分析化學(xué)一章緒論.ppt

1、材料分析化學(xué),主講教師：郭曉斐 山東建筑大學(xué) 材料科學(xué)與工程學(xué)院 Email: ,參考書,北京大學(xué)：分析化學(xué)教程 (2005) 武漢大學(xué)：分析化學(xué)（第四版）（第三版） R. Kellner et al., (FECS) Analytical Chemistry （中譯本：分析化學(xué)，北京大學(xué)出版社，2001） J. A. Dean: （世界圖書出版社） Analytical Chemistry Handbook (中譯本：分析化學(xué)手冊(cè)） D. Harvey: (McGraw Hill ) Modern Analytical Chemistry,教學(xué)目的 知識(shí)、能力、素質(zhì)綜合發(fā)展,知識(shí)掌握分析化學(xué)

2、的基本理論 能力運(yùn)用分析化學(xué)理論發(fā)現(xiàn)、提出、解決分析化學(xué)問(wèn)題的能力，獲取知識(shí)、發(fā)展與創(chuàng)新知識(shí)的能力 素質(zhì)將獲取的知識(shí)、能力內(nèi)化于身 心，升華為品質(zhì)與素養(yǎng),緒論,分析化學(xué)的任務(wù)與作用 分析化學(xué)的分類 分析化學(xué)的發(fā)展,分析化學(xué)的定義,分析化學(xué)是研究并應(yīng)用確定物質(zhì)的化學(xué)組成、測(cè)量各組成的含量、表征物質(zhì)的化學(xué)結(jié)構(gòu)、形態(tài)、能態(tài)并在時(shí)空范疇跟蹤其變化的各種分析方法及其相關(guān)理論的一門科學(xué),分析化學(xué)的定義,Analytical Chemistry is a scientific discipline that develops and applies methods, instruments and stra

3、tegies to obtain information on the composition and nature of matter in space and time. 分析化學(xué)是一門發(fā)展并運(yùn)用各種方法、儀器及策略以在時(shí)空的維度里獲得有關(guān)物質(zhì)組成及性質(zhì)的信息的一門科學(xué)。 Analytical Chemistry Information Science,分析化學(xué)內(nèi)容,吸取當(dāng)代科學(xué)技術(shù)的最新成就（包括化學(xué)、物理、數(shù)學(xué)、電子學(xué)、生物學(xué)等），利用物質(zhì)的一切可以利用的性質(zhì)，研究新的檢測(cè)原理，開(kāi)發(fā)新的儀器設(shè)備，建立表征測(cè)量的新方法和新技術(shù)，最大限度地從時(shí)間和空間的領(lǐng)域里獲取物質(zhì)的結(jié)構(gòu)信息和質(zhì)量信息。

4、 In-between-science,Example: fluorescence quenching through energy transfer,發(fā)光檢測(cè)：物理學(xué) 電子學(xué) 數(shù)學(xué),分子識(shí)別： 化學(xué) 分子生物學(xué),返回,確定物質(zhì)的化學(xué)組成定性分析 測(cè)量各組成的含量定量分析 表征物質(zhì)的化學(xué)結(jié)構(gòu)、構(gòu)象、形態(tài)、能態(tài)結(jié)構(gòu)分析、 構(gòu)象分析，形態(tài)分析、能態(tài)分析 表征物質(zhì)組成、含量、結(jié)構(gòu)、形態(tài)、能態(tài)的動(dòng)力學(xué)特征 動(dòng)態(tài)分析,分析化學(xué)的任務(wù),對(duì)全球經(jīng)濟(jì)貿(mào)易統(tǒng)一質(zhì)量保障體系建立的作用 對(duì)工業(yè)生產(chǎn)的作用 對(duì)國(guó)防建設(shè)的作用 對(duì)科學(xué)發(fā)展的作用 在新材料、新能源開(kāi)發(fā)中的作用 對(duì)環(huán)境資源開(kāi)發(fā)利用與保護(hù)的作用 在生命科學(xué)研究

5、中的作用 在法律執(zhí)行過(guò)程中的作用 社會(huì)生活中的作用 等等,分析化學(xué)的作用,計(jì)量認(rèn)證與質(zhì)量保證,分析化學(xué)的分類-1,根據(jù)任務(wù)分類： 定性分析 Qualitative analysis 物質(zhì)的組成 定量分析 Quantitative analysis 成分的含量 結(jié)構(gòu)分析 Structure analysis 物質(zhì)的結(jié)構(gòu) 分子結(jié)構(gòu)，晶體結(jié)構(gòu)，分子聚集體的高級(jí)結(jié)構(gòu) 蛋白質(zhì)的構(gòu)象(-螺旋、型結(jié)構(gòu)，球狀蛋白的三級(jí)結(jié)構(gòu)）Conformation analysis DNA測(cè)序（DNA Sequencing) 形態(tài)分析 Speices analysis 物質(zhì)的形態(tài) 能態(tài)分析 Energy-state anal

6、ysis 物質(zhì)的能態(tài),分析化學(xué)的分類-2,根據(jù)分析對(duì)象分類 無(wú)機(jī)分析 Inorganic analysis （元素、離子、化合物等） 有機(jī)分析 Organic analysis（元素、官能團(tuán)、結(jié)構(gòu)） 生化分析 Biochemical analysis（蛋白質(zhì)分析、氨基酸分析、核酸分析、糖類分析等,根據(jù)應(yīng)用領(lǐng)域分類 藥物分析 Pharmacological analysis 水質(zhì)分析 Water analysis 食品分析 Food analysis 工業(yè)分析 Industrial analysis 刑偵分析 Forensic analysis 臨床分析 Clinical analysis 環(huán)境

7、分析 Environmental analysis 等等,分析化學(xué)的分類-3,分析化學(xué)的發(fā)展,人類有科技就有化學(xué)，化學(xué)從分析化學(xué)開(kāi)始 波一耳(Boyle) 的元素學(xué)說(shuō)的建立（1661）懷疑派化學(xué) 推翻了煉金術(shù)的四元素說(shuō)（水、火、土、氣）和醫(yī)藥派的三元素說(shuō)（硫、汞、鹽） 拉瓦錫(Lavoisier)的定量分析（1756）“燃燒氧化學(xué)說(shuō)” 20世紀(jì)分析化學(xué)的三次大變革 四大平衡理論：從技術(shù)發(fā)展成科學(xué) 物理與電子學(xué)的發(fā)展：從經(jīng)典分析化學(xué)發(fā)展為現(xiàn)代分析化學(xué) 計(jì)算機(jī)應(yīng)用：使分析化學(xué)向一門信息科學(xué)轉(zhuǎn)化,1.1 定量分析的過(guò)程 1.1.1 分析問(wèn)題的確定 1.1.2 取樣 1.1.3 樣品的處理 1.1.4

8、 測(cè)量 1.1.5 計(jì)算與分析結(jié)果的表示 1.2 定量分析的方法 1.2.1 化學(xué)分析法 1.2.2 儀器分析法 1.2.3 分析方法的比較與評(píng)價(jià),補(bǔ)充內(nèi)容 定量分析概論,定量分析的一般步驟,2 取樣 Sampling,3 樣品處理 Sample pretreatment,4 測(cè)定 Determination,5 計(jì)算與評(píng)價(jià) Calculation and Evaluation,1 問(wèn)題的確定 Statement of Problem,General statement Professional statement Selection of procedure,Plan, sampling,

9、transport and storage,分析問(wèn)題的確定,Nature of sample ? Analyte? Ion? Molecules? Function group? Quatitative or quantitative? How much object (sample) ? Matrix of composition? Single or multi-component? Time available? Sample supply repeatedly? Destruction or non-destruction? Look for a continuous system,分

10、析方案,首選標(biāo)準(zhǔn)方法,現(xiàn)場(chǎng)分析方法,標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì),現(xiàn)場(chǎng)分析方法,標(biāo)準(zhǔn)方法,取樣 Sampling,從待分析的對(duì)象（object or bulk matter) 中取出用于分析用的少量物質(zhì) （隨機(jī)取樣、周期取樣、選擇性取樣（取證） ） 基本要求：代表性,注意,分析方法、對(duì)分析結(jié)果的要求等,分析結(jié)果的質(zhì)量不可能好于賴于取得結(jié)果的樣本本身的質(zhì)量,Lot 分析對(duì)象總體,Sample unit 取樣單元,問(wèn)題： 應(yīng)取多少樣品？ 如何進(jìn)行二次取樣？ 如何制備測(cè)試用樣品,隨機(jī)取樣示意圖,固體取樣：樣品增量逐一混合示意圖,固體樣品的破碎、過(guò)篩、混勻、縮分,標(biāo)準(zhǔn)篩的篩號(hào)及孔徑的大小,破碎與過(guò)篩重復(fù)進(jìn)行直至全部過(guò)篩；

11、篩孔的選擇以樣品處理的難易程度確定，二次取樣的量由篩孔徑確定,問(wèn)題 一次破碎、過(guò)篩后，需要縮分幾次,樣品預(yù)處理 Sample pre-treatment,樣品預(yù)處理的目的： 使樣品的狀態(tài)和濃度適應(yīng)所選擇的分析技術(shù),樣品預(yù)處理的依據(jù)： 物質(zhì)性質(zhì)（生物樣品的有機(jī)分子或元素等） 干擾情況（是否需要分離等） 測(cè)定方法（是否需要富集等,樣品預(yù)處理的原則： 防止待測(cè)組分的損失 避免引入干擾,分解試樣：溶解、熔融、消解,溶解： 水溶（例NH4SO4中含氮量的測(cè)定) 酸溶（HCl, H2SO4, HNO3, HF等及混合酸分解金屬、合金、礦石等） 堿溶（ 例NaOH溶解鋁合金分析Fe、Mn、Ni含量,熔融：

12、酸熔（K2S2O7、KHSO4熔解氧化物礦石） 堿熔（Na2CO3、NaOH、Na2O2溶解酸性礦物質(zhì),熔融示例,消化測(cè)定有機(jī)物中的無(wú)機(jī)元素 濕式消化：硝酸和硫酸混合物作為試劑 干式灰化法,消除干擾,掩蔽 改變干擾物質(zhì)的反應(yīng)活性,分離,富集：enrichment,萃取富集 吸附富集 共沉淀富集,測(cè)定 determination,物質(zhì),物質(zhì)的性質(zhì) 組分的含量 干擾情況,分析方法,準(zhǔn)確度 靈敏度 選擇性 適用范圍,成本,時(shí)間 人力 設(shè)備 消耗品,分析方法,用戶對(duì)分析結(jié)果的要求和對(duì)分析費(fèi)用的承受度,用戶,例,石灰石中鈣的測(cè)定 常量成分(1%)，采用化學(xué)分析法（滴定分析法） 石灰石中微量鐵的測(cè)定 微量

13、成分(1%) ，可采用分光光度法,計(jì)算 Calculation,待測(cè)組分的化學(xué)表示形式 以元素形式的含量表示 例：有機(jī)物或礦樣中的 Fe、Cu、C、H、O、P、N等 以氧化物形式的含量表示 例：礦石分析中Fe2O3、P2O5等 以待測(cè)組分實(shí)際存在形式含量的表示 例：含氮量測(cè)定,mS 樣品質(zhì)量 mB待測(cè)物質(zhì)量,計(jì)算 Calculation,待測(cè)組分含量的表示方法 固體質(zhì)量分?jǐn)?shù),例：Fe = 0.5643 或 Fe = 56.43 % 低含量：g / g , ng / g 氣體體積百分?jǐn)?shù),計(jì)算 Calculation,待測(cè)組分含量的表示方法 液體 物質(zhì)的量濃度 mol / L 質(zhì)量摩爾濃度 mol

14、 / kg 質(zhì)量分?jǐn)?shù) %（mB / mS) 體積分?jǐn)?shù) %（ mB / Vs) 摩爾分?jǐn)?shù) （nB / nS) 質(zhì)量濃度 mg / L, ng / L, g / L 等,化學(xué)分析法 chemical analysis,以物質(zhì)的化學(xué)反應(yīng)為基礎(chǔ)建立起來(lái)的分析方法,重量分析法 gravimetry 容量分析法（滴定分析法）volumetry, titrimetry,化學(xué)分析法,可溶性鋇鹽中鋇含量的測(cè)定(重量法,BaSO4,鐵礦中鐵含量的測(cè)定（滴定分析法,儀器分析法 instrumental analysis,依據(jù)物質(zhì)的物理性質(zhì)及物理化學(xué)性質(zhì)建立起來(lái)的分析方法，通常使用特殊的儀器。 光學(xué)分析法 spect

15、ral analysis 電化學(xué)分析法 electroanalysis 色譜分離分析法 chromatography 等等 例：分光光度法測(cè)定微量鐵（物理化學(xué)方法，physicochemical method,儀器分析法,例：KMO4對(duì)光有吸收，可用分光光度法直接測(cè)定其濃度 （依據(jù)物理性質(zhì)，物理方法，Physical method,定量的方式比較,化學(xué)分析法絕對(duì)定量（根據(jù)樣品的量、反應(yīng)產(chǎn)物的量或所消耗試劑的量及反應(yīng)的化學(xué)計(jì)量關(guān)系，通過(guò)計(jì)算得待測(cè)組分的量。） 儀器分析法相對(duì)定量（標(biāo)準(zhǔn)工作曲線,問(wèn)題：儀器分析方法是否要求所依據(jù)的化學(xué)反應(yīng)必須反應(yīng)完全,化學(xué)分析與儀器分析方法比較,分析方法的評(píng)價(jià),分析結(jié)果的質(zhì)量 靈敏度 sensitivity 精確度 precision 系統(tǒng)誤差 bias 準(zhǔn)確度 accuracy 檢出限 limit of detection 檢測(cè)限 limit of determination 選擇性 selectivity 動(dòng)態(tài)范圍 dynamic range,分析成本 Costs of investment Duration of ana