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質保3年只換不修，廠家長沙實了個驗儀器制造有限公司

一、引言

碳（C）、氫（H）、氮（N）是構成有機化合物的三種基本元素，其比例關系直接決定了物質的化學性質與能量特征。在能源、材料、環(huán)境、農業(yè)、醫(yī)藥、食品及化工等多個領域，碳氫氮含量分析是判斷物質組成和反應特征的重要基礎。

賽默飛 Thermo Fisher Scientific 推出的 FlashSmart 元素分析儀，是一款高性能、高精度的全自動有機元素分析設備，專門用于測定樣品中的碳、氫、氮、硫、氧等元素。其 CHN（碳氫氮）分析模式 以快速燃燒、自動化控制和智能數(shù)據(jù)處理為核心技術，實現(xiàn)了從樣品稱量到結果輸出的高效一體化操作。

FlashSmart 的 CHN 分析模式已成為現(xiàn)代實驗室的標準方法之一，其可靠性和穩(wěn)定性使其在科研、工業(yè)質控及材料檢測中得到廣泛應用。

二、碳氫氮分析的科學原理

FlashSmart 的 CHN 分析基于經典的“動態(tài)燃燒-氧化-檢測法”，即通過在高溫條件下將樣品完全氧化，測定生成氣體中的 CO?、H?O 和 N? 含量，從而計算出樣品中碳、氫、氮的質量分數(shù)。

整個分析過程可以分為以下三個化學階段：

1. 燃燒反應階段：
   樣品在高溫下與氧氣充分反應，生成 CO?、H?O 和 NOx 等氣體。

   C+O2→CO2C + O_2 → CO_2C+O2→CO22H2+O2→2H2O2H_2 + O_2 → 2H_2O2H2+O2→2H2ON→NOxN \to NO_xN→NOx

2. 還原階段：
   燃燒產物通過還原管時，NOx 被還原為 N?。

   2NO→N2+O22NO → N_2 + O_22NO→N2+O2

3. 檢測階段：
   經分離柱分離的 CO?、H?O、N? 依次通過熱導檢測器（TCD），根據(jù)信號峰面積計算各元素含量。

FlashSmart 系統(tǒng)通過精密的氣流控制與熱導檢測技術，實現(xiàn)信號的高分辨率與高穩(wěn)定性，保證碳氫氮分析的高精度。

三、系統(tǒng)組成與工作結構

FlashSmart CHN 分析系統(tǒng)采用模塊化設計，由以下主要部件組成：

1. 燃燒爐系統(tǒng)

• 最高溫度可達 1800°C，保證樣品完全氧化；

• 多段供氧結構，避免爆燃與氧氣不足；

• 可根據(jù)樣品性質自動調節(jié)燃燒速率。

2. 還原爐與氣體凈化系統(tǒng)

• 采用銅還原劑去除 NOx，并吸收多余氧氣；

• 內置水吸附與 CO? 吸收裝置，保持氣體純度。

3. 氣體流路系統(tǒng)

• 高純氦氣或氬氣為載氣；

• 采用電子質量流量控制器（MFC）實現(xiàn)穩(wěn)定氣流；

• 所有管路使用惰性材料防止吸附與污染。

4. 熱導檢測器（TCD）

• 檢測氣體熱導率變化；

• 靈敏度高、線性響應范圍廣；

• 檢測信號穩(wěn)定、漂移極小。

5. 自動進樣裝置

• 多位樣品盤（最多可達 125 位）；

• 進樣精度高，可無人值守運行；

• 支持固體、粉末及液體樣品。

6. 智能軟件系統(tǒng)

• 負責控制儀器運行、信號采集、數(shù)據(jù)計算與報告輸出；

• 可實現(xiàn)自動校準、質量控制及批量數(shù)據(jù)導出。

四、樣品制備與稱量要求

CHN 分析的準確性很大程度上取決于樣品準備與稱量質量。

1. 樣品狀態(tài)：
   樣品可為粉末、顆粒、液體或固體。粉末應均勻混合；液體可借助吸附介質封裝。

2. 稱量范圍：
   一般取樣 1–3 mg，對于低碳樣品可適當增加。使用 0.001 mg 精度的微量天平稱量。

3. 封裝方法：
   固體樣品多用錫杯封裝，液體樣品可用鎳杯；封裝要嚴密以防樣品揮發(fā)或氧化。

4. 校準與標準樣：
   常用苯甲酸、乙酰苯胺、尿素等標準物質作為校準樣品。分析前應進行校準，以建立標準曲線。

5. 環(huán)境控制：
   稱量應在干燥、恒溫條件下進行，防止空氣濕度影響樣品重量。

五、分析過程詳解

FlashSmart 的 CHN 分析流程分為自動化的五個階段：

1. 進樣階段

自動進樣裝置將樣品封裝杯推入燃燒爐，系統(tǒng)同步開啟氧氣流。進樣過程全程密閉，防止樣品丟失或污染。

2. 燃燒與氧化階段

樣品在高溫條件下完全燃燒。FlashSmart 采用分段供氧技術，先供少量氧氣預燃，再增加氧氣流量以完成反應。此設計有效避免了爆燃，確保燃燒均勻徹底。

3. 還原與凈化階段

生成的氣體通過含銅填充的還原管，NOx 轉化為 N?，同時去除過量氧氣。氣體再經凈化單元除去水分與 CO? 殘留，確保進入檢測器的氣體穩(wěn)定純凈。

4. 分離與檢測階段

經色譜分離后，CO?、H?O、N? 按順序進入熱導檢測器（TCD）。檢測器輸出電信號，信號峰面積與濃度成正比。

5. 數(shù)據(jù)處理與結果輸出

軟件自動進行信號積分與計算，根據(jù)標準樣曲線求得樣品中碳、氫、氮的百分含量。結果可直接導出為 Excel、PDF、CSV 等多種格式。

整個分析過程通常耗時 3–5 分鐘/樣品，效率遠高于傳統(tǒng)化學分析法。

六、計算與校正公式

分析結果通過以下公式計算：

\text{元素含量（%）} = \frac{(A_s - A_b)}{A_{std}} \times C_{std} \times \frac{100}{W_s}

其中：

• AsA_sAs：樣品信號峰面積；

• AbA_bAb：空白峰面積；

• AstdA_{std}Astd：標準樣信號峰面積；

• CstdC_{std}Cstd：標準樣元素含量；

• WsW_sWs：樣品質量（mg）。

軟件自動完成上述計算并校正儀器漂移，確保結果穩(wěn)定準確。

七、分析性能與精度指標

FlashSmart CHN 模式的性能經過嚴格驗證，其主要指標如下：

儀器具有高線性（R2 ≥ 0.9999）和優(yōu)異的重復性。長時間運行下漂移量小于 ±0.05%，符合 ISO 與 ASTM 國際標準要求。

八、軟件控制與數(shù)據(jù)管理

FlashSmart 軟件不僅控制分析流程，還提供強大的數(shù)據(jù)處理功能：

1. 自動校準與漂移修正：
   系統(tǒng)可自動檢測漂移趨勢，實時修正結果。

2. 批量處理與報表生成：
   支持多樣品同時處理，自動生成完整報告。

3. 趨勢圖與統(tǒng)計分析：
   軟件可繪制標準曲線與重復性統(tǒng)計圖，用于質量控制。

4. 多格式導出：
   數(shù)據(jù)可導出為 Excel、PDF、LIMS 格式，方便進一步分析與共享。

5. 用戶權限與數(shù)據(jù)追蹤：
   所有操作自動記錄時間戳與用戶名，滿足審計與溯源要求。

九、典型應用領域

FlashSmart CHN 模式在多個領域中得到廣泛應用：

1. 環(huán)境與地球化學研究
   用于測定土壤、有機沉積物、植物殘體中的碳氮含量，分析碳循環(huán)與營養(yǎng)元素分布。

2. 能源與燃料分析
   在煤炭、石油、生物質及燃料研究中，碳氫比是計算燃燒熱值與能量效率的重要指標。

3. 食品與農業(yè)科學
   通過氮含量計算蛋白質含量，用于營養(yǎng)成分分析與肥料配比評估。

4. 制藥與化工領域
   用于確認有機化合物的分子組成及純度檢測，驗證合成反應產物的化學結構。

5. 材料與高分子科學
   在高分子材料、碳基材料研究中測定碳氫比例，以評估材料性能和結構穩(wěn)定性。

十、與傳統(tǒng)方法比較

FlashSmart 的 CHN 模式在速度、精度、環(huán)保性和自動化方面均優(yōu)于傳統(tǒng)分析方法，是現(xiàn)代實驗室碳氫氮測定的首選儀器。

十一、系統(tǒng)維護與運行建議

為了保證分析精度和設備穩(wěn)定運行，應遵循以下維護建議：

1. 定期更換還原管填料：每 1000–1500 次分析后更換銅還原劑。

2. 保持氣體純度：使用 99.999% 高純氦氣和氧氣。

3. 檢查燃燒管密封性：防止空氣泄漏造成基線漂移。

4. 清理進樣口與樣品盤：定期清潔以防堵塞或交叉污染。

5. 執(zhí)行自動校準程序：每天首次運行前進行系統(tǒng)校準。

6. 記錄維護日志：系統(tǒng)軟件可自動保存維護記錄，方便追溯。

十二、典型實驗結果示例

以苯甲酸為標準樣分析 10 次，理論值 C = 68.85%，H = 4.96%，N = 0%。結果如下：

平均值：C = 68.85%，H = 4.96%，RSD < 0.05%。
結果表明 FlashSmart CHN 模式具有優(yōu)異的重復性與穩(wěn)定性。

十三、技術優(yōu)勢總結

1. 精度高：采用高靈敏度檢測系統(tǒng)，結果誤差小于 ±0.1%。

2. 速度快：單樣分析 3–5 分鐘，顯著提升通量。

3. 操作簡便：自動化程度高，減少人工干預。

4. 穩(wěn)定可靠：長期運行漂移小、維護簡便。

5. 環(huán)保節(jié)能：無化學廢液，低氣體消耗。

6. 兼容性強：可擴展為 CHNS/O 模式，實現(xiàn)多元素聯(lián)測。