化學分析與儀器分析方法

化學分析和儀器分析方法

2023/2/41analyticalchemistry什么是化學化學（chemistry）是一門在原子、分子水平上研究物質的組成、結構、性質、變化、制備和應用的自然科學。

2023/2/42analyticalchemistry化學的學科分類無機化學：研究元素、單質和無機化合物的來源、制備、結構、性質、變化和應用的一門化學分支。有機化學：有機化學是研究有機化合物的來源、制備、結構、性質、應用以及有關理論的科學。物理化學：物理化學是以物理的原理和實驗技術為基礎，研究化學體系的性質和行為，發(fā)現(xiàn)并建立化學體系中特殊規(guī)律的學科。分析化學：研究物質化學組成、含量、結構的分析方法及有關理論的一門學科.2023/2/43analyticalchemistry分析化學發(fā)展簡史分析化學歷史悠久無機定性分析曾一度是化學科學的前沿公元一世紀橡子提取物檢驗鐵十七世紀Boyle將石蕊作酸堿指示劑

1751年Margraf硫氰酸鹽檢驗Fe(III)2023/2/44analyticalchemistry發(fā)展階段:一、20世紀起初的20-30年間分析化學發(fā)展成為一門獨立的學科物理化學的溶液理論發(fā)展，推動化學分析快速發(fā)展。沉淀的形成和共沉淀；指示劑變色原理；滴定曲線和終點誤差二、20世紀40年代，儀器分析的發(fā)展分析化學與物理學及電子學結合的時代。原子能和半導體技術興起，如要求超純材料，99.99999％，砷化鎵，要測定其雜質，化學分析法無法解決，促進了儀器分析和各種分離方法的發(fā)展。三、20世紀70年代以來,分析化學發(fā)展到分析科學階段現(xiàn)代分析化學把化學與數(shù)學、物理學、計算機科學、精密儀器制造、生命科學、材料科學等學科結合起來，成為一門多學科性的綜合科學2023/2/45analyticalchemistry分析化學發(fā)展趨向高靈敏度――單分子(原子)檢測高選擇性――復雜體系(如生命體系、中藥)原位、活體、實時、無損分析自動化、智能化、微型化、圖像化高通量、高分析速度2023/2/46analyticalchemistry分析化學的任務定性分析定量分析分析化學任務---鑒定物質由哪些元素或離子組成；確定有機物官能團及分子結構---測定物質各組成部分的含量2023/2/47analyticalchemistry分析化學的作用提供信息：新物質鑒定、遺傳密碼、物質結構、藥物、引進產品“消化”和吸收、犯罪現(xiàn)場調查質量檢驗：食品質量與安全檢測、“三廢”處理、產品質量與安全檢測在尖端科學研究中：超純物質、原子能材料復合材料特種功能材料2023/2/48analyticalchemistry分析化學的分類按分析對象分類無機分析（無機化合物）有機分析（有機化合物）分析對象---鑒定試樣由哪些元素、離子、原子團或化合物組成；各組分含量是多少---元素分析；官能團分析和結構分析2023/2/49analyticalchemistry按測定原理或分析方法分類化學分析儀器分析測定原理---以物質的化學反應為基礎；滴定分析法和重量分析法---以物質的物理和物理化學性質為基礎；物理和物理化學分析方法；光學分析法、電化學分析法、色譜分析法、質譜分析法、放射化學分析法2023/2/410analyticalchemistry分析化學化學分析儀器分析酸堿滴定配位滴定氧化還原滴定沉淀滴定電化學分析光化學分析色譜分析波譜分析重量分析滴定分析電導、電位、電解、庫侖極譜、伏安發(fā)射、吸收，熒光、光度氣相、液相、離子、超臨界、薄層、毛細管電泳紅外、核磁、質譜2023/2/411analyticalchemistry化學分析與儀器分析方法比較項目化學分析法（經典分析法）儀器分析法（現(xiàn)代分析法）物質性質化學性質物理、物理化學性質測量參數(shù)體積、重量吸光度、電位、發(fā)射強度等等誤差0.1%~0.2%1%~2%或更高組分含量1%~100%

<1%~單分子、單原子理論基礎化學、物理化學化學、物理、數(shù)學、電子學、生物、等等解決問題定性、定量定性、定量、結構、形態(tài)、能態(tài)、動力學等全面的信息2023/2/412analyticalchemistry儀器分析的特點優(yōu)點是六個字：高、快、好、少、自、廣高靈敏度高(可測痕量物質) 相對靈敏度(相對含量)10-10% 絕對靈敏度(物質的質量)10-12g 快分析速度快.幾秒鐘可完成一次分析好選擇性好.可不經分離而直接測定少試樣用量少.μL、μg級自自動化程度高.可以進行在線分析廣應用廣泛.涉及各個領域不足是：儀器昂貴、難以維護、需要專門人才.相對誤差大，準確度不高。2023/2/413analyticalchemistry化學分析的特點化學分析一般可用于常量和高含量成分分析，準確度較高，誤差小于千分之幾。不需要昂貴的儀器。是一種絕對方法。有些方法操作繁瑣，耗時較長.不能測定微量或痕量組分。2023/2/414analyticalchemistry定量的方式比較化學分析法——絕對定量（根據(jù)樣品的量、反應產物的量或所消耗試劑的量及反應的化學計量關系，通過計算得待測組分的量。）儀器分析法——相對定量（標準工作曲線）2023/2/415analyticalchemistry我們生產中計劃進行的部分檢測氧化鐵中主含量，氧化亞鐵，二氧化硅，干燥失重，鋁，錳，鈣，鉀，鈉磷酸二氫鋰主含量鉀，鈉，鉛，鐵，鈣，氯離子，硫酸根離子炭黑吸碘值,DBP吸收值，加熱減量磷酸亞鐵鋰碳復合材料鐵，鋰，磷，碳電化學檢測，粒度，振實密度等2023/2/416analyticalchemistry滴定分析法將一種標準溶液滴加到待測物質的溶液中，直到與待測物質按化學計量關系定量反應為止，然后根據(jù)標準溶液的濃度和所消耗的體積，計算待測物質含量的方法。簡便、快速；適于常量分析；準確度高；應用廣泛酸堿滴定法：質子轉移絡合滴定法：生成絡合物氧化還原滴定法：電子轉移沉淀滴定法：生成沉淀能用于滴定分析的化學反應必須具備哪些條件？1反應必須定量完成，即反應按一定的反應式進行，無副反應發(fā)生。2反應速度要快。3能用比較簡便的方法確定滴定終點。2023/2/417analyticalchemistry標準溶液與基準物質標準溶液：濃度準確已知的溶液基準物質：能用于直接配制或標定標準溶液的物質。要求a.試劑的組成與化學式相符b.具有較大的摩爾質量c.純度高，性質穩(wěn)定標準溶液待測溶液2023/2/418analyticalchemistry標準溶液的配制方法直接配制法：基準物質稱量溶解定量轉移至容量瓶稀釋至刻度根據(jù)稱量的質量和體積計算標準溶液的準確濃度。間接配制法1.配制溶液：粗稱或量取一定量物質，溶于一定體積（用量筒量?。┑娜軇┲?，配制成近似所需濃度的溶液。2.標定：用基準物或另一種已知濃度的標準溶液來測定其準確濃度。確定濃度的操作稱為標定。2023/2/419analyticalchemistry2023/2/420analyticalchemistry基礎物質的選擇例1.硼砂

Na2B4O7·10H2OM=381.4g·

mol-1

無水碳酸鈉

Na2CO3

M=106.0g·

mol-1酸堿滴定中，標準溶液濃度通常為0.1mol·L-1，根據(jù)滴定劑消耗體積在20～30mL之間，可計算出稱取試樣量的范圍。標定HCl時，選用哪一種基準物更合適？mNa2CO3=(1/2)×0.1×(20～30)×10-3×106.0=0.11～0.16gmNa2B4O7·10H2O=(1/2)×0.1×(20～30)×10-3×381.4=0.38～0.57g所以，選用硼砂Na2B4O7·10H2O作基準物更合適，可減小稱量的相對誤差。2023/2/421analyticalchemistry滴定劑B與被測物A之間的反應式為：

aA+bB=cC+dD

當?shù)味ǖ交瘜W計量點時，a摩爾被測物A與

b摩爾滴定劑B作用完全則：nA：nB=a：b2023/2/422analyticalchemistry磷酸亞鐵鋰碳復合材料中磷的測定在硝酸介質中，磷與鉬酸銨生成磷鉬酸銨黃色沉淀，過濾后用氫氧化鈉標準溶液溶解，以酚酞為指示劑，用硝酸標準溶液滴過量的氫氧化鈉。

H3PO4+12(NH4)2MoO4+21HNO3→(NH4)3PO4?12MoO3↓+21NH4NO3+12H2O

2(NH4)3PO4?12MoO3+46NaOH→2(NH4)2HPO4+(NH4)2MoO4+23NaMoO4+22H2O

NaOH+HNO3→NaNO3+H2O

2023/2/423analyticalchemistry首先標定NaOH溶液濃度m——苯二甲酸氫鉀的質量，g；

C（NaOH）——氫氧化鈉標準溶液的濃度，mol/L；

f——與1.00ml氫氧化鈉標準溶液相當?shù)囊钥吮硎镜牧椎馁|量；

204.2——苯二甲酸氫鉀的摩爾質量，M(KHC8H4O4),g/mol；

V1——滴定苯二甲氫鉀所用的氫氧化鈉的體積，ml；

1.347——磷的摩爾質量，M(1/23P)，g/mol。2023/2/424analyticalchemistry計算V2——加入氫氧化鈉標準溶液總體積，ml；

V3——滴定過量氫氧化鈉標準溶液消耗硝酸標準溶液的體積，ml;

m0——稱取試樣量，g;

K——硝酸標準溶液換算成氫氧化鈉標準溶液體積的系數(shù)。K值的確定：

吸取25ml硝酸溶液，加入50ml煮沸并冷卻的水，加入2至3滴酚酞指示劑，用氫氧化鈉溶液滴定至粉紅色，即為終點。K=滴定消耗氫氧化鈉標準溶液體積除以吸取硝酸標準溶液體積

2023/2/425analyticalchemistry原子吸收分光光度計美國瓦里安2023/2/426analyticalchemistry原子吸收光譜分析簡介

原子吸收光譜分析是基于試樣蒸氣相中被測元素的基態(tài)原子對由光源發(fā)出的該原子的特征性窄頻輻射產生共振吸收，其吸光度在一定范圍內與蒸氣相中被測元素的基態(tài)原子濃度成正比，以此測定試樣中該元素含量的一種儀器分析方法。

基態(tài)原子吸收其共振輻射，外層電子由基態(tài)躍遷至激發(fā)態(tài)而產生原子吸收光譜。原子吸收光譜位于光譜的紫外區(qū)和可見區(qū)2023/2/427analyticalchemistry特點（1）靈敏度高火焰原子吸收分光光度法測定大多數(shù)金屬元素的相對靈敏度為1.0×10-8～1.0×10-10g·mL-1,非火焰原子吸收分光光度法的絕對靈敏度為1.0×10-12～1.0×10-14g。這是由于原子吸收分光光度法測定的是占原子總數(shù)99％以上的基態(tài)原子，而原子發(fā)射光譜測定的是占原子總數(shù)不到1％的激發(fā)態(tài)原子，所以前者的靈敏度和準確度比后者高的多。（2）精密度好由于溫度的變化對測定影響較小，該法具有良好的穩(wěn)定性和重現(xiàn)性，精密度好。一般儀器的相對標準偏差為1％～2％，性能好的儀器可達0.1％～0.5%.2023/2/428analyticalchemistry3）選擇性好，方法簡便由光源發(fā)出特征性入射光很簡單，且基態(tài)原子是窄頻吸收，元素之間的干擾較小，可不經分離在同一溶液中直接測定多種元素，操作簡便。（4）準確度高，分析速度快測定微、痕量元素的相對誤差可達0.1％～0.5％，分析一個元素只需數(shù)十秒至數(shù)分鐘。（5）應用廣泛可直接測定巖礦、土壤、大氣飄塵、水、植物、食品、生物組織等試樣中70多種微量金屬元素，還能用間接法測度硫、氮、鹵素等非金屬元素及其化合物。該法已廣泛應用于環(huán)境保護、化工、生物技術、食品科學、食品質量與安全、地質、國防、衛(wèi)生檢測和農林科學等各部門。2023/2/429analyticalchemistry基本構造2023/2/430analyticalchemistry提供待測元素的特征光譜。獲得較高的靈敏度和準確度。光源應滿足如下要求；（1）能發(fā)射待測元素的共振線；（2）能發(fā)射銳線；（3）輻射光強度大，穩(wěn)定性好陰極：被測元素材料制成的空心陰極。陽極：鈦、鋯或其它材料制成的。惰性氣體：載帶電流，使陰極產生濺射及激發(fā)原子發(fā)射特征的銳線光譜；2023/2/431analyticalchemistry施加適當電壓時，電子將從空心陰極內壁流向陽極;

與充入的惰性氣體碰撞而使之電離，產生正電荷，其在電場作用下，向陰極內壁猛烈轟擊;

使陰極表面的金屬原子濺射出來，濺射出來的金屬原子再與電子、惰性氣體原子及離子發(fā)生撞碰而被激發(fā)，于是陰極內輝光中便出現(xiàn)了陰極物質和內充惰性氣體的光譜。用不同待測元素作陰極材料，可制成相應空心陰極燈?？招年帢O燈的輻射強度與燈的工作電流有關。（1）輻射光強度大，穩(wěn)定，譜線窄，燈容易更換。（2）每測一種元素需更換相應的燈。2023/2/432analyticalchemistry2原子化器原子化器的功能是提供能量，使試樣干燥、蒸發(fā)和原子化。使各種試樣解離出在原子吸收中起作用的基態(tài)原子，并使其進入光源的輻射光程。有兩種：一種是火焰原子化法，是最早使用的原子化方法，至今仍廣泛地應用；另一種是非火焰原子化法，其中應用最廣的是石墨爐電熱原子化法。2023/2/433analyticalchemistry噴霧器作用：將試樣溶液霧化，供給細小霧滴。霧化室作用：使氣溶膠霧粒更小，更均勻并與燃氣，助燃氣混合均勻后進入燃燒器燃燒器作用：產生火焰，使進入火焰的試樣氣溶膠蒸發(fā)和原子化2023/2/434analyticalchemistry電源---電壓約10~15v，大電流可達400~600A。石墨管---長約28mm，內徑約8mm，管中央有一進樣孔。Ar保護石墨管不被氧化，燒蝕。管內Ar氣兩端流向管中心，由中心小孔流出，它可除去測定過程中產生基體蒸汽。同時保護已經原子化的原子不被氧化2023/2/435analyticalchemistry干燥：溫度一般稍高于溶劑沸點，目的主要去除溶劑，以免溶劑存在導致灰化、原子化過程飛濺。灰化：盡可能除掉易揮發(fā)的基體和有機物，以免原子化時產生煙霧，干燥灰化20~60s。原子化：試樣中欲測元素化合物在一定溫度下分解為氣態(tài)自由原子。停止通保護氣體。時間3~10s溫度1800~3000℃凈化：一個樣品測定結束后，用溫度稍高于原子化階段溫度，以除去樣品中的殘渣，凈化石墨爐。2023/2/436analyticalchemistry兩種原子化的比較火焰原子化操作簡單，火焰溫度適宜，火焰穩(wěn)定，重現(xiàn)性好，精度高，應用范圍廣，但原子化效率低，進樣常只能用液體。石墨爐原子化絕對靈敏度高，原子化效率高，絕對檢出限低，取樣少，液固均可進樣，但基體效應，化學干擾多背景較強，重現(xiàn)性少于火焰法。2023/2/437analyticalchemistry

分光器1.作用將待測元素的共振線與鄰近線分開。

2.