元素分析、原理、方法、运用ppt课件

有机元素分析 原理 方法 运用 有机元素分析方法EA1110仪器原理 工作方法VarioELCUBE仪器原理 工作方法地质样品预处理分析误差来源有机元素分析运用实例 我们生活中有机物无处不在 DNA Essentialoils MedicinesActivePharmaceuticalIngredientsExcipients Materials Fuels 色素 颜料 地质体中有机元素组成和研究运用 地质体中有机元素 C H N S O地质体中有机元素研究运用 油气地质 煤炭有机污染 环境科学沉积 成岩环境溶解与沉积有机质来源全球碳 氮 硫循环古环境重建其它运用 土壤学 农业 材料学 制药 药物学 生命起源演化等 CH2O糖类 碳水化合物 绝大多数生物体中最普遍存在的有机成分 C H O 1 2 1海洋生命体 C106H263O110N16P RedfieldRatio 陆地生命体 C830H1230O604N9P 不同有机物的元素间比值 生物圈的元素组成 C CN NO O BondDissociationEnergy kJmol 1 348163157 C C键 特别强的共价键C 具有独特的易链接性可以形成原子链C C键可以组成分子 LinearmoleculesBranchedmoleculesCyclicmolecules 几种可燃矿产的主要元素含量 张厚福和张万选 1990 原油的元素组成 重量百分比 土壤有机质 组成 意义 Image T Loynachan 土壤中有机质 SOM 组成 农业土壤中SOM 1 6 SOM组成 碳水化合物占10 主要为多糖 多不易分离 氮化物 蛋白质 肽 氨基酸 核酸 嘌呤 嘧啶 卟啉等 占10 烷烃 脂肪酸 蜡 树脂等15 腐殖质为65 Schnitzer 1991 腐殖质从分离操作角度可以分为胡敏酸 HA 富啡酸 FA 和胡敏素 三者的组成及结构基本相似 HA比FA含更多的C H N S 及较少的O 新鲜的有机质 降解的有机质 土壤腐殖质 Humicsubstance腐殖质 Soilorganiccompoundsbecomestabilizedandresistanttofurtherchangesbymicroorganisms Stabilizedorganicmatteractslikeaspongeandcanabsorbsixtimesitsweightinwater 高聚物高分子量无定型抗分解高吸附性 Humus HighMediumLow 沉积物中有机质 沉积物中有机质多为高聚物 主要类型也是腐殖质 它可占沉积物中有机质总量的70 80 其余主要是蛋白质类物质 多糖 脂肪酸和烷烃等 沉积物中的腐殖质组成与土壤中非常相似 HA与FA具有相近的组成结构 胡敏素是沉积物腐殖质中所占比例最大部分 是腐殖质中最不活跃的部分 河流腐殖质中一般含90 的FA和10 HA P N既是其中有机质组分 也是其官能团 在河流沉积物中较多 FA是早期成岩作用产物 通过缩聚反应 可转变成HA 进一步缩聚而成为胡敏素和干酪根 腐殖质元素组成 高度脱灰的胡敏素元素组成更接近于胡敏酸 O含量及O C原子比均明显地低于富啡酸 说明氧化程度低 胡敏素中硫主要为碳结合的硫 海洋沉积物中胡敏素H C高 脂肪特性高 水生胡敏素比土壤胡敏素含更多的氮素 Ishiwatari 1967 比较研究了不同沉积环境中的腐殖酸中有机元素组成 发现胡敏酸中C H比具有一定的规律性 海相平均8 5 湖泊 9 2 土壤 12 2 而C N比则为 湖泊 9 2 海相 14 6 土壤 15 5 海水中碳组成 TOC分析方法 Acidification 去除IC purgeableorganiccarbonOxidationHighTemperatureCombustionHighTemperatureCatalyticOxidation CaHbNcOd nO2MeCO3MeHCO3CO2 aCO2 b 2H2O cNOCO2 MeOCO2 1 2Me2O 1 2H2OCO2 OxidationCombustion 680 Ptcatalyst 有机元素分析方法比较 传统的重铬酸钾 硫酸溶液氧化法 湿式测碳法 凯氏氮方法 Kjeldahldigestion 烧失量LOI有机元素分析仪器方法 燃烧法 19世纪初 元素燃烧分析法识别和定量化测试有机元素计算有机物的化学式 Lacticacid乳酸frommilk i e organic 1 00g 1 47g0 60g0 51g Mol Wt 441832 No ofMoles0 0330 0330 016 1C2H1O 有机元素分析方法 CH2O 有机元素分析的历史 有机元素分析可以追溯到100年前 早在1831年J von李比希就建立了碳 氢的燃烧方法 将样品在氧气中加热燃烧 并通过填充氧化铜的高温柱管 使碳 氢分别全部转化为二氧化碳和气态水 然后分别以氢氧化钾溶液和氯化钙吸收 由各吸收管增加的重量分别计算碳 氢含量 这是有机元素定量分析工作的开始 另一常见元素氮的分析方法是由J B A 杜马和J G C T 克达尔先后建立的燃烧法和湿法消化方法 传统氧化方法测定有机质 土壤领域中比较传统的丘林法和魏莱 布拉克法 湿式测碳法 取0 1 0 5g样品置于150ml的烧杯中 首先加入1mlHgSO4 摇匀 准确加入5 0ml3mol lK2Cr2O7 继而沿反应壁加13ml的浓H2SO4 使其在瓶底形呈一液层 最后加入2 0mlAg2SO4 接上冷凝管 轻轻摇动 然后加打开电炉 用变压器调节其温度 使溶液在沸腾情况下回流2小时 冷却20分钟 用30ml的蒸馏水冲洗冷凝管 取下烧瓶 加2滴指示剂 用0 0661mol lFeSO4滴定 传统氧化方法 同时进行空白测定 以10ml蒸馏水代替原试样 其它的操作方法同上 计算 C mg l V0 V1 CFeSO4 3 1000 V2其中V0为滴定5 0mlK2Cr2O7相当FeSO4的用量 毫升 V1为水样消煮后滴定所消耗的FeSO4的用量 毫升 V2为水体体积 由此公式算得提取待测液中的碳量 海洋沉积物中有机质测定 在加热条件下用一定量标准重铬酸钾 硫酸溶液来氧化有机碳 多余重铬酸钾用硫酸亚铁标准溶液回滴 从所耗去的重铬酸钾计算出有机碳含量 类似于土壤界的测碳方法 经典方法的缺点 存在氧化还原干扰和基质效应 碳酸盐溶解时可溶性碳的丢失 费时 不环保等 总氮测定 凯氏氮方法 样品中含氮的有机物质在催化剂 硫酸钾与硫酸铜 的参与下 用硫酸消煮分解 使其中的氮转化为氨 并与硫酸结合成硫酸铵 然后在浓碱作用下蒸馏 蒸出的氨用硼酸溶液吸收 用标准硫酸溶液滴定 烧失法Lossonignition 400 600 高温灼烧4 6h存在问题 有机质燃烧不完全矿物吸附水 层间水 结晶水误差有机质总量 非单元素含量碳酸盐矿物分解二价铁氧化成三价铁的质量增加少量易挥发组分的损失 有机元素分析仪类型 意大利CarloErba Thermo Fisher EA1110系列 Flash2000 FlashEA1112NC德国Elementar公司 VarioEL III系列VarioELCUBE美国Leco公司 CHN 900 CHNS 932 CNS 2000系列美国PE系列UIC公司的C S分析仪我国地矿部研制 YCH 1碳氢分析仪 YZYT总碳 有机碳测定仪 UIC公司的C S分析仪 EA1110 EA1110有机元素分析仪结构原理 FlashEA1112AutomaticElementalAnalyzers EA1112 EA1110 EA1102 Flash2000 VarioEL VarioEL ElementarCo 干燥剂 催化剂 还原Cu H2O SO2 CO2 N2 Thermoconductivitycell Flash2000 有机碳测定方法 EA1110 分析元素 C C N C H N C H N S组成 也可以测定O含量工作原理 有机质氧化成NOX CO2 H2O SOX 被Cu还原成N2 CO2 H2O SO2 色谱拄分离 热导池探测器TCD检测 信号转换 积分测量范围 100ppm 100 精度 相对偏差 C 一般 0 2 0 3 准确度 0 1 分析时间 600s EA1110 样品 标准样品 Crystine Sulphanilamide Methionine BBOT等 Bypass样品 空白样 待测样品 平行样载气 He99 999 以上纯度要求 反应气体 O299 99 以上纯度要求 样品吹扫气体 压缩空气样品量 有机质较高 10 5mg左右 有机质较低 10mg左右 可称样品量0 1 100mg 天平精度 百万分之一 液体样品 0 1 25 l EA1110分析流程 开气 开机 检漏 Standby状态调节 分析方法 模式选择 升温 称样 样品分析 数据采集 积分计算 数据检验 关机 关气 Blanksample Standard Unknownsample 有机元素的定量计算 先由标样分析求校正因子 ti 标样中i元素的含量 Ws 标样重量 mg Asi 标样中i元素的色谱峰面积 A0 i元素空白试验的峰面积 有机元素的含量Ci为 W 样品量 mg Ai一一样品中i元素的峰面积 VarioELcube SpecificationsVarioELcube 样品预处理方法 1 解冻 冷冻干燥2 酸淋洗碳酸盐组分 去离子水充分洗涤样品3 低温烘干 研磨至200目 0 074mm 4 干燥保存 测试含量校正 OC 原样 OC 酸处理xW酸处理 W原样TOC实际 TOC测量 12 TC测量 12 TOC测量 TOC实际 TOC测量 100 TC测量 TOC实际 100 12 不同仪器使用的不同处理方法 数据表达和检验 有机元素含量 POC TC TOC TIC