经典的测定碳、氢、氮（氧或硫）的方法，其共同的特点是使有机物在催化剂作用下，分解燃烧（或氢解），生成简单的元素或化合物。然后用重量法或容量法测定。由于分解时间长，多为手工操作，要求熟练的操作技术，远不能满足科学研究和生产的要求。

有机元素快速分析仪是选用高效催化剂，在特定的气流作用下，使有机物瞬时（高速）燃烧分解，又称爆炸氧化。将待测物质转化为易测的元素或化合物，采用先进的物理方法测量。通过记录仪或微型电子计算机，自动显示待测元素的信号和含量。

元素分析仪的物理检测方法，通常按测定原理分为两大类：热导法和电化学分析法。

热导法按混合气体分离方法的不同，主要分为差示吸收热导法和热导检测气相色谱法。电化学分析法有电导、库仑、电导-库仑结合等三种。前面讨论过的微库仑法定硫、氮就属于这种方法。此外，库仑法还可用于碳、氢、氯等元素的测定。本节只讨论热导法。

一、热导检测气相色谱法

热导检测气相色谱法的原理是：样品进入装有催化剂的石英燃烧管内，在氧气和惰性载气流中瞬时燃烧分解。选择适当的气相色谱柱，将分解生成的产物分离成单一组分。然后依次进入热导池检测器分别测定，原理流程见图2-18。这些元素分析仪通常是对碳、氢、氮同时测定的，也能改换为对氧或硫的测定。

1—电炉；2—铂舟；3—铁；4—参比池；5—记录仪；6—热导池；7—色谱柱

意大利Carlo Erba公司生产的1106型碳、氢、氮和氧（或硫）分析仪属于这类仪器。图2-19是1106型元素分析仪流程图，它分有碳、氢、氮系统和氧（或硫）两个系统。碳、氢、氮的测定是用锡皿称量试样（0.1～5.0mg），在含纯氧的氦气流下（氦为载气，加入氧气助燃），进入竖式的加热至1010℃的石英燃烧管中。管内装有三氧化二铬催化剂和吸收干扰气体的银试剂（镀银氧化钴）。样品在高温下瞬时燃烧，有机物定量转化为二氧化碳、水、氮及氮的氧化物。其中干扰组分（二氧化硫、卤素）由燃烧管内的银试剂吸收除去，其余混合气通过还原管在650℃温度下，由管内还原铜除去反应剩余的氧气，同时把氮的氧化物还原为氮气。混合气（二氧化碳、水气、氮）在100℃温度下，由载气带入填充有固定相为Porapok QS的色谱柱中，把反应生成的三个组分逐一分离。用热导检测器检测。出峰顺序为氮、二氧化碳、水。由自动积分仪用数字显示峰面积，计算测定结果：

1—氧气入口阀（C、H、N）；2—氧气入口阀（S）；3—进样器；4—燃烧管（C、H、N）；5—还原管（C、H、N）；6—裂解管（O/S）；7—裂解炉（O/S）；8—还原炉（C、H、N）；9—燃烧炉（C、H、N）；10—恒温炉；11—色谱柱（C、H、N）；12—色谱柱（O/S）；13—检测器；14—记录仪；15—积分仪；16—阱；17—计算机

式中， G 为样品质量，mg； 、 、 为二氧化碳、氮、水的空白峰面积； 、 、 为样品中二氧化碳、氮、水峰面积； 、 、 为氮、二氧化碳、水的校正因子。

校正因子表示单位峰面积相当于被测元素的毫克数。由标准样品测得。

氧的测定：取定量的试样在氦气流中瞬时裂解，在1060℃温度下通过特制的镍铂碳催化剂。氧定量转化为一氧化碳，其他有机硫、氮、卤素化合物转化为氮、硫化氢和卤化氢。反应产物进入吸收管，除去酸性的燃烧产物。然后进入填充0.5nm分子筛的色谱柱，使一氧化碳与氮分离，用热导检测器测定。由一氧化碳色谱峰面积，求得试样中氧的含量。

硫的测定：试样在含少量纯氧的氦气流中进入加热至1000℃的燃烧管内，在三氧化二钨催化剂作用下，定量转化为二氧化硫。由还原铜除去载气中剩余的氧气后，混合气流进入色谱柱，分离出二氧化硫，用热导检测器测定。由二氧化硫峰面积，计算试样硫含量。

硫和氧的测定共用一个系统。碳、氢、氮和氧（或硫）系统共用一个热导池，彼此互为参考臂。两个系统可以交替使用。使用自动进样器每次可连续分析23～196个样品。测量范围为0.01％～100％。准确度为±0.3％。分析一个试样为5～8min。

我国的ST-02型碳、氢、氮和氧元素分析仪即属热导检测气相色谱仪。其采用了高效能钨酸银与三氧化二铬混合物作碳氢的氧化剂，镀银铜为测氮还原剂，镍铂碳为测氧还原剂。用GDX-105作二氧化碳、氮、水气分离的色谱固定相，可用于测定高沸点液体和固体试样，对一些难分解的复杂大分子和高聚物也会得到满意的结果。

二、自积分热导法

自积分热导法又称为示差吸收热导法。在常用的热导检测中，由于记录的是时间函数的动态电压，误差主要来自热导池桥路和组分浓度的非线性关系，其次是载气的波动和积分造成的误差。为避免上述缺点，令反应产物在减压密封的静态系统中进行测量。方法是使燃烧产物与载气一起进入一个体积固定的混合管内，压力达到预定值时，让气体密闭在混合管内。待气体扩散达到浓度均匀并恒温后，膨胀进入已抽空的三对热导池中。其中氢热导池两臂间接有高氯酸镁吸收管，当反应产物通过，水汽被吸收，产生氢的示差信号；同样碳热导池两臂间接有烧碱石棉吸收管，吸收二氧化碳产生碳的示差信号；余下的氮、氦（载气）与纯氦比较，得到氮的示差信号。由于膨胀时，气体受限流器的限制，使检测系统在极短时间内达到压力平衡，处于半静止状态，所得信号是一个稳定的电压值，不需积分，故称为自积分热导法。由于燃烧与记录过程分别独立进行，故载气波动对结果影响不大。

（一）碳、氢、氮的测定

图2-20是P-E240C型碳、氢、氮分析仪装置流程图。样品在少量高纯氧和氦气流下进入燃烧管。控制温度为850～1000℃，管尾部装有担载在担体Chromosorb P（60～100目）上的氧化银和钨酸银催化剂以及吸收干扰产物的银试剂（银和钒酸银的混合物）。样品在燃烧管内瞬时高温氧化，由银试剂除去生成的二氧化硫和卤素等干扰物。其他二氧化碳、水、氮和氧化氮等燃烧产物由氦气带入还原段中。还原管温度控制500～700℃，还原催化剂为60～100目的铜。它使氧化氮还原为氮气，同时使燃烧产物中剩余的氧生成氧化铜除去。燃烧产物（氮、水气、二氧化碳）由氦气带入气体混合器中。混合管容积为300mL，充压200kPa。四种气态组分在混合管内均匀混合，扩散进入采样器。采样器是蛇形铜管，保证气体混合物以一个恒定的速度流过检测器。为使操作稳定，气体混合管、采样器、压力控制器、检测单元都放在一个恒温系统中。气体混合物依次通过三个检测器，分别测得氮、二氧化碳、水的示差信号。记录谱图为三个狭窄的矩形峰（见图2-21）。根据峰高与被测元素含量呈线性关系，求出各元素的百分含量。

1—还原炉；2—燃烧炉；3—闪光加热器；4—记录仪；5—计量管；6—混合管；7—恒温槽

（二）氧的测定

测氧时需对仪器进行改装，用裂解管和氧化管代替燃烧管和还原管，裂解管和氧化管之间需连接一个U形酸性气体吸收管。裂解管内填充镀铂碳作为高温裂解催化剂，裂解温度为975℃。有机物在氦气流下进入裂解管，其中的氧转化为一氧化碳，生成的干扰测定的裂解产物通过装在裂解管尾部的铜和银（900℃）吸收除去，其中酸性气体通过装有氢氧化锂的U形吸收管除去。剩下的是待测气体一氧化碳，由氦气送入氧化管，管内装有温度为670℃的氧化铜，一氧化碳在此条件下定量地转化为二氧化碳，随后进入碳的检测桥路。根据测得的二氧化碳峰高，求得氧含量。

（三）碳、氮、硫的测定

测定前仪器进行改装。在燃烧管和还原管之间，装上U形吸收管，管内装有8-羟基喹啉，用来吸收卤素。燃烧管内装有催化剂为氧化钨，尾部装有氯化钙作为吸水剂。还原管内装有铜作为还原剂。原来用于测定氢的检测器内的水吸收管由二氧化硫吸收管代替。吸收管内装有氧化银，管外有加热套，使吸收反应保持在210℃温度下进行。

试样在含少量氧的氦气流下燃烧分解，燃烧管控制温度为975℃，在催化剂作用下，试样分解定量地转化为二氧化碳、水、二氧化硫、卤素、氮及氮的氧化物。水被氯化钙吸收；卤素被8-羟基喹啉吸收；氧化氮由铜还原为氮气；剩余的氧在还原管内吸收除去。得到待测的二氧化硫、二氧化碳、氮等气体，由氦气送入三个热导检测器中，分别测得其示差信号，计算硫、碳、氮的百分含量。

型号为P-E2400型碳、氢、氮分析仪，仪器系统操作及计算功能均由微机控制，其准确度和自动化程度都进一步提高。自动进样器每次可进入60个样品，分析一个样品为5分钟，准确度可达±0.3％。

国外另一种自积分热导法元素分析仪是MT-2型碳、氢、氮元素分析仪。见图2-22。

1—试料分解炉；2—氧化炉；3—还原炉；4—保温连接管；5—燃烧管；6—还原管；7—压力调节阀；8～10—流量计；11～16—电磁阀；17—预热器；18—泵；19—H ₂ O吸收管；20—CO ₂ 吸收管；21—延迟盘管；22～24—T.C.D；25—EXT；26—泵恒温槽；27—检测器恒温槽

我国DZF-1型碳、氢、氮和氧元素分析仪。使用价廉的氩气代替昂贵的氦气作载气。准确度可达±0.3％～±0.5％。