分析化學(xué)教程電子教案(00002)課件

1、分析化學(xué)教程 電子教案郭 祥 群2005-2006學(xué)年2005-091分析化學(xué)教程（2005-2006學(xué)年)分 析 化 學(xué) Analytical Chemistry（化學(xué)分析部分） 參考書(shū) 教學(xué)方式 考試方式 教學(xué)目的2005-092分析化學(xué)教程（2005-2006學(xué)年)參考書(shū)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(shū)出版社） Analytical Chemistry Handbook (中

2、譯本：分析化學(xué)手冊(cè)）D. Harvey: (McGraw Hill ) Modern Analytical Chemistry2005-093分析化學(xué)教程（2005-2006學(xué)年)教學(xué)方式研究型六要素：課程講授：核心的、最具遷移價(jià)值的知識(shí)點(diǎn)，深講；把握學(xué)科的思維方式和研究方法；雙向交流的過(guò)程。課程作業(yè)：多做多練(強(qiáng)化科學(xué)訓(xùn)練）；綜合開(kāi)放的題目；自我提出問(wèn)題，自我設(shè)計(jì)綜合性、開(kāi)放性、設(shè)計(jì)性的題目。課程討論/課程論文：圍繞課程知識(shí)點(diǎn)廣泛閱讀，自學(xué)研讀。課程教材：開(kāi)放性體系，吸取現(xiàn)行教材的精華，補(bǔ)充教學(xué)。課程考試：學(xué)習(xí)過(guò)程評(píng)價(jià)與教學(xué)目標(biāo)評(píng)價(jià)相結(jié)合。課程教師：教學(xué)科研結(jié)合型2005-094分析化學(xué)教程

3、（2005-2006學(xué)年)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)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)2005-096分析化學(xué)教程（2005-2006學(xué)年)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2005-097分析化學(xué)教程（2005-2006學(xué)年)分析化學(xué)的定義（FECS對(duì)分析化學(xué)的定義）Analytical Chemistry is a scientific discipline that develops and applies methods, inst

4、ruments and strategies 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 Science2005-099分析化學(xué)教程（2005-2006學(xué)年)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

5、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。 In-between-scienceExample2005-0910分析化學(xué)教程（2005-2006學(xué)年)Example: fluorescence quenching through energy transferMolecular beacons ADQFTarget DNAssDNA binding proteinDenaturing reagent QFFQ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2005-0911分析化學(xué)教程（2005-2006學(xué)年) 確定物質(zhì)的化學(xué)組成定性分析 測(cè)量

6、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)分析例如：茶葉中有哪些微量元素？茶葉中咖啡堿的含量？咖啡堿的化學(xué)結(jié)構(gòu)？微量元素的形態(tài)？化學(xué)成分的空間分布？在不同的生長(zhǎng)階段，茶葉中的營(yíng)養(yǎng)成分的變化？ 例如：生物大分子結(jié)構(gòu)與功能的關(guān)系？分析化學(xué)的任務(wù)2005-0912分析化學(xué)教程（2005-2006學(xué)年)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)研究中的作用在法律執(zhí)行過(guò)程中的作用社

7、會(huì)生活中的作用等等例子分析化學(xué)的作用計(jì)量認(rèn)證與質(zhì)量保證2005-0913分析化學(xué)教程（2005-2006學(xué)年)“十五”國(guó)家重大科技專項(xiàng)“食品安全關(guān)鍵技術(shù)”（18個(gè)課題）課題01：食品安全檢測(cè)實(shí)驗(yàn)室質(zhì)量控制規(guī)范研究；課題02：農(nóng)藥殘留檢測(cè)技術(shù)課題03：獸藥殘留檢測(cè)技術(shù)課題04：重要有機(jī)污染物的痕量與超痕量檢測(cè)技術(shù)課題05：生物毒素和中毒控制常見(jiàn)毒物檢測(cè)技術(shù)課題06：食品添加劑、飼料添加劑和違禁化學(xué)品檢測(cè)技術(shù)課題07：食品中主要人獸共患疾病及植物疫疾病病原體檢測(cè)技術(shù)課題08：全國(guó)食品污染監(jiān)控體系研究課題09：食源性疾病的pulsenet建立與檢測(cè)技術(shù)課題10：進(jìn)出口食品安全監(jiān)測(cè)與預(yù)警系統(tǒng)研究200

8、5-0914分析化學(xué)教程（2005-2006學(xué)年)Adenine (A) Guanine (G) 腺嘌呤 鳥(niǎo)嘌呤 BaseSuger-phosphoate backboog Cytosine (C) Thymine (T) Uracil (U) 胞嘧啶 胸腺嘧啶 尿嘧啶DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)與堿基結(jié)構(gòu)示意圖DNA測(cè)序是現(xiàn)代分析化學(xué)中的一項(xiàng)重要任務(wù)2005-0916分析化學(xué)教程（2005-2006學(xué)年)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

9、 analysis（蛋白質(zhì)分析、氨基酸分析、核酸分析、糖類分析等） 2005-0917分析化學(xué)教程（2005-2006學(xué)年)分析化學(xué)的分類-4根據(jù)作用分類 例行分析 Routine analysis 仲裁分析 Referee analysis根據(jù)測(cè)量原理分類 化學(xué)分析 Chemical analysis 儀器分析 Instrumental analysis2005-0919分析化學(xué)教程（2005-2006學(xué)年)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）

10、 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2005-0920分析化學(xué)教程（2005-2006學(xué)年)分析化學(xué)的發(fā)展國(guó)家自然科學(xué)基金分析化學(xué)學(xué)科“十五”優(yōu)先資助領(lǐng)域高選擇性的簡(jiǎn)便、準(zhǔn)確、靈敏的分子識(shí)別方法痕量活性物質(zhì)及自由基在體、原位、實(shí)時(shí)分析單細(xì)胞、單分子、單原子檢測(cè)分析手性化合物的分離分析多元、多維的聯(lián)合分離分析及數(shù)據(jù)處理技術(shù)環(huán)境中痕量化學(xué)物質(zhì)的表面、結(jié)構(gòu)與形態(tài)分析生物體內(nèi)重要化學(xué)信息物質(zhì)的分析芯片分析化學(xué)及分析

11、儀器微型化2005-0921分析化學(xué)教程（2005-2006學(xué)年)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 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)第一章 定量分析概論2005-0922分析化學(xué)教程（2005-2006學(xué)年)定量分析的一般步驟2 取樣Sampling3 樣品處理Sample pretreatment4 測(cè)定Determination5 計(jì)算與評(píng)價(jià)Calculation and Evaluation1 問(wèn)題的確定S

12、tatement of ProblemGeneral statement Professional statement Selection of procedurePlan, sampling, transport and storage 2005-0923分析化學(xué)教程（2005-2006學(xué)年)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

13、 multi-component?Time available?Sample supply repeatedly?Destruction or non-destruction?Look for a continuous system?分析方案首選標(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2005-0924分析化學(xué)教程（2005-2006學(xué)年)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：氣體、固體、液體光敏性、熱敏性、揮發(fā)性、化學(xué)活性、生物活性樣品的性質(zhì)分

14、析方法、對(duì)分析結(jié)果的要求等資源取樣原料取樣成品取樣物證取樣 等等各種取樣標(biāo)準(zhǔn)方法樣品的來(lái)源分析結(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2005-0926分析化學(xué)教程（2005-2006學(xué)年)Lot 分析對(duì)象總體Sample unit取樣單元Sample incrementGross sampleSub sampleTest sample Analysis樣品增量樣品總體二次樣品測(cè)試樣品分析測(cè)試問(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2005-0927分析化學(xué)教程（2005-2006學(xué)年)固體樣品的破碎、過(guò)篩、混勻、縮分四分法縮分標(biāo)準(zhǔn)篩的篩號(hào)及孔徑的大小破

15、碎與過(guò)篩重復(fù)進(jìn)行直至全部過(guò)篩；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？2005-0929分析化學(xué)教程（2005-2006學(xué)年)取樣最小量經(jīng)驗(yàn)公式根據(jù)樣品最大顆粒重量計(jì)算取樣量的經(jīng)驗(yàn)公式Ws: 取樣的最小重量(kg)；Wmax: 最大顆粒的重量 (kg)；b 為比例系數(shù)，一般取值0.2。 根據(jù)樣品最大顆粒直徑計(jì)算取樣量的經(jīng)驗(yàn)公式mQ: 試樣最小質(zhì)量（kg）；k: 縮分常數(shù)的經(jīng)驗(yàn)值（一般取值0.05 1 kg.mm-2 ）；d: 試樣的最大粒度（mm）mQ kd 22005-0930分析化學(xué)教程（2005-2006學(xué)年)采樣與縮分試樣量計(jì)算

16、示例例：采集礦石樣品，若試樣的最大直徑為10 mm， k =0.2 kg/mm2, 則應(yīng)采集多少試樣？解： mQ kd 2 = 0.2 10 2 = 20 (kg)例： 有一樣品 mQ = 20 kg ， k =0.2 kg / mm2, 用6號(hào)篩過(guò)篩, 問(wèn)應(yīng)縮分幾次？ 解： mQ kd 2 = 0.2 3.36 2 = 2.26 (kg) 縮分1次剩余試樣為20 0.5 = 10 (kg) 縮分3次剩余試樣為20 0.53= 2.5 (kg) 2.26，故縮分3次從分析成本考慮，樣品量盡量少，從樣品的代表性考慮，不能少于臨界值 mQ kd 22005-0931分析化學(xué)教程（2005-2006

17、學(xué)年)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2005-0932分析化學(xué)教程（2005-2006學(xué)年)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： 酸熔（K2S2O7、KHSO4熔解氧化物

18、礦石） 堿熔（Na2CO3、NaOH、Na2O2溶解酸性礦物質(zhì)）2005-0933分析化學(xué)教程（2005-2006學(xué)年)熔融示例鉻鐵礦Na2O2熔融水浸取CrO42-Fe、Mn氫氧化物沉淀高溫分解，酸提取氧瓶燃燒法 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2005-0934分析化學(xué)教程（2005-2006學(xué)年)消除干擾： 掩蔽 改變干擾物質(zhì)的反應(yīng)活性 分離氧化還原掩蔽法配合掩蔽沉淀掩蔽酸堿掩蔽沉淀分離萃取分離色譜分離等 富集：enrichment萃取富集吸附富集共沉淀富集2005-0935分析化學(xué)教程（2005-2006學(xué)年)測(cè)定 determination

19、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2005-0936分析化學(xué)教程（2005-2006學(xué)年)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 微量成分(1%) ，可采用分光光度法。2005-0937分析化學(xué)教程（2005-2006學(xué)年)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

20、示 例：含氮量測(cè)定：NH3, NO3-, N2O5, NO2-, N2O3mS 樣品質(zhì)量mB待測(cè)物質(zhì)量 mS、 監(jiān)測(cè)量 I 化學(xué)計(jì)量關(guān)系mB2005-0938分析化學(xué)教程（2005-2006學(xué)年)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)2005-0939分析化學(xué)教程（2005-2006學(xué)年)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 / kg 質(zhì)量分?jǐn)?shù) %（mB / mS) 體積分?jǐn)?shù) %（ mB

21、 / Vs) 摩爾分?jǐn)?shù) （nB / nS) 質(zhì)量濃度 mg / L, ng / L, g / L 等2005-0940分析化學(xué)教程（2005-2006學(xué)年)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)的分析方法待測(cè)物Analyte+試劑Reagent 產(chǎn)物Product重量分析法 gravimetry容量分析法（滴定分析法）volumetry, titrimetry2005-0941分析化學(xué)教程（2005-2006學(xué)年)化學(xué)分析法可溶性鋇鹽中鋇含量的測(cè)定(重量法）：溶樣稀H2SO4BaSO4過(guò)濾洗滌灼燒計(jì)算Ba%Fe3+還原劑Fe2+K2Cr2O7VC稱樣硫-磷

22、混酸溶樣mSFe3+mp稱樣HClmS稱重mp 鐵礦中鐵含量的測(cè)定（滴定分析法）：2005-0942分析化學(xué)教程（2005-2006學(xué)年)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 spectral 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）。 332+桔紅色 max鄰二氮菲2005-0943分析化學(xué)教程（2005-2006學(xué)年)儀器分析法例

23、：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）。2005-0944分析化學(xué)教程（2005-2006學(xué)年)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）No.標(biāo)樣濃度g / L吸收值15.000.045210.00.093320.00.140430.00.175540.00.2366試樣0.200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？2005-0945分析化學(xué)教程（2005-2006學(xué)年)化學(xué)分析與儀器分

24、析方法比較項(xiàng)目化學(xué)分析法（經(jīng)典分析法）儀器分析法（現(xiàn)代分析法）物質(zhì)性質(zhì)化學(xué)性質(zhì)物理、物理化學(xué)性質(zhì)測(cè)量參數(shù)體積、重量吸光度、電位、發(fā)射強(qiáng)度等等誤差0.1 % 0.2 %1 % 2% 或更高組分含量1 % 100% 1% 單分子、單原子理論基礎(chǔ)化學(xué)、物理化學(xué)（溶液四大平衡）化學(xué)、物理、數(shù)學(xué)、電子學(xué)、生物、等等解決問(wèn)題定性、定量定性、定量、結(jié)構(gòu)、形態(tài)、能態(tài)、動(dòng)力學(xué)等全面的信息2005-0946分析化學(xué)教程（2005-2006學(xué)年)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 investmentDuration