儀器分析：第一章 分析化學概論

1、武漢工程大學武漢工程大學化學與環(huán)境工程學化學與環(huán)境工程學院院 儀儀 器器 分分 析析 Instrumental Analysis 主要教材主要教材 儀器分析儀器分析(第第4版版) /朱明華朱明華,胡坪胡坪 高等教育出版社高等教育出版社 教學要求與安排教學要求與安排 1.學時學時：24學學時課，實時課，實驗驗16學學時。時。 2.教材教材：儀器分析儀器分析 (第第4版版) /朱明華朱明華,胡坪胡坪 高等教育出版社高等教育出版社 3.成績評定成績評定：期末考試占：期末考試占70%，平時成績平時成績30% （作業(yè)（作業(yè)20%，聽課，聽課10%）。）。 教學參考書教學參考書 1. 分析化學，分析化學，

2、RKellner等編，李克安等編，李克安 金欽漢等譯，金欽漢等譯， 北京大學出版社，北京大學出版社，2001，8 2. 分析化學（第五版），武漢大學等，高等教育出版分析化學（第五版），武漢大學等，高等教育出版 社，社，2007，3 3. 21世紀的分析化學，汪爾康主編，科學出版社，世紀的分析化學，汪爾康主編，科學出版社， 1999 4. 分析化學前沿，高鴻主編，科學出版社，分析化學前沿，高鴻主編，科學出版社，1991 第一章第一章 分析化學概論分析化學概論 1.1 分析化學的任務與作用分析化學的任務與作用 分析化學的分析化學的定義定義: 分析化學是發(fā)展和應用分析化學是發(fā)展和應用各種方法、儀器各

3、種方法、儀器 和策略和策略，以獲得有關(guān)物質(zhì)在空間和時間方面，以獲得有關(guān)物質(zhì)在空間和時間方面 組成組成和和性質(zhì)性質(zhì)的一門科學，是的一門科學，是表征和量測的科表征和量測的科 學學。 正如正如1991年年IUPAC國際分析科學會議主國際分析科學會議主 席席E.NIKI教授所說，教授所說，21世紀是光明還是黑暗世紀是光明還是黑暗 取決于人類在取決于人類在能源與資源科學、信息科學、能源與資源科學、信息科學、 生命科學與環(huán)境科學四大領(lǐng)域生命科學與環(huán)境科學四大領(lǐng)域的進步，而的進步，而取取 得這些領(lǐng)域進步的關(guān)鍵問題的解決主要依賴得這些領(lǐng)域進步的關(guān)鍵問題的解決主要依賴 于分析科學。于分析科學。 分析化學的作用分

4、析化學的作用 分析化學是研究物質(zhì)分析化學是研究物質(zhì)化學組成化學組成和和結(jié)構(gòu)信息結(jié)構(gòu)信息 的一門重要學科，它所要解決的問題是物質(zhì)的一門重要學科，它所要解決的問題是物質(zhì) 中含有中含有哪些組分哪些組分，各個組分的，各個組分的含量含量是多少，是多少， 以及這些組分是以怎樣的以及這些組分是以怎樣的狀態(tài)構(gòu)成狀態(tài)構(gòu)成物質(zhì)的。物質(zhì)的。 (1) 定性分析定性分析：含何種元素，何種官能團：含何種元素，何種官能團 (2) 定量分析定量分析：含量：含量 (3) 結(jié)構(gòu)分析結(jié)構(gòu)分析：形態(tài)分析，立體結(jié)構(gòu)，結(jié)構(gòu)與：形態(tài)分析，立體結(jié)構(gòu)，結(jié)構(gòu)與 活性活性 按分析任務分類按分析任務分類: (1) 無機分析無機分析 (2) 有機分析

5、有機分析 (3) 生物分析生物分析 (4) 藥物分析藥物分析 按分析對象分類按分析對象分類: (1) 常量分析常量分析 (2) 半微量分析半微量分析 (3) 微量分析微量分析 (4) 超微量分析超微量分析 分析方法分析方法常量分析常量分析半微量分析半微量分析微量分析微量分析超微量分析超微量分析 試樣質(zhì)量試樣質(zhì)量 0.1 g0.01 0.1 g0.1 10 mg 0.1 mg 試液體積試液體積 10 mL1 10 mL0.01 1 mL 0.01 mL 按試樣用量及操作規(guī)模分類按試樣用量及操作規(guī)模分類 DDT殘留的分析檢測。殘留的分析檢測。 DDT的脂溶性，對昆蟲外表皮中的幾丁層有的脂溶性，對昆

6、蟲外表皮中的幾丁層有 高度親和力，能透過體壁進入蟲體。高度親和力，能透過體壁進入蟲體。 白頭海雕白頭海雕 分析化學與分析化學與環(huán)境科學環(huán)境科學 分析化學與分析化學與食品安全食品安全 三鹿奶粉事件三鹿奶粉事件 分析化學與分析化學與體育體育 各種體育盛會興奮劑的分析檢測各種體育盛會興奮劑的分析檢測: : 無休止的無休止的 “貓鼠貓鼠”較量較量 分析化學與分析化學與刑偵刑偵 拿破侖死因拿破侖死因 拿破侖兵敗拿破侖兵敗滑鐵盧滑鐵盧后，后， 1815年年10月，被月，被 流放到大西洋的流放到大西洋的圣赫勒拿島圣赫勒拿島 ，1821年年5 月月5日，拿破侖在島上去世。日，拿破侖在島上去世。 “中國是一頭睡

7、獅，一旦醒來將震驚世界中國是一頭睡獅，一旦醒來將震驚世界” 拿破侖的死因：開始鑒定為死于嚴重胃潰拿破侖的死因：開始鑒定為死于嚴重胃潰 爛，爛，頭發(fā)分析頭發(fā)分析(中子活化、熒光中子活化、熒光)，As、Pb 含量特高，中毒而死。侍者所為。含量特高，中毒而死。侍者所為。 分析化學與分析化學與生命科學生命科學 基因組計劃、基因工程、克隆技術(shù)、生物芯片基因組計劃、基因工程、克隆技術(shù)、生物芯片 登陸火星的海盜者一號登陸火星的海盜者一號 Viking Lander 1 to Mars 分析化學與分析化學與空間科學空間科學 分析科學分析科學 中藥復雜體系中藥復雜體系大氣海洋環(huán)境大氣海洋環(huán)境 醫(yī)藥食品安全保障醫(yī)

8、藥食品安全保障 生命過程研究生命過程研究 材料結(jié)構(gòu)分析材料結(jié)構(gòu)分析 太空技術(shù)太空技術(shù) 現(xiàn)代分析科學發(fā)展現(xiàn)代分析科學發(fā)展 起源：起源：古代煉金術(shù)古代煉金術(shù) 手段：手段：人類的感官和雙手人類的感官和雙手 16世紀：世紀：天平的出現(xiàn)，向定量邁進了一大步天平的出現(xiàn)，向定量邁進了一大步 19世紀：世紀：化學方法，鑒定物質(zhì)的組成和含量的化學方法，鑒定物質(zhì)的組成和含量的 技術(shù)技術(shù) 20世紀：世紀：儀器分析方法迅猛發(fā)展儀器分析方法迅猛發(fā)展 分析化學的發(fā)展史分析化學的發(fā)展史 分析化學發(fā)展經(jīng)歷分析化學發(fā)展經(jīng)歷3次重大變革次重大變革 第一個重要階段第一個重要階段: 20世紀起初的世紀起初的20-30年間分析化學發(fā)展

9、成為一門年間分析化學發(fā)展成為一門 獨立的學科獨立的學科 物理化學的溶液理論發(fā)展，推動物理化學的溶液理論發(fā)展，推動化學分析化學分析快速發(fā)展快速發(fā)展 用物理化學中的溶液平衡理論、動力學等研究分用物理化學中的溶液平衡理論、動力學等研究分 析化學中的基本理論問題：沉淀的形成和共沉淀；指析化學中的基本理論問題：沉淀的形成和共沉淀；指 示劑變色原理；滴定曲線和終點誤差；緩沖原理及催示劑變色原理；滴定曲線和終點誤差；緩沖原理及催 化和誘導反應等。建立了溶液中四大平衡理論。化和誘導反應等。建立了溶液中四大平衡理論。 分析化學發(fā)展經(jīng)歷分析化學發(fā)展經(jīng)歷3次重大變革次重大變革 第二個重要階段第二個重要階段: 20世

10、紀世紀40年代，年代，儀器分析儀器分析的發(fā)展。的發(fā)展。 分析化學與物理學及電子學結(jié)合的時代。分析化學與物理學及電子學結(jié)合的時代。 原子能和半導體技術(shù)興起，如要求超純材料，原子能和半導體技術(shù)興起，如要求超純材料， 99.99999，砷化鎵，要測定其雜質(zhì)，化學分析，砷化鎵，要測定其雜質(zhì)，化學分析 法無法解決，促進了儀器分析和各種分離方法的法無法解決，促進了儀器分析和各種分離方法的 發(fā)展。發(fā)展。 第三個重要階段第三個重要階段: 20世紀世紀70年代以來，分析化學發(fā)展到年代以來，分析化學發(fā)展到分析科學分析科學階段階段 現(xiàn)代分析化學把化學與數(shù)學、物理學、計算機科學、現(xiàn)代分析化學把化學與數(shù)學、物理學、計算

11、機科學、 精密儀器制造、生命科學、材料科學等學科結(jié)合起精密儀器制造、生命科學、材料科學等學科結(jié)合起 來，成為一門多學科性的綜合科學。來，成為一門多學科性的綜合科學。 20世紀以來分析化學的主要變革世紀以來分析化學的主要變革 時期時期19001940194019501970Present 特點特點經(jīng)典分析經(jīng)典分析 化學分析為主化學分析為主 近代分析近代分析 儀器分析為主儀器分析為主 現(xiàn)代分析現(xiàn)代分析 化學計量學為主化學計量學為主 理論理論熱力學熱力學 溶液四大平衡溶液四大平衡 熱力學熱力學 化學動力學化學動力學 熱力學熱力學 化學動力學化學動力學 物理動力學物理動力學 儀器儀器分析天平分析天平光

12、度光度 極譜極譜 電位電位 色譜色譜 自動化分析儀自動化分析儀 聯(lián)用技術(shù)聯(lián)用技術(shù) 分析分析 對象對象 無機化合物無機化合物有機和無機樣品有機和無機樣品有機、無機、生有機、無機、生 物及藥物樣品物及藥物樣品 分分 析析 化化 學學 化化 學學 分分 析析 儀儀 器器 分分 析析 酸堿滴定酸堿滴定 配位滴定配位滴定 氧化還原滴定氧化還原滴定 沉淀滴定沉淀滴定 電化學分析電化學分析 光化學分析光化學分析 色譜分析色譜分析 波譜分析波譜分析 重量分析重量分析 滴定分析滴定分析 電導、電位、電解、庫侖電導、電位、電解、庫侖 極譜、伏安極譜、伏安 發(fā)射、吸收，熒光、光度發(fā)射、吸收，熒光、光度 氣相、液相、

13、離子、超臨氣相、液相、離子、超臨 界、薄層、毛細管電泳界、薄層、毛細管電泳 紅外、核磁、質(zhì)譜紅外、核磁、質(zhì)譜 1.2 分析方法的分類分析方法的分類 按測定原理分類按測定原理分類: 重量分析法重量分析法是通過化學反應及一系列操作步驟是通過化學反應及一系列操作步驟 使試樣中的待測組分轉(zhuǎn)化為另一種化學組成恒定使試樣中的待測組分轉(zhuǎn)化為另一種化學組成恒定 的化合物，再稱量該化合物的質(zhì)量，從而計算出的化合物，再稱量該化合物的質(zhì)量，從而計算出 待測組分的含量待測組分的含量. 滴定分析法滴定分析法是將已知濃度的標準溶液，滴加到待是將已知濃度的標準溶液，滴加到待 測物質(zhì)溶液中，使兩者定量完成反應，根據(jù)用去測物質(zhì)

14、溶液中，使兩者定量完成反應，根據(jù)用去 的標準溶液的準確體積和濃度即可計算出待測組的標準溶液的準確體積和濃度即可計算出待測組 分的含量。分的含量。 滴定分析法按照所利用的化學反應類型不同，可分滴定分析法按照所利用的化學反應類型不同，可分 為下列四種：為下列四種： 酸堿滴定法酸堿滴定法：是以質(zhì)子傳遞反應為基礎的一種滴：是以質(zhì)子傳遞反應為基礎的一種滴 定分析法。定分析法。 沉淀滴定法沉淀滴定法：是以沉淀反應為基礎的一種滴定分：是以沉淀反應為基礎的一種滴定分 析法析法. 絡合滴定法絡合滴定法：是以絡合反應為基礎的一種滴定分：是以絡合反應為基礎的一種滴定分 析法。析法。 氧化還原滴定法氧化還原滴定法：是

15、以氧化還原反應為基礎的一是以氧化還原反應為基礎的一 種滴定分析法。種滴定分析法。 化學分析法常用于化學分析法常用于常量組分常量組分的測定，即待測組分的測定，即待測組分 的含量一般在的含量一般在1%以上以上. 儀器分析法儀器分析法 儀器分析法是以物質(zhì)的物理或物理化學儀器分析法是以物質(zhì)的物理或物理化學 性質(zhì)為基礎建立起來的分析方法。性質(zhì)為基礎建立起來的分析方法。 常用的儀器分析法可分為電化學分析，光化常用的儀器分析法可分為電化學分析，光化 學分析，色譜分析等。學分析，色譜分析等。 v 電化學分析電化學分析是利用物質(zhì)的電學或電化是利用物質(zhì)的電學或電化 學性質(zhì)建立的方法，如電位分析法、電解學性質(zhì)建立的

16、方法，如電位分析法、電解 分析法、電導分析法等。分析法、電導分析法等。 v光化學分析光化學分析是根據(jù)物質(zhì)對特定波長的輻射能的是根據(jù)物質(zhì)對特定波長的輻射能的 吸收或發(fā)射建立起來的分析方法，如紫外吸收或發(fā)射建立起來的分析方法，如紫外-可見吸可見吸 收光譜法、紅外吸收光譜法、發(fā)射光譜法、原子收光譜法、紅外吸收光譜法、發(fā)射光譜法、原子 吸收光譜法、熒光光譜法、波譜分析等。吸收光譜法、熒光光譜法、波譜分析等。 v色譜分析色譜分析是以物質(zhì)的吸附或溶解性能不同而建立起是以物質(zhì)的吸附或溶解性能不同而建立起 來的分離、分析方法。主要有氣相色譜分析法和高效來的分離、分析方法。主要有氣相色譜分析法和高效 液相色譜分

17、析法。液相色譜分析法。 傳統(tǒng)分析方法傳統(tǒng)分析方法 Moving Analysis 1.3現(xiàn)代分析化學發(fā)展趨勢及進展現(xiàn)代分析化學發(fā)展趨勢及進展 5 5 5 數(shù)據(jù)分析數(shù)據(jù)分析 Data Analysis 1 1 1 2 2 2 4 4 4 3 3 3 6 6 6 樣品制備樣品制備 Sample Preparation 樣品采集樣品采集 Sampling 樣品測定樣品測定 Sample Analysis 問題提出問題提出 Formulation Question 結(jié)果報告結(jié)果報告 Writing Reports 定量分析過程定量分析過程 分析全過程示例（玉米的處理分析）分析全過程示例（玉米的處理分析

18、） 步步 驟驟作作 用用 者者內(nèi)內(nèi) 容容 提出問題提出問題品管部品管部對一客戶所進原料玉米的處理對一客戶所進原料玉米的處理 確定分析的任務確定分析的任務品管部品管部原料是否合格（感官、水分、雜質(zhì)）原料是否合格（感官、水分、雜質(zhì)） 確定分析程序確定分析程序分析者分析者感官、水分、雜質(zhì)檢測感官、水分、雜質(zhì)檢測 取樣取樣分析者與客戶分析者與客戶 一定取具有一定取具有代表性代表性的樣品（的樣品（30%、100% 取樣）取樣） 樣品制備樣品制備分析者分析者破碎、縮分、混勻、二次取樣破碎、縮分、混勻、二次取樣 測量測量分析者分析者水分國標法；雜質(zhì)（過四十目篩）水分國標法；雜質(zhì)（過四十目篩） 數(shù)據(jù)評價數(shù)據(jù)評價分析者分析者水分是否高于水分是否高于12%；雜質(zhì)是否高于；雜質(zhì)是否高于0.5% 結(jié)論結(jié)論分析者分析者合格與否，是否扣除，扣