云南大學分析化學第一章 概論

分析化學AnalyticalChemistry云南大學化學科學與工程學院1/11/20231教師聯(lián)系方式張世鴻

云南大學化學科學與工程學院

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1/11/20232武漢大學等

分析化學（第五版）上冊

2006武漢大學等

分析化學（第四版）

1998北京大學：分析化學教程2005彭崇慧,馮建章,張錫瑜,李克安,趙鳳林.定量化學分析簡明教程(第二版).

北京大學出版社,1997張錫瑜等編著.

化學分析原理，科學出版社，2000.

主要參考書1/11/20233第一章概論1-1分析化學的定義、任務和作用1-2分析方法分類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（自學）1-5分析過程與分析結果表示1-6滴定分析法概述1/11/202341-1分析化學的定義、任務和作用

一、分析化學的定義歐洲化學聯(lián)合會FECS的分析化學部DAC定義：分析化學是發(fā)展和應用各種理論、方法，儀器和策略以獲得有關物質在空間和時間方面組成和性質的信息的一門學科。

分析化學是研究物質的組成、含量、結構的學科。

原子量的準確測定、工農業(yè)生產的發(fā)展、生態(tài)環(huán)境的保護、生命過程的控制等都離不開分析化學。1/11/20235二、分析化學的任務1/11/20236對全球經濟貿易統(tǒng)一質量保障體系建立的作用對工業(yè)生產的作用對國防建設的作用對科學發(fā)展的作用在新材料、新能源開發(fā)中的作用對環(huán)境資源開發(fā)利用與保護的作用在生命科學研究中的作用在法律執(zhí)行過程中的作用社會生活中的作用等等三、分析化學的作用

1/11/20237分析化學化學學科的所有分支物理、天體物理、天文和生物物理工程學、民事、化學、電以及機械醫(yī)學、臨床化學藥物化學、藥學毒物學生物學、植物學、遺傳學、微生物學、分子生物學和動物學地質學、地球物理學、地球化學和古生物學環(huán)境科學、生態(tài)學和海洋科學農業(yè)、動物科學農作物科學、食品科學、園藝學和土壤科學材料科學、冶金學和高分子科學等學科社會科學、考古學、人類學和法醫(yī)學1/11/202381-2分析方法的分類

分析方法的分類-1

根據(jù)任務分類：定性分析Qualitativeanalysis

物質的組成

定量分析Quantitativeanalysis

成分的含量

結構分析Structureanalysis

物質的結構

1/11/20239

1.定性分析(QualitativeAnalysis):回答→有什么?例1：某食堂食物中毒

取白色晶體物發(fā)面→小蘇打(NaHCO3)取白色晶體+水溶解+H2SO4

→

白色↓→BaSO4↓(Ba2+，Sr2+，Pb2+)試液+AgNO3(HNO3)

→白色↓

→

AgCl↓(Cl-，Br-，I-)可知此白色晶體為BaCl2·2H2O1/11/202310例2：假食鹽(NaNO2，NaNO3)

NO2-：試液+HAc+KI(氧化還原)→I2(CCl4)→呈紫色

→NO2-

氧化性

NO3-：

試液+HAc+Zn(還原)→NO2-可證明NO3-的存在1/11/202311

2.定量分析(Quantitative

Analysis)

：回答→有多少?例如：鐵礦石含鐵<10%為貧礦，含鐵>30%為富礦具有可采價值．若定性：Fe3++SCN-

(H+)

→

FeSCN2+血紅若定量：Fe2++Cr2O72-(H+)→

Fe3++2Cr3+

1/11/202312

3.結構分析(StructureAnalysis)：價態(tài)分析，結構態(tài)分析，結合態(tài)分析，化合態(tài)分析。例如

分子結構，晶體結構，分子聚集體的高級結構蛋白質的構象(-螺旋、型結構，球狀蛋白的三級結構）ConformationanalysisDNA測序（DNASequencing)

1/11/202313Adenine(A)Guanine(G)

腺嘌呤鳥嘌呤BaseSuger-phosphoate

backboog

Cytosine(C)Thymine(T)Uracil(U)

胞嘧啶胸腺嘧啶尿嘧啶1/11/202314分析化學的分類-2根據(jù)分析對象分類無機分析Inorganicanalysis（元素、離子、化合物等）有機分析Organicanalysis（元素、官能團、結構）生化分析Biochemicalanalysis（蛋白質分析、氨基酸分析、核酸分析、糖類分析等）

1/11/202315分析化學的分類-３根據(jù)原理分類：1/11/202316按原理化學分析儀器分析酸堿滴定配位滴定氧化還原滴定沉淀滴定電化學分析光化學分析色譜分析波譜分析重量分析滴定分析電導、電位、電解、庫侖極譜、伏安發(fā)射、吸收，熒光、光度氣相、液相、離子、超臨界、薄層、毛細管電泳紅外、核磁、質譜1/11/202317根據(jù)應用領域分類

藥物分析Pharmacologicalanalysis

水質分析Wateranalysis

食品分析Foodanalysis

工業(yè)分析Industrialanalysis

刑偵分析Forensicanalysis

臨床分析Clinicalanalysis

環(huán)境分析Environmentalanalysis

等等……分析化學的分類-４1/11/202318分析化學的分類-５根據(jù)作用分類

例行分析

Routineanalysis

仲裁分析

Refereeanalysis1/11/202319根據(jù)試樣量大小分類

方法固體試樣質量(mg)液體試樣體積(mL)

常量

>100>10

半微量

10-1001-10

微量

<10<1根據(jù)待測組分含量分

常量組分(>1%)

微量組分(0.01-1%)

痕量組分(<0.01%)

分析化學的分類-61/11/2023201-3分析化學發(fā)展簡史與發(fā)展趨勢分析化學的歷史1.由時間來看：人類有科技就有化學，化學從分析化學開始

起源：古代煉金術手段：人類的感官和雙手

1/11/202321分析化學歷史悠久

無機定性分析曾一度是化學科學的前沿公元一世紀橡子提取物檢驗鐵

16世紀：天平的出現(xiàn)，向定量邁進了一大步十七世紀Boyle將石蕊作酸堿指示劑

1751年Margraf

硫氰酸鹽檢驗Fe(III)19世紀：化學方法，鑒定物質的組成和含量的技術1/11/202322第一個重要階段:20世紀起初的20-30年間分析化學發(fā)展成為一門獨立的學科

物理化學的溶液理論發(fā)展，推動化學分析快速發(fā)展用物理化學中的溶液平衡理論、動力學等研究分析化學中的基本理論問題：沉淀的形成和共沉淀；指示劑變色原理；滴定曲線和終點誤差；緩沖原理及催化和誘導反應等。建立了溶液中四大平衡理論。20世紀分析化學的三次大變革：1/11/202323第二個重要階段:20世紀40年代，儀器分析的發(fā)展。分析化學與物理學及電子學結合的時代。原子能和半導體技術興起，如要求超純材料，99.99999％，砷化鎵，要測定其雜質，化學分析法無法解決，促進了儀器分析和各種分離方法的發(fā)展。1/11/202324第三個重要階段:20世紀70年代以來,分析化學發(fā)展到分析科學階段

現(xiàn)代分析化學把化學與數(shù)學、物理學、計算機科學、精密儀器制造、生命科學、材料科學等學科結合起來，成為一門多學科性的綜合科學。

1/11/20232520世紀以來分析化學的主要變革時期1900-19401940-19501970-Present特點經典分析－化學分析為主近代分析－儀器分析為主現(xiàn)代分析－化學計量學為主理論熱力學溶液四大平衡熱力學化學動力學熱力學化學動力學物理動力學儀器分析天平光度極譜電位色譜自動化分析儀聯(lián)用技術分析對象無機化合物有機和無機樣品有機、無機、生物及藥物樣品1/11/2023262.由分析對象來看有機物分析無機物分析生物活性物質3.由分析對象的數(shù)量級來看4.由分析自動化程度來看常量微量痕量分子水平手工操作儀器自動全自動智能化儀器1/11/202327提高靈敏度解決復雜體系的分離問題以及提高分析方法的選擇性擴展時空多維信息微型化及微環(huán)境的表征與測定形態(tài)、狀態(tài)分析及表征生物大分子及生物活性物質的表征與測定非破壞性檢測及遙控自動化與智能化現(xiàn)代分析化學學科發(fā)展趨勢及特點1/11/202328國家自然科學基金分析化學學科“十五”

優(yōu)先資助領域

高選擇性的簡便、準確、靈敏的分子識別方法痕量活性物質及自由基在體、原位、實時分析單細胞、單分子、單原子檢測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)處理技術環(huán)境中痕量化學物質的表面、結構與形態(tài)分析生物體內重要化學信息物質的分析芯片分析化學及分析儀器微型化1/11/202329所謂手性化合物是指分子量、分子結構相同,但左右排列相反,如實物與其鏡中的映體.人的左右手、結構相同,大姆至小指的次序也相同,但順序不同,左手是由左向右,右手則是由右向左,所以叫做“手性”。也就是指一對分子。1/11/202330國家自然科學基金分析化學學科“十一五”

優(yōu)先資助領域

1/11/202331“十五”國家重大科技專項

“食品安全關鍵技術”（10個課題）課題01：食品安全檢測實驗室質量控制規(guī)范研究課題02：農藥殘留檢測技術課題03：獸藥殘留檢測技術課題04：重要有機污染物的痕量與超痕量檢測技術課題05：生物毒素和中毒控制常見毒物檢測技術課題06：食品、飼料添加劑和違禁化學品檢測技術課題07：食品中主要人獸共患疾病及植物疫疾病病原體檢測技術課題08：全國食品污染監(jiān)控體系研究課題09：食源性疾病的pulsenet建立與檢測技術課題10：進出口食品安全監(jiān)測與預警系統(tǒng)研究1/11/202332國家自然科學基金委化學部近年來分析化學學科鼓勵研究領域(1)原位,活體,瞬時,多維,動態(tài)及過程分析;(2)分子水平與單細胞中重要化學物質的檢測;(3)蛋白質結構中與功能分析和蛋白質組學;(4)芯片及微型儀器分析化學;(5)生物分子相互作用研究;(6)納米分析化學;(7)環(huán)境分析化學;(8)波譜,質譜分析;1/11/202333國家自然科學基金委化學部近年來分析化學學科鼓勵研究領域(9)化學和生物信息學;(10)傳感器與成像分析;(11)組合化學中的分析化學;(12)中草藥分析及其指紋圖譜;(13)興奮劑及毒品的檢測與分析;(14)與重大疾病相關的標志物的檢測分析;(15)儀器研制及其新原量,新方法,新技術;(16)生命,材料,環(huán)境,能源和信息科學中的分析化學問題.

1/11/202334分析化學已成為21世紀生命科學和納米

科技發(fā)展的關鍵

基因組計劃、蛋白組計劃等的實現(xiàn)納米技術的發(fā)展和應用人類在分子水平上認識世界生態(tài)環(huán)境保護檢測和發(fā)現(xiàn)污染源早期診斷疾病保證人類健康興奮劑的檢測原子量的準確測定生命過程的控制工農業(yè)生產的發(fā)展1/11/2023351-4分析化學參考文獻（自學）1/11/202336一、分析過程：

1.取樣(Sampling)：均勻，具有代表性：粉碎.過篩.混勻.縮分(四分法，對角線)

2.干燥(Drypreparation)：去濕存水：烘干.風干.保干器(采用不同溫度.保持原貌)1-5分析過程與分析結果表示1/11/202337

3.分解(Resolve

or

open,Digestion)

：轉入溶液，呈測定態(tài)

(1)濕法分解：(常用溶劑)A)酸溶:HCl

，HNO3，H3PO4-H2SO4，HClO4-HNO3B)堿溶:NaOH

，KOH

(2)干法分解：灰化，固體熔融

A)堿性溶劑：Na2CO3，K2CO31:1混合分解酸性礦物及氧化物，硅酸鹽等

B)酸性溶劑：K2S2O7，KHSO4

分解時能產生SO3與堿性氧化物反應1/11/202338

4.消除干擾(EliminateInterfereorseparate)：掩蔽，分離

5.測定(MeasurementDetermination)

：根據(jù)組分含量，任務性質和要求、靈敏度與準確度選擇方法。

6.計算(CalculationofAnalyticalResults)：

7.評價，結論，報告分析結果（Evaluationofdata，Conclusions，Report）1/11/202339二、分析結果的表示:

(一)待測組分的化學表示形式：

1.實際存在形式：N%：NH3N2ONO2N2O3N2O5NO2-

2.穩(wěn)定的氧化物：CaO

MgONa2O

Fe2O3FeOFe3O4

3.元素及化合物：Fe%

Na+

Cl-

等1/11/202340

(二)待測組分含量的表示方式

1.固體試樣：質量百分數(shù)

m(g)

X%=————×100

ms(g)

2.液體試樣：

質量百分數(shù)w(m/ms)%:表示100克試液中含被測組分的克數(shù)

體積百分數(shù)(V/Vs)%:表示100毫升試液中被測組分體積1/11/202341

質量體積百分數(shù)ρ(m/v)%:表示100毫升試液中被測組分所占的克數(shù)

[例]

13.2%的NaCl溶液：表示100克NaCl溶液含13.2克NaCl

50%的乙醇溶液：表示100毫升乙醇溶液含50毫升乙醇

30%H2O2

溶液：表示100毫升雙氧水溶液含30克雙氧水1/11/202342

3.氣體試樣：

常用體積百分數(shù)表示(V/Vs)%:g/m3；mg/m3

4.微量組分常用的表示方式：為了表示方便而用較小的單位

[例]1g=103mg=106μg≈1毫升稀溶液

ppm=mg/mS(g)×106=m(μg)/mS(g)

ppm=1μg/g；

ppb=1ng/g；ppt=1pg/g

[例]

測得土壤中含鉛為350ppm，意為350μg/g

廢水中含鉛為0.05ppm，意為1mL廢水含鉛0.05μg，即0.05μg/mL1/11/202343一、方法介紹1-6

滴定分析法概述標準溶液滴定劑被滴定溶液被測物質指示劑化學計量關系酸堿滴定法、絡合滴定法氧化還原滴定法、沉淀滴定法1/11/202344

基本概念

1.滴定分析(TitrimetricAnalysis)：將標準溶液用滴定管加到待測溶液中，直到所加的滴定劑與被測物質反應達化學計量點．根據(jù)指示劑變化停止滴定，由標液的濃度和體積求被測物的量的分析方法．（將被測物質加到標準溶液中也可以）

2.標準溶液(StandardSolutions)：已知準確濃度的溶液.

3.化學計量點(Stoichiometricpoint)：定量反應時的理論平衡點．1/11/202345

4.滴定終點(Endpoint):顏色變化的轉變點，停止滴定的點.

5.終點誤差(Titrationerror):滴定終點與化學計量點不一致造成的相對誤差.

6.滴定反應(TitrationReaction):能用于滴定分析的化學反應1/11/202346

二、滴定分析對化學反應的要求和滴定方式：

(一)要求:

1.必須具有確定的化學計量關系;

2.必須定量進行,反應完全度達99.9%以上;

3.反應速度快;

4.必須有適當簡便的方法確定終點。1/11/202347

(二)滴定方式：

1.直接滴定法：凡能滿足滴定反應要求的都可用標準溶液直接滴定．如標定HCl或NaOH

2.間接滴定法：不能與滴定劑直接起反應的物質，通過另一反應間接滴定．如測定Ca2+1/11/202348

3.返滴定：反應慢，無合適指示劑，有副反應發(fā)生，通常用兩種標液完成．如測定Al

4.置換滴定：當反應無計量關系，不按確定反應式進行.如標定Na2S2O3K2Cr2O7+6KI+H+→3I2I2+2Na2S2O3→2I-+S4O62-1/11/202349三、

基準物質

基準物質：用以直接配制標準溶液或標定溶液濃度的物質基準物應滿足的條件：

1.組成與化學式相符(H2C2O4·2H2O、NaCl);2.試劑純度>99.9%;3.穩(wěn)定(Na2CO3、CaCO3、Na2C2O4等）；

4.摩爾質量較大；

5.滴定時無副反應。1/11/202350常用的基準物質：

(PrimaryStandards)StandardizationKC8H5O4

H2C2O4·2H2O堿標液

Na2CO3Na2B4O7·10H2O酸標液

CaCO3ZnCuPb(99.9%)EDTA標液

As2O3FeH2C2O4·2H2O

KMnO4I2標液

K2Cr2O7KIO3Na2S2O3標液

NaCl

KClAgNO3

標液1/11/202351★我國化學試劑等級和標志★一級優(yōu)級純G.R

綠顏色科研精密分析二級分析純A.R

紅顏色多數(shù)分析

三級化學純C.P

藍顏色常規(guī)分析四級實驗試劑L.R

棕顏色輔助分析1/11/202352常用滴定分析儀器容量瓶吸量管錐形瓶移液管酸式滴定管燒杯量筒容量儀器1/11/202353四、標準溶液的配制及濃度表示

配制：

1.直接法：用基準物質配制步驟：基準物→分析天平→容量瓶

容量分析儀器

容量瓶量入式的測量方式

移液管量出式的測量方式滴定管量出式的測量方式潤洗：量入不洗量出洗

1/11/202354例

配制0.02000mol·L-1K2Cr2O7標準溶液250.0mL,求m=?解

m(K2Cr2O7)=n·M=c·V·M=0.02000×0.2500×294.2=1.471(g)準確稱量1.47g(±10%)K2Cr2O7基準物質，于容量瓶中定容,再計算出其準確濃度：通常僅需要溶液濃度為0.02mol·L-1左右,做法是:1/11/202355

2.標定法：用非基準物配

NaOH,HCl,KMnO4等步驟：粗配成大致濃度(托盤天平→量筒取水→試劑瓶)→標定(Standardization)

[例如]配0.1mol/LNaOH溶液1000mL，臺秤取大約4.0gNaOH，加大約1L的H2O，搖勻。用標準HCl標定；

用基準酸物質標定．1/11/202356濃度表示1.摩爾濃度（mol/L）2.滴定度

（g/mLmg/mL）

1/11/202357摩爾濃度與滴定度的換算aA（被測組分）

+bB（滴定劑）=cC+dDabT/MACB×1×10-3=1/11/202358

五、標定及滴定計算

方法一:等物質的量規(guī)則

ZA和ZB分別為A物質和B物質在反應中的得失質子數(shù)或得失電子數(shù)。ppt63

ppt681/11/202359例如H2SO4+2NaOH=Na2SO4+2H2OH2SO4

的基本單元:

NaOH

的基本單元:NaOH等物質的量規(guī)則:1/11/202360MnO4-的基本單元:Fe2+的基本單元:Fe2+等物質的量規(guī)則:MnO4-+5Fe2++8H+=Mn2++5Fe3++4H2O1/11/202361

例

以K2Cr2O7為基準物質,采用析出I2的方法標定0.020mol·L-1Na2S2O3溶液的濃度,需稱多少克K2Cr2O7?如何做才能使稱量相對誤差不大于0.1%?

n(K2Cr2O7)=n(Na2S2O3)+6e-2eCr2O72-2Cr3+2S2O32-S4O62-解:

Cr2O72-+6I-+14H+=2Cr3++3I2+7H2OI2+2S2O32-=2I-+S4O62-1/11/202362m(K2Cr2O7)=n(K2Cr2O7)·M(K2Cr2O7)=c(Na2S2O3)·V(Na2S2O3)·M(K2Cr2O7)=0.020×0.025×294.18/6=