有机分析与分析化学异同.doc

有机分析和仪器分析有机分析分析化学的一个分支，即有机化合物的定性和定量分析。有机分析大多是指利用来研究有机化合物实验时所用到的实验方法。 在有机化合物的纯化、分离的实验方法为色层分析方法，化合物结构鉴定包括紫外光-可见光吸收光谱、质谱、红外光谱及核磁共振光谱等等。 总而言之，有机分析是指应用仪器分析方法来研究有机化学。常用到的实验方法包含有机化合物的纯化、分离以及化合物结构鉴定。目前化学的发展非常迅速,已知的化合物已达600万种，而且每天仍以上千个新化合物的速度在增长，其中绝大部分为有机化合物，它们涉及国计民生的各个方面，如石油产品、化工原料、塑料、树脂、炸药、农药、洗涤剂、染料、纺织品等等，必须大力发展有机分析才能解决有关的基础理论和生产实际的问题。现在有机分析正向着灵敏、准确、特异、微量化、自动化方向发展。定性分析：用于鉴别未知物,它又分为两类:一类实为已知物质；另一类则为过去从未报道过的全新的化合物。对于已知的未知物，可以通过一些特殊反应（如颜色反应、沉淀反应）检查某些官能团或某种化合物是否存在，也可用溶解度分组法对样品进行系统鉴定，再根据各种物理、化学常数（如熔点、沸点、旋光度、元素分析和制备衍生物等方法）确证该未知物。化学方法需要的样品量较大，时间也较长。50年代以来，仪器分析得到广泛应用，根据未知物在这些仪器上给出的特征谱图进行鉴定。紫外光谱给出电子跃迁吸收谱图，一般为双键等生色团的信息。红外光谱给出分子振动和转动吸收光谱，有各种官能团和分子特征性的吸收。核磁共振谱最常用的是质子和13C谱图，可以得到分子内这些原子所处环境和相互关系的信息。质谱法可给出有关分子量、官能团和分子断裂产生的碎片以及它们之间的关系的资料，最方便的定性分析的方法是与已知物的标准谱图对照，如果谱图完全相同，即可肯定为同一物质。鉴定已知化合物的另一种手段是用各种色谱方法，根据样品的保留时间或保留值，与在相同条件下标准物质的数值相比，即可确定其同一性。对于全新的未知物，文献中没有任何资料可以对照，就需要进行结构分析。早期的结构分析是先进行元素分析，求出经验式，再用各种化学反应使之降解或转变为其他产物，对它们进行鉴定后，由此反推而得出原始化合物的结构，需要的样品量大，时间长。近年来,应用仪器分析法,由各种谱图获得有关分子量、官能团、分子内部结构关系等信息，再结合一些化学反应，可在较短时间内用较少量样品进行结构分析。单晶X射线衍射法也是测定化学结构较好的方法，可从衍射图确定化合物中原子的排列情况，并通过计算机处理较快地得到结果。定量分析：包括有机元素定量分析和有机官能团定量分析，前者指测定化合物中各元素的含量，由此求出各元素的组成比例和经验式，进一步求出化合物的纯度和含量。有机官能团定量分析利用化学反应或仪器分析法测出某一特定基团在样品中的百分率，可以得到有关结构的信息，也可根据官能团在化合物中所占的比例换算出化合物的含量。有机化合物的定量分析实际上就是对其中的官能团的测定，如酮和醛中的羰基，酸中的羧基，醇中的羟基等，许多官能团的定量测定方法是由定性鉴别反应发展而来的。有机元素定量分析所用的方法除经典的重量分析、容量分析和比色法外，也广泛应用各种光化学分析法（如折光法、紫外-可见分光光度法、荧光分析法）、电化学分析法（例如电位分析法、库仑分析法、极谱法和伏安法），其中库仑分析法可在电极上产生与样品反应的某些化合物，并易于自动化；极谱法和伏安法则适用于含有可在电极上进行氧化还原反应的基团的有机化合物。此外还有红外光谱和核磁共振谱法，这两种方法都可选择某个特征性基团，根据其峰值大小与标准样品比较，进行定量测定。有时用一般方法不能测定的化合物，常可选出某一官能团用此两种方法测定。质谱法在测定一些石油馏分的烃类组分方面时常应用。由于有机定量主要靠官能团的测定，而有机物的同系物很多,含有同一官能团的化合物都有类似的反应,所以会发生干扰，因此，分离手段在有机分析中占有很重要的地位。过去常使用结晶、蒸馏、升华、渗析、溶剂萃取等方法，现在这些方法虽仍在发挥作用，但50年代以来出现的气相色谱法和薄层层析，70年代发展的高效液相色谱法，可以迅速而有效地分离和测定许多复杂的混合物。色谱法本身是一种分离方法，但可与多种检测器连接，给出定量结果，样品量可少到毫克或微克，所以被广泛采用。色谱仪与其他仪器（如质谱仪、傅里叶红外光谱仪）的联用，发挥了色谱法的高效分离和质谱、红外光谱定性鉴别有机化合物的特长。仪器分析是化学学科的一个重要分支，它是以物质的物理和物理化学性质为基础建立起来的一种分析方法。利用较特殊的仪器，对物质进行定性分析，定量分析，形态分析。 仪器分析方法所包括的分析方法很多，目前有数十种之多。每一种分析方法所依据的原理不同，所测量的物理量不同，操作过程及应用情况也不同。仪器分析是指采用比较复杂或特殊的仪器设备，通过测量物质的某些物理或物理化学性质的参数及其变化来获取物质的化学组成、成分含量及化学结构等信息的一类方法。仪器分析与化学分析(chemical analysis)是分析化学(analytical chemistry)的两个分析方法。仪器分析的分析对象一般是半微量(0.01-0.1g)、微量(0.1-10mg)、超微量(0.1g)组分的分析，准确度高。仪器分析大致可以分为：电化学分析法、核磁共振波谱法、原子发射光谱法、气相色谱法、原子吸收光谱法、高效液相色谱法、紫外-可见光谱法、质谱分析法、红外光谱法、其它仪器分析法等。仪器分析是根据被测组分的某些物理的或物理化学的特性，如光学的、电学的性质，进行分析检测的方法，因此，它实际上已经超出了化学分析的范围和局限，成为生产和科学各个领域的工具。分析化学中的分析是分离和测定的结合，分离和测定是构成分析方法的两个既相独立又相联系的基本环节。分离是使物质纯化的一种手段，而纯化的背后是物质的不纯，是物质具有混合性。我们知道，化学家所说的物质，指的是物质本身，是某种单质或化合物。这里所说的物质本身，意思是以纯粹的形式存在的物质，没有其他物质混合于其中的物质，也就是人们通常所说的纯物质。可是，无论是天然存在的还是人工制造的物质，都不是绝对纯的，绝对纯是达不到的，绝对纯只能在理论中或思想上存在。分离是纯化物质的一种手段。分离一般有两条基本途径：一条是将所要分析的物质从混合物中提取出来，另一条则是将杂质提取出来。这两条途径是同一原理的两种不同的实现方式，它们互为正反，互为表里。在分析化学发展的历史中，产生了许多分离方法。在古代，在酿造业中应用了蒸馏、结晶等分离手段；在近代，产生了各种各样的分离方法，如沉淀分离、溶剂萃取分离、离子交换分离、电解分离等。分离是有限度的。有些混合物由于性质非常相似，分离非常困难，如果不分离，共存的组分又互相干扰。在化学分析中，常常从分离操作中演变出其他方法，如掩蔽方法。基本特点：1、灵敏度高：大多数仪器分析法适用于微量、痕量分析。例如，原子吸收分光光度法测定某些元素的绝对灵敏度可达10-14g。电子光谱甚至可达10-18g。 2、取样量少：化学分析法需用101104g；仪器分析试样常在10210-8g。3、在低浓度下的分析准确度较高：含量在10-510-9范围内的杂质测定，相对误差低达110。4、快速：例如，发射光谱分析法在1min内可同时测定水中48个元素，灵敏度可达ng1级。5、可进行无损分析：有时可在不破坏试样的情况下进行测定，适于考古、文物等特殊领域的分析。有的方法还能进行表面或微区（直径为级）分析，或试样可回收。6、能进行多信息或特殊功能的分析：有时可同时作定性、定量分析，有时可同时测定材料的组分比和原子的价态。放射性分析法还可作痕量杂质分析。7、专一性强：例如，用单晶X衍射仪可专测晶体结构；用离子选择性电极可测指定离子的浓度等。8、便于遥测、遥控、自动化：可作即时、在线分析控制生产过程、环境自动监测与控制。9、操作较简便：省去了繁多化学操作过程。随自动化、程序化程度的提高操作将更趋于简化。10、仪器设备较复杂，价格较昂贵。分析方法：发射光谱法：依据物质被激发发光而形成的光谱来分析其化学成分。使用不同的激发源而有不同名称的光谱法。如用高频电感耦合等离子体(ICP)作激发源，称高频电感耦合等离子体发射光谱法；如用激光作光源，称激光探针显微分析。原子吸收光谱法：基于待测元素的特征光谱，被蒸气中待测元素的气态原子所吸收，而测量谱线强度减弱程度（吸收度）求出样品中待测元素含量。应用较广的有火焰原子吸收法和非火焰原子吸收法，后者的灵敏度较前者高45个数量级。原子荧光分光光度法：通过测量待测元素的原子蒸气在辐射能激发下所产生的荧光发射强度来测定待测元素。红外吸收光谱法：主要用于鉴定有机化合物的组成，确定化学基因及定量分析，近年来已用于无机化合物。紫外可见分光光度法：适用于低含量组分测定，还可以进行多组分混合物的分析。利用催化反应可大大提高该法的灵敏度。荧光分光光度法：对某些元素具有较高的灵敏度和选择性。红外傅里叶变换光谱法：光信号以干涉图形式输入计算机进行傅里叶变换的数学处理，具有信噪比大、灵敏度高等特点。核磁共振波谱法：利用有机分子的质子共振鉴定有机化合物和多组分混合物的组分以及无机成分的分子结构分析。电子自旋共振法：以磁场对离子、分子或原子所含未成对电子的作用所引起的磁能级分裂为基础的分析方法。曼光谱法：可测定分子结构，使用可调激光器的曼光谱仪用于微量分析，也可用于无机物和单晶的结构分析。射线荧光光谱法：具有谱线简单,基体影响小,选择性高,测定范围宽等优点。可对原子序数大于9的所有元素作无损分析。电子探针微区分析可分析原子序数大于4的所有元素，应用于微粒矿物岩石分析，金属材料中元素的分布，各种物相中元素的分配。发射光谱法电子能谱法：是测定电子结合能的一种方法，它是研究表面化学的有力工具,并可用于除H和He以外任何元素的定性分析。俄歇电子能谱法：应用于分析无机及有机试样的组成，价态及结构，一般为无损分析。放射化学分析，有中子活化法、光子活化法、带电粒子活化分析法等。穆斯堡尔谱法：所探测的对象是单个的原子核，可用于研究材料中的杂质原子和空位对材料性能的影响。质谱分析，具有高鉴别及检测能力，可以分析所有元素。火花源质谱适于测定痕量元素。离子探针微区分析，微区直径约15m，深度约几十埃，可进行扫描分析，几乎可分析所有的元素。极谱法：是利用阴极（或阳极）极化变化过程作为依据的一种方法。其