图1.可再生能源是今后能源研究的重要领域之一。

可再生能源事业正在迅速发展，当商用能源的价格一直处于高位时，可再生能源的费用已在最近15年间降低近半，至2020年还将再降低40%。这些成果的取得源于规模化生产和技术进步，其中高效的元素分析技术如ED-RFA （能量散射X射线荧光光谱法）和ICP-OES（电感耦合等离子体发射光谱法）对此也作出了重要贡献。

面对日益减少的石油资源，由甘蔗、棕榈、油菜或大豆生产的生物能源作为汽油、柴油的生态替代品，已具有越来越重要的意义。早在2003年，欧盟就通过了指导规则2003/30/EG,其后为“可再生能源指令2009/28/EG”所替代。该指令明文规定：到2020年，10%的燃料必须来自可再生能源，即在常用的商用燃料中要混合使用高达10%的生物燃料。

生物柴油从生产、使用和生态意义的角度而言，它不像苯和甲苯那样含有有毒物质，而且不会产生有害的辐射。但是它含有的硫，是在燃料中必须严格限制含量的元素。此外，还需注意监控磷、碱金属和钠、钾、镁、钙等碱土金属的含量，因为这些物质即使少量存在也会严重损害发动机和排气净化装置。对于生物乙醇而言，还要限制氯、铜和铅的临界值。生产厂家和营销者在销售生物燃料时，必须建立起分析程序以对产品组成进行整体控制。对生物燃料质量和组成的监控建议采用能量散X射线荧光光谱法（ED-RFA）和电感耦合等离子体发射光谱法（ICP-OES）。

硫的ED-RFA分析

能量散射X射线荧光光谱法（ED-RFA）是对元素组成进行定性和定量分析的常用方法。其典型应用之一是燃料中较低硫含量的测定。Spectro Analytical Instruments公司提供专业的能量散射X射线荧光光谱仪，产品经理Dirk Wiamann先生表示：“ED-RFA仪器进行的是无损分析，方法可靠，无需或仅需少量的样品制备。”

运用这种分析方法，可在较短时间内获得高的准确性和重现性。“无论在实验室还是生物燃料生产的在线分析中，Spectro iQ II 以其高效、灵敏、具有HOPG晶体的C力光学偏振器，可很好地应用于燃料中较低硫含量的测定。” Wiamann先生表示，其检测限可达mg/kg级别，例如可分析硫含量低于10 mg/kg的脂肪酸酯（FAME）（见图2）。

采用能量散射X射线荧光光谱法分析测定燃料中的硫，符合标准制订部门的推荐。英国能源研究所在石油标准IP 532中，美国标准化研究所ASTM国际部在ASTM D7720中均描述了这种方法。

图2.采用ED-RFA仪器分析得到的含硫量位于0~50 mg/kg的典型光谱。

其他有害的微量元素

除硫元素外，在生物柴油和生物燃料中还需要对磷、碱金属钠、钾、镁和钙等碱土金属的含量进行分析。这些元素可能对于汽车发动机组件的寿命和效率造成严重的影响：少量的磷会导致排气净化装置的损坏，而高含量的碱金属、碱土金属会导致肥皂化沉积，从而堵塞过滤孔，影响燃料的注射。此外，如果催化剂受到这种污染物的影响，还会使机动车排气超出法定的废气毒性界限。这些元素的检测均可采用电感耦合等离子体发射光谱法（ICP-OES）分析方法，欧盟标准化研究所的标准EN-14538、ASTM D7133-05 以及ASTM D4951已描述了这种方法（见表1）。 ICP-OES分析仪器例如 Spectro Genesis或Spectro Arcos 适合于这类元素的监测，检测限达到μg/kg级别。它借助于同时测量的手段获得了总的光谱信息，还可对数百个样品自动完成循环测量，无需操作人员长时间地监测分析过程。“Spectro Genesis和Spectro Arcos的仪器能够让燃料生产商和研究实验室节省费用和时间，同时进行高精度的生物燃料分析。”Spectro Analytical Instruments公司ICP-OES产品经理 Olaf Schulz总结道。

太阳能电池的元素分析

光伏太阳能市场正在蓬勃兴起：根据欧盟太阳能工业协会 EPIA的报道， 2009年全球已经新装建6.4千兆瓦太阳电流功率，预计2010年还会有至少40%的增长。光伏太阳能市场的迅速增长首先体现在薄层太阳能电池上，这种经典的硅质太阳能电池的发展不断获得突破。现代的元素分析技术为改善电池效率做出了重大的贡献，这些分析技术能够使得太阳能电池制造商做到：

对薄层的厚度进行监测；

对薄层的元素组成进行分析；

对可能存在于高纯原材料中的杂质进行鉴定。

对薄层太阳能电池的效率具有决定意义的是CIS层，CIGS层和CdTe层，它们的层厚约为10μm。太阳能电池制造商试图尽可能保持产品层厚的重现性，以确保稳定的高效率。而要达到这样的效果，前提是对生产过程全线实现方便的在线监测。能量散射X射线荧光光谱提供了这种分析方法，高端光谱仪 Spectro Xepos 或者如Spectro xSpo之类的手持式X射线荧光光谱仪可供太阳能电池制造商和研究实验室选择，这些均可用于生产中的在线监测。

Spectro Xepos光谱仪除了高精度和操作简便外，还具有自动更换样品的优点，可通过一组太阳能电池板中切出的12个随机抽样样品对该批次进行检查，以便为整个电池板的元素组成得出具有代表性的结果。另外，还可采用替代方法，借助手持式X射线荧光光谱仪，在现场对具代表性的样品系列于数分钟内实施检测：对单个电池板进行多点分析，对多张板则相继进行分析。此外还提供如镓、硒、铟、镉、碲、锌或钼等元素的重要信息。另一应用领域是分析光伏太阳电池板顶盖玻璃中的铁含量，铁含量必须控制在很低的界限值以内，以提高玻璃对阳光的透射度。

ICP-OES进行质量控制

对于太阳能电池电荷载体的寿命及其效率具有重大影响的是所用的原材料。其中小浓度污染物的存在，也可能影响整个电池板的性能。在制备太阳能电池时，污染物的浓度应低于10 mg/kg。“对于高纯化学品的分析宜采用具电感耦合等离子体的光谱仪或质谱仪。”ICP-OES产品经理Olaf Schulz 表示，“这种高灵敏度仪器的检测限可达μg/kg 甚至ng/kg级别，可让研究实验室对痕量元素进行可靠的鉴定”。

结语

高效的元素分析方法是开发和生产替代能源不可或缺的手段。ED-RFA 和 ICP-OES分析方法，具有高精度和可靠性的优点，在实验室研发阶段和生产的在线监测中都显示出其突出的优势。