分析化学主章节王赪胤.ppt

分 析 化 学 主 讲 :王 赪 胤,第一章、绪 论,第一节 分析化学的任务、作用和方法,一、分析化学的任务,分析化学(Analytical Chemistry) 地位：化学学科的重要分支，四大基础化学之一。 内容：分析化学是研究物质的化学组成的分析方法及有关理论的一门学科 任务：物质的化学组成，a:是什么？（定性分析）、b:是多少？（定量分析） 范围：析化学包括的范围很广泛。 从分析对象来说，包括各种气态、固态或液态的无机物和有机物； 从分析要求说，包括各种元素、化合物，原子团和有机官能团等的定性和定量分析以及它们存在形式和化学结构等方面的分析。 从分析方法来说：化学法、物理法、物理化学（仪器分析） 研究的范围越来越大：,二、分析化学的作用,工具科学，生产、考验的眼睛。,三、分析化学的应用,(一)、农业： 土壤 农药 化肥,(二)、工业生产：,质检（产品、原材料）,(三)、生命科学：,头发中微量元素含量与疾病的关系。 正常人发锰含量为0.7ug/g。心脏病者为0.42ug/g。肿瘤患者及早衰者发锰含量也较低。 又如体分析，将很小的探头插入体细胞中，测定多巴胺、肾上腺素、维生素、糖等含量，对了解生命规律、大脑功能很有意义。 又如人体一天究竟需要多少糖，人体中糖是怎样循环变化的，就需测定体内的糖含量。人工胰脏就需糖的检测器。,(四)、环境保护：,环境监测(大气、水、土壤分析等） 测定空气中污染物如NO2,SO2,CO等含量，这两者不仅对人体呼吸道有影响，而且造成酸雨。烟镉会引起肾功能衰退，吸入过多会头痛，头晕，呕吐，胸痛，死亡。,六价铬的毒性大于三价铬，对呼吸器管，皮肤有损害， 也能致癌。 水源根据不同的需要，各国制定了不同的用水标准，生活用水，考虑有害物对人体的影响，世界卫生组织允许的限量，如铅0.1mg/l,铬0.05mg/l,镉0.01mg/l,汞0.001 mg/l。 工业用水，考虑钙、镁、铁、铅、硫酸盐、pH、溶解氧等。 农业用水，考虑微量元素对作物的影响。 水产用水，考虑农药及微量元素与对立类的影响 。 另外还有废水的排放标准，我国河水的污染及为严重。,例如20世纪50年代日本 发生的公害病痛痛病和水俣病，曾惊动了全世界。 为了寻找痛痛病的病因，经历了11年之久。后来环境分 析化学工作者用光谱检查出病区的河水中含有铅、镉、 砷等有害元素，继而用元素追踪的手段，分析病区的土 壤和粮食,发现铅、镉等含量偏高,以后又进一步对痛痛 病患者的尸骨进行光谱定量分析。骨灰中的锌、铅、镉 含量高得惊人。为了确定致病因子，又以锌、铅、镉分 别掺入饲料喂养动物,在动物身上进行元素追踪分析,配 合病理解剖，证实了镉对骨质的严重危害性，揭开了痛 痛病的病因之谜。 与此类似，日本渔民的水俣病是汞污 染引起的这一事实，也是通过对元素的追踪分析确定的。,(五)、军事,生化武器 化学武器具有很大威胁力，人们对此很恐惧，如中东伊拉克可以制作毒气检测器装备在士兵及车辆上，以避免a:人睡觉时被中毒。b:毒气闻多时，失去判别力。 a:神经类，含磷有机物； b:溃烂类，芥子气。 F-117A潜隐飞机是用塑料、树脂等有机物制成，或涂上一层物质。,(六)、天体科学,月球岩石的分析可以帮助了解太阳系及月亮的形成，用飞行器到其它星上检测是否会有氮生命基础。 用光谱分析法分析恒星上的组成、变化规律等。,(七)、医药卫生,医院里常需对病人进行血的化验，全国各地都有药检分析杂志。 制备中成药前需测量中药中有效成分的含量及配比。 兴奋剂检测,(八)、科学研究,几乎所有涉及化学的研究均用到分析化学， 有机合成时，需测定产品含量，产品是什么，中间产物是什么？ 无机化学研究络合物时，需测定络合比，电化学、光化学特性； 新型材料的合成也需分析化学（超导、高分子导电材料），考古学需测定古物的年代、组成。,(九)刑事侦破,各人头发中微量元素含量不同，通过测定可判断现场的头发是谁的， 绘画中白粉既做颜料，又可打底，古时只有铅白，1870年前无ZnO和二氧化钛，文艺复兴时的油画中的白粉若有锌、钛，那就是复制品。 德黑兰附近有个牧场，1972年大批羊死亡，场主指控有人破坏,通过测定羊胃中的草,发现含大量的硒Se(剧毒),植物具有富集地下化学元素的能力。后来在当地的地下发现了金属矿床。金矿地表面一吨的草中含100克金。 慢性中毒后，头发中含有铅、砷。,总结,分析化学在工业、农业、国防等中肩负着极其重要的任务。 Chemical Abstract摘录分析化学杂志的文章在国内所有杂志中名列榜首,可见现代科学对分析测试的重视程度。,四、分析方法的分类,一、按分析任务分类： 定性分析（qualitative）的任务是鉴定物质是由哪些元素、原子团、官能团或化合物而组成的。 定量分析(quantitative是测定物质中有关组分的含量。 结构分析(constructional)是研究物质的分子结构或晶体结构。,二、按分析对象分类：,无机分析（inorganic） 有机分析（organic）、 冶金分析（metallurgical） 药物分析(pharmaceutical)、 食品分析(food)、 环境分析(environmental)、 土壤分析等。 无机分析通常要求鉴定试样是由哪些元素、离子、原子团或化合物组成。各成分含量是多少，现行的分析方法很多，a:准确度和精密度；b:含量多少；c:有什么干扰；d:简单与复杂；e:状态。 组成有机物的元素不多，但结构很复杂，往往需要官能团分析和结构分析，有机物的分析一般需要大型仪器。,三、按测定原理分类,化学分析法 仪器分析法,化学分析法以物质的化学反应为基础的分析方法，又称经典分析法，主要是重量分析法和滴定分析法（容量分析法）,仪器分析法以物质的物理和物理化学性质为基础的分析方法称为物理和物理化学分析法。 光谱分析法 色谱分析法 为电化学分析法,光谱分析法分为比色分析法、紫外分光光度法、红外分光光度 法、原子吸收光谱法、原子发射光谱法、 X射线荧光分 析法、荧光分析法；,色谱分析法分为气相色谱法、高效 液相色谱法、薄层色谱法、离子色谱法、色谱质谱联 用技术；,电化学分析法分为极谱分析法、电导分析法、 电位分析法、库仑分析法。,四、例行分析和裁判分析,例行分析是指一般化验室日常生产中的分析，又叫常规分析； 裁判分析是指不同单位对某一产品的分析结果有争论时，要求某单位用指定的方法进行准确的分析，以判断分析结果是否准确，又称仲裁分析。 离线（off line）分析 、原位（in situ）、在体（in vivo）、实时(real line)、在线（on line）,五、按样品用量及被测成分多少分类：,1、按被测成份含量分类：,2、按试样量分类：,痕量与超痕量分析（ng/g至pg/g以及fg/g和ag/g甚至zg/g）是现代分析化学发展的前沿领域，它们将推动现代分析化学的发展。 例如已测定太平洋中心上空空气 中铅的含量为1ppb，南北极则低于0.5ppb。 南极洲冰块 中的DDT含量为0.04ppb；雨水中汞的平均含量为0.2ppb； 人体中铀的平均含量为1ppb。这些成果是依靠痕量或超 痕量分析技术取得的。,五、分析化学发展历史及展望,1、分析化学的历史悠久 分析化学一词是在17世纪由玻意耳提出 本世纪二、三十年代分析化学真正成为一门独立的学科还是从 到20世纪40年代后的几十年，半导体和原子能技术的发展使仪器分析突飞猛进，灵敏度高，速度快，易实现自动化。,分析化学经历了三次巨大的变革： 第一次是在本世纪初，由于分析化学基础理论，特别是物理化学基本概念（如溶液理论）的发展，使分析化学从一种技术演变成为一门科学。 第二次变革是在二次世界大战前后，由于物理学和电子学的发展，改变了以往经典的化学分析为主的局面，开创了仪器分析的新时代。 现在正处于第三次变革时期，由于生物学、信息科学和计算机技术的引入，以及生命科学、环境科学和新材料科学等的发展，使分析化学进入了一个崭新的境界。,2、现代分析化学,现代分析化学已不在局限于定性、定量分析，而是要获取包括物质结构、形态在内的全面信息，并解决诸如对微区、薄层、在线或在体等特殊要求的测定及分析测试的自动化及智能化。 现代分析化学已发展成为由许多密切相关的分支学科交织而成的一个分析科学体系，它涉及色谱学、电化学、光谱分析、波谱分析、化学分析、热分析、放射分析、生化分析及传感器、联用技术、样品分离富集方法、化学计量学和表面、微区、形态分析等分支学科。分析化学与数学、物理学、生物学及生命、环境、材料、资源、信息、医药等科学联系密切，与化学内部各分支学科间的关系更为密切。 它不仅给各个科学领域和生产部门提供新的检测方法，直接为国民经济、国防建设及社会生活的众多领域（如医疗卫生及环境保护）服务，而且影响着社会财富的创造，人类生存（如环境生态）和政策决策（如资源、能源开发）等重大社会问题的解决，其发展是衡量国家科学技术水平的重要的标志之一。,进一步提高分析化学方法的灵敏度 研究解决复杂体系的分离、富集及提高方法的选择性 扩展获得时空多维信息方法的研究 开展形态分析、表面分析及微环境分析 生物大分子及生物活性物质的表征与测定 非破坏性检测、遥测及过程分析 用于分析检测新原理的提出及新型分析仪器的研究,3、化学分析与仪器分析法的比较,发展趋势： 仪器分析法局限性： 相互关系:相互补充，化学法是仪器分析的基础,六、分析化学的学习方法,1.了解分析化学的课程特点，适应课程。 A、分析化学是有关各种分析方法的集合 B、突出量的概念 C、与实验密切相关 D、体现知识的综合应用 2. 调整学习心态，学会停课 3. 会看书、学会自学，克服依赖心理。 4. 复习与答疑 5. 分析化学中基本概念与关键数据的掌握 6. 习题、测试与参考书的作用 7. 如何进一步发挥实验在学习中的作用,1.了解分析化学的课程特点，适应课程。 A、分析化学是有关各种分析方法的集合 B、突出量的概念 C、与实验密切相关 D、体现知识的综合应用 2. 调整学习心态，学会停课 3. 会看书、学会自学，克服依赖心理。 4. 复习与答疑 5. 分析化学中基本概念与关键数据的掌握 6. 习题、测试与参考书的作用 7. 银河进一步发挥实验在学习中的作用,七、参考书：,分析化学 华东理工大学和成都科技大学编 分析化学 武汉大学编 分析化学 华中师范大学编,定量分析的任务是测定物质中某种或某些组分的含量，一般包括以下几个步骤:,第二节、定量分析的一般程序,一、取样,分析试样应具有代表性， 固、液、气体的取样方法是不一样的， 如研究某一物质在地球上的分布情况， 粮库中测量粮食中蛋白的平均含量； 病人饭前饭后的血液检查等。,二、试样的分解,通常的定量分析化学是湿法，需将试样转入到溶液中，进行测定，不同的物质需用不同的试剂溶解， 如软锰矿(MnO2)用HCl，硅酸盐用HF，铝合金用2030NaOH溶液，重晶石(BaSO4)用Na2CO3， 不能分解的试样(如文物)，可用仪器方法测定 测定酸碱用酸碱滴定法，测定H2O2用KMnO4法，测定Cl- 用沉淀滴定法等。,三、测定,根据被测组分的性质、含量和对分析结果的要求，采用不同的分析方法，分析方法很多，可分为化学分析和仪器分析， 不同的对象，采用不同的方法，同一对象，每种测定法都有一定的适用范围，选择性、灵敏度、精密度和准确度，应该熟悉每种方法。 测定时应注意干扰的排除，几乎没有无干扰的测定方法，可以说研究分析测定方法，就是研究排除干扰法。 方法有二：一是分离，二是掩蔽。 分离法有：沉淀分离，萃取分离，色谱分离等 ， 掩蔽法有：沉淀掩蔽，络合掩蔽，氧化还原掩蔽等。,四、计算分析结果,根据试样重量，测量所得数据和分析结果中有关反应的计量关系，计算试样中被测组分的含量。,五、定量分析结果的表示：,(一)被测组分已知需测其含量,而测定的又是组分中的某一部分时，可用实际存在的组分的形式的含量来表示，如测得的试样中铁的含量，可以FeO、Fe2O3或Fe3O4的形式来表示。又如氮，以NH3、NO2-、NO3-等表示。 通常都是测出某组分的含量，就以该组分表示。,(二)被测组分含量的表示方法,1、固体试样 常以相对含量表示，最常用的是百分含量。 x(含量) 被测组分重(g) / 试样重(g) 100% 当被组分含量非常低时，用百分含量表示，很不方便，可采用ppm、ppb或ppt来表示， parts per million、billion、trillion，分别表示106、109和1012分重的试样中1分重的被测组分。 1ppm锌表示1g重量试样中含Zn10-6g，或106g样品中含Zn 1g。 例：分析2.6g植物组织试样，测出含有3.6ug锌，问植物中锌的含量。,2、液体试样,通常以不同的方法表示： (1)重量百分数(w/W)表示被测组分在试液中所占重量的百分数， 如7.24%的铁表示100g试液中含7.24g铁； 如溶解度20%，表示100克试样中有20g盐。 (2)体积百分数(v/V)，表示100ml试液中被测组分所占体积。 85的乙醇，表示100ml试液中含乙醇85ml,15ml的水。 (3)重量体积百分数(w/V)：表示100ml试液中被测组分的克数。 试液中微量组分常以mg/L，ug/ml、ppm、ppb、ppt等表示含量。 如工业废水中测出每升水中含5ugHg2+即5ug/L，含量就可表示为5ppb。,3、气体试样,常以体积百分数(v/V)表示。 微量的用ppm表示， 1ppm指106份体积的试样中含有1份体积的被测气体组分。,第三节、分析反应,一、分析反应的灵敏性 分析反应的灵敏性是指利用该反应能检出被检物质的灵敏程度 灵敏性通常用检出限量和最低检出浓度(限界稀度)表示。 检出限量又叫最低捡出量是指在一定条件下，利用某反应可以检出的离子的最小量，单位为微克(ug)，符号为m。m越小，反应越灵敏。 最低险出浓度是指在一定条件下待检离子能得到肯定反应的最低浓度，ppm或1：G表示(1：G表示l份质量的离子溶于G质量的溶剂中)。 鉴定反应的灵敏度应同路用最低捡出浓度和检出限量来表示。,二、分析反应的选择性和特效性,分析反应要求选择性愈高愈好。 所谓选择性是指在其它离子共存时，所加入的试剂有选择地只和其中少数离子起反应的性质。 这种只与为数不多的离子发生类似现象的化学反应称为选择性反应，所加入的试剂称为选择性试剂。 如果与加入的试剂起反应的离子愈少，则这一反应的选择性就愈高。如加入的试剂只对一对离子起反应而产生特殊现象，其它离子都无类似现象产生则这一反应的选择性最高，这种反应就称为该离子的特效反应。 这种剂就称为该离子的特效试剂。,本章基本要求,了解分析化学的学科性质和分析化学的主要任务。 了解分析化学在国民经济和科学研究中的地位和作用。 熟悉分析化学的发展概况和当前分析化学发展的主要特点。 熟悉分析方法的基本分类，不同类型分析方法的适用范围和主要特点。 了解分析的基本工程，各步骤的目的，测定方法选择的基本原则。,自检自测,一、选择题 1.下列情况哪些不属于分析化学的任务 A. 确定试样中的元素组成, B确定试样中是否会有某化合物 C. 测定某材料的力学性能 , D监测大气中S02浓度 E. 测定材料的导热性. 2. 下列测定属于定量分析的是 A.测定某矿石中是否含有元素Ni B.确定自来水中的Cl-含量 C.测定矿泉水中是否含有稀有元素 D.测定粮食中的农药残留量 E.测定金器中的含金量,3化学分析法适合于测定 A. 高含量组分， B微量组分 C. 产品的纯度 D产品中的杂质 E. 化合物的官能团 4 下列测定只属于定性分析的是 A. 测定铁矿石中是否含有镍及其含量 B. 测定锰矿中的铁含量 C. 测定自来水中是否含有Na D. 测定矿泉水中含有哪些微量元素 E. 测定Na2S0