第九章 有机元素定量分析5

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1、第九章有机元素定量分析有机元素定量分析即是对有机化合物中所含元素进行含量测定。在化工生产中，通过元素定量分析可以检验原料和产品的质量。例如，通过测定有机或无机肥料中的氮、硫和磷元素的含量，可以判断该化肥的肥效；通过测定氮的含量，可以检验植物、谷物及奶制品中蛋白质的含量；通过对某些农药的氮、硫、磷和卤素的测定，可检验其质量和规格；等等。在有机化学的科学研究中，无论是合成的新的有机化合物或者是从天然产物中提取出的某种物质，均需对其进行元素定量分析，此定量分析的结果往往是列入研究报告中的一项不可缺少的

2、内容。有机化合物实验式某生物碱经元素定量分析测得该化合物中各元素的含量为：碳70.8％，氢6.2％，氮4.1％。计算该化合物的实验式。C:H:N:0:C：H：N：0=5.9：6.2：0.3:1.2因为分子中原子的数目必须是整数，将它们转变为最小的整数比，即得出被测定生物碱的实验式为C20H21O4N。有机元素定量分析自它诞生以来，经历了从常量、微量到超微量，从经典的手工操作析法到近代自动化仪器分析法的发展过程，而且目前还在不断地创新和发展中。这里所说的“常量”和“微量”指的是样品的取用量。根据样

3、品取用量的多少，分析方法有常量、半微量和微量之分,见表9.1所示。表9.1样品取量范围与分析方法的分类有机元素微量定量分析法，均为分解定量的方法，即将有机化合物用各种方法加以分解，把有机物中的待测元素转变成无机离子或简单的无机物形式，再用重量法、容量法或其它的定量方法加以测定，从而求出有机物中待测元素的含量。关于有机元素分析的准确度，现仍以与理论计算值相对应的绝对误差表示，一般要求绝对误差在正负千分之三的范围内。在众多的有机化合物中，最常见的元素有：碳、氢、氧、氮、卤素、硫、磷、砷，在此依次分述

4、于下。9.1碳、氢的测定有机化合物本身就是碳的化合物，而且几乎都含有氢，所以测定碳和氢的量是有机元素定量分析的一项主要内容。自从Lavoisier首创了碳氢的常量定量测定的分析方法以来，目前已发展到了微量和超微量定量的自动化仪器测定法，分析的精密得到了很大的提高，而且分析的时间也大为缩短了，但就其基本原理来说，则是相同的。鉴于目前国内一般单位的实验室中尚未普及近代自动的碳氢分析仪，故本节仍以讨论经典的微量分析方法为主，有关近代仪器分析的方法将在9.8节中作一般性的简介。一、分析原理将有机样品放入

5、装有催化剂的石英管内，催化剂一般是金属氧化物，样品在管内氧气流中经高温燃烧分解后，其中的碳定量地转化为二氧化碳，其中的氢则定量地转化为水，其它的元素则转化为相应的无机物。燃烧后的产物分别用吸收剂吸收，例如，用碱石棉吸收生成的二氧化碳，用无水高氯酸镁吸收生成的水，用适当的吸收剂除去其它元素生成的各种无机物。然后，用称重法得到生成的二氧化碳和水的质量，从而计算出碳和氢的百分含量。（1）样品的完全分解和定量转化（a）多孔性氧化铜：这是最早使用的一种催化剂，它具有很好的氧化性能，且是一种可逆氧化剂，特别

6、是它不仅能在氧气流中使用，而且在情性气流下也具有氧化作用。因此，这种催化剂能提供在情性气流下分解样品的条件，所以在自动元素分析仪中同时测定样品中的碳、氢和氮时就常采用氧化铜作催化剂。（b）四氧化三钴：四氧化三钴是由CoO和Co2O3混合组成。其特点是在氧气流中，于较低温度条件下就有很强的催化氧化性能，而且当温度高于800℃时，仍有良好的氧化效能。但是，该催化剂在高温下易腐蚀石英管，使其发脆断裂。一般，使用四氧化三钴时的工作温度以600℃为宜。四氧化三钻的另一个显著优点是工作寿命较长。（c）高锰酸

7、银热解产物：高锰酸银热解产物是一种带金属光泽的黑色粉末，它是由高锰酸银结晶受热分解得到的。此热解产物在温度低于790℃时，其中所含的银、锰和氧是以1:1:2.6（～2.7）的比例存在，故可把分解产物写作AgMnO4，其内部结构是原子态的银，均匀地分布在二氧化锰晶格表面的缺损处，形成活性中心而具有很强的吸收卤素和硫的能力。二氧化锰本身在500℃以下就有很好的催化氧化性能。因此，这种催化剂具有工作温度低，催化效能高，同时又能排除卤素和硫干扰的优点。此催化剂的缺点是在温度高于600℃时，本身能分解，使

8、氧化效能下降，因而它不适宜于高温（即600℃以上）使用。（d）“万能填充剂”：这是我国科学工作者研制成功的一种高效催化氧化剂，其组成为Ag2W04、MgO、C○304，催化剂按下列次序装管：Ag2W04+MgO

9、C○304

10、Ag2W04+MgO。它的工作温度是850℃。这种催化剂除了有良好的氧化效能外，还兼有排除干扰元素的作用。特别是它能适用于各种类型有机化合物的分解。对于难分解的硼氮六环、磷硼六环、硅氧环等化合物也能得到满意的结果，故称为“万能填充剂”。（2）燃烧产物的定量吸收（a）干扰元素及