無機及分析化學(xué)第三版第9章課件

1、 化學(xué)分析 (部分）Chemical Analysis(part) 第9章 定量分析化學(xué)概論 9.1前 言什么是分析化學(xué)，分析化學(xué)的任務(wù)和作用 分析化學(xué)與分析方法 分析方法的分類分析化學(xué)發(fā)展史 化學(xué)分析與分析化學(xué)及分析科學(xué) 分析化學(xué)發(fā)展趨向 前言什么是分析化學(xué)，分析化學(xué)的任務(wù)和作用分析化學(xué)是研究分析方法的科學(xué)或?qū)W科是化學(xué)的一個分支 分析化學(xué)是一門人們賴以獲得物質(zhì)組成、結(jié)構(gòu)和形態(tài)的信息的科學(xué)分析化學(xué)是科學(xué)技術(shù)的眼睛、尖兵、偵察員，是進行科學(xué)研究的基礎(chǔ)學(xué)科前言分析化學(xué)是發(fā)展和綜合應(yīng)用多種理論、方法、儀器和策略以獲取有關(guān)物質(zhì)在相對時空內(nèi)的組成和性質(zhì)的信息的一門科學(xué)2，也被稱為分析科學(xué)（Kaller

2、R, Mermet J M, Otto M, et al. Analytical Chemistry, Wiley-VCH, 1998.） 培養(yǎng)學(xué)生的實事求是、一絲不茍的科學(xué)態(tài)度和作風(fēng)，觀察、判斷、聯(lián)想思維、總結(jié)和表達能力，運用理論知識解決實際問題能力和創(chuàng)新意識分析化學(xué)理論課程及其實驗教學(xué)，是最重要和最有效的手段 9.2 分析化學(xué)與分析方法及分類 分析化學(xué)是研究分析方法的科學(xué)，一個完整具體的分析方法包括測定方法和測定對象兩部分沒有分析對象，就談不到分析方法，對象與方法存在分析化學(xué)或者分析科學(xué)的各個方面 1 .分析化學(xué)與分析方法是什么？定性分析有多少？定量分析什么樣？結(jié)構(gòu)分析與識別怎么辦？圍繞上

3、述三個問題的新方法研究2 .分析方法的分類根據(jù)分析任務(wù)、分析對象、方法原理、操作規(guī)模以及方法和具體要求 分類按分析任務(wù)：定性分析（qualitative analysis)，定量分析(quantitative analysis)，結(jié)構(gòu)分析(structure analysis) 按分析對象：無機分析，有機分析，生物分析，環(huán)境分析，材料分析，藥物分析，臨床分析，金屬分析，水質(zhì)分析，食品分析，土壤分析，結(jié)構(gòu)分析等 2 .分析方法的分類 按原理分：化學(xué)分析(chemical analysis)：以物質(zhì)的化學(xué)反應(yīng)為基礎(chǔ)的分析方法儀器分析(instrumental analysis)：以物質(zhì)的物理和物理

4、化學(xué)性質(zhì)為基礎(chǔ)的分析方法 光學(xué)分析方法 電化學(xué)分析法 ：電位分析法：電導(dǎo)分析 法；庫侖法：伏安法與極譜法 2. 分析方法的分類熱分析法：差熱分析法，熱失重分析， 溫度滴定色譜法：氣相色譜；液相色譜，毛細管 電泳質(zhì)譜核磁共振 2. 分析方法的分類放射分析X-光熒光電子顯微鏡分析x-光衍射分析2. 分析方法的分類按試樣用量及操作規(guī)模分：常量、半微量、微量和超微量分析 方法試樣質(zhì)量試液體積常量分析0.1g10ml半微量分析0.01-0.1g1-10ml微量分析0.1-10mg0.01-1ml超微量分析0.1mg1%)微量(micro)成分分析(0.01-1%)痕量(trace)成分分析(0.01)超

5、痕量（ultratrace)成分分析（0.0001）2. 分析方法的分類標準分析方法（standard analytical methods)仲裁分析(arbitral analysis)及例行分析 (routine analysis)3. 分析方法的選擇及依據(jù)待測組分性質(zhì)、含量及樣品對象共存組分性質(zhì)及對測定影響對準確度和靈敏度要求條件、成本和時間可靠性4.分析化學(xué)發(fā)展趨向 5.要求掌握分析化學(xué)的基礎(chǔ)理論、基本知識和主要分析方法正確和較熟練掌握分析化學(xué)基本操作技術(shù)和實驗技能樹立嚴格的“量”的概念主要參考文獻參考書武漢大學(xué)等主編，分析化學(xué)（第5版），高等教育出版社，2006彭崇慧，馮建章，張錫瑜

6、，李克安，趙風(fēng)林，定量化學(xué)分析簡明教程，第2版，北京大學(xué)出版社，1997Harris D C,Quantitative Chemical Analysis ,6th ed,Freedman, 2003Cristian Gary D,Analytical Chemistry,6th ed.Wiley,2004Melona C E,Chemical Separation,A Wiley-Interscience pub.1999國內(nèi)外期刊因特網(wǎng)（internet)p.69.3分析化學(xué)概論 定量分析化學(xué)中的基本工具、專業(yè)名詞和語言 定量分析的操作步驟 分析數(shù)據(jù)的統(tǒng)計處理（p360)（另講） 經(jīng)典定量

7、分析方法概述 定量分析誤差、有效數(shù)字(significant figure)及其運算規(guī)則 (p358)1.定量分析化學(xué)中的基本工具、專業(yè)名詞和語言一些符號測量的基本標準單位 kg,g,mg, g,ngL,ml, l ，nlm，cm，mm， m，nm 定量分析化學(xué)中的基本工具、專業(yè)名詞和語言定量分析的基本儀器和設(shè)備及用途定量分析的基本儀器和設(shè)備及用途天平、量筒，容量瓶，移液管，滴定管，移液器，（還有儀器名稱等）稱量，移取，測定，取樣，溶樣，熔樣，浸取，分離，掩蔽，絡(luò)合，還原，氧化，試液，樣液等 3.定量分析過程 (p.351)1.取樣（制樣和稱量）2.試樣分解（分析試液的制備）3.分離與測定4.

8、分析結(jié)果的計算和評價 4.經(jīng)典定量分析方法概述 重量法：先用適當方法將被測定組分與共存的其它物質(zhì)分離轉(zhuǎn)化為一定的稱量形式，然后稱重，由被稱物的質(zhì)量計算該組分的含量。有沉淀法、氣化法和電解法等。經(jīng)典定量分析方法概述滴定分析法：又稱容量分析法。是將一種已知準確濃度的試劑溶液(標準溶液)以滴加的方式使其與樣品溶液中被測物質(zhì)反應(yīng)(反過來也可以)，直到所加的標準溶液與被測物質(zhì)按化學(xué)計量關(guān)系反應(yīng)完全為止，用指示劑指示定量反應(yīng)終點滴定終點，然后根據(jù)標準溶液的濃度和用量，計算被測物質(zhì)的含量。經(jīng)典定量分析方法概述滴定分析法包括酸堿滴定法、絡(luò)合滴定法、氧化還原滴定法和沉淀滴定法等滴定方式：a .直接滴定法，最常用

9、。b.間接滴定法如Ca2+沉淀為CaC2O4再用硫酸溶解用KMnO4滴定C2O42-,間接測定Ca2+c.返滴定法如測定CaCO3,加入過量鹽酸，多余鹽酸用標準氫氧化鈉溶液返滴d.置換滴定法 如絡(luò)合滴定測定錫合金中的Sn， MY（EDTA)+L(F)=ML+Y經(jīng)典定量分析方法概述滴定分析法對化學(xué)反應(yīng)的要求：a.反應(yīng)按一定的反應(yīng)方程式進行，即有確定的化學(xué)計量關(guān)系。 b.反應(yīng)速度較快。 c.容易確定滴定終點 經(jīng)典定量分析方法概述滴定方式： 直接滴定法，最常用 間接滴定法，返滴定法，。置換滴定法，多用于絡(luò)合滴定法 滴定劑與被滴定物質(zhì)之間的計量關(guān)系 .化學(xué)計量比滴定劑（T）與被滴定測定物質(zhì)B反應(yīng)式：t

10、T+bB=cC+dD 被滴定物質(zhì)B的物質(zhì)的量nB 與滴定劑T物質(zhì)的量nT之間的關(guān)系是：nB=b/tnT 或 nT=t/b nB （1）b/t和t/b稱為化學(xué)計量比（也曾稱摩爾比） 滴定劑與被滴定物質(zhì)之間的計量關(guān)系2MnO4-+5C2O42+16H+ =2Mn2+10CO2+8H2O化學(xué)計量比是：n KMnO4=2/5 nH2C2O4滴定劑與被滴定物質(zhì)之間的計量關(guān)系等物質(zhì)量規(guī)則 還以基準物質(zhì)草酸標定高錳酸鉀溶液反應(yīng)為例 2KMnO4相當于5H2C2O4，選擇KMnO4的基本單元為1/5 KMnO4，選擇H2C2O4基本單元為1/2 H2C2O4 滴定劑與被滴定物質(zhì)之間的計量關(guān)系n(1/5 KMn

11、O4)=n(1/2H2C2O4) 等物質(zhì)量5n(KMnO4)=2n(H2C2O4)同樣得 n(KMnO4)=2/5 n(H2C2O4) 5.基準物質(zhì)和標準溶液a.基準物質(zhì):能用于直接配制和標定標準溶液的物質(zhì)。要求試劑與化學(xué)組成一致；純度高；穩(wěn)定；摩爾質(zhì)量大；滴定反應(yīng)時無副反應(yīng)。b.標準溶液：已知準確濃度的試劑溶液。配制方法有直接配制和標定兩種方法基準物質(zhì)和標準溶液 標準溶液濃度的表示方法標準溶液的濃度通常用物質(zhì)的量濃度表示。例如物質(zhì)B的物質(zhì)的量濃度（用cB表示），是指溶液中所含溶質(zhì)B的物質(zhì)的量（nB）與溶液的體積(V)比。溶質(zhì)B的物質(zhì)的量單位為mol或mmol;常用的體積單位是L(升)或ml.

12、則有：cBnB/V，即每升溶液的溶質(zhì)摩爾數(shù)（M），單位可以為molL-1或mmolL-1基準物質(zhì)和標準溶液物質(zhì)的量nB的數(shù)值取決于基本單元的選擇，物質(zhì)的量以前為摩爾數(shù)?；締卧倪x擇，一般是以化學(xué)反應(yīng)的計量關(guān)系為依據(jù)的。如反應(yīng)：2MnO4-+5C2O42-+16H+ =2Mn2+10CO2+8H2O 2KMnO4相當于5H2C2O4，KMnO4的基本單元為1/5 KMnO4，H2C2O4的基本單元為1/2 H2C2O4 6.標準溶液濃度計算 a. 直接配制法:稱一定量的基準物質(zhì)B（mB，質(zhì)量，單位，g）直接溶于一定量（V，體積，單位，L）的溶劑配制. 按cB=nB/V=mB/MBV計算濃度，M

13、B是基準物質(zhì)B的摩爾質(zhì)量 (gmol-1). 標準溶液濃度計算 b標定法：根據(jù)滴定劑和被測物質(zhì)的比計算求出。標定某一溶液，需要標準溶液，假定其濃度為cT （molL-1）的標準溶液來標定物質(zhì)B（體積為VBmL），用去標準溶液VTmL 。那么滴定劑和物質(zhì)B的物質(zhì)的量分別為：nTcTVT（21）和 nBcBVB （22） 標準溶液濃度計算假定標定反應(yīng)的化學(xué)計量比為b/t，根據(jù)（1）式得：nBb/t nT （2-3）把（21）和（22）代入（2-3），得：cBVBb/t cTVT (實驗中已知VB，cT，VT)，則cBb/t cTVT/VB (2-4)標準溶液濃度計算物質(zhì)B的質(zhì)量mB可以用下式求得：

14、mB nBMB b/t cTVTMB (2-5)如果以基準物質(zhì)標定標準溶液，則根據(jù)cBVBb/t cTVT獲得如下計算公式： cBVBb/t mT/MT 7.定量分析結(jié)果的表示(p.352) 1.被測組分的化學(xué)表示形式:是單質(zhì)或元素，還是化合物如C,H,N;氧化物Al2O3,CaO等 2.被測組分含量的表示方法（1）.固體試樣 a.以質(zhì)量分數(shù)表示，常用是百分含量（）；b.其它表示gg-1；ngg-1；gT-1定量分析結(jié)果的表示(2)液體試樣物質(zhì)的量濃度，molL-1；質(zhì)量摩爾濃度，molkg-1;質(zhì)量濃度，mgL-1,gL-1，ngL 1等；體積分數(shù)；摩爾分數(shù)；質(zhì)量分數(shù) 。(3)氣體試樣 體積

15、分數(shù)9.4 定量分析誤差(p.353)1. 準確度與精密度；誤差與偏差1 準確度和精密度a. 準確度(Accuracy)： 測定結(jié)果與“真值”接近的程度. 誤差（Error）：衡量準確度的標準，測定結(jié)果(X)與真實值（ ）之間的差值。相對誤差 Er絕對誤差 = x= / 100 = / x 100 例: 滴定的體積誤差VEr20.00 mL0.02 mL0.1%2.00 mL0.02 mL1.0%b.精密度 (Precision)與偏差（Deviation）精密度:平行測定的結(jié)果互相靠近的程度, 用偏差表示。偏差: 即各次測定值(Xi)與平均值(x)之差。xd = xi -平均偏差： 各單個偏

16、差絕對值的平均值 相對平均偏差：平均偏差與測量平均值的比值標準偏差：S 相對標準偏差：RSDorc. 準確度與精密度的關(guān)系結(jié) 論1.精密度好是準確度好的前提;2.精密度好不一定準確度高系統(tǒng)誤差!準確度及精密度都高結(jié)果可靠2. 誤差產(chǎn)生的原因及減免a.系統(tǒng)誤差(Systematic error) 方法: 溶解損失、終點誤差用其他方法校正 儀器: 刻度不準、砝碼磨損校準(絕對、相對)操作: 顏色觀察試劑: 不純空白實驗具單向性、重現(xiàn)性、可校正特點b.偶然誤差(accidental error) 不可校正，服從統(tǒng)計規(guī)律，（不存在系統(tǒng)誤差的情況下，測定次數(shù)越多其平均值越接近真值。一般平行測定4-6次）

17、 c. 過失(Mistake) 由粗心大意引起，可以避免的提高分析結(jié)果準確度方法選擇恰當分析方法 （靈敏度與準確度）減小測量誤差（誤差要求與取樣量）減小偶然誤差（多次測量，至少3次以上）消除系統(tǒng)誤差對照實驗：標準方法、標準樣品、標準加入空白實驗校準儀器校正分析結(jié)果9.5 有效數(shù)字(significant figure)及其運算規(guī)則(p358)有效數(shù)字就是實際上能測到的數(shù)據(jù)在定量分析中，要用數(shù)字表達試樣中被測組分分析結(jié)果，這不僅表達含量多少，還要反映測量的準確度。所以實驗記錄和結(jié)果計算中保留幾位數(shù)字不是隨意確定的，是根據(jù)所用測量儀器的精度與分析方法的準確度來確定的。 有效數(shù)字(significant figure)及其運算規(guī)則數(shù)字修約規(guī)則四舍六入五成雙0.24574-0.24570.24575-0.24580.24576-0.24580.24585-0.24580.245851-0.2459有效數(shù)字(sign