第一章、绪 论.ppt

同学们好 分析化学主讲 王赪胤教授Telmail yzswcy Office 瘦西湖校区新化学楼N217 AnalyticalChemistry 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 AnalyticalChemistry 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 分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 二 分析化学的作用 工具科学 生产 科研的眼睛 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 7 g g 心脏病者为0 42 g g 肿瘤患者及早衰者发锰含量也较低 又如在体分析 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 001mg 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 环境质量标准 我国已发布的环境质量标准有 1 大气环境质量标准 GB3095 1996 2 地面水环境质量标准 GB3838 2002 3 海水水质标准 GB3097 1997 4 渔业水质标准 GB11607 89 5 农田灌溉水质标准 GB5084 85 6 城市区域环境噪声标准 GB3096 82 7 生活饮用水标准 GB5749 2007 污染物控制标准 污染物排放标准 我国已颁布的国家级污染物控制标准 1 废水部分 甘蔗制糖工业水污染物排放标准 GB3546 83 甜菜制糖工业水污染物排放标准 GB3545 83 等 2 大气环境控制标准汽油车怠速污染物排放标准 GB3842 83 等 3 废渣部分有色金属固体废弃物控制标准 GB5085 85 等 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机构 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 ChemicalAbstract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 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 2020 2 18 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 电导 电位 电解 库仑极谱 伏安 发射 吸收 荧光 光度 气相 液相 离子 超临界 薄层 毛细管电泳 红外 核磁 质谱 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 离线分析 offline 原位分析 insitu 在体分析 invivo 实时分析 realline 在线分析 online 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 g L 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世纪由玻义耳 1627 1691年 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 原子能技术发展 半导体技术的兴起 要求分析化学能提供各种灵敏准确而快速的分析方法 如半导体材料 有的要求纯度达99 999999999 以上 在新形势推动下 分析化学达到了迅速发展 最显著的特点是各种仪器分析方法和分离技术的广泛应用 2020 2 18 分析化学的进展 1 由分析对象来看 有机物分析 无机物分析 生物活性物质 2 由分析对象的数量级来看 3 由分析自动化程度来看 常量 微量 痕量 分子水平 手工操作 仪器 自动 全自动 智能化仪器 分析化学的主要发展趋势 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 诺贝尔物理 化学奖中 有四分之一的项目与分析化学有关 国际 36国家 1075个分析化学机构 美国20万化学家 4万热从事分析化学 3000多所大学 270多所有分析化学专业 许多国家大学单独设系 我国分析化学现状 1 分析测试人员发展情况 分析测试人员人分布主要为高等学校2 3万名 环保及各产业部门约7万名 进出口商检部门3000名 石油化工行业分析人员占10 冶金部门分析人员占7 地质部门也有一支较庞大的分析队伍 分析测试领域现有中科院院士14名 博士点约数十个 扬州大学现有分析化学博士点 2 研究机构状况 随着设备仪器在我国的较大发展 现已建立了许多测试中心及开放实验室 中国 10个国家级分析测试中心12个部级测试中心21个省市测试中心137个国家级产品质量监督检验中心300多个进出口商品检验室8千多个环境监测机构数十万庞大的分析队伍 环境监测网络 国家环境监测管理部门 国家监测中心 总站 部委监测管理部门或总结 省级管理部门 地市级管理部门 县区级管理部门 省级监测中心站 地市级监测站 县区级监测站 部门监测中心站 行业地区站 企业 单位站 国家环保总局 国家网 省级网 市级网 县级网 广州市环境监测中心站部分仪器 电子显微镜 测汞仪 酸雨离子计 空气质量监测子站 TSP 紫外分光光度计 原子吸收分光光度计 劳动环境安全 毒气监测 防护检测器EnvironmentalToxicGasDetector 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 学会听课 记好笔记 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 2020 2 18 1 分析化学中突出 量 的概念如 测定的数据不可随意取舍 数据准确度 偏差大小与采用的分析方法有关 2 分析试样是一个获取信息 降低系统的不确定性的过程3 实验性强强调动手能力 培养实验操作技能 提高分析解决实际问题的能力 4 综合性强涉及化学 生物 电学 光学 计算机等 体现能力与素质 分析化学工作者应具有很强的责任心 分析化学 学习特点 学习内容 第一章绪论第二章误差及分析数据的统计处理第三章滴定分析第四章酸碱滴定法第五章配位滴定法第六章氧化还原滴定法第七章重量分析法和沉淀滴定法第九章吸光光度法 考核方式 总评成绩 100分 包括平时作业 30 课程考试 70 16周教学 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 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 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SO2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NiB 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