化工分析基本知識一課件

分析化學(xué)電子教案分析化學(xué)

AnalyticalChemistry主講張陽GXUN2022/10/12分析化學(xué)電子教案－GXUN學(xué)習(xí)本課程的目的及達(dá)到的目標(biāo)：分析化學(xué)是化工、環(huán)境工程等專業(yè)的一門基礎(chǔ)課；通過本課程的學(xué)習(xí)，要求學(xué)生掌握分析化學(xué)的基本原理和實(shí)驗(yàn)技能；培養(yǎng)學(xué)生嚴(yán)格、認(rèn)真和實(shí)事求是的科學(xué)態(tài)度，精密、細(xì)致地進(jìn)行科學(xué)實(shí)驗(yàn)的技能，觀察實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象、分析、判斷和解決問題的能力，使學(xué)生具有科技工作者應(yīng)具備的素質(zhì)；初步具備查閱文獻(xiàn)、選擇分析方法、擬訂實(shí)驗(yàn)方案的能力。2022/10/12分析化學(xué)電子教案－GXUN內(nèi)容及學(xué)時(shí)分配：總學(xué)時(shí)40－理論20，實(shí)驗(yàn)20

理論部分第一章化學(xué)分析基本知識第二章化工分析基本操作技術(shù)第三章滴定分析第四章電化學(xué)分析法第五章光學(xué)分析法第六章色譜分析法2022/10/12第一章

緒論§1.1分析化學(xué)的任務(wù)和作用§1.2誤差和分析數(shù)據(jù)處理§1.3一般溶液的配制§1.4實(shí)驗(yàn)室安全知識introduction分析化學(xué)電子教案－§1序論GXUN2022/10/12化學(xué)？

化學(xué)是研究物質(zhì)的性質(zhì)、組成、結(jié)構(gòu)、變化和應(yīng)用的科學(xué).

化學(xué)：無機(jī)化學(xué)、分析化學(xué)、有機(jī)化學(xué)、物化化學(xué)、高分子化學(xué)與物理分析化學(xué)？§1.1分析化學(xué)的任務(wù)和作用分析化學(xué)電子教案－§1序論2022/10/12

定義：分析化學(xué)是人們研究獲得物質(zhì)化學(xué)組成、結(jié)構(gòu)信息的方法及相關(guān)理論的科學(xué)。

解決的問題：物質(zhì)中含有哪些組分,各個(gè)組分的含量是多少,及這些組分是以怎樣的狀態(tài)構(gòu)成物質(zhì)的。

創(chuàng)建有關(guān)的實(shí)驗(yàn)技術(shù)，研制儀器設(shè)備，制訂分析方法。

分析化學(xué)是化學(xué)研究中最基礎(chǔ)、最根本的領(lǐng)域之一。分析化學(xué)電子教案－§1序論2022/10/12分析化學(xué)電子教案－§1序論分析化學(xué)的任務(wù)確定物質(zhì)的化學(xué)組成——定性分析，是什么，what?測量各組成的含量——定量分析,是多少，howmuch?表征物質(zhì)的化學(xué)結(jié)構(gòu)、形態(tài)、能態(tài)——結(jié)構(gòu)分析、形態(tài)分析、能態(tài)分析,是怎樣，structure;state;distribution2022/10/12分析化學(xué)的作用農(nóng)業(yè)：水土調(diào)查；農(nóng)作物品質(zhì)檢查；農(nóng)藥及其殘留物檢驗(yàn)工業(yè)：原料分析；產(chǎn)品檢驗(yàn)；生產(chǎn)工藝流程控制國防：武器生產(chǎn)；犯罪活動的偵破；社會：體育（興奮劑）、生活產(chǎn)品質(zhì)量（魚新鮮度、食品添加劑、農(nóng)藥殘留量）、環(huán)境質(zhì)量（污染實(shí)時(shí)檢測）、法庭化學(xué)（DNA技術(shù)，物證）、文物鑒定；國際貿(mào)易（商品檢驗(yàn)）；化學(xué)：新化合物的結(jié)構(gòu)表征；分子層次上的分析方法；生命科學(xué)：DNA測序（20世紀(jì)生命科學(xué)領(lǐng)域最宏大項(xiàng)目）；活體檢測；環(huán)境科學(xué)：環(huán)境監(jiān)測；污染物分析；材料科學(xué)：新材料，結(jié)構(gòu)與性能；醫(yī)藥：臨床化驗(yàn)與疾病診斷；天然藥物有效成分與結(jié)構(gòu)及構(gòu)效關(guān)系研究┄┄所有這些人類活動的每一步都離不開分析化學(xué)。分析化學(xué)電子教案－§1序論2022/10/12分析化學(xué)電子教案－§1序論化學(xué)分析——以物質(zhì)間的化學(xué)反應(yīng)及其計(jì)量關(guān)系為基礎(chǔ)的分析方法，又稱經(jīng)典分析法，主要有重量分析法和滴定分析法。

滴定分析法又叫容量分析法。儀器分析——以物質(zhì)的物理和物理化學(xué)性質(zhì)（光、電、熱、磁、聲等）為基礎(chǔ)的分析方法，這類方法通常需要較特殊的儀器，通常稱為儀器分析。2022/10/12電化學(xué)分析法的分類電化學(xué)分析法電位分析法電解分析法電泳分析法庫侖分析法極譜與伏安分析法電導(dǎo)分析法分析化學(xué)電子教案－§1序論2022/10/12色譜分析法的分類色譜分析法氣相色譜法薄層色譜法液相色譜法激光色譜法電色譜法超臨界色譜法分析化學(xué)電子教案－§1序論2022/10/12光分析法的分類光分析法原子吸收法紅外法原子發(fā)射法核磁法熒光法紫外可見法分子光譜原子光譜分析化學(xué)電子教案－§1序論2022/10/12其他分析法的分類其他分析法質(zhì)譜分析法聯(lián)用技術(shù)熱分析法核磁共振免疫分析毛細(xì)管電泳生物芯片分析化學(xué)電子教案－§1序論2022/10/12§1.3分析化學(xué)的進(jìn)展簡況傳統(tǒng)分析化學(xué)課題：“有什么？”和“有多少？”高要求：物質(zhì)的成分，價(jià)態(tài)、狀態(tài)和結(jié)構(gòu)；進(jìn)展：常量(>1%)→微量(0.01%～1％)→痕量(<0.01%);靜態(tài)分析→動態(tài)分析；離線(offline)→在線(online)、

實(shí)時(shí)(realtime);活體內(nèi)(invivo)原位分析;方向：高靈敏度（達(dá)原子級、分子級水平）；高選擇性（復(fù)雜體系）、快速、簡便、經(jīng)濟(jì);自動化、數(shù)字化、計(jì)算機(jī)化、信息化和智能化。分析化學(xué)電子教案－§1序論2022/10/12分析化學(xué)的發(fā)展有機(jī)物分析無機(jī)物分析生物活性物質(zhì)常量微量痕量分子水平手工操作儀器自動全自動智能化儀器分析化學(xué)電子教案－§1序論對象量的相對大小技術(shù)及手段2022/10/12分析化學(xué)的發(fā)展方向：微型高效自動智能分析化學(xué)電子教案－§1序論2022/10/12分析全過程示例（土壤油污染分析）步驟作用者內(nèi)容提出問題客戶地表下土壤層原油滲透確定分析的任務(wù)客戶與分析者原油滲透污染面積多大確定分析程序分析者油的萃取、分離和定量測定取樣分析者與客戶取100g具有代表性的固體樣品樣品制備分析者混勻、二次取樣、用CCl4萃取測量分析者GC分析法分析萃取液數(shù)據(jù)評價(jià)分析者對GC流出時(shí)間及峰高進(jìn)行定性、定量結(jié)論分析者與樣品量相關(guān)的GC值是否在允許限之下報(bào)告分析者向客戶提出進(jìn)一處理問題的方法2022/10/12取樣Sampling從待分析的對象（objectorbulkmatter)中取出用于分析用的少量物質(zhì)

基本要求：代表性、不變性

（隨機(jī)取樣與周期取樣）注意：氣體、固體、液體光敏性、熱敏性、揮發(fā)性、化學(xué)活性、生物活性……樣品的性質(zhì)分析方法、對分析結(jié)果的要求等資源取樣原料取樣成品取樣物證取樣等等各種取樣標(biāo)準(zhǔn)方法樣品的來源2022/10/12固體樣品的破碎、過篩、混勻、縮分破碎與過篩重復(fù)進(jìn)行直至全部過篩；篩孔的選擇以樣品處理的難易程度確定，二次取樣的量由篩孔徑確定。2022/10/12樣品預(yù)處理樣品預(yù)處理的目的：使樣品的狀態(tài)和濃度適應(yīng)所選擇的分析技術(shù)樣品預(yù)處理的依據(jù)：物質(zhì)性質(zhì)（生物樣品的有機(jī)分子或元素等）干擾情況（是否需要分離等）測定方法（是否需要富集等）樣品預(yù)處理的原則：防止待測組分的損失；避免引入干擾2022/10/12分解試樣：溶解、熔融、消解溶解：

水溶（例NH4SO4中含氮量的測定)

酸溶（HCl,H2SO4,HNO3,HF等及混合酸分解金屬、合金、礦石等）

堿溶（例NaOH溶解鋁合金分析Fe、Mn、Ni含量）熔融：酸熔（K2S2O7、KHSO4熔解氧化物礦石）堿熔（Na2CO3、NaOH、Na2O2溶解酸性礦物質(zhì)）2022/10/12分析結(jié)果的表示待測組分的化學(xué)表示形式

以元素形式的含量表示例：有機(jī)物或礦樣中的Fe、Cu、C、H、O、P、N等以氧化物形式的含量表示例：礦石分析中Fe2O3、P2O5等以待測組分實(shí)際存在形式含量的表示例：含氮量測定：NH3,NO3-,N2O5,NO2-,N2O3

mS、監(jiān)測量

I

mB化學(xué)計(jì)量關(guān)系*mS樣品質(zhì)量2022/10/12計(jì)算待測組分含量的表示方法固體——質(zhì)量分?jǐn)?shù)

例：Fe=0.5643或Fe=56.43%

低含量：g/g

,ng/g

氣體——體積百分?jǐn)?shù)2022/10/12液體物質(zhì)的量濃度mol/L

質(zhì)量摩爾濃度mol/kg

質(zhì)量分?jǐn)?shù)%（mB/mS)體積分?jǐn)?shù)%（mB/Vs)摩爾分?jǐn)?shù)（nB/nS)

質(zhì)量濃度mg/L,ng/L,g/L等待測組分含量的表示方法2022/10/12§1.2定量分析中的誤差2.1.1

誤差(Error)與準(zhǔn)確度(Accuracy)相對誤差表示誤差占真值的百分率或千分率。1.

誤差——測定值xi與真實(shí)值μ之差(真實(shí)值TrueValue：在一定的時(shí)間和空間條件下，被測量的物質(zhì)的客觀存在值，它是可趨進(jìn)而不可達(dá)到的哲學(xué)概念。真值是客觀存在的，它分為科學(xué)規(guī)定真值、標(biāo)準(zhǔn)真值、理論真值。)

誤差的大小可用絕對誤差E(AbsoluteError)和相對誤差RE(RelativeError)表示。

E=xi－μ分析化學(xué)電子教案－§2定量分析中的誤差與數(shù)據(jù)處理2022/10/122.準(zhǔn)確度

(1)測定平均值與真值接近的程度;(2)準(zhǔn)確度高低常用誤差大小表示,誤差小，準(zhǔn)確度高。分析化學(xué)電子教案－§2定量分析中的誤差與數(shù)據(jù)處理2022/10/12例1：

分析天平稱量兩物體的質(zhì)量各為1.6380g和0.1637g，假定兩者的真實(shí)質(zhì)量分別為1.6381g和0.1638g，則兩者稱量的絕對誤差分別為：(1.6380－1.6381)g=－0.0001g(0.1637－0.1638)g=－0.0001g兩者稱量的相對誤差分別為：絕對誤差相等，相對誤差并不一定相同。分析化學(xué)電子教案－§2定量分析中的誤差與數(shù)據(jù)處理2022/10/123.討論(1)絕對誤差相等，相對誤差并不一定相同;(2)同樣的絕對誤差，被測定的量較大時(shí)，相對誤差就比較小,測定的準(zhǔn)確度也就比較高;(3)用相對誤差來表示各種情況下測定結(jié)果的準(zhǔn)確度更為確切;(4)絕對誤差和相對誤差都有正值和負(fù)值。正值表示分析結(jié)果偏高，負(fù)值表示分析結(jié)果偏低;(5)實(shí)際工作中，真值實(shí)際上是無法獲得;常用純物質(zhì)的理論值、國家標(biāo)準(zhǔn)局提供的標(biāo)準(zhǔn)參考物質(zhì)的證書上給出的數(shù)值、或多次測定結(jié)果的平均值當(dāng)作真值;分析化學(xué)電子教案－§2定量分析中的誤差與數(shù)據(jù)處理2022/10/12偏差(Deviation)與精密度(Precision)1.偏差

個(gè)別測定結(jié)果xi與幾次測定結(jié)果的平均值的差。絕對偏差di：測定結(jié)果與平均值之差；相對偏差dr：絕對偏差在平均值中所占的百分率或千分率。分析化學(xué)電子教案－§2定量分析中的誤差與數(shù)據(jù)處理2022/10/12

各偏差值的絕對值的平均值，稱為單次測定的平均偏差，又稱算術(shù)平均偏差（AverageDeviation）：單次測定的相對平均偏差表示為:分析化學(xué)電子教案－§2定量分析中的誤差與數(shù)據(jù)處理2022/10/122.標(biāo)準(zhǔn)偏差（StandardDeviation）

(n-1)表示n個(gè)測定值中具有獨(dú)立偏差的數(shù)目，又稱為自由度。

有限次測定時(shí)，標(biāo)準(zhǔn)偏差稱為樣本標(biāo)準(zhǔn)差，以s表示：分析化學(xué)電子教案－§2定量分析中的誤差與數(shù)據(jù)處理2022/10/12用下式計(jì)算標(biāo)準(zhǔn)偏差更為方便：

s與平均值之比稱為相對標(biāo)準(zhǔn)偏差，以sr表示:也可用千分率表示(即式中乘以1000‰)。如以百分率表示又稱為變異系數(shù)

CV(CoefficientofVariation)。分析化學(xué)電子教案－§2定量分析中的誤差與數(shù)據(jù)處理2022/10/123.精密度（1）精密度：在確定條件下，將測試方法實(shí)施多次，求出所得結(jié)果之間的一致程度。精密度的大小常用偏差表示。（2）精密度的高低還常用重復(fù)性（Repeatability）和再現(xiàn)性（Reproducibility）表示。重復(fù)性(r)：同一操作者，在相同條件下，獲得一系列結(jié)果之間的一致程度。再現(xiàn)性(R)：不同的操作者，在不同條件下，用相同方法獲得的單個(gè)結(jié)果之間的一致程度。（3）用標(biāo)準(zhǔn)偏差比用算術(shù)平均偏差更合理。分析化學(xué)電子教案－§2定量分析中的誤差與數(shù)據(jù)處理2022/10/12對比：

有兩組測定值，判斷精密度的差異。

甲組2.92.93.03.13.1乙組2.83.03.03.03.2計(jì)算：平均偏差相同；標(biāo)準(zhǔn)偏差不同，兩組數(shù)據(jù)的離散程度不同；在一般情況下，對測定數(shù)據(jù)應(yīng)表示出標(biāo)準(zhǔn)偏差或變異系數(shù)。分析化學(xué)電子教案－§2定量分析中的誤差與數(shù)據(jù)處理2022/10/12準(zhǔn)確度與精密度的關(guān)系精密度是保證準(zhǔn)確度的先決條件；精密度高不一定準(zhǔn)確度高；兩者的差別主要是由于系統(tǒng)誤差的存在。精密度準(zhǔn)確度

好好

好稍差

差差

很差偶然性

分析化學(xué)電子教案－§2定量分析中的誤差與數(shù)據(jù)處理2022/10/12例2：

分析鐵礦中鐵含量，得如下數(shù)據(jù)：37.45%,37.20%,37.50%,37.30%,37.25%計(jì)算此結(jié)果的平均值、平均偏差、標(biāo)準(zhǔn)偏差、變異系數(shù)。計(jì)算：分析化學(xué)電子教案－§2定量分析中的誤差與數(shù)據(jù)處理2022/10/12誤差的分類及減免誤差的方法

系統(tǒng)誤差或稱可測誤差(DeterminateError)

偶然誤差或稱未定誤差、隨機(jī)誤差(IndeterminateErrors)1.系統(tǒng)誤差產(chǎn)生的原因、性質(zhì)及減免產(chǎn)生的原因：（1）方法誤差(MethodErrors):如反應(yīng)不完全；干擾成分的影響；指示劑選擇不當(dāng)；（2）試劑或蒸餾水純度不夠；分析化學(xué)電子教案－§2定量分析中的誤差與數(shù)據(jù)處理2022/10/12（3）儀器誤差（InstrumentalErrors）如容量器皿刻度不準(zhǔn)又未經(jīng)校正，電子儀器“噪聲”過大等造成；（4）人為誤差（PersonalErrors），如觀察顏色偏深或偏淺，第二次讀數(shù)總是想與第一次重復(fù)等造成。分析化學(xué)電子教案－§2定量分析中的誤差與數(shù)據(jù)處理2022/10/12系統(tǒng)誤差的性質(zhì)：(1)重復(fù)性：同一條件下，重復(fù)測定中，重復(fù)地出現(xiàn)；(2)單向性：測定結(jié)果系統(tǒng)偏高或偏低；(3)恒定性：大小基本不變，對測定結(jié)果的影響固定。(4)可校正性：其大小可以測定，可對結(jié)果進(jìn)行校正。系統(tǒng)誤差的校正方法：

選擇標(biāo)準(zhǔn)方法、提純試劑和使用校正值等辦法加以消除。常采用對照試驗(yàn)和空白試驗(yàn)的方法。分析化學(xué)電子教案－§2定量分析中的誤差與數(shù)據(jù)處理2022/10/12對照試驗(yàn)和空白試驗(yàn)：（1）對照試驗(yàn)：選擇一種標(biāo)準(zhǔn)方法與所用方法作對比或選擇與試樣組成接近的標(biāo)準(zhǔn)試樣作試驗(yàn)，找出校正值加以校正。（2）空白試驗(yàn)：指除了不加試樣外，其他試驗(yàn)步驟與試樣試驗(yàn)步驟完全一樣的實(shí)驗(yàn)，所得結(jié)果稱為空白值。對試劑或?qū)嶒?yàn)用水是否帶入被測成份，或所含雜質(zhì)是否有干擾可通過空白試驗(yàn)扣除空白值加以修正。是否存在系統(tǒng)誤差，常常通過回收試驗(yàn)加以檢查。分析化學(xué)電子教案－§2定量分析中的誤差與數(shù)據(jù)處理2022/10/122.偶然誤差產(chǎn)生的原因、性質(zhì)及減免產(chǎn)生的原因：由一些無法控制的不確定因素引起的。（1）如環(huán)境溫度、濕度、電壓、污染情況等的變化引起樣品質(zhì)量、組成、儀器性能等的微小變化；（2）操作人員實(shí)驗(yàn)過程中操作上的微小差別；（3）其他不確定因素等所造成。性質(zhì)：時(shí)大時(shí)小，可正可負(fù)。減免方法：無法消除。通過增加平行測定次數(shù),降低；

過失誤差(粗差):認(rèn)真操作，可以完全避免。分析化學(xué)電子教案－§2定量分析中的誤差與數(shù)據(jù)處理2022/10/12頻數(shù)分布：

測定某樣品100次，因有偶然誤差存在，故分析結(jié)果有高有低，有兩頭小、中間大的變化趨勢，即在平均值附近的數(shù)據(jù)出現(xiàn)機(jī)會最多。偶然誤差的分布服從正態(tài)分布分析化學(xué)電子教案－§2定量分析中的誤差與數(shù)據(jù)處理相對頻數(shù)分布直方圖2022/10/12正態(tài)分布曲線規(guī)律（消除了系統(tǒng)誤差后）：*x=μ時(shí)，y值最大，體現(xiàn)了測量值的集中趨勢。大多數(shù)測量值集中在算術(shù)平均值的附近，算術(shù)平均值是最可信賴值，能很好反映測量值的集中趨勢。μ反映測量值分布集中趨勢。*曲線以x=μ這一直線為其對稱軸，說明正誤差和負(fù)誤差出現(xiàn)的概率相等。*當(dāng)x趨于－∞或＋∞時(shí)，曲線以ｘ軸為漸近線。即小誤差出現(xiàn)概率大，大誤差出現(xiàn)概率小，出現(xiàn)很大誤差概率極小，趨于零。*σ越大，測量值落在μ附近的概率越小。即精密度越差時(shí)，測量值的分布就越分散，正態(tài)分布曲線也就越平坦。反之，σ越小，測量值的分散程度就越小，正態(tài)分布曲線也就越尖銳。σ反映測量值分布分散程度。。橫坐標(biāo)分別以x和x－μ表示時(shí)，曲線分別表示為測量值和隨機(jī)誤差的正態(tài)分布曲線兩組精密度不同的測量值的正態(tài)分布曲線2022/10/122.偶然誤差分布具有以下性質(zhì)(1)對稱性：相近的正誤差和負(fù)誤差出現(xiàn)的概率相等,誤差分布曲線對稱;(2)單峰性:小誤差出現(xiàn)的概率大，大誤差的概率小。誤差分布曲線只有一個(gè)峰值。誤差有明顯集中趨勢；(3)有界性：由偶然誤差造成的誤差不可能很大，即大誤差出現(xiàn)的概率很小；(4)抵償性；誤差的算術(shù)平均值的極限為零。分析化學(xué)電子教案－§2定量分析中的誤差與數(shù)據(jù)處理2022/10/12

系統(tǒng)誤差與隨機(jī)誤差的比較項(xiàng)目系統(tǒng)誤差隨機(jī)誤差產(chǎn)生原因固定的因素不定的因素分類方法誤差、儀器與試劑誤差、主觀誤差性質(zhì)重現(xiàn)性、單向性（或周期性）、可測性服從概率統(tǒng)計(jì)規(guī)律、不可測性影響準(zhǔn)確度精密度消除或減小的方法校正增加平行測定的次數(shù)分析化學(xué)電子教案－§2定量分析中的誤差與數(shù)據(jù)處理2022/10/12*公差

公差：生產(chǎn)部門對于分析結(jié)果允許誤差的一種表示法

超差：分析結(jié)果超出允許的公差范圍。需重做。公差的確