有机材料、动物组织、植物、食品、淤泥等样品进过高温灼烧时,丹密机物和无机物经过一系列的物理和化学变化,最后有机物转化成二氧化碳和含氮的气体及水蒸气挥发逸散,无机的、不会发的成分形成碳酸盐或者氧化物残留在灰分中。由于待测元素中一般会有汞、砷、硒等挥发性元素,为了避免待测元素的损失,往往会在其中添加少量碱性或者酸性物质作为固定剂,提高灰化效果,有助于回收特定元素。
(一)、常用仪器
传统的干灰化加热仪器是马弗炉,目前实验室微波炉也越来越多的应用到灰化操作过程中。干灰化容器通常使用坩埚,偶尔也会有使用蒸发皿的情况。坩場材质主要有素瓷、铂、石英等。
(二)、常见灰化方法
目前灰化方法主要有高温干灰化法、低温干灰化法、微波灰化法等。
1.高温干灰化法
通过热能来分解试样,以便待测元素成可溶状态的处理方法。称取适量的样品放置在适宜的器皿中,然后置于电炉进行低温碳化直至冒烟近尽,再放入马弗炉中升至~℃左右使样完全灰化,然后将无机残留物用合适的酸溶解定容后分析。
坩埚的材料通常使用铂,考虑到铂对王水以外的酸都有不错的耐受性。有时也会使用瓷坩埚,用来测定金、银、铂元素。
2.低温干灰化法
高温灰化法的缺陷主要是元素挥发损失、炉体材料及实验室环境带来的污染、助灰化剂中的杂质污染等。低温条件下,利用非平衡等离子体技术,则可以避免这一系列的问题。但是由于在低温灰化过程中氧气只能以小流量注入,每次的氧化量有限,所以灰化速度往往只有5~10mg/h。与此同时,价格高昂的氧等离子体灰化装置也限制了该方法的使用。
3.微波灰化法
微波灰化其实就是将马弗炉中的加热过程转换到实验室微波炉中来。微波装置可以向炉内补充空气流以加速分解,同时降低冷却所需要的时间,也不会有马弗炉那样的高能耗,更不会有像马弗炉加热之后散发出的那种难闻的味道。所以相比传统的加热装置,微波炉有着明显的优势。
(三)、常见问题
1.植物样品具有大量的硅酸盐,不溶于硝酸或者盐酸,可以加入适量的氢氟酸溶解硅酸盐形成四氟化硅逸出;
2.由于汞的挥发性极强,所以必须使用湿式消解,而对于砷、硒则可以添加氧化镁或者硝酸镁等助灰化剂,在助灰化剂的作用下形成挥发性较弱的化合物;
3.有机物的灰化主要是脱水、炭化,时间较长,可以添加催化剂诸如铂、钯、铑等加速,大大的缩短灰化时间。
(四)、优缺点
优点:相对于湿法消解,可能一次处理更多的样品,每个样品的可处理质量也相对较大,而溶解灰化产物只需要少量的酸,大大的提高了检出率,也最大程度地减少了试剂中的杂质污染;由于基本不需要添加别的试剂,空白值也不会过高;适用范围更加广泛,操作也相对简单、方便、灵活。
缺点:灰化时间过长、敞口高温的装置特点会导致被测成分挥发;灰化炉体材料和助灰化剂的使用都用可能给样品带来污染;灼烧的不彻底、坩埚表面的吸附损失、元素的挥发损失等都会使某些成分的回收率降低。