分析化學概論

1、分析化學分析化學 1 1.1 分析化學的定義、任務作用 1.6 滴定分析法概述 1.2 分析方法的分類與選擇 1.3 分析化學發(fā)展簡史與發(fā)展趨勢 1.4 分析化學參考文獻 1.5 分析化學過程及分析結果的表示 1.7 基準物質和標準溶液 1.8 滴定分析中的計算 分析化學分析化學 2 分析化學分析化學 3 徐光憲院士指出：“化學的定位是與時俱進的。 19 世紀恩格斯把化學定位為研究原子的科學； 20 世紀化 學被定位為研究分子的科學； 21 世紀美國C.A.Reg No. 登錄的分子數已近 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 世紀化學的核 心任務已經演

2、變成廣義的分子合成化學和廣義的分析 化學包括分子的識別和序列測定、結構分析、形 貌分析、粒度分析和物質成像等?！?1.1 分析化學的定義、任務和作用 分析化學分析化學 4 1.1 分析化學的定義、任務和作用分析化學的定義、任務和作用 (一)什么是分析化學? 1、定義 分析化學是研究物質化學組成和結構 的分析方法 及有關理論的一門科學； 分析化學是研究物質化學組成的表征與測量 的科 學； 分析化學分析化學 5 歐洲化學會(FECS：Federation of European Chemical Societies) 分析化學是發(fā)展和應用各種理論、方法、儀器和策略， 以獲取有關物質在相對時空內的組

3、成和性質的信息的 一門科學。 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. 分析化學分析化學 6 成分分析 結構分析 定性分析 定量分析 2 、主要任務、主要任務 （1）確定物質的化學組成（定性分析） （2）確定各組分的含量（定量分析） （3）表征物質的化學結構（結

4、構分析） 3 、內容 分析化學分析化學 7 （二）分析化學的作用 1 、科學研究： 宇宙科學，生命科學 分析化學分析化學 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。 分析化學分析化學 9 海盜者海盜者1號說明號說明 分析化學分析化學 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。 分析化學分析化學 11 中國首個火星探測器“螢火一號” 于2011年11月9日搭乘俄

5、羅斯運載火箭前往火星 ，行程3.56億 公里，歷時11個月 分析化學分析化學 12 嫦娥一號于2007年10月24日18時05分在西昌衛(wèi)星發(fā)射中心升空，在累計飛行近 494 天后，于 北京時間2007年3月1日16點13分10秒成功落在月球的豐富海區(qū)域。 分析化學分析化學 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測序是現代分析化學中的一項重要任務 DNA雙螺旋結構與堿基結構示意圖 分析化學分析化學 14 人類基因組計

6、劃(human genome project, HGP)是由 美國科學家于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 和我國科學家共同參與了這一價值達 30 億美元的人類基 因組計劃。這一計劃旨在為 30 多億個堿基對構成的人類 基因組精確測序，發(fā)現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 劃和阿波羅計劃并稱為三大科學計劃。 分析化學分析化學 15 我國于1993年加入該計劃，承擔其中 1%的任務， 即人類3號染色體短臂上約 30Mb 的測序任務。2000 年6月28日人類基因組工作草圖完成。由于

7、人類基因 測序和基因專利可能會帶來巨大的商業(yè)價值，各國 政府和一些企業(yè)都在積極地投入該項研究，如 1997 年AMGE公司轉讓了一個與中樞神經疾病有關的基 因而獲利3.92億美元。 分析化學分析化學 16 2008 年，日本科學家下村修、美國科年，日本科學家下村修、美國科 學家馬丁學家馬丁沙爾菲和美籍華裔科學家沙爾菲和美籍華裔科學家 錢永健。這三位科學家因在發(fā)現和研錢永健。這三位科學家因在發(fā)現和研 究綠色熒光蛋白方面作出貢獻而獲獎。究綠色熒光蛋白方面作出貢獻而獲獎。 分析化學 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-尤納斯(AdaYonath，以色列)因對“核糖體結 構和功能的研究”做出突出貢獻而獲得2009年諾貝爾化學獎。 分析化學分析化學 18 資源開發(fā)；生產過程控制；產品質量 檢測；新產品開發(fā)；“三廢”處理等。 分析化學是工業(yè)生產中的“眼睛” 土壤成份監(jiān)測；化肥、農藥使用；微 量元素對農作物的生長調節(jié)等。 （二）分析化學的作用 2、工農業(yè)生產： 工業(yè)生產： 農業(yè)生產： 分析化學分析化學 19 3 、環(huán)境保護:污染物監(jiān)測；環(huán)境質量評價；環(huán)境 污染治理。 4、國防:高純材料、高能材料、高強度材料 5 、生命科學: 生命本質探求、生命重要物質、記 憶本質 6 、醫(yī)藥衛(wèi)生: 疾病診

9、斷、藥品檢驗、藥品作用過 程 7 、日常生活: 衣、食、住、行 公安:案件偵破（法醫(yī)） 分析化學分析化學 20 快速三聚氰胺檢測方法 檢出限達1 ?g/Kg 利用三維多孔結構的氧化鋯中空纖維，對乳制 品中三聚氰胺（化學式： C3H6N 6 ）進行同步富集與 萃取，再聯(lián)合氣相色譜 - 質譜聯(lián)用法快速測定乳制品 中三聚氰胺含量。它的最低檢出限達到每毫升 0.001 微克。 河北三鹿奶粉系列案 分析化學 21 Analytical Chemistry Physics Astrophysics Astronomy Biophysics 分析化學 與化學的 其他分支 及其他科 學的關系 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 分析化學分析化學 22 IUPAC

12、91 大會主席、日本東京大學NiKi教 授在大會報告上指出：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、析化學分析化學 23 (三) 學習分析化學達到的目的 1. 了解分析化學的基本知識體系；了解分析化學的基本知識體系； 2. 掌握常見的化學分析方法的原理、特點及應用 ; 3. 掌握常用的儀器分析方法的原理、特點及應用； 4. 獲取分析問題和解決問題的能力； 5. 培養(yǎng)嚴肅認真、實事求是的科學態(tài)度和工作作風。 分析化學分析化學 24 1 、掌握方法、多記多練，學好理論知識； 2 、重視實驗、耐心細致，培養(yǎng)實驗技能。 （四）怎樣學好分析化學 分析化學分析化學 1.2.1 根據分析的目的、任務 25 結構分析（Structure Analysis） 研究物質的分子結構、晶體結構等 定性分析（Qual

14、itative Analysis） 定量分析（Quantitative Analysis） 鑒定物質由哪些元素、原子團或化合物所組成 測定物質中有關成分的含量 1.2 分析方法的分類與選擇 分析化學分析化學 無機分析（Inorganic Analysis）: 26 有機分析（ Organic Analysis ） 對象: 無機物（定性分析、定量分析） 對象: 有機物（結構分析） 1.2.2 根據分析對象的化學屬性 分析化學分析化學 27 化學分析（化學分析（Chemical Analysis） 儀器分析（Instrumental Analysis） 以物質的化學反應為基礎，又稱經典分析法 以物

15、質的物理和物理化學性質為 基礎 光學分析法 電化學分析法電化學分析法 熱分析法 色譜法 ? 分析化學分析化學 28 第十三屆全國普通高校分析化學教學研討會 (2008.7) 浙 江 大 學 : 陳 恒 武 分析化學 29 方 法 (Method) 所取試樣質量/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 應等。如: Na 2 CO3、CaCO3、Na 2 C 2 O4等 d.參加滴定反應時，應按反應式定量進行，無副反應。 e.最好有較大的摩爾質量。 分析化學分析化學 根據所需配制標準溶液濃度大小和體積， 準 確稱取一定量的基準物質，溶解后，定量轉移到相 應體積的容量瓶中，搖勻后，計算其準確濃度。 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 標準溶液直接配制法標準溶液直接配制法 分析化學分析化學 67 B. 濃度標定 稱取一定量的基準物質，溶解后，用待標定液來 滴定，根據計量關系，計算其濃度。 2 、間接配制法（標定法） A. 配制方法： 根據所需配制溶液濃度大小和體積，先配制成近 似濃度，再用標定方法確定其準確濃度。 如：配制 0.1 mol L -1 NaOH溶液。 a. 用基準物質標定 分析化學分析化學 68 化學計量比 基 基 標標 ? M m Vc 標定要求： 標定平行做23次，相對標準偏差控制在 0.1% 以內； 適當的基準物質稱量（ m 0.2 g ）; 消耗

18、適當的標準溶液體積（ v20 mL ） 用已知準確濃度的標準溶液去標定未知濃度的標準溶液。 b. 用標準溶液標定： 分析化學 69 還有一些特殊試劑：如 : 基準試劑，光譜純試劑等 級別 1 級 2 級 3 級生化試劑 中文名優(yōu)級純分析純化學純 英文標志 GRARCPBR 標簽顏色綠紅藍咖啡色 實驗室常用試劑分類實驗室常用試劑分類 Guaranteed Reagent; Analytical Reagent; Chemical Pure; Biochemical Reagent 分析化學分析化學 70 1.8 滴定分析中的計算 1 、物質的量與物質的量濃度 A. 物質的量：描述微觀物質世界所含

19、某種單元數目 的專門名稱。某一系統(tǒng)內所含的 基本 單元數與 0.012 kg C-12 的原子數目相 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 分析化學分析化學 71 B：化學式 cB：B 的物質的量濃度 n B: 物質B的物質的量 V：體積 B B n c V ? B 物質的量濃度（濃度）（濃度） a 定義：某物質B的物質的量濃度是指單位體積內所 含B的物質的量。 分析化學分析化學 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 分析化學分析化學 73 C 物質的量n B與基本微粒單元的選擇 )( )( )( B B B M m n 物質單元的摩爾質量 物質單元的質量 物質的量 ? 2 1 例如H2SO 4 , 可以選H2SO4 ；2H 2 SO 4 ； H2SO 4 等 當MB的單位為g/mol時，任何物質單元的摩爾質 量在數值上等于其化學式量。 物質的量n B： 其數值取決于該物質基本微粒單元的 選擇，因此在計算物質的量濃度時， 必須指明其基本單元，即 c B中的B必 須明確。

21、 分析化學分析化學 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 當物質的基本單元由當物質的基本單元由 B 變?yōu)樽優(yōu)楹螅?，n B與 與 的關系？的關系？ 因為： 所以： 分析化學分析化學 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：標準溶液的化學式 M2：被測組分的化學式 2 、滴定度(titer; titre) A 定義： a.

22、 每 mL 滴定劑標準溶液相當于被測物質的質量 ; b. 在固定分析試樣的稱量時，每 mL 滴定劑標準溶 液相當于被測物質的質量分數。 分析化學分析化學 76 例： mLgT SOHNaOH /004000. 0 42 ?%69. 2 42 ? SOHNaOH T 方便，根據滴定分析中所用標準溶液體積 可直接算出被測物質的質量或質量分數。 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： 分析化學分析化學 77 t T+ bB= c C + d D (標準溶液) ( 待測物) 化學

23、計量比：標準溶液與待測物的反應系數之比 t/b 或b/t。 表示每mL T標準溶液相當于被測組 分B的質量（g） 3 、物質的量濃度與滴定度之間的換算 : TB T根據定義 分析化學分析化學 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標準溶液相當于被測組分B的物質 的量(mol) 所以有: t T+ bB= c C + d D cT11000 B T B T M ? cT：標準溶液物質的量濃度 c T1 ： 每升標準溶液T物質的量 設: 分析化學分析化學 滴定反應：滴定劑T， 濃

24、度cT， 體積 VT， 物質的量n T 被測物B，質量m B，摩爾質量MB，物質的量nB tT + bB = cC + dD TTT ncV? 79 T B nt nb ? B B B m n M ? A、三個基本關系 4 、滴定分析中的主要計量關系 分析化學分析化學 a求被測物質的物質的量: 80 BTTT bb nncV tt ? VT用L表示。當VT用mL時，式中VT改為VT/1000 b求被測物質的質量: BBBTTB b mnMc V M t ? c求被測物質的質量分數 ： 100100% TTB B B ss b cV M m t W mm ? B、三個導出關系 分析化學分析化學 81 C 幾點注意： a. 注意計算式中的符號單位，特別是體積； b. 必須書寫正確的滴定反應式，找準標準溶液與被測 物之間的化學計量比。特別是通過間接滴定的滴定 分析法。 分析化學分析化學 解：根據公式： 82 2 2 7 1 0 0200055 85 6 0 006702 1000 . . Fe C