第六章分析化學(xué)概論ppt課件

1、第六章第六章 分析化學(xué)概論分析化學(xué)概論6-1 分析化學(xué)的任務(wù)、方法及發(fā)展趨勢一、分析化學(xué)的任務(wù)與方法1、義務(wù)：鑒定物質(zhì)的化學(xué)組成包括元素、離子、基團(tuán)、化合物等）；推測物質(zhì)的化學(xué)結(jié)構(gòu)；測定物質(zhì)中有關(guān)組分的含量等。 2、方法 依據(jù)分析的目的、任務(wù)可分為定性分析、定量分析和結(jié)構(gòu)分析；依據(jù)分析時所需試樣的量可分為常量分析、半微量分析和微量分析； 依據(jù)所測組分在試樣中的相對含量的多少分為常量組分分析、微量組分分析以及痕量組分分析； 依據(jù)分析對象的化學(xué)屬性分為無機(jī)分析和有機(jī)分析。根據(jù)分析原理或物質(zhì)性質(zhì)的不同分為化學(xué)分析法和儀器分析法。 化學(xué)分析法化學(xué)分析法是以物質(zhì)的化學(xué)性質(zhì)和化學(xué)反應(yīng)為依據(jù)進(jìn)行物質(zhì)分析的方

2、法，是分析化學(xué)的基礎(chǔ)，包括定性分析和定量分析兩部分。定性分析：根據(jù)發(fā)生化學(xué)反應(yīng)的現(xiàn)象來判斷某種組分是否存在；定量分析：根據(jù)待測組分和所加的化學(xué)試劑能發(fā)生有確定計量關(guān)系的化學(xué)反應(yīng)，從而達(dá)到測定該組分含量的目的。定量分析又可分為重量分析法和滴定分析法，若根據(jù)反應(yīng)產(chǎn)物的重量來確定待測組分的含量稱為重量分析法；若根據(jù)所消耗滴定劑的濃度和體積來求算待測組分的含量則稱為滴定分析法。化學(xué)分析法多用于常量分析試樣質(zhì)量大于100mg，試樣體積大于10mL），但也可進(jìn)行半微量試樣質(zhì)量為10100mg，體積為110mL和微量試樣質(zhì)量為0.110mg，體積為0.01lmL分析，分析結(jié)果準(zhǔn)確度較高。該法操作簡便，設(shè)備簡

3、單，價格便宜，在科研和生產(chǎn)中應(yīng)用相當(dāng)廣泛。儀器分析法儀器分析法是利用待測物質(zhì)的物理性質(zhì)或物理化學(xué)性質(zhì)并借助于特定儀器來確定待測物質(zhì)的組成、結(jié)構(gòu)及其含量的分析方法。包括：光學(xué)分析法是利用物質(zhì)的光學(xué)性質(zhì)進(jìn)行測定的儀器分析法。通常分為光譜法和非光譜法兩大類。光譜法包括吸收光譜法、發(fā)射光譜法，以及散射光譜分析法。電化學(xué)分析法是利用待測物質(zhì)的電化學(xué)性質(zhì)進(jìn)行分析測定的儀器分析方法。主要有電位分析法、電導(dǎo)分析法、電解分析法等。色譜分析法是以物質(zhì)的吸附、分配及交換性能為基礎(chǔ)的儀器分析方法，如氣相色譜法、液相色譜法、離子色譜法等。 與化學(xué)分析法相比，儀器分析法操作簡便、快速，靈敏度和準(zhǔn)確度高，更適于微量、超微量

4、試樣質(zhì)量小于0.1mg，體積小于0.01mL及生產(chǎn)過程中的控制分析等。但通常儀器分析的設(shè)備較復(fù)雜，價格昂貴，且有些儀器對環(huán)境條件要求較苛刻，如恒溫、恒濕、防震等。二、分析化學(xué)的發(fā)展趨勢隨著生命科學(xué)、環(huán)境科學(xué)、材料科學(xué)、能源科學(xué)、地質(zhì)學(xué)以及化學(xué)學(xué)科的發(fā)展，既促進(jìn)了分析化學(xué)的發(fā)展，又對分析化學(xué)提出了更高的要求。現(xiàn)代分析化學(xué)已不再局限于測定物質(zhì)的組成和含量，它實(shí)際上已成為“從事科學(xué)研究的科學(xué)”，正向著更深、更廣闊的領(lǐng)域發(fā)展。主要表現(xiàn)為：（1智能化 主要體現(xiàn)在計算機(jī)的應(yīng)用和化學(xué)計量學(xué)的發(fā)展。（2自動化 主要體現(xiàn)在自動分析、遙測分析等方面。（3精確化 主要體現(xiàn)在提高靈敏度和分析結(jié)果的準(zhǔn)確度方面。（4微觀

5、化 主要體現(xiàn)在表面分析與微區(qū)分析等方面。（5在線活體化 主要體現(xiàn)在化學(xué)傳感器和生物芯片等方面。6-2 定量分析的一般程序定量分析的一般程序 一、試樣的采集一、試樣的采集 二、試樣的預(yù)處理二、試樣的預(yù)處理 包括試樣的分解和預(yù)分離富集。包括試樣的分解和預(yù)分離富集。 三、測定三、測定 四、分析結(jié)果的計算和報告四、分析結(jié)果的計算和報告 6-3 定量分析的誤差定量分析的誤差 準(zhǔn)確測定組分在試樣中的含量是定量分析準(zhǔn)確測定組分在試樣中的含量是定量分析的目的。但在實(shí)際測定過程中，測定結(jié)果往往的目的。但在實(shí)際測定過程中，測定結(jié)果往往不可避免地會產(chǎn)生誤差。誤差是客觀存在的，不可避免地會產(chǎn)生誤差。誤差是客觀存在的，

6、為此就有必要探討誤差產(chǎn)生的原因及出現(xiàn)的規(guī)為此就有必要探討誤差產(chǎn)生的原因及出現(xiàn)的規(guī)律，從而采取相應(yīng)措施減小誤差對測量結(jié)果的律，從而采取相應(yīng)措施減小誤差對測量結(jié)果的影響。同時還要按照一定的規(guī)則對實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)影響。同時還要按照一定的規(guī)則對實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行取舍、歸納等一系列分析處理工作，并判斷行取舍、歸納等一系列分析處理工作，并判斷使用合適的可靠性方法，報告合理的測定結(jié)果，使用合適的可靠性方法，報告合理的測定結(jié)果，使測定結(jié)果更加接近客觀真實(shí)值。使測定結(jié)果更加接近客觀真實(shí)值。一、誤差的分類 誤差按其來源和性質(zhì)可分為兩類：系統(tǒng)誤差和隨機(jī)誤差。 1.系統(tǒng)誤差或稱可測誤差） 系統(tǒng)誤差是指測定條件下由于某種固定因素引

7、起的誤差。它具有的明顯特征是總是使測定結(jié)果固定的偏高或偏低單向性）；在同一條件下重復(fù)測定時可重復(fù)出現(xiàn)。系統(tǒng)誤差產(chǎn)生的主要原因有： （1方法誤差 由于分析方法本身的缺陷或不夠完善所產(chǎn)生的誤差。如在分析測定過程中不能完全消除干擾離子的影響，反應(yīng)不完全或滴定終點(diǎn)和理論終點(diǎn)不一致等，則必將系統(tǒng)地影響測定結(jié)果，使結(jié)果偏高或偏低。 （2儀器誤差 由于所用儀器本身不夠準(zhǔn)確所引起的誤差。如硅碼銹蝕、滴定管刻度不均勻等。 （3試劑誤差 由于所用試劑純度不夠、含有被測組分所引起的誤差。如蒸餾水不純等。 （4操作誤差 指在正常分析測定過程中由于操作者習(xí)慣或主觀因素所造成的誤差。如操作者視覺對色彩的敏感程度或讀數(shù)習(xí)慣

8、不同等，均可造成這類誤差。 2.隨機(jī)誤差或稱偶然誤差） 在分析測定過程中，不可避免地會受到一些無法控制的不確定因素的影響而造成誤差，稱為隨機(jī)誤差。如滴定體積最后一位讀數(shù)的不確定性；實(shí)驗(yàn)室中溫度、氣壓、濕度等的變化引起的微小誤差，且這種誤差可大可小，可正可負(fù)，很難找到原因，無法測量。特點(diǎn)： 小誤差出現(xiàn)的概率密度大，大誤差出現(xiàn)的概率密度小，極大的誤差出現(xiàn)的概率密度極??；絕對值相等的正、負(fù)誤差出現(xiàn)的概率密度大致相等；無限多次測定的結(jié)果，其誤差的算術(shù)平均值趨于零，即誤差的平均值的極限為零。 二、誤差的表示方法 1.誤差與準(zhǔn)確度 絕對誤差Ea也簡稱誤差，以測定值x與真實(shí)值T之差表示。 相對誤差Er是絕對

9、誤差在真實(shí)值中所占的比例，通常用百分率表示。 絕對誤差有正有負(fù)，xT為負(fù)誤差，說明測定結(jié)果偏低；xT為正誤差，說明測定結(jié)果偏高。相對誤差則反映出誤差在真實(shí)值中所占的比例。 例1： 用分析天平稱得A、B兩物質(zhì)的質(zhì)量分別為1.1990g、0.1990g；兩物體的真實(shí)值分別為：1.1991g、0.1991g，則絕對誤差為： ()1.19901.19910.0001()aEAg=-= -()0 .1 9 9 00 .1 9 9 10 .0 0 0 1()aEBg=-=-相對誤差為：0 . 0 0 0 1()0 . 0 0 8 %1 . 1 9 9 0rEA-=-0.0001()0.05%0.1991r

10、EB-= -2.精密度與偏差 精密度是指多次重復(fù)測定同一樣品所得的各個平行測定值間的相互接近程度。精密度高表示測定結(jié)果的重現(xiàn)性好。精密度常用以下幾種方式表示。（1偏向 偏差可分為絕對偏差、相對偏差、平均偏差及相對平均偏差。絕對偏差di是個別測定值xi與算術(shù)平均值之差，也叫偏差。即 （i=1,2,n） 絕對偏差di在平均值中所占的比例為相對偏差dr，常用百分率表示。平均偏差為各次偏差絕對值的平均值，即 irddx=121|ninidddddnn=+=相對平均偏差是平均偏差在平均值中所占的比例，常用百分率表示。即 rddx=平均偏差和相對平均偏差均可用來表示一組測定值的離散趨勢。所測的平均數(shù)據(jù)越分

11、散，平均偏差或相對平均偏差就越大，分析的精密度越低；相反，平行數(shù)據(jù)越接近，平均偏差或相對平均偏差越小，分析的精密度越高。（2標(biāo)準(zhǔn)偏差S 標(biāo)準(zhǔn)偏差也稱為均方根偏差，它和相對標(biāo)準(zhǔn)偏差是用統(tǒng)計方法處理分析數(shù)據(jù)后的結(jié)果，二者均可反映一組平行測定數(shù)據(jù)的精密度。標(biāo)準(zhǔn)偏差越小，精密度越高對有限測定次數(shù)n Q表，則舍棄可疑值，否則應(yīng)保留。四、分析結(jié)果的數(shù)據(jù)處理： 用Q檢驗(yàn)法檢驗(yàn)并判斷有無可疑值被舍棄； 根據(jù)所有保留值，計算求得平均值、平均偏差、標(biāo)準(zhǔn)偏差或CV）； 按照數(shù)理統(tǒng)計方法對被處理的數(shù)據(jù)進(jìn)行所謂“顯著性檢驗(yàn)”，以評價測量結(jié)果的可靠性。 在指定置信度下求算出平均值的置信區(qū)間。6-5 滴定分析概述滴定分析概

12、述特點(diǎn)：所用儀器簡單，操作簡便、快捷，分析結(jié)果的準(zhǔn)確度高一般情況下相對誤差在0.1左右），該法主要用于常量組分分析，不適于痕量組分的測定。 一、滴定分析基本概念與方法分類標(biāo)準(zhǔn)溶液： 滴定分析中，用來滴定未知溶液或測定未知組分含量的已知準(zhǔn)確濃度的溶液稱為標(biāo)準(zhǔn)溶液，也稱滴定劑。待測定的未知試液為待滴定液。滴定： 將滴定劑通過滴定管逐滴加人待滴定液的過程稱為滴定?；瘜W(xué)計量點(diǎn)： 當(dāng)所加滴定劑的物質(zhì)的量與待滴定組分的物質(zhì)的量按化學(xué)計量關(guān)系完全反應(yīng)時，稱此點(diǎn)為化學(xué)計量點(diǎn)，簡稱計量點(diǎn)。滴定終點(diǎn)： 在實(shí)際滴定中，往往借助指示劑的顏色改變來幫助判斷滴定化學(xué)計量點(diǎn)的達(dá)到，把指示劑顏色突變而停止滴定的那一點(diǎn)稱為滴定

13、終點(diǎn)簡稱終點(diǎn)。滴定終點(diǎn)誤差： 由于滴定終點(diǎn)與化學(xué)計量點(diǎn)不一定完全吻合，它們之間的差異引起的誤差即是滴定終點(diǎn)誤差。由滴定劑與待滴定劑的化學(xué)反應(yīng)類型可將滴定分析法劃分為 （1酸堿滴定法 以酸堿反應(yīng)為基礎(chǔ)，利用物質(zhì)的酸堿性質(zhì)測定待測組分含量的方法。 （2氧化還原滴定法 以氧化還原反應(yīng)為基礎(chǔ)，利用物質(zhì)的氧化還原性質(zhì)進(jìn)行測定的滴定分析。 （3配位滴定法 以配位反應(yīng)為基礎(chǔ)，用配位劑作標(biāo)準(zhǔn)溶液測定待測物質(zhì)含量的滴定分析方法。 （4沉淀滴定法 以沉淀反應(yīng)為基礎(chǔ)的滴定分析方法。二、滴定分析對化學(xué)反應(yīng)的基本要求 1.反應(yīng)必須定量完成且無其他副反應(yīng)。即反應(yīng)物間必須有確定的計量關(guān)系，這是定量計算的基礎(chǔ)。 2.反應(yīng)速率

14、較快。在加入滴定劑后反應(yīng)最好瞬間完成，起碼要與滴定速率匹配。對速率較慢的反應(yīng)，可通過加熱或加入催化劑提高反應(yīng)速率。3.反應(yīng)完全。通常要求反應(yīng)完全程度最少達(dá) 到99.9以上。4.有適當(dāng)?shù)?、簡便可靠的方法來確定滴定終點(diǎn)。三、滴定分析的方式 1.直接滴定：凡是能滿足滴定分析對化學(xué)反應(yīng)要求的滴定，都可以用標(biāo)準(zhǔn)溶液直接滴定待測物質(zhì)，這種滴定方式為直接滴定。它是滴定分析中最基本、最常用的方式。如用NaOH標(biāo)準(zhǔn)溶液滴定鹽酸溶液。 2.返滴定： 若滴定反應(yīng)速率較慢或者直接滴定沒有合適的指示劑以及待測物質(zhì)是固體需要溶解時，常采用返滴定方式。操作時可先向待測物質(zhì)中準(zhǔn)確加入一定量過量的標(biāo)準(zhǔn)溶液與待測物質(zhì)充分反應(yīng)，待

15、反應(yīng)完成后，再用另一種標(biāo)準(zhǔn)溶液滴定剩余的前一種標(biāo)準(zhǔn)溶液，最后根據(jù)反應(yīng)中所消耗的兩種標(biāo)準(zhǔn)溶液物質(zhì)的量，求出待測物質(zhì)的含量。3.置換滴定：對一些不能與滴定劑直接定量反應(yīng)的被測物質(zhì)，可采取向被測物質(zhì)中加入一種化學(xué)試劑，使之與被測物質(zhì)反應(yīng)并定量地生成另一種物質(zhì)。再找一種標(biāo)準(zhǔn)溶液以能直接滴定生成的物質(zhì)，從而可求出原被測物質(zhì)的含量。4.間接滴定：當(dāng)某些物質(zhì)不能與滴定劑直接發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，或者能發(fā)生反應(yīng)但并不一定按反應(yīng)式進(jìn)行，或者伴有副反應(yīng)發(fā)生時，均可采用間接滴定方式。即先加入適當(dāng)?shù)脑噭┡c待測物質(zhì)發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，使其定量地轉(zhuǎn)化為另外一種能被直接滴定的物質(zhì)，從而達(dá)到間接測定的目的。四、基準(zhǔn)物質(zhì)與標(biāo)準(zhǔn)溶液 1.基準(zhǔn)

16、物質(zhì) 能用于直接配制或標(biāo)定標(biāo)準(zhǔn)溶液的物質(zhì)稱為基準(zhǔn)物質(zhì)。作為基準(zhǔn)物質(zhì)必須符合下列條件： （1物質(zhì)的組成應(yīng)嚴(yán)格與化學(xué)式完全相符包括結(jié)晶水），如Na2B4O710H2O。 （2純度高。一般要求純度在99.9%以上，雜質(zhì)含量應(yīng)少到不影響分析結(jié)果的準(zhǔn)確性。 （3穩(wěn)定性好。在一般情況下其物理性質(zhì)和化學(xué)性質(zhì)非常穩(wěn)定，如不揮發(fā)、不吸濕、不和空氣中的CO2反應(yīng)等。在配制和貯存時不易變質(zhì)。 （4滿足上述條件后，盡量具有較大的摩爾質(zhì)量，以減小稱量誤差。2.標(biāo)準(zhǔn)溶液的配制及濃度標(biāo)定方法 標(biāo)準(zhǔn)溶液的配制方法通常有直接法和間接法兩種。 （1直接法 一般適用于基準(zhǔn)物質(zhì)的配制。按照實(shí)際需要準(zhǔn)確稱取一定質(zhì)量的基準(zhǔn)物質(zhì)，待完全溶

17、解后，定量轉(zhuǎn)入容量瓶中，加蒸餾水稀釋至刻度。然后根據(jù)所稱基準(zhǔn)物質(zhì)的質(zhì)量和定容的體積可直接計算出標(biāo)準(zhǔn)溶液的準(zhǔn)確濃度。 （2間接法 又稱標(biāo)定法。適用于大部分的物質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)溶液的配制。有許多試劑不符合成為基準(zhǔn)試劑的條件，就不能使用直接法配制標(biāo)準(zhǔn)溶液，只能采用間接法。即先用這類試劑配制成近似濃度的溶液，然后用基準(zhǔn)物質(zhì)或另一種已知準(zhǔn)確濃度的標(biāo)準(zhǔn)溶液與之比較來測定其準(zhǔn)確濃度。這種測定標(biāo)準(zhǔn)溶液濃度的過程稱為標(biāo)定。用基準(zhǔn)物標(biāo)定 準(zhǔn)確稱取一定量的基準(zhǔn)物質(zhì)，溶解后，用待標(biāo)定的溶液滴定，根據(jù)所消耗的待標(biāo)定溶液的體積和基準(zhǔn)物的質(zhì)量，計算出該溶液的準(zhǔn)確濃度。 與標(biāo)準(zhǔn)溶液比較 準(zhǔn)確吸取一定體積的待標(biāo)定溶液，然后用另外一種已知

18、準(zhǔn)確濃度的標(biāo)準(zhǔn)溶液滴定或反過來滴定，依據(jù)兩溶液所消耗的體積及標(biāo)準(zhǔn)溶液的濃度，便可計算出待標(biāo)定溶液的濃度。 3.標(biāo)準(zhǔn)溶液濃度的表示方法 （1物質(zhì)的量濃度與基本單元 物質(zhì)的量濃度cB=nB/V，SI單位為molm-3，常用單位為molL-1。值得注意的是使用物質(zhì)的量濃度時必須指明基本單元。 對于質(zhì)量一定的某一物質(zhì)B，若分別用B和bB表示該物質(zhì)的基本單元時B為該物質(zhì)的分子式或化學(xué)式，b為B前的系數(shù)），它們的物質(zhì)的量及其濃度存在以下關(guān)系： ( )()n Bbn bB=或1()()n bBn Bb=( )()c Bbc bB=或1()()c bBc Bb= 如： 對于酸堿反應(yīng)中的反應(yīng)參與物，一般是以每能轉(zhuǎn)移一個質(zhì)子的特定組合來劃定其基本單元的。如H2SO4 + 2NaOH Na2SO4 + 2H2O，其中1mol H2SO4轉(zhuǎn)移2mol H+，2mol NaOH接受2mol H+，因此，NaOH的基本單元就是其自身，而與NaOH對應(yīng)的H2SO4基本單元為H2SO4；同理在Na2CO3+2HCl2NaCl+H2O+CO2的反應(yīng)中，與HCl對應(yīng)的Na2CO3的基本單元為Na2CO3。 （2滴定度 滴定度是指1mL標(biāo)準(zhǔn)溶液滴定劑A相當(dāng)于待滴定物質(zhì)B的質(zhì)量，用“TB/A表示，“A為標(biāo)準(zhǔn)溶液化學(xué)式，“B為待測物化學(xué)式，單位為gmL-1或mgmL-1。如TNaOH/HCl = 0.001696gmL