化學(xué)分析與儀器分析方法

化學(xué)分析和儀器分析方法

2023/2/41analyticalchemistry什么是化學(xué)化學(xué)（chemistry）是一門在原子、分子水平上研究物質(zhì)的組成、結(jié)構(gòu)、性質(zhì)、變化、制備和應(yīng)用的自然科學(xué)。

2023/2/42analyticalchemistry化學(xué)的學(xué)科分類無機(jī)化學(xué)：研究元素、單質(zhì)和無機(jī)化合物的來源、制備、結(jié)構(gòu)、性質(zhì)、變化和應(yīng)用的一門化學(xué)分支。有機(jī)化學(xué)：有機(jī)化學(xué)是研究有機(jī)化合物的來源、制備、結(jié)構(gòu)、性質(zhì)、應(yīng)用以及有關(guān)理論的科學(xué)。物理化學(xué)：物理化學(xué)是以物理的原理和實(shí)驗(yàn)技術(shù)為基礎(chǔ)，研究化學(xué)體系的性質(zhì)和行為，發(fā)現(xiàn)并建立化學(xué)體系中特殊規(guī)律的學(xué)科。分析化學(xué)：研究物質(zhì)化學(xué)組成、含量、結(jié)構(gòu)的分析方法及有關(guān)理論的一門學(xué)科.2023/2/43analyticalchemistry分析化學(xué)發(fā)展簡史分析化學(xué)歷史悠久無機(jī)定性分析曾一度是化學(xué)科學(xué)的前沿公元一世紀(jì)橡子提取物檢驗(yàn)鐵十七世紀(jì)Boyle將石蕊作酸堿指示劑

1751年Margraf硫氰酸鹽檢驗(yàn)Fe(III)2023/2/44analyticalchemistry發(fā)展階段:一、20世紀(jì)起初的20-30年間分析化學(xué)發(fā)展成為一門獨(dú)立的學(xué)科物理化學(xué)的溶液理論發(fā)展，推動化學(xué)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(diǎn)誤差二、20世紀(jì)40年代，儀器分析的發(fā)展分析化學(xué)與物理學(xué)及電子學(xué)結(jié)合的時代。原子能和半導(dǎo)體技術(shù)興起，如要求超純材料，99.99999％，砷化鎵，要測定其雜質(zhì)，化學(xué)分析法無法解決，促進(jìn)了儀器分析和各種分離方法的發(fā)展。三、20世紀(jì)70年代以來,分析化學(xué)發(fā)展到分析科學(xué)階段現(xiàn)代分析化學(xué)把化學(xué)與數(shù)學(xué)、物理學(xué)、計(jì)算機(jī)科學(xué)、精密儀器制造、生命科學(xué)、材料科學(xué)等學(xué)科結(jié)合起來，成為一門多學(xué)科性的綜合科學(xué)2023/2/45analyticalchemistry分析化學(xué)發(fā)展趨向高靈敏度――單分子(原子)檢測高選擇性――復(fù)雜體系(如生命體系、中藥)原位、活體、實(shí)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(xué)的任務(wù)定性分析定量分析分析化學(xué)任務(wù)---鑒定物質(zhì)由哪些元素或離子組成；確定有機(jī)物官能團(tuán)及分子結(jié)構(gòu)---測定物質(zhì)各組成部分的含量2023/2/47analyticalchemistry分析化學(xué)的作用提供信息：新物質(zhì)鑒定、遺傳密碼、物質(zhì)結(jié)構(gòu)、藥物、引進(jìn)產(chǎn)品“消化”和吸收、犯罪現(xiàn)場調(diào)查質(zhì)量檢驗(yàn)：食品質(zhì)量與安全檢測、“三廢”處理、產(chǎn)品質(zhì)量與安全檢測在尖端科學(xué)研究中：超純物質(zhì)、原子能材料復(fù)合材料特種功能材料2023/2/48analyticalchemistry分析化學(xué)的分類按分析對象分類無機(jī)分析（無機(jī)化合物）有機(jī)分析（有機(jī)化合物）分析對象---鑒定試樣由哪些元素、離子、原子團(tuán)或化合物組成；各組分含量是多少---元素分析；官能團(tuán)分析和結(jié)構(gòu)分析2023/2/49analyticalchemistry按測定原理或分析方法分類化學(xué)分析儀器分析測定原理---以物質(zhì)的化學(xué)反應(yīng)為基礎(chǔ)；滴定分析法和重量分析法---以物質(zhì)的物理和物理化學(xué)性質(zhì)為基礎(chǔ)；物理和物理化學(xué)分析方法；光學(xué)分析法、電化學(xué)分析法、色譜分析法、質(zhì)譜分析法、放射化學(xué)分析法2023/2/410analyticalchemistry分析化學(xué)化學(xué)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(xué)分析光化學(xué)分析色譜分析波譜分析重量分析滴定分析電導(dǎo)、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(xì)管電泳紅外、核磁、質(zhì)譜2023/2/411analyticalchemistry化學(xué)分析與儀器分析方法比較項(xiàng)目化學(xué)分析法（經(jīng)典分析法）儀器分析法（現(xiàn)代分析法）物質(zhì)性質(zhì)化學(xué)性質(zhì)物理、物理化學(xué)性質(zhì)測量參數(shù)體積、重量吸光度、電位、發(fā)射強(qiáng)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(chǔ)化學(xué)、物理化學(xué)化學(xué)、物理、數(shù)學(xué)、電子學(xué)、生物、等等解決問題定性、定量定性、定量、結(jié)構(gòu)、形態(tài)、能態(tài)、動力學(xué)等全面的信息2023/2/412analyticalchemistry儀器分析的特點(diǎn)優(yōu)點(diǎn)是六個字：高、快、好、少、自、廣高靈敏度高(可測痕量物質(zhì)) 相對靈敏度(相對含量)10-10% 絕對靈敏度(物質(zhì)的質(zhì)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(jīng)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(jìn)行在線分析廣應(yīng)用廣泛.涉及各個領(lǐng)域不足是：儀器昂貴、難以維護(hù)、需要專門人才.相對誤差大，準(zhǔn)確度不高。2023/2/413analyticalchemistry化學(xué)分析的特點(diǎn)化學(xué)分析一般可用于常量和高含量成分分析，準(zhǔn)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(xué)分析法——絕對定量（根據(jù)樣品的量、反應(yīng)產(chǎn)物的量或所消耗試劑的量及反應(yīng)的化學(xué)計(jì)量關(guān)系，通過計(jì)算得待測組分的量。）儀器分析法——相對定量（標(biāo)準(zhǔn)工作曲線）2023/2/415analyticalchemistry我們生產(chǎn)中計(jì)劃進(jìn)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(fù)合材料鐵，鋰，磷，碳電化學(xué)檢測，粒度，振實(shí)密度等2023/2/416analyticalchemistry滴定分析法將一種標(biāo)準(zhǔn)溶液滴加到待測物質(zhì)的溶液中，直到與待測物質(zhì)按化學(xué)計(jì)量關(guān)系定量反應(yīng)為止，然后根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)溶液的濃度和所消耗的體積，計(jì)算待測物質(zhì)含量的方法。簡便、快速；適于常量分析；準(zhǔn)確度高；應(yīng)用廣泛酸堿滴定法：質(zhì)子轉(zhuǎn)移絡(luò)合滴定法：生成絡(luò)合物氧化還原滴定法：電子轉(zhuǎn)移沉淀滴定法：生成沉淀能用于滴定分析的化學(xué)反應(yīng)必須具備哪些條件？1反應(yīng)必須定量完成，即反應(yīng)按一定的反應(yīng)式進(jìn)行，無副反應(yīng)發(fā)生。2反應(yīng)速度要快。3能用比較簡便的方法確定滴定終點(diǎn)。2023/2/417analyticalchemistry標(biāo)準(zhǔn)溶液與基準(zhǔn)物質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)溶液：濃度準(zhǔn)確已知的溶液基準(zhǔn)物質(zhì)：能用于直接配制或標(biāo)定標(biāo)準(zhǔn)溶液的物質(zhì)。要求a.試劑的組成與化學(xué)式相符b.具有較大的摩爾質(zhì)量c.純度高，性質(zhì)穩(wěn)定標(biāo)準(zhǔn)溶液待測溶液2023/2/418analyticalchemistry標(biāo)準(zhǔn)溶液的配制方法直接配制法：基準(zhǔn)物質(zhì)稱量溶解定量轉(zhuǎn)移至容量瓶稀釋至刻度根據(jù)稱量的質(zhì)量和體積計(jì)算標(biāo)準(zhǔn)溶液的準(zhǔn)確濃度。間接配制法1.配制溶液：粗稱或量取一定量物質(zhì)，溶于一定體積（用量筒量?。┑娜軇┲校渲瞥山扑铦舛鹊娜芤?。2.標(biāo)定：用基準(zhǔn)物或另一種已知濃度的標(biāo)準(zhǔn)溶液來測定其準(zhǔn)確濃度。確定濃度的操作稱為標(biāo)定。2023/2/419analyticalchemistry2023/2/420analyticalchemistry基礎(chǔ)物質(zhì)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(biāo)準(zhǔn)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(jì)算出稱取試樣量的范圍。標(biāo)定HCl時，選用哪一種基準(zhǔn)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(zhǔn)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(yīng)式為：

aA+bB=cC+dD

當(dāng)?shù)味ǖ交瘜W(xué)計(jì)量點(diǎn)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(fù)合材料中磷的測定在硝酸介質(zhì)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(biāo)準(zhǔn)溶液溶解，以酚酞為指示劑，用硝酸標(biāo)準(zhǔn)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(biāo)定NaOH溶液濃度m——苯二甲酸氫鉀的質(zhì)量，g；

C（NaOH）——?dú)溲趸c標(biāo)準(zhǔn)溶液的濃度，mol/L；

f——與1.00ml氫氧化鈉標(biāo)準(zhǔn)溶液相當(dāng)?shù)囊钥吮硎镜牧椎馁|(zhì)量；

204.2——苯二甲酸氫鉀的摩爾質(zhì)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(zhì)量，M(1/23P)，g/mol。2023/2/424analyticalchemistry計(jì)算V2——加入氫氧化鈉標(biāo)準(zhǔn)溶液總體積，ml；

V3——滴定過量氫氧化鈉標(biāo)準(zhǔn)溶液消耗硝酸標(biāo)準(zhǔn)溶液的體積，ml;

m0——稱取試樣量，g;

K——硝酸標(biāo)準(zhǔn)溶液換算成氫氧化鈉標(biāo)準(zhǔn)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(diǎn)。K=滴定消耗氫氧化鈉標(biāo)準(zhǔn)溶液體積除以吸取硝酸標(biāo)準(zhǔn)溶液體積

2023/2/425analyticalchemistry原子吸收分光光度計(jì)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(chǎn)生共振吸收，其吸光度在一定范圍內(nèi)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(chǎn)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(diǎn)（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(zhǔn)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(biāo)準(zhǔn)偏差為1％～2％，性能好的儀器可達(dá)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(jīng)分離在同一溶液中直接測定多種元素，操作簡便。（4）準(zhǔn)確度高，分析速度快測定微、痕量元素的相對誤差可達(dá)0.1％～0.5％，分析一個元素只需數(shù)十秒至數(shù)分鐘。（5）應(yīng)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(yīng)用于環(huán)境保護(hù)、化工、生物技術(shù)、食品科學(xué)、食品質(zhì)量與安全、地質(zhì)、國防、衛(wèi)生檢測和農(nóng)林科學(xué)等各部門。2023/2/429analyticalchemistry基本構(gòu)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(zhǔn)確度。光源應(yīng)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(qiáng)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(chǎn)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(dāng)電壓時，電子將從空心陰極內(nèi)壁流向陽極;

與充入的惰性氣體碰撞而使之電離，產(chǎn)生正電荷，其在電場作用下，向陰極內(nèi)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(nèi)輝光中便出現(xiàn)了陰極物質(zhì)和內(nèi)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(yīng)空心陰極燈?？招年帢O燈的輻射強(qiáng)度與燈的工作電流有關(guān)。（1）輻射光強(qiáng)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(yīng)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(jìn)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(yīng)用；另一種是非火焰原子化法，其中應(yīng)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(xì)小霧滴。霧化室作用：使氣溶膠霧粒更小，更均勻并與燃?xì)猓細(xì)饣旌暇鶆蚝筮M(jìn)入燃燒器燃燒器作用：產(chǎn)生火焰，使進(jìn)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(dá)400~600A。石墨管---長約28mm，內(nèi)徑約8mm，管中央有一進(jìn)樣孔。Ar保護(hù)石墨管不被氧化，燒蝕。管內(nèi)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(chǎn)生基體蒸汽。同時保護(hù)已經(jīng)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(diǎn)，目的主要去除溶劑，以免溶劑存在導(dǎo)致灰化、原子化過程飛濺?；一罕M可能除掉易揮發(fā)的基體和有機(jī)物，以免原子化時產(chǎn)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(hù)氣體。時間3~10s溫度1800~3000℃凈化：一個樣品測定結(jié)束后，用溫度稍高于原子化階段溫度，以除去樣品中的殘?jiān)?，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(yīng)用范圍廣，但原子化效率低，進(jìn)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(jìn)樣，但基體效應(yīng)，化學(xué)干擾多背景較強(qiáng)，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.