有机元素分析、原理、方法、运用

地质体中-------

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 Vario EL CUBE 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

Let life be beautiful like summer flowers and death like autumn leaves

泰戈尔《飞鸟集》 No.82

使生如夏花之绚烂，死如秋叶之静美

我们生活中有机物无处不在

DNA

Medicines Active Pharmaceutical Ingredients Excipients

Fuels

Materials

Essential oils

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)

生物圈的元素组成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 (Redfield Ratio) 陆地生命体- C830H1230O604N9P不同有机物的元素间比值 有机物 糖类 蛋白质 脂肪 木质素 原油 煤 H:C 1.67 1.54 2 1.1 0.99 0.76 O:C 0.83 0.38 0.1 0.37 0.1 0.11 N:C 0 0.27 0 0 0.02 0

腐殖质

1.2

0.64

0.03

Bond Dissociation Energy

(kJ mol-1) C-C键: 特别强的共价键 C: 具有独特的易链接性

C-C 348

N-N 163

O-O 157

可以形成原子链 C-C键可以组成分子C C C C C C CLinear molecules

C C

C

C

C

C

C

C C C CCyclic molecules

C

Branched molecules

几种可燃矿产的主要元素含量(张厚福和张万选，1990)

名称无烟煤 烟煤

C%92-97 82-92

H%2-4 2.5-5

O%2-4 5-8

C/H~45 16-20

褐煤泥炭 石油 沥青 腐泥岩

65-7055-60 80-88 78-89 44-61

5-65-6 10-14 8-12 5-8

25-3025-30 ~1 7-8 20-25

13-1612-15 5.9-8.5 6-10 7-9

原油的元素组成(重量百分比)原 油 产 地 大庆(萨尔图混合油) C 85.74 86.26 84.24 元 素 组 成 H S 13.31 0.11 12.20 11.74 0.80 2.20 N 0.15 0.41 0.47 O 0.69 -

中

胜利(101混合油) 弧岛油田

大港油田(混合油)国 江汉油田(混合油) 克拉玛依油田(混合油) 前 苏 联

85.6783.00 86.13

13.4012.81 13.30

0.122.09 0.04

0.230.47 0.25

1.63 0.28

雅雷克苏 乌克兰老格罗兹尼 卡拉 -布拉克

80.61 84.6086.42 87.77 84.60 86.40 85.70

10.36 14.0012.62 12.37 12.70 11.70 11.00

1.05 0.140.32 0.40 0.60 0.70 1.90

痕量 1.251.70 2.61 0.45

8.97 1.250.68 0.46 1.20 -

美

文图拉(加利福尼亚州) 科林加(加利福尼亚州) 博芒特(得克萨斯州) 堪萨斯州

国

84.20 13.00 (据石毓程，1980 补充)

0.45

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

Humic substance 腐殖质: Soil organic compounds become stabilized and resistant to further changes by microorganisms; Stabilized organic matter acts like a sponge and can absorb six times its weight in water

高聚物 高分子量 无定型 抗分解

高吸附性

Humus = High

Medium

Low

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)。