分析化学的定义任务和作用.ppt

,分析化学,Analytical Chemistry,教师联系方式 于岩,办公室：化学楼308 Tel： 2738575,教学要求与安排,1. 学时: 32 2. 成绩评定: 出勤及纪律10%,作业10%,期末80%,参考书,分析化学，武汉大学等五所院校编著， 高等教育出版社，2006年。 分析化学，华东理工大学和四川大学编著， 高等教育出版社，2003年； 分析化学，大连理工大学编著， 高等教育出版社，2002年； 分析化学，北京师范大学、华中师范大学、南京师范大学编著，高等教育出版社，2000年。,第一章 定量分析的误差及分析结果的数据处理,第一节 概述,一、分析化学的定义 二、分析化学的任务和作用 三、分析化学的分类,一、分析化学的定义 （欧洲化学会对分析化学的定义）,Analytical Chemistry is a scientific discipline that develops and applies methods, instruments and strategies to obtain information on the composition and nature of matter in space and time. 分析化学是一门发展和应用各种理论、方法、仪器和策略以获取有关物质在相对时空内的组成和性质的信息的一门科学。 分析化学是化学学科的一个重要分支，是研究物质的化学组成、含量、结构及有关理论的一门科学。,二、分析化学的任务和作用,科学和技术的眼睛,定性分析 定量分析,三、分析化学的分类,1、按分析任务分类 2、按分析对象分类 3、按分析方法分类 4、其它的分类方法,1、按分析任务分类,定性分析 Qualitative analysis 物质的组成 定量分析 Quantitative analysis 成分的含量 结构分析 Structure analysis 物质的结构 分子结构，晶体结构，分子聚集体的高级结构 蛋白质的构象(-螺旋、型结构，球状蛋白的三级结构） Conformation analysis DNA测序（DNA Sequencing) 形态分析 Speices analysis 物质的形态 能态分析 Energy-state analysis 物质的能态,DNA双螺旋结构与碱基结构示意图,DNA测序是现代分析化学中的一项重要任务,2. 按分析对象分类,无机分析 Inorganic analysis （元素、离子、化合物等） 有机分析 Organic analysis （元素、官能团、结构） 生化分析 Biochemical analysis （蛋白质分析、氨基酸分析、核酸分析、糖类分析等）,分 析 化 学,化 学 分 析,仪 器 分 析,酸碱滴定,配位滴定,氧化还原滴定,沉淀滴定,电化学分析,光化学分析,色谱分析,波谱分析,重量分析,滴定分析,3. 按测定原理(分析方法)分类,4、 其它分类方法,根据作用分类 例行分析 Routine analysis 仲裁分析 Referee analysis,按应用领域分类 药物分析 Pharmacological analysis 水质分析 Water analysis 食品分析 Food analysis 临床分析 Clinical analysis 等等,常量，微量，痕量（10-6），超痕量（10-910-12） 克 毫克 微克 纳克 皮克 飞克 10-3 10-6 10-9 10-12 10-15 ppm ppt ppb,按数量级分类,常量分析 (0.1g or 10mL) 半微量分析 (0.010.1g or 110mL) 微量分析 (0.110mg or 0.011mL ) 超微量分析 ( 0.1mg or 0.01mL ),样品用量,根据被分析的组分在试样中的相对含量将分析方法分为： 分析方法 被测组分含量 常量组分分析 1% 微量组分分析 0.01%-1% 痕量组分分析 0.01%,一、分析化学的定义 二、分析化学的任务和作用 三、分析化学的分类,小结,一、 准确度和精密度 二、 误差的种类、性质、 产生的原因及减免,第二节 定量分析中的误差,(3) 两者的关系 精密度是保证准确度的先决条件； 精密度高不一定准确度高； 两者的差别主要是由于系统误差的存在。,一、准确度和精密度,1.准确度和精密度分析结果的衡量指标。 ( 1) 准确度分析结果与真实值的接近程度 准确度的高低用误差的大小来衡量； 误差一般用绝对误差和相对误差来表示。,(2) 精密度几次平衡测定结果相互接近程度 精密度的高低用偏差来衡量， 偏差是指个别测定值与平均值之间的差值。,2.相对偏差和绝对偏差的概念,相对偏差与绝对偏差 a 基准物：硼砂 Na2B4O710H2O M=381 碳酸钠 Na2CO3 M=106 选哪一个更能使测定结果准确度高？ （不考虑其他原因，只考虑称量） b：如何确定滴定体积消耗？ 010ml； 2025ml； 4050ml,二、误差的种类、性质、产生的原因及减免,1. 系统误差 (1) 特点 a.对分析结果的影响比较恒定； b.在同一条件下，重复测定， 重复出现； c.影响准确度，不影响精密度； d.可以消除。 产生的原因?,(2) 产生的原因,a.方法误差选择的方法不够完善 例： 重量分析中沉淀的溶解损失； 滴定分析中指示剂选择不当。 b.仪器误差仪器本身的缺陷 例： 天平两臂不等，砝码未校正； 滴定管，容量瓶未校正。 c.试剂误差所用试剂有杂质 例：去离子水不合格； 试剂纯度不够 （含待测组份或干扰离子）。 d.主观误差操作人员主观因素造成 例：对指示剂颜色辨别偏深或偏浅； 滴定管读数不准。,2. 偶然误差,( 1) 特点 a.不恒定 b.难以校正 c.服从正态分布(统计规律) ( 2) 产生的原因 a.偶然因素 b.滴定管读数 3. 过失误差,4、误差的减免,1）. 系统误差的减免 (1) 方法误差 采用标准方法,对比实验 (2) 仪器误差 校正仪器 (3) 试剂误差 作空白实验 2）. 偶然误差的减免 增加平行测定的次数,一、平均偏差 二、标准偏差 三、平均值的标准偏差 四、置信度与置信区间,第三节 分析结果的数据处理,一、 平均偏差,平均偏差又称算术平均偏差， 用来表示一组数据的精密度。 平均偏差：,特点：简单； 缺点：大偏差得不到应有反映。,二、 标准偏差,相对标准偏差 ：（变异系数）CV% = s / X,标准偏差又称均方根偏差； 标准偏差的计算分两种情况： 1当测定次数趋于无穷大时 标准偏差 ：, 为无限多次测定 的平均值（总体平均值）； 即：,当消除系统误差时，即为真值。 2有限测定次数 标准偏差 ：,例题,用标准偏差比用平均偏差更科学更准确。 例: 两组数据 (1) X - X： 0.11, -0.73, 0.24, 0.51, -0.14, 0.00, 0.30, -0.21, n = 8 d1 = 0.28 s1 = 0.38 (2) X - X：0.18，0.26，-0.25，-0.37， 0.32 ， -0.28， 0.31， -0.27 n = 8 d2 = 0.28 s2 = 0.29 d1 = d2, s1 s2,三、 平均值的标准偏差,m个n次平行测定的平均值：,由关系曲线，当n 大于5时， s s 变化不大，实际测定5次即可。 以 X s 的形式表示分析结果更合理。,由统计学可得：,由s s n 作图：,例题,例：水垢中 Fe2O3 的百分含量测定数据为 (测 6次) ： 79.58%，79.45%，79.47%， 79.50%，79.62%，79.38% X = 79.50% s = 0.09% s= 0.04% 则真值所处的范围为（无系统误差） ： 79.50% + 0.04%,数据的可信程度多大？,四、置信度和置信区间,在一定的置信度下(把握性), 估计总体均值可能存在的区间, 称置信区间. 测定值在一定范围内的几率为置信度（置信概率）。,对于有限次测量： ，n，s 总体均值 的置信区间为,t 与置信度 p 和自由度 f 有关,t 分布曲线,y (概率密度), 称小概率 又称显著水平； 1- = 置信度 p,t 分布值表,例 测w(Fe): n = 4, = 35.21%, s = 0.06% 求: (1) 置信度为95%时 的置信区间; (2) 置信度为99%时 的置信区间.,置信区间的确定,小结 置信度与置信区间,讨论： 1. 置信度不变时：n 增加， t 变小，置信区间变小； 2. n不变时：置信度增加，t 变大，置信区间变大； 置信度真值在置信区间出现的几率 ； 置信区间以平均值为中心，真值出现的范围；,一、可疑数据的取舍 1Q 检验法 2 格鲁布斯(Grubbs)检验法 二、分析方法准确性的检验 1. t 检验法 2. 检验法,第三节 定量分析数据的评价,定量分析数据的评价,解决两类问题: (1) 可疑数据的取舍 过失误差的判断 方法：Q检验法;格鲁布斯（Grubbs）检验法。 确定某个数据是否可用。 (2) 分析方法的准确性 系统误差的判断 显著性检验：利用统计学的方法，检验被处理的问题 是否存在 统计上的显著性差异。 方法：t 检验法和F 检验法； 确定某种方法是否可用，判断实验室测定结果准确性。,一、可疑数据的取舍 过失误差的判断,1 Q 检验法 步骤： （1） 数据排列 X1 X2 Xn （2） 求极差 Xn X1 （3） 求可疑数据与相邻数据之差 Xn Xn-1 或 X2 X1 （4） 计算：,（5） 根据测定次数和要求的置信度,查表：,表1-2 不同置信度下，舍弃可疑数据的Q值表 测定次数 Q90 Q95 Q99 3 0.94 0.98 0.99 4 0.76 0.85 0.93 8 0.47 0.54 0.63,（6）将Q与QX （如 Q90 ）相比， 若Q QX 舍弃该数据, （过失误差造成） 若Q QX 保留该数据, （偶然误差所致） 当数据较少时 舍去一个后，应补加一个数据。,2 格鲁布斯(Grubbs)检验法,（4）由测定次数和要求的置信度，查表得G 表 （5）比较 若G计算 G 表，弃去可疑值，反之保留。 由于格鲁布斯(Grubbs)检验法引入了标准偏差，故准确性比Q 检验法高。,基本步骤： （1）排序：1, 2, 3, 4 （2）求和标准偏差S （3）计算G值：,二、分析方法准确性的检验 -系统误差的判断,b. 由要求的置信度和测定次数,查表,得: t表 c. 比较 t计 t表,表示有显著性差异,存在系统误差,被检验方法需要改进。t计 t表, 表示无显著性差异，被检验方法可以采用。 2.两组数据的平均值比较（同一试样） (1) t 检验法 (2)F检验法,1. 平均值与标准值()的比较 t 检验法 a. 计算t值,第四节 有效数字运算,一、有效数字 二、有效数字运算规则,一、 有效数字 包括全部可靠数字及一位不确定数字在内,m 台秤(称至0.1g):12.8g(3), 0.5g(1), 1.0g(2) 分析天平(称至0.1mg):12.8218g(6), 0.5024g(4), 0.0500g(3) V 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):26mL(2), 4.0mL(2),1实验过程中常遇到的两类数字 （1）数目：如测定次数；倍数；系数；分数 （2）测量值或计算值。数据的位数与测定准确度有关。 记录的数字不仅表示数量的大小，而且要正确地反映测量的精确程度。 结果 绝对偏差 相对偏差 有效数字位数 0.51800 0.00001 0.002% 5 0.5180 0.0001 0.02% 4 0.518 0.001 0.2% 3,3改变单位，不改变有效数字的位数,如： 24.01mL 24.01103 L 4注意点 （1）容量器皿；滴定管；移液管；容量瓶；4位有效数字 （2）分析天平（万分之一）取4位有效数字 （3）标准溶液的浓度，用4位有效数字表示: 0.1000 mol/L （4）pH 4.34 ,小数点后的数字位数为有效数字位数 对数值，lgX =2.38；lg(2.4102),二、运算规则,1. 加减运算 以小数点后位数最少的数据的位数为准，即结果的位数取决于绝对误差最大的数据的位数 例： 0.0121 绝对误差：0.0001 25.64 0.01 1.057 0.001,26.7091,0.01+25.64+1.06=26.71,2. 乘除运算时,由有效数字位数最少者为准，即有效数字的位数取决于相对误差最大的数据的位数。 例：(0.0325 5.103 60.0)/ 139.8 = 0.071179184 0.0325 0.0001/0.0325 100%=0.3% 5.103 0.001 /5.103 100%=0.02% 60.06 0.01 /60.06 100%=0.02% 139.8 0.1 /139.8 100% =0.07%,3