1、分析化學（一） 2012、9 - 2013、1 Analytical Chemistry(1) 第一章 概概 論論 General Topics 1 11 1 緒緒 論論 Introduction 1.1.分析化學的分析化學的定義定義 分析化學是一門發展和應用各種理論、方分析化學是一門發展和應用各種理論、方 法、儀器、和策略以獲取物質的法、儀器、和策略以獲取物質的組成、含量、組成、含量、 結構結構、分布、形態、分布、形態及其它及其它多種信息多種信息的科學的科學. 19世紀末世紀末20世紀初，分世紀初，分 析化學從技藝變成一門完析化學從技藝變成一門完 整的科學，以溶液中的四整的科學，以溶液中的四

2、 大平衡理論為分析化學的大平衡理論為分析化學的 理論基礎。理論基礎。 建立了重量建立了重量 分析、容量分析（分析、容量分析（經典分經典分 析析時代）。時代）。 特點：特點：簡便、準確的常量簡便、準確的常量 分析。分析。 分析化學是發展和應用各種方法、儀器和策略，以獲得有關物分析化學是發展和應用各種方法、儀器和策略，以獲得有關物 質在空間和時間方面組成和性質的一門科學。分析化學是表征和質在空間和時間方面組成和性質的一門科學。分析化學是表征和 測量的科學，它成為當代最富活力的學科之一測量的科學，它成為當代最富活力的學科之一. 20世紀世紀4070年代：由于年代：由于 材料科學、環境科學發展材料科學

3、、環境科學發展 的要求，在物理學和電子的要求，在物理學和電子 學發展的推動下，發展了學發展的推動下，發展了 儀器分析儀器分析方法。方法。 特點：特點：快速、準確、靈敏快速、準確、靈敏 的微量分析。的微量分析。 20世紀世紀70年代以來：分析工年代以來：分析工 作者最大限度地利用計算機作者最大限度地利用計算機 和數學、物理學、化學、材和數學、物理學、化學、材 料科學和工藝學等學科的最料科學和工藝學等學科的最 新知識，選擇最優化的獲得新知識，選擇最優化的獲得 原子、分子原子、分子信息信息的方法。的方法。 特點：特點：計算機化、信息化。計算機化、信息化。 分析化學的分析化學的發展過程發展過程 三次變

4、革三次變革 2. 分析化學的分析化學的發展史發展史 能源與資能源與資 源科學源科學 環境科學環境科學 關鍵問題的解 決主要依賴 于分析科學 信息科學信息科學 3. 分析化學的分析化學的作用：作用： 常量分析常量分析 組成分析組成分析 總體分析總體分析 靜態分析靜態分析 形態、價態分析形態、價態分析 快速反應追蹤分析及遙控快速反應追蹤分析及遙控 無損分析、活體分析無損分析、活體分析 在線分析在線分析 破壞試樣分析破壞試樣分析 實驗室分析實驗室分析 微觀結構分析、微觀結構分析、 微區表面分布、逐層分析微區表面分布、逐層分析 痕量及微粒分析痕量及微粒分析 形態、狀態形態、狀態分析及分析及微型化微型化

5、、 微環境微環境的表征與測定的表征與測定 提高靈敏度提高靈敏度 擴展時空擴展時空多維信息多維信息 非破壞性檢測非破壞性檢測 生物大分子及生物活性物生物大分子及生物活性物 質質的表征與測定的表征與測定 從分析化學的從分析化學的研究目標研究目標來說，要追求來說，要追求“3S+2A” 3S：即：即Sensitivity, Selectivity and Speediness （靈敏度、選擇性、高速度）（靈敏度、選擇性、高速度） 2A：即：即Accuracy, Automatics（準確度、自動化）；（準確度、自動化）； 從從研究創新方面研究創新方面來說，要強調來說，要強調3點：點： 1）引入物理學新

6、概念和新技術；）引入物理學新概念和新技術； 2）創建）創建分析儀器分析儀器裝置；裝置； 3）瞄準國際公認的有影響的重大科學問題。）瞄準國際公認的有影響的重大科學問題。 據分析任務不同據分析任務不同 據分析對象的化學性質不同據分析對象的化學性質不同 據分析時所依據的物質性質不同據分析時所依據的物質性質不同 據所需試劑量的不同據所需試劑量的不同 定性分析定性分析 定量分析定量分析 結構分析結構分析 無機分析無機分析 有機分析有機分析 化學分析：化學分析：定性分析、定性分析、 定量分析定量分析 儀器分析：儀器分析：光分析、光分析、 電分析、色譜分析、電分析、色譜分析、 其它分析方法其它分析方法 據組

7、份在樣品中的相對含量不同據組份在樣品中的相對含量不同 據分析工作的作用不同據分析工作的作用不同 常量組份分析常量組份分析 1% 微量組分分析微量組分分析 0.011% 痕量組份分析痕量組份分析 0.01% 分析化學分析化學 Analytical Chemistry 儀器分析 Instrumental Analysis 化學分析 Chemical Analysis 定性分析定性分析 Qualitative Analysis 定量分析定量分析 Quantitative Analysis 滴定分析法滴定分析法 Titrimetry 重量分析法重量分析法 Gravimetry 電化學電化學分析法分析法

8、 Electrochemical Analysis 光學光學分析法分析法 Photochemical Analysis 色譜分析法色譜分析法 Chromatographic Analysis 其它分析方法其它分析方法 儀器分析是在化學分析基礎上的發展儀器分析是在化學分析基礎上的發展 不少儀器分析方法的原理，涉及到有關化學分析的基本理論不少儀器分析方法的原理，涉及到有關化學分析的基本理論 不少儀器分析方法，還必須與試樣處理、分離及掩蔽等不少儀器分析方法，還必須與試樣處理、分離及掩蔽等 化學分析手段相結合，才能完成分析的全過程化學分析手段相結合，才能完成分析的全過程 儀器分析有時還需要采用化學富集

9、的方法提高靈敏度儀器分析有時還需要采用化學富集的方法提高靈敏度 1 2 3 內內 容容學學 時時內內 容容學學 時時 第一章第一章 概論概論(書第書第1,2章章)4第七章第七章 重量分析法重量分析法5 第二章第二章 分析化學中的誤差與分析化學中的誤差與 數據處理數據處理(書第書第3,4章章) 5第八章第八章 定量分析中常用的分定量分析中常用的分 離和富集方法離和富集方法 5 第三章第三章 酸堿滴定法酸堿滴定法9第九章第九章 電分析化學導論電分析化學導論 ( (儀器分析儀器分析) ) 3 第四章第四章 絡合滴定法絡合滴定法7第十章第十章 電位分析法電位分析法3 3 第五章第五章 氧化還原滴定法氧

10、化還原滴定法5第十一章第十一章 電解和庫侖分析法電解和庫侖分析法3 3 第六章第六章 沉淀滴定法沉淀滴定法1第十二章第十二章 極譜和伏安分析法極譜和伏安分析法4 4 合合 計計 54 取樣取樣 均勻均勻 有代表性有代表性 溶解溶解 熔融熔融 消解消解 灰化灰化 選擇測定方法選擇測定方法 掩蔽掩蔽 分離分離 常量組分常量組分(化學法化學法) 微量組分微量組分(儀器分析法儀器分析法) 1 處理處理 2 消除干擾消除干擾 3 測定測定 4 計算及結果評價計算及結果評價 5 注：注：1.防止待測組分的損失防止待測組分的損失 2.避免引入干擾測定的雜質避免引入干擾測定的雜質 1-2 1-2 定量分析過程

11、及分析結果的表示定量分析過程及分析結果的表示 Processes of Quantitative Analytical Chemistry and Its Expressing Results 1. 1.以待測組分實際存在形式的含量表示以待測組分實際存在形式的含量表示 如：食鹽水中如：食鹽水中 Na+, Ca2+, Mg2+, Cl-, SO42- 2. 2.以元素形式的含量表示以元素形式的含量表示 如：金屬：如：金屬： Fe, Al；有機物：；有機物：C, H, O, N 3. 3.以氧化物形式的含量表示以氧化物形式的含量表示 如：礦石如：礦石 K2O, CaO, MgO, Fe2O3 4.

12、 4.以化合物形式的含量表示以化合物形式的含量表示 如：化肥，無機、有機鹽如：化肥，無機、有機鹽 KNO3, KCl, CH3CH2OH (一一) 被測組分的化學表示形式被測組分的化學表示形式 質量分數質量分數 mx/ms (固、液固、液) 含量低：含量低： g/g, ng/g, pg/g (ppm,ppb,ppt) 體積分數 體積分數 vx/vs （氣、液）（氣、液） 摩爾分數摩爾分數 nx/ns （液）（液） (以上量綱均為以上量綱均為1) 物質的量濃度物質的量濃度 mol/L 質量摩爾濃度質量摩爾濃度 mol/kg 質量濃度質量濃度 mg/L, g/L , ng/L (二二) 被測組分含

13、量的表示被測組分含量的表示 1-3 滴定分析法概述 Introduction of Titrimetry 滴定分析法（容量分析法）定義：滴定分析法（容量分析法）定義： Titrimetry ( Volumetry )Titrimetry ( Volumetry ) 2HCl+Na2CO3=2NaCl+H2CO3 化學計量點化學計量點(sp) Stoichiometric pointStoichiometric point 滴定終點滴定終點(ep) End pointEnd point 終點誤差終點誤差(Et ) End point errorEnd point error 滴定滴定 滴定劑滴定

14、劑 被滴定溶液被滴定溶液 1. 分類分類 酸堿滴定法酸堿滴定法 絡合滴定法絡合滴定法 氧化還原滴定法氧化還原滴定法 沉淀滴定法沉淀滴定法 2. 方法特點方法特點 一一. 滴定分析法的分類和特點滴定分析法的分類和特點 Type and Characteristics of Titrimetry 1. 對滴定反應的要求對滴定反應的要求: a. 反應必須具有確定化學計量關系反應必須具有確定化學計量關系 b. 反應必須定量地進行反應必須定量地進行 c. 反應必須具有較快的速度反應必須具有較快的速度 d. 反應必須有適當的方法確定滴定終點反應必須有適當的方法確定滴定終點 二二. 對滴定反應的要求及滴定方

15、式對滴定反應的要求及滴定方式 Requirements and Methods of Titration 直接直接滴定法滴定法 返返滴定法（回滴法）滴定法（回滴法） Zn2+ 置換置換滴定法滴定法 如：以如：以K2Cr2O7測定測定Na2S2O3濃度濃度 Cr2O72- + 6 I - +14H+ = 2Cr3+ + 3I2 +7H2O I2 +2S2O32- = 2I- + S4O6 2 - 間接間接滴定法滴定法 如：以如：以 KMnO4 間接測定間接測定 Ca2+ Ca2+ CaC2O4C2O42- C2O42- 過濾、洗滌過濾、洗滌 酸溶酸溶 計算計算Ca含量含量 KMnO4 Al3+

16、+Y6- =AlY 3- + Y6- 如：如：EDTA (Y6-) 滴定滴定Al3+ 2. 滴定方式滴定方式 1. 基準物質：基準物質：用于直接配制或標定標準溶液濃度的物質用于直接配制或標定標準溶液濃度的物質 基準物質基準物質條件：條件： a .a .試劑組成與化學式完全相符；試劑組成與化學式完全相符； b .b .試劑純度足夠高；試劑純度足夠高； c .c .試劑性質穩定；試劑性質穩定； d .d .試劑最好有較大的摩爾質量；試劑最好有較大的摩爾質量； e .e .試劑參加滴定反應時試劑參加滴定反應時, ,按反應式定量進行，沒有按反應式定量進行，沒有 副反應副反應 . 三三. . 標準溶液和

17、基準物質標準溶液和基準物質 Standard Solution and Reagent 2. 標準溶液標準溶液 (standard solution)： 一種已知其準確濃度的溶液一種已知其準確濃度的溶液 配制方法 直接法間接法 1-4 滴定分析計算 Calculation of Titrimetry 一一. . 標準溶液濃度的表示標準溶液濃度的表示 1. 1. 濃度濃度(Concentration) 物質的量濃度物質的量濃度 C mol/L （應注意（應注意基本單元基本單元的不同）的不同） 如： C (KMnO4)= 0.1mol/L ; C (1/5KMnO4)= 0.5mol/L 質量摩爾

18、濃度質量摩爾濃度 mol/kg 質量濃度質量濃度 mg/L g/L ng/L 2. 滴定度滴定度 T被測物 被測物/滴定劑滴定劑 指指1ml某滴定劑相當于被測物質的質量（某滴定劑相當于被測物質的質量（g，or mg). 例：例：用用AgNO3 標準溶液滴定標準溶液滴定Cl- ， 當當 TCl-/AgNO3=0.003545g/mL時，若消耗時，若消耗AgNO3 溶液 溶液21.50mL。 則則 mCl-=0.00354521.50=0.07622（g） C與與T的換算：的換算： Lmol M T C Cl AgNO /1000. 0= 45.35 10003545. 0 = 10 = 33 3

19、 （1:1關系）關系） ( 1:n 關系關系) 6 10 = 3 722 Fe OCrK M T C 二二. . 計算計算 1. 1. 基本關系式基本關系式 2. 2. 計算示例計算示例 例例. .稱取紅丹稱取紅丹(Pb(Pb3 3O O4 4)0.1000g)0.1000g，加，加HClHCl處理成溶液后，處理成溶液后， 加入加入K K2 2CrOCrO4 4使使PbPb2+ 2+沉淀為 沉淀為PbCrOPbCrO4 4，將沉淀過濾洗，將沉淀過濾洗 滌，然后再溶于酸，加過量滌，然后再溶于酸，加過量KIKI，析出的，析出的I I2 2以淀粉以淀粉 為指示劑，用為指示劑，用0.1000mol/L

20、0.1000mol/L的的NaNa2 2S S2 2O O3 3標準溶液滴標準溶液滴 定，用了定，用了13.00ml13.00ml。問。問PbPb3 3O O4 4的質量分數是多少的質量分數是多少? ? 1 15 5 分析試樣的采集和制備分析試樣的采集和制備 Sampling and Preparation 一、固體試樣一、固體試樣 Solid Sample 1. 組成組成均勻均勻程度高的試樣程度高的試樣 （如（如:粉狀物料）粉狀物料） 采集方法：直接采用，不必制備采集方法：直接采用，不必制備 2. 組成組成不均勻不均勻的固體試樣的固體試樣 （如：礦石，煤炭）（如：礦石，煤炭） (1) 原始試

21、樣的采集：原始試樣的采集： 采集方法采集方法： 應根據試樣堆放情況，顆粒大小應根據試樣堆放情況，顆粒大小 從不同的部位和深處選取多個取樣點從不同的部位和深處選取多個取樣點 采樣量的決定因素采樣量的決定因素: : 物料越不均勻物料越不均勻, , 采樣量越多采樣量越多 對采樣的準確度的要求越高對采樣的準確度的要求越高, , 采樣量應越多采樣量應越多 顆粒越大、比重越大顆粒越大、比重越大, , 采樣量越多采樣量越多 經驗公式經驗公式: : QkdQkd2 2 Q: Q: 采集試樣的最低質量采集試樣的最低質量(Kg)(Kg) d: d: 試樣中最大顆粒的直徑試樣中最大顆粒的直徑(mm)(mm) k:

22、k: 經驗常數經驗常數 0.050.05 1Kgmm1Kgmm-2 -2 (2) (2) 分析試樣的制備分析試樣的制備 過篩過篩混勻混勻縮分縮分破碎破碎 例例. 采集到的原始試樣為采集到的原始試樣為24kg，經破碎后，經破碎后 要求全部通過要求全部通過10號篩孔號篩孔(d為為2mm),問最后應保問最后應保 留分析試樣多少留分析試樣多少kg? 可連續縮分幾次可連續縮分幾次? (k=0.06) 解: Q0.0622=0.24 kg 24(1/2)6=0.375 kg (若縮分若縮分7次則只有次則只有0.19kg) 則則 24( 1/2)n 0.24 n= 6 即即 允許連續縮分允許連續縮分6次次 二、液體試樣二、液體試樣 Liquids 特點：均勻特點：均勻程度高程度高 （如（如:水樣、飲料、體液、溶劑等）水樣、飲料、體液、溶劑等） 1、據不同來源、要求在不同的采樣點、時間進行采樣、據不同來源、要求在不同的采樣點、時間進行采樣