分析化學緒論省公開課一等獎全國示范課微課金獎課件

課程名稱：分析化學講課教師：1/86

第一章緒論2/86§1.1分析化學定義、任務和作用

Tasksofanalyticalchemistry§1.1.1分析化學定義及任務──

化學中信息科學1.定義：分析化學是人們取得物質化學組成和結構信息科學。也就是說它是研究物質化學組成表征和測量科學，是化學學科主要分支。它所處理問題是物質是什么組分組成，這些組分在物質中是怎樣存在，以及各組分含量有多少。3/862.任務：

判定物質化學成份定性分析

測定各組分含量定量分析

確定物質結構結構分析

4/86§1.1.2分析化學作用分析化學在國民經濟建設各條戰(zhàn)線上起著舉足輕重作用。在工業(yè)生產中，從原料選擇、工藝流程確實定、生產過程中“中控”到成品質量檢驗，以及工業(yè)三廢（廢氣、廢水、廢渣）處理和綜合利用等；在新產品、新工藝、新技術開發(fā)研究和推廣等方面；都離不開分析化學。5/86分析化學作用在化學學科發(fā)展中作用：分子科學、邊緣科學、新興學科

在化學研究工作中作用：判定新物質結構、性能與形態(tài)在當代化學工業(yè)中作用：生產過程控制、當代化生產管理在環(huán)境保護中作用：連續(xù)監(jiān)測大氣、水質§1.1.3分析化學特點試驗性強,綜合性強（綜合利用物理、數(shù)學、化學、計算機等學科知識）。建立好“量”概念十分主要。6/86§1.2分析化學分類與選擇

Classificationofanalyticalchemistry分析化學包含成份分析和結構分析。成份分析又可分為定性分析和定量分析兩部分。1.定性分析(qualitativeanalysis)：定性分析任務是判定物質由哪些元素或離子所組成，對于有機物質還需要確定其官能團及分子結構。2.定量分析(quantativeanalysis)：定量分析任務是測定物質各組成部分含量。3.結構分析：形態(tài)分析,立體結構,結構與性能。1.2.1據(jù)分析目標和任務分：7/86§1.2.2按分析對象分類1.無機分析(inorganicanalysis)2.有機分析(organicanalysis)§1.2.3按分析方法分類分析化學按其測定原理和操作方法不一樣可分為化學分析和儀器分析兩大類。8/861．化學分析法(Chemicalanalysis)

以化學反應為為基礎分析方法，稱為化學分析法，包含滴定分析法和重量分析法.9/86滴定分析法：是將已知濃度標準溶液，滴加到待測物質溶液中，使二者定量完成反應，依據(jù)用去標準溶液準確體積和濃度即可計算出待測組分含量。滴定分析法慣用于常量組分測定，即待測組分含量普通在1%以上。滴定分析法按照所利用化學反應類型不同，可分為以下四種:10/86酸堿滴定法：是以質子傳遞反應為基礎一個滴定分析法。沉淀滴定法：是以沉淀反應為基礎一個滴定分析法。絡合滴定法：是以絡合反應為基礎一個滴定分析法。氧化還原滴定法：是以氧化還原反應為基礎一個滴定分析法滴定分析法分類：11/86重量分析法(Gravimetry)：是經過化學反應及一系列操作步驟使試樣中待測組分轉化為另一個化學組成恒定化合物，再稱量該化合物質量，從而計算出待測組分含量。12/862．儀器分析法(InstrumentalAnalysis)以物質物理或物理化學性質為基礎建立起來分析方法。慣用儀器分析法可分為以下幾類：光化學分析，電化學分析，色譜分析等。儀器分析相關內容是我們下學期要學習課程內容。13/861.2.4按試樣用量和操作方法分類常量分析(macroanalysis)0.1克>10毫升

半微量分析(semi-macoroanalysis)0.01-0.1克1-10毫升

微量分析(microanalysis)0.1-10毫克0.01-1毫升

超微量分析<0.1毫克<0.01毫升

1.2.5按所分析組分在試樣中相對含量（含量高低）分類常量組分分析（主量分析）macrocomponentanalysis>1%微量組分分析（次主量分析）micorcomponentanalysis0.01%－1%痕量組分分析（痕量分析）tracecomponentanalysis<0.01%14/861.2.6例行分析和仲裁分析例行分析：普通分析試驗室對日常生產流程中產品質量指標進行檢驗控制分析；仲裁分析：不一樣企業(yè)部門間對產品質量和分析結果由爭議時，請權威分析測試部門進行裁判時分析15/861.2.7分析方法選擇對分析方法選擇通常應考慮以下幾個方面：

a.測定詳細要求，待測組分及其含量范圍，欲測組分性質；

b.共存組分信息及其對測定想影響，適當分離富集方法，分析方法選擇性；

c.對測定準確度、靈敏度要求與對策；

d.現(xiàn)有條件、測定成本及完成測定時間要求等。在此基礎上，對各種分析方法靈敏度、檢出限、選擇性、標準偏差、置信概率等原因進行綜合考慮和評價，查閱相關文件，確定相關方案并進行條件試驗，借助標準樣檢測方法實際準確度與精密度，再進行試樣分析并對分析結果進行統(tǒng)計處理。16/86§1.3分析化學發(fā)展簡史與發(fā)展趨勢

§1.3.1分析化學發(fā)展簡史追述分析化學產生確實切時間已無法考證，但據(jù)記載，應該在煉金術前后已經有分析化學萌芽。依據(jù)化學家在化學史上作用，普通認定波義耳是定性分析創(chuàng)始人，定量分析則是從貝格曼開始。17/86分析化學發(fā)展簡史分析化學定性發(fā)展史始于波義耳（1627-1691年）英國化學家和物理學家，他首次給化學元素提出了科學定義，為人們研究物質組成指明了方向。1821年德國化學家漢立希（1773-1852年）提出了選擇一定量試劑區(qū)分溶液中不一樣性質元素，這個方法已經有了定性分析系統(tǒng)化萌芽；18/86分析化學發(fā)展簡史1829年德國化學家羅塞深入提出陰離子系統(tǒng)定性分析法，并提出了使用緩沖溶液和絡合掩蔽劑方法。1841年經德國化學家伏累森紐斯（1818-1897年）修改，把常見金屬氧化物分成六個族，并以《定性化學分析導論》教科書形式出版，使系統(tǒng)分析方法得到廣泛采取。以后美國分析化學家諾艾斯深入改進使系統(tǒng)分析趨于完善，一直沿用至今。19/86分析化學發(fā)展簡史

分析化學定量發(fā)展史則是從貝格曼，從他制訂了濕法分析礦物詳細步驟開始，他所提倡一些反應直到現(xiàn)在仍在分析化學中保留。而創(chuàng)建酸堿滴定法則是法國人日夫魯瓦；氧化還原滴定法始于18世紀末，1795年由法國人德克勞西以靛藍硫酸溶液滴定次氯酸，至溶液顏色變綠為止，是最早氧化還原法。20/861826年比拉狄厄制得碘化鈉，滴定次氯酸鈣，用淀粉做指示劑，這是碘量法首次應用。19世紀40年代后，又發(fā)展出高錳酸鉀氧化還原滴定法、重鉻酸鉀滴定法等各種容量分析方法。分析化學發(fā)展簡史21/86分析化學發(fā)展簡史在定量分析中重量法采取也比較早，1823年已經能生產出精密分析天平，靈敏度可達0.5毫克。1846年伏累森紐斯《定量分析教程》對定量分析作了全方面總結，基本到達我們現(xiàn)在水平。22/86分析化學發(fā)展簡史

近些年來，分析化學學科正在經歷著重大變革，從與分析化學發(fā)展歷程來看，可將其概括為50年代儀器化、60年代電子化、70年代計算機化、80年代智能化、90年代信息化，21世紀必將是仿生化和深入智能化時代。總體說來，分析化學發(fā)展方向是向著高靈敏度（分子、原子水平）、高選擇性、快速、自動、簡便、經濟、分析儀器自動化、數(shù)學化和計算機化發(fā)展，并向智能化、仿生化縱深發(fā)展。23/86分析化學發(fā)展歷史分析化學創(chuàng)建階段：1640~1840年之間第一次變革：20世紀，20~30年代溶液四大平衡理論建立，分析化學由技術→科學第二次變革：20世紀，

40~60年代經典分析化學（化學分析）→當代分析化學（儀器分析為主）第三次變革：由20世紀70年代末至今提供組成、結構、含量、分布、形態(tài)等全方面信息,成為當代最富活力學科之一24/86§1.3.2分析化學發(fā)展趨勢

Perspectivesofanalyticalchemistry1.由分析對象來看有機物分析無機物分析活性物質2.由分析對象數(shù)量級來看3.由分析自動化程度來看常量微量痕量分子水平手工操作儀器自動化智能化儀器25/86分析化學主要發(fā)展趨向1.新原理2.新技術3.新儀器

4.生物分析5.環(huán)境分析

6.過程分析7.表面分析8.大分子表征9.化學圖象10.無損分析11.單細胞分析12.單分子單聚集體分析26/8613.固定化14.傳感器15.定性16.教育17.活體分析18.實時分析19.原位分析20.在線分析21.化學計量學22.自動化23.微型化24接口：

分離技術

儀器和計算機

聯(lián)用技術

其它科技領域27/86分析化學主要發(fā)展趨向生物分析環(huán)境分析

過程分析表面分析大分子表征化學圖象無損分析單細胞分析單分子單聚集體分析化學計量學在線分析原位分析實時分析接口教育定性傳感器固定化自動化微型化新技術新原理新儀器

分離技術儀器和計算機聯(lián)用技術其它科技領域活體分析28/861.4分析化學參考文件P4-8,自己下去看看29/861采樣(sampling)

要使樣品含有代表性

要注意：1.防止損失

2.防止不均勻；

3.保留完好；

4.足夠量以確保分析進行?！?.5分析化學過程及分析結果表示

Generalproceduresforquantitativeanalysis§1.5.1定量分析工作普通步驟30/862試樣分解試樣預處理目標是利用有效伎倆將樣品處理成便于分析待測樣品；與待測樣品相關原因：1.分析方法（常量、微量）；2.物態(tài)與相（多相、均相、固態(tài)、液態(tài)、氣態(tài)）；3.待測成份在樣品中含量（針對不一樣分析方法）。試樣處理方法標準：

1.利用樣品化學、物理性質不一樣；

2.適應測定方法和要求不一樣。

3.必要時要進行樣品分離與富集。31/863分離和測定方法選擇1.分析體系和分析方法選擇：

要滿足對被測組分性質、含量、結果準確度要求。2.確定確保分析結果準確辦法（方案、方式、條件）：

需要利用各種物理與化學性質。3.試驗數(shù)據(jù)正確、有效統(tǒng)計：

與所選定方法和使用儀器相關。32/86§1.5.2

定量分析結果表示1、待測組分化學表示形式

分析結果經常以待測組分實際存在形式含量表示。假如待測組分實際存在形式不清楚，則分析結果最好以氧化物或元素形式含量表示。2、待測組分含量表示方法固體試樣質量分數(shù)：WB=mB/ms當待測試樣含量非常低時：用μg·g-1(或10-6)

;ng·g-1(或10-9)

;pg·g-1(或10-12)表示33/86液體試樣

物質量濃度：mol·L-1;

質量摩爾濃度：mol·Kg-1

;

質量分數(shù)：

體積分數(shù)：

摩爾分數(shù)：

質量濃度：mg·L-1;μg·L-1或μg·mL-1;ng·mL-1;pg·mL-1;

③氣體試樣常以體積分數(shù)表示氣體試樣中常量或微量組分含量。34/86§1.6滴定分析法概述

1.6.1滴定分析法特點1.滴定分析法

使用滴定管將一個已知準確濃度試劑溶液（標準溶液）滴加到待測物溶液中，直到待測組分恰好完全反應為止，然后依據(jù)標準溶液濃度和所消耗體積，算出待測組分含量。35/862.滴定分析基本術語滴定(Titration)：滴加標準溶液操作過程?；瘜W計量點(Stoichiometricpoint)：滴加標準溶液與待測組分恰好完全反應之點。指示劑(Indicator)：滴定分析中能發(fā)生顏色改變而指示終點試劑。終點(Endpoint)：指示劑變色之點。終點誤差(Errorofendpoint)：實際分析操作中指示劑變色點與化學計量點之間差異。36/863.滴定分析法特點簡便、快速，適于常量分析準確度高,Er可達0.1%.應用廣泛37/864.滴定分析法分類酸堿滴定法：是以質子傳遞反應為基礎一個滴定分析法。酸滴定堿B-:H++B-HB

以化學反應為為基礎分析方法，稱為化學分析法(chemicalanalysis)，包含重量分析法和滴定分析法.滴定分析法按照所利用化學反應類型不一樣，可分為以下四種38/86沉淀滴定法:

是以沉淀反應為基礎一個滴定分析法。如銀量法:Ag++Cl-=AgCl(白)絡合滴定法：是以絡合反應為基礎一個滴定分析法。如EDTA滴定法:M+Y=MY39/86氧化還原滴定法：是以氧化還原反應為基礎一個滴定分析法。如KMnO4法：MnO4-+5Fe2++8H+=Mn2++5Fe3++4H2O40/861.6.2滴定分析反應條件和滴定方式1滴定分析反應條件反應必須含有確定化學計量關系反應定量地完成（≧99.9%）反應速度要快能用比較簡便方法確定滴定終點41/862滴定方式直接滴定法（包括一個反應）完全滿足滴定分析反應條件可用直接滴定法滴定劑與被測物之間反應式為：

aA+bB=cC+dD

滴定到化學計量點時，a摩爾A與b摩爾B作用完全如HCl標準溶液滴定NaOH溶液42/86

返滴定法先準確加入過量標準溶液，使與試液中待測物質或固體試樣進行反應，待反應完成以后，再用另一個標準溶液滴定剩下標準溶液方法。適合用于反應較慢或難溶于水固體試樣。如EDTA滴定Al3+、NaOH標準溶液測定CaCO3。43/86返滴定法例：Al3++一定過量EDTA標液

剩下EDTAZn2+標液，EBT

返滴定n(EDTA)總-n(EDTA)過量=n(Al)(c·V)

(EDTA)總-(c·V)(Zn)=(c·V)(Al)44/86返滴定法例：固體CaCO3+一定過量HCl標液剩下HCl標液NaOH標準溶液

返滴定45/86返滴定法例:Cl-+一定過量AgNO3標準溶液

剩下AgNO3標準溶液

NH4SCN標準溶液

Fe3+指示劑返滴定

淡紅色[Fe(SCN)]2+46/86間接滴定法

經過另外化學反應，以滴定法定量進行。適合用于不能與滴定劑起化學反應物質。例：Ca2+CaC2O4沉淀

H2SO4

C2O42-

KMnO4標液間接測定47/86置換滴定法

先用適當試劑與待測物質反應，定量置換出另一個物質，再用標準溶液去滴定該物質方法。適合用于無明確定量關系反應。48/86Na2S2O3+K2Cr2O7S4O62-+SO42-

無定量關系

K2Cr2O7+過量KI定量生成I2

Na2S2O3標液淀粉指示劑

深藍色消失49/861.7.1基準物質：能用于直接配制或標定標準溶液物質。基準物質

稱量溶解定量轉移至容量瓶稀釋至刻度，依據(jù)稱量質量和體積計算標準溶液準確濃度。1.7基準物質和標準溶液50/86(1)物質必須含有足夠純度(99.9%)(2)物質組成與化學式應完全符合(3)穩(wěn)定；(4)含有較大摩爾質量，為何？⑸

反應定量進行，沒有副反應對基準物質要求：51/86慣用基準物有：無水Na2CO3、KHC8H4O4、Na2B4O7·10H2OCaCO3、ZnOK2Cr2O7、NaC2O4、H2C2O4·2H2ONaCl52/861.7.2標準溶液配制

直接配制法使用分析天平稱量質量，直接用容量瓶定容，配制。普通使用基準試劑或優(yōu)級純。

優(yōu)級純分析純化學純G.RA.RC.R瓶簽

綠

紅藍53/86例：準確稱取基準物質Ｋ２Ｃｒ２Ｏ７１.４７１ｇ，溶解后定量轉移至２５０.００ｍｌ容量瓶中，問此Ｋ２Ｃｒ２Ｏ７溶液濃度是多少？ＭＫ２Ｃｒ２Ｏ７＝２９４.２ｇ／ｍｏｌ54/862）標定法標準溶液濃度經過基準物來確定或用一個已知濃度標液來確定方法。55/86例：用鄰苯二甲酸氫鉀（Ｍｒ（ＫＨＣ８Ｈ４Ｏ４）＝２０４.２２）為基準物質標定２５ｍＬ０.１ｍｏｌ／ＬＮａＯＨ溶液，需稱取多少ｇＫＨＣ８Ｈ４Ｏ４56/8657/861.8.1標準溶液濃度表示方法1.物質量濃度:單位體積溶液所含溶質物質量。物質量數(shù)值應指明基本單元：原子、分子、離子、電子等。1.8滴定分析中計算58/86比如，9.8克H2SO4溶于水中，配成1升溶液：基本單元：?H2SO4，H2SO4，2

H2SO4

49g/mol98g/mol196g/molC（H2SO4）=0.1mol/LC（?H2SO4）=0.2mol/LC（2H2SO4）=0.05mol/L表示物質量濃度時，必須指明基本單元。59/86基本單元選擇普通是以化學反應計量關系為依據(jù)：60/862.滴定度TB/A

指每毫升滴定劑（A）溶液相當于待測物（B）質量

例1：THCl/NaOH=0.003001g/mL表示每消耗1mLNaOH標液可與0.003001gHCl完全反應61/86例2：用0.02718mol/L高錳酸鉀標準溶液測定鐵含量，其濃度用滴定度表示為：

T

Fe/KMnO4=0.007590g/mL即：表示1mLKMnO4標準溶液相當于0.007590克鐵。測定時，依據(jù)滴定所消耗標準溶液體積可方便快速確定試樣中鐵含量：

m

Fe=T

Fe/KMnO4

VKMnO462/86例3：TFe/K2Cr2O7

=0.005000g/mL，如消耗K2Cr2O7標準溶液21.50毫升，問被滴定溶液中鐵質量？解:63/86

滴定度與物質量濃度換算：64/861.8.2滴定劑與被滴物質之間計量關系滴定分析計算依據(jù)

SP時

或

化學計量數(shù)之比

物質量之比

P

tT+aA滴定分析相關計算基本上均是依據(jù)此基本關系來進行計算！65/86一、被測組分物質量nA與滴定劑物質量nB關系66/86二、被測組分質量分數(shù)計算67/861.8.3標準溶液濃度計算P15-161.8.4待測組分含量計算

P16-171.8.5滴定分析計算示例P17-20這三部分內容比較簡單，大家下去自己看看就行。68/86§1.9分析化學應用

Applicationsofanalyticalchemistry1.分析化學與生命科學當前分析化學中熱點之一是與生命科學相關分析化學,生命科學向分析化學提出課題,當前集中在多肽、蛋白質、核酸等生物大分子分析、生物藥品分析、超痕量、超微量生物活性物質.1）質譜法在生命科學研究能發(fā)揮著主要作用。69/862）熒光光譜在生命科學分析應用

熒光光譜分析應用于生命科學也是較多,

核糖核酸(RNA)和脫氧核糖核酸(DNA)測定在臨床生物樣品測定中非常主要,因為它們不但起著儲存、復制和傳遞信息作用,而且還決定著細胞種類及功效。70/863）電分析化學在生命科學中應用

電分析化學在生命科學研究中也愈來愈受到分析工作者重視.

電分析化學是利用物質電子和電化學性質進行表征和測量科學,生命現(xiàn)象最基本過程是離不開電荷運動,生命科學最基礎學科是電化學.用電化學基本原理和試驗方法,不但在生物體和有機組織整體水平上,更主要是在分子和細胞水平上研究或模擬研究電荷(包含電子、離子及其它電活性粒子)在生物體系和其對應模擬體系中分布、傳輸和轉移及轉化化學本質和規(guī)律。71/862.毛細管電泳

毛細管電泳是近年來分析化學中發(fā)展最為快速領域之一,

其基本裝置是在充滿電解質毛細管兩端施加高壓(20～30KV),采取直徑為25～50μm毛細管.截面積急劇減小使傳統(tǒng)電泳技術產生了質改變,因為截面積小,熱量均勻,所以電泳傳質均勻.因為流阻加大,不用載體可直接在緩沖液中進行電泳,這么既消除了載體對電泳影響,又可容納分子量極大樣品,甚至細菌和病毒顆粒.72/863.超臨界流體色譜(SFC)超臨界流體色譜(SFC)

能在較低溫度下分析熱不穩(wěn)定、沸點較高、分子量較大化合物,總柱效率比LC高,且易于與靈敏檢測器查聯(lián).

73/864.光度分析光明前景和發(fā)展趨勢光度分析發(fā)展和活力有各方面動力.新顯色劑開發(fā)和利用,為光度分析發(fā)展提供了物質基礎；無機化學、有機結構理論、表面化學、絡合物化學、分析化學等相關理論不停完善,也為光度分析發(fā)展提供高起點理論和實踐基礎；將光度信息與動力學信息結合起來,提供豐富三維數(shù)據(jù)信息,成為提升測定準確度和進行多組分同時分析新路徑。光度分析因為簡單方便,成本低廉,靈敏度、選擇性、準確度都有一定優(yōu)勢,在痕量分析中適應于市場競爭,成為適合我國國情有中國特色分析領域之一.74/865.化學計量學在分析化學中應用

化學計量學(Chemometrics)是由數(shù)學、統(tǒng)計學、計算機技術與化學相結合交叉科學,化學計量學能有效地處理許多常規(guī)方法難于處理復雜問題,化學計量學在分析化學中應用主要有以下幾個方面:提升靈敏度改進選擇性；開發(fā)和評價新方法,提升分析效益；提升分析測試精密度與準確性；提升分析測試精密度與準確性。75/866.色譜分析色譜分析是分析化學中發(fā)展最快,研究應用十分活躍領域之一.20世紀50年代興起氣相色譜(GC),60年代發(fā)展起來色質聯(lián)用技術(GCMS),70年代高效液相色譜(HPLC),80年代超臨界流體色譜(SFC),以及繼而發(fā)展起來毛細管區(qū)域電泳等,使得色譜分析成為預集、分離、測定和提純聯(lián)用主要分析技術;成為自然科學領域眾多試驗室不可缺乏一類分析伎倆.

76/867.電分析化學電分析化學發(fā)展含有悠久歷史,早在18世紀就出現(xiàn)了電分析和庫侖滴定法,發(fā)展至今,電分析化學學科發(fā)展是基于人們從理論上對電極總過程各個基本反應深刻了解,結合其它學科而創(chuàng)造出各種新技術、新方法,處理分析化學發(fā)展中提出新問題.化學修飾電極經過分子水平上電極功效設計,突破了以往電化學家研究范圍,顯示出了選擇富集分離、電催化、電化學傳感、不對稱有機合成等各種有用效應。77/868.我國分析化學現(xiàn)實狀況1)分析測試人員發(fā)展情況.

分析測試人員人分布主要為高等學校2～3萬名;環(huán)境保護及各產業(yè)部門約7萬名;進出口商檢部門3000名,石油化工行業(yè)分析人員占10%,冶金部門分析人員占7%,地質部門也有一支較龐大分析隊伍.分析測試領域現(xiàn)有中科院