第一章緒論4講解材料

第一章

緒論1/10/20251第一章緒論(Introduction)§1.1分析化學(xué)的任務(wù)和作用§1.2分析化學(xué)的分類§1.3分析化學(xué)提供的信息§1.4定量分析工作的一般步驟§1.5分析化學(xué)進(jìn)展1/10/20252§1.1分析化學(xué)的任務(wù)和作用

Tasksofanalyticalchemistry§1.1.1分析化學(xué)任務(wù)──化學(xué)中的信息科學(xué)分析化學(xué)是研究獲得物質(zhì)化學(xué)組成，結(jié)構(gòu)信息，分析方法及相關(guān)理論的科學(xué)，它所要解決的問(wèn)題是確定物質(zhì)中含有哪些組分，這些組分在物質(zhì)中是如何存在的，以及各個(gè)組分的相對(duì)含量是多少，以及如何表征物質(zhì)的化學(xué)結(jié)構(gòu)1/10/20253§1.1.2分析化學(xué)的作用分析化學(xué)在國(guó)民經(jīng)濟(jì)建設(shè)的各條戰(zhàn)線上起著舉足輕重的作用。在工業(yè)生產(chǎn)中，從原料的選擇、工藝流程的確定、生產(chǎn)過(guò)程中的“中控”到成品的質(zhì)量檢驗(yàn)，以及工業(yè)三廢（廢氣、廢水、廢渣）的處理和綜合利用等；在新產(chǎn)品、新工藝、新技術(shù)的開(kāi)發(fā)研究和推廣等方面，都離不開(kāi)分析化學(xué)。1/10/20254§1.2分析化學(xué)的分類

Classificationofanalyticalchemistry分析化學(xué)包括成分分析和結(jié)構(gòu)分析。成分分析又可分為定性分析和定量分析兩部分。1.定性分析(qualitativeanalysis)：定性分析的任務(wù)是鑒定物質(zhì)由哪些元素或離子所組成，對(duì)于有機(jī)物質(zhì)還需要確定其官能團(tuán)及分子結(jié)構(gòu)。2.定量分析(quantativeanalysis)：定量分析的任務(wù)是測(cè)定物質(zhì)各組成部分的含量。1/10/202563.結(jié)構(gòu)：形態(tài)分析,立體結(jié)構(gòu),結(jié)構(gòu)與性能?！?.2.1按分析對(duì)象分類1.無(wú)機(jī)分析(inorganicanalysis)2.有機(jī)分析(organicanalysis)§1.2.2按分析方法分類分析化學(xué)按其測(cè)定原理和操作方法的不同可分為化學(xué)分析和儀器分析兩大類。1/10/202571．化學(xué)分析法(Chemicalanalysis)

以化學(xué)反應(yīng)為為基礎(chǔ)的分析方法，稱為化學(xué)分析法，包括滴定分析法和重量分析法.1/10/20258滴定分析法：是將已知濃度的標(biāo)準(zhǔn)溶液，滴加到待測(cè)物質(zhì)溶液中，使兩者定量完成反應(yīng)，根據(jù)用去的標(biāo)準(zhǔn)溶液的準(zhǔn)確體積和濃度即可計(jì)算出待測(cè)組分的含量。化學(xué)分析法常用于常量組分的測(cè)定，即待測(cè)組分的含量一般在1%以上。滴定分析法按照所利用的化學(xué)反應(yīng)類型不同，可分為下列四種:1/10/20259酸堿滴定法：是以質(zhì)子傳遞反應(yīng)為基礎(chǔ)的一種滴定分析法。沉淀滴定法：是以沉淀反應(yīng)為基礎(chǔ)的一種滴定分析法。絡(luò)合滴定法：是以絡(luò)合反應(yīng)為基礎(chǔ)的一種滴定分析法。氧化還原滴定法：是以氧化還原反應(yīng)為基礎(chǔ)的一種滴定分析法滴定分析法分類：1/10/202510重量分析法(Gravimetry)：是通過(guò)化學(xué)反應(yīng)及一系列操作步驟使試樣中的待測(cè)組分轉(zhuǎn)化為另一種化學(xué)組成恒定的化合物，再稱量該化合物的質(zhì)量，從而計(jì)算出待測(cè)組分的含量。1/10/2025112．儀器分析法(InstrumentalAnalysis)以物質(zhì)的物理或物理化學(xué)性質(zhì)為基礎(chǔ)建立起來(lái)的分析方法。常用的儀器分析法可分為以下幾類：

光化學(xué)分析，電化學(xué)分析，色譜分析等。1/10/202512光化學(xué)分析：是根據(jù)物質(zhì)對(duì)特定波長(zhǎng)的輻射能的吸收或發(fā)射建立起來(lái)的分析方法，如紫外-可見(jiàn)吸收光譜法、紅外吸收光譜法、發(fā)射光譜法、原子吸收光譜法、熒光光譜法、波譜分析等。

色譜分析：是以物質(zhì)的吸附或溶解性能不同而建立起來(lái)的分離、分析方法。主要有氣相色譜分析法和高效液相色譜分析法。

1/10/202513§1.2.3按試樣用量和被測(cè)組分含量分類

常量分析微量分析痕量試樣質(zhì)量m>0.1g0.1～10mg<0.1mg試樣含量wx>1%0.01～1%<0.01%1/10/202514§1.3分析化學(xué)提供的信息1.無(wú)機(jī)定性與定量2.有機(jī)定性與定量（包括元素分析和功能團(tuán)分析）當(dāng)前，分析化學(xué)的任務(wù)已不只限于測(cè)定物質(zhì)的組成、結(jié)構(gòu)和含量以及提供分析數(shù)據(jù)等，它已發(fā)展成為研究物質(zhì)的存在形式和運(yùn)動(dòng)的一門科學(xué)，它的發(fā)展與數(shù)學(xué)、物理學(xué)、電子學(xué)、生物學(xué)以及生命、環(huán)境、材料、資源、信息、醫(yī)藥等科學(xué)的發(fā)展息息相關(guān)，其應(yīng)用范圍幾乎涉及國(guó)民經(jīng)濟(jì)、國(guó)防建設(shè)、資源開(kāi)發(fā)、環(huán)境保護(hù)、科學(xué)研究和人類的衣、食、住、行、用等各個(gè)方面。1/10/202515§1.4定量分析工作的一般步驟

Generalproceduresforquantitativeanalysis§1.4.1采樣(sampling)要使樣品具有代表性

要注意：1.避免損失2.避免不均勻；3.保存完好；4.足夠的量以保證分析的進(jìn)行。1/10/202516§1.4.2試樣分解試樣預(yù)處理目的是利用有效的手段將樣品處理成便于分析的待測(cè)樣品；與待測(cè)樣品有關(guān)的因素：分析方法（常量、微量）；物態(tài)與相（多相、均相、固態(tài)、液態(tài)、氣態(tài)）；待測(cè)成分在樣品中的含量（針對(duì)不同的分析方法）。試樣處理方法的原則：

利用樣品化學(xué)、物理性質(zhì)的不同；適應(yīng)測(cè)定方法和要求的不同。*必要時(shí)要進(jìn)行樣品的分離與富集。1/10/202517§1.4.3分離和測(cè)定方法選擇分析體系和分析方法的選擇：要滿足對(duì)被測(cè)組分的性質(zhì)、含量、結(jié)果的準(zhǔn)確度的要求。確定保證分析結(jié)果準(zhǔn)確的措施（方案、方式、條件）：需要利用各種物理與化學(xué)性質(zhì)。實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的正確、有效記錄：與所選定的方法和使用的儀器有關(guān)。1/10/202518§1.4.4分析結(jié)果計(jì)算及評(píng)價(jià)了解針對(duì)于分析方法的正確的計(jì)量關(guān)系；結(jié)果的正確計(jì)算：

1.有效數(shù)字的讀取；

2.數(shù)據(jù)的正確取舍；

3.正確的數(shù)據(jù)處理；

合理的結(jié)果分析（誤差的來(lái)源及方法的可行性分析）：系統(tǒng)誤差、方法誤差、偶然誤差、操作誤差1/10/202519§1.5分析化學(xué)進(jìn)展

Advancesinanalyticalchemistry§1.5.1分析化學(xué)發(fā)展簡(jiǎn)史追述分析化學(xué)產(chǎn)生的確切時(shí)間已無(wú)法考證，但據(jù)記載，應(yīng)當(dāng)在煉金術(shù)前后已有分析化學(xué)的萌芽。根據(jù)化學(xué)家在化學(xué)史上的作用，認(rèn)定波義耳是定性分析的創(chuàng)始人，定量分析則是從貝格曼開(kāi)始的。1/10/202520分析化學(xué)發(fā)展簡(jiǎn)史分析化學(xué)定性發(fā)展史始于波義耳（1627-1691年）英國(guó)化學(xué)家和物理學(xué)家，他首次給化學(xué)元素提出了科學(xué)的定義，為人們研究物質(zhì)的組成指明了方向。1821年德國(guó)化學(xué)家漢立希（1773-1852年）提出了選擇一定量的試劑區(qū)分溶液中不同性質(zhì)的元素，這個(gè)方法已有了定性分析系統(tǒng)化的萌芽；1/10/202521分析化學(xué)發(fā)展簡(jiǎn)史1829年德國(guó)化學(xué)家羅塞進(jìn)一步提出陰離子系統(tǒng)定性分析法，并提出了使用緩沖溶液和絡(luò)合掩蔽劑的辦法。1841年經(jīng)德國(guó)化學(xué)家伏累森紐斯（1818-1897年）修改，把常見(jiàn)的金屬氧化物分成六個(gè)族，并以《定性化學(xué)分析導(dǎo)論》教科書(shū)的形式出版，使系統(tǒng)分析方法得到廣泛采用。后來(lái)美國(guó)分析化學(xué)家諾艾斯進(jìn)一步改進(jìn)使系統(tǒng)分析趨于完善，一直沿用至今。1/10/202522分析化學(xué)發(fā)展簡(jiǎn)史

分析化學(xué)定量發(fā)展史則是從貝格曼他制定了濕法分析礦物詳細(xì)的步驟開(kāi)始的，他所倡導(dǎo)的一些反應(yīng)直到現(xiàn)在仍在分析化學(xué)中保留。而創(chuàng)建酸堿滴定法的則是法國(guó)人日夫魯瓦；氧化還原滴定法始于18世紀(jì)末，1795年由法國(guó)人德克勞西以靛藍(lán)的硫酸溶液滴定次氯酸，至溶液顏色變綠為止，是最早的氧化還原法。1/10/2025231826年比拉狄厄制得碘化鈉，滴定次氯酸鈣，用淀粉做指示劑，這是碘量法的首次應(yīng)用。19世紀(jì)40年代后，又發(fā)展出高錳酸鉀氧化還原滴定法、重鉻酸鉀滴定法等多種容量分析方法。分析化學(xué)發(fā)展簡(jiǎn)史1/10/202524分析化學(xué)發(fā)展簡(jiǎn)史在定量分析中重量法采用的也比較早，1823年已經(jīng)能生產(chǎn)出精密的分析天平，靈敏度可達(dá)0.5毫克。1846年伏累森紐斯的《定量分析教程》對(duì)定量分析作了全面的總結(jié)，基本達(dá)到我們現(xiàn)在的水平。1/10/202525分析化學(xué)發(fā)展簡(jiǎn)史

近些年來(lái)，分析化學(xué)學(xué)科正在經(jīng)歷著重大的變革，從與分析化學(xué)的發(fā)展歷程來(lái)看，可將其概括為50年代儀器化、60年代電子化、70年代計(jì)算機(jī)化、80年代智能化、90年代信息化，21世紀(jì)必將是仿生化和進(jìn)一步智能化的時(shí)代?？傮w說(shuō)來(lái)，分析化學(xué)的發(fā)展方向是向著靈敏度（分子、原子水平）、高選擇性、快速、自動(dòng)、簡(jiǎn)便、經(jīng)濟(jì)、分析儀器自動(dòng)化、數(shù)學(xué)化和計(jì)算機(jī)化發(fā)展，并向智能化、仿生化縱深發(fā)展。1/10/202526分析化學(xué)發(fā)展歷史分析化學(xué)創(chuàng)立階段：1640~1840年之間第一次變革：20~30年代溶液四大平衡理論的建立，分析化學(xué)由技術(shù)→

科學(xué)第二次變革：40~60年代經(jīng)典分析化學(xué)（化學(xué)分析）→

現(xiàn)代分析化學(xué)（儀器分析為主）第三次變革：由70年代末至今提供組成、結(jié)構(gòu)、含量、分布、形態(tài)等全面信息,成為當(dāng)代最富活力的學(xué)科之一1/10/202527§1.5.2分析化學(xué)的發(fā)展趨勢(shì)

Perspectivesofanalyticalchemistry1.由分析對(duì)象來(lái)看有機(jī)物分析無(wú)機(jī)物分析活性物質(zhì)2.由分析對(duì)象的數(shù)量級(jí)來(lái)看3.由分析自動(dòng)化程度來(lái)看常量微量痕量分子水平手工操作儀器自動(dòng)化智能化儀器1/10/202528分析化學(xué)主要發(fā)展趨向生物分析環(huán)境分析

過(guò)程分析表面分析大分子表征化學(xué)圖象無(wú)損分析單細(xì)胞分析單分子單聚集體分析化學(xué)計(jì)量學(xué)在線分析原位分析實(shí)時(shí)分析接口教育定性傳感器固定化自動(dòng)化微型化新技術(shù)新原理新儀器

分離技術(shù)儀器和計(jì)算機(jī)聯(lián)用技術(shù)其它科技領(lǐng)域活體分析1/10/202529§1.6分析化學(xué)的應(yīng)用

Applicationsofanalyticalchemistry1.分析化學(xué)與生命科學(xué)目前分析化學(xué)中熱點(diǎn)之一是與生命科學(xué)有關(guān)的分析化學(xué),生命科學(xué)向分析化學(xué)提出的課題,目前集中在多肽、蛋白質(zhì)、核酸等生物大分子分析、生物藥物分析、超痕量、超微量生物活性物質(zhì).1）質(zhì)譜法在生命科學(xué)研究能發(fā)揮著重要的作用。1/10/2025302）熒光光譜在生命科學(xué)分析應(yīng)用

熒光光譜分析應(yīng)用于生命科學(xué)也是較多的,核糖核酸(RNA)和脫氧核糖核酸(DNA)的測(cè)定在臨床生物樣品測(cè)定中非常重要,因?yàn)樗鼈儾粌H起著儲(chǔ)存、復(fù)制和傳遞信息的作用,而且還決定著細(xì)胞的種類及功能。1/10/2025313）電分析化學(xué)在生命科學(xué)中的應(yīng)用電分析化學(xué)在生命科學(xué)的研究中也愈來(lái)愈受到分析工作者的重視.電分析化學(xué)是利用物質(zhì)的電子和電化學(xué)性質(zhì)進(jìn)行表征和測(cè)量的科學(xué),生命現(xiàn)象最基本的過(guò)程是離不開(kāi)電荷運(yùn)動(dòng)的,生命科學(xué)最基礎(chǔ)的學(xué)科是電化學(xué).用電化學(xué)的基本原理和實(shí)驗(yàn)方法,不但在生物體和有機(jī)組織的整體水平上,更重要的是在分子和細(xì)胞水平上研究或模擬研究電荷(包括電子、離子及其它電活性粒子)在生物體系和其相應(yīng)模擬體系中分布、傳輸和轉(zhuǎn)移及轉(zhuǎn)化的化學(xué)本質(zhì)和規(guī)律。1/10/2025322.毛細(xì)管電泳毛細(xì)管電泳是近年來(lái)分析化學(xué)中發(fā)展最為迅速的領(lǐng)域之一,其基本裝置是在充滿電解質(zhì)的毛細(xì)管兩端施加高壓(20～30KV),采用直徑為25～50Lm的毛細(xì)管.截面積急劇減小使傳統(tǒng)電泳技術(shù)產(chǎn)生了質(zhì)的變化,由于截面積小,熱量均勻,因此電泳傳質(zhì)均勻.由于流阻加大,不用載體可直接在緩沖液中進(jìn)行電泳,這樣既消除了載體對(duì)電泳影響,又可容納分子量極大的樣品,甚至細(xì)菌和病毒顆粒.1/10/2025333.超臨界流體色譜(SFC)2.5超臨界流體色譜(SFC)能在較低溫度下分析熱不穩(wěn)定、沸點(diǎn)較高、分子量較大的化合物,總柱效率比LC高,且易于與靈敏檢測(cè)器查聯(lián).1/10/2025344.光度分析的光明前景和發(fā)展趨勢(shì)光度分析的發(fā)展和活力有各方面的動(dòng)力.新顯色劑的開(kāi)發(fā)和利用,為光度分析的發(fā)展提供了物質(zhì)基礎(chǔ)；無(wú)機(jī)化學(xué)、有機(jī)結(jié)構(gòu)理論、表面化學(xué)、絡(luò)合物化學(xué)、分析化學(xué)等相關(guān)理論的不斷完善,也為光度分析的發(fā)展提供高起點(diǎn)的理論和實(shí)踐基礎(chǔ)；將光度信息與動(dòng)力學(xué)信息結(jié)合起來(lái),提供豐富的三維數(shù)據(jù)信息,成為提高測(cè)定準(zhǔn)確度和進(jìn)行多組分同時(shí)分析的新途徑。光度分析由于簡(jiǎn)單方便,成本低廉,靈敏度、選擇性、準(zhǔn)確度均有一定優(yōu)勢(shì),在痕量分析中適應(yīng)于市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng),成為適合我國(guó)國(guó)情有中國(guó)特色的分析領(lǐng)域之一.1/10/2025355.化學(xué)計(jì)量學(xué)在分析化學(xué)中的應(yīng)用

化學(xué)計(jì)量學(xué)(Chemometrics)是由數(shù)學(xué)、統(tǒng)計(jì)學(xué)、計(jì)算機(jī)技術(shù)與化學(xué)相結(jié)合的交叉科學(xué),化學(xué)計(jì)量學(xué)能有效地解決許多常規(guī)方法難于解決的復(fù)雜問(wèn)題,化學(xué)計(jì)量學(xué)在分析化學(xué)中的應(yīng)用主要有以下幾個(gè)方面:

4.1提高靈敏度改善選擇性。

4.2開(kāi)發(fā)和評(píng)價(jià)新方法,提高分析效益.

4.3提高分析測(cè)試的精密度與準(zhǔn)確性.

4.4提高分析測(cè)試的精密度與準(zhǔn)確性.1/10/2025366.色譜分析色譜分析是分析化學(xué)中發(fā)展最快,研究應(yīng)用十分活躍的領(lǐng)域之一.20世紀(jì)50年代興起的氣相色譜(GC),60年代發(fā)展起來(lái)的色質(zhì)聯(lián)用技術(shù)(GCMS),70年代的高效液相色譜(HPLC),80年代的超臨界流體色譜(SFC),以及繼而發(fā)展起來(lái)的毛細(xì)管區(qū)域電泳等,使得色譜分析成為預(yù)集、分離、測(cè)定和提純聯(lián)用的重要分析技術(shù);成為自然科學(xué)領(lǐng)域眾多實(shí)驗(yàn)室不可缺少的一類分析手段.

1/10/2025377.電分析化學(xué)電分析化學(xué)的發(fā)展具有悠久的歷史,早在18世紀(jì)就出現(xiàn)了電分析和庫(kù)侖滴定法,發(fā)展至今,電分析化學(xué)學(xué)科的發(fā)展是基于人們從理論上對(duì)電極總過(guò)程的各個(gè)基本反應(yīng)的深刻了解,結(jié)合其它學(xué)科而創(chuàng)造出各種新技術(shù)、新方法,解決分析化學(xué)發(fā)展中提出的新問(wèn)題.化學(xué)修飾電極通過(guò)分子水平上電極功能的設(shè)計(jì),突破了以往電化學(xué)家研究的范疇,顯示出了選擇富集分離、電催化、電化學(xué)傳感、不對(duì)稱有機(jī)合成等多種有用的效應(yīng)。1/10/2025387.我國(guó)分析化學(xué)現(xiàn)狀1)分析測(cè)試人員發(fā)展情況.

分析測(cè)試人員人分布主要為高等學(xué)校2～3萬(wàn)名;環(huán)保及各產(chǎn)業(yè)部門約7萬(wàn)名;進(jìn)出口商檢部門3000名,石油化工行業(yè)分析人員占10%,冶金部門分析人員占7%,地質(zhì)部門也有一支較龐大的分析隊(duì)伍.分析測(cè)試領(lǐng)域現(xiàn)有中科院院士14名,博士點(diǎn)約15個(gè).恢復(fù)研究生招生以來(lái),培養(yǎng)的碩士生在2000名以上,博士生在200名以上.2)研究機(jī)構(gòu)狀況.隨著設(shè)備儀器在我國(guó)的較大發(fā)展,現(xiàn)已建立了許多測(cè)試中心及開(kāi)放實(shí)驗(yàn)室。1/10/2025391）國(guó)家分析測(cè)試中心國(guó)家有色金屬及電子材料測(cè)試中心國(guó)家電化學(xué)和光譜研究分析中心國(guó)家鋼鐵材料測(cè)試中心中國(guó)上海分析測(cè)試中心中國(guó)廣州分析測(cè)試中心國(guó)家環(huán)境分析測(cè)試中心國(guó)家建筑材料測(cè)試中心國(guó)家化學(xué)建材測(cè)試中心國(guó)家色譜研究分析中心國(guó)家地質(zhì)實(shí)驗(yàn)測(cè)試中心1/10/2025402）中國(guó)科學(xué)院開(kāi)放實(shí)驗(yàn)室中國(guó)科學(xué)院長(zhǎng)春應(yīng)用化學(xué)研究所，電分析化學(xué)開(kāi)放研究實(shí)驗(yàn)室3）國(guó)家教委直屬高等學(xué)校測(cè)試中心

（備3000多萬(wàn)美元）中山大學(xué)，中國(guó)科技大學(xué)，四川大學(xué)吉林大學(xué)，蘭州大學(xué)，南開(kāi)大學(xué)武漢大學(xué)，浙江大學(xué)，清華大學(xué)廈門大學(xué)1/10/202541省部級(jí)實(shí)驗(yàn)室和測(cè)試中心4）國(guó)家教委廈門大學(xué)材料與生命過(guò)程分析化學(xué)開(kāi)放研究實(shí)驗(yàn)室5）中國(guó)興奮劑檢測(cè)中心6）省、市地方測(cè)試中心（21個(gè)）1/10/202542學(xué)術(shù)會(huì)議與期刊中國(guó)化驗(yàn)在中國(guó)化工學(xué)會(huì)、中國(guó)冶金學(xué)會(huì)、中國(guó)有色金屬學(xué)會(huì)、中國(guó)機(jī)械工程學(xué)會(huì)、中國(guó)儀器儀表學(xué)會(huì)的分析化學(xué)委員會(huì),理化檢驗(yàn)委員會(huì)和分析儀器委員會(huì)等的組織下,近年來(lái),每年召開(kāi)近1