化学分析概论

关于化学分析概论2第一节分析化学概述分析化学是研究物质化学组成、含量、结构的分析方法及有关理论的一门学科一、分析化学的任务和作用三个主要问题：体系中存在哪些物质？体系中物质的量是多少？这些物质的结构和存在形态是什么？定性分析定量分析结构分析结论：第2页,共61页，2024年2月25日，星期天3二、分析化学的分类根据分析任务划分：定性分析定量分析结构分析根据分析对象划分：有机分析

无机分析根据分析对象的含量划分：痕量分析

常量分析半微量分析微量分析第3页,共61页，2024年2月25日，星期天4分析方法名称常量分析半微量分析微量分析痕量分析按含量分>1%0.01-1%<0.01%按样品用量分固体试样质量（g）>0.10.1~0.010.01~0.0001<0.0001液体试样体积（mL）>1010~10.01~1<0.01第4页,共61页，2024年2月25日，星期天5根据分析原理划分：化学分析容量分析（滴定分析法）重量分析以物质的化学反应为基础的分析方法仪器分析物质的物理和物理化学性质为基础的分析方法，往往都需要特殊的仪器萤光分析、放射化学分析法等。光学分析法、电化学分析法色谱分析法、质谱分析法第5页,共61页，2024年2月25日，星期天6根据分析的目的划分：

例行分析一般化验室对日常生产中的原材料和产品而进行的分析

快速分析是为控制生产过程提供信息。如炼钢时的炉前分析

仲裁分析为了裁判不同单位对同一试样分析得出不同的测定结果，这时要求权威机构用公认的标准方法进行准确的分析第6页,共61页，2024年2月25日，星期天7分析试样的制备缩分破碎过筛混匀试样每经过一次破碎后，使用机械或人工的方法取出一部分有代表性的试样,再进行下一步处理,将试样量逐渐缩小四分法注意事项：防止污染做好试样标签不能随意丢弃试样，均匀取舍第7页,共61页，2024年2月25日，星期天8三、分析程序分析试样的采集：试样应具有代表性

试样均匀：任意取一部分或稍加搅匀取其中的一部分。金属试样、水样、液态试样、气态试样、一些比较均匀的化工试样【包括：】试样分布不均匀：按一定的程序，根据经验，平均试样采取量矿石、煤炭、土壤等【包括：】M=K×

da

M－－采取平均试样的最低质量(kg)

d－－试样中最大颗粒的直径(mm)

K，a－－经验常数,K值在0.02~0.15，a值在1.8~2.5；一般矿质样品a值取2。第8页,共61页，2024年2月25日，星期天9试样的分解干化分解法湿法分解干扰组分的分离离子交换分离法。沉淀分离法溶剂萃取法色谱分离法测定方法的选择和分析测定主要考虑测定组分的准确度、灵敏度以及测定速度符合要求第9页,共61页，2024年2月25日，星期天10实验数据处理和结果表达原则：

数据记录必须实事求是实验数据记录必须有专用的记录本，要按一定记

录规则，不能随意更改或丢弃数据的舍取要按统计学规则进行舍取第10页,共61页，2024年2月25日，星期天11第二节定量分析误差的分类及表示方法一、定量分析误差的产生真实值（真值）XT：真实存在的值分析测定值X：由实验过程中采用某一种方法测得的值误差E：E=X-XT误差的分类：系统误差偶然误差第11页,共61页，2024年2月25日，星期天12系统误差－－－由固定原因产生特点具单向性（大小、正负一定）

可消除（原因固定）重复测定重复出现原因方法误差：因方法本身而产生试剂误差：试剂不纯或蒸馏水中含微量杂质仪器误差：天平、砝码、滴定管、容量瓶等刻度不准操作误差：操作人员的主观原因所造成的误差操作误差(个体差异)与操作过失(马虎大意)不同！第12页,共61页，2024年2月25日，星期天13偶然误差（随机误差）－－－由一些随机的原因引起的，如实验时温度、电流、大气压等外界因素突然发生变化，仪器性能的微小波动等造成。

特点：

不具单向性（大小、正负不定）

不可消除（原因不定）但可减小（增加测定次数）

分布服从统计学规律（正态分布）操作过失第13页,共61页，2024年2月25日，星期天14二、误差的表示方法

---准确度(误差)、精密度(偏差)准确度：测定结果与“真值”接近的程度（用误差表示）绝对误差=X-XT相对误差＝(X–XT)/XT×100%例：某一试样质量为1.8363g，称量值为1.8364g;另一试样质量为0.1835g,称量值为0.1836g。试样1：绝对误差=1.8364-1.8363=+0.0001

相对误差=+0.0001/1.8363×100%=+0.005%试样2：绝对误差=0.1836-0.1835=+0.0001

相对误差=+0.0001/0.1835×100%=+0.05%

绝对误差相同时，相对误差可能不同!第14页,共61页，2024年2月25日，星期天15精密度：平行测定的结果互相靠近的程度（用偏差表示）绝对偏差=Xi-X相对偏差=(Xi–X)/X【某次测定结果的偏差，只能反映该结果偏离平均值的程度，不能反映一组平行测定结果的精密度。】平均偏差相对平均偏差绝对、相对偏差有正负；而平均、相对平均偏差为正值第15页,共61页，2024年2月25日，星期天16当测定次数n小于20次时:标准偏差（又称均方根偏差）：突出大的偏差对结果的影响相对标准偏差：当测定次数n大于20次时（无限多次）：总体标准偏差：：总体平均值第16页,共61页，2024年2月25日，星期天17例：数组1：+0.1,+0.4,0.0,-0.3,+0.2,-0.3,+0.2,-0.2,-0.4,+0.3

数组2：-0.1,-0.2,+0.9,0.0,+0.1,+0.1,0.0,+0.1,-0.7,-0.2数组1：=0.2s=0.3数组2：=0.2s=0.4【标准偏差能更好地反映出结果的精密度】两次平行测定时：相差=|x1-x2|

相对相差=相差/平均值=|x1-x2|/

第17页,共61页，2024年2月25日，星期天18测定某硅酸盐试样中SiO2的质量分数(%),五次平行测定结果为37.40，37.20，37.30，37.50，37.30。计算平均值，平均偏差，相对平均偏差，标准偏差和相对标准偏差。例1：

解：第18页,共61页，2024年2月25日，星期天19准确度与精密度的关系：1精密度高的不一定准确度好2准确度高必须以精密度好为前提3精密度是保证准确度的先决条件4精密度差，说明实验分析结果不可靠也就失去了衡量准确度的前提第19页,共61页，2024年2月25日，星期天20第三节提高分析结果准确度的方法一、减少测量误差例：天平一次的称量误差为0.0001g，需读数二次，每次的称量误差为0.0001g，保证称量误差不超过±0.1%，计算最少称样量？称量：第20页,共61页，2024年2月25日，星期天21滴定：例：50mL滴定管刻度线的最小分度值为0.1mL，确定液面位置时，可在两刻度之间估计读至0.01mL，所以读数误差为±0.01mL，两次的读数误差为0.02mL，若相对误差不超过±0.1%，计算最少溶液体积？【由此可见，减少测量误差的方法是适当增加被测量物的量】第21页,共61页，2024年2月25日，星期天22二、减少系统误差的方法a.用标准试样

b.用已知的标准方法对照试验：－－－消除方法误差回收试验：－－－采用标准样加入法，用自己的分析方法，在同样条件下，测定分析试样的结果，再与未加标准样品的试样测定结果比较，可以检验是否存在方法误差。

第22页,共61页，2024年2月25日，星期天23空白试验：－－－消除试剂误差在不加试样的情况下，按照试样的分析步骤和条件而进行测定。其得到的结果叫空白值。在数据处理时，从分析结果中扣除。仪器校准：－－－消除仪器的误差定量分析实验所用的仪器，如滴定管、容量瓶、移液管、天平等都要进行校正。三、减少偶然误差的方法－－－增加平行测定次数，一般4-6次即可第23页,共61页，2024年2月25日，星期天24第四节有限数据的统计处理一有效数字概念：－－－实际能测量到的分析数据组成：－－－所有确定的数字再加一位可疑的数字◆分析天平

(称至0.1mg):12.8218g(6),0.2338g(4),

千分之一天平(称至0.001g):0.234g(3)

1%天平(称至0.01g):4.03g(3),0.23g(2)

台秤(称至0.1g):4.0g(2),0.2g(1)★滴定管

(量至0.01mL):26.32mL(4),3.97mL(3)

★容量瓶:100.0mL(4),250.0mL(4)

★移液管:25.00mL(4);

☆量筒(量至1mL或0.1mL):25mL(2),4.0mL(2)质量体积第24页,共61页，2024年2月25日，星期天25出现在第一位有效数字之前的零，不算有效数字

0.02000L(4位),0.0280g(3位)出现在两个非零数字之间或所有非零数字之后，记入有效数字

10.0400(6位)

记录数据的时候不能将尾数的“0”任意增减

0.10mL0.1mL

改变单位，有效数字不变

0.02000L20.00mL科学记数法表示有效数字较为明确

数字后的0含义不清楚时,最好用指数形式表示:1000(1.0×103，1.00×103,1.000×103)

零的有效数字计算第25页,共61页，2024年2月25日，星期天26pH,pM,lgKӨ例：pH=11.02,两位有效数字，则[H+]=9.5×10-12－－－有效数字的位数取决于小数部分（尾数）数字的位数，整数部分只代表该数的方次

有效数字修约规则：－－－四舍六入五留双例：要修约为四位有效数字时:尾数≤4时舍,

0.52664-------0.5266尾数≥6时入,

0.36266-------0.3627尾数＝5时:a.若后面数全为0,舍5成双

10.2350----10.24,250.650----250.6

b.若5后面还有不是0的任何数皆入

18.0850001---18.09第26页,共61页，2024年2月25日，星期天27只能对数字进行一次修约例：6.549，2.451一次修约至两位有效数字

6.5

2.5注意：有效数字计算规则：－－－先修约，后计算加减法：以小数点后位数最少的数为准（即以绝对误差最大的数为准）例：第27页,共61页，2024年2月25日，星期天28乘除法：

以有效数字位数最少的数为准（即以相对误差最大的数为准）例：注意：①分数与倍数2，5/2看成无限多位有效数字，最后结果以实验结果数据为准②误差只需保留1－2位③计算过程中可暂时多保留一位，留到下一步计算用第28页,共61页，2024年2月25日，星期天第30-44页PPT主要内容(不做要求,不考）置信度与置信区间置信度：随机误差在不同区间内出现的概率置信区间：无限次测量的算术平均值的可能范围u=1.96时，100次测量，有95次落在x±1.96σ内显著性检验（略）判断同法不同人或同人不同法所分析结果之间的差异是偶然误差还是随机误差可疑值的取舍若平行测定的若干组数据中，有极大值或极小值，可采用Q检验法或G检验法来判断是否应该舍去第29页,共61页，2024年2月25日，星期天30二、置信度与置信区间无限多次测定时：

偶然误差的正态分布μ：无限次测量的总体均值，表示无限个数据的集中趋势（无系统误差时即为真值）σ：总体标准差，表示数据的离散程度x–μ：偶然误差y：某一偏差出现的概率密度第30页,共61页，2024年2月25日，星期天31测定值在总体平均值附近概率最大正负误差出现的几率相等小误差出现的次数多，大误差出现的次数少

标准正态分布曲线注：u

是以σ为单位来表示随机误差第31页,共61页，2024年2月25日，星期天32曲线y轴：概率密度值曲线下方的面积：随机误差出现的概率。曲线下方总面积＝100％置信度(P)：横坐标值在不同范围内正态分布曲线下的面积，即随机误差在不同区间内出现的概率置信区间：当u=±1时：可认为总体平均值μ有68.3%的置信度落在x±σ范围内。也可以理解为在1000次测定中，有683次测定值在μ±σ范围内。例：第32页,共61页，2024年2月25日，星期天33标准正态分布

置信度%置信度分布情况：第33页,共61页，2024年2月25日，星期天34有限次测定时：－－－采用t分布进行处理。样本标准偏差S来代替总体标准偏差：正态分布：P

随u

变化u

一定，P一定t分布：P随t

和f

变化t

一定，概率P与f

有关第34页,共61页，2024年2月25日，星期天35某一t

值时，测量值出现在μ±t

·s范围内的概率置信度（置信水平）P：0.500.900.95

0.9911.006.3112.7163.6620.822.924.309.9330.762.353.185.8440.742.132.784.6050.732.022.574.0360.721.942.453.7170.711.902.373.5080.711.862.313.3690.701.832.263.25100.701.812.233.17200.691.732.092.85∞0.671.651.962.58置信度P自由度ft分布值表第35页,共61页，2024年2月25日，星期天36例2：为检测鱼被汞污染情况,测定了鱼体中汞的质量分数

w(Hg),六次平行测定结果分别为2.06×10-6、1.93×10-6、2.12×10-6、2.16×10-6、1.89×10-6

和1.95×10-6

。试计算置信度

P=0.90和0.95时平均值的置信区间。

解：s

=

0.11×10-6查表,当

P=0.90，f=n-1=5时,t=2.02=(2.02±

0.09)×10-6当P=0.95,f=n-1=5时,t=2.57得：=(2.02±

0.12)×10-6【即在(2.02±0.09)×10-6

和(2.02±0.12)×10-6

区间中包括总体平均值μ的把握分别为90%和95%】第36页,共61页，2024年2月25日，星期天37Q值检验法：－－－将数据由大到小依次排列,求出可疑值与其最邻近数据之差,然后将此差值与极差(最大值与最小值之差)相比,得

Q计算:再根据测定次数

n

和置信度查

Q值表(见表),若

Q计算>Q表,可疑值应舍去,反之则应保留。测量次数n345678910Q0.900.940.760.640.560.510.470.440.41Q0.950.970.840.730.640.590.540.510.49三、可疑值的取舍第37页,共61页，2024年2月25日，星期天38例4：某土壤含锌质量分数测定结果如下:6.963×10-5、7.121×10-5、7.087×10-5、7.138×10-5、7.123×10-5、7.119×10-5、7.207×10-5。其中6.963×10-5是否应舍去(P=0.95)

解：查表:n=7,P=0.95时,Q表=0.59,∵Q计算<Q表

∴此数据应保留。第38页,共61页，2024年2月25日，星期天39G检验法(格鲁布斯检验法)：－－－用于一组测定数据中可疑值不止一个时(1)先将一组数据按从小到大顺序排列：x1，x

2，……，xn；(2)求出这组数据的平均值和标准偏差S（包括可疑值在内）；(3)求出G值：若xi为可疑值：若计算出的G值大于或等于表中的G值，舍去可疑值；否则，应保留。第39页,共61页，2024年2月25日，星期天40测定次数置信度测定次数置信度n95%99%n95%99%31.151.15142.372.6641.461.49152.412.7151.671.75162.442.7561.821.94172.472.7971.942.10182.502.8282.032.22192.532.8592.112.32202.562.88102.182.41212.582.91112.232.48222.602.94122.292.55232.622.96132.332.61242.642.99表5-3格鲁布斯检验法的G值表第40页,共61页，2024年2月25日，星期天41例5：测定碱灰的总碱量（Na2O）得到5个数据：40.02%、40.13%、40.15%、40.16%、40.20%。用格鲁布斯检验法判断置信度为95%时40.02%这个数据能否舍去？

解：数据由小到大排列(%)：40.02，40.13，40.15，40.16，40.20查表，置信度为95%时，G=1.67，因为G计＜G表，所以40.02%这一数据应保留。如果x1，和x2都是可疑值，先检验x2是否能舍去，若能舍去，x1自然应被舍去。检验x2时，测定次数应作少一次来处理。若可疑值为x1和xn，应分别进行检验。若一个决定舍去，再检验另一个时，测定次数应作少一次来处理。第41页,共61页，2024年2月25日，星期天42四、显著性检验（略）F检验法:－－－精密度显著性检验把F计算值与F表值相比较，若F计算>F表值,说明存在显著性差异；若相反，说明不存在显著性差异。例6：某分析9次结果的标准偏差为0.060，再用另一不同的分析方法分析7次，得标准偏差为0.035。问这两种方法的精密度是否存在显著性差异(置信度为95%)？

解：n1=9，S1=0.060；n2=7，S2=0.035查表得：F=4.15。F计算<F表值，∴不存在显著性差异。

第42页,共61页，2024年2月25日，星期天43

置信度95%时F值f大

2345678910

∞

219.0019.1619.2519.3019.3319.3619.3719.3819.3919.5039.559.289.129.018.948.888.848.818.788.5346.946.596.396.266.166.096.046.005.965.6355.795.415.195.054.954.884.824.784.744.3665.144.764.535.394.284.214.154.104.063.6774.744.354.123.973.873.793.733.683.633.2384.464.073.843.693.583.503.443.393.342.9394.263.863.633.483.373.293.233.183.132.71104.103.713.483.333.223.143.073.022.972.54∞3.002.602.372.212.102.011.941.881.831.00

f小第43页,共61页，2024年2月25日，星期天44t检验法：－－－系统误差显著性检验在一定置信度下，平均值的置信区间为：例7：今以某种新方法测定一标准试样中Ca2+的含量，所得9次分析结果分别为(%)：60.00、60.05、60.04、60.12、60.09、60.06、60.10、60.07和60.05，已知标准试样中Ca2+的含量(%)为60.14，试判断这个新方法是否存在系统误差（置信度95%）。

解：n=9时f=9–1=8,S=0.036置信度为95%，f=8时，查表t=2.31＜6.67。因此有95%的把握认为与μ之间存在显著性差异，即此新方法存在系统误差。第44页,共61页，2024年2月25日，星期天45第五节滴定分析法一、滴定分析基本概念概念：－－－用一种已知浓度的试剂溶液滴定被测物质的含量的方法化学计量点：－－－滴定反应按化学方程式完全的计量关系进行到反应终点滴定终点：－－－滴定过程中，由指示剂颜色变化而确定的终点。化学计量点滴定终点?≠终点误差第45页,共61页，2024年2月25日，星期天46二、滴定反应的要求和滴定方式对滴定反应的要求

反应定量完成，有确定的计量关系

反应速度快,反应完全有比较简便的方法确定反应终点

干扰易排除，无副反应第46页,共61页，2024年2月25日，星期天47滴定方式：①直接滴定法：用标准溶液滴定待测物质例：强酸滴定强碱②返滴定法：待测溶液＋过量已知浓度的滴定剂，待反应充分进行后，再用另一种标准溶液滴定过剩的滴定剂例：氮含量的测定,Al3+的测定含N物铵盐NH3过量HClNaOH滴定NH4++HCl（剩余）第47页,共61页，2024年2月25日，星期天48③置换滴定法：待测组分通过适当的试剂转化成另一种物质，再用标准溶液滴定这种物质例：间接碘量法中K2Cr2O7氧化碘化钾K2Cr2O7+KII2Na2S2O3滴定反推K2Cr2O7④间接滴定法：不能与滴定剂反应，有时可通过另外的化学反应，用滴定法间接进行测定例：KMnO4法测定Ca2+含量Ca2+CaC2O4H2C2O4滴定KMnO4第48页,共61页，2024年2月25日，星期天49三、基准物质和标准溶液－－－标准溶液的浓度通过基准物来确定基准物质：－－－可以准确的称取，定量转移至容量瓶，并准确计算起浓度纯度高（>99.9%)性质稳定组成与化学式完全符合有较大的摩尔质量标准溶液：－－－已知浓度的溶液，用于滴定待测物质标准溶液的配制：

直接配制法

间接配制法第49页,共61页，2024年2月25日，星期天50应用范围基准物质干燥条件标定对象名称化学式酸碱滴定无水碳酸钠硼砂邻苯二甲酸氢钾二水合草酸Na2CO3Na2B4O7·10H2OKHC8H4O4H2C2O4·2H2O270~300℃置于盛有NaCl,蔗糖饱和溶液的密闭器皿110~120℃室温空气干燥酸酸碱碱沉淀滴定氯化钠NaCl500~600℃硝酸银配位滴定锌氧化锌碳酸钙ZnZnOCaCO3室温干燥器中保存900~1000℃110℃EDTAEDTAEDTA氧化还原滴定草酸钠重铬酸钾溴酸钾Na2C2O4K2Cr2O7KBrO3130℃140~150℃130℃氧化剂还原剂还原剂常用的基准物质的干燥条件和应用范围第50页,共61页，2024年2月25日，星期天51

直接配制法－－－直接用容量瓶配制，定容。【可直接配制标准溶液的物质应是基准物质！】①准确称取一定基准物质，溶解后配制成一定体积的溶液，根据物质的质量和体积计算出此溶液的准确浓度。②也可准确量取一定体积的已知浓度的溶液，稀释成一定体积的溶液，计算出稀释后溶液的准确浓度。第51页,共61页，2024年2月25日，星期天52

间接配制法－－－先配制成与所需浓度相近的溶液；然后用基准物质进行标定，求出其准确浓度。①

配制溶液

配制成近似所需浓度的溶液。②标定

用基准物或另一种已知浓度的标准溶液来滴定。③确定浓度

由基准物质量（或体积、浓度），计算确定之。例：

NaOH溶液、盐酸溶液等的配制第52页,共61页，2024年2月25日，星期天53四、滴定分析计算被测物质的浓度c(A)：被测物质的量n(A)与滴定剂的量n(B)的关系：被测物质的质量m(A)：被测物质的含量w(A)：第53页,共61页，2024年2月25日，星期天54例8：称取基准物质H2C2O4.2H2O(126.07g/mol)0.1258g用NaOH溶液滴定到终点，消耗19.85毫升，求NaOH的浓度。解：H2C2O4+2NaOH=NaC2O4+2H2O

n(H2C2O4):n(NaOH)=1:2

n(NaOH)=2×n(H2C2O4)

(cV)NaOH=2×m(H2C2O4)

/M(H2C2O4)

∴c

NaOH=2×0.1258/126.07×0.01985=0.1005mol/L第54页,共61页，2024年2月25日，星期天55例9：粗铵盐2.000克加入过量氢氧化钠溶液中，加热蒸发出的氨吸收在50.00毫升，浓度为0.5000mol/L标准盐酸中，过量的酸用浓度为0.4500mol/L的标准NaOH溶液回滴定到终点，用去NaOH体积为2.31ml，计算样品中NH3的百分含量。解：HCl－－NH3HCl－－NaOH

nNH3=nHCl-nNaOH

nNH3=(50.00×0.5000-0.4500×2.31)×10-3

=(25.00-1.04)×10-3

=23.96×10-3

∴NH3的百分含量=(23.96×10-3×17.03/2.000)×100%=20.40%第55页,共61页，2024年2月25日，星期天56例10：标定约0.05mol·L-1的HCl溶液准确浓度，滴定时希望每次消耗HCl溶液的体积在20mL~30mL之间，则称取基准物质硼砂(Na2B4O7·10H2O)的质量范围是多少？解：Na2B4O7·10H2O

+2HCl=4H3BO3+5H2OV(HCl)=20mL、c(HCl)=0.05mol·L-1解得：m=0.19gV(HCl)=30mL、c(HCl)=0.05mol·L-1解得：m=0.29g∴称取基准物质硼砂的质量范围为0.19~0.29g。若取无水碳酸钠作为基准物质，则称量范围为多少？第56页,共61页，2024年2月25日，星期天57例11：为标定Na2S2O3溶液，称取基准物质K2Cr2O70.1260g用稀盐酸溶解后，加入过量KI置于暗处5min待反应完成后加入水80mL，用Na2S2O3滴定，终点时耗用Na2S2O3

19.47mL,计算Na2S2O3的浓度。解：K2Cr2O7+6KI+14HCl=2CrCl3+3I2+8KCl+7H2OI2+2Na2S2O3=

2KI+Na2S4O6K2Cr2O7－－3I2－－6Na2S2O3

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