分析化学01概论

1、分 析 化 学,Analytical Chemistry,牡丹江师范学院化学系 无机分析教研室,教 材 分析化学 武汉大学 （高教版，第五版，2006）,教 材 分析化学实验 武汉大学 （高教版，第4版，2001）,学时：理论64，1-17周；实验68，2-16周,主讲教师：刘素娟 联系方式办公室：B-504 考核方式：平时（出勤、作业、测验）+期末考试 学习方法：预习、认真听讲，课后复习辅以一定量练习题,学习本课程的目的及达到的目标： 分析化学是化学、应化等专业的一门基础课；通过本课程的学习，要求学生掌握分析化学的基本原理和实验技能；培养学生严格、认真和实事求是的科

2、学态度，精密、细致地进行科学实验的技能，观察实验现象、分析、判断和解决问题的能力，使学生具有科技工作者应具备的素质；初步具备查阅文献、选择分析方法、拟订实验方案的能力。,第1章 绪 论,1.1 分析化学的定义、任务和作用 1.2 分析方法的分类与选择 1.3 分析化学发展简史与发展趋势 1.4分析化学参考文献 1.5分析化学过程及分析结果的表示 1.6滴定分析法概述 1.7基准物质和标准溶液 1.8滴定分析中的计算,1.1 分析化学的定义、任务和作用,化学？ 化学是研究物质的性质、组成、结构、变化和应用的科学. 化学：无机化学、分析化学、有机化学、物理化学、高分子化学与物理 分析化学？,定义：

3、分析化学是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。 解决的问题：物质中含有哪些组分,各个组分的含量是多少,及这些组分是以怎样的状态构成物质的。,创建有关的实验技术，研制仪器设备，制订分析方法。 分析化学是化学研究中最基础、最根本的领域之一。,分析化学的任务 确定物质的化学组成定性分析，是什么，what? 测量各组成的含量定量分析, 是多少，how much? 表征物质的化学结构、形态、能态结构分析、形态分析、能态分析,是怎样，structure; state; distribution,例如：茶叶中有哪些微量元素？茶叶中咖啡碱的含量？咖啡碱的

4、化学结构？微量元素的形态？化学成分的空间分布？在不同的生长阶段，茶叶中的营养成分的变化？ 例如：生物大分子结构与功能的关系？,分析化学的作用：,化学的基础课之一（四大块之一） 通过本课程的学习，可以掌握分析化学的基本原理和测定方法，树立“量”的概念，正确进行有关的计算，培养严肃认真、实事求是的科学态度以及严谨细致地进行科学技术实验的技能、技巧和创新能力。,想毕业、想考研必不可少,实际上已发展成为一门独立的学科 分析科学,2. 能促进学科的发展：提供组成、含量、结构的信息,质量守恒、倍比、定比定律的发现、原子量的测定、周期律的建立，无一不是靠大量的分析数据,3.“四化”离不开分析化学（有书为证P

5、1）,“眼睛” “从事科学研究的科学” 分析化学的水平被认为是衡量一个国家科学技术水平的重要标志之一。,美国化学家工作情况,4.找工作,农业：水土调查；农作物品质检查；农药及其残留物检验 工业：原料分析；产品检验；生产工艺流程控制 国防：武器生产；犯罪活动的侦破； 社会：体育（兴奋剂）、生活产品质量（鱼新鲜度、食品添加剂、农药残留量）、环境质量（污染实时检测）、法庭化学（DNA技术，物证）、文物鉴定；国际贸易（商品检验）； 化学：新化合物的结构表征；分子层次上的分析方法； 生命科学：DNA测序（20世纪生命科学领域最宏大项目）；活体检测； 环境科学：环境监测；污染物分析； 材料科学：新材料，结

6、构与性能； 医药：临床化验与疾病诊断；天然药物有效成分与结构及构效关系研究 所有这些人类活动的每一步都离不开分析化学。,分析化学的作用,2006年国家自然科学基金项目申报指南 分析化学的研究范围非常广泛，它涵盖无机分析、有机分析、生化分析、环境分析、过程分析、药物分析、细胞分析、免疫分析、食品分析、临床分析、中草药分析、波谱学分析、材料表征及分析、纳米分析化学和芯片分析化学，还涉及化学信息学、生物信息学、仪器研制、质量控制及表面与界面分析等，凡是与这些领域相关联的新原理、新方法、新技术、新仪器及关键器件的研究工作都是分析化学学科的资助范围。,1.2 分析方法的分类与选择,分析化学是研究分析方法

7、的科学，一个完整具体的分析方法包括测定方法和测定对象两部分 没有分析对象，就谈不到分析方法，对象与方法存在分析化学或者分析科学的各个方面 分析化学三要素理论、方法与对象 反映了科学、技术和生产之间的关系 高校和科研单位、仪器制造部门和生产单位的合作反映了分析化学三要素之间的关系,分析方法的分类,按原理分： 化学分析:以物质的化学反应为基础的分析方法 仪器分析:以物质的物理和物理化学性质为基础的分析方法 光学分析方法：光谱法，非光谱法 电化学分析法 ：伏安法，电导分析法等 色谱法：液相色谱，气相色谱，毛细管电泳 其他仪器方法：热分析 按分析任务：定性分析，定量分析，结构分析 按分析对象：无机分析

8、，有机分析，生物分析，环境分析等,按试样用量及操作规模分： 常量、半微量、微量和超微量分析,按待测成分含量分： 常量分析(1%), 微量分析(0.01-1%), 痕量分析(0.01),仲裁分析及例行分析,分析化学的真正起源可以追溯到古代的炼金术和炼丹术。 其思想来源于古希腊思想家亚里斯多德所有的东西都由空气、水、火、土四种元素组成，且它们能够相互转变。 中国五行说：金木水火土,木,水,火,金,土,相克,相生,1.3 分析化学发展简史与发展趋势,炼丹术的主要目的一是希望能得到长生不老的仙药，二是想把一些廉价的金属借助于“仙药”的点化，转变为贵重的黄金和白银。 焙烧是炼丹术士常采用的一种方法。例如

9、在空气中焙烧方铅矿等贱金属矿石，把铅放在灰皿或骨灰造的盘子中加热，铅烧掉之后，可以得到一点银；把黄铁矿（外表看有点像黄金）与铅共熔，铅用灰皿烧掉后，可以得到微量的黄金。除焙烧之外，炼丹术士还经常使用一些液体“试液”对各种金属进行加工。例如硫磺水（多硫化物的溶液）能把金属黄化成“黄金”；汞能在其它金属表面留下银色制假、售假、扰乱了市场；当时，分析鉴定的手段就是人的感官，有的传统流传至今奥运金牌得主牙咬金牌。,波义耳(Boyle) 的元素学说的建立（1661）,罗伯特波义耳 （Boyle,R.1627-1691）,拉瓦锡(Lavoisier)的 “燃烧氧化学说”的建立 （1756） 明确提出氧气在

10、燃烧中的重要作用， 证实水是由氢和氧两种元素组成 定量分析的先驱：分析天平的应用,第一个发明指示剂（如石蕊）， 创造了许多定性检验酸碱的方法,人类有科技就有化学，化学从分析化学开始,A.L. Lavoisier (17431794),第一次变革（20世纪初30年代）：,第二次变革（20世纪4060年代）： 仪器分析法的发展冲破了只限于化学分析的局面,20世纪分析化学的三次大变革,第三次变革（ 20世纪70年代末现在）： 许多先进的科学技术如计算机、激光、光纤 在分析化学中发挥了重要作用，由于环境科学、生 命科学、材料科学等的发展对分析化学提出了更 高的要求。,分析化学的发展趋势,有机物分析,无

11、机物分析,生物活性物质,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,对象,量的相对大小,技术及手段,分析化学的发展方向：,微型 高效 自动 智能,教 材 分析化学 武汉大学（高教，第五版，2006） 分析化学实验 武汉大学（高教，第4版，2001） 参考书 分析化学 武汉大学（高教，第四版2000，第五版2006） 分析化学实验 四川大学、浙江大学（高教，第3版，2003） 分析化学全析精解（与武大第四版教材配套，西北工业大学出版社，2005.1 ） 定量分析习题精解与武大第四版教材配套，科学出版社，2004.3 ，第二版 分析化学硕士生入学考试复习指导 （综合，含化

12、分与仪分，科学出版社，2005.9 ）,1.4分析化学参考文献,R. Kellner et al., (FECS) ， Analytical Chemistry （中译本：分析化学，北京大学出版社，2001） 国家自然科学基金委员会化学科学部 分析化学的明天学科发展前沿与挑战（2003） 汪尔康 分析化学新进展 （科学出版社，2002） 汪尔康 主编 21世纪分析化学（科学出版社，1999） 陈尔强等译。【美】21世纪化学科学的挑战委员会 著。超越分子前沿化学与化学工程面临的挑战（科学出版社，2004）,其他分析化学前沿资料书：,英文杂志：Analytical Chemistry(美); An

13、alyst(英)；Talanta(英)；Analytica Chimica Acta(荷)；Analytical and Bioanalytical Chemistry(德)；Analytical Science(日)；Analytical Letters(美)； Analytical BioChemistry(美). 中文杂志：分析化学；分析科学学报；分析测试学报；分析试验室；理化检验（化学分册）；岩矿测试；药物分析杂志；光谱学与光谱分析,分析化学专业期刊杂志：,5,数据分析 Data Analysis,1,2,4,3,6,样品制备 Sample Preparation,样品采集 Sampl

14、ing,样品测定 Sample Analysis,问题提出 Formulation Question,结果报告 Writing Reports,定量分析过程,1.5分析化学过程及分析结果的表示,分析化学过程,1) 取样 2) 试样分解和分析试液的制备 3) 分离及测定 4) 分析结果的计算和评价,取样 Sampling,从待分析的对象（object or bulk matter) 中取出用于分析用的少量物质 基本要求：代表性、不变性,注意：,分析方法、对分析结果的要求等,消除干扰：,掩蔽,分离,富集：enrichment,萃取富集 吸附富集 共沉淀富集,分析测定 determination,物

15、质,物质的性质 组分的含量 干扰情况,分析方法,准确度 灵敏度 选择性 适用范围,成本,时间 人力 设备 消耗品,分析方法,用户对分析结果的要求和对分析费用的承受度,用户,例：,石灰石中钙的测定 常量成分(1%)，采用化学分析法（滴定分析法） 石灰石中微量铁的测定 微量成分(1%) ，可采用分光光度法。,1.5.2、分析结果的表示,1、被测组分的化学表示形式 以待测组分实际存在形式表示 如：测得了N的含量，根据实际情况：以NH3, NO3-, NO2-等表示 以氧化物或元素形式的含量表示（如待测组分的实际存在形式不清楚） Fe，Fe2O3，SO2,（1）固体样:,（2）液体样:,2、待测组分含

16、量的表示方法,物质的量浓度(c)：,待测组分含量的表示方法 液体 物质的量浓度 mol / L 质量摩尔浓度 mol / kg 质量分数 %（mB / mS) 体积分数 %（ VB / Vs) 摩尔分数 % （nB / nS) 质量浓度 mg / L, ng / L, g / L 等,气体试样：体积分数,1 滴定分析法：又称容量分析法。,1.6滴定分析法概述,标准溶液,标准溶液,待测溶液,被测物质,指示剂,化学计量关系,酸碱滴定法、 络合滴定法 氧化还原滴定法、沉淀滴定法,传统分析方法； 适用于常量分析； 特点：简单、准确、费用低； 快速,HCL + NaOH = NaCl + H2O 1 1

17、 nHCl=(cV)HCl标 nNaOH=(cxV)NaOH (cV)HCl标=(cxV)NaOH,例,待测,标液,a A + bB = c C + d D nA nB a b,基本术语,滴定(Titration)：滴加标准溶液的操作过程 化学计量点(Stoichiometric point)：滴加标准溶液与待测组分恰好完全反应的这一点。 指示剂(Indicator)：滴定分析中能发生颜色改变而指示终点的试剂 滴定终点(End point)：指示剂变色之点。 终点误差(Error of end point) ：实际分析操作中滴定终点（指示剂变色点）与化学计量点之间的差别而引起的误差。,滴定分析

18、法分类（按照化学反应分类） (1) 酸碱滴定法(中和法)： 以质子传递反应为基础。 H+ B- HB (2) 沉淀滴定法（容量沉淀法）；以沉淀反应为基础。 Ag+ Cl- AgC1 (3) 配位滴定法（络合滴定法）：以配位反应为基础。 M2+ Y4- MY2 - (4) 氧化还原滴定法：以氧化还原反应为基础。 MnO4 - + 5Fe2+ + 8H+ Mn2+ + 5Fe3+ + 4H2O,有确定的化学计量关系，反应按一定的反应方程式进行 反应要定量进行 反应速度较快 容易确定滴定终点,1.6.2 滴定分析法对化学反应的要求和滴定方式,1、滴定要求,2、滴定方式,1. 直接滴定法（涉及一个反应

19、） 完全满足滴定分析反应的条件可用直接滴定法 滴定剂与被测物之间的反应式为： a A + b B = c C + d D 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,2. 返滴定法（慢速反应）,先准确加入过量标准溶液，使与试液中的待测物质或固体试样进行反应，待反应完成以后，再用另一种标准溶液滴定剩余的标准溶液的方法。适用于反应较慢或难溶于水的固体试样。如EDTA滴定 Al 3+、HCl标准溶液测定CaCO3,例：Al3+ +一定过量EDTA标液 剩余EDTA Zn2+标液，EBT 返滴定 n(EDTA)总 n (EDTA )过量 = n (

20、Al) ( c V) (EDTA)总 - (cV ) (Zn) = (cV ) (Al),返滴定法,例：固体CaCO3 + 一定过量HCl标液 剩余HCl标液 NaOH标准溶液 返滴定,返滴定法,例 : Cl- + 一定过量AgNO3 标准溶液 剩余AgNO3标准溶液 NH4SCN标准溶液 Fe3+ 指示剂 返滴定 淡红色Fe(SCN)2+,返滴定法,Na2S2O3+K2Cr2O7 S4O62-+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,3. 置换滴定法先用适当试剂与待测物质反应，定量置换出另一种物质 ，再用标准溶液去滴定

21、该物质的方法。适用于无明确定量关系的反应。,4. 间接滴定法通过另外的化学反应，以滴定法定量进行。适用于不能与滴定剂起化学反应的物质。,例：Ca2+ CaC2O4沉淀 H2SO4 C2O42- KMnO4标液 间接测定,1.7 基准物质和标准溶液,1.7.1基准物质: 能用于直接配制或标定标准溶液的物质。 要求： 试剂与化学组成一致；纯度高；稳定；摩尔质量大；滴定反应时无副反应。 1.7.2标准溶液的配制: 已知准确浓度的试剂溶液。 配制方法有直接配制法和标定法两种。,1 直接法配制标准溶液（一般使用基准试剂）。,可用直接法配制标准溶液的物质，应具备的条件： 1. 物质必须具有足够的纯度，即含

22、量99.9%； 2. 物质的组成与化学式应完全符合； 3. 稳定。 4.摩尔质量大,2. 标定 准确称取基准物， 溶解后，滴定。,2.间接法配制标准溶液（步骤）,1. 配制溶液 配制成近似所需浓度的溶液。,3. 确定浓度 由基准物质量和滴定液体积计算之。,1.8.1 标准溶液浓度表示法,1. 物质的量浓度（简称浓度） 单位体积溶液所含溶质的物质的量（nB）。,V ：溶液的体积。 应指明基本单元：原子、分子、离子、电子或他们的组合。,单位为 molL-1。,1.8滴定分析中的计算,2.滴定度,与每毫升标准溶液相当的待测组分的质量。 表示法：T待测物/滴定剂 单位：g mL-1 例：测定铁含量的K

23、MnO4标准溶液，其浓度表示：,或,表示：l mL KMnO4 溶液相当于0.005682 g 铁， 1 mL 的 KMnO4 标准溶液能把 0.005682 g Fe2+ Fe3+。 适用于工业生产中批量分析： m(Fe) T V。,若:,例题：,求 0.1000 molL-1 NaOH 标准溶液对 H2C2O4 的滴定度。 解：NaOH 与 H2C2O4 的反应为： H2C2O4 + 2 NaOH Na2C2O4 + 2H2O,浓度 c 与滴定度 T 之间关系,aA + bB = cC + dD A 为被测组分，B 为标准溶液； 若以VB为反应完成时标准溶液消耗的体积(mL)，mA和MA分

24、别代表物质 A 的质量(g)和摩尔质量。 当反应达到计量点时：,由滴定度定义 TA/B= mA/VB，得：,1.8.2 被测组分的物质的量 nA与滴定剂 nB 的关系 1. 直接滴定 测组分A与滴定剂 B 间的反应为： a A + bB = c C + d D 化学计量点时：a mol A 恰好与 b mol B 作用完全 nA nB a b,2HCl + Na2CO3 = 2NaCl + H2CO3 nHCl = 2 nNa2CO3,称取基准物或试样质量 (mB)标定标准溶液 A 时:,（1）确定标准溶液浓度,（2）确定称取基准物或试样量范围 滴定液体积一般为 2025 mL左右,浓度约 0

25、.1 molL-1 （3）估计标准溶液消耗体积 VA,若被测物为溶液时：,用已知浓度的 NaOH 标准溶液测定 H2SO4 溶液浓度： H2SO4 + 2NaOH Na2SO4 + 2H2O,2. 间接法滴定,涉及到两个或两个以上反应，从总的反应中找出实际参加反应物质的物质的量之间关系。 例：以 KBrO3 为基准物标定 Na2S2O3 溶液的浓度。 BrO3- + 6I-+ 6H+ 3I2 + 3H2O + Br- （1） I2+ 2 S2O3 2- 2I- + S4O6 2- （2）,例：用KMnO4法滴定Ca2+。,1.8.3标准溶液浓度计算,a. 直接配制法 称一定量的基准物质B(mB g）直接溶于一定量(V L)的溶剂配制。 cB=nB/V=mB/MBV,b标定法： 根据滴定剂和被测物质的比计算求出。 bBtT=aA cB=b/t cTVT/VB =bmT/tMT VB,1.8.4 被测组分质量分数的计算,称取试样的质量 ms，测得被测组分的质量为 m，则被测组分在试样中的质量分数 wA为：,滴定剂的浓度 cB、消耗体积 VB 。反应的摩尔比 ab,(通式),反应：aA + bB = cC + dD 被