文档介绍：第 16 章有机元素分析
有机元素分析是有机化学分析的重要组成部分,在有机化合物的组成和结构鉴定中具
有不可替代的重要作用。
教学目标:掌握有机元素分析一般原理和分析方法,为日后从事相关工作奠定良好的
基础。

有机元素分析概述
有机元素通常是指在有机化合物中分布较广和较为常见的元素,如碳(C)、氢(H)、氧(O)、
氮(N)、硫(S)、磷(P)等元素。通过测定有机化合物中各有机元素的含量,可确定化合物中
各元素的组成比例,进而得到该化合物的实验式。
有机元素分析最早出现在 19 世纪 30 年代,李比希首先建立燃烧方法测定样品中碳和
氢两种元素的含量,他首先将样品充分燃烧,使碳、氢分别转化为二氧化碳和水蒸气,然
后分别以氢氧化钾溶液和氧化钙吸收,根据各吸收管的重量变化分别计算出碳和氢的含量。
目前,元素的一般分析方法有化学法、光谱法、能谱法等,其中化学法是最经典的分
析方法。传统的化学元素分析方法,具有分析时间长、工作量大等不足。随着科学技术的
不断发展,自动化技术和微机控制技术日趋成熟,元素分析自动化便随之应运而生。有机
元素分析的自动化仪器最早出现于 20 世纪 60 年代,后经不断改进,配备了微机和微处理
器进行条件控制和数据处理,方法简便迅速,逐渐成为元素分析的主要方法手段。
目前,有机元素分析仪上常用检测方法主要有以下几种。
(1) 示差热导法。又称自积分热导法,其测定原理依据的是、氢的方
法与 J.-B.-。在分解样品时通入一定量的氧气助燃,以氦气为载气,将燃
烧气体带过燃烧管和还原管,二管内分别装有氧化剂和还原铜,并填充银丝以去除干扰物
质(如卤素等),最后从还原管流出的气体除氦气外只有二氧化碳、水和氮气。通入一定体
积的容器中并混匀,再由载气带此气体通过高氯酸镁以除去水分。在吸收管前后各有一个
热导池检测器,由二者响应信号之差给出水的含量。除去水分后的气体再通入烧碱石棉吸
收管中,由吸收管前后热导池信号之差再求出二氧化碳含量。最后一组热导池则测量纯氦
气与含氮的载气之信号差,得出氮的含量。
除氦气作载气外,也有使用氩气和氧气为载气的装置,不用还原管,氮燃烧后生成的
氮的氧化物被吸收除去,但只能测定碳和氢。此外,也有的仪器采用硅胶吸附将水分吸留,
待测量完二氧化碳后将吸附管加热,放出水再进行测定,这样只用一对热导池即可。
(2) 反应气相色谱法。这种元素分析仪由燃烧部分与气相色谱仪(见气相色谱法)组成,
燃烧装置与前述相似,燃烧气体由氦气载入气相色谱柱,柱内一般填充聚苯乙烯型高分子
小球,将燃烧气体按氮、二氧化碳、水顺序分离成 3 个色谱峰,由积分仪求出各峰面积,
测定前先用已知碳、氢、氮含量的标准样品求出各元素的换算因子,即可求得未知样品中
各元素含量,常用样品量只有几百微克。
(3) 电量法。又称库仑分析法,其原理为法拉第定律,每当量物质电解时消耗 96 493 C
的电量。通常测量水电解时所消耗的电量,由此求出氢含量。二氧化碳则使之与氢氧化锂
反应生成水后再行测量,因此碳、氢都可用库仑分析法测定。也有利用库仑分析法产生氢
氧根离子使与二氧化碳反应,常用高氯酸钡溶液为吸收介质,二氧化碳被