大學(xué)分析化學(xué)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(xué)的任務(wù)和作用分析化學(xué)的任務(wù)和作用 分析化學(xué)是化學(xué)學(xué)科的重要分支之一分析化學(xué)是化學(xué)學(xué)科的重要分支之一, ,是是 化學(xué)類各專業(yè)最重要的基礎(chǔ)課程之一化學(xué)類各專業(yè)最重要的基礎(chǔ)課程之一; ; 分析化學(xué)正處于廣泛應(yīng)用、快速發(fā)展的分析化學(xué)正處于廣泛應(yīng)用、快速發(fā)展的 階段階段( (分析科學(xué)分析科學(xué)) ) 2021/2/72 一、定義一、定義 1. 分析化學(xué)分析化學(xué)(科學(xué)科學(xué)): 發(fā)展和應(yīng)用發(fā)展和應(yīng)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(xué)。的科學(xué)。 通俗地說通俗地說,分析化學(xué)是研究物質(zhì)的化學(xué)組成、分析化學(xué)是研究物質(zhì)的化學(xué)組成、 結(jié)構(gòu)和表面狀態(tài)的科學(xué)結(jié)構(gòu)和表面狀態(tài)的科學(xué) 化學(xué)化學(xué)合成和分析合成和分析 2021/2/73 2. 分析化學(xué)的任務(wù)分析化學(xué)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(jī)離子的鑒定(化學(xué)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(tuán)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(jī)物),電泳(Electrophoresis,帶電組分),核 磁共振(NMR,有機(jī)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(xué)分析(常量分析),儀器分析(UV- VIS,AAS,GC, LC, 電化學(xué),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(xué)分析,即利用化學(xué)方 法來測定組分的含量(分析化學(xué)的經(jīng)典)。 分析步驟: 選擇合適的分析方法 采用適當(dāng)?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(xué)簡史 1.化學(xué)的萌芽階段 煉金術(shù),煉丹術(shù) 2.近代化學(xué)的發(fā)展 近代化學(xué)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(xué) 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(xué)確立為一門科學(xué) 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(yùn)動不滅定律,熱的分子運(yùn)動學(xué)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(xué)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(dǎo)化學(xué)革命,奠定近代化學(xué)基礎(chǔ) 十九世紀(jì)后期,定量分析化學(xué)(重量分析法)建 立(當(dāng)時化學(xué)最重要的組成部分) 2021/2/711 3.3.現(xiàn)現(xiàn)( (當(dāng)當(dāng)) )代分析化學(xué)建立和發(fā)展代分析化學(xué)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(xué)的需求工業(yè)革命對分析化學(xué)的需求, , 物理學(xué)、電子學(xué)的發(fā)展光、電儀器物理學(xué)、電子學(xué)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(jī)技術(shù)的發(fā)展對分析化學(xué)的影響計算

7、機(jī)技術(shù)的發(fā)展對分析化學(xué)的影響 2021/2/712 三、分析化學(xué)的作用三、分析化學(xué)的作用 1.研究物質(zhì)的量的關(guān)系的科學(xué)研究物質(zhì)的量的關(guān)系的科學(xué) 量的關(guān)系是科學(xué)的基礎(chǔ)量的關(guān)系是科學(xué)的基礎(chǔ) 用科學(xué)的態(tài)度和嚴(yán)謹(jǐn)?shù)姆椒ㄑ芯苛康挠每茖W(xué)的態(tài)度和嚴(yán)謹(jǐn)?shù)姆椒ㄑ芯苛康?關(guān)系貫穿整個科學(xué)領(lǐng)域關(guān)系貫穿整個科學(xué)領(lǐng)域 學(xué)習(xí)分析化學(xué)學(xué)習(xí)分析化學(xué),就是要建立量的概念就是要建立量的概念,學(xué)學(xué) 習(xí)分析問題、解決問題的方法習(xí)分析問題、解決問題的方法 2021/2/713 2.工具科學(xué) 應(yīng)用與社會生活的各個領(lǐng)域,與現(xiàn)代科學(xué)的 每一分支緊密相連,科學(xué)的“眼睛” 1)農(nóng)業(yè)上的應(yīng)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(yīng)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(xué)、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(jī)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(xué)醫(yī)療藥物分析、元素形態(tài)及影響、 血液組織元素分析 運(yùn)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(xué)、材料科學(xué)中的分析 化

9、學(xué) 2021/2/716 3.分析化學(xué)是專業(yè)基礎(chǔ)課和專業(yè)課的基礎(chǔ):有 機(jī)合成、化工、儀器分析、分離科學(xué)、環(huán) 境化學(xué)、材料化學(xué)等 應(yīng)用定量分析的基本原理和方法 為實驗室的工作做好準(zhǔn)備(基本實驗儀器的 準(zhǔn)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(xué)的發(fā)展方向分析化學(xué)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(jī)分析無機(jī)分析 有機(jī)分析有機(jī)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(xué)分析法化學(xué)分析法:以物質(zhì)的定量化學(xué)反應(yīng)為基礎(chǔ)以物質(zhì)的定量化學(xué)反應(yīng)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(yīng)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(biāo)準(zhǔn)溶液對待測溶液進(jìn)行滴 定,利用指示劑指示滴定終點,由反應(yīng)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(xué) 性質(zhì)為基礎(chǔ),利用特定儀器進(jìn)行分析工作 （光學(xué)分析法,電化學(xué)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(xué)的發(fā)展 分析化學(xué)的基礎(chǔ)是嚴(yán)謹(jǐn)?shù)亩筷P(guān)系、實驗 性、應(yīng)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(jī)在分析化學(xué)中的應(yīng)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(xué)計量 學(xué) 2021/2/721 與其它學(xué)科的相互滲透和交叉: 生命科學(xué)（生物分析,活體分析,原位分析）, 環(huán)境科學(xué)（快速檢測,過程分析）,材料科學(xué) （高純物質(zhì)分析,超微分

12、析,復(fù)合材料分析,表 面微區(qū)分析） 分析化學(xué)理論和應(yīng)用的發(fā)展 高靈敏度分析方法,復(fù)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(xué)分析的學(xué)習(xí)方法 1.學(xué)習(xí)方法 重點,難點(強(qiáng)調(diào)),注意公式的應(yīng)用條件和應(yīng) 用范圍,及時復(fù)習(xí)消化（習(xí)題） 2.實驗性 定量分析實驗培養(yǎng)科學(xué)素質(zhì),訓(xùn)練實驗室基 礎(chǔ)工作 學(xué)習(xí)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(xué)(武漢大學(xué)等,第四版) 定量化學(xué)分析(復(fù)旦大學(xué)) 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(xué)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?jǐn)?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?jǐn)?shù)(m/m) 體積百分?jǐn)?shù)(V/V) 質(zhì)量體積分?jǐn)?shù)(m/V) 3)氣體樣品 一般用體積分?jǐn)?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(xué)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(zhǔn)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(xué)計量關(guān) 系定量反應(yīng)完全為止。 2021/2/728 一、滴定分析中的術(shù)語 1.標(biāo)準(zhǔn)溶液(standard solution, Titrant) 滴定分析中已知準(zhǔn)確濃度,用來滴定未知液 的溶液 2.滴定(Titration) 把標(biāo)準(zhǔn)溶液通過滴定管逐滴加入到被測溶 液中的過程 3.化學(xué)計量點(stoichiometric point, sp) 滴定反應(yīng)按照方程式反應(yīng)完全時,亦即反應(yīng) 體系中滴定劑與被測組分恰好作用完全(符 合反應(yīng)方程式所表示的化學(xué)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(xué)計量點是理論上反應(yīng)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。化學(xué)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(yīng)的要求 1.反應(yīng)要按化學(xué)計量關(guān)系進(jìn)行 2.反應(yīng)要定量進(jìn)行 3.反應(yīng)速度要足夠快 4.有確定化學(xué)計量點的適當(dāng)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(yīng)的全部要求 2.返滴定法(back titration) 反應(yīng)速度慢,或被測物質(zhì)為固體 有兩種標(biāo)準(zhǔn)溶液 3.置換滴定法(replacement titration) 有副反應(yīng)發(fā)生,沒有確定的計量關(guān)系 2021/2/732 4.間接滴定法(indirect