分析化學(xué)概論

1、分析化學(xué)分析化學(xué) 1 1.1 分析化學(xué)的定義、任務(wù)作用 1.6 滴定分析法概述 1.2 分析方法的分類與選擇 1.3 分析化學(xué)發(fā)展簡史與發(fā)展趨勢 1.4 分析化學(xué)參考文獻(xiàn) 1.5 分析化學(xué)過程及分析結(jié)果的表示 1.7 基準(zhǔn)物質(zhì)和標(biāo)準(zhǔn)溶液 1.8 滴定分析中的計(jì)算 分析化學(xué)分析化學(xué) 2 分析化學(xué)分析化學(xué) 3 徐光憲院士指出：“化學(xué)的定位是與時(shí)俱進(jìn)的。 19 世紀(jì)恩格斯把化學(xué)定位為研究原子的科學(xué)； 20 世紀(jì)化 學(xué)被定位為研究分子的科學(xué)； 21 世紀(jì)美國C.A.Reg No. 登錄的分子數(shù)已近 1 億，其中合成的化合物占三分之一， 識別的生物分子占三分之二。所以， 21 世紀(jì)化學(xué)的核 心任務(wù)已經(jīng)演

2、變成廣義的分子合成化學(xué)和廣義的分析 化學(xué)包括分子的識別和序列測定、結(jié)構(gòu)分析、形 貌分析、粒度分析和物質(zhì)成像等?！?1.1 分析化學(xué)的定義、任務(wù)和作用 分析化學(xué)分析化學(xué) 4 1.1 分析化學(xué)的定義、任務(wù)和作用分析化學(xué)的定義、任務(wù)和作用 (一)什么是分析化學(xué)? 1、定義 分析化學(xué)是研究物質(zhì)化學(xué)組成和結(jié)構(gòu) 的分析方法 及有關(guān)理論的一門科學(xué)； 分析化學(xué)是研究物質(zhì)化學(xué)組成的表征與測量 的科 學(xué)； 分析化學(xué)分析化學(xué) 5 歐洲化學(xué)會(FECS：Federation of European Chemical Societies) 分析化學(xué)是發(fā)展和應(yīng)用各種理論、方法、儀器和策略， 以獲取有關(guān)物質(zhì)在相對時(shí)空內(nèi)的組

3、成和性質(zhì)的信息的 一門科學(xué)。 Analytical Chemistryis a scientific discipline that develops and applies methods, instruments and strategies to obtain information on the composition and nature of matter in space and time. 分析化學(xué)分析化學(xué) 6 成分分析 結(jié)構(gòu)分析 定性分析 定量分析 2 、主要任務(wù)、主要任務(wù) （1）確定物質(zhì)的化學(xué)組成（定性分析） （2）確定各組分的含量（定量分析） （3）表征物質(zhì)的化學(xué)結(jié)構(gòu)（結(jié)

4、構(gòu)分析） 3 、內(nèi)容 分析化學(xué)分析化學(xué) 7 （二）分析化學(xué)的作用 1 、科學(xué)研究： 宇宙科學(xué)，生命科學(xué) 分析化學(xué)分析化學(xué) 8 登陸火星的海盜者登陸火星的海盜者1號（美國）號（美國） Viking Lander 1 to Mars 于1975 年8月20日發(fā)射升空，1976 年6月19日進(jìn)入火星（距地球3.5 億公里）的軌道，7月20日在火星著陸。 分析化學(xué)分析化學(xué) 9 海盜者海盜者1號說明號說明 分析化學(xué)分析化學(xué) 10 “ 勇氣”號火星探測器（美國） 2003 年6月10日發(fā)射，2004 年1月4日登陸火星。 分析化學(xué)分析化學(xué) 11 中國首個(gè)火星探測器“螢火一號” 于2011年11月9日搭乘俄

5、羅斯運(yùn)載火箭前往火星 ，行程3.56億 公里，歷時(shí)11個(gè)月 分析化學(xué)分析化學(xué) 12 嫦娥一號于2007年10月24日18時(shí)05分在西昌衛(wèi)星發(fā)射中心升空，在累計(jì)飛行近 494 天后，于 北京時(shí)間2007年3月1日16點(diǎn)13分10秒成功落在月球的豐富海區(qū)域。 分析化學(xué)分析化學(xué) 13 Adenine (A)Guanine(G) 腺嘌呤鳥嘌呤 Base Suger-phosphoate backboog Cytosine (C)Thymine (T)Uracil(U) 胞嘧啶胸腺嘧啶尿嘧啶 DNA測序是現(xiàn)代分析化學(xué)中的一項(xiàng)重要任務(wù) DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)與堿基結(jié)構(gòu)示意圖 分析化學(xué)分析化學(xué) 14 人類基因組計(jì)

6、劃(human genome project, HGP)是由 美國科學(xué)家于1985年率先提出，于1990年正式啟動的。 美國、英國、法蘭西共和國、 德意志聯(lián)邦共和國 、日本 和我國科學(xué)家共同參與了這一價(jià)值達(dá) 30 億美元的人類基 因組計(jì)劃。這一計(jì)劃旨在為 30 多億個(gè)堿基對構(gòu)成的人類 基因組精確測序，發(fā)現(xiàn)所有人類基因并搞清其在 染色體 上的位置，破譯人類全部 遺傳信息。與曼哈頓原子彈計(jì) 劃和阿波羅計(jì)劃并稱為三大科學(xué)計(jì)劃。 分析化學(xué)分析化學(xué) 15 我國于1993年加入該計(jì)劃，承擔(dān)其中 1%的任務(wù)， 即人類3號染色體短臂上約 30Mb 的測序任務(wù)。2000 年6月28日人類基因組工作草圖完成。由于

7、人類基因 測序和基因?qū)＠赡軙砭薮蟮纳虡I(yè)價(jià)值，各國 政府和一些企業(yè)都在積極地投入該項(xiàng)研究，如 1997 年AMGE公司轉(zhuǎn)讓了一個(gè)與中樞神經(jīng)疾病有關(guān)的基 因而獲利3.92億美元。 分析化學(xué)分析化學(xué) 16 2008 年，日本科學(xué)家下村修、美國科年，日本科學(xué)家下村修、美國科 學(xué)家馬丁學(xué)家馬丁沙爾菲和美籍華裔科學(xué)家沙爾菲和美籍華裔科學(xué)家 錢永健。這三位科學(xué)家因在發(fā)現(xiàn)和研錢永健。這三位科學(xué)家因在發(fā)現(xiàn)和研 究綠色熒光蛋白方面作出貢獻(xiàn)而獲獎。究綠色熒光蛋白方面作出貢獻(xiàn)而獲獎。 分析化學(xué) 17 萬卡特拉曼-萊馬克里斯南(VenkatramanRamakrishnan，英)、托馬斯-施泰 茨(Thomas

8、Steitz，美)和阿達(dá)-尤納斯(AdaYonath，以色列)因?qū)Α昂颂求w結(jié) 構(gòu)和功能的研究”做出突出貢獻(xiàn)而獲得2009年諾貝爾化學(xué)獎。 分析化學(xué)分析化學(xué) 18 資源開發(fā)；生產(chǎn)過程控制；產(chǎn)品質(zhì)量 檢測；新產(chǎn)品開發(fā)；“三廢”處理等。 分析化學(xué)是工業(yè)生產(chǎn)中的“眼睛” 土壤成份監(jiān)測；化肥、農(nóng)藥使用；微 量元素對農(nóng)作物的生長調(diào)節(jié)等。 （二）分析化學(xué)的作用 2、工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)： 工業(yè)生產(chǎn)： 農(nóng)業(yè)生產(chǎn)： 分析化學(xué)分析化學(xué) 19 3 、環(huán)境保護(hù):污染物監(jiān)測；環(huán)境質(zhì)量評價(jià)；環(huán)境 污染治理。 4、國防:高純材料、高能材料、高強(qiáng)度材料 5 、生命科學(xué): 生命本質(zhì)探求、生命重要物質(zhì)、記 憶本質(zhì) 6 、醫(yī)藥衛(wèi)生: 疾病診

9、斷、藥品檢驗(yàn)、藥品作用過 程 7 、日常生活: 衣、食、住、行 公安:案件偵破（法醫(yī)） 分析化學(xué)分析化學(xué) 20 快速三聚氰胺檢測方法 檢出限達(dá)1 ?g/Kg 利用三維多孔結(jié)構(gòu)的氧化鋯中空纖維，對乳制 品中三聚氰胺（化學(xué)式： C3H6N 6 ）進(jìn)行同步富集與 萃取，再聯(lián)合氣相色譜 - 質(zhì)譜聯(lián)用法快速測定乳制品 中三聚氰胺含量。它的最低檢出限達(dá)到每毫升 0.001 微克。 河北三鹿奶粉系列案 分析化學(xué) 21 Analytical Chemistry Physics Astrophysics Astronomy Biophysics 分析化學(xué) 與化學(xué)的 其他分支 及其他科 學(xué)的關(guān)系 引自美Dougl

10、as A. Skoog 等著Analytical Chemistry, 2000,7th ed. Chemistry Biochemistry Inor.Chem. Organic Chem. Physical Chem. Biology Botany Genetics Molecular Biology Microbiology Zoology Geology Geophysics GeochemistryP aleontology Paleobiology Environmental Sciences Ecology Meteorology Oceanography Agriculture

11、 Agronomy Animal Science Crop Science Food Science Horticulture Soil Science Social Sciences Archeology Anthropology Forensics Materials Science Metallurgy Polymers Solid State Medicine Clin. Chem. Medicinal Chem. Pharmacy Toxicology Engineering Civil Chemical Electrical Mechanical 分析化學(xué)分析化學(xué) 22 IUPAC

12、91 大會主席、日本東京大學(xué)NiKi教 授在大會報(bào)告上指出：Whether the coming 21st century will be bright or dark depends largely on the advances of science and technology in the various information, energy, resource, environment and health fields.Theanalytical sciences will be key factorsfor solving problems in these fields. 分

13、析化學(xué)分析化學(xué) 23 (三) 學(xué)習(xí)分析化學(xué)達(dá)到的目的 1. 了解分析化學(xué)的基本知識體系；了解分析化學(xué)的基本知識體系； 2. 掌握常見的化學(xué)分析方法的原理、特點(diǎn)及應(yīng)用 ; 3. 掌握常用的儀器分析方法的原理、特點(diǎn)及應(yīng)用； 4. 獲取分析問題和解決問題的能力； 5. 培養(yǎng)嚴(yán)肅認(rèn)真、實(shí)事求是的科學(xué)態(tài)度和工作作風(fēng)。 分析化學(xué)分析化學(xué) 24 1 、掌握方法、多記多練，學(xué)好理論知識； 2 、重視實(shí)驗(yàn)、耐心細(xì)致，培養(yǎng)實(shí)驗(yàn)技能。 （四）怎樣學(xué)好分析化學(xué) 分析化學(xué)分析化學(xué) 1.2.1 根據(jù)分析的目的、任務(wù) 25 結(jié)構(gòu)分析（Structure Analysis） 研究物質(zhì)的分子結(jié)構(gòu)、晶體結(jié)構(gòu)等 定性分析（Qual

14、itative Analysis） 定量分析（Quantitative Analysis） 鑒定物質(zhì)由哪些元素、原子團(tuán)或化合物所組成 測定物質(zhì)中有關(guān)成分的含量 1.2 分析方法的分類與選擇 分析化學(xué)分析化學(xué) 無機(jī)分析（Inorganic Analysis）: 26 有機(jī)分析（ Organic Analysis ） 對象: 無機(jī)物（定性分析、定量分析） 對象: 有機(jī)物（結(jié)構(gòu)分析） 1.2.2 根據(jù)分析對象的化學(xué)屬性 分析化學(xué)分析化學(xué) 27 化學(xué)分析（化學(xué)分析（Chemical Analysis） 儀器分析（Instrumental Analysis） 以物質(zhì)的化學(xué)反應(yīng)為基礎(chǔ)，又稱經(jīng)典分析法 以物

15、質(zhì)的物理和物理化學(xué)性質(zhì)為 基礎(chǔ) 光學(xué)分析法 電化學(xué)分析法電化學(xué)分析法 熱分析法 色譜法 ? 分析化學(xué)分析化學(xué) 28 第十三屆全國普通高校分析化學(xué)教學(xué)研討會 (2008.7) 浙 江 大 學(xué) : 陳 恒 武 分析化學(xué) 29 方 法 (Method) 所取試樣質(zhì)量/mg 所取試液體積 /mL 常量分析 (Meso Analysis) 100-100010-100 半微量分析 (Semi-micro Analysis) 10-1001-10 微量分析 (Micro Analysis) 0.1-100.01-1 超微量分析 (Ultramicro analysis) 0.1 1% 微量組分分析 (Mi

16、cro Component Analysis): 0.01-1% 痕量組分分析痕量組分分析 (Trace Component Analysis): 99.9%）; c. 在空氣中十分穩(wěn)定，不吸收 H2O, CO 2 , 不與O2反 應(yīng)等。如: Na 2 CO3、CaCO3、Na 2 C 2 O4等 d.參加滴定反應(yīng)時(shí)，應(yīng)按反應(yīng)式定量進(jìn)行，無副反應(yīng)。 e.最好有較大的摩爾質(zhì)量。 分析化學(xué)分析化學(xué) 根據(jù)所需配制標(biāo)準(zhǔn)溶液濃度大小和體積， 準(zhǔn) 確稱取一定量的基準(zhǔn)物質(zhì)，溶解后，定量轉(zhuǎn)移到相 應(yīng)體積的容量瓶中，搖勻后，計(jì)算其準(zhǔn)確濃度。 66 )/(Lmol V M m c A A A ? 如：配制 0.1

17、000mol ? L-1K 2 Cr 2 O7溶液。 B 標(biāo)準(zhǔn)溶液直接配制法標(biāo)準(zhǔn)溶液直接配制法 分析化學(xué)分析化學(xué) 67 B. 濃度標(biāo)定 稱取一定量的基準(zhǔn)物質(zhì)，溶解后，用待標(biāo)定液來 滴定，根據(jù)計(jì)量關(guān)系，計(jì)算其濃度。 2 、間接配制法（標(biāo)定法） A. 配制方法： 根據(jù)所需配制溶液濃度大小和體積，先配制成近 似濃度，再用標(biāo)定方法確定其準(zhǔn)確濃度。 如：配制 0.1 mol L -1 NaOH溶液。 a. 用基準(zhǔn)物質(zhì)標(biāo)定 分析化學(xué)分析化學(xué) 68 化學(xué)計(jì)量比 基 基 標(biāo)標(biāo) ? M m Vc 標(biāo)定要求： 標(biāo)定平行做23次，相對標(biāo)準(zhǔn)偏差控制在 0.1% 以內(nèi)； 適當(dāng)?shù)幕鶞?zhǔn)物質(zhì)稱量（ m 0.2 g ）; 消耗

18、適當(dāng)?shù)臉?biāo)準(zhǔn)溶液體積（ v20 mL ） 用已知準(zhǔn)確濃度的標(biāo)準(zhǔn)溶液去標(biāo)定未知濃度的標(biāo)準(zhǔn)溶液。 b. 用標(biāo)準(zhǔn)溶液標(biāo)定： 分析化學(xué) 69 還有一些特殊試劑：如 : 基準(zhǔn)試劑，光譜純試劑等 級別 1 級 2 級 3 級生化試劑 中文名優(yōu)級純分析純化學(xué)純 英文標(biāo)志 GRARCPBR 標(biāo)簽顏色綠紅藍(lán)咖啡色 實(shí)驗(yàn)室常用試劑分類實(shí)驗(yàn)室常用試劑分類 Guaranteed Reagent; Analytical Reagent; Chemical Pure; Biochemical Reagent 分析化學(xué)分析化學(xué) 70 1.8 滴定分析中的計(jì)算 1 、物質(zhì)的量與物質(zhì)的量濃度 A. 物質(zhì)的量：描述微觀物質(zhì)世界所含

19、某種單元數(shù)目 的專門名稱。某一系統(tǒng)內(nèi)所含的 基本 單元數(shù)與 0.012 kg C-12 的原子數(shù)目相 同(6.0220450.000031)10 23 ， 即 為1摩爾。 基本單元：分子；原子；離子；微粒組合 分析化學(xué)分析化學(xué) 71 B：化學(xué)式 cB：B 的物質(zhì)的量濃度 n B: 物質(zhì)B的物質(zhì)的量 V：體積 B B n c V ? B 物質(zhì)的量濃度（濃度）（濃度） a 定義：某物質(zhì)B的物質(zhì)的量濃度是指單位體積內(nèi)所 含B的物質(zhì)的量。 分析化學(xué)分析化學(xué) 國際單位制 n B: mol , V: m 3 , 所以，c B： mol/m 3 使用上，此單位太小，通常用其倍數(shù)單位： mol ? L -1

20、; mol ? dm -3 ; mmol ? mL -1 1 mol ? L -1 =1000 mol? m -3 72 b. 單位 單位 分析化學(xué)分析化學(xué) 73 C 物質(zhì)的量n B與基本微粒單元的選擇 )( )( )( B B B M m n 物質(zhì)單元的摩爾質(zhì)量 物質(zhì)單元的質(zhì)量 物質(zhì)的量 ? 2 1 例如H2SO 4 , 可以選H2SO4 ；2H 2 SO 4 ； H2SO 4 等 當(dāng)MB的單位為g/mol時(shí)，任何物質(zhì)單元的摩爾質(zhì) 量在數(shù)值上等于其化學(xué)式量。 物質(zhì)的量n B： 其數(shù)值取決于該物質(zhì)基本微粒單元的 選擇，因此在計(jì)算物質(zhì)的量濃度時(shí)， 必須指明其基本單元，即 c B中的B必 須明確。

21、 分析化學(xué)分析化學(xué) 74 b a b a a BB Bb b B B a B mm nn MM ? b B B a a b nn? bB a b B a nn? b B B a b a cc? B a b B a bn 當(dāng)物質(zhì)的基本單元由當(dāng)物質(zhì)的基本單元由 B 變?yōu)樽優(yōu)楹?，后，n B與 與 的關(guān)系？的關(guān)系？ 因?yàn)椋?所以： 分析化學(xué)分析化學(xué) 2 24 ? H SO c? 75 1 24 2 ? H SO c? 42SO H c 例如：若 =0.1 mol? L-1, 則： 12 MM T M1：標(biāo)準(zhǔn)溶液的化學(xué)式 M2：被測組分的化學(xué)式 2 、滴定度(titer; titre) A 定義： a.

22、 每 mL 滴定劑標(biāo)準(zhǔn)溶液相當(dāng)于被測物質(zhì)的質(zhì)量 ; b. 在固定分析試樣的稱量時(shí)，每 mL 滴定劑標(biāo)準(zhǔn)溶 液相當(dāng)于被測物質(zhì)的質(zhì)量分?jǐn)?shù)。 分析化學(xué)分析化學(xué) 76 例： mLgT SOHNaOH /004000. 0 42 ?%69. 2 42 ? SOHNaOH T 方便，根據(jù)滴定分析中所用標(biāo)準(zhǔn)溶液體積 可直接算出被測物質(zhì)的質(zhì)量或質(zhì)量分?jǐn)?shù)。 例：測定燒堿中NaOH含量，若 的H2SO 4 , 共用去H2SO4 10.50 mL, 求NaOH含量？ %69. 2 42 ? SOHNaOH T C 優(yōu)點(diǎn)： 分析化學(xué)分析化學(xué) 77 t T+ bB= c C + d D (標(biāo)準(zhǔn)溶液) ( 待測物) 化學(xué)

23、計(jì)量比：標(biāo)準(zhǔn)溶液與待測物的反應(yīng)系數(shù)之比 t/b 或b/t。 表示每mL T標(biāo)準(zhǔn)溶液相當(dāng)于被測組 分B的質(zhì)量（g） 3 、物質(zhì)的量濃度與滴定度之間的換算 : TB T根據(jù)定義 分析化學(xué)分析化學(xué) 10001: B T B T c T b M t? ? 1000 B T T B T t c Mb ? ? 78 1000: B T B T M ?表示每升T標(biāo)準(zhǔn)溶液相當(dāng)于被測組分B的物質(zhì) 的量(mol) 所以有: t T+ bB= c C + d D cT11000 B T B T M ? cT：標(biāo)準(zhǔn)溶液物質(zhì)的量濃度 c T1 ： 每升標(biāo)準(zhǔn)溶液T物質(zhì)的量 設(shè): 分析化學(xué)分析化學(xué) 滴定反應(yīng)：滴定劑T， 濃

24、度cT， 體積 VT， 物質(zhì)的量n T 被測物B，質(zhì)量m B，摩爾質(zhì)量MB，物質(zhì)的量nB tT + bB = cC + dD TTT ncV? 79 T B nt nb ? B B B m n M ? A、三個(gè)基本關(guān)系 4 、滴定分析中的主要計(jì)量關(guān)系 分析化學(xué)分析化學(xué) a求被測物質(zhì)的物質(zhì)的量: 80 BTTT bb nncV tt ? VT用L表示。當(dāng)VT用mL時(shí)，式中VT改為VT/1000 b求被測物質(zhì)的質(zhì)量: BBBTTB b mnMc V M t ? c求被測物質(zhì)的質(zhì)量分?jǐn)?shù) ： 100100% TTB B B ss b cV M m t W mm ? B、三個(gè)導(dǎo)出關(guān)系 分析化學(xué)分析化學(xué) 81 C 幾點(diǎn)注意： a. 注意計(jì)算式中的符號單位，特別是體積； b. 必須書寫正確的滴定反應(yīng)式，找準(zhǔn)標(biāo)準(zhǔn)溶液與被測 物之間的化學(xué)計(jì)量比。特別是通過間接滴定的滴定 分析法。 分析化學(xué)分析化學(xué) 解：根據(jù)公式： 82 2 2 7 1 0 0200055 85 6 0 006702 1000 . . Fe C