分析化學緒論

分析化學

AnalyticalChemistry分析化學課程簡介課程名稱學時上課學期化學分析803儀器分析404化學分析課程教學安排章節(jié)學時第一章緒論4第二章分析天平誤差和分析數(shù)據(jù)處理８第三章滴定分析法概論4第四章酸堿滴定法８第五章氧化還原滴定法８第六章配位滴定法６第七章沉淀滴定法６第八章稱量分析法６第九章物質化學分析的一般步驟６第十章實驗12總計68CA（4學時）分析化學緒論第一章緒論§1.1分析化學的定義和任務§1.2分析方法的分類§1.3分析化學的進展§1.4分析過程和一般步驟§1.5分析化學的學習方法§1.1分析化學的定義和任務1.1.1分析化學的定義1.1.2分析化學的任務歐洲化學會聯(lián)合會（FECS）分析化學部（DAC）對分析化學的定義是：分析化學是發(fā)展和應用各種方法、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科學。1.1.1分析化學的定義分析化學：關于研究物質的組成、含量、結構和形態(tài)等化學信息的分析方法及理論的科學，是一門獨立的化學信息科學。

分析化學在化學科學中的地位1.1.2分析化學的任務Tasksofanalyticalchemistry⑴鑒定物質體系的化學組成；

⑵測定物質體系中的有關成分的含量；⑶確定物質體系中物質的結構和形態(tài)。

1999年06月22日越王勾踐劍與歷史上最早的

金屬表面硫化技術馬肇曾漢《越絕書》還記有：“越王勾踐，有寶劍五?！苯陙?，在我國的文物、考古工作中，獲得鐫刻有吳、越諸王銘文的銅劍統(tǒng)計有14件，其中吳王劍5件，越王劍包括越王盲姑劍、越王與夷劍、越王朱勾劍、越王勾踐劍等9件。

1965年，湖北江陵望山一號墓出土的越王勾踐劍，保存完好，劍

長55．7厘米，出土時寒光閃閃，劍刃仍很鋒利。劍身滿布黑色菱形花

紋，紋飾精美，鏤刻最細處僅0．1毫米。近劍格處有兩行鳥篆銘文：

“越王鳩淺（勾踐）自乍（作）用（劍）”八字。劍柄、劍格烏黑，

劍格兩面鑄有花紋，分別嵌有藍色玻璃與綠松石。劍首向外翻卷作圓

箍形，內(nèi)鑄11道寬度不到1毫米的同心圓。越王勾踐劍制工精美，顯示

出鑄劍師的卓越技藝，堪稱我國國寶。

從劍身上有規(guī)則并向內(nèi)凹的黑色菱形花紋判斷，這種黑色紋飾是

在制劍時有意識加工出來的。經(jīng)國家批準于1978年將越王勾踐劍專程

送到上海復旦大學靜電加速器實驗室，對該劍進行無損傷的質子X熒光

非真空分析，發(fā)現(xiàn)劍刃成分為：銅80.3％、錫18.8％、鉛0.4％、

鐵0.4％。黑色菱形花紋及黑色劍格的成分分析中，除顯示錫、鐵含

量略有增高以外，還有含量不等的硫。為了進一步驗證這些結果，又

對1973年湖北江陵藤店一號墓出土的越王劍使用了同一方法測定其表

面各部位成分，也得到了相似的結果。從而說明我國在戰(zhàn)國時期曾用

過一種使青銅器表面發(fā)黑的硫化處理技術。其時距今約2500年，是歷

史上最早的金屬表面硫化處理技術。1978年1月17日，又在北京有色金屬總院對越王勾踐劍劍身上的黑

色紋飾進行了X射線衍射分析，發(fā)現(xiàn)此黑色紋飾處除含有銅錫合金以外，

還含有硫化亞銅（Cu2S）、硫化亞鐵及鐵錫合金（FeSn2）。由于分析

所顯示的Cu2S衍射峰太弱，即Cu2S的條件又為古代所無，為了證實

Cu2S存在的可靠性，又用自制的銅錫合金塊狀樣品（其中銅83％，錫

12．3％）在四種條件下進行了硫化處理后，洗去樣品表面的殘留物，

再進行同樣的分析，其結果與越王勾踐劍表面黑色紋飾部分及用硫粉

與銅粉（硫粉與銅粉重量比為1：6）作用一個月后分析所得的結果相

近。由此推測，越王勾踐劍等表面黑色部位是用硫粉處理而形成的，

其劍身的黑色菱形花紋則可能是劍身硫化處理后再對其表面進行拋光

而留下黑色菱形紋飾。從而發(fā)現(xiàn)我國古代科技史上這項重要成果。1.1.3分析化學的作用(一)、農(nóng)業(yè)：土壤農(nóng)藥化肥(二)、工業(yè)生產(chǎn)：質檢（產(chǎn)品、原材料）(三)、生命科學：頭發(fā)中微量元素含量與疾病的關系。正常人發(fā)錳含量為0.7ug/g。心臟病者為0.42ug/g。腫瘤患者及早衰者發(fā)錳含量也較低。又如體分析，將很小的探頭插入體細胞中，測定多巴胺、腎上腺素、維生素、糖等含量，對了解生命規(guī)律、大腦功能很有意義。又如人體一天究竟需要多少糖，人體中糖是怎樣循環(huán)變化的，就需測定體內(nèi)的糖含量。人工胰臟就需糖的檢測器。(四)、環(huán)境保護：環(huán)境監(jiān)測(大氣、水、土壤分析等）測定空氣中污染物如NO2,SO2,CO等含量，這兩者不僅對人體呼吸道有影響，而且造成酸雨。煙鎘會引起腎功能衰退，吸入過多會頭痛，頭暈，嘔吐，胸痛，死亡。廣州空氣質量指數(shù)(AQI)實時查詢155中度污染(美使館9月9日9時更新)050100150200300>500優(yōu)良輕度污染中度污染重度污染嚴重污染溫馨提示：應減少戶外活動，外出時佩戴口罩，敏感人群應盡量避免外出。六價鉻的毒性大于三價鉻，對呼吸器管，皮膚有損害，也能致癌。水源根據(jù)不同的需要，各國制定了不同的用水標準，生活用水，考慮有害物對人體的影響，世界衛(wèi)生組織允許的限量，如鉛0.1mg/l,鉻0.05mg/l,鎘0.01mg/l,汞0.001mg/l。工業(yè)用水，考慮鈣、鎂、鐵、鉛、硫酸鹽、pH、溶解氧等。

農(nóng)業(yè)用水，考慮微量元素對作物的影響。(鉻大米）

水產(chǎn)用水，考慮農(nóng)藥及微量元素與對立類的影響。另外還有廢水的排放標準，我國河水的污染及為嚴重。例如20世紀50年代日本發(fā)生的公害病──痛痛病和水俁病，曾驚動了全世界。為了尋找痛痛病的病因，經(jīng)歷了11年之久。后來環(huán)境分析化學工作者用光譜檢查出病區(qū)的河水中含有鉛、鎘、砷等有害元素，繼而用元素追蹤的手段，分析病區(qū)的土壤和糧食,發(fā)現(xiàn)鉛、鎘等含量偏高,以后又進一步對痛痛病患者的尸骨進行光譜定量分析。骨灰中的鋅、鉛、鎘含量高得驚人。為了確定致病因子，又以鋅、鉛、鎘分別摻入飼料喂養(yǎng)動物,在動物身上進行元素追蹤分析,配合病理解剖，證實了鎘對骨質的嚴重危害性，揭開了痛痛病的病因之謎。與此類似，日本漁民的水俁病是汞污染引起的這一事實，也是通過對元素的追蹤分析確定的。(五)、軍事生化武器化學武器具有很大威脅力，人們對此很恐懼，如中東伊拉克可以制作毒氣檢測器裝備在士兵及車輛上，以避免a:人睡覺時被中毒。b:毒氣聞多時，失去判別力。

a:神經(jīng)類，含磷有機物；

b:潰爛類，芥子氣。F-117A潛隱飛機是用塑料、樹脂等有機物制成，或涂上一層物質。

(六)、天體科學月球巖石的分析可以幫助了解太陽系及月亮的形成，用飛行器到其它星上檢測是否會有氮－生命基礎。用光譜分析法分析恒星上的組成、變化規(guī)律等。

(七)、醫(yī)藥衛(wèi)生醫(yī)院里常需對病人進行血的化驗，全國各地都有藥檢分析雜志。制備中成藥前需測量中藥中有效成分的含量及配比。興奮劑檢測

(八)、科學研究幾乎所有涉及化學的研究均用到分析化學，有機合成時，需測定產(chǎn)品含量，產(chǎn)品是什么，中間產(chǎn)物是什么？無機化學研究絡合物時，需測定絡合比，電化學、光化學特性；新型材料的合成也需分析化學（超導、高分子導電材料），考古學需測定古物的年代、組成。

(九)刑事偵破各人頭發(fā)中微量元素含量不同，通過測定可判斷現(xiàn)場的頭發(fā)是誰的，繪畫中白粉既做顏料，又可打底，古時只有鉛白，1870年前無ZnO和二氧化鈦，文藝復興時的油畫中的白粉若有鋅、鈦，那就是復制品。德黑蘭附近有個牧場，1972年大批羊死亡，場主指控有人破壞,通過測定羊胃中的草,發(fā)現(xiàn)含大量的硒Se(劇毒),植物具有富集地下化學元素的能力。后來在當?shù)氐牡叵掳l(fā)現(xiàn)了金屬礦床。金礦地表面一噸的草中含100克金。慢性中毒后，頭發(fā)中含有鉛、砷。國民經(jīng)濟建設工業(yè)農(nóng)業(yè)國防建設科學技術國際貿(mào)易醫(yī)療衛(wèi)生獲得所有研究領域中物質組成,結構,信息的科學稱為科學技術的“眼睛”，是進行科學研究的基礎

分析化學成為從事科學研究的科學分析化學的任務和作用作用國民經(jīng)濟的發(fā)展，國防力量的壯大，自然資源的開發(fā)及科技進步中起著舉足輕重的作用。ChemicalAbstract摘錄《分析化學》雜志的文章在國內(nèi)所有雜志中名列榜首,可見現(xiàn)代科學對分析測試的重視程度。

作用分析化學的任務和作用┄┄所有這些人類活動的每一步都離不開分析化學。小結分析化學的任務分析化學的作用第一章緒論§1.1分析化學的定義和任務§1.2分析方法的分類§1.3分析化學的進展§1.4分析過程和一般步驟§1.5分析化學的學習方法§1.2分析方法的分類1.2.1按分析任務分類1.2.2按分析對象分類1.2.3按測定原理分類1.2.4按試樣用量分類1.2.5按被測組分含量分類1.2.6按分析作用分類1.2.1分析任務定性分析(qualitativeanalysis)

定量分析(quantitativeanalysis)結構分析(structuralanalysis)形態(tài)分析(morphologicalanalysis)

鑒定物質體系的化學組成確定物質體系中的有關組分的相對含量或總含量（全分析totalanalysis）研究物質的分子或晶體結構研究物質的價態(tài)、晶態(tài)、結合態(tài)等性質一般研究程序

①首先確定物質的定性組成，然后根據(jù)測定要求選擇適當?shù)亩糠治龇椒ǎ虎谌魳悠烦煞忠阎?，可直接進行定量分析；③對于新發(fā)現(xiàn)的化合物，應首先進行結構分析，確定其分子結構。

1.2.2分析對象分析方法分析對象分析任務無機分析(inorganicanalysis)

有機分析(organicanalysis)

食品分析(foodanalysis)水分析(wateranalysis)巖石分析(rockanalysis)鋼鐵分析(steelanalysis)藥物分析(pharmaceuticalanalysis)臨床分析(clinicalanalysis)環(huán)境分析(environmentalanalysis)無機物有機物成分分析含量分析成分分析、含量分析官能團及結構分析1.2.3測定原理化學分析(chemicalanalysis)

儀器分析(instrumentalanalysis)

1.2.3-1化學分析定義：以物質的化學性質為基礎建立起來的一類分析方法。利用物質的化學反應（現(xiàn)象、特征及其計量關系）來確定被測物質的組成和含量，進行定性和定量分析。分類：化學定性分析、化學定量分析↓

重量分析

滴定分析↓經(jīng)典分析化學特點：準確度高（相對誤差0.1~0.2%）靈敏度低（測組分含量≥1%）

重量分析(gravimetricanalysis)試樣化學反應適當處理待測組分稱量重量含量（純凈、組成固定、可供直接稱量）托盤天平（臺秤）電子天平分析天平半自動電光分析天平標準溶液（濃度Cs準確已知的溶液）滴定待測物質溶液化學反應體積含量（化學反應剛好反應完全時）容量分析(volumetricanalysis)酸堿滴定法配位滴定法氧化還有滴定法沉淀滴定法化學計量點滴定分析(titrimetricanalysis)酸式滴定管滴定臺蝴蝶夾指示劑Vs移液管Vx1.2.3-2儀器分析定義：以物質的物理性質或物理化學性質為基礎建立起來的一類分析方法。通過測量物質的物理或物理化學參數(shù)，利用其與組分的關系，確定該物質的組成、含量和結構，進行定性、定量和結構分析，這類方法稱為物理和物理化學分析(physicalandphysicochemicalanalysis)。物質在化學變化中的某種物理性質特點：靈敏、快速、準確

分類：電化學分析(electrochemicalanalysis)

光學分析(opticalanalysis)

質譜分析(massspectrometricanalysis)

色譜分析(chromatographicanalysis)Chapter1

Section1.2.3

按測定原理分類相對密度、相變溫度、折射率、旋光度及光譜特征等1.2.4試樣用量分析方法試樣質量試樣體積常量分析法>0.1g>10ml半微量分析法0.1~0.01g10~1ml微量分析法10~0.1mg1~0.01ml超微量分析法<0.1mg<0.01ml各種分析方法的試樣用量常量分析方法→化學（定量）分析微量和超微量分析→儀器分析方法1.2.5被測組分含量注意：4、5兩種分類方法的區(qū)別4——按試樣用量的多少來進行分類；5——根據(jù)被測組分含量的高低進行分類。分析方法被測組分含量常量組分分析常量組分(>1%)微量組分分析微量組分(0.01%~1%)痕量組分分析痕量組分(<0.01%)1.2.6分析作用例行分析(routineanalysis)

仲裁分析(arbitralanalysis)又稱為常規(guī)分析，指一般實驗室在日常生產(chǎn)或工作中的分析。如藥廠質檢室的日常分析工作。

指不同單位對某一產(chǎn)品的分析結果有爭議時，要求某種仲裁單位（如一定級別的藥檢所、法定檢驗單位等）用法定方法，對原分析結果正確與否進行裁判分析?！?.3分析化學的進展

1.3.1分析化學發(fā)展簡史1.3.2分析化學的發(fā)展趨勢1.3.3分析化學的應用1.3.1分析化學發(fā)展簡史時間理論基礎應用狀況20世紀前無獨立理論體系技術20世紀初物理化學溶液理論(四大平衡）以化學分析為主的經(jīng)典分析化學（第一次變革）20世紀~40年代物理學電子學以儀器分析為主的現(xiàn)代分析化學（第二次變革）20世紀70年代末至今與數(shù)學、物理學、計算機學及生物學緊密結合分析科學（第三次變革）起源煉金術與煉丹術中世紀定性分析→波義耳定量分析→貝格曼煉金術士（中世紀）煉金術：在中世紀（5世紀末~14世紀中葉）時，黃金在社會上有很高的價值，因此那時人們主要關心的是如何把賤金屬變成黃金。1.3.1-1煉金術與煉丹術煉丹術：在東方主要是在中國，除了煉金術制金外，主要應用于尋找或合成可以長壽的“長生不老藥”或可以控制衰老和死亡的藥品上。1.3.1-221世紀的分析科學計算機技術

廣泛應用于分析儀器，已成為分析儀器的重要組成部分，不僅為實現(xiàn)儀器的自動化提供了條件，而且為向智能化發(fā)展提供了基礎。激光技術具有高單色性、高強度和高方向性等特點，極大地提高了檢測靈敏度及選擇性。1.3.1-221世紀的分析科學聯(lián)用技術兩種分析技術聯(lián)用，取長補短，互相補充，解決復雜成分樣品的分析問題。目前常見的有：色譜-光譜、色譜-質譜、色譜-色譜聯(lián)用（二維色譜）。

化學計量學(chemometrics)是一門新興的科學，是一門化學分支學科，它應用數(shù)學和統(tǒng)計學方法（借助計算機技術），設計和擇最優(yōu)的測量程序和實驗方法，并通過解析化學數(shù)據(jù)而獲得最大限度的信息。化學計量學在分析化學中的應用主要有以下幾個方面：提高靈敏度，改善選擇性；提高分析測試的精密度與準確性；開發(fā)和評價新方法，提高分析效益。從分析對象看：無機分析→有機分析→活性物質從組分含量看：常量組分→微量組分→痕量組分

→分子水平

從儀器發(fā)展看：手工操作→儀器化→自動化

→智能化

1.3.2分析化學的發(fā)展趨勢

Perspectivesofanalyt