分析化學

AnalyticalChemistry

主講：陳效蘭Tel:130551553191教材武漢大學中國科技大學編中山大學吉林大學武漢大學主編第五版高等教育出版社2內容與要求課時：48課時（周4課時）

要求：課前預習，做好課堂筆記，獨立完成作業

成績：平時20%（出勤、態度、紀律、作業等）考試80%3

第1章

分析化學概論4Pollution5ChemicalAssault

6松花江水污染事件松花江流域圖2005年11月24日從空中拍攝的覆蓋著冰的松花江哈爾濱段7污染元兇：硝基苯（nitrobenzene）淡黃色的油狀液體，有像杏仁油的特殊氣味。熔點5.7℃，沸點210.8℃，相對密度1.2037（20／4℃）。微溶于水，溶于乙醇、乙醚、苯等。主要用于制取苯胺、聯苯胺、偶氮苯等。硝基苯毒性較強，吸入大量蒸氣或皮膚大量沾染，可引起急性中毒，使血紅蛋白氧化或絡合，血液變成深棕褐色，并引起頭痛、惡心、嘔吐等。8

EverydayApplicationsofChemistry9納米科技Nanometer

crystal

Agermaniumcrystalonlyonenanometer(nm)wideisseeninthiscomputergeneratedTheTiniestWiresAnimagefromascanningtunnelingmicroscope(STM)revealsmetallicwiresonlyeighttotenatomswide101.1

分析化學的任務與作用分析化學

—

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信息科學。歐洲化學會(FederationofEuropeanChemicalSocieties)AnalyticalChemistry

isascientificdisciplinethatdevelopsandappliesmethods,instrumentsandstrategiestoobtaininformationonthecompositionandnatureofmatterinspaceandtime.AnalyticalChemistry——InformationScience111.1

分析化學的任務與作用任務

—鑒定物質的化學成分:

定性分析—

測定各組分的含量

:

定量分析—表征物質的化學結構、構象、形態、能態：

結構分析、構象分析、形態分析、能態分析—表征物質組成、含量、結構、形態、能態的動力學特征：

動態分析12

作用在工農業生產、科學技術、國防建設等方面起著重要作用。現代分析化學正在把化學與數學、物理學、計算機科學、生物學、精密儀器制造科學等學科結合起來。1.1

分析化學的任務與作用科學技術的眼睛,是進行科學研究的基礎。13分析化學的分類—

根據任務分類：

定性分析Qualitativeanalysis

定量分析Quantitativeanalysis

結構分析Structureanalysis

形態分析Speicesanalysis

能態分析Energy-stateanalysis

等等……1.2

分析化學的分類14—

根據分析對象分類：

無機分析

Inorganicanalysis

有機分析

Organicanalysis

生化分析

Biochemicalanalysis

等等……1.2

分析化學的分類15—

根據應用領域分類：

藥物分析

Pharmacologicalanalysis

水質分析

Wateranalysis

食品分析

Foodanalysis

工業分析

Industrialanalysis

刑偵分析

Forensicanalysis

臨床分析

Clinicalanalysis

環境分析

Environmentalanalysis

等等……1.2

分析化學的分類16—根據取樣量的多少分類：

常量分析

＞0.1＞10半微量分析

0.01-0.11-10微量分析

0.0001-0.010.01-1超微量分析

＜0.0001＜0.01

方法

試樣質量（g）

試液體積（mL)1.2

分析化學的分類17—根據任務分類：

例行分析

Routineanalysis

仲裁分析

Refereeanalysis—根據測量原理分類：

化學分析

Chemicalanalysis(常量組分)

重量分析

滴定分析：酸堿、絡合、氧化還原、沉淀儀器分析

Instrumentalanalysis(微量組分)

光化學：紫外-可見、紅外、熒光、磷光、激光拉曼、核磁共振、原子發射、原子吸收電化學：電位、電導、庫侖、安培、極譜色譜法：柱、紙、薄層、GC、HPLC、CE其他：質譜、電子能譜、活化分析、免疫分析181.3

分析化學發展簡史與發展趨勢Chemie（德文）、Chimie（法文）和Chemistry（英文）Alchemy19?Alchemy?

煉丹術、煉金術可視為分析化學的前驅。火試金法是一種古老且迄今仍在使用的貴金屬分析方法。?18世紀分析化學的代表人J.J.Berzelius（貝采利烏斯），他創始了重量分析，也是第一位把原子量測得比較精確的化學家。?19世紀分析化學的杰出人物之一是C.R.Fresenius（費雷澤紐斯），他于1862年創辦德文的

《分析化學》雜志。

Anleitungzur

qualitativen

chemischen

Analgse

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quantitativen

chemischen

Analgse東漢彩虹煉丹爐煉丹術20?容量分析應歸功于法國化學家

J.GayLussac（蓋-呂薩克）。他使用滴定法

–用硫酸滴定草木灰；

–測定漂白粉中的有效氯；

–用氯化鈉滴定硝酸銀。?近代微量分析奠基人是奧地利化學家

F.Emich（埃米希），他設計和改進微量化學天平，使其靈敏度達到微量化學分析的要求。?奧地利化學家F.Pregl（普雷格爾）因發明有機物的微量分析法而獲1923年諾貝爾化學獎。?酸堿滴定?氧化還原滴定?沉淀滴定21

公元前3世紀，阿基米德在解決金冕的純度問題時，即利用了金、銀密度之差。這是無損傷分析的先驅。

值得記住的幾位“分析化學家”只要給我一個支點，我就可以移動地球。Archimedes22

1673年波義耳發表題為《使火與焰穩定并可稱重的新實驗》的論文，他認為金屬在煅燒后增重是因為存在火微粒，金屬+火微粒——>金屬灰。RobertBoyle

值得記住的幾位“分析化學家”

該實驗中，波義耳使用了天平，把定量的手段帶進了化學研究之中。分析化學這一名稱是波義耳在1680年前后提出的！23拉瓦錫在實驗分析中遵循“必須用天平進行精確測定來確定真理”的信條！

值得記住的幾位“分析化學家”LavoisierFrenchchemistAntoineLavoisierisconsideredthefounderofmodernchemistry.24第一次變革：

20世紀20-30年代——溶液四大平衡理論的建立

分析化學由技術→獨立的科學第二次變革：

20世紀40-60年代——物理方法的發展

經典分析化學（化學分析）→現代分析化學（儀器分析為主）第三次變革：

20世紀70年代末至今——計算機的發展與應用現代分析化學能提供組成、結構、含量、分布、形態等全面信息，為當代最富活力的學科之一！同時，它也正在把化學與數學、物理學、計算機科學、生物學、精密儀器制造科學等學科結合起來，發展成為一門多學科性的綜合性科學。?酸與堿?氧化劑與還原劑?中心離子與配體?形成沉淀的軟陰離子和軟陽離子1.3

分析化學發展簡史與發展趨勢25

2003年4月14日，美、英、日、法、德和中國科學家經過13年努力共同完成了人類基因組序列圖。人類基因組計劃是美國科學家于1985年提出的，旨在闡明人類基因組30億個堿基對的序列，發現所有人類基因并搞清其在染色體上的位置，破譯人類全部遺傳信息，使人類第一次在分子水平上全面地認識自我。該計劃最初預計要在15年內完成，之所以能夠提前完成，主要是由于毛細管電泳測序儀的發明。過去最先進的凝膠電泳測序儀測定1000個樣品約需8個小時，而毛細管電泳測序儀只要15分鐘即可完成。

人類基因組計劃26分析化學已成為21世紀生命科學和納米科技發展的關鍵

基因組計劃、蛋白組計劃等的實現納米技術的發展和應用人類在分子水平上認識世界生態環境保護檢測和發現污染源早期診斷疾病保證人類健康興奮劑的檢測原子量的準確測定生命過程的控制工農業生產的發展27社會科學、考古學人類學和法醫學分析化學化學學科的所有分支物理、天體物理、天文和生物物理工程學、民事、化學、電以及機械醫學、臨床化學藥物化學、藥學毒物學生物學、植物學、遺傳學、微生物學、分子生物學和動物學地質學、地球物理學、地球化學和古生物學環境科學、生態學和海洋科學農業、動物科學農作物科學、食品科學、園藝學和土壤科學材料科學、冶金學和高分子科學等學科引自美DouglasA.Skoog等著

AnalyticalChemistry2000,7thed.281.4分析化學參考文獻—叢書、大全和手冊[1]高小霞.分析化學叢書.北京:科學出版社.(全書六卷29冊)[2]杭州大學化學系分析化學教研室.分析化學手冊.第2版.北京:化學工業出版社,1997.…29[1]R．Kellner等編.李克安,金欽漢等譯.分析化學.北京.北京大學出版社，2001.[2]彭崇慧,馮建章,張錫瑜等編.定量分析化學簡明教程.北京.北京大學出版社，1997.[3]張錫瑜等編著.化學分析原理，科學出版社，2000.[4]北京大學化學系分析化學教學組.基礎分析化學實驗(第二版).北京.北京大學出版社,1998.—參考書30—

期刊雜志[1]分析化學,中國化學會主辦.1973年創刊.[2]分析測試學報,中國分析測試學會主辦.1982年創刊.[3]TheAnalyst(英).1877年創刊.[4]AnalyticalChemistry(美).1929年創刊.…—Internet上的化學信息311.5

定量分析過程及分析結果表示123456數據分析DataAnalysis樣品制備SamplePreparation樣品采集Sampling

樣品測定SampleAnalysis問題提出FormulationQuestion結果報告WritingReports目的－獲取分析樣品。要求－所取樣品具有代表性目的－將樣品處理成可直接分析的試液。

要求－待測組分全部轉入試液中目的－測定樣品中待測組分的含量。

要求－根據實際條件選擇合適的分析方法考慮共存離子干擾及排除方法目的－根據要求計算并報出樣品中待測組分的相對量要求－所報結果符合誤差要求322、待測組分含量的表示方法

1、待測組分的化學表示形式。

表示方法符號適應樣品質量體積百分數%(m/v)液體體積百分數%(v/v)液體，氣體質量百分數%(m/m)固體，液體

如礦石中的鐵，可表示為：Fe、FeO、Fe2O3、Fe3O4等。1.5

定量分析過程及分析結果表示33

當組分含量很低時，還可用mg·L-1、ug·L-1或ppm、ppb等表示。

常用單位及換算關系為：34一、方法與特點：方法：將滴定劑由滴定管逐滴滴加到被測溶液中，直至反應完全，然后根據滴定劑的濃度和用量來計算被測物質含量的方法。特點：優點：方法簡單、操作簡便、結果準確、分析速度快。缺點：需要標準溶液，不宜測低含量（＜1%）的樣品。1.6

滴定分析法概述滴定管滴定劑被滴定溶液35二、常用名詞解釋：

標準溶液

—已知準確濃度的試劑溶液。

(standardsolution)滴定劑

—從滴定管中滴下的溶液（多指

(titrant)

標準溶液）。

滴定

—將滴定劑由滴定管滴加到被測（titration）

溶液中的過程。36滴定終點

—利用指示劑或其它方法來指示反應

(endpoint)

完全時溶液的狀態。用下標ep表示。如pHep,Vep等。滴定誤差

—滴定終點與化學計量點不一致所引(titrationerror)

起的誤差。用TE或Et表示。化學計量點

—理論計算化學反應正好完全(stoichiometricpoint)

時的溶液狀態。用下標SP表示。如pHsp,等。37三、滴定分析的主要方法根據滴定時所進行的化學反應類型不同，滴定分析法可以分為以下4種方法：1、酸堿滴定法－以酸堿中和反應為基礎的滴定分析方法。2、絡合滴定法－以絡合反應為基礎的滴定分析方法。可測定具有酸、堿性的各種化合物。可測多種金屬離子及其化合物。383、氧化還原滴定法－以氧化還原反應為基礎的滴定分析方法。

可測定Ag+,Cl-,Br-,I-,SCN-和CN-離子。4、沉淀滴定法－以沉淀反應為基礎的滴定分析方法。

可測定具有還原性或氧化性的物質。39四、滴定分析法對化學反應的要求：反應要完全。即反應能定量進行，完成程度達

99.9%以上。

2.反應要迅速。即反應能在瞬間完成，對于慢反應要有適當方法（加熱、催化劑）加快反應的進行。

3.反應要定量。即反應按一定的反應方程式進行,有確定的化學計量關系。

4.有適當可行的方法指示滴定終點。如指示劑等。

40直接滴定－用標準溶液直接滴定被測物質。

凡能滿足滴定分析對化學反應的要求的反應，可采用直接滴定。這是滴定分析中最常用的滴定方式。

五、滴定分析中常用的滴定方式：2.返滴定－先在試液中定量加入過量的Ａ標準溶液，待反應完成后，再用另一種B標準溶液滴定剩余的Ａ標準溶液。

返滴定又叫剩余滴定。它適用于某些反應速度慢、有副反應或直接滴定時沒有合適指示劑的反應。41先加ＶmLHCl標準溶液:

CaCO3+2HCl(過量）=CaCl2+CO2↑+H2O

再用NaOH標準溶液滴定剩余HCl:

NaOH+HCl（剩余）=NaCl+H2O例如CaCO3的測定：423.置換滴定－先用適當試劑與待測物質（x）反應，使之定量地置換出另一種物質（y），再用標準溶液滴定這種y物質的方法。例如用Na2S2O3

滴定K2Cr2O7：可先在K2Cr2O7的酸性溶液中加入過量KI，使之定量地置換出I2，再用Na2S2O3標準溶液滴定置換出的I2，有關的反應為：

K2Cr2O7+６I-+14H+＝2Cr3++3I2+7H2O2S2O32-+I2=S4O62-+2I-434.間接滴定－先將待測組分x與另一種可用A標準溶液滴定的物質B作用、分離、溶解后,再用A標準溶液滴定之。例如Ca2+的測定：

Ca2+(x)＋C2O42-(B)=CaC2O4↓CaC2O4+H2SO4=CaSO4+H2C2O4

2MnO4-(A)+5C2O42-+16H+=2Mn2++10CO2↑+8H2O44六、標準溶液濃度的表示：物質的量濃度（Ｃ）—每升溶液中所含某溶質的量。簡稱濃度，用符號Ｃ表示，其單位為mol·L-1。注意①物質的量濃度過去稱為“體積摩爾濃度”或“摩爾濃度”，現已廢除。②

表示物質的量濃度時，一般須指明基本單元，因為對于同一物質選擇的基本單元不同，其摩爾質量不同，濃度亦不同。45例如：0.1mol·L-1的H2SO4溶液，可表示為：由此可得出它們之間的關系：其通式為：462.滴定度（Ｔ）—每毫升標準溶液相當于被測

物質的質量（克或毫克）。以例如：

每消耗1毫升HCl標準溶液，就有0.004010克NaOH參與了反應。若消耗HCl

的體積為

V，則參與反應的NaOH的質量m為：m=T×V。則表示：

表示。其

中M1是被測物質的分子式，M2是標準溶液中物質的分子式473、C與T的換算關系：設滴定反應為：aA+bB=cC+dD48七、標準溶液的配制與標定

在化學試驗或測定中所用到的并具有一定純度的化學藥品叫化學試劑，簡稱試劑。1、試劑與基準試劑級別1級2級3級生化試劑中文名優級純

分析純

化學純英文標志GR

AR

CP

BR標簽顏色綠

紅

藍

咖啡色49作為基準試劑的條件性質穩定

干燥時不分解，稱重時不吸潮。

純度高要求其純度在99.9%以上。

組成與化學式相符若含結晶水也應相符。反應能定量進行

即反應不能有副反應。

能夠直接用來配制標準溶液的試劑叫基準試劑，或叫基準物質。502、標準溶液的配制方法：①直接配制法方法：直接用基準試劑配制并計算出準確濃度。特點：

簡單、準確、溶液一經配好就可使用。②間接配制法方法：先配成近似所需濃度，然后標定其準確濃度。標定方法用基準試劑標定。特點是準確、可信。用比較法標定。特點是簡單、方便。51常用滴定分析儀器容量瓶吸量管錐形瓶移液管酸式滴定管燒杯量筒容量儀器521、滴定劑與被滴物質之間的計量關系。八、滴定分析中的有關計算設滴定反應為：tT+bB=cC+dD

則滴定劑T的物質的量nT與被滴物質的物質的量nB之