大學分析化學課件chapter11

1、2021/2/71 第一章第一章 緒論緒論 Chapter 1 Introduction 1-1 分析化學的任務(wù)和作用分析化學的任務(wù)和作用 分析化學是化學學科的重要分支之一分析化學是化學學科的重要分支之一, ,是是 化學類各專業(yè)最重要的基礎(chǔ)課程之一化學類各專業(yè)最重要的基礎(chǔ)課程之一; ; 分析化學正處于廣泛應用、快速發(fā)展的分析化學正處于廣泛應用、快速發(fā)展的 階段階段( (分析科學分析科學) ) 2021/2/72 一、定義一、定義 1. 分析化學分析化學(科學科學): 發(fā)展和應用發(fā)展和應用各種方法、儀器和策略各種方法、儀器和策略 以獲得有關(guān)物質(zhì)在以獲得有關(guān)物質(zhì)在空間和時間空間和時間方面的方面的組

2、組 成和性質(zhì)的信息成和性質(zhì)的信息的科學。的科學。 通俗地說通俗地說,分析化學是研究物質(zhì)的化學組成、分析化學是研究物質(zhì)的化學組成、 結(jié)構(gòu)和表面狀態(tài)的科學結(jié)構(gòu)和表面狀態(tài)的科學 化學化學合成和分析合成和分析 2021/2/73 2. 分析化學的任務(wù)分析化學的任務(wù) 物質(zhì)的組分構(gòu)成物質(zhì)的組分構(gòu)成(Qualitative analysis) 各組分的含量各組分的含量,組成式組成式 (Quantitative analysis) 組分存在形式組分存在形式,結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)(Structural analysis ) 表面和微區(qū)表面和微區(qū)(Interface and microanalysis) 2021/2/74

3、定性分析方法 無機離子的鑒定(化學分析),原子發(fā)射光 譜(AES,多元素同時測定),紅外光譜(FT-IR, 官能團鑒定),質(zhì)譜(MS,輔之GC、LC分離), 離子色譜(IC,陰陽離子),元素分析(EA, 主要 有機物),電泳(Electrophoresis,帶電組分),核 磁共振(NMR,有機物),色譜方法(GC,LC),能 譜方法(XPS, Auger photoelectron spectroscopy, AES )等 2021/2/75 定量分析方法 化學分析(常量分析),儀器分析(UV- VIS,AAS,GC, LC, 電化學,AES,能譜方法等） 結(jié)構(gòu)分析方法 衍射方法(XRD),顯

4、微方法(SEM,TEM), 電子 能譜(Photoelectron spectroscope), 順磁共 振(EPR)等 表面及微區(qū)分析方法 掃描隧道顯微術(shù)(STM, ATM),電子能譜 (XPS, AES) 2021/2/76 三聚氰胺三聚氰胺 2021/2/77 本課程僅敘述定量化學分析,即利用化學方 法來測定組分的含量(分析化學的經(jīng)典)。 分析步驟: 選擇合適的分析方法 采用適當?shù)姆治鍪侄?數(shù)據(jù)處理 掌握基本理論、基本實驗技能,解決簡單問 題的能力 2021/2/78 二、分析化學簡史 1.化學的萌芽階段 煉金術(shù),煉丹術(shù) 2.近代化學的發(fā)展 近代化學是在定量分析的基礎(chǔ)上迅速發(fā)展 起來的。

5、 R. Boyle(英國,1627-1691),懷疑派的化學 家,提出組成物質(zhì)的元素概念,定性分析的 開創(chuàng)者,指示劑的發(fā)現(xiàn) Boyle把化學確立為一門科學 2021/2/79 燃燒現(xiàn)象的研究,燃素說 M. Lomonosov(俄羅斯,1711-1765) 物質(zhì)和 運動不滅定律,熱的分子運動學說,密封中的 燃燒實驗 T. Bergman(瑞典,1735-1784) 濕法定性分 析,物質(zhì)溶樣、分析方法 A. Lavoisier(法國,1743-1794) 用精密天平 稱量 質(zhì)量守恒定律(mass conservation law),定組 成定律,倍比定律 2021/2/710 J. Dalton

6、(1766-1844):原子學說 精密天平技術(shù) 新元素的發(fā)現(xiàn) 定性定量分析,重量法,光譜的研究 分析技術(shù)引導化學革命,奠定近代化學基礎(chǔ) 十九世紀后期,定量分析化學(重量分析法)建 立(當時化學最重要的組成部分) 2021/2/711 3.3.現(xiàn)現(xiàn)( (當當) )代分析化學建立和發(fā)展代分析化學建立和發(fā)展 溶液理論的建立和發(fā)展滴定分析溶液理論的建立和發(fā)展滴定分析 方法方法 工業(yè)革命對分析化學的需求工業(yè)革命對分析化學的需求, , 物理學、電子學的發(fā)展光、電儀器物理學、電子學的發(fā)展光、電儀器 分析方法分析方法, ,色譜的發(fā)展色譜的發(fā)展, ,能譜分析方法能譜分析方法 計算機技術(shù)的發(fā)展對分析化學的影響計算

7、機技術(shù)的發(fā)展對分析化學的影響 2021/2/712 三、分析化學的作用三、分析化學的作用 1.研究物質(zhì)的量的關(guān)系的科學研究物質(zhì)的量的關(guān)系的科學 量的關(guān)系是科學的基礎(chǔ)量的關(guān)系是科學的基礎(chǔ) 用科學的態(tài)度和嚴謹?shù)姆椒ㄑ芯苛康挠每茖W的態(tài)度和嚴謹?shù)姆椒ㄑ芯苛康?關(guān)系貫穿整個科學領(lǐng)域關(guān)系貫穿整個科學領(lǐng)域 學習分析化學學習分析化學,就是要建立量的概念就是要建立量的概念,學學 習分析問題、解決問題的方法習分析問題、解決問題的方法 2021/2/713 2.工具科學 應用與社會生活的各個領(lǐng)域,與現(xiàn)代科學的 每一分支緊密相連,科學的“眼睛” 1)農(nóng)業(yè)上的應用: 土壤分析土壤成分、肥力、微量元素 農(nóng)藥分析土壤、農(nóng)作

8、物、吸收分解狀態(tài) 農(nóng)產(chǎn)品分析營養(yǎng)成分、生長代謝、加工 過程、農(nóng)藥殘留、 其它分析病蟲害、激素 2021/2/714 2)工業(yè)應用: 快速分析(爐前、過程),原材料分析,產(chǎn)品分 析 3)國防公安: 核分析化學、高能燃料、防化 食物殘留、毒物分析、器官成分、毛發(fā)、 血液、體液、DNA序列 4)環(huán)保: 環(huán)境分析、大氣、水、固體廢棄物,工業(yè)污 染與控制,（有機物、難降解物質(zhì)） 2021/2/715 5)地質(zhì)地礦地質(zhì)結(jié)構(gòu)分析、礦物成因分析、 貴金屬分析、礦物品位分析 6)醫(yī)學醫(yī)療藥物分析、元素形態(tài)及影響、 血液組織元素分析 運動會檢測 考古古代文物分析,無損分析 信息技術(shù)、生命科學、材料科學中的分析 化

9、學 2021/2/716 3.分析化學是專業(yè)基礎(chǔ)課和專業(yè)課的基礎(chǔ):有 機合成、化工、儀器分析、分離科學、環(huán) 境化學、材料化學等 應用定量分析的基本原理和方法 為實驗室的工作做好準備(基本實驗儀器的 準備,試劑的配制等) 2021/2/717 1-2 定量分析的分類和定量分析的分類和 分析化學的發(fā)展方向分析化學的發(fā)展方向 一、定量分析的分類一、定量分析的分類 1.按照分析對象按照分析對象 無機分析無機分析 有機分析有機分析 2.按照操作原理和測量手段按照操作原理和測量手段 化學分析法化學分析法:以物質(zhì)的定量化學反應為基礎(chǔ)以物質(zhì)的定量化學反應為基礎(chǔ) 的分析方法的分析方法,通常通過簡單的玻璃儀器和天

10、通常通過簡單的玻璃儀器和天 平等來實現(xiàn)分析目的平等來實現(xiàn)分析目的 2021/2/718 重量分析法:主要是利用沉淀反應使欲測組 分形成難溶性化合物,根據(jù)稱量沉淀物的質(zhì) 量求出被測組分的含量。 滴定分析法:用標準溶液對待測溶液進行滴 定,利用指示劑指示滴定終點,由反應的物 質(zhì)的量來求出待測組分的含量。 儀器分析法:以被測物質(zhì)的物理或物理化學 性質(zhì)為基礎(chǔ),利用特定儀器進行分析工作 （光學分析法,電化學分析法,色譜分析法, 能譜分析法） 2021/2/719 3.按分析中試樣用量 常量分析 0.11 g 體積 10100 mL 半微量分析 0.010.1g 1 10 mL 微量分析 1 mg 0.0

11、1g 0.1 1 mL 超微量分析 0.1 1 mg 0.01 0.1 mL 按照被測組分的含量（分析結(jié)果）,可分為 大量（1） 微量（0.01 1） 痕量（0.01） 2021/2/720 二、分析化學的發(fā)展 分析化學的基礎(chǔ)是嚴謹?shù)亩筷P(guān)系、實驗 性、應用性,致力于新分析體系和分析方法 的開拓。 活躍領(lǐng)域: 計算機在分析化學中的應用:自動化和智能 化的分析儀器,全自動分析過程,過程自動監(jiān) 測和檢測,惡劣環(huán)境下的自動分析,化學計量 學 2021/2/721 與其它學科的相互滲透和交叉: 生命科學（生物分析,活體分析,原位分析）, 環(huán)境科學（快速檢測,過程分析）,材料科學 （高純物質(zhì)分析,超微分

12、析,復合材料分析,表 面微區(qū)分析） 分析化學理論和應用的發(fā)展 高靈敏度分析方法,復雜體系的分離及選 擇 性分析,生物活性物質(zhì)分析,無損分析,微區(qū)和 表面分析,形態(tài)價態(tài)分析 2021/2/722 三、定量化學分析的學習方法 1.學習方法 重點,難點(強調(diào)),注意公式的應用條件和應 用范圍,及時復習消化（習題） 2.實驗性 定量分析實驗培養(yǎng)科學素質(zhì),訓練實驗室基 礎(chǔ)工作 學習定量分析是培養(yǎng)觀察能力、分析能力 和解決問題能力的過程 2021/2/723 參考書目: 分析化學(武漢大學等,第四版) 定量化學分析(復旦大學) 定量分析（科爾索夫,翻譯本） Analytical Chemistry G.

13、Christian et al Fundamental of Analytical Chemistry Analytical Chemistry R. Kellner 2021/2/724 1-3定量分析過程和結(jié)果表示定量分析過程和結(jié)果表示 一、定量分析過程 采樣調(diào)制前處理測定數(shù)據(jù)處理結(jié)果 Sampling-Handling-Preparation- Determination-Data processing-Results 1.采樣調(diào)制:試樣的代表性,調(diào)制方法合理 2.前處理:試樣處理成可測定狀態(tài)（溶液） 3.測定:選擇分析方法和分析條件 4.數(shù)據(jù)處理和結(jié)果:數(shù)據(jù)處理規(guī)范,由計量關(guān)系計 算結(jié)

14、果 2021/2/725 二、定量分析結(jié)果的表示 1.被測組分的化學表現(xiàn)形式 1)以實際存在形式表示 2)以元素形式 3)以氧化物或化合物形式 2.被測組分含量的表示方法 1)固體樣品 質(zhì)量相對含量: 質(zhì)量百分數(shù)最常用 x%=mx/ms100 mx-被測組分的質(zhì)量(g), ms-試樣的質(zhì)量(g) 2021/2/726 2)液體樣品 質(zhì)量百分數(shù)(m/m) 體積百分數(shù)(V/V) 質(zhì)量體積分數(shù)(m/V) 3)氣體樣品 一般用體積分數(shù)表示 x=Vx/Vs,常用,10-6,10-9表示 2021/2/727 1-4 滴定分析法概述滴定分析法概述 化學分析法:重量分析法,滴定分析法 滴定分析法:酸堿滴定、

15、配位滴定、氧化還 原滴定、沉淀滴定 滴定分析法用于常量組分的測定,是將一種 已知其準確濃度的試劑溶液滴加到被測物 質(zhì)的溶液中,直到兩種物質(zhì)按化學計量關(guān) 系定量反應完全為止。 2021/2/728 一、滴定分析中的術(shù)語 1.標準溶液(standard solution, Titrant) 滴定分析中已知準確濃度,用來滴定未知液 的溶液 2.滴定(Titration) 把標準溶液通過滴定管逐滴加入到被測溶 液中的過程 3.化學計量點(stoichiometric point, sp) 滴定反應按照方程式反應完全時,亦即反應 體系中滴定劑與被測組分恰好作用完全(符 合反應方程式所表示的化學計量關(guān)系)

16、 2021/2/729 4.終點(end point, ep) 滴定過程中,停止滴定(指示劑變色)的點稱為 滴定終點。 5.終點誤差(Titration error, TE) 化學計量點是理論上反應恰好完成的點,而 終點是實際停止滴定的實驗值,它們不一定 完全吻合?；瘜W計量點和終點不符造成的 分析誤差稱為終點誤差或滴定誤差。 2021/2/730 二、滴定分析對滴定反應的要求 1.反應要按化學計量關(guān)系進行 2.反應要定量進行 3.反應速度要足夠快 4.有確定化學計量點的適當方法 2021/2/731 三、滴定分析的滴定方式 滴定分析通過下列四種方式實現(xiàn) 1.直接滴定法 滿足滴定分析對滴定反應的全部要求 2.返滴定法(back titration) 反應速度慢,或被測物質(zhì)為固體 有兩種標準溶液 3.置換滴定法(replacement titration) 有副反應發(fā)生,沒有確定的計量關(guān)系 2021/2/732 4.間接滴定法(indirect