第5章元素及官能团定量分析.

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。CCO2HH2O•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：①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。②调节流速计；③指示流速至30～40ml/min④一侧装有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。⑤两灯维持样品燃烧温度在500℃左右，样品放于两灯之间。⑥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。⑦盛有无水MgClO4，用来定量吸收气流中的水分。⑧定量吸收CO2。⑨装水MgClO4，防止吸气装置中的湿气进入吸收管或燃烧管。⑩减低气体通过吸收装置时所受到的阻力，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500±50℃，氧气流调至30－40ml/min，装上已平衡好的吸收管，空烧15－20min，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0.1－0.05mg时，即认为空白的值已趋于稳定。样品小舟放入套管内套管放入燃烧管距管口5－7cm燃烧管温度500±50℃氧气流速35－50ml/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8－10min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15~17.6%，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6.25。牛奶及奶制品为6.38。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、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:ApparatusfortheestimationofnitrogenbyDumas'method:Apparatusfortheestimatingcarbonandhydrogen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+H3BO3NH4++H2BO3－滴定：H++H2BO3－H3BO3碱化：NH4HSO4+2NaOHNH3+NaSO4+2H2O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。①称量样品②煮解③蒸馏④滴定⑤空白试验⑥分析结果计算V×C×14.01N%＝——————×100WV－盐酸体积（样品）mlW－试样重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：不挥发、不吸湿的糊浆状液体：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；挥发性液体：在毛细管中称量，投入煮解瓶。常量称样：0.15－0.20g半微量称样：20－50mg微量称样：3－5mg•柯达尔法煮解①煮解瓶中加K2SO4－CuSO4（1:3）约15mg，浓硫酸2ml；②通风橱中加热使浓硫酸缓缓沸腾；③反应物：焦黑黄色淡蓝绿或几乎无色；④继续煮解30min，冷却；⑤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3～4d30％H2O2，继续加热至无色。•柯达尔法蒸馏①烧瓶中加2/3的蒸馏水、沸石、1~2d浓硫酸；②加热，令水沸腾，水蒸气流遍全部仪器5－10min——洗去杂质；③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；④冷凝管中通冷水，末端浸入锥形瓶液面以下；⑤自蒸馏瓶上端漏斗中加入煮解液，用1－2ml蒸馏水淋洗煮解瓶两遍——使煮解液全部移入蒸馏瓶；⑥自漏斗中加入10ml40％NaOH溶液，关闭漏斗；⑦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；⑧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。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pH4.6～5.0（酒红→绿）。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（AcidOrange，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，还包括非蛋白质的含氮部分，所以，只能称作粗蛋白。三．卤素、硫、磷的测定方法：三角接触燃烧法原理：样品在充满O2的三角瓶中，以铂金丝为催化剂燃烧分解。分解产物再用适当的溶吸收。样品中的X、S、P、B等分别形成X－、SO42－、PO43－、BO3－而溶于吸收液中，然后根据各元素的特点采用适当的方法测定其含量。反应时间：1－2min可分解完毕。全部分析时间最短只需5－10min，较复杂的样品有30min也已足够。