, руди та ґрунтів, що допомагає у видобувній промисловості.
  • Контроль якості в промисловості — аналіз складу сировини та продукції (наприклад, у виробництві цементу, скла, нафтопродуктів тощо).
  • Екологічний моніторинг — виявлення важких металів та інших забруднювачів у ґрунті, воді та повітрі.

Оптико-емісійні спектрометри (OES)

Іскрові оптично-емісійні спектрометри (OES) — це прилади для аналізу хімічного складу металів і сплавів. Їхній принцип роботи базується на оптично-емісійному методі спектрометрії, де використовується електричний розряд (іскра або дуга), що проходить через зразок металу. Це викликає збудження атомів на поверхні зразка, після чого вони випромінюють світло з довжинами хвиль, специфічними для кожного елемента. Спектрометр реєструє це світло і, на основі його інтенсивності та довжини хвилі, визначає вміст хімічних елементів у зразку.

Основні сфери застосування
  • Металургія та обробка металів — для визначення хімічного складу металів і сплавів на всіх етапах виробництва: від сировини до кінцевого продукту.
  • Контроль якості — забезпечує точний і швидкий аналіз для контролю якості продукції, щоб відповідати технічним стандартам і вимогам.
  • Автомобільна і авіаційна промисловість — перевірка якості металевих компонентів, особливо критично важливих деталей, які повинні відповідати суворим стандартам.
  • Зварювання та металоконструкції — оцінка якості та складу зварювальних матеріалів і зварених швів.
  • Лабораторії та дослідницькі центри — для дослідження нових сплавів і матеріалів, виявлення домішок та перевірки стандартів.

Спектрометри з індуктивно-зв'язаною плазмою (ICP-OES)

Оптично-емісійні спектрометри з індуктивно пов'язаною плазмою (ICP-OES) — це аналітичні прилади, які використовують метод спектроскопії з індуктивно пов'язаною плазмою для визначення елементного складу зразків. Основний принцип дії полягає у створенні високотемпературної плазми (до 10 000 °C) за допомогою індуктивного високочастотного поля, яка розпилює і збуджує атоми зразка. Збуджені атоми випромінюють світло на специфічних довжинах хвиль, які характерні для кожного елемента, що дозволяє визначити їхню наявність і концентрацію в зразку.

Основні сфери застосування
  • Екологічний моніторинг — для аналізу складу води, ґрунту, осадів і повітря на наявність токсичних елементів, таких як свинець, кадмій, ртуть.
  • Харчова промисловість — перевірка продуктів харчування та напоїв на вміст важких металів і мінералів для дотримання стандартів безпеки.
  • Фармацевтика — контроль якості лікарських засобів на наявність домішок і точне дозування необхідних елементів.
  • Нафта і газ — для визначення домішок і вмісту слідових елементів у нафті, газах та їх продуктах.
  • Гірнича і мінеральна промисловість — для аналізу руд, мінералів і металів, особливо у випадках, коли потрібно визначити склад рідкісних і важковидобувних елементів.
  • Наукові дослідження — у геохімії, біології, хімії та інших науках для вивчення складу різноманітних зразків, включаючи рослини, ґрунти, тіла води.

Аналізатори вуглецю, сірки, водню та азоту

Аналізатори вуглецю, сірки, водню та азоту методом спалювання — це лабораторні прилади, що використовуються для визначення вмісту цих елементів у різних матеріалах. Цей метод також відомий як окислювальний піроліз з подальшим аналізом продуктів горіння, оскільки зразок спалюється при високих температурах у струмені кисню, що призводить до повного окиснення органічних і неорганічних речовин, а утворені гази потім аналізуються для визначення вмісту цільових елементів.

Принцип роботи
  1. Окислювальний піроліз — зразок нагрівається до високих температур (зазвичай понад 1000 °C) у середовищі кисню або інших окисників, що призводить до його повного згоряння. Під час цього процесу вуглець перетворюється на діоксид вуглецю (CO2), сірка на діоксид сірки (SO2), водень на воду (H2O), а азот — на газоподібний азот (N2) або оксиди азоту.
  2. Аналіз продуктів горіння — гази, утворені в результаті згоряння, проходять через детектори, які вимірюють кількість кожного продукту. На основі цих даних розраховується вміст цільових елементів у зразку.
Основні сфери застосування
  • Металургія — для контролю вмісту вуглецю, сірки та азоту в металах і сплавах, що впливає на їхні механічні властивості.
  • Енергетика — для аналізу палива, такого як вугілля, нафта, біопаливо, з метою оцінки їхньої якості, теплотворності та екологічних показників.
  • Хімічна промисловість — для контролю якості сировини, каталізаторів і продукції, де знання вмісту вуглецю, сірки та інших елементів є критичним.
  • Харчова промисловість — для визначення вмісту азоту в продуктах харчування, що важливо для аналізу білків.
  • Екологія — для дослідження ґрунтів, води, осадів і біоматеріалів на вміст елементів, які можуть свідчити про рівень забруднення.
  • Фармацевтика — для перевірки складу лікарських засобів та сировини.

Аналізатори сірки, азоту, хлору та інших галогенів

Аналізатори сірки, азоту, хлору та інших галогенів методом спалювання — це прилади, які використовують метод окислювального піролізу з подальшим аналізом продуктів горіння для визначення вмісту цих елементів у різних зразках. У цьому методі зразок спалюється при високих температурах у середовищі кисню або іншого окисника, внаслідок чого елементи окиснюються і перетворюються на газоподібні сполуки, які потім аналізуються для кількісного визначення цільових елементів.

Принцип роботи
  1. Спалювання (окислювальний піроліз) — зразок нагрівають у присутності кисню, що призводить до його згоряння. Під час цього процесу сірка перетворюється на діоксид сірки (SO₂), азот на оксиди азоту (NOₓ), а галогени (хлор, бром) утворюють відповідні галогеніди.
  2. Аналіз продуктів горіння — гази, утворені в процесі згоряння, проходять через детектори, які вимірюють концентрацію кожного цільового газу. На основі цих даних обчислюється вміст відповідних елементів у зразку.
Основні сфери застосування
  • Енергетика та паливна промисловість — для аналізу вмісту сірки, хлору та інших галогенів у вугіллі, нафті, газі, біопаливі. Цей аналіз необхідний для оцінки екологічних показників палива, оскільки сполуки сірки та хлору можуть спричиняти утворення шкідливих викидів.
  • Нафтова і газова промисловість — контроль вмісту сірки, азоту та галогенів у продуктах нафтопереробки, оскільки ці елементи можуть викликати корозію обладнання та знижувати якість продукції.
  • Хімічна промисловість — для перевірки якості хімічної сировини та продуктів, особливо тих, які застосовуються у виробництві пластмас, розчинників, фарб.
  • Фармацевтика — контроль домішок у сировині та лікарських засобах, щоб забезпечити безпечність продукції.
  • Екологічний моніторинг — аналіз вмісту сірки, хлору, азоту у відходах, ґрунтах, воді для оцінки забруднення та виявлення джерел шкідливих речовин.
  • Матеріалознавство — для контролю складу матеріалів і виявлення домішок, що можуть впливати на їхні властивості, зокрема у металах та полімерних матеріалах.

Анализаторы ртуті

Аналізатори ртуті — це прилади, призначені для виявлення та визначення кількісного вмісту ртуті в різних зразках, таких як вода, повітря, ґрунт, біоматеріали та промислові продукти. Оскільки ртуть є токсичним елементом, який може завдавати шкоди навколишньому середовищу та здоров’ю людини, її аналіз є важливим для екологічного моніторингу, контролю якості та дотримання нормативних вимог.

Основні методи інструментального аналізу ртуті
Атомно-абсорбційна спектрометрія з холодним паром (CV-AAS):
Метод базується на тому, що ртуть у зразку відновлюється до пароподібного стану (елементарна ртуть) за допомогою хімічного відновника (наприклад, хлориду олова (SnCl2)). Потім пари ртуті проходять через атомно-абсорбційний спектрометр, де поглинається світло на довжині хвилі, специфічній для ртуті (253,7 нм), і таким чином визначається її концентрація.
Атомно-флуоресцентна спектрометрія з холодним паром (CV-AFS):
Цей метод також використовує холодний пар ртуті, але замість вимірювання поглинання світла аналізується флуоресценція (випромінювання світла) атомів ртуті при їхньому збудженні. Це підвищує чутливість методу, дозволяючи виявляти дуже низькі концентрації ртуті.

Портативні аналізатори

Портативні аналізатори металів та рудних матеріалів — це мобільні прилади, що дозволяють швидко і точно визначати хімічний склад металевих зразків, сплавів та руд прямо на місці проведення робіт, без потреби транспортування зразків до лабораторії. Вони широко застосовуються в гірничій промисловості, металургії, переробці металів, а також для контролю якості на виробництві та в сфері екологічного моніторингу.

Анлізатори зазвичай використовують один з таких методів аналізу
Рентгенофлуоресцентний аналіз (РФА):
Це найпоширеніший метод для портативних аналізаторів. Під час роботи прилад випромінює рентгенівські промені, які збуджують атоми в зразку, змушуючи їх випромінювати вторинне рентгенівське випромінювання (рентгенівську флуоресценцію). Спектрометр у приладі реєструє це випромінювання і визначає, які елементи присутні у зразку та їхню концентрацію.
Оптично-емісійна спектрометрія з іскровим розрядом (OES):
Використовується для аналізу металевих зразків. У цьому методі прилад створює іскровий розряд на поверхні металу, що призводить до утворення плазми, в якій збуджені атоми елементів випромінюють світло на довжинах хвиль, характерних для кожного елемента. Оптичний детектор фіксує спектр, і прилад визначає склад металу.
Лазерно-емісійна спектрометрія (LIBS, Laser-Induced Breakdown Spectroscopy):
Також використовується для аналізу металевих зразків. На відміну від OES, для іонізації проби використовується лазер який локально нагріває матеріал до дуже високих температур і створює невелику плазму - хмару випарованої речовини, в якій збуджені атоми елементів випромінюють світло на довжинах хвиль, характерних для кожного елемента. Оптичний детектор фіксує спектр, і прилад визначає склад металу.
Основні сфери застосування
  • Гірнича промисловість — для оперативного аналізу складу рудних матеріалів, що допомагає швидко приймати рішення щодо видобутку та переробки.
  • Контроль якості на виробництві — швидка перевірка складу матеріалів на відповідність технічним стандартам.
  • Металургія та переробка металів — для контролю якості металевих виробів і сплавів, визначення складу сировини та металевих відходів.
  • Археологія та мистецтво — для аналізу складу артефактів, монет, ювелірних виробів, що дозволяє встановлювати походження матеріалів та ідентифікувати технології виготовлення.
  • Екологічний моніторинг — для виявлення важких металів і токсичних елементів у ґрунтах та осадах, оцінки забруднення довкілля.

Портативні раманівські аналізатори

Портативні раманівські спектрометри — це компактні прилади, що використовують ефект Рамана для аналізу хімічного складу речовин. Ефект Рамана полягає в тому, що при опроміненні молекул лазером невелика частина світла розсіюється зсувом частоти, що є унікальним для кожної молекули. Це розсіяне світло містить інформацію про вібраційні та ротаційні енергетичні рівні молекул, що дозволяє визначити їхній хімічний склад і структуру.

Принцип дії портативного раманівського спектрометра
Лазерний випромінювач:
В спектрометрі є лазер, який випромінює світло певної довжини хвилі (частіше за все в інфрачервоному або видимому спектрі) на зразок. Коли лазерний промінь взаємодіє з молекулами речовини, відбувається розсіювання світла — зокрема, раманівське розсіювання, яке містить інформацію про хімічні зв’язки у зразку.
Оптична система для збору розсіяного світла:
Система лінз та фільтрів фокусує розсіяне світло та направляє його на спектрометр, щоб виділити саме раманівське розсіяння і виключити інтенсивне світло лазера.
Спектрометр:
Раманівське розсіяне світло проходить через спектрометр, який розкладає його на окремі компоненти за частотою (або довжиною хвилі). Ці компоненти утворюють раманівський спектр, що є унікальним для кожної речовини.
Детектор:
Зазвичай використовується ПЗС (CCD) детектор, який реєструє спектр розсіяного світла, що містить піки, специфічні для різних хімічних зв’язків та функціональних груп у молекулах.
Основні сфери застосування
  • Хімічний та фармацевтичний аналіз: Портативні раманівські спектрометри широко використовуються для ідентифікації хімічних речовин, таких як лікарські засоби, хімічні реагенти та сировина. Вони допомагають підтвердити чистоту і склад матеріалів без пошкодження зразка.
  • Екологічний моніторинг: Використовуються для визначення забруднювачів, важких металів і токсичних речовин у воді, ґрунті та атмосфері.
  • Митниця та безпека: Портативні спектрометри застосовують для виявлення наркотиків, вибухових речовин і небезпечних хімічних речовин у багажі чи вантажах, що сприяє швидкому контролю та забезпеченню безпеки.
  • Агропромисловий сектор: Аналізують пестициди, добрива та склад ґрунту, що важливо для контролю якості продукції та оптимізації вирощування сільськогосподарських культур.
  • Криміналістика та судова експертиза: Допомагають ідентифікувати різні речовини, залишені на місці злочину, такі як фарби, волокна, наркотики, що є цінним доказом.

Титратори автоматичні

Автоматичні титратори — це прилади, призначені для автоматичного проведення титрування, тобто визначення концентрації певної речовини у розчині шляхом поступового додавання стандартного розчину з відомою концентрацією (титранту) до досягнення точки еквівалентності. Автоматичні титратори виконують весь процес титрування автоматично, контролюючи об’єм титранту, що додається, та фіксуючи кінцеву точку реакції. Вони широко використовуються у хімічних, фармацевтичних, харчових, екологічних лабораторіях та інших галузях для точного і швидкого аналізу.

Види автоматичних титраторів:
Потенціометричні титратори:
Використовують електроди для вимірювання потенціалу (електричної напруги) у розчині під час титрування. Потенціал змінюється залежно від концентрації іонів у розчині, що дозволяє визначити точку еквівалентності.
Сфера застосування: кислотно-основне титрування, окисно-відновне титрування, комплексонометричне та осаджувальне титрування.
Кулонометричні титратори:
Замість додавання титранту цей метод вимірює кількість електрики, необхідну для проведення реакції. Титрування проводиться за допомогою електролізу, де точка еквівалентності визначається кількістю переданого заряду.
Сфера застосування: визначення малих концентрацій речовин, наприклад, вологість у зразках (використовуючи метод Карла Фішера).
Карл-Фішер титратори:
Це спеціалізований тип кулонометричного або об’ємного титратора, призначений для визначення кількості води в зразках. Реакція заснована на окисно-відновній реакції йоду з водою.
Сфера застосування: аналіз вологості в харчових продуктах, нафті, фармацевтиці та інших галузях, де критично важливо знати вміст води.
Термометричні титратори:
Вимірюють зміну температури в процесі титрування. Під час екзо- чи ендотермічної реакції температура розчину змінюється, що і дозволяє визначити точку еквівалентності.
Сфера застосування: підходять для титрування там, де потенціометричні методи можуть бути неефективними, наприклад, у розчинах з високою солоністю або з агресивними компонентами.
Фотометричні та спектрофотометричні титратори:
Використовують зміни оптичних властивостей розчину (абсорбцію або пропускання світла) для визначення точки еквівалентності. У розчин додається індикатор, що змінює колір у міру проходження реакції, або вимірюється власне поглинання розчином світла на певних довжинах хвиль.
Сфера застосування: корисні для аналізу розчинів з кольоровими індикаторами або в реакціях, що змінюють колір розчину.

Виробники

Rigaku OBLF NittoSeiko QuantoLux Nippon Instruments CKIC Expec Herzog Rocklabs Katanax

ОБ'ЄКТИ ДОСЛІДЖЕНЬ

Обладнання

Елементний аналіз
Рентгенострукту́рний аналіз
Рентгнівська комп'ютерна томографія
Термичний аналіз
Приготування проб
Автоматичні і контейнерні лабораторії
Витратні матеріали та запасні частини
Механічні випробування
Твердомери металографія петрографія мікроскопія
Хімічні, біологічні, ядерні та вибухові загрози
Екологічні монітори якості повітря
Резистивіметри