第5章 元素及官能团定量分析

1、第五章 元素及官能团定量分析第一节 元素定量分析第二节 官能团定量分析第三节 物质含量分析第一节 元素定量分析元素定量分析是研究有机化合物的最基本的步骤之一。目的：测定未知物中各种元素的百分含量。通常测定的元素有C、H、N、X、S、P等。由元素的百分含量可以求得该化合物中各元素的组成比，从而得出实验式，继而由所测的分子量求出分子式。一 C、H的测定 有机化合物在燃烧管内，在氧气流中燃烧分解，其中 然后，再经过加热至500的AgMnO4氧化质使全部定量氧化，分别以适量的吸收剂吸收，用重量法称重。C CO2H H2O仪器装置半微量法测定碳和氢的装置1.氧气净化器 2.微动螺旋夹 3.流速计 4.吸

2、收管 5.燃烧管 6.PbO2的加热7.H2O吸收管 8.CO2吸收管 9.防护管 10.吸气装置 各部件作用：上部的精制管盛满AgMnO4分解产物，以分解除去N2及各种氮化物；下部为冷却肼，冷却O2。调节流速计；指示流速至3040ml/min一侧装有MgClO4以吸收O2气流中的水蒸气；另一侧装有CaO以吸收氧气流中的CO2。两灯维持样品燃烧温度在500左右，样品放于两灯之间。维持靠吸收管部位的温度不低于150 ，以便把水汽全部赶入水吸收管。盛有无水MgClO4，用来定量吸收气流中的水分。定量吸收CO2。装水MgClO4，防止吸气装置中的湿气进入吸收管或燃烧管。减低气体通过吸收装置时所受到的

3、阻力，使吸收管中的压力大致与大气压相同，以免气体从各处街头处的橡皮管上逃出，或当管内的压力太小时，防止空气中的水蒸汽从这种地方滲入。分析步骤1.仪器安装及检查：按装置图装好仪器，完后检查是否漏气。2.空白测定：检漏完毕后作空白实验。将燃烧炉升温至50050，氧气流调至3040ml/min，装上已平衡好的吸收管，空烧1520min，称重吸收管。3.样品称取：样品放于小铂舟中称重，然后连同铂舟一起，放于燃烧管中。4.样品燃烧：5.吸收管称重：要求水吸收管从燃烧装置拆下到称重完毕恰好用10min完成；称CO2必须恰好15min。6.计算：若前后两次吸收管的重量差值在0.10.05mg时，即认为空白的

4、值已趋于稳定。样品小舟放入套管内套管放入燃烧管距管口57cm燃烧管温度50050氧气流速3550ml/min赶走系统中的空气接上预先恒重的充满氧气的两个吸收管燃烧810min称重C%=CO2质量C原子量/CO2分子量100样品质量H%=H2O质量H原子量/H2O分子量100样品质量二. N的测定定 N 的一个目的就是测定样品中蛋白质的含量。利用以下方法测出总氮 量 ， 然 后 乘 以 蛋 白 质 换 算 系 数 得 出 蛋 白 质 含 量 。这个系数决定于物质中存在的蛋白质的含 N 量。对于任何蛋白质来说，各种元素的含量大体上是一定的，因为构成蛋白质的氨基酸种类基本相似，只是排列不同而已。在蛋

5、白质中， C 约占 50% ，H 约占 7% ， O 约占 22% ， N 约占 16% ， S 约占 2% 。所以，一般常用的蛋白质的换算系数为 100/16 6.25 ，即一份 N 素相当于 6.25 份蛋白质。 蛋白质的含 N 量一般为 1517.6% ，一般常用的蛋白质的换算系数为 6.25 （即蛋白质的含 N 量为 16% ），例如：鸡蛋、肉类、青豆、玉米等 食 品 的 换 算 系 数 即 为 6 . 2 5 。 牛 奶 及 奶 制 品 为 6 . 3 8 。含氮有机物 N2 + H2O + CuCO2气流中CuO杜马法多用于有机分析，很少用于食品分析，用杜马法测总有机氮时，对卟啉类

6、、嘧啶类、长链脂肪酸的酰胺类均可产生误差，往往使测定的氮值偏低。A：杜马法-测定原理定氮方法：杜马法、柯达尔法等Fig: Apparatus for the estimation of nitrogen by Dumas method http:/ Fig: Apparatus for the estimating carbon and hydrogen 碳氢分析仪（碳氢分析仪（CH）B：柯达尔法柯达尔(Kjeldahl )法，又叫凯氏定氮法。凯氏定氮法是测总有机氮的一个准确、简便的方法之一，可用于所有的动植物食品的分析，国内外应用较为普遍，迄今被作为法定的标准检验方法。根据所测样品中蛋白质含

7、量的不同，凯氏定 N 法又分为常量凯氏定 N 和微量凯氏定 N ，二者的不同在于：（ 1 ）样品用量和试剂用量不同：微量凯氏定 N 比常量凯氏定 N 的样品用量和试剂用量少（ 2 ）装置不同：微量凯氏定 N 另有一套适合于微量测定的仪器装置。消化：含N有机物 H2SO4(浓) NH4HSO4 + CO2 + H2O + CuSO4K2SO4B.柯达尔法1. 原理：吸收：NH3 + H3BO3 NH4+ + H2BO3滴定：H+ + H2BO3 H3BO3碱化：NH4HSO4 + 2 NaOH NH3 + NaSO4 + 2 H2O 样品中的含氮有机化合物，经浓硫酸加热消化，有机质被破坏，其中的

8、 C 和 H 变为 CO2 和 H2O 逸出，而 NH3 则与 H2SO4 结合生成 (NH4)2SO4 或者NH4HSO4留在溶液中。将溶液中的NH3碱化，游离，然后蒸出。放出的 NH3 用硼酸吸收（以混合指示剂指示终点）用 H2SO4 或 HCI 标准溶液滴定，呈淡紫红色为终点，这样可计算出总氮量，进而计算出蛋白质的含量。B：柯达尔法1. 装置微量定氮煮解及蒸馏装置K2SO4 和 CuSO4 的作用是什么? 提高溶液的沸点，加速对有机物的分解。 CuSO4 起催化剂的作用。 称量样品 煮解 蒸馏 滴定 空白试验空白试验 分析结果计算 V C14.01N%100 WV盐酸体积（样品）mlW试

9、样重mgC标液酸浓度mol/l操作演示 DB：柯达尔法-操作步骤操作演示 E操作演示 F操作演示 G柯达尔法称量样品固体：以微量管称量，倒入干燥的煮解瓶，防止粘在瓶壁上。液样：称样方式：在小瓷舟或小玻璃皿中称量后，将装有样品的容器一同投入柯氏烧瓶；在毛细管中称量，投入煮解瓶。0.150.20g2050mg35mg柯达尔法煮解 煮解瓶中加K2SO4CuSO4（1:3）约15mg，浓硫酸2ml； 通风橱中加热使浓硫酸缓缓沸腾； 反应物：焦黑黄色淡蓝绿或几乎无色； 继续煮解30min，冷却； 加3ml蒸馏水，冷却。若加热半小时后，反应仍为深色，可将其冷却，加34d 30 H2O2，继续加热至无色。柯

10、达尔法蒸馏烧瓶中加2/3的蒸馏水、沸石、12d 浓硫酸；加热，令水沸腾，水蒸气流遍全部仪器510min洗去杂质；锥形瓶（150ml）：10ml饱和硼酸（4）溶液、4d溴甲酚绿甲基红（10:4）指示剂；冷凝管中通冷水，末端浸入锥形瓶液面以下；自蒸馏瓶上端漏斗中加入煮解液，用12ml蒸馏水淋洗煮解瓶两遍使煮解液全部移入蒸馏瓶；自漏斗中加入10ml 40NaOH溶液，关闭漏斗；收集约30ml蒸馏液时，降低锥形瓶，是冷凝管末端脱离液面，在收集10ml；用少量蒸馏水冲洗冷凝管末端使洗液流入锥形瓶中。蒸馏完毕。l柯达尔法滴定0.025mol/l标准盐酸，用10ml微量滴定管滴定收集的蒸馏液。终点时溶液由蓝

11、色变为 灰色。甲基红溴甲酚绿混合指示液:取0.02g甲基红,0.1g溴甲酚绿溶于100ml的乙醇中，摇匀，即得.变色范围 pH4.65.0（酒红绿）。 l柯达尔法空白试验用完全相同的手续与试剂用量进行两次空白试验，以每一次含有样品的试液的滴定值减去由试剂所做两次空白试验的平均值，即为样品所消耗酸液的数值。目的：1. 去除系统内外带入的N的影响2. 蒸馏时会有一部分碱液比水蒸气带入到硼酸溶液中去，使之对滴定产生一定的影响。定氮的其他方法染料结合法： 凡是来源相同的蛋白质，其碱性或酸性 AA 的含量，基本上是相同的。利用这个特点，加入过量的碱性或酸性染料，使其和蛋白质形成不溶性盐而沉淀析出，用分光

12、光度计测定未反应的染料量，推算出结合染料量而求得蛋白质的含量。本法常用的一种染料为酸性橙 12 （ Acid Orange ，简写 AO -12 ）。因为染料与蛋白质的反应比较复杂，因此不能用这种方法对来源不同的蛋白质进行比较定量。定氮的其他方法双缩脲（试剂）法：双缩脲在碱性环境中，能与 CuSO4 结合生成红紫色的络合物，此反应称为双缩脲反应。蛋白质分子中含有肽键，与双缩脲结构中的亚酰胺键相似，故能呈此反应。这种方法操作简便迅速，但灵敏度较差，适用于精度要求不太高的蛋白质含量的测定。两个氨基酸缩水形成肽键肽键 定氮的其他方法酚试剂法： 包括两步反应： （ 1 ）在碱性条件下，蛋白质与铜作用生成蛋白质-铜的红紫色络合物 （ 2 ）此络合物将酚试剂（磷钼酸、磷钨酸的混合液）还原，产生深蓝色（磷钼兰、磷钨兰的混合液），颜色的深浅与蛋白质的含量成正比，从而可计算出蛋白质的含量。 这种方法操作简便，灵敏度比双缩脲法高 100 倍，在生化研究中常使用这种方法。关于定氮的一个问题：为什么说用凯氏定氮法测出的蛋白质只能称作粗粗蛋白蛋白？ 在食品和生物材料中可能包括有非蛋白质氮的化合物，例如：核酸、生物碱、卟啉、含氮色素等，用凯氏定氮法测定总氮量，然后乘以蛋白质换算系数，就是蛋白质的含量。用此法测定出来的总氮量，还包括非蛋白