分析化学绪论省公开课一等奖全国示范课微课金奖课件

课程名称：分析化学讲课教师：1/86

第一章绪论2/86§1.1分析化学定义、任务和作用

Tasksofanalyticalchemistry§1.1.1分析化学定义及任务──

化学中信息科学1.定义：分析化学是人们取得物质化学组成和结构信息科学。也就是说它是研究物质化学组成表征和测量科学，是化学学科主要分支。它所处理问题是物质是什么组分组成，这些组分在物质中是怎样存在，以及各组分含量有多少。3/862.任务：

判定物质化学成份定性分析

测定各组分含量定量分析

确定物质结构结构分析

4/86§1.1.2分析化学作用分析化学在国民经济建设各条战线上起着举足轻重作用。在工业生产中，从原料选择、工艺流程确实定、生产过程中“中控”到成品质量检验，以及工业三废（废气、废水、废渣）处理和综合利用等；在新产品、新工艺、新技术开发研究和推广等方面；都离不开分析化学。5/86分析化学作用在化学学科发展中作用：分子科学、边缘科学、新兴学科

在化学研究工作中作用：判定新物质结构、性能与形态在当代化学工业中作用：生产过程控制、当代化生产管理在环境保护中作用：连续监测大气、水质§1.1.3分析化学特点试验性强,综合性强（综合利用物理、数学、化学、计算机等学科知识）。建立好“量”概念十分主要。6/86§1.2分析化学分类与选择

Classificationofanalyticalchemistry分析化学包含成份分析和结构分析。成份分析又可分为定性分析和定量分析两部分。1.定性分析(qualitativeanalysis)：定性分析任务是判定物质由哪些元素或离子所组成，对于有机物质还需要确定其官能团及分子结构。2.定量分析(quantativeanalysis)：定量分析任务是测定物质各组成部分含量。3.结构分析：形态分析,立体结构,结构与性能。1.2.1据分析目标和任务分：7/86§1.2.2按分析对象分类1.无机分析(inorganicanalysis)2.有机分析(organicanalysis)§1.2.3按分析方法分类分析化学按其测定原理和操作方法不一样可分为化学分析和仪器分析两大类。8/861．化学分析法(Chemicalanalysis)

以化学反应为为基础分析方法，称为化学分析法，包含滴定分析法和重量分析法.9/86滴定分析法：是将已知浓度标准溶液，滴加到待测物质溶液中，使二者定量完成反应，依据用去标准溶液准确体积和浓度即可计算出待测组分含量。滴定分析法惯用于常量组分测定，即待测组分含量普通在1%以上。滴定分析法按照所利用化学反应类型不同，可分为以下四种:10/86酸碱滴定法：是以质子传递反应为基础一个滴定分析法。沉淀滴定法：是以沉淀反应为基础一个滴定分析法。络合滴定法：是以络合反应为基础一个滴定分析法。氧化还原滴定法：是以氧化还原反应为基础一个滴定分析法滴定分析法分类：11/86重量分析法(Gravimetry)：是经过化学反应及一系列操作步骤使试样中待测组分转化为另一个化学组成恒定化合物，再称量该化合物质量，从而计算出待测组分含量。12/862．仪器分析法(InstrumentalAnalysis)以物质物理或物理化学性质为基础建立起来分析方法。惯用仪器分析法可分为以下几类：光化学分析，电化学分析，色谱分析等。仪器分析相关内容是我们下学期要学习课程内容。13/861.2.4按试样用量和操作方法分类常量分析(macroanalysis)0.1克>10毫升

半微量分析(semi-macoroanalysis)0.01-0.1克1-10毫升

微量分析(microanalysis)0.1-10毫克0.01-1毫升

超微量分析<0.1毫克<0.01毫升

1.2.5按所分析组分在试样中相对含量（含量高低）分类常量组分分析（主量分析）macrocomponentanalysis>1%微量组分分析（次主量分析）micorcomponentanalysis0.01%－1%痕量组分分析（痕量分析）tracecomponentanalysis<0.01%14/861.2.6例行分析和仲裁分析例行分析：普通分析试验室对日常生产流程中产品质量指标进行检验控制分析；仲裁分析：不一样企业部门间对产品质量和分析结果由争议时，请权威分析测试部门进行裁判时分析15/861.2.7分析方法选择对分析方法选择通常应考虑以下几个方面：

a.测定详细要求，待测组分及其含量范围，欲测组分性质；

b.共存组分信息及其对测定想影响，适当分离富集方法，分析方法选择性；

c.对测定准确度、灵敏度要求与对策；

d.现有条件、测定成本及完成测定时间要求等。在此基础上，对各种分析方法灵敏度、检出限、选择性、标准偏差、置信概率等原因进行综合考虑和评价，查阅相关文件，确定相关方案并进行条件试验，借助标准样检测方法实际准确度与精密度，再进行试样分析并对分析结果进行统计处理。16/86§1.3分析化学发展简史与发展趋势

§1.3.1分析化学发展简史追述分析化学产生确实切时间已无法考证，但据记载，应该在炼金术前后已经有分析化学萌芽。依据化学家在化学史上作用，普通认定波义耳是定性分析创始人，定量分析则是从贝格曼开始。17/86分析化学发展简史分析化学定性发展史始于波义耳（1627-1691年）英国化学家和物理学家，他首次给化学元素提出了科学定义，为人们研究物质组成指明了方向。1821年德国化学家汉立希（1773-1852年）提出了选择一定量试剂区分溶液中不一样性质元素，这个方法已经有了定性分析系统化萌芽；18/86分析化学发展简史1829年德国化学家罗塞深入提出阴离子系统定性分析法，并提出了使用缓冲溶液和络合掩蔽剂方法。1841年经德国化学家伏累森纽斯（1818-1897年）修改，把常见金属氧化物分成六个族，并以《定性化学分析导论》教科书形式出版，使系统分析方法得到广泛采取。以后美国分析化学家诺艾斯深入改进使系统分析趋于完善，一直沿用至今。19/86分析化学发展简史

分析化学定量发展史则是从贝格曼，从他制订了湿法分析矿物详细步骤开始，他所提倡一些反应直到现在仍在分析化学中保留。而创建酸碱滴定法则是法国人日夫鲁瓦；氧化还原滴定法始于18世纪末，1795年由法国人德克劳西以靛蓝硫酸溶液滴定次氯酸，至溶液颜色变绿为止，是最早氧化还原法。20/861826年比拉狄厄制得碘化钠，滴定次氯酸钙，用淀粉做指示剂，这是碘量法首次应用。19世纪40年代后，又发展出高锰酸钾氧化还原滴定法、重铬酸钾滴定法等各种容量分析方法。分析化学发展简史21/86分析化学发展简史在定量分析中重量法采取也比较早，1823年已经能生产出精密分析天平，灵敏度可达0.5毫克。1846年伏累森纽斯《定量分析教程》对定量分析作了全方面总结，基本到达我们现在水平。22/86分析化学发展简史

近些年来，分析化学学科正在经历着重大变革，从与分析化学发展历程来看，可将其概括为50年代仪器化、60年代电子化、70年代计算机化、80年代智能化、90年代信息化，21世纪必将是仿生化和深入智能化时代。总体说来，分析化学发展方向是向着高灵敏度（分子、原子水平）、高选择性、快速、自动、简便、经济、分析仪器自动化、数学化和计算机化发展，并向智能化、仿生化纵深发展。23/86分析化学发展历史分析化学创建阶段：1640~1840年之间第一次变革：20世纪，20~30年代溶液四大平衡理论建立，分析化学由技术→科学第二次变革：20世纪，

40~60年代经典分析化学（化学分析）→当代分析化学（仪器分析为主）第三次变革：由20世纪70年代末至今提供组成、结构、含量、分布、形态等全方面信息,成为当代最富活力学科之一24/86§1.3.2分析化学发展趋势

Perspectivesofanalyticalchemistry1.由分析对象来看有机物分析无机物分析活性物质2.由分析对象数量级来看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化智能化仪器25/86分析化学主要发展趋向1.新原理2.新技术3.新仪器

4.生物分析5.环境分析

6.过程分析7.表面分析8.大分子表征9.化学图象10.无损分析11.单细胞分析12.单分子单聚集体分析26/8613.固定化14.传感器15.定性16.教育17.活体分析18.实时分析19.原位分析20.在线分析21.化学计量学22.自动化23.微型化24接口：

分离技术

仪器和计算机

联用技术

其它科技领域27/86分析化学主要发展趋向生物分析环境分析

过程分析表面分析大分子表征化学图象无损分析单细胞分析单分子单聚集体分析化学计量学在线分析原位分析实时分析接口教育定性传感器固定化自动化微型化新技术新原理新仪器

分离技术仪器和计算机联用技术其它科技领域活体分析28/861.4分析化学参考文件P4-8,自己下去看看29/861采样(sampling)

要使样品含有代表性

要注意：1.防止损失

2.防止不均匀；

3.保留完好；

4.足够量以确保分析进行。§1.5分析化学过程及分析结果表示

Generalproceduresforquantitativeanalysis§1.5.1定量分析工作普通步骤30/862试样分解试样预处理目标是利用有效伎俩将样品处理成便于分析待测样品；与待测样品相关原因：1.分析方法（常量、微量）；2.物态与相（多相、均相、固态、液态、气态）；3.待测成份在样品中含量（针对不一样分析方法）。试样处理方法标准：

1.利用样品化学、物理性质不一样；

2.适应测定方法和要求不一样。

3.必要时要进行样品分离与富集。31/863分离和测定方法选择1.分析体系和分析方法选择：

要满足对被测组分性质、含量、结果准确度要求。2.确定确保分析结果准确办法（方案、方式、条件）：

需要利用各种物理与化学性质。3.试验数据正确、有效统计：

与所选定方法和使用仪器相关。32/86§1.5.2

定量分析结果表示1、待测组分化学表示形式

分析结果经常以待测组分实际存在形式含量表示。假如待测组分实际存在形式不清楚，则分析结果最好以氧化物或元素形式含量表示。2、待测组分含量表示方法固体试样质量分数：WB=mB/ms当待测试样含量非常低时：用μg·g-1(或10-6)

;ng·g-1(或10-9)

;pg·g-1(或10-12)表示33/86液体试样

物质量浓度：mol·L-1;

质量摩尔浓度：mol·Kg-1

;

质量分数：

体积分数：

摩尔分数：

质量浓度：mg·L-1;μg·L-1或μg·mL-1;ng·mL-1;pg·mL-1;

③气体试样常以体积分数表示气体试样中常量或微量组分含量。34/86§1.6滴定分析法概述

1.6.1滴定分析法特点1.滴定分析法

使用滴定管将一个已知准确浓度试剂溶液（标准溶液）滴加到待测物溶液中，直到待测组分恰好完全反应为止，然后依据标准溶液浓度和所消耗体积，算出待测组分含量。35/862.滴定分析基本术语滴定(Titration)：滴加标准溶液操作过程。化学计量点(Stoichiometricpoint)：滴加标准溶液与待测组分恰好完全反应之点。指示剂(Indicator)：滴定分析中能发生颜色改变而指示终点试剂。终点(Endpoint)：指示剂变色之点。终点误差(Errorofendpoint)：实际分析操作中指示剂变色点与化学计量点之间差异。36/863.滴定分析法特点简便、快速，适于常量分析准确度高,Er可达0.1%.应用广泛37/864.滴定分析法分类酸碱滴定法：是以质子传递反应为基础一个滴定分析法。酸滴定碱B-:H++B-HB

以化学反应为为基础分析方法，称为化学分析法(chemicalanalysis)，包含重量分析法和滴定分析法.滴定分析法按照所利用化学反应类型不一样，可分为以下四种38/86沉淀滴定法:

是以沉淀反应为基础一个滴定分析法。如银量法:Ag++Cl-=AgCl(白)络合滴定法：是以络合反应为基础一个滴定分析法。如EDTA滴定法:M+Y=MY39/86氧化还原滴定法：是以氧化还原反应为基础一个滴定分析法。如KMnO4法：MnO4-+5Fe2++8H+=Mn2++5Fe3++4H2O40/861.6.2滴定分析反应条件和滴定方式1滴定分析反应条件反应必须含有确定化学计量关系反应定量地完成（≧99.9%）反应速度要快能用比较简便方法确定滴定终点41/862滴定方式直接滴定法（包括一个反应）完全满足滴定分析反应条件可用直接滴定法滴定剂与被测物之间反应式为：

aA+bB=cC+dD

滴定到化学计量点时，a摩尔A与b摩尔B作用完全如HCl标准溶液滴定NaOH溶液42/86

返滴定法先准确加入过量标准溶液，使与试液中待测物质或固体试样进行反应，待反应完成以后，再用另一个标准溶液滴定剩下标准溶液方法。适合用于反应较慢或难溶于水固体试样。如EDTA滴定Al3+、NaOH标准溶液测定CaCO3。43/86返滴定法例：Al3++一定过量EDTA标液

剩下EDTAZn2+标液，EBT

返滴定n(EDTA)总-n(EDTA)过量=n(Al)(c·V)

(EDTA)总-(c·V)(Zn)=(c·V)(Al)44/86返滴定法例：固体CaCO3+一定过量HCl标液剩下HCl标液NaOH标准溶液

返滴定45/86返滴定法例:Cl-+一定过量AgNO3标准溶液

剩下AgNO3标准溶液

NH4SCN标准溶液

Fe3+指示剂返滴定

淡红色[Fe(SCN)]2+46/86间接滴定法

经过另外化学反应，以滴定法定量进行。适合用于不能与滴定剂起化学反应物质。例：Ca2+CaC2O4沉淀

H2SO4

C2O42-

KMnO4标液间接测定47/86置换滴定法

先用适当试剂与待测物质反应，定量置换出另一个物质，再用标准溶液去滴定该物质方法。适合用于无明确定量关系反应。48/86Na2S2O3+K2Cr2O7S4O62-+SO42-

无定量关系

K2Cr2O7+过量KI定量生成I2

Na2S2O3标液淀粉指示剂

深蓝色消失49/861.7.1基准物质：能用于直接配制或标定标准溶液物质。基准物质

称量溶解定量转移至容量瓶稀释至刻度，依据称量质量和体积计算标准溶液准确浓度。1.7基准物质和标准溶液50/86(1)物质必须含有足够纯度(99.9%)(2)物质组成与化学式应完全符合(3)稳定；(4)含有较大摩尔质量，为何？⑸

反应定量进行，没有副反应对基准物质要求：51/86惯用基准物有：无水Na2CO3、KHC8H4O4、Na2B4O7·10H2OCaCO3、ZnOK2Cr2O7、NaC2O4、H2C2O4·2H2ONaCl52/861.7.2标准溶液配制

直接配制法使用分析天平称量质量，直接用容量瓶定容，配制。普通使用基准试剂或优级纯。

优级纯分析纯化学纯G.RA.RC.R瓶签

绿

红蓝53/86例：准确称取基准物质Ｋ２Ｃｒ２Ｏ７１.４７１ｇ，溶解后定量转移至２５０.００ｍｌ容量瓶中，问此Ｋ２Ｃｒ２Ｏ７溶液浓度是多少？ＭＫ２Ｃｒ２Ｏ７＝２９４.２ｇ／ｍｏｌ54/862）标定法标准溶液浓度经过基准物来确定或用一个已知浓度标液来确定方法。55/86例：用邻苯二甲酸氢钾（Ｍｒ（ＫＨＣ８Ｈ４Ｏ４）＝２０４.２２）为基准物质标定２５ｍＬ０.１ｍｏｌ／ＬＮａＯＨ溶液，需称取多少ｇＫＨＣ８Ｈ４Ｏ４56/8657/861.8.1标准溶液浓度表示方法1.物质量浓度:单位体积溶液所含溶质物质量。物质量数值应指明基本单元：原子、分子、离子、电子等。1.8滴定分析中计算58/86比如，9.8克H2SO4溶于水中，配成1升溶液：基本单元：½H2SO4，H2SO4，2

H2SO4

49g/mol98g/mol196g/molC（H2SO4）=0.1mol/LC（½H2SO4）=0.2mol/LC（2H2SO4）=0.05mol/L表示物质量浓度时，必须指明基本单元。59/86基本单元选择普通是以化学反应计量关系为依据：60/862.滴定度TB/A

指每毫升滴定剂（A）溶液相当于待测物（B）质量

例1：THCl/NaOH=0.003001g/mL表示每消耗1mLNaOH标液可与0.003001gHCl完全反应61/86例2：用0.02718mol/L高锰酸钾标准溶液测定铁含量，其浓度用滴定度表示为：

T

Fe/KMnO4=0.007590g/mL即：表示1mLKMnO4标准溶液相当于0.007590克铁。测定时，依据滴定所消耗标准溶液体积可方便快速确定试样中铁含量：

m

Fe=T

Fe/KMnO4

VKMnO462/86例3：TFe/K2Cr2O7

=0.005000g/mL，如消耗K2Cr2O7标准溶液21.50毫升，问被滴定溶液中铁质量？解:63/86

滴定度与物质量浓度换算：64/861.8.2滴定剂与被滴物质之间计量关系滴定分析计算依据

SP时

或

化学计量数之比

物质量之比

P

tT+aA滴定分析相关计算基本上均是依据此基本关系来进行计算！65/86一、被测组分物质量nA与滴定剂物质量nB关系66/86二、被测组分质量分数计算67/861.8.3标准溶液浓度计算P15-161.8.4待测组分含量计算

P16-171.8.5滴定分析计算示例P17-20这三部分内容比较简单，大家下去自己看看就行。68/86§1.9分析化学应用

Applicationsofanalyticalchemistry1.分析化学与生命科学当前分析化学中热点之一是与生命科学相关分析化学,生命科学向分析化学提出课题,当前集中在多肽、蛋白质、核酸等生物大分子分析、生物药品分析、超痕量、超微量生物活性物质.1）质谱法在生命科学研究能发挥着主要作用。69/862）荧光光谱在生命科学分析应用

荧光光谱分析应用于生命科学也是较多,

核糖核酸(RNA)和脱氧核糖核酸(DNA)测定在临床生物样品测定中非常主要,因为它们不但起着储存、复制和传递信息作用,而且还决定着细胞种类及功效。70/863）电分析化学在生命科学中应用

电分析化学在生命科学研究中也愈来愈受到分析工作者重视.

电分析化学是利用物质电子和电化学性质进行表征和测量科学,生命现象最基本过程是离不开电荷运动,生命科学最基础学科是电化学.用电化学基本原理和试验方法,不但在生物体和有机组织整体水平上,更主要是在分子和细胞水平上研究或模拟研究电荷(包含电子、离子及其它电活性粒子)在生物体系和其对应模拟体系中分布、传输和转移及转化化学本质和规律。71/862.毛细管电泳

毛细管电泳是近年来分析化学中发展最为快速领域之一,

其基本装置是在充满电解质毛细管两端施加高压(20～30KV),采取直径为25～50μm毛细管.截面积急剧减小使传统电泳技术产生了质改变,因为截面积小,热量均匀,所以电泳传质均匀.因为流阻加大,不用载体可直接在缓冲液中进行电泳,这么既消除了载体对电泳影响,又可容纳分子量极大样品,甚至细菌和病毒颗粒.72/863.超临界流体色谱(SFC)超临界流体色谱(SFC)

能在较低温度下分析热不稳定、沸点较高、分子量较大化合物,总柱效率比LC高,且易于与灵敏检测器查联.

73/864.光度分析光明前景和发展趋势光度分析发展和活力有各方面动力.新显色剂开发和利用,为光度分析发展提供了物质基础；无机化学、有机结构理论、表面化学、络合物化学、分析化学等相关理论不停完善,也为光度分析发展提供高起点理论和实践基础；将光度信息与动力学信息结合起来,提供丰富三维数据信息,成为提升测定准确度和进行多组分同时分析新路径。光度分析因为简单方便,成本低廉,灵敏度、选择性、准确度都有一定优势,在痕量分析中适应于市场竞争,成为适合我国国情有中国特色分析领域之一.74/865.化学计量学在分析化学中应用

化学计量学(Chemometrics)是由数学、统计学、计算机技术与化学相结合交叉科学,化学计量学能有效地处理许多常规方法难于处理复杂问题,化学计量学在分析化学中应用主要有以下几个方面:提升灵敏度改进选择性；开发和评价新方法,提升分析效益；提升分析测试精密度与准确性；提升分析测试精密度与准确性。75/866.色谱分析色谱分析是分析化学中发展最快,研究应用十分活跃领域之一.20世纪50年代兴起气相色谱(GC),60年代发展起来色质联用技术(GCMS),70年代高效液相色谱(HPLC),80年代超临界流体色谱(SFC),以及继而发展起来毛细管区域电泳等,使得色谱分析成为预集、分离、测定和提纯联用主要分析技术;成为自然科学领域众多试验室不可缺乏一类分析伎俩.

76/867.电分析化学电分析化学发展含有悠久历史,早在18世纪就出现了电分析和库仑滴定法,发展至今,电分析化学学科发展是基于人们从理论上对电极总过程各个基本反应深刻了解,结合其它学科而创造出各种新技术、新方法,处理分析化学发展中提出新问题.化学修饰电极经过分子水平上电极功效设计,突破了以往电化学家研究范围,显示出了选择富集分离、电催化、电化学传感、不对称有机合成等各种有用效应。77/868.我国分析化学现实状况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;环境保护及各产业部门约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分析队伍.分析测试领域现有中科院