元素分析仪

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有机元素分析的自动化仪器。最早出现于20世纪60年代,经不断改进,配备了微计算机和微处理机进行条件控制和数据处理,方法简便迅速,逐渐取代了经典的元素分析方法。

碳、氢、氮分析仪

测定方法有四:

(1)示差热导法,又称自积分热导法。样品的燃烧部分,采用了F.普雷格尔测碳、氢的方法与J.-B.-A.杜马测氮的方法(见有机元素定量分析)。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,并填充银丝以除去干扰物质(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。除氦气外,中国有些单位也已研制成使用氩气为载气的装置。也有用氧气为载气的,但只能测定碳和氢,且不用还原管,氮燃烧后生成的氮的氧化物被吸收除去。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、水顺序分离成三个色谱峰,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 96493库仑的电量。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,二氧化碳被吸收后,与之反应使溶液pH值降低,即自动电解产生氢氧根离子使溶液的pH值保持在一定数值,由消耗的电量求出二氧化碳含量。水则通过与碳反应,产生一氧化碳,再转化为二氧化碳,再用上法测定。

(4)电导法,即电导分析法。用碱溶液吸收二氧化碳,对溶液电导的改变进行测量,水可转化为二氧化碳后用同法测定,也可直接通入浓酸内观察其电导的改变。电导法与库仑分析法因只能同时测定碳、氢,其应用不如热导法广泛。此外还有单独测定氮的仪器。

氧、硫分析仪

现代的测碳、氢、氮的仪器,在换用燃烧热解管后都可测定氧或硫。测定氧时,其前处理方法与经典法相似(见有机元素定量分析)。将样品在高温管内热解,由氦气将热解产物携带通过活性碳(涂镍或铂)的填充床,使氧全转化为一氧化碳,混合气体通过分子筛柱,将各组分分离,用热导池检测一氧化碳气体而进行定量分析。另一种方法是使热解气体通过氧化铜柱,将一氧化碳氧化为二氧化碳,用烧碱石棉吸收后由热导示差的信号测定;或同上所述,用库仑分析法测定。硫则通常氧化成二氧化硫,在热解管内填充氧化钨等氧化剂,并可通入氧气帮助氧化,生成的二氧化硫用各种仪器方法测定。例如,可通过分子筛柱用气相色谱法测量;也可通过氧化银吸收管,由吸收前后热导差示响应求出含量;也可用库仑滴定法,将二氧化硫吸收氧化成硫酸,吸收液之pH值改变,电解产生氢氧根离子,中和氢离子,使pH恢复至原来数值,由电量求得硫含量。

卤素分析仪

含卤素(见卤族元素)的样品燃烧分解后生成卤离子,常用库仑滴定法测量;也可用离子选择性电极测量;或以它为测量电极,直接读取电位值,由已知电位-浓度关系求得含量;或以它为指示电极,用硝酸银标准溶液滴定,滴定至预先调好之电位值即自动停止,由消耗的标准溶液体积计算卤素含量。