分析化学(第1-2章).ppt

分析化学AnalyticalChemistry主讲 李田霞 Teachersopenthedoor butitisuptoyoutoenter Toourstudents whoseenthusiasmandcuriosityhaveofteninspiredus andwhosequestionshavesometimestaughtus 第一章分析化学概论AnOutlinetoAnalyticalChemistry 一 何为分析化学whatisanalyticalchemistry 是门研究物质组成 结构及相关方法的科学 目的是确定物质的成分 含量 结构 形态 构象 形貌等 内容为发展和应用各种理论 方法 仪器获取物质的成分 含量 结构 形态及相关功能信息 如 矿石中含有哪些元素 各元素的含量为多少 光谱及化学分析方法等 药物中有效成份的分子结构 多指有机物 波谱分析法 元素存在形态 Cr VI orCr IIV 蛋白质 DNA的三级结构 波谱 表面形貌 微观 电镜等 传感器对亚硝酸根 乙醇 葡萄糖的计时电流响应及酚类的气相色谱图 二 分析方法分类classificationofmethods 定性分析 定量分析和结构分析 qualitative quantitativeandstructureanalysis 定性分析 鉴定物质由哪些元素 原子团或化合物所组成 定量分析 确定物质中有关成分的含量 结构分析 测定的分子结构 晶体结构或综合形态等 化学分析和仪器分析 chemicalanalysisandinstrumentalanalysis 化学分析 定性分析和定量分析 基于物质间化学反应的检测方法 仪器分析 各类仪器方法 基于物质物理化学性质建立的分析方法 常量分析 半微量分析 微量分析和超微量分析 macro semimicro microandultramicroanalysis 常量分析 含量 1 或m 0 1g半微量 0 01 1 或10mg m 100mg微量 0 01 或0 1mg m 10mg超微量 0 0001 或m 0 1mg与试样的含量 体积 质量的大小有关 例行分析和仲裁分析 routineanalysisandarbitralanalysis 例行分析 一般分析实验室对日常生产流程中的产品质量指标进行检查控制的分析 仲裁分析 权威的分析测试部门对有争议的分析结果进行裁判的分析 三 分析方法选择choiceofanalyticalmethods 各种方法均有其适应性和局限性同一试样可用多种方法测定选择方法需考虑分析目的 定性 定量 结构试样性质 组成 复杂性 稳定性 干扰待测组分含量 高 低对准确度的要求 高 低实验条件 测定成本及测定时间等 起源 古代炼金术手段 人类的感官和双手16世纪 天平的出现 向定量迈进了一大步19世纪 化学方法 WetChemistry 鉴定物质的组成和含量的技术 分析化学的历史 20世纪以来分析化学的主要变革 提高灵敏度解决复杂体系的分离问题以及提高分析方法的选择性微型化及微环境的表征与测定形态 状态分析及表征生物大分子及生物活性物质的表征与测定非破坏性检测及遥控检测自动化与智能化检测 现代分析化学学科发展趋势及特点 四 分析过程analyticalprocess steps 待测组分的表示形式实际存在形式食盐 NaCl 铝锭 Al待测组分的氧化物或元素形式铁矿石 Fe FeO离子形式溶液 OH Mg2 五 分析结果表示方法expressionofresults 待测组分含量固体试样 通常以质量分数表示 wx mx ms液体试样 物质的量浓度表示 单位mol L 1 气体试样 通常以体积分数或质量浓度表示 单位mg L 1 基准物质 能用于直接配制标准溶液或标定溶液准确浓度的物质基准物质需具备的条件 有确定的化学式纯度高 含量或者质量分数 99 9 稳定性好参与反应时能定量进行 没有副反应 六 基准物质与标准溶液primarystandardsubstance 实验室常用试剂分类 级别1级2级3级生化试剂中文名优级纯分析纯化学纯英文标志GRARCPBR标签颜色绿红蓝咖啡色 标准溶液 已知准确浓度的溶液直接配制法 准确称取一定量基准物质 溶解后配成一定体积的溶液 primarystandard标定配制法 用已知浓度的溶液或基准物质将未知浓度溶液的浓度测定出来 并且以它作为标准溶液 secondstandard 用于配制这种标准溶液的物质纯度也应比较高 溶液浓度表示不考虑反应如 cHCl nHCl VcKMnO4 nKMnO4 V mol L 1 考虑反应情况如 Cr2O72 Fe2 H Fe3 Cr3 H2Oc K2Cr2O7 0 02000mol Lc 1 6K2Cr2O7 0 1200mol L A 滴定分析特点基于化学反应而建立的分析方法以滴加的方式进行测定观察指示剂颜色变化确定反应是否完全适合于常量组分的测定 1 准确度高 精密度较好 简便快速 七 滴定分析法简介briefintroductionoftitrimetry 常用滴定分析仪器 滴定剂 化学计量点 sp 滴定终点 ep 终点误差 Et B 滴定分析对化学反应的要求a 有确定的反应计量关系b 反应要完全 即定量进行 99 9 c 反应速度足够快d 有合适的终点指示方法满足这几个条件即可直接用标准溶液滴定被测溶液 直接滴定法 若不满足这些条件 可通过一些化学反应后使其符合这些条件 根据反应的区别 分别把它叫成相应的滴定方法 C 滴定方式a 直接滴定法 直接用标准溶液滴定被测溶液b 返滴定法 往被测溶液中加入过量的标准溶液 待其反应完全后 用另一标准溶液滴定过量的部分 e g Al3 EDTA Al EDTAEDTA 多余部分 Cu2 Cu EDTA c 置换滴定法 将不能直接滴定的物质 通过加入合适试剂使其与被测物反应而定量产生另一种可被滴定的物质 然后用标准溶液进行滴定 e g Ag Ni CN 4 Ag CN 2 Ni2 Ni2 Y NiY e g 重铬酸钾 K2Cr2O7 标定硫代硫酸钠 Na2S2O3 溶液时 S2O32 会部分被氧化成SO42 和S4O62 反应无化学计量关系 导致不能直接标定 因此采取在酸性重铬酸钾溶液中加入过量碘化钾 KI 定量析出I2 再用Na2S2O3标准溶液滴定I2 反应为Cr2O72 6I 14H 2Cr3 3I2 7H2OI2 2S2O32 2I S4O62 d 间接滴定法 通过定量化学反应使不能与滴定剂直接反应的物质与可被滴定的物质关联起来 以实现其定量测定 Ca2 C2O42 CaC2O4 CaC2O4 H Ca2 H2C2O4H2C2O4 MnO4 Mn2 H2O CO2Cu2 I CuI I2I2 S2O32 I S4O62 D 滴定分析结果的表示根据化学反应计量关系计算如2MnO4 5H2O2 6H 2Mn2 2H2O 5O2 n KMnO4 2 5n H2O2 根据反应物基元数相同来计算确定反应的基本单元 c 1 5KMnO4 c 1 2H2O2 n 1 5KMnO4 n 1 2H2O2 TA T每毫升标准溶液相当于被测物质的质量 其中 T A分别是标准溶液中的溶质 待测物质的化学式 因此滴定度可表示为 TA T mA VB 单位 g mL或mg mL 或mA TA T VT e g 测定工业用纯碱Na2CO3的含量 称取0 2560g试样 用0 2000mol LHCl标准溶液滴定 若终点时消耗HCl溶液22 93mL 问该HCl溶液对Na2CO3的滴定度是多少 解滴定到终点时 故有 因为 所以 E 滴定分析中的计算 e g 已知H2SO4标准溶液的浓度为0 05020mol L 用此溶液滴定未知浓度的NaOH溶液20 00mL 用去20 84mL 试计算NaOH溶液的浓度 解 e g 现有HCl溶液 0 09760mol L 4800mL 欲使其浓度为0 1000mol L 问应加入HCl溶液 0 5000mol L 多少毫升 解 设应加入HCl溶液 0 5000mol L V毫升 则 e g 现有0 2500mol LNaOH溶液500 0mL 欲使其浓度稀释为0 1000mol L 应加多少水 解 设应加水VmL 根据稀释前后物质的量相等的原则 有 e g 用容量瓶配制0 1000mol L的K2Cr2O7标准溶液500 0mL 问应称取基准物质K2Cr2O7多少克 解 e g 称取邻苯二甲酸氢钾 KHC8H4O4 基准物质0 4568g 标定NaOH溶液 终点时用去此NaOH溶液22 26mL 求NaOH溶液浓度 解 标定反应为 e g 用Na2CO3标定HCl溶液 若欲使滴定时用去HCl 0 2mol L 溶液20 25mL 求应称取基准物Na2CO3的质量范围 解 标定反应为 e g 测定医学用Na2CO3的含量 称取试样0 1230g 溶解后用0 1006mol L的HCl标准溶液滴定 终点时消耗该HCl标准溶液23 00mL 求试样中Na2CO3的质量分数 解 e g 测定食醋中HAc的含量 取食醋10 00mL于锥形瓶中 用0 1064mol LNaOH滴定至终点 消耗NaOH18 45mL 求食醋中HAc的含量 g L 解 HAc NaOH NaAc H2On HAc n NaOH HAc n HAc MHAc VHAc n NaOH MHAc VHAc 0 1064 18 45 10 3 60 02 10 00 10 3 11 78 g L e g 称取0 4207g石灰石 用酸分解后沉淀为CaC2O4 过滤并洗净 再用H2SO4溶解 用0 01916mol LKMnO4溶液滴定至终点 耗去体积43 08mL 计算石灰石中CaO的质量分数 MCaO 56 08 解 Ca2 C2O42 CaC2O4 CaC2O4 H2SO4 CaSO4 H2C2O45C2O42 2MnO4 16H 2Mn2 10CO2 8H2O 从反应式可知5CaO 5CaC2O4 5H2C2O4 2MnO4 即 Questions Problems 1 基准物碳酸钠和硼砂都可标定HCl的浓度 你认为选择哪种更好 Why 2 若将H2C2O4 2H2O基准物质不密封 长期置于放有干燥剂的干燥器中 用它标定NaOH溶液的浓度时 结果是偏高 偏低 还是无影响 第二章试样的采集与制备Sampling Preparation 试样的采集方法methodsforsampling 固体试样 A采样点确定随机法 randomsampling 如产品抽样检查 大批物料的抽样代表性好 但要求采用样点多 因此成本高 且较难真正做到随机或盲采 土壤 矿石 工业废碴 工农业固态产品等 判断法 judgmentalsampling 根据被测组分在物料中的分布信息 有选择地采样如研究有机毒素在鱼体内的生物累积作用 不宜选太小或已死的鱼系统法 systematicsampling 按一定方式布点采样 系统 判断法 systemic judgementalsampling 如工业废水对土壤的污染调查 可采用此法布点采样就便法 conveniencesampling 利用已有的便利点采样现场采样 insitusampling 如生产流水线的在线监测 无损检测 B采样单元数与对采样准确度的要求有关与物料组成的不均匀性和颗粒大小 分散程度有关 C试样采取量一般可按切乔特公式估算Q Kd2Q 采集平均试样的最小质量 kg d 试样中最大颗粒直径 mm K 反映物料特性的缩分系数 0 05 1 D采样方法采样器取钻孔取样锯等捡取 现场采样分析 二次采样 液体试样 A采样方法用瓶子取取样管取样B采样数一个样 均匀液体 体积较小 多个样 液体深度和面积较大 流动体系需在不同时段多次取样 水 溶剂 油 溶液等 C采样量根据分析用量而定D保存措施 storingmeasures 控制pH加稳定试剂冷藏和冷冻避光和密封 保存时间 气体试样 A采样方法直接充气 收集气体 吸附法过滤法B采样点与采样量根据体积大小 待测组分性质确定采样点 采一份或在不同深度采样 根据分析用量和组分含量确定采样量 生物试样 采样方法选取或收集适当部位组织采样点与采样量根据分析目标确定采样点根据分析用量和组分含量确定采样量保存措施与液体试样类似 中药材 蔬菜 水果 动物组织 微生物 采样要求所采试样有高的代表性采样成本低即采样数和量能使结果达到预定要求 2 试样的制备Preparinglaboratorysample 液体试样 分离 溶解等 气体试样 溶解 解吸等 生物试样 分离 分解等 针对不均匀的固体试样 3 试样的分解decomposinganddissolving 要求分解完全组分无损失不引入待测组分和干扰物质 简便 经济 分解方法A 溶解法 dissolving 水溶酸溶碱溶有机溶剂溶 B 熔融法 fusion 酸熔法acidicfluxK2S2O7与碱 中性氧化物作用 生成可溶性硫酸盐氟氢化钾分解硅酸盐 稀土铵盐混合熔剂分解氧化物等 碱熔法alkalinefluxNa2O2分解铬 镍 钼 钨的合金Na2CO3