元素分析

元素分析是研究有機化合物中元素組成的化學分析方法。分為定性、定量兩種。前者用於鑑定有機化合物中含有哪些元素； 後者用於測定有機化合物中這些元素的百分含量。例如，被測物質在特殊儀器中燃燒後，可定量地測定成二氧化碳形態的碳、成水形態的氫、成單體形態或氮氧化物形態的氮和成 二氧化硫形態的硫等。

基本介紹

• 中文名：元素分析
• 外文名：elemental analysis or ultimate analysis
• 學科：分析化學
• 分類：定性分析、定量分析
• 作用：對物質的元素 組成、含量分析
• 研究元素：C、H、O、S、P、F、Cl、Br等

介紹

利用化學反應測定化合物元素組成和百分含量的方法。前者稱為元素定性分析，後者稱為元素定量分析。進行完整的元素分析後，可以計算出化合物的實驗式。如果知道了化合物的分子量，還可以定出其分子式。再輔以其他方法，可知其結構式。

元素定性分析

分析化學的一個分支。任務是鑑定物質由哪些元素、原子團或化合物所組成。根據分析條件的不同，可分為乾法分析和濕法分析。根據取樣多少的不同，可分為常量分析、半微量分析、微量分析和超微量分析等。對於來源不清楚的樣品，應先進行定性分析，然後作定量分析。許多定性分析的反應，加以控制或改進，可作為定量分析的基礎。

有機化合物所含元素主要是碳、氫、氧，農藥中還常含有氮、磷、硫、砷、鹵素及金屬元素，如汞、鋅等。進行元素分析時常用燃燒法或鈉熔法，使化合物變為簡單化合物或無機鹽類，再結合其他方法進行測定。① 用燃燒法可測定碳和氫： 燃燒生成的氣體中如有水，則含氫；如有二氧化碳，則含碳；②用鈉熔法可測出硫、氮和鹵素： 鈉與化合物共熔，則轉化為硫化鈉、氰化鈉、鹵化鈉等，可取鈉熔物水溶液，用特定試劑檢出它們；（示例如下）

③氧的測定尚無簡單的定性方法，需用定量分析的結果，用減差法求得；④金屬元素用各自的特徵試劑檢測。

元素定量分析

60年代前，元素百分含量的測定，採用經典方法。60年代後，開始套用色譜、計算機等現代技術手段，逐步進入儀器化、自動化階段。元素定量分析的任務是測定有機化合物組成元素的百分含量，研究確定有機化合物的定量組成和結構。

經典定量分析

分析方法均屬於重量法和容量法。

① 碳氫的測定： 一般採用李比息法 (J. Liebig，1831)，將精密天平稱量過的樣品在氧氣流中進行高溫分解。樣品在氧氣流中經氧化銅催化完全燃燒並氧化生成二氧化碳和水。所生成的水，用稱量過的無水氯化鈣吸收，所生成的二氧化碳，則用稱量過的氫氧化鉀濃液吸收。根據這兩種吸收劑所增加的重量可以算出樣品分解後產生的水和二氧化碳的重量，最後再計算樣品中所含碳和氫的百分含量。

②氮的測定： 常採用杜馬法(A. Dumas，1831)和傑爾達爾法(J.Kjeldahl，1883)。杜馬法測氮，是將含氮化合物，在二氧化碳氣流中與氧化銅在600～ 800℃下進行熱分解。熱分解後生成的氣體產物，有二氧化碳、水蒸氣和氮的氧化物。它們隨二氧化碳氣流通過灼熱的還原銅絲網時，氮的氧化物被還原成游離的氮。最後將此混合氣體導入裝有濃氫氧化鉀液的測氮計中，所生成的二氧化碳和水，可被濃氫氧化鉀液吸收，氮氣則逸出液面，利用測氮計量出氮氣的體積。根據氮的體積計算它的重量，再計算氮的百分含量。傑爾達爾法則是先使氮元素變為氨，然後用酸鹼滴定法測出氮的含量。普雷格(F.Pregl，1917)將杜馬法改為微量分析法，它只需3～ 5毫克樣品。最初仍採用氧化銅作催化劑，後來又增加了一些如氯酸鉀、醋酸鉀、重鉻酸鉀等輔助氧化劑，以促進氧化分解作用。1950年左右開始使用氧化鎳、四氧化三鈷、二氧化錳及高錳酸銀等氧化劑。

③鹵素的測定： 卡里斯法(G.L.Carius，1860)用發煙硝酸作氧化劑，將樣品與發煙硝酸及少量固體硝酸銀一同放入閉管中，加熱到300℃左右使樣品分解。樣品中的碳和氫被氧化生成二氧化碳和水，而鹵素則變成鹵離子並與硝酸銀作用生成鹵化銀沉澱。經洗滌、乾燥、稱重，最後計算出鹵素的百分含量。④硫的測定： 方法與鹵素測定類似，用發煙硝酸與樣品共熱，硫轉化為硫酸，加鋇鹽使它生成硫酸鎂，洗滌、乾燥、稱重，計算硫的百分含量。⑤磷的測定：用硫酸、硝酸混合液分解試樣，磷轉變為磷酸，加入鉬試劑，得到磷鉬酸銨，洗滌、乾燥、稱重，得到磷的百分含量。或用高錳酸鉀與樣品在封管中熔化，使轉化為磷酸後用鹼滴定，求出磷的百分含量。⑥氧的測定： 在求出各種元素的百分含量後，如剛好為100%，則化合物不含氧。含氧化合物則可用減差法求得氧的含量。

現代定量分析

1963年，西蒙(H.Simon)首先提出將樣品燃燒後的產物，套用氣相色譜原理測定碳、氫、氮，使元素定量分析逐步走向儀器化和自動化。至70年代後期，開始出現自動分析儀。這不僅擺脫了繁瑣的手工操作，更重要的是它取樣少，只需1毫克就能得到碳、氫、氮三元素的分析結果，這對貴重難得的樣品尤為重要。而且分析迅速，一次僅需十餘分鐘。它與電子計算機聯用，可通過程式控制分析儀器的操作，減少人為的誤差。微處理機又能進行基線自動校正，扣除背景，降低信噪比，以及適時進行數據處理和最後列印出分析結果等，大大提高了分析的靈敏度和精確度。①碳氫氮的測定： 樣品在載氣氦加3%氧氣流下，經過高溫分解，在氧化催化劑三氧化二鉻的作用下 ，使樣品中的碳轉化成 二氧化碳，氫轉化為水，氮生成氮氧化物，其他雜元素被銀氧化鈷吸收。氮氧化物又在650℃的還原爐中經金屬銅還原轉化成氮氣，多餘的氧由銅吸收，混合氣體中氮、二氧化碳和水，經色譜柱分離後，由熱導檢出。②氧的測定： 樣品中的氧經鍍鎳的碳黑還原成一氧化碳，經色譜柱分離後，由熱導檢出。③硫的測定：在980℃的高溫下，樣品中的硫經過裝有三氧化鎢及銅的燃燒管轉化成二氧化硫，經色譜柱分離後，熱導檢出。